專利名稱：可調(diào)諧振器、可調(diào)諧光源、多重諧振器的波長調(diào)諧方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及可用于例如WDN(Wavelength Division Multiplexing，波分復用)傳輸系統(tǒng)等的可調(diào)諧光源等。
背景技術(shù)：
隨著寬帶時代的到來，為了有效利用光纖，可用單個系統(tǒng)進行多個光波長的通信的WDN傳輸系統(tǒng)被廣泛引入。最近，能夠復用數(shù)十個光波長進行更高速傳輸?shù)腄WDM裝置(dense wavelength division multiplexingdevice，密集波分復用裝置)得到了廣泛利用。隨之，在各個WDM傳輸系統(tǒng)中需要與每個光波長對應的光源，并且隨著高復用，所需要光源的數(shù)量大大增加。尤其最近，為了商業(yè)化應用而對在各個節(jié)點分/插(Add/Drop)任意波長的ROADM(reconfigurable optical add/dropmultiplexers，可重構(gòu)光分插復用器)進行研究。若引入該ROADM系統(tǒng)，則除了能夠擴大基于波長復用的傳輸容量，還能夠通過改變波長來進行光路切換，因此光網(wǎng)絡的自由度顯著提高。
作為WDM傳輸系統(tǒng)用的光源，目前為止，單縱模振蕩的DFB-LD(Distributed feedback laser diode，分布反饋半導體激光器)由于便于使用且可靠性高而一直被廣泛使用。在DFB-LD中，在整個諧振器區(qū)域形成有深30nm左右的衍射光柵，從而能夠在與衍射光柵周期和等效折射率的兩倍的乘積相對應的波長上獲得穩(wěn)定的單縱模振蕩。但是在DFB-LD中，由于不能跨過振蕩波長的大范圍調(diào)諧，所以對于每個ITU(internationaltelecommunication union；國際電信聯(lián)盟)網(wǎng)格使用僅波長不同的制品來構(gòu)成WDM傳輸系統(tǒng)。因此，由于在各個波長需要使用不同的制品，所以造成管理成本的增加，或需要用于應對故障的剩余存貨。此外，若在根據(jù)波長切換光路的ROADM中使用通常的DFB-LD，則基于溫度變化的波長范圍的可調(diào)諧幅度被限制在3nm左右。因此，難以構(gòu)成對積極使用波長資源的ROADM的特長有效利用的光網(wǎng)絡。
為了克服上述目前的DFB-LD所具有的問題，并能夠在寬的波長范圍內(nèi)實現(xiàn)單縱模振蕩，對作為可調(diào)諧光源的可調(diào)諧激光器進行了深入研究。下面，通過從下述非專利文獻1詳細說明的內(nèi)容中舉出幾個示例來說明現(xiàn)有的可調(diào)諧激光器。
可調(diào)諧激光器大致可分為兩種類型，即，在激光元件中設置可調(diào)諧機構(gòu)的類型和在激光元件外設置可調(diào)諧機構(gòu)的類型。
在前一類型中，提出有DBR-LD(Distributed Bragg reflector Laserdiode，分布反饋半導體激光器)。該DBR-LD是將產(chǎn)生增益的有源區(qū)域和由衍射光柵產(chǎn)生反射的DBR區(qū)域形成在同一激光元件內(nèi)的構(gòu)造。該DBR-LD的可調(diào)諧范圍最高也不過10nm。另外，還提出有使用不均勻衍射光柵的DBR-LD。該DBR-LD是將產(chǎn)生增益的有源區(qū)域和從前后方夾住該有源區(qū)域的DBR區(qū)域形成在同一激光元件內(nèi)的構(gòu)造。在前后和后方的DBR區(qū)域中，由不均勻衍射光柵產(chǎn)生大量的反射峰值，且反射峰值的間隔在前方和后方僅錯開一點點。由于通過該構(gòu)造能夠獲得所謂的“微調(diào)效應(vernier effect)”，所以可實現(xiàn)極寬的可調(diào)諧范圍。在該使用不均勻衍射光柵的DBR-LD中能夠?qū)崿F(xiàn)超過100nm的調(diào)諧動作和40nm的準連續(xù)調(diào)諧動作。
后一類型的可調(diào)諧激光器是使設在激光元件外部的衍射光柵旋轉(zhuǎn)從而使特定波長的光返回到激光元件的構(gòu)造。
非專利文獻1小林功朗著，“光集積デバイス(光集成器件)”、第一版第二次印刷，共立出版株式會社、2000年12月，p.104-122；非專利文獻2“Optical Filter Design and Analysis(光纖設計及分析)”C.K.Madsen，J.H.Zhao。
然而，雖然在以往的可調(diào)諧激光器中，至今為止提出了多種構(gòu)造，但是易于發(fā)生稱為“振蕩模跳變”的無法預期的波長切換事故。此外，由于存在波長控制方法復雜、抗振性弱、元件增大而帶來的價格升高等缺點，所以難以實際應用的狀況一直沒有改變。
在DBR-LD中，通過向DBR區(qū)域注入載流子，使所述DBR區(qū)域中的折射率發(fā)生變化，從而使波長范圍變化。因此，由于電流注入造成結(jié)晶缺陷增加，于是折射率相對于電流注入的變化比率顯著變動，所以難以在長期使用中維持固定波長的激光振蕩。此外，以現(xiàn)有的化合物半導體的加工技術(shù)，不可能進行三英寸(inch)以上的加工。為了實現(xiàn)該過程，則需要巨額的開發(fā)費用。因此，在具有大型尺寸構(gòu)造的激光元件中，其制造成本大幅上升。
此外，在將可調(diào)諧機構(gòu)設在外部的激光元件中，由于振動而易于發(fā)生振蕩模跳變，因此為了避免這種情況需要大型的抗震機構(gòu)。因此導致模塊尺寸的增大以及價格的上升。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠克服在實際應用中成問題的現(xiàn)有可調(diào)諧激光器的技術(shù)問題，實現(xiàn)高可靠性、高性能、低價格的可調(diào)諧光源等。
為了達成上述目的，本發(fā)明的可調(diào)諧振器的特征在于包括多重諧振器，其以周期不同的三個以上的諧振元件的頻率相交的波長進行諧振；和可調(diào)諧單元，其同時改變構(gòu)成所述多重諧振器的所述多個諧振元件各自的光程長，從而控制所述多重諧振器的諧振波長。
在所述本發(fā)明的可調(diào)諧振器中，為了控制以周期不同的三個以上的諧振元件的頻率相交的波長進行諧振的多重諧振器的諧振波長，通過可調(diào)諧單元同時改變構(gòu)成所述多重諧振器的所述多個諧振元件各自的光程長，從而控制所述多重諧振器的諧振波長。
當所述多重諧振器為三個諧振元件串聯(lián)連接的構(gòu)造時，設所述諧振元件的光程長為L0、L1、L2，設三個中最短的光程長為L0，在M1＞0，M2＞0的條件下，將微調(diào)階數(shù)M1、M2定義為M1=L1L1-L0,M2=L2L2-L0,]]>使得L1=M1M1-1×L0,L2=M2M2-1×L0]]>的條件成立。
另外，當光程長的改變量為諧振元件中的光的波長的長度( λ為波長，n為折射率)時，將改變了光程長的相位量Phase定義為一個周期。用具體數(shù)值來說明，例如，當光程長變化了 時，所述相位量Phase為2。
