可调谐振器、可调谐光源、多重谐振器的波长调谐方法

摘要

本发明提供一种高可靠性、高性能、价格低廉的可调谐光源。其包括：以周期不同的三个以上的谐振元件(2、3、4)的频率相交的波长来谐振的多重谐振器(5)；同时改变构成多重谐振器(5)的多个谐振元件(2、3、4)各自的光程长来控制多重谐振器(5)的谐振波长的可调谐单元(6)。多重谐振器为三个谐振元件串联的构造，设谐振元件的光程长为L0、L1、L2，设微调阶数M1＞1、M2＞1，设光程长为L1=(M1/M1－1)L0，L2=(M2/M2－1)L0，相位量Phase是通过一个波长量的光程长对所改变的光程长进行标准化而得的，设与改变光程长的两个谐振元件相对的各自的相位量Phase为PhaseM1、PhaseM2，则可调谐单元根据斜率为M2－1/M1－1的线性函数控制相位量PhaseM1、PhaseM2的增减量。

说明书

技术领域

本发明涉及可用于例如WDN(Wavelength Division Multiplexing，波分复用)传输系统等的可调谐光源等。

背景技术

随着宽带时代的到来，为了有效利用光纤，可用单个系统进行多个光波长的通信的WDN传输系统被广泛引入。最近，能够复用数十个光波长进行更高速传输的DWDM装置(dense wavelength division multiplexingdevice，密集波分复用装置)得到了广泛利用。随之，在各个WDM传输系统中需要与每个光波长对应的光源，并且随着高复用，所需要光源的数量大大增加。尤其最近，为了商业化应用而对在各个节点分/插(Add/Drop)任意波长的ROADM(reconfigurable optical add/dropmultiplexers，可重构光分插复用器)进行研究。若引入该ROADM系统，则除了能够扩大基于波长复用的传输容量，还能够通过改变波长来进行光路切换，因此光网络的自由度显著提高。

作为WDM传输系统用的光源，目前为止，单纵模振荡的DFB-LD(Distributed feedback laser diode，分布反馈半导体激光器)由于便于使用且可靠性高而一直被广泛使用。在DFB-LD中，在整个谐振器区域形成有深30nm左右的衍射光栅，从而能够在与衍射光栅周期和等效折射率的两倍的乘积相对应的波长上获得稳定的单纵模振荡。但是在DFB-LD中，由于不能跨过振荡波长的大范围调谐，所以对于每个ITU(internationaltelecommunication union；国际电信联盟)网格使用仅波长不同的制品来构成WDM传输系统。因此，由于在各个波长需要使用不同的制品，所以造成管理成本的增加，或需要用于应对故障的剩余存货。此外，若在根据波长切换光路的ROADM中使用通常的DFB-LD，则基于温度变化的波长范围的可调谐幅度被限制在3nm左右。因此，难以构成对积极使用波长资源的ROADM的特长有效利用的光网络。

为了克服上述目前的DFB-LD所具有的问题，并能够在宽的波长范围内实现单纵模振荡，对作为可调谐光源的可调谐激光器进行了深入研究。下面，通过从下述非专利文献1详细说明的内容中举出几个示例来说明现有的可调谐激光器。

可调谐激光器大致可分为两种类型，即，在激光元件中设置可调谐机构的类型和在激光元件外设置可调谐机构的类型。

在前一类型中，提出有DBR-LD(Distributed Bragg reflector Laserdiode，分布反馈半导体激光器)。该DBR-LD是将产生增益的有源区域和由衍射光栅产生反射的DBR区域形成在同一激光元件内的构造。该DBR-LD的可调谐范围最高也不过10nm。另外，还提出有使用不均匀衍射光栅的DBR-LD。该DBR-LD是将产生增益的有源区域和从前后方夹住该有源区域的DBR区域形成在同一激光元件内的构造。在前后和后方的DBR区域中，由不均匀衍射光栅产生大量的反射峰值，且反射峰值的间隔在前方和后方仅错开一点点。由于通过该构造能够获得所谓的“微调效应(vernier effect)”，所以可实现极宽的可调谐范围。在该使用不均匀衍射光栅的DBR-LD中能够实现超过100nm的调谐动作和40nm的准连续调谐动作。

后一类型的可调谐激光器是使设在激光元件外部的衍射光栅旋转从而使特定波长的光返回到激光元件的构造。

非专利文献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，共立出版株式会社、2000年12月，p.104-122；

非专利文献2：“Optical Filter Design and Analysis(光纤设计及分析)”C.K.Madsen，J.H.Zhao。

然而，虽然在以往的可调谐激光器中，至今为止提出了多种构造，但是易于发生称为“振荡模跳变”的无法预期的波长切换事故。此外，由于存在波长控制方法复杂、抗振性弱、元件增大而带来的价格升高等缺点，所以难以实际应用的状况一直没有改变。

在DBR-LD中，通过向DBR区域注入载流子，使所述DBR区域中的折射率发生变化，从而使波长范围变化。因此，由于电流注入造成结晶缺陷增加，于是折射率相对于电流注入的变化比率显著变动，所以难以在长期使用中维持固定波长的激光振荡。此外，以现有的化合物半导体的加工技术，不可能进行三英寸(inch)以上的加工。为了实现该过程，则需要巨额的开发费用。因此，在具有大型尺寸构造的激光元件中，其制造成本大幅上升。

此外，在将可调谐机构设在外部的激光元件中，由于振动而易于发生振荡模跳变，因此为了避免这种情况需要大型的抗震机构。因此导致模块尺寸的增大以及价格的上升。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种能够克服在实际应用中成问题的现有可调谐激光器的技术问题，实现高可靠性、高性能、低价格的可调谐光源等。

为了达成上述目的，本发明的可调谐振器的特征在于包括：多重谐振器，其以周期不同的三个以上的谐振元件的频率相交的波长进行谐振；和可调谐单元，其同时改变构成所述多重谐振器的所述多个谐振元件各自的光程长，从而控制所述多重谐振器的谐振波长。

在所述本发明的可调谐振器中，为了控制以周期不同的三个以上的谐振元件的频率相交的波长进行谐振的多重谐振器的谐振波长，通过可调谐单元同时改变构成所述多重谐振器的所述多个谐振元件各自的光程长，从而控制所述多重谐振器的谐振波长。

