光偏向器を備えた波長可変逆多重化器および波長可変レーザ
【課題】波長可変特性が連続的であり、製作が容易であるうえ、構造的に安定しており、波長可変のための速度が速い波長可変逆多重化器の提供。
【解決手段】お互い異なる多数の波長を有する多数の光が導波される入力導波路と、入力導波路を介して伝達された光を、放射状に分散する光に偏向させる光偏向器であって、第１の有効屈折率を有する周辺領域と、前記第１の有効屈折率とは異なる第２の有効屈折率を持つ所定形状の偏向パターン領域とが境界を成して構成される光偏向器と、前記偏向された光を波長ごとに分離して反射する回折格子と、前記回折格子を介して回折した光を選択して出力する出力導波路とを含み、前記放射状に分散する光は、第２の有効屈折率に応じて変わる所定の軌跡上の特定点から出発して進むことを特徴とする波長可変逆多重化器を提供する。
【解決手段】お互い異なる多数の波長を有する多数の光が導波される入力導波路と、入力導波路を介して伝達された光を、放射状に分散する光に偏向させる光偏向器であって、第１の有効屈折率を有する周辺領域と、前記第１の有効屈折率とは異なる第２の有効屈折率を持つ所定形状の偏向パターン領域とが境界を成して構成される光偏向器と、前記偏向された光を波長ごとに分離して反射する回折格子と、前記回折格子を介して回折した光を選択して出力する出力導波路とを含み、前記放射状に分散する光は、第２の有効屈折率に応じて変わる所定の軌跡上の特定点から出発して進むことを特徴とする波長可変逆多重化器を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変逆多重化器および波長可変レーザに関し、より詳しくは、所定の形状の偏向パターン領域と周辺領域は上部クラッド層のドーピング構造の差により境界を成して構成されるが、外部電気信号の調節によって、偏向パターン領域内のコア層の屈折率が変化し、放射状に分散する光を偏向させる光偏向器を備える光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、波長可変逆多重化器について説明する。
光通信システムにおいて、様々な波長のビームを一つの位置に集束させる機能（多重化）、任意のビームを波長に応じて特定の位置に分配させる機能（逆多重化）は、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を基盤とする光システムでは必須である。
【０００３】
このような機能は、現在までいろいろの方法または構造によって素子に実現されたが、代表的なものとして、プリズムの屈折を利用した構造、回折格子（ｇｒａｔｉｎｇ）または集積型凹回折格子（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｏｎｃａｖｅ ｇｒａｔｉｎｇ）を用いた構造、配列導波路回折格子（ａｒｒａｙｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ）を用いた構造を挙げることができる。
【０００４】
このような構造の中でも、集積型凹回折格子と配列導波路回折格子を用いた構造は、シリカ（Ｓｉｌｉｃａ）、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＬｉＴａＯ３、ポリマー（Ｐｏｌｙｍｅｒ）などの物質基盤に光導波路の形で製作することができ、集積が容易で素子性能が優秀であって多用されている。その簡略な構造は図１に示した。
【０００５】
次に、図１を参照して従来の凹回折格子を用いた逆多重化器を説明する。図１は従来の凹回折格子を用いた逆多重化器の概略構成図である。
【０００６】
図１では逆多重化器について示したが、２つの素子とも入射ビームと出射ビーム間の相互作用によって多重化器としても使用可能である。よって、説明の重複を回避するために逆多重化器についてのみ説明する。
【０００７】
図１は上述した逆多重化機能を持つ導波路型凹回折格子構造を示している。前記構造において、入力導波路に広帯域の光信号を含むビームを入射させると、ビームは入力導波路１０を介してＡ地点で回折格子３０へ伝播される。前記伝播ビームは、回折格子３０で波長別に回折して分配され、分配されたビームは、図１のように各出力導波路２０に波長別に集束される。この際、分配されたビームは常時任意の軌跡上に位置するが、この軌跡をローランド円（Ｒｏｗｌａｎｄ ｃｉｒｃｌｅ）という。前記凹回折格子の半径Ｒはローランド円の直径になる。凹回折格子とローランド円とが出会う点をポール（ｐｏｌｅ）という。
【０００８】
前記従来の構造についての詳細な構造および適用は、特許文献１と特許文献２に詳細に開示されている。
【０００９】
次に、従来の技術による波長可変逆多重化器を説明する。凹回折格子を波長可変逆多重化器として使用する場合、多数の入力導波路を製作してその中の一つのみに、広帯域の光信号を含むビームを入射させる構造を挙げることができる。この場合、入射ビームはローランド円上に位置し、入射ビームの入射角を変化させて回折格子の公式に基づいて波長を可変させる構造である。簡単な例として、前記構造においてある導波路を介してビームを入射させて各出力導波路にλ１〜λｎのビームが出射された場合、他の導波路を介してビームを入射させると、出力導波路に出射される波長はそれぞれ λ’１〜λ’ｎに変わる。
【００１０】