在以上的定義下，當所述多重諧振器為三個諧振元件串聯(lián)連接的構(gòu)造時，將與改變了光程長的兩個諧振元件相對的各自的相位量Phase設為PhaseM1、PhaseM2，于是，所述可調(diào)諧單元基于斜率為 的線性函數(shù)來控制所述相位量PhaseM1、PhaseM2的增減量。
所述線性函數(shù)優(yōu)選設為PhaseM1=M1-1M2-1×PhaseM2+N+φ.]]>在該式中，N表示周期不同的三個以上的諧振元件的頻率相交的周期，N＝0、±1、±2、±3、…。另外，φ表示初始相位。一般0≤φ＜1，這是因為滿足φ＜0或1≤φ的φ實質(zhì)上和滿足0≤φ＜1的φ等效。
所述線性函數(shù)也可被設為PhaseM1=mod{M2-1M1-1PhaseM2,1}+N+φ.]]>所述函數(shù)mod[m，n]是表示m被n除所得到的余數(shù)的函數(shù)。在這里“余數(shù)”是指小數(shù)點以后的數(shù)值。
為了導出所述函數(shù)mod[m，n]，設m＝(M2-1)/(M1-1)×PhaseM2n＝1，則，PhaseM1＝mod[m，n]+N+φ，PhaseM1=mod{M2-1M1-1PhaseM2,1}+N+φ.]]>若將與所述多重諧振器的諧振波長λ對應的諧振元件的所述相位量設為PhaseM1(λ)、PhaseM2(λ)，則所述線性函數(shù)為PhaseM1(λ)=mod{M2-1M1-1PhaseM2(λ),1}+N1+φ.]]>說明該式的導出過程。
設m=M2-1M1-1{1SCHANNEL(M2-1)(λ-WCENTER)+N2+φ}]]>n＝1，則PhaseM1(λ)如下所示PhaseM1(λ)＝mod[m，n]+N1+φ1。
由于函數(shù)mod[m，n]是表示m被n除所得到的余數(shù)的函數(shù)，所以PhaseM1(λ)=mod{M2-1M1-1PhaseM2(λ),1}+N1+φ]]>PhaseM2(λ)=1SCHANNEL(M2-1)(λ-WCENTER)+N2+φ2.]]>因此，PhaseM1(λ)和PhaseM2(λ)的關系式如上所述。
N1、N2和所述N相同，表示周期不同的兩個諧振元件的頻率相交的周期。φ1，φ2表示初始相位，WCENTER表示諧振波長λ的可調(diào)諧范圍的中心，SCHANNEL表示諧振波長λ的可調(diào)諧的最小間隔。各個初始相位，即φ，φ1，φ2，可以是諧振波長中光強度最大時的值。此時，可獲得穩(wěn)定的諧振波長的光。該初始相位的值可以通過計算從理論上求出，也可以通過實測進行實驗求解。實際上，在制作該元件時，會由于受到制造誤差的影響而使得設計值和實測的初始相位不一致。因此，通常在制造后進行初始相位值的測定。各個周期，即N、N1、N2可設為“0”。此時，由于用于獲得作為目標的特性所需的相位量最小，所以用于獲得諧振頻率所需的功率、熱量等的能量最小，從而能夠效率良好地實現(xiàn)諧振波長的光。
允許所述相位量PhaseM1(λ)以該諧振波長λ中光強最大時的值為中心，在僅改變該相位量PhaseM1(λ)來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量的范圍以內(nèi)，并且允許所述相位量PhaseM2(λ)以該諧振波長λ中光強最大時的值為中心，在僅改變該相位量PhaseM2(λ)來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量的范圍以內(nèi)。
允許所述相位量PhaseM1(λ)以該諧振波長λ中光強最大時的值為中心，在僅改變該相位量PhaseM1(λ)來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量的50％以內(nèi)，并且允許所述相位量PhaseM2(λ)以該諧振波長λ中光強最大時的值為中心，在僅改變該相位量PhaseM2(λ)來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量的50％以內(nèi)。
允許所述相位量PhaseM1(λ)以該諧振波長λ中光強最大時的值為中心，在僅改變該相位量PhaseM1(λ)來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量的30％以內(nèi)，并且允許所述相位量PhaseM2(λ)以該諧振波長λ中光強最大時的值為中心，在僅改變該相位量PhaseM2(λ)來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量的30％以內(nèi)。
即，由于相位量PhaseM1(λ)、相位量PhaseM2(λ)在所述范圍內(nèi)時諧振狀態(tài)比較穩(wěn)定，因此允許其在所述范圍內(nèi)。為獲得更加穩(wěn)定的狀態(tài)，優(yōu)選在所述的“向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量”的50％以內(nèi)，最好在30％以內(nèi)。
優(yōu)選所述可調(diào)諧單元構(gòu)成為基于調(diào)諧元件的溫度特性來改變諧振元件的諧振波長的結(jié)構(gòu)。此時，優(yōu)選所述可調(diào)諧單元調(diào)節(jié)所述諧振元件的光路折射率和光路長度中的至少一個要素來改變所述光程長。
所述諧振元件也可由具有環(huán)形波導的環(huán)形諧振元件構(gòu)筑。在具有所述環(huán)形波導的光諧振元件中包括兩種結(jié)構(gòu)，一種是僅具有環(huán)形波導的結(jié)構(gòu)，另一種是除了環(huán)形波導外，還包括輸入、輸出各自的波導的結(jié)構(gòu)。
所述多重諧振器可具有光反射功能單元。所述光反射功能單元是使光反射或透射到所述多重諧振器的波導構(gòu)造?；蛘撸龉夥瓷涔δ軉卧ǚ瓷鋪碜运龆嘀刂C振器的光的反射功能元件；和使光在所述多重諧振器和所述反射功能元件之間雙向通過的波導。另外，所述多重諧振器和所述可調(diào)諧單元可形成在同一襯底上。
上述結(jié)構(gòu)是以可調(diào)諧振器為對象的，但本發(fā)明不局限于此。也可將所述本發(fā)明的可調(diào)諧振器用作可調(diào)諧光源。本發(fā)明的可調(diào)諧光源被構(gòu)筑成包括多重諧振器，其以周期不同的三個以上的諧振元件的頻率相交的波長進行諧振；可調(diào)諧單元，其同時改變構(gòu)成所述多重諧振器的所述多個諧振元件的各自的光程長，從而控制所述多重諧振器的諧振波長；光放大單元，其連接在所述多重諧振器的一端；和光反射功能單元，其存在于所述光放大單元與所述多重諧振器的連接端的相反一側(cè)。
另外，諧振元件的光程長一般通過光路的折射率×長度來表示。因此，當通過具有多個環(huán)形波導的諧振元件構(gòu)成多重諧振器時，優(yōu)選通過使用所述可調(diào)諧單元調(diào)節(jié)所述諧振元件的光路(高折射晶體)的折射率，來改變所述諧振元件的光程長。另外，作為多重諧振器，當例如使用標準濾波器、馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)干涉儀時，通過調(diào)節(jié)光路的長度，例如在鏡子相互之間所形成的光路的長度來改變所述諧振元件的光程長。另外，構(gòu)成多重諧振器的諧振元件并不限于以上所述的，任何能夠構(gòu)成為以周期錯開的三個以上的諧振元件的頻率相交的波長進行調(diào)諧的多重諧振器的元件都可以。