当所述多重谐振器为三个谐振元件串联连接的构造时，设所述谐振元件的光程长为L₀、L₁、L₂，设三个中最短的光程长为L₀，在M₁＞0，M₂＞0的条件下，将微调阶数M₁、M₂定义为

$>>>M>1>>=>>>L>1>>>>L>1>>->>L>0>>>>,>>M>2>>=>>>L>2>>>>L>2>>->>L>0>>>>,>>>$

使得 $>>>L>1>>=>>>M>1>>>>M>1>>->1>>>\times >>L>0>>,>>L>2>>=>>>M>2>>>>M>2>>->1>>>\times >>L>0>>>>的条件成立。$

另外，当光程长的改变量为谐振元件中的光的波长的长度(λ为波长，n为折射率)时，将改变了光程长的相位量Phase定义为一个周期。用具体数值来说明，例如，当光程长变化了时，所述相位量Phase为2。

在以上的定义下，当所述多重谐振器为三个谐振元件串联连接的构造时，将与改变了光程长的两个谐振元件相对的各自的相位量Phase设为PhaseM1、PhaseM2，于是，

所述可调谐单元基于斜率为的线性函数来控制所述相位量PhaseM1、PhaseM2的增减量。

所述线性函数优选设为

$>>>Phase>>M>1>>>=>>>>M>1>>->1>>>>M>2>>->1>>>\times >>Phase>>M>2>>>+>N>+>\phi >.>>>$

在该式中，N表示周期不同的三个以上的谐振元件的频率相交的周期，N＝0、±1、±2、±3、…。另外，φ表示初始相位。一般0≤φ＜1，这是因为满足φ＜0或1≤φ的φ实质上和满足0≤φ＜1的φ等效。

所述线性函数也可被设为

$>>>Phase>>M>1>>>=>mod>\{>>>>M>2>>->1>>>>M>1>>->1>>>>Phase>>M>2>>>,>1>\}>+>N>+>\phi >.>>>$

所述函数mod[m，n]是表示m被n除所得到的余数的函数。在这里“余数”是指小数点以后的数值。

为了导出所述函数mod[m，n]，设

m＝(M₂-1)/(M₁-1)×Phase_M2

n＝1，

则，Phase_M1＝mod[m，n]+N+φ，

$>>>Phase>>M>1>>>=>mod>\{>>>>M>2>>->1>>>>M>1>>->1>>>>Phase>>M>2>>>,>1>\}>+>N>+>\phi >.>>>$

若将与所述多重谐振器的谐振波长λ对应的谐振元件的所述相位量设为PhaseM1(λ)、PhaseM2(λ)，则所述线性函数为

$>>>Phase>>M>1>>>>(>\lambda >)>>=>mod>\{>>>>M>2>>->1>>>>M>1>>->1>>>>Phase>>M>2>>>>(>\lambda >)>>,>1>\}>+>>N>1>>+>\phi >.>>>$

说明该式的导出过程。

设 $>>m>=>>>>M>2>>->1>>>>M>1>>->1>>>\{>>1>>>S>CHANNEL>>>(>>M>2>>->1>)>>>>>(>\lambda >->>W>CENTER>>)>>+>>N>2>>+>\phi >\}>>>$

n＝1，则

PhaseM1(λ)如下所示：

Phase_M1(λ)＝mod[m，n]+N₁+φ₁。

由于函数mod[m，n]是表示m被n除所得到的余数的函数，所以

$>>>Phase>>M>1>>>>(>\lambda >)>>=>mod>\{>>>>M>2>>->1>>>>M>1>>->1>>>>Phase>>M>2>>>>(>\lambda >)>>,>1>\}>+>>N>1>>+>\phi >>>$

$>>>Phase>>M>2>>>>(>\lambda >)>>=>>1>>>S>CHANNEL>>>(>>M>2>>->1>)>>>>>(>\lambda >->>W>CENTER>>)>>+>>N>2>>+>>\phi >2>>.>>>$

因此，PhaseM1(λ)和PhaseM2(λ)的关系式如上所述。

N₁、N₂和所述N相同，表示周期不同的两个谐振元件的频率相交的周期。φ₁，φ₂表示初始相位，W_CENTER表示谐振波长λ的可调谐范围的中心，S_CHANNEL表示谐振波长λ的可调谐的最小间隔。各个初始相位，即φ，φ₁，φ₂，可以是谐振波长中光强度最大时的值。此时，可获得稳定的谐振波长的光。该初始相位的值可以通过计算从理论上求出，也可以通过实测进行实验求解。实际上，在制作该元件时，会由于受到制造误差的影响而使得设计值和实测的初始相位不一致。因此，通常在制造后进行初始相位值的测定。各个周期，即N、N₁、N₂可设为“0”。此时，由于用于获得作为目标的特性所需的相位量最小，所以用于获得谐振频率所需的功率、热量等的能量最小，从而能够效率良好地实现谐振波长的光。

允许所述相位量Phase_M1(λ)以该谐振波长λ中光强最大时的值为中心，在仅改变该相位量Phase_M1(λ)来向邻接的谐振波长切换时所需的相位量的变化量的范围以内，并且

允许所述相位量Phase_M2(λ)以该谐振波长λ中光强最大时的值为中心，在仅改变该相位量Phase_M2(λ)来向邻接的谐振波长切换时所需的相位量的变化量的范围以内。

允许所述相位量Phase_M1(λ)以该谐振波长λ中光强最大时的值为中心，在仅改变该相位量Phase_M1(λ)来向邻接的谐振波长切换时所需的相位量的变化量的50％以内，并且

允许所述相位量Phase_M2(λ)以该谐振波长λ中光强最大时的值为中心，在仅改变该相位量Phase_M2(λ)来向邻接的谐振波长切换时所需的相位量的变化量的50％以内。

允许所述相位量Phase_M1(λ)以该谐振波长λ中光强最大时的值为中心，在仅改变该相位量Phase_M1(λ)来向邻接的谐振波长切换时所需的相位量的变化量的30％以内，并且

允许所述相位量Phase_M2(λ)以该谐振波长λ中光强最大时的值为中心，在仅改变该相位量Phase_M2(λ)来向邻接的谐振波长切换时所需的相位量的变化量的30％以内。