この構造は、選択的に入射ビームの位置を調整させて波長を可変させる方式なので、多数の入力導波路が必要であり、波長可変特性が離散的（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）で波長可変量に制限があるという問題点をもっている。
【００１１】
別の構造によれば、入力導波路の代わりに光ファイバにビームを入射させ、光ファイバの位置を移動させて波長可変逆多重化器として動作させる方式がある。この構造は、特許文献３に詳細に開示されているもので、光ファイバの位置を連続的に移動させることができるので、連続的な（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ）波長可変特性をもつが、光ファイバの空間的移動により構造的に不安定であり、波長可変のための速度が遅いという欠点をもっている。
【００１２】
一方、配列導波路回折格子構造を波長可変逆多重化器として活用することもできる。すなわち、多数の入力導波路を利用する構造である。この構造の一点から他の点へ放射ビームの位置を移動すると、入力結合器内の入力口径に結合するビームの位相が変化して出力導波路に出射されるビームの波長が変化する。このような配列導波路回折格子の構造を用いる構造は、凹型回折格子構造と原理上同様なので、波長可変特性が離散的であるという問題により、連続的な波長可変を有する逆多重化器に適用することが難しい。
【００１３】
したがって、前記従来の波長可変逆多重化器および多重化器の多数の入力導波路を利用する構造は波長可変特性が離散的であって有用ではなく、光ファイバを移動させる構造は光ファイバの移動により構造的に不安定であり、波長可変のための速度も遅いという問題点を抱えている。
【００１４】
次に、波長可変レーザについて説明する。
最近、電子商取引、ＶＯＤ、画像会議といった新しいマルチメディアの出現とＨＤＴＶ、ＬＡＮ、ＣＡＴＶなどといった従来のデータ通信の発達に伴い、情報容量が急増している。超高速情報通信網事業者は、莫大なコストと時間がかかる新規の光ファイバを設置する代わりに、既存の光ファイバの帯域幅を極大化するＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送方式を使用することにより、伝送効率を極大化する方式を採用している
【００１５】
上述した光伝送方式の使用に伴って、様々な機能を有する光素子が必要となり、特に波長可変半導体レーザ（ｔｕｎａｂｌｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ）は前記通信網で最も応用範囲の広い光源として脚光を浴びている。
【００１６】
波長可変レーザは、ＷＤＭ伝送方式の以前には主に光計測装備用として用いられたが、その以後には波長固定半導体レーザ（ｆｉｘｅｄ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ）の代替用または緊急なバックアップ用として活用されており、ＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ／ｄｒｏｐ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）の光源として緊急に求められている。さらに、電光通信網（Ａｌｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ）のパケットスイッチ（ｐａｃｋｅｔ ｓｗｉｔｃｈ）、波長変換器（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）、波長ルータ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｒｏｕｔｅｒ）など非常に様々な領域にまで拡大しつつある。
【００１７】
波長可変半導体レーザは、現在まで多くの種類が提案されたが、その中でも特に分布ブラグ反射器型レーザダイオード（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）と外部共振器型レーザダイオード（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｃａｖｉｔｙ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ、以下「ＥＣＬＤ」という）が主に活用されている。ＥＣＬＤ構造は、本発明の構造との比較のために詳細に説明する。
【００１８】
ＥＣＬＤは、半導体レーザと外部回折格子（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｇｒａｔｉｎｇ）から構成されており、回折格子の空間的変異（回転、移動）により回折条件（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を変化させて連続的な波長可変特性を得ることができる。上述したＥＣＬＤは、高い光出力（ｈｉｇｈ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ）、狭い線幅（ｎａｒｒｏｗ ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ）、広い波長可変特性（ｗｉｄｅ ｔｅｎａｂｉｌｉｔｙ）により従来の計測装備に多く活用されているが、半導体レーザと回折格子間の位置合わせの難しさ、波長可変時の回折格子の空間的移動による機械的振動、ピボットポイント（Ｐｉｖｏｔ ｐｏｉｎｔ）位置のエージング（ａｇｉｎｇ）による波長移動（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｓｈｉｆｔ）が問題となり、特に波長可変のための速度が非常に遅いため、光通信システムへの活用には多少無理がある。