構(gòu)成多重諧振器的各諧振元件因光程長的差異而FSR(free spectralrange，自由光譜范圍)稍有不同。因此，在各個諧振元件中產(chǎn)生的光傳輸?shù)闹芷谛宰兓恢碌牟ㄩL(諧振波長)中，產(chǎn)生最大的光傳輸。由此，在本發(fā)明中，串連了多個光程長稍有不同的諧振元件來構(gòu)成多重諧振器，從而巧妙地利用了由此產(chǎn)生的微調(diào)效應。
在本發(fā)明中，為了在多重諧振器中以通常最小的間隔改變諧振波長，重要的是同時進行與應該改變光程長的多個諧振元件相對的光程長的改變(相位量)。即，當僅對一個諧振元件改變相位量時，不能以通常最小的間隔改變諧振波長。具體來說，改變各個相位量，使之滿足上述的式子。由此，由于能夠防止多重諧振器以不希望的波長振蕩，所以能夠進行穩(wěn)定的可調(diào)諧動作。
如以上說明的那樣，根據(jù)本發(fā)明，在以周期不同的三個以上的諧振元件的頻率相交的波長進行諧振的多重諧振器中，由于同時改變構(gòu)成所述多重諧振器的所述多個諧振元件各自的光程長來控制所述多重諧振器的諧振波長，所以能夠以最小間隔改變諧振波長。其結(jié)果是，由于抑制向計劃之外的波長切換，所以能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的可調(diào)諧動作，從而能夠提供高可靠性、高性能、以及低價格的可調(diào)諧光源。


圖1是示出本發(fā)明的實施方式的可調(diào)諧振器的基本結(jié)構(gòu)的框圖；圖2是示出利用了圖1所示的可調(diào)諧振器的本發(fā)明的實施方式的可調(diào)諧光源的平面圖；圖3是示出在圖2所示的可調(diào)諧光源中，從SOA側(cè)看的多環(huán)諧振器的波長響應特性的圖；圖4是示出與圖2所示的可調(diào)諧光源中所使用的環(huán)形諧振器相對的相位量與諧振波長的關系的特性圖；圖5是示出與圖2所示的可調(diào)諧光源中所使用的環(huán)形諧振器相對的相位量改變時的諧振波長的特性圖；圖6是示出用于說明圖2所示的可調(diào)諧光源中的相位量的允許值的、相位量與諧振波長的關系的特性圖；圖7是示出用于說明圖2所示的可調(diào)諧光源中的相位量的允許值的、相位量與模增益差的關系的特性圖；圖8是圖7的部分放大圖；圖9是示出本發(fā)明其他實施方式的可調(diào)諧光源的示意圖。
具體實施例方式
下面根據(jù)

本發(fā)明的實施方式。
在組合了標準濾波器、PLC型環(huán)形諧振元件那樣的光反饋結(jié)構(gòu)，即具有多個環(huán)形結(jié)構(gòu)的外部諧振器和SOA那樣的光放大器的可調(diào)諧光源中，還沒有確立不使用動態(tài)波長穩(wěn)定機構(gòu)而進行穩(wěn)定的波長控制的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的實施方式涉及多重諧振器和包括該多重諧振器的光發(fā)生裝置，所述多重諧振器組合了多個具有可進行穩(wěn)定的波長控制的參數(shù)的諧振元件。在本發(fā)明的實施方式中，在串聯(lián)三個以上的諧振元件的多重諧振器中，設光程長最短的諧振元件的光程長為L0，并對光程長L0以外的諧振元件的各個光程長L定義微調(diào)階數(shù)(vernier order)M，使得L＝M1/(M1-1)L0的關系成立。然后，根據(jù)后述的函數(shù)同時改變對多個諧振元件的后述的控制量，從而能夠在不具備動態(tài)波長穩(wěn)定功能的情況下穩(wěn)定地切換可調(diào)諧光源的調(diào)諧波長。
如圖1所示，本發(fā)明實施方式的可調(diào)諧振器的基本結(jié)構(gòu)的特征在于，包括多重諧振器5，其在周期錯開的三個以上的諧振元件2、3、4的頻率相交的波長進行諧振；可調(diào)諧單元6，其同時改變構(gòu)成所述多重諧振器5的多個諧振元件2、3、4的各自的光程長，從而控制多重諧振器5的諧振波長。
多重諧振器5向光輸入輸出端7入射的光信號(以下稱為光)經(jīng)過光輸入輸出端7→諧振元件2→諧振元件3→諧振元件4而到達反射功能元件8，并經(jīng)反射功能元件8反射后，經(jīng)過諧振元件4→諧振元件3→諧振元件2返回到光輸入輸出端7，并從多重諧振器5的光輸入輸出端7射出。此時，由于從多重諧振器5的光輸入輸出端7射出的光以由諧振元件2、3、4的各自的光程長L0～L2確定的諧振波長，即，以周期錯開的諧振元件2、3、4的頻率相交的波長進行諧振，所以多重諧振器5向光輸入輸出端7輸出的光的強度最強。
從而，可調(diào)諧單元6通過同時控制諧振元件3、4的光程長(相位量)，能夠在最小的間隔內(nèi)改變多重諧振器5的諧振波長。
另外，諧振元件的光程長一般通過光路的折射率×長度來表示。因此，當通過具有多個環(huán)形波導的諧振元件2、3、4構(gòu)成多重諧振器5時，通過使用所述可調(diào)諧單元6調(diào)節(jié)所述諧振元件2、3、4的光路(高折射晶體)的折射率，來改變所述諧振元件2、3、4的光程長。另外，作為多重諧振器5，當例如使用標準濾波器、馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)干涉儀時，通過調(diào)節(jié)光路的長度，例如在鏡子相互之間所形成的光路的長度來改變所述諧振元件2、3、4的光程長。另外，構(gòu)成多重諧振器的諧振元件并不限于以上所述的，任何能夠作為以周期錯開的三個以上的諧振元件的頻率相交的波長進行調(diào)諧的多重諧振器而構(gòu)成的元件都可以。另外，構(gòu)成多重諧振器5的諧振元件并不限于圖示的個數(shù)，只要是三個以上，對其個數(shù)并沒有限制。
(第一實施方式)下面，基于圖2說明作為第一實施方式的下述示例，即，將具有環(huán)形波導的諧振元件(下面稱為環(huán)形諧振元件)21、22、23用作構(gòu)成多重諧振器5的諧振元件2、3、4，并且將三個環(huán)形諧振元件21、22、32串連連接來構(gòu)筑多重諧振器20。多重諧振器20對應于圖1的多重諧振器5。
本發(fā)明實施方式的可調(diào)諧振器具有多重諧振器20，其在周期錯開的三個諧振元件21、22、23的頻率相交的波長上進行諧振；可調(diào)諧單元(6)，其同時改變構(gòu)成所述多重諧振器20的三個諧振元件21、22、23的各自的光程長，從而控制所述多重諧振器20的諧振波長。在圖2所示的實施方式中，TO(Thermo Optic，熱光)移相器17和控制器18被用作圖1所示的可調(diào)諧單元6。
在三個諧振元件21、22、23中，用于傳輸光的波導通過高折射率晶體在PLC襯底13上形成為環(huán)狀。此外，輸入輸出側(cè)波導11、反射側(cè)波導12、波導24、25在PLC襯底13上形成直線形狀。諧振元件21、22、23的環(huán)形波導、波導24、25形成在同一襯底上，但也可分別形成在不同的襯底上。此外，所述波導也可通過石英玻璃系列晶體、鈮酸鋰等形成在襯底上。