即，由于相位量Phase_M1(λ)、相位量Phase_M2(λ)在所述范围内时谐振状态比较稳定，因此允许其在所述范围内。为获得更加稳定的状态，优选在所述的“向邻接的谐振波长切换时所需的相位量的变化量”的50％以内，最好在30％以内。

优选所述可调谐单元构成为基于调谐元件的温度特性来改变谐振元件的谐振波长的结构。此时，优选所述可调谐单元调节所述谐振元件的光路折射率和光路长度中的至少一个要素来改变所述光程长。

所述谐振元件也可由具有环形波导的环形谐振元件构筑。在具有所述环形波导的光谐振元件中包括两种结构，一种是仅具有环形波导的结构，另一种是除了环形波导外，还包括输入、输出各自的波导的结构。

所述多重谐振器可具有光反射功能单元。所述光反射功能单元是使光反射或透射到所述多重谐振器的波导构造。或者，所述光反射功能单元包括：反射来自所述多重谐振器的光的反射功能元件；和使光在所述多重谐振器和所述反射功能元件之间双向通过的波导。另外，所述多重谐振器和所述可调谐单元可形成在同一衬底上。

上述结构是以可调谐振器为对象的，但本发明不局限于此。也可将所述本发明的可调谐振器用作可调谐光源。本发明的可调谐光源被构筑成包括：多重谐振器，其以周期不同的三个以上的谐振元件的频率相交的波长进行谐振；可调谐单元，其同时改变构成所述多重谐振器的所述多个谐振元件的各自的光程长，从而控制所述多重谐振器的谐振波长；光放大单元，其连接在所述多重谐振器的一端；和光反射功能单元，其存在于所述光放大单元与所述多重谐振器的连接端的相反一侧。

另外，谐振元件的光程长一般通过光路的折射率×长度来表示。因此，当通过具有多个环形波导的谐振元件构成多重谐振器时，优选通过使用所述可调谐单元调节所述谐振元件的光路(高折射晶体)的折射率，来改变所述谐振元件的光程长。另外，作为多重谐振器，当例如使用标准滤波器、马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪时，通过调节光路的长度，例如在镜子相互之间所形成的光路的长度来改变所述谐振元件的光程长。另外，构成多重谐振器的谐振元件并不限于以上所述的，任何能够构成为以周期错开的三个以上的谐振元件的频率相交的波长进行调谐的多重谐振器的元件都可以。

构成多重谐振器的各谐振元件因光程长的差异而FSR(free spectralrange，自由光谱范围)稍有不同。因此，在各个谐振元件中产生的光传输的周期性变化一致的波长(谐振波长)中，产生最大的光传输。由此，在本发明中，串连了多个光程长稍有不同的谐振元件来构成多重谐振器，从而巧妙地利用了由此产生的微调效应。

在本发明中，为了在多重谐振器中以通常最小的间隔改变谐振波长，重要的是同时进行与应该改变光程长的多个谐振元件相对的光程长的改变(相位量)。即，当仅对一个谐振元件改变相位量时，不能以通常最小的间隔改变谐振波长。具体来说，改变各个相位量，使之满足上述的式子。由此，由于能够防止多重谐振器以不希望的波长振荡，所以能够进行稳定的可调谐动作。

如以上说明的那样，根据本发明，在以周期不同的三个以上的谐振元件的频率相交的波长进行谐振的多重谐振器中，由于同时改变构成所述多重谐振器的所述多个谐振元件各自的光程长来控制所述多重谐振器的谐振波长，所以能够以最小间隔改变谐振波长。其结果是，由于抑制向计划之外的波长切换，所以能够实现稳定的可调谐动作，从而能够提供高可靠性、高性能、以及低价格的可调谐光源。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的可调谐振器的基本结构的框图；

图2是示出利用了图1所示的可调谐振器的本发明的实施方式的可调谐光源的平面图；

图3是示出在图2所示的可调谐光源中，从SOA侧看的多环谐振器的波长响应特性的图；

图4是示出与图2所示的可调谐光源中所使用的环形谐振器相对的相位量与谐振波长的关系的特性图；

图5是示出与图2所示的可调谐光源中所使用的环形谐振器相对的相位量改变时的谐振波长的特性图；

图6是示出用于说明图2所示的可调谐光源中的相位量的允许值的、相位量与谐振波长的关系的特性图；

图7是示出用于说明图2所示的可调谐光源中的相位量的允许值的、相位量与模增益差的关系的特性图；

图8是图7的部分放大图；

图9是示出本发明其他实施方式的可调谐光源的示意图。

具体实施方式

下面根据附图说明本发明的实施方式。

在组合了标准滤波器、PLC型环形谐振元件那样的光反馈结构，即具有多个环形结构的外部谐振器和SOA那样的光放大器的可调谐光源中，还没有确立不使用动态波长稳定机构而进行稳定的波长控制的结构。

本发明的实施方式涉及多重谐振器和包括该多重谐振器的光发生装置，所述多重谐振器组合了多个具有可进行稳定的波长控制的参数的谐振元件。在本发明的实施方式中，在串联三个以上的谐振元件的多重谐振器中，设光程长最短的谐振元件的光程长为L₀，并对光程长L₀以外的谐振元件的各个光程长L定义微调阶数(vernier order)M，使得L＝M1/(M1-1)L₀的关系成立。然后，根据后述的函数同时改变对多个谐振元件的后述的控制量，从而能够在不具备动态波长稳定功能的情况下稳定地切换可调谐光源的调谐波长。

如图1所示，本发明实施方式的可调谐振器的基本结构的特征在于，包括：多重谐振器5，其在周期错开的三个以上的谐振元件2、3、4的频率相交的波长进行谐振；可调谐单元6，其同时改变构成所述多重谐振器5的多个谐振元件2、3、4的各自的光程长，从而控制多重谐振器5的谐振波长。

多重谐振器5向光输入输出端7入射的光信号(以下称为光)经过光输入输出端7→谐振元件2→谐振元件3→谐振元件4而到达反射功能元件8，并经反射功能元件8反射后，经过谐振元件4→谐振元件3→谐振元件2返回到光输入输出端7，并从多重谐振器5的光输入输出端7射出。此时，由于从多重谐振器5的光输入输出端7射出的光以由谐振元件2、3、4的各自的光程长L₀～L₂确定的谐振波长，即，以周期错开的谐振元件2、3、4的频率相交的波长进行谐振，所以多重谐振器5向光输入输出端7输出的光的强度最强。