【００１９】
上述したＥＣＬＤ構造において素子の低い信頼性および遅い波長可変速度を解決するために、電気的な調節により波長を可変させる構造が提案された。
【００２０】
非特許文献４では、波長可変のために回折格子を移動させる代わりに、ＡＯＭ（Ａｃｏｕｔｏ−ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）をレーザダイオードと回折格子との間に挿入して外部電気信号の周波数変化によるビーム偏向特性を用いて波長可変を行うことを提案した。ところが、上述した構造において、ＡＯＭは体積が大きく、挿入損失が大きいうえ、特に波長可変量が僅か２ｎｍ程度と非常に少ない。
【００２１】
特許文献１（発明の名称：電気信号によって動作する光偏向器およびこれを用いた波長可変型外部共振器）では、半導体レーザダイオード（又は光増幅器）、レンズ、回折格子、反射鏡から構成されているリトマン型外部共振構造の波長可変レーザを提案した。前記構造において、回折格子と反射鏡との間にビームの方向を偏向させる偏向器が介在されており、電流注入により偏向器内媒質の屈折率を変化させ、回折格子から反射鏡へ入射する角度を調節することにより、波長可変が行われる。
【００２２】
非特許文献５では、半導体レーザダイオード内の偏向器がモノリシック集積されて偏向器領域に電流注入による導波ビームの位置変化により回折格子への入射角が変わって波長可変が行われる構造を提案した。上述したような偏向器の挿入または集積が行われた外部共振器型波長可変レーザは、波長可変のための速度が速く、構造的に簡単であるという利点があるが、回折格子とレーザダイオード間の整列が難しく、レンズおよび回折格子による素子の体積が大きいという欠点があった。
【００２３】
すなわち、従来の波長可変レーザ構造のＥＣＬＤは、レーザダイオードと外部回折格子、レンズ、反射鏡間の整列（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）が難しく、前記追加光学部品の挿入により素子の体積が大きいという問題点がある。
【００２４】
【特許文献１】韓国特許第４４４，１７６号明細書
【非特許文献１】“Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｒｏｗｌａｎｄ ｃｉｒｃｌｅ ｇｒｏｗｎ ｉｎ ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ”， ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｖｏｌ． １６， ｎｏ． ４， Ａｐｒｉｌ １９９８
【非特許文献２】“Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｃｏｎｃａｖｅ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｇｒａｔｉｎｇ ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｆｏｒ ｃｏａｒｓｅ ＷＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓ”， ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｖｏｌ． ２０， ｎｏ． ４， Ａｐｒｉｌ ２００２
【非特許文献３】“Ｔｕｎａｂｌｅ ｐｌａｎａｒ ｃｏｎｃａｖｅ ｇｒａｔｉｎｇ ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ”， ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒ， ｖｏｌ．８， ｎｏ．４， Ａｐｒｉｌ １９９６
【非特許文献４】Ｍ． Ｋｏｕｒｏｇｉの外４名、“ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｔｕｎｉｎｇ ｏｆ ａｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｔｕｎａｂｌｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ−ｃａｖｉｔｙ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ”， Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ． ２５， ｎｏ． １６， ｐｐ．１１６５−１１６７， Ａｕｇｕｓｔ ２０００