諧振元件21和位于夾持該諧振元件21的位置上的輸入輸出側(cè)波導11、波導24通過光學耦合單元耦合。另外，諧振元件22和位于夾持該諧振元件22的位置上的波導24、波導25通過光學耦合單元耦合。另外，諧振元件23和位于夾持該諧振元件23的位置上的反射側(cè)波導12、波導25通過光學耦合單元耦合。另外，由于光學耦合單元是通用的，所以省略其詳細說明，任何在所述調(diào)諧元件和所述波導之間使光雙向無損耗通過的構(gòu)造都可以。
向輸入輸出側(cè)波導11入射的光信號(以下稱為光)經(jīng)過輸入輸出側(cè)波導11→諧振元件21→諧振元件22→諧振元件23→反射側(cè)波導12到達高反射膜(反射功能元件)14，并在高反射膜14上反射，經(jīng)過反射側(cè)波導12→諧振元件23→諧振元件22→諧振元件21返回到輸入輸出側(cè)波導11，并從輸入輸出側(cè)波導11射向光放大單元SOA 15。此時，由于出射光以諧振元件21、22、23各自的光程長L0～L2所確定的諧振波長，即，周期錯開的諧振元件21、22、23的頻率相交的波長進行諧振，所以光的強度最強。
如圖2所示，構(gòu)成可調(diào)諧單元的TO移相器16、17與環(huán)形諧振元件22、23的環(huán)形波導的位置相對應地形成在PLC襯底13上。圖2所示的TO移相器16、17具有通過給環(huán)形諧振元件22、23的環(huán)形波導加熱來改變所述環(huán)形波導的折射率，從而改變環(huán)形諧振元件22、23的光程長L1、L2的功能。在圖2所示的實施方式中，例如可以使用膜狀加熱器來作為TO移相器16、17，該膜狀加熱器由蒸發(fā)鍍膜在環(huán)形諧振元件22、23所在位置的PLC襯底13上的氧化鋁膜構(gòu)成。該膜狀加熱器16、17由后述的控制器18供電加熱。
在使用了玻璃和化合物半導體的環(huán)形諧振元件22、23的環(huán)形波導中，其晶體的折射率隨溫度在1/1000～1/100的范圍內(nèi)增大。從而，當環(huán)形諧振元件21、22、23的環(huán)形波導接收膜狀加熱器16、17的熱量而被加熱時，由于折射率增大，所以所述環(huán)形諧振元件21、22、23實際的光程長L1、L2發(fā)生變化。通過在作為TO移相器的膜狀加熱器16、17中使用控制器18來提供0.5W的功率，能夠改變相當于多重諧振器20的一個波長的環(huán)形諧振元件21、22、23的光程長。
圖2所示的實施方式示出了在環(huán)形諧振元件21、22、23的環(huán)形波導的光程長中不包含制造誤差的理想狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)。但在現(xiàn)實中，在制造環(huán)形諧振元件21、22、23的環(huán)形波導時，有時會在其光程長中產(chǎn)生誤差。因此，也可以在用于確定波長的環(huán)形諧振元件21中設置相當于TO移相器16、17的TO移相器，從而在可調(diào)諧振器啟動時微調(diào)環(huán)形諧振元件21的光程長L0。此外，為了抑制各波長通道(wavelength channel)從光電傳輸裝置中所使用的波長偏移，也可在振蕩動作中微調(diào)環(huán)形諧振元件21的光程長L0。
另外，雖然將加熱型TO移相器16、17用作改變或微調(diào)環(huán)形諧振元件21、22、23的光程長L0、L1、L2的可調(diào)諧單元，但并不限于此。構(gòu)成環(huán)形諧振元件21、22、23的環(huán)形波導的晶體具有可逆性。此時，也可以使用將設在襯底上的吸熱型珀爾帖元件(Peltier Element)用作TO移相器16、17，并通過控制器向該珀爾帖元件供電的吸熱機構(gòu)。當使用該吸熱機構(gòu)時，由于從環(huán)形諧振元件21、22、23的環(huán)形波導吸收熱量來進行冷卻，所以所述環(huán)形波導的折射率在1/1000～1/100的范圍內(nèi)減少。由此來改變環(huán)形諧振元件21、22、23的光程長L0、L1、L2。另外，作為可調(diào)諧單元，雖然使用的是加熱型膜狀加熱器或吸熱型珀爾帖元件，但是任何能夠通過其他手段來改變環(huán)形波導的光折射率的元件都可以。
多環(huán)諧振器20被構(gòu)成為串聯(lián)了具有互不相同的光程長L0、L1、L2的所述環(huán)形諧振元件21～23的光波導型濾波器。多環(huán)諧振器20僅在所有的環(huán)形諧振元件21～23同時諧振時對諧振波長的光信號進行復用(multiplexes)和去復用(demultiplexes)，通過微調(diào)效應得到大的FSR。所謂微調(diào)效應，是指組合多個光程長不同的諧振元件以增大可調(diào)諧范圍的方法，其在周期錯開的多個諧振元件的頻率的最小公倍數(shù)的頻率上疊加各個的諧振頻率。因此，表觀上FSR的功能是成為各環(huán)的最小公倍數(shù)的頻率。因此，能夠比單個諧振元件更加容易地在大頻率下進行特性的控制。
在所述實施方式中，多重諧振器20被構(gòu)筑成組合了多個環(huán)形諧振元件，并通過同一波導11進行光的輸入輸出的構(gòu)造，但并不局限于此。多重諧振器20還可被構(gòu)筑成下述構(gòu)造環(huán)形諧振元件21、22、23在環(huán)形波導中包括輸入輸出各自的波導，從多重諧振器20的一個波導輸入光信號，并從多重諧振器20的其它波導輸出在多重諧振器20中提高了光強度的光信號。
另外，作為多重諧振器20所具有的光反射功能單元，使用了對來自多重諧振器20的光進行反射的高反射膜14和使光在多重諧振器20和高反射膜14之間雙向通過的波導11、12的組合，但并不局限于此。所述光反射功能單元也可構(gòu)成為使光反射或傳輸(transmits)到多重諧振器20的波導結(jié)構(gòu)。如圖2所示，所述用于反射的波導結(jié)構(gòu)的光反射功能單元被構(gòu)筑成如下構(gòu)造在不使用高反射膜14的情況下，僅通過反射側(cè)波導12使來自多重諧振器20的光的傳輸方向反轉(zhuǎn)，從而再次返回到多重諧振器20。另外，所述傳輸?shù)墓夥瓷涔δ軉卧蓱糜谕ㄟ^各自的波導進行光信號的輸入和輸出的多重諧振器中，并被構(gòu)筑成使光信號傳輸?shù)蕉嘀刂C振器內(nèi)的結(jié)構(gòu)。
以上關于可調(diào)諧振器的結(jié)構(gòu)。圖2所示的本發(fā)明實施方式的可調(diào)諧光源10除了上述可調(diào)諧振器的結(jié)構(gòu)之外，還包括與所述多重諧振器20的一端相連的光放大單元15；存在于所述光放大單元15與所述多重諧振器20的連接端的相反一側(cè)的反射單元14。在圖2所示的實施方式中，將具有高反射率的反射膜14用作所述反射單元14?？烧{(diào)諧光源10相當于所述的發(fā)光裝置。另外，作為反射單元14，只要能夠反射光都可以替代高反射膜14。
所述高反射膜14與可調(diào)諧振器的反射側(cè)波導12的終端耦合，并具有下述功能將從多環(huán)諧振器20通過反射側(cè)波導12傳輸?shù)墓夥瓷涞椒瓷鋫?cè)波導12。光反射功能單元由作為反射元件來反射從多重諧振器20接收的光的高反射膜14和使光在多重諧振器20和反射元件(14)之間雙向通過的波導(反射側(cè)波導12)構(gòu)成，但并不局限于此。光反射功能單元也可以由具有輸入輸出兩個功能的波導構(gòu)成，即使從多重諧振器20接收的光通過內(nèi)部返回到多重諧振器20。