从而，可调谐单元6通过同时控制谐振元件3、4的光程长(相位量)，能够在最小的间隔内改变多重谐振器5的谐振波长。

另外，谐振元件的光程长一般通过光路的折射率×长度来表示。因此，当通过具有多个环形波导的谐振元件2、3、4构成多重谐振器5时，通过使用所述可调谐单元6调节所述谐振元件2、3、4的光路(高折射晶体)的折射率，来改变所述谐振元件2、3、4的光程长。另外，作为多重谐振器5，当例如使用标准滤波器、马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪时，通过调节光路的长度，例如在镜子相互之间所形成的光路的长度来改变所述谐振元件2、3、4的光程长。另外，构成多重谐振器的谐振元件并不限于以上所述的，任何能够作为以周期错开的三个以上的谐振元件的频率相交的波长进行调谐的多重谐振器而构成的元件都可以。另外，构成多重谐振器5的谐振元件并不限于图示的个数，只要是三个以上，对其个数并没有限制。

(第一实施方式)

下面，基于图2说明作为第一实施方式的下述示例，即，将具有环形波导的谐振元件(下面称为环形谐振元件)21、22、23用作构成多重谐振器5的谐振元件2、3、4，并且将三个环形谐振元件21、22、32串连连接来构筑多重谐振器20。多重谐振器20对应于图1的多重谐振器5。

本发明实施方式的可调谐振器具有：多重谐振器20，其在周期错开的三个谐振元件21、22、23的频率相交的波长上进行谐振；可调谐单元(6)，其同时改变构成所述多重谐振器20的三个谐振元件21、22、23的各自的光程长，从而控制所述多重谐振器20的谐振波长。在图2所示的实施方式中，TO(Thermo Optic，热光)移相器17和控制器18被用作图1所示的可调谐单元6。

在三个谐振元件21、22、23中，用于传输光的波导通过高折射率晶体在PLC衬底13上形成为环状。此外，输入输出侧波导11、反射侧波导12、波导24、25在PLC衬底13上形成直线形状。谐振元件21、22、23的环形波导、波导24、25形成在同一衬底上，但也可分别形成在不同的衬底上。此外，所述波导也可通过石英玻璃系列晶体、铌酸锂等形成在衬底上。

谐振元件21和位于夹持该谐振元件21的位置上的输入输出侧波导11、波导24通过光学耦合单元耦合。另外，谐振元件22和位于夹持该谐振元件22的位置上的波导24、波导25通过光学耦合单元耦合。另外，谐振元件23和位于夹持该谐振元件23的位置上的反射侧波导12、波导25通过光学耦合单元耦合。另外，由于光学耦合单元是通用的，所以省略其详细说明，任何在所述调谐元件和所述波导之间使光双向无损耗通过的构造都可以。

向输入输出侧波导11入射的光信号(以下称为光)经过输入输出侧波导11→谐振元件21→谐振元件22→谐振元件23→反射侧波导12到达高反射膜(反射功能元件)14，并在高反射膜14上反射，经过反射侧波导12→谐振元件23→谐振元件22→谐振元件21返回到输入输出侧波导11，并从输入输出侧波导11射向光放大单元SOA 15。此时，由于出射光以谐振元件21、22、23各自的光程长L₀～L₂所确定的谐振波长，即，周期错开的谐振元件21、22、23的频率相交的波长进行谐振，所以光的强度最强。

如图2所示，构成可调谐单元的TO移相器16、17与环形谐振元件22、23的环形波导的位置相对应地形成在PLC衬底13上。图2所示的TO移相器16、17具有通过给环形谐振元件22、23的环形波导加热来改变所述环形波导的折射率，从而改变环形谐振元件22、23的光程长L₁、L₂的功能。在图2所示的实施方式中，例如可以使用膜状加热器来作为TO移相器16、17，该膜状加热器由蒸发镀膜在环形谐振元件22、23所在位置的PLC衬底13上的氧化铝膜构成。该膜状加热器16、17由后述的控制器18供电加热。

在使用了玻璃和化合物半导体的环形谐振元件22、23的环形波导中，其晶体的折射率随温度在1/1000～1/100的范围内增大。从而，当环形谐振元件21、22、23的环形波导接收膜状加热器16、17的热量而被加热时，由于折射率增大，所以所述环形谐振元件21、22、23实际的光程长L₁、L₂发生变化。通过在作为TO移相器的膜状加热器16、17中使用控制器18来提供0.5W的功率，能够改变相当于多重谐振器20的一个波长的环形谐振元件21、22、23的光程长。

图2所示的实施方式示出了在环形谐振元件21、22、23的环形波导的光程长中不包含制造误差的理想状态下的结构。但在现实中，在制造环形谐振元件21、22、23的环形波导时，有时会在其光程长中产生误差。因此，也可以在用于确定波长的环形谐振元件21中设置相当于TO移相器16、17的TO移相器，从而在可调谐振器启动时微调环形谐振元件21的光程长L₀。此外，为了抑制各波长通道(wavelength channel)从光电传输装置中所使用的波长偏移，也可在振荡动作中微调环形谐振元件21的光程长L₀。

另外，虽然将加热型TO移相器16、17用作改变或微调环形谐振元件21、22、23的光程长L₀、L₁、L₂的可调谐单元，但并不限于此。构成环形谐振元件21、22、23的环形波导的晶体具有可逆性。此时，也可以使用将设在衬底上的吸热型珀尔帖元件(Peltier Element)用作TO移相器16、17，并通过控制器向该珀尔帖元件供电的吸热机构。当使用该吸热机构时，由于从环形谐振元件21、22、23的环形波导吸收热量来进行冷却，所以所述环形波导的折射率在1/1000～1/100的范围内减少。由此来改变环形谐振元件21、22、23的光程长L₀、L₁、L₂。另外，作为可调谐单元，虽然使用的是加热型膜状加热器或吸热型珀尔帖元件，但是任何能够通过其他手段来改变环形波导的光折射率的元件都可以。