作為光放大單元15，使用半導體光放大器(SOA，SemiconductorOptical Amplifier)。另外，作為光放大單元15，可使用光纖放大器等光放大器，也可使用半導體激光器(激光器二極管)等光源。
控制器18用于控制作為TO移相器的膜狀加熱器16、17和光輸入輸出單元15。具體來說，控制器18由根據(jù)程序動作的微型計算機和由該微型計算機控制供電的直流電源的組合來構(gòu)成。所述微型計算機具有下述功能從外部輸入表示多重諧振器20的諧振波長的值的控制信號，并根據(jù)所述控制信號和預先存儲的預定的數(shù)學式來求功率值，然后從直流電源向TO移相器16、17提供相當于該功率值的功率。另外，也可在輸入輸出側(cè)波導11中或反射側(cè)波導12中插入用于限制頻帶(band)的非對稱馬赫-曾德爾干涉儀。
下面具體說明在本發(fā)明實施方式中控制多重諧振器的諧振波長的情況。
在本發(fā)明實施方式中，當控制以周期不同的三個以上的諧振元件的頻率相交的波長進行諧振的多重諧振器的諧振波長時，通過可調(diào)諧單元同時改變構(gòu)成所述多重諧振器的所述多個諧振元件的各自的光程長，從而來控制所述多重諧振器的諧振波長。
當串聯(lián)三個諧振元件構(gòu)成所述多重諧振器時，設所述諧振元件的光程長為L0、L1、L2，設三個中最短的光程長為L0，在M1＞0，M2＞0的條件下，將微調(diào)階數(shù)M1、M2定義為M1=L1L1-L0,M2=L2L2-L0,]]>使得L1=M1M1-1×L0,L2=M2M2-1×L0]]>的條件成立。
另外，當光程長的改變量為諧振元件中的光的波長的長度( λ為波長，n為折射率)時，將改變了光程長的相位量Phase定義為一個周期。使用具體數(shù)值來說明，例如，當光程長的變化量為 時，所述相位量Phase為2。
在以上的定義下，當串聯(lián)三個諧振元件構(gòu)成所述多重諧振器時，將與改變了光程長的兩個諧振元件相對的各自的相位量Phase設為PhaseM1、PhaseM2，于是，所述可調(diào)諧單元16、17、18基于斜率為 的線性函數(shù)來控制所述相位量PhaseM1、PhaseM2的增減量。
可調(diào)諧光源10在可調(diào)諧單元16、17、18的控制下可通過多環(huán)諧振器20和SOA 15來自由選擇所需波長。作為基數(shù)的環(huán)形諧振元件21的光程長L0例如被設為4mm左右，使FSR為50GHz。此時，環(huán)形諧振元件22、23的光程長L1、L2利用微調(diào)階數(shù)M1、M2由下式得出。
L1=M1M1-1×L0---(1)]]>L2=M2M2-1×L0---(2)]]>這樣構(gòu)成的三階環(huán)形諧振元件21～23和二階環(huán)形諧振器一樣，也以各自環(huán)形諧振元件21～23的周期移位相匹配的波長，以最小損失進行激光振蕩。通過周長最短的環(huán)形諧振元件21確定通道間隔為50GHz，并通過剩下的兩個環(huán)形諧振元件22、23自由選擇振蕩波長。
從SOA 15輸出的ASE光通過三個環(huán)形諧振元件21～23，并在高反射膜14上反射，之后再次通過三個環(huán)形諧振元件21～23返回到SOA 15。SOA 15和PLC襯底13之間例如通過直接耦合(butt-coupling)而連接。在SOA 15中，給PLC襯底一側(cè)的端面實施AR涂覆，光纖一側(cè)端面具有10％的反射率。除了直接耦合，SOA 15和PLC襯底13還可以通過無源隊列(Passive Alignment)方式在PLC襯底13上直接安裝或透鏡耦合。
從SOA15射出的光到達SOA 15→無反射膜→輸入輸出側(cè)波導11→多重諧振器20→反射側(cè)波導12→高反射膜14，在該高反射膜14上反射后，經(jīng)過路徑反射側(cè)波導14→多重諧振器20→輸入輸出側(cè)波導11→無反射膜→SOA 15而返回，并在SOA 15的出射側(cè)端面上反射。通過該光的反射作用，多重諧振器20作為激光諧振器發(fā)揮作用。該返回光是多重諧振器20的諧振波長的光。其原因如下構(gòu)成多重諧振器20的各個環(huán)形諧振元件21、22、23的FSR稍有不同，因此，在各個環(huán)形諧振元件21、22、23中所發(fā)生的反射(傳輸)的周期性變化一致的波長(諧振波長)中發(fā)生更大的反射。于是，由于周期一致的波長通過各個環(huán)形諧振元件21、22、23的波導折射率的變化而大幅改變，所以能夠獲得效率良好的波長調(diào)諧動作。該波導折射率例如可通過熱光學效應來改變。所謂熱光學效應是指通過熱來增加材料的折射率的現(xiàn)象，通常，什么樣的材料都具有該特性。即，可利用多個環(huán)形諧振元件21、22、23的溫度特性來改變多重諧振器20的諧振波長。另外，也可通過熱光學效應之外的折射率控制方法、圓周長度的控制來改變波長。
這里敘述具體的數(shù)值示例。設多重諧振器(光波導型濾波器)20的傳輸中心波長為1540nm，多重諧振器20的可諧調(diào)范圍為50nm，則作為基數(shù)的環(huán)形諧振元件21的周長(即L0)為4mm左右。此時，若波長通道的間隔為0.4nm，則M2-1為50nm/0.4nm＝125，因此M2＝126。并且，此時M1從模增益差最大化條件M1-1=M2-1]]>得出M1＝12.2。因此，從式(1)得出L1約為4.36mm，從式(2)得出L2約為4.03mm。
此時，具有最短環(huán)形波導L0的環(huán)形諧振元件21用于固定ITU柵格(ITU grid)，具有最長環(huán)形波導L2的環(huán)形諧振元件22用于微調(diào)，具有中間長度的環(huán)形波導L1的環(huán)形諧振元件23用于粗調(diào)。
圖3是示出從SOA 15一側(cè)看的多環(huán)諧振器20的波長響應特性的特性圖。下面基于圖2和圖3進行說明。
在圖3所示的示例中，除了前面的式(1)、(2)，還可設定微調(diào)階數(shù)使M2-1＝(M1-1)2成立。即，各個環(huán)形諧振元件21～23的微調(diào)階數(shù)為M1＝11，M2＝101。定向耦合器(光學耦合單元)通過設定k＝π/4而作為3dB耦合器動作。被M2-1定義的100個波長通道以50GHz間隔存在，并以被M1-1定義的每十個通道來分組。即，可進行調(diào)諧動作的波長數(shù)由M2確定，M2-1的100個通道動作。作為插入損耗最小的通道和插入損耗第二小的通道的損耗差的模增益差為3.8dB。
在這里，包括插入損耗最小的通道的組稱為中心組，與該中心組相鄰的組稱為鄰接組，通過滿足前述的三個式子，可以這樣說在圖3中，中心組內(nèi)插入損耗第二小的通道和鄰接組內(nèi)插入損耗最小的通道的插入損耗大體相等。
圖4是示出與環(huán)形諧振元件22、23相對的相位量和諧振波長的關系的曲線圖。下面根據(jù)圖2和圖4來說明可調(diào)諧光源10的動作(其一)。所述相位量被定義為，通過一個波長量的光程長對環(huán)形諧振器的變化了的光程長進行標準化而得的相位量。
圖4表示當橫軸為與環(huán)形諧振元件23相對的相位量，縱軸為與環(huán)形諧振元件22相對的相位量時的表示諧振波長的模擬結(jié)果。各個相位量和施加給TO移相器16、17的電能大體成比例。環(huán)形諧振元件22的微調(diào)階數(shù)M1為“12”，環(huán)形諧振元件23的微調(diào)階數(shù)M2為“126”。
在圖4中，縱軸和橫軸的相位量為周期性表示，并在2π處變?yōu)?。當向TO移相器16、17提供例如400mW的功率時，可以只改變2π(一個波長的量)的諧振波長的相位。通過使用具有該TO移相器16、17的三階多環(huán)諧振器20，能夠以矩陣方式選擇所需的光源振蕩波長。另外，向TO移相器16、17通電，從而僅改變0.5(1/2個波長量)的相位量時的波長特性和僅改變-0.5(-1/2個波長量)時的波長特性相同。因此，環(huán)形諧振元件22、23都具有在一個周期中折返同一個波長的特性。多環(huán)諧振器20中的特征在于，波長的矩陣配置并不是完全正交系，而是在圖中向右傾斜。因此，提供給TO移相器16、17的電能具有相互關聯(lián)性，而不是獨立關系。
即，由圖4可以看出，為了通常以最小間隔改變諧振波長，需要同時改變與環(huán)形諧振元件22、23相對的雙方的相位量。即，基于斜率為 的線性函數(shù)來同時改變與環(huán)形諧振元件22、23相對的雙方的相位量。
具體來說，改變各個相位量，使其滿足下述的式(3)、式(4)、式(5)、式(6)中的某一個。由此，由于能夠防止以干擾波長振蕩，所以能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的可調(diào)諧動作。
利用TO移相器16、17的溫度特性同時改變環(huán)形諧振元件22、23各自的光程長，從而控制多重諧振器的調(diào)諧波長。將環(huán)形諧振元件21、22、23的光程長設為L0、L1、L2，將微調(diào)階數(shù)設為M1＞1、M2＞1，將所述光程長設為L1=M1M1-1×L0,L2=M2M2-1×L0,]]>相位量Phase是通過一個波長量的光程長對變化了的光程長進行標準化而得的，將與改變了光程長的兩個環(huán)形諧振元件22、23相對的各自的相位量設為PhaseM1、PhaseM2，此時，所述可調(diào)諧單元(16、17、18)根據(jù)斜率為 的線性函數(shù)來控制所述相位量PhaseM1、PhaseM2的增減量。
當與環(huán)形諧振元件22、23相對的相位量分別被設為PhaseM1、PhaseM2時，如式(3)設定所述線性函數(shù)。
PhaseM1=M1-1M2-1×PhaseM2+N+φ---(3).]]>在該式中，N表示周期不同的三個以上的諧振元件的頻率相交的周期，N＝0、±1、±2、±3、…。此外，φ表示初始相位。一般0≤φ＜1，這是因為滿足φ＜0或1≤φ的φ實質(zhì)上和滿足0≤φ＜1的φ等效。
這樣，對于兩個相位量PhaseM1、PhaseM2，線性關系式成立。由于可調(diào)諧光源10的振蕩波長由作為三個環(huán)形諧振元件21～23的周期的FSR的最小公倍數(shù)來確定，所以具有這樣的周期性和相互關聯(lián)性。
另外，所述線性函數(shù)也可設定為下式PhaseM1=mod{M2-1M1-1PhaseM2,1}+N+φ---(4).]]>所述函數(shù)mod[m，n]是表示m被n除所得到的余數(shù)的函數(shù)。在這里“余數(shù)”是指小數(shù)點以后的數(shù)值。
為了導出所述函數(shù)mod[m，n]，設m＝(M2-1)/(M1-1)×PhaseM2n＝1，則，PhaseM1＝mod[m，n]+N+φ，另外，N和φ相當于上述數(shù)值。
另外，若將與所述多重諧振器的諧振波長λ對應的諧振元件的相位量設為PhaseM1(λ)、PhaseM2(λ)，則所述線性函數(shù)也可設為PhaseM1(λ)=mod{M2-1M1-1PhaseM2(λ),1}+N1+φ---(5).]]>說明該式的推導過程。
設m=M2-1M1-1{1SCHANNEL(M2-1)(λ-WCENTER)+N2+φ}]]>n＝1，則PhaseM1(λ)如下所示PhaseM1(λ)＝mod[m，n]+N1+φ1。
由于函數(shù)mod[m，n]是表示m被n除所得到的余數(shù)的函數(shù)，所以PhaseM1(λ)=mod{M2-1M1-1PhaseM2(λ),1}+N1+φ]]>PhaseM2(λ)=1SCHANNEL(M2-1)(λ-WCENTER)+N2+φ2---(6).]]>因此，PhaseM1(λ)和PhaseM2(λ)的關系式如上所述。
N1、N2和所述N相同，表示周期不同的兩個諧振元件的頻率相交的周期。φ1，φ2表示初始相位，WCENTER表示諧振波長λ的可調(diào)諧范圍的中心，SCHANNEL表示諧振波長λ的可調(diào)諧的最小間隔。各個初始相位，即φ，φ1，φ2，可以是諧振波長中光強度最大時的值。此時，可獲得穩(wěn)定的諧振波長的光。該初始相位的值可以通過計算從理論上求出，也可以通過實測進行實驗求解。各個周期，即N、N1、N2可設為“0”。此時，由于用于獲得各個位相量所需的能量最小，所以能夠效率良好地實現(xiàn)諧振波長的光。
可允許所述相位量PhaseM1(λ)以該諧振波長λ中光強最大時的值為中心，在僅改變該相位量PhaseM1(λ)來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量的范圍內(nèi)。
并且，可允許所述相位量PhaseM2(λ)以該諧振波長λ中光強最大時的值為中心，在僅改變該相位量PhaseM2(λ)來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量的范圍內(nèi)。
可允許所述相位量PhaseM1(λ)以該諧振波長λ中光強最大時的值為中心，在僅改變該相位量PhaseM1(λ)來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量的50％以內(nèi)。
并且，可允許所述相位量PhaseM2(λ)以該諧振波長λ中光強最大時的值為中心，在僅改變該相位量PhaseM2(λ)來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量的50％以內(nèi)。
可允許所述相位量PhaseM1(λ)以該諧振波長λ中光強最大時的值為中心，在僅改變該相位量PhaseM1(λ)來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量的30％以內(nèi)。
并且，可允許所述相位量PhaseM2(λ)以該諧振波長λ中光強最大時的值為中心，在僅改變該相位量PhaseM2(λ)來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量的30％以內(nèi)。
即，由于相位量PhaseM1(λ)、相位量PhaseM2(λ)在所述范圍內(nèi)時諧振狀態(tài)比較穩(wěn)定，因此允許其在所述范圍內(nèi)。為獲得更加穩(wěn)定的狀態(tài)，優(yōu)選在所述的“向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量”的50％以內(nèi)，最好在30％以內(nèi)。