多环谐振器20被构成为串联了具有互不相同的光程长L₀、L₁、L₂的所述环形谐振元件21～23的光波导型滤波器。多环谐振器20仅在所有的环形谐振元件21～23同时谐振时对谐振波长的光信号进行复用(multiplexes)和去复用(demultiplexes)，通过微调效应得到大的FSR。所谓微调效应，是指组合多个光程长不同的谐振元件以增大可调谐范围的方法，其在周期错开的多个谐振元件的频率的最小公倍数的频率上叠加各个的谐振频率。因此，表观上FSR的功能是成为各环的最小公倍数的频率。因此，能够比单个谐振元件更加容易地在大频率下进行特性的控制。

在所述实施方式中，多重谐振器20被构筑成组合了多个环形谐振元件，并通过同一波导11进行光的输入输出的构造，但并不局限于此。多重谐振器20还可被构筑成下述构造：环形谐振元件21、22、23在环形波导中包括输入输出各自的波导，从多重谐振器20的一个波导输入光信号，并从多重谐振器20的其它波导输出在多重谐振器20中提高了光强度的光信号。

另外，作为多重谐振器20所具有的光反射功能单元，使用了对来自多重谐振器20的光进行反射的高反射膜14和使光在多重谐振器20和高反射膜14之间双向通过的波导11、12的组合，但并不局限于此。所述光反射功能单元也可构成为使光反射或传输(transmits)到多重谐振器20的波导结构。如图2所示，所述用于反射的波导结构的光反射功能单元被构筑成如下构造：在不使用高反射膜14的情况下，仅通过反射侧波导12使来自多重谐振器20的光的传输方向反转，从而再次返回到多重谐振器20。另外，所述传输的光反射功能单元可应用于通过各自的波导进行光信号的输入和输出的多重谐振器中，并被构筑成使光信号传输到多重谐振器内的结构。

以上关于可调谐振器的结构。图2所示的本发明实施方式的可调谐光源10除了上述可调谐振器的结构之外，还包括：与所述多重谐振器20的一端相连的光放大单元15；存在于所述光放大单元15与所述多重谐振器20的连接端的相反一侧的反射单元14。在图2所示的实施方式中，将具有高反射率的反射膜14用作所述反射单元14。可调谐光源10相当于所述的发光装置。另外，作为反射单元14，只要能够反射光都可以替代高反射膜14。

所述高反射膜14与可调谐振器的反射侧波导12的终端耦合，并具有下述功能：将从多环谐振器20通过反射侧波导12传输的光反射到反射侧波导12。光反射功能单元由作为反射元件来反射从多重谐振器20接收的光的高反射膜14和使光在多重谐振器20和反射元件(14)之间双向通过的波导(反射侧波导12)构成，但并不局限于此。光反射功能单元也可以由具有输入输出两个功能的波导构成，即：使从多重谐振器20接收的光通过内部返回到多重谐振器20。

作为光放大单元15，使用半导体光放大器(SOA，SemiconductorOptical Amplifier)。另外，作为光放大单元15，可使用光纤放大器等光放大器，也可使用半导体激光器(激光器二极管)等光源。

控制器18用于控制作为TO移相器的膜状加热器16、17和光输入输出单元15。具体来说，控制器18由根据程序动作的微型计算机和由该微型计算机控制供电的直流电源的组合来构成。所述微型计算机具有下述功能：从外部输入表示多重谐振器20的谐振波长的值的控制信号，并根据所述控制信号和预先存储的预定的数学式来求功率值，然后从直流电源向TO移相器16、17提供相当于该功率值的功率。另外，也可在输入输出侧波导11中或反射侧波导12中插入用于限制频带(band)的非对称马赫-曾德尔干涉仪。

下面具体说明在本发明实施方式中控制多重谐振器的谐振波长的情况。

在本发明实施方式中，当控制以周期不同的三个以上的谐振元件的频率相交的波长进行谐振的多重谐振器的谐振波长时，通过可调谐单元同时改变构成所述多重谐振器的所述多个谐振元件的各自的光程长，从而来控制所述多重谐振器的谐振波长。

当串联三个谐振元件构成所述多重谐振器时，设所述谐振元件的光程长为L₀、L₁、L₂，设三个中最短的光程长为L₀，在M₁＞0，M₂＞0的条件下，将微调阶数M₁、M₂定义为：

$>>>M>1>>=>>>L>1>>>>L>1>>->>L>0>>>>,>>M>2>>=>>>L>2>>>>L>2>>->>L>0>>>>,>>>$

使得 $>>>L>1>>=>>>M>1>>>>M>1>>->1>>>\times >>L>0>>,>>L>2>>=>>>M>2>>>>M>2>>->1>>>\times >>L>0>>>>的条件成立。$

另外，当光程长的改变量为谐振元件中的光的波长的长度(λ为波长，n为折射率)时，将改变了光程长的相位量Phase定义为一个周期。使用具体数值来说明，例如，当光程长的变化量为时，所述相位量Phase为2。

在以上的定义下，当串联三个谐振元件构成所述多重谐振器时，将与改变了光程长的两个谐振元件相对的各自的相位量Phase设为PhaseM1、PhaseM2，于是，

所述可调谐单元16、17、18基于斜率为的线性函数来控制所述相位量PhaseM1、PhaseM2的增减量。

可调谐光源10在可调谐单元16、17、18的控制下可通过多环谐振器20和SOA 15来自由选择所需波长。作为基数的环形谐振元件21的光程长L₀例如被设为4mm左右，使FSR为50GHz。此时，环形谐振元件22、23的光程长L₁、L₂利用微调阶数M₁、M₂由下式得出。

$>>>L>1>>=>>>M>1>>>>M>1>>->1>>>\times >>L>0>>->->->>(>1>)>>>>$

$>>>L>2>>=>>>M>2>>>>M>2>>->1>>>\times >>L>0>>->->->>(>2>)>>>>$

这样构成的三阶环形谐振元件21～23和二阶环形谐振器一样，也以各自环形谐振元件21～23的周期移位相匹配的波长，以最小损失进行激光振荡。通过周长最短的环形谐振元件21确定通道间隔为50GHz，并通过剩下的两个环形谐振元件22、23自由选择振荡波长。