圖5是示出改變與環(huán)形諧振元件22、23相對的相位量以滿足預定式子時的諧振波長的特性圖。下面根據(jù)圖2和圖5來說明可調(diào)諧光源10的動作。
圖5示出了改變與環(huán)形諧振元件22、23相對的相位量以滿足所述式(3)、式(4)、式(5)、式(6)中的某一個時的諧振波長的一個示例。在本示例中，環(huán)形諧振元件22的微調(diào)階數(shù)M1為“12”，環(huán)形諧振元件23的微調(diào)階數(shù)M2為“126”。在圖5中，分別用虛線和單點劃線表示向移相器16、17提供的電能，也就是相位量；用實線表示此時的可調(diào)諧光源10的振蕩波長，也就是諧振波長。這樣，根據(jù)前述的數(shù)學式來控制環(huán)形諧振元件22、23的光程長(相位)，能夠離散地實現(xiàn)波長的切換。
另外，在式(3)、式(4)、式(5)、式(6)中，將各個初始相位，即φ，φ1，φ2設為多重諧振器20的諧振波長中光強最大的值。各個周期，即N，N1，N2為“0”。
圖6是用于說明與環(huán)形諧振元件22、23相對的相位量PhaseM1、PhaseM2的許可值的、相位量PhaseM1、PhaseM2與諧振波長λ的關系圖。圖7是示出與環(huán)形諧振元件22、23相對的相位量和模增益差的關系的特性圖。圖8是圖7的部分放大圖。下面根據(jù)圖2、圖4、圖6及圖8來說明。
圖6簡要示出了從圖4中取出的一部分，并在橫軸為與環(huán)形諧振元件23相對的相位量PhaseM2，縱軸為與環(huán)形諧振元件22相對的相位量PhaseM1時，示出多重諧振器20的諧振波長λ。下面對用于維持多重諧振器20的諧振波長λ的相位量PhaseM1、PhaseM2的許可范圍進行說明。
相位量PhaseM1可以以該諧振波長λ中光強最大時的值O為中心，在僅改變相位量PhaseM1來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量±ΔPM1的范圍內(nèi)。同樣，相位量PhaseM2可以以該諧振波長λ中光強最大時的值O為中心，在僅改變相位量PhaseM2來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量±ΔPM2的范圍內(nèi)。即，對于圖6而言就是可在平行四邊形的實線框內(nèi)。
這里，諧振波長λ中光強最大也是模增益差最大。因此，當相位量PhaseM1、PhaseM2離開中心點O時，由于噪聲等而提高了隨意向鄰接的諧振波長切換的可能性。因此，為了得到更穩(wěn)定的諧振狀態(tài)，優(yōu)選在所述的“向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量±ΔPM1、±ΔPM1”的各自的50％以內(nèi)，最好在其30％以內(nèi)。即，對于圖6而言，可在平行四邊形的虛線框內(nèi)或雙點劃線的框內(nèi)。下面說明確定為“50％”和“30％”的根據(jù)。
例如，在SOA 15的增益特性中常有波長依存性。在理想的SOA中不存在波長依存性，但由于材料和制造方法的問題而產(chǎn)生波長依存性?？衫e出最容易成為問題的SOA端面反射的問題。
在理想的SOA中，從外部輸入的光單向通過SOA內(nèi)部，然后直接射向外部。因此，通過在SOA端面設置無反射涂層，能夠使在端面上的反射率理想地變成“0”。但是，由于實際上反射率不能完全沒有，所以在SOA的內(nèi)部產(chǎn)生諧振模式。通過該諧振模式，由SOA的諧振器長度(光程長)L確定的周期性脈動(ripple)被包含在放大器的增益成分中。
由于實質(zhì)上的三階諧振器型激光器(多重諧振器)的增益特性由三級串連的諧振元件的增益特性和放大器(SOA)的增益特性的乘積決定，所以受SOA的增益特性的影響，多重諧振器的激光器振蕩的波長通道從預期的波長開始改變。因此，需要在能夠維持盡可能大的模增益差的條件下使激光器工作。由于這樣的SOA的脈動量為2dB左右，所以三階環(huán)形諧振元件構(gòu)成的多重諧振器的模增益差也需要在2dB以上。
根據(jù)模擬，可在圖6中的多重諧振器20的震蕩波長特性的中心部實現(xiàn)最大的模增益差。圖7中繪制了具有M2＝126、M1＝12的特性，且被包含在多重諧振器20中的環(huán)形諧振元件22、23的各個環(huán)形波導的相位(光程長)中的模增益差。
在多重諧振器20的諧振波長最穩(wěn)定的條件下，模增益差最大，這一點成為圖6的中心條件。圖7局部示出一個波長通道中的模增益差的條件。由該圖可以看出，得到1dB以上的模增益差的條件是，從最大模增益差的部分向鄰接的波長切換的相位差的±50％的幅度；得到2dB以上的模增益差的條件是相位差的±30％的幅度。必須在能夠得到超過激光器中所使用的SOA的脈動特性的模增益差的條件下進行動作。一般的SOA的波長脈動特性為2dB左右，若特性良好，則為1dB左右。
(實施方式2)圖9是示出本發(fā)明實施方式的其它可調(diào)諧光源的示意圖。下面根據(jù)該附圖進行說明。
在圖2A所示的實施方式中，將具有環(huán)形波導的環(huán)形諧振元件21、22、23用作多重諧振器20的諧振元件。在圖9所示的實施方式中，用標準濾波器(etalon filters)31～33代替所述環(huán)形諧振元件，并通過串連這些標準濾波器31～33來構(gòu)成多重諧振器30。
構(gòu)成多重諧振器30的標準濾波器31、32、33的光程長被設定為是彼此不同的長度。在圖9所示的實施方式中，通過改變標準濾波器31、32、33的光路的長度來改變標準濾波器31、32、33的光程長。
例如從SOA(圖中未示出)輸出的光到達標準濾波器31→標準濾波器32→標準濾波器33→高反射膜34，并由該高反射膜34反射，然后經(jīng)由標準濾波器33→標準濾波器32→標準濾波器31的路徑返回到SOA。返回到SOA的光以通過標準濾波器31、32、33的光程長L0、L2、L3來確定的諧振波長、即周期不同的標準濾波器(諧振元件)31、32、33的頻率相交的波長進行諧振，因此，從多重諧振器30輸出到SOA的光的強度最強。
在圖9所示的實施方式中，和圖2所示的實施方式相同，也根據(jù)式(3)、式(4)、式(5)、式(6)來改變標準濾波器31、32、33的光程長，從而獲得和第一實施方式相同的作用及效果。
另外，例如可用高折射率晶體、馬赫-曾德爾干涉儀等來代替標準濾波器。高折射率晶體的可調(diào)諧單元例如是使雙折射率晶體的入射光的偏振波傾斜的經(jīng)機構(gòu)。馬赫-曾德爾干涉儀的可調(diào)諧單元例如是和第一實施方式相同的TO移相器。
另外，構(gòu)成多重諧振器的諧振元件，除了環(huán)形諧振元件之外，還可以是例如標準濾波器、馬赫-曾德爾干涉儀、高折射率晶體等成為諧振元件的元件。構(gòu)成多重諧振器的諧振元件因光程長的差異而FSR(free spectralrange，自由光譜范圍)稍有不同。因此，在各個諧振元件中產(chǎn)生的光傳輸?shù)闹芷谛宰兓恢碌牟ㄩL(諧振波長)中，產(chǎn)生最大的光傳輸。由此，在本發(fā)明的實施方式中，串連了多個光程長稍有不同的諧振元件來構(gòu)成多重諧振器，由此巧妙地利用了微調(diào)效應。
本發(fā)明不限于上述第一和第二實施方式。例如多重諧振器也可由四個以上的諧振器構(gòu)成。
工業(yè)實用性如以上說明的，根據(jù)本發(fā)明，在以周期不同的三個以上的諧振元件的頻率相交的波長進行諧振的多重諧振器中，由于同時改變構(gòu)成所述多重諧振器的所述多個諧振元件的各自的光程長來控制所述多重諧振器的諧振波長，所以能夠以最小間隔改變諧振波長。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)諧振器，其特征在于，具有多重諧振器，其以周期不同的三個以上的諧振元件的頻率相交的波長進行諧振；和可調(diào)諧單元，其同時改變構(gòu)成所述多重諧振器的所述多個諧振元件各自的光程長，從而控制所述多重諧振器的諧振波長。
2.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧振器，其特征在于，所述多重諧振器為三個諧振元件串聯(lián)連接的構(gòu)造，將所述諧振元件的光程長設為L0、L1、L2，將微調(diào)階數(shù)設為M1＞1、M2＞1，將所述光程長設為L1=M1M1-1×L0,L2=M2M2-1×L0,]]>相位量Phase是通過一個波長量的光程長對變化了的光程長進行標準化而得的，將與改變了光程長的兩個諧振元件相對的各自的相位量Phase設為PhaseM1、PhaseM2，此時，所述可調(diào)諧單元根據(jù)斜率為 的線性函數(shù)來控制所述相位量PhaseM1、PhaseM2的增減量。
3.如權(quán)利要求2所述的可調(diào)諧振器，其特征在于，所述線性函數(shù)為PhaseM1=M1-1M2-1×PhaseM2+N+φ.]]>
4.如權(quán)利要求2所述的可調(diào)諧振器，其特征在于，所述線性函數(shù)為PhaseM1=mod{M2-1M1-1PhaseM2,1}+N+φ.]]>
5.如權(quán)利要求2所述的可調(diào)諧振器，其特征在于，若將與所述多重諧振器的諧振波長λ對應的諧振元件的所述相位量設為PhaseM1(λ)、PhaseM2(λ)，則所述線性函數(shù)為PhaseM1(λ)=mod{M2-1M1-1PhaseM2(λ),1}+N1+φ.]]>
6.如權(quán)利要求5所述的可調(diào)諧振器，其特征在于，允許所述相位量PhaseM1(λ)以該諧振波長λ中光強最大時的值為中心，在僅改變該相位量PhaseM1(λ)來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量的范圍以內(nèi)，并且允許所述相位量PhaseM2(λ)以該諧振波長λ中光強最大時的值為中心，在僅改變該相位量PhaseM2(λ)來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量的范圍以內(nèi)。
7.如權(quán)利要求5所述的可調(diào)諧振器，其特征在于，允許所述相位量PhaseM1(λ)以該諧振波長λ中光強最大時的值為中心，在僅改變該相位量PhaseM1(λ)來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量的50％以內(nèi)，并且允許所述相位量PhaseM2(λ)以該諧振波長λ中光強最大時的值為中心，在僅改變該相位量PhaseM2(λ)來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量的50％以內(nèi)。
8.如權(quán)利要求5所述的可調(diào)諧振器，其特征在于，允許所述相位量PhaseM1(λ)以該諧振波長λ中光強最大時的值為中心，在僅改變該相位量PhaseM1(λ)來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量的30％以內(nèi)，并且允許所述相位量PhaseM2(λ)以該諧振波長λ中光強最大時的值為中心，在僅改變該相位量PhaseM2(λ)來向鄰接的諧振波長切換時所需的相位量的變化量的30％以內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧振器，其特征在于，所述可調(diào)諧單元基于調(diào)諧元件的溫度特性來改變諧振元件的諧振波長。
10.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧振器，其特征在于，所述可調(diào)諧單元調(diào)節(jié)所述諧振元件的光路折射率和光路長度中的至少一個要素來改變所述光程長。
11.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧振器，其特征在于，所述諧振元件是具有環(huán)形波導的環(huán)形諧振元件。
12.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧振器，其特征在于，所述多重諧振器具有光反射功能單元。
13.如權(quán)利要求12所述的可調(diào)諧振器，其特征在于，所述光反射功能單元具有使光反射或透射到所述多重諧振器的波導。
14.如權(quán)利要求12所述的可調(diào)諧振器，其特征在于，所述光反射功能單元包括反射來自所述多重諧振器的光的反射功能元件；和使光在所述多重諧振器和所述反射功能元件之間雙向通過的波導。
15.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧振器，其特征在于，所述多重諧振器和所述可調(diào)諧單元形成在同一襯底上。
16.一種可調(diào)諧光源，其特征在于，具有多重諧振器，其以周期不同的三個以上的諧振元件的頻率相交的波長進行諧振；可調(diào)諧單元，其同時改變構(gòu)成所述多重諧振器的所述多個諧振元件的各自的光程長，從而控制所述多重諧振器的諧振波長；光放大單元，其連接在所述多重諧振器的一端；和光反射功能單元，其存在于所述光放大單元與所述多重諧振器的連接端的相反一側(cè)。
17.一種可調(diào)諧方法，用于控制多重諧振器的諧振波長，其中所述多重諧振器以周期不同的三個以上的諧振元件的頻率相交的波長進行諧振，所述可調(diào)諧方法的特征在于，同時改變構(gòu)成所述多重諧振器的所述多個諧振元件各自的光程長，從而控制所述多重諧振器的諧振波長。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高可靠性、高性能、價格低廉的可調(diào)諧光源。其包括以周期不同的三個以上的諧振元件(2、3、4)的頻率相交的波長來諧振的多重諧振器(5)；同時改變構(gòu)成多重諧振器(5)的多個諧振元件(2、3、4)各自的光程長來控制多重諧振器(5)的諧振波長的可調(diào)諧單元(6)。多重諧振器為三個諧振元件串聯(lián)的構(gòu)造，設諧振元件的光程長為L
文檔編號H04J14/02GK1848560SQ20061005834
公開日2006年10月18日 申請日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月3日
發(fā)明者鈴木耕一, 山崎裕幸 申請人:日本電氣株式會社