从SOA 15输出的ASE光通过三个环形谐振元件21～23，并在高反射膜14上反射，之后再次通过三个环形谐振元件21～23返回到SOA 15。SOA 15和PLC衬底13之间例如通过直接耦合(butt-coupling)而连接。在SOA 15中，给PLC衬底一侧的端面实施AR涂覆，光纤一侧端面具有10％的反射率。除了直接耦合，SOA 15和PLC衬底13还可以通过无源队列(Passive Alignment)方式在PLC衬底13上直接安装或透镜耦合。

从SOA15射出的光到达SOA 15→无反射膜→输入输出侧波导11→多重谐振器20→反射侧波导12→高反射膜14，在该高反射膜14上反射后，经过路径反射侧波导14→多重谐振器20→输入输出侧波导11→无反射膜→SOA 15而返回，并在SOA 15的出射侧端面上反射。通过该光的反射作用，多重谐振器20作为激光谐振器发挥作用。该返回光是多重谐振器20的谐振波长的光。其原因如下：构成多重谐振器20的各个环形谐振元件21、22、23的FSR稍有不同，因此，在各个环形谐振元件21、22、23中所发生的反射(传输)的周期性变化一致的波长(谐振波长)中发生更大的反射。于是，由于周期一致的波长通过各个环形谐振元件21、22、23的波导折射率的变化而大幅改变，所以能够获得效率良好的波长调谐动作。该波导折射率例如可通过热光学效应来改变。所谓热光学效应是指通过热来增加材料的折射率的现象，通常，什么样的材料都具有该特性。即，可利用多个环形谐振元件21、22、23的温度特性来改变多重谐振器20的谐振波长。另外，也可通过热光学效应之外的折射率控制方法、圆周长度的控制来改变波长。

这里叙述具体的数值示例。设多重谐振器(光波导型滤波器)20的传输中心波长为1540nm，多重谐振器20的可谐调范围为50nm，则作为基数的环形谐振元件21的周长(即L₀)为4mm左右。此时，若波长通道的间隔为0.4nm，则M₂-1为50nm/0.4nm＝125，因此M₂＝126。并且，此时M₁从模增益差最大化条件 $>>>M>1>>->1>=>>>M>2>>->1>>>>得出M$₁＝12.2。因此，从式(1)得出L₁约为4.36mm，从式(2)得出L₂约为4.03mm。

此时，具有最短环形波导L₀的环形谐振元件21用于固定ITU栅格(ITU grid)，具有最长环形波导L₂的环形谐振元件22用于微调，具有中间长度的环形波导L₁的环形谐振元件23用于粗调。

图3是示出从SOA 15一侧看的多环谐振器20的波长响应特性的特性图。下面基于图2和图3进行说明。

在图3所示的示例中，除了前面的式(1)、(2)，还可设定微调阶数使M₂-1＝(M₁-1)²成立。即，各个环形谐振元件21～23的微调阶数为M₁＝11，M₂＝101。定向耦合器(光学耦合单元)通过设定k＝π/4而作为3dB耦合器动作。被M₂-1定义的100个波长通道以50GHz间隔存在，并以被M₁-1定义的每十个通道来分组。即，可进行调谐动作的波长数由M₂确定，M₂-1的100个通道动作。作为插入损耗最小的通道和插入损耗第二小的通道的损耗差的模增益差为3.8dB。

在这里，包括插入损耗最小的通道的组称为中心组，与该中心组相邻的组称为邻接组，通过满足前述的三个式子，可以这样说：在图3中，中心组内插入损耗第二小的通道和邻接组内插入损耗最小的通道的插入损耗大体相等。

图4是示出与环形谐振元件22、23相对的相位量和谐振波长的关系的曲线图。下面根据图2和图4来说明可调谐光源10的动作(其一)。所述相位量被定义为，通过一个波长量的光程长对环形谐振器的变化了的光程长进行标准化而得的相位量。

图4表示当横轴为与环形谐振元件23相对的相位量，纵轴为与环形谐振元件22相对的相位量时的表示谐振波长的模拟结果。各个相位量和施加给TO移相器16、17的电能大体成比例。环形谐振元件22的微调阶数M₁为“12”，环形谐振元件23的微调阶数M₂为“126”。

在图4中，纵轴和横轴的相位量为周期性表示，并在2π处变为1。当向TO移相器16、17提供例如400mW的功率时，可以只改变2π(一个波长的量)的谐振波长的相位。通过使用具有该TO移相器16、17的三阶多环谐振器20，能够以矩阵方式选择所需的光源振荡波长。另外，向TO移相器16、17通电，从而仅改变0.5(1/2个波长量)的相位量时的波长特性和仅改变-0.5(-1/2个波长量)时的波长特性相同。因此，环形谐振元件22、23都具有在一个周期中折返同一个波长的特性。多环谐振器20中的特征在于，波长的矩阵配置并不是完全正交系，而是在图中向右倾斜。因此，提供给TO移相器16、17的电能具有相互关联性，而不是独立关系。

即，由图4可以看出，为了通常以最小间隔改变谐振波长，需要同时改变与环形谐振元件22、23相对的双方的相位量。即，基于斜率为的线性函数来同时改变与环形谐振元件22、23相对的双方的相位量。

具体来说，改变各个相位量，使其满足下述的式(3)、式(4)、式(5)、式(6)中的某一个。由此，由于能够防止以干扰波长振荡，所以能够实现稳定的可调谐动作。

利用TO移相器16、17的温度特性同时改变环形谐振元件22、23各自的光程长，从而控制多重谐振器的调谐波长。将环形谐振元件21、22、23的光程长设为L₀、L₁、L₂，将微调阶数设为M₁＞1、M₂＞1，将所述光程长设为 $>>>L>1>>=>>>M>1>>>>M>1>>->1>>>\times >>L>0>>,>>L>2>>=>>>M>2>>>>M>2>>->1>>>\times >>L>0>>,>>>相位量Phase是通过一个波长量的光程长对变化了的光程长进行标准化而得的，将与改变了光程长的两个环形谐振元件22、23相对的各自的相位量设为PhaseM1、PhaseM2，此时，所述可调谐单元(16、17、18)根据斜率为的线性函数来控制所述相位量PhaseM1、PhaseM2的增减量。$

当与环形谐振元件22、23相对的相位量分别被设为PhaseM1、PhaseM2时，如式(3)设定所述线性函数。

$>>>Phase>>M>1>>>=>>>>M>1>>->1>>>>M>2>>->1>>>\times >>Phase>>M>2>>>+>N>+>\phi >->->->>(>3>)>>.>>>$

在该式中，N表示周期不同的三个以上的谐振元件的频率相交的周期，N＝0、±1、±2、±3、…。此外，φ表示初始相位。一般0≤φ＜1，这是因为满足φ＜0或1≤φ的φ实质上和满足0≤φ＜1的φ等效。

这样，对于两个相位量Phase_M1、Phase_M2，线性关系式成立。由于可调谐光源10的振荡波长由作为三个环形谐振元件21～23的周期的FSR的最小公倍数来确定，所以具有这样的周期性和相互关联性。

另外，所述线性函数也可设定为下式：

$>>>Phase>>M>1>>>=>mod>\{>>>>M>2>>->1>>>>M>1>>->1>>>>Phase>>M>2>>>,>1>\}>+>N>+>\phi >->->->>(>4>)>>.>>>$

所述函数mod[m，n]是表示m被n除所得到的余数的函数。在这里“余数”是指小数点以后的数值。

为了导出所述函数mod[m，n]，设

m＝(M₂-1)/(M₁-1)×Phase_M2

n＝1，

则，Phase_M1＝mod[m，n]+N+φ，

另外，N和φ相当于上述数值。

另外，若将与所述多重谐振器的谐振波长λ对应的谐振元件的相位量设为PhaseM1(λ)、PhaseM2(λ)，则所述线性函数也可设为：

$>>>Phase>>M>1>>>>(>\lambda >)>>=>mod>\{>>>>M>2>>->1>>>>M>1>>->1>>>>Phase>>M>2>>>>(>\lambda >)>>,>1>\}>+>>N>1>>+>\phi >->->->>(>5>)>>.>>>$

说明该式的推导过程。

设 $>>m>=>>>>M>2>>->1>>>>M>1>>->1>>>\{>>1>>>S>CHANNEL>>>(>>M>2>>->1>)>>>>>(>\lambda >->>W>CENTER>>)>>+>>N>2>>+>\phi >\}>>>$

n＝1，则

PhaseM1(λ)如下所示：

Phase_M1(λ)＝mod[m，n]+N₁+φ₁。

由于函数mod[m，n]是表示m被n除所得到的余数的函数，所以

$>>>Phase>>M>1>>>>(>\lambda >)>>=>mod>\{>>>>M>2>>->1>>>>M>1>>->1>>>>Phase>>M>2>>>>(>\lambda >)>>,>1>\}>+>>N>1>>+>\phi >>>$

$>>>Phase>>M>2>>>>(>\lambda >)>>=>>1>>>S>CHANNEL>>>(>>M>2>>->1>)>>>>>(>\lambda >->>W>CENTER>>)>>+>>N>2>>+>>\phi >2>>->->->>(>6>)>>.>>>$

因此，PhaseM1(λ)和PhaseM2(λ)的关系式如上所述。

N₁、N₂和所述N相同，表示周期不同的两个谐振元件的频率相交的周期。φ₁，φ₂表示初始相位，W_CENTER表示谐振波长λ的可调谐范围的中心，S_CHANNEL表示谐振波长λ的可调谐的最小间隔。各个初始相位，即φ，φ₁，φ₂，可以是谐振波长中光强度最大时的值。此时，可获得稳定的谐振波长的光。该初始相位的值可以通过计算从理论上求出，也可以通过实测进行实验求解。各个周期，即N、N₁、N₂可设为“0”。此时，由于用于获得各个位相量所需的能量最小，所以能够效率良好地实现谐振波长的光。

可允许所述相位量Phase_M1(λ)以该谐振波长λ中光强最大时的值为中心，在仅改变该相位量Phase_M1(λ)来向邻接的谐振波长切换时所需的相位量的变化量的范围内。

并且，可允许所述相位量Phase_M2(λ)以该谐振波长λ中光强最大时的值为中心，在仅改变该相位量Phase_M2(λ)来向邻接的谐振波长切换时所需的相位量的变化量的范围内。

可允许所述相位量Phase_M1(λ)以该谐振波长λ中光强最大时的值为中心，在仅改变该相位量Phase_M1(λ)来向邻接的谐振波长切换时所需的相位量的变化量的50％以内。

并且，可允许所述相位量Phase_M2(λ)以该谐振波长λ中光强最大时的值为中心，在仅改变该相位量Phase_M2(λ)来向邻接的谐振波长切换时所需的相位量的变化量的50％以内。

可允许所述相位量Phase_M1(λ)以该谐振波长λ中光强最大时的值为中心，在仅改变该相位量Phase_M1(λ)来向邻接的谐振波长切换时所需的相位量的变化量的30％以内。

并且，可允许所述相位量Phase_M2(λ)以该谐振波长λ中光强最大时的值为中心，在仅改变该相位量Phase_M2(λ)来向邻接的谐振波长切换时所需的相位量的变化量的30％以内。

即，由于相位量Phase_M1(λ)、相位量Phase_M2(λ)在所述范围内时谐振状态比较稳定，因此允许其在所述范围内。为获得更加稳定的状态，优选在所述的“向邻接的谐振波长切换时所需的相位量的变化量”的50％以内，最好在30％以内。

图5是示出改变与环形谐振元件22、23相对的相位量以满足预定式子时的谐振波长的特性图。下面根据图2和图5来说明可调谐光源10的动作。

图5示出了改变与环形谐振元件22、23相对的相位量以满足所述式(3)、式(4)、式(5)、式(6)中的某一个时的谐振波长的一个示例。在本示例中，环形谐振元件22的微调阶数M₁为“12”，环形谐振元件23的微调阶数M₂为“126”。在图5中，分别用虚线和单点划线表示向移相器16、17提供的电能，也就是相位量；用实线表示此时的可调谐光源10的振荡波长，也就是谐振波长。这样，根据前述的数学式来控制环形谐振元件22、23的光程长(相位)，能够离散地实现波长的切换。

另外，在式(3)、式(4)、式(5)、式(6)中，将各个初始相位，即φ，φ₁，φ₂设为多重谐振器20的谐振波长中光强最大的值。各个周期，即N，N₁，N₂为“0”。

图6是用于说明与环形谐振元件22、23相对的相位量Phase_M1、Phase_M2的许可值的、相位量Phase_M1、Phase_M2与谐振波长λ的关系图。图7是示出与环形谐振元件22、23相对的相位量和模增益差的关系的特性图。图8是图7的部分放大图。下面根据图2、图4、图6及图8来说明。

图6简要示出了从图4中取出的一部分，并在横轴为与环形谐振元件23相对的相位量Phase_M2，纵轴为与环形谐振元件22相对的相位量Phase_M1时，示出多重谐振器20的谐振波长λ。下面对用于维持多重谐振器20的谐振波长λ的相位量Phase_M1、Phase_M2的许可范围进行说明。

相位量Phase_M1可以以该谐振波长λ中光强最大时的值O为中心，在仅改变相位量Phase_M1来向邻接的谐振波长切换时所需的相位量的变化量±ΔP_M1的范围内。同样，相位量Phase_M2可以以该谐振波长λ中光强最大时的值O为中心，在仅改变相位量Phase_M2来向邻接的谐振波长切换时所需的相位量的变化量±ΔP_M2的范围内。即，对于图6而言就是可在平行四边形的实线框内。

这里，谐振波长λ中光强最大也是模增益差最大。因此，当相位量Phase_M1、Phase_M2离开中心点O时，由于噪声等而提高了随意向邻接的谐振波长切换的可能性。因此，为了得到更稳定的谐振状态，优选在所述的“向邻接的谐振波长切换时所需的相位量的变化量±ΔP_M1、±ΔP_M1”的各自的50％以内，最好在其30％以内。即，对于图6而言，可在平行四边形的虚线框内或双点划线的框内。下面说明确定为“50％”和“30％”的根据。

例如，在SOA 15的增益特性中常有波长依存性。在理想的SOA中不存在波长依存性，但由于材料和制造方法的问题而产生波长依存性。可例举出最容易成为问题的SOA端面反射的问题。

在理想的SOA中，从外部输入的光单向通过SOA内部，然后直接射向外部。因此，通过在SOA端面设置无反射涂层，能够使在端面上的反射率理想地变成“0”。但是，由于实际上反射率不能完全没有，所以在SOA的内部产生谐振模式。通过该谐振模式，由SOA的谐振器长度(光程长)L确定的周期性脉动(ripple)被包含在放大器的增益成分中。

由于实质上的三阶谐振器型激光器(多重谐振器)的增益特性由三级串连的谐振元件的增益特性和放大器(SOA)的增益特性的乘积决定，所以受SOA的增益特性的影响，多重谐振器的激光器振荡的波长通道从预期的波长开始改变。因此，需要在能够维持尽可能大的模增益差的条件下使激光器工作。由于这样的SOA的脉动量为2dB左右，所以三阶环形谐振元件构成的多重谐振器的模增益差也需要在2dB以上。

根据模拟，可在图6中的多重谐振器20的震荡波长特性的中心部实现最大的模增益差。图7中绘制了具有M₂＝126、M₁＝12的特性，且被包含在多重谐振器20中的环形谐振元件22、23的各个环形波导的相位(光程长)中的模增益差。

在多重谐振器20的谐振波长最稳定的条件下，模增益差最大，这一点成为图6的中心条件。图7局部示出一个波长通道中的模增益差的条件。由该图可以看出，得到1dB以上的模增益差的条件是，从最大模增益差的部分向邻接的波长切换的相位差的±50％的幅度；得到2dB以上的模增益差的条件是相位差的±30％的幅度。必须在能够得到超过激光器中所使用的SOA的脉动特性的模增益差的条件下进行动作。一般的SOA的波长脉动特性为2dB左右，若特性良好，则为1dB左右。

(实施方式2)

图9是示出本发明实施方式的其它可调谐光源的示意图。下面根据该附图进行说明。

在图2A所示的实施方式中，将具有环形波导的环形谐振元件21、22、23用作多重谐振器20的谐振元件。在图9所示的实施方式中，用标准滤波器(etalon filters)31～33代替所述环形谐振元件，并通过串连这些标准滤波器31～33来构成多重谐振器30。

构成多重谐振器30的标准滤波器31、32、33的光程长被设定为是彼此不同的长度。在图9所示的实施方式中，通过改变标准滤波器31、32、33的光路的长度来改变标准滤波器31、32、33的光程长。

例如从SOA(图中未示出)输出的光到达标准滤波器31→标准滤波器32→标准滤波器33→高反射膜34，并由该高反射膜34反射，然后经由标准滤波器33→标准滤波器32→标准滤波器31的路径返回到SOA。返回到SOA的光以通过标准滤波器31、32、33的光程长L₀、L₂、L₃来确定的谐振波长、即周期不同的标准滤波器(谐振元件)31、32、33的频率相交的波长进行谐振，因此，从多重谐振器30输出到SOA的光的强度最强。

在图9所示的实施方式中，和图2所示的实施方式相同，也根据式(3)、式(4)、式(5)、式(6)来改变标准滤波器31、32、33的光程长，从而获得和第一实施方式相同的作用及效果。

另外，例如可用高折射率晶体、马赫-曾德尔干涉仪等来代替标准滤波器。高折射率晶体的可调谐单元例如是使双折射率晶体的入射光的偏振波倾斜的经机构。马赫-曾德尔干涉仪的可调谐单元例如是和第一实施方式相同的TO移相器。

另外，构成多重谐振器的谐振元件，除了环形谐振元件之外，还可以是例如标准滤波器、马赫-曾德尔干涉仪、高折射率晶体等成为谐振元件的元件。构成多重谐振器的谐振元件因光程长的差异而FSR(free spectralrange，自由光谱范围)稍有不同。因此，在各个谐振元件中产生的光传输的周期性变化一致的波长(谐振波长)中，产生最大的光传输。由此，在本发明的实施方式中，串连了多个光程长稍有不同的谐振元件来构成多重谐振器，由此巧妙地利用了微调效应。

本发明不限于上述第一和第二实施方式。例如多重谐振器也可由四个以上的谐振器构成。

工业实用性

如以上说明的，根据本发明，在以周期不同的三个以上的谐振元件的频率相交的波长进行谐振的多重谐振器中，由于同时改变构成所述多重谐振器的所述多个谐振元件的各自的光程长来控制所述多重谐振器的谐振波长，所以能够以最小间隔改变谐振波长。