【非特許文献５】Ｏ．Ｋ．Ｋｗｏｎの外６名の“ｐｒｏｐｏｓａｌ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｔｕｎａｂｌｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ−ｃａｖｉｔｙ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ”， ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ． Ｔｅｃｈ． Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ．１６， ｎｏ． ８， ｐｐ．１８０４−１８０６， Ａｕｇｕｓｔ ２００４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
そこで、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、従来の逆多重化器の製作収率の向上と波長可変フィルタ、ルータなどの様々なＷＤＭ用素子の活用のために新しい類型の波長可変逆多重化器を提供することにある。
【００２６】
本発明の他の目的は、波長可変特性が連続的であり、製作が容易であるうえ、構造的に安定しており、波長可変のための速度が速い波長可変逆多重化器を提供することにある。
【００２７】
本発明の別の目的は、波長可変特性が連続的で、製作が容易で、モノリシック集積構造なので位置合わせが容易で、素子の大きさが小さく、構造的に安定しており、波長可変のための速度が速い波長可変逆多重化器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記課題を解決するための技術的手段として、本発明の第１側面は、お互い異なる多数の波長を有する多数の光が導波される入力導波路と、入力導波路を介して伝達された光を、放射状に分散する光に偏向させる光偏向器であって、第１の有効屈折率を有する周辺領域と、前記第１の有効屈折率とは異なる第２の有効屈折率を持つ所定形状の偏向パターン領域とが境界を成して構成される光偏向器と、前記偏向された光を波長ごとに分離して反射する回折格子と、前記回折格子を介して回折した光を選択して出力する出力導波路とを含み、前記放射状に分散する光は、第２の有効屈折率に応じて変わる所定の軌跡上の特定点から出発して進む、波長可変逆多重化器を提供する。
【００２９】
好ましくは、所定形状の偏向パターンと周辺領域は、上部クラッド層のドーピング構造の差により境界を成して構成されるが、外部電気信号（電流または電圧）に対して、偏向パターン領域内のみに電気信号が印加されて有効屈折率が変化する構造を提供する。
【００３０】
本発明を実際に実現する場合においては、前記光偏向器は、下部クラッド層、上部クラッド層およびコア層を有する光導波路で実現でき、前記偏向パターン領域の内部と周辺領域のコア層媒質が同一となるよう、かつ上層部クラッド層のドーピング差のみが異なるように構成することができる。この場合、偏向パターン内の電気信号を印加（または電流注入）しなければ、屈折率は同一となり、電流注入または電圧印加を行えば、偏向パターン内のコア層のみに電流注入（または電圧印加）が行われるので、偏向パターン内の屈折率が変わる。
【００３１】
本発明の第２側面は、お互い異なる波長の光が導波される入力導波路と、前記入力導波路を介して伝達された光を、放射状に分散する光に偏向させる光偏向器を含み、前記光偏向器は第１の有効屈折率を有する周辺領域と、前記第１の有効屈折率とは異なる第２の有効屈折率を持つ所定形状の偏向パターン領域とが境界を成して構成される入力結合器と、前記入力結合器を介して伝達された光が通過する導波路と、前記導波路から出力された光が結合する出力結合器とを含むが、前記放射状に分散する光は、前記第２の有効屈折率に応じて変わる所定の軌跡上の特定点から出発して進む、波長可変逆多重化器を提供する。
【００３２】
本発明の第３側面は、第１断面および第２断面を備える光増幅器と、前記光増幅器に集積され、前記第１断面から放射されて出射されるビームを凹回折格子に伝達し、凹回折格子から反射されたビームを前記第２断面に受ける前記光増幅器および前記回折格子との間に位置する光偏向器であって、第１有効屈折率を有する周辺領域と、前記第１有効屈折率とは異なる第２有効屈折率を有する所定の形状の偏向パターン領域とが境界をなす光偏向器と、前記光偏向器に連結され、前記光偏向から入射したビームの中でも特定の波長のみを前記光増幅器に帰還させる回折格子とを備えるが、前記回折格子から反射された分散光は、第２有効屈折率に応じて変わる所定の軌跡上の特定点から出発して進む、波長可変レーザを提供する。
【発明の効果】
【００３３】
上述したように、本発明は、従来の逆多重化器の製作収率の向上、および波長可変フィルタ、ルータなどの様々なＷＤＭ用素子の活用のために、新しい類型の波長可変逆多重化器を提供する。
【００３４】
また、本発明は、波長可変特性が連続的であり、製作が容易であるうえ、構造的に安定しており、波長可変のための速度が速い波長可変逆多重化器を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を詳細に説明する。ところが、これらの実施例は様々な形に変形できるが、本発明の範囲を限定するものではない。これらの実施例は当該技術分野で通常の知識を有する者に発明を十分理解させるために提供されるものである。下記の説明において、ある層が他の層に在ると記載されるとき、これは他の層の真上に存在することもあれば、またはその間に第３の層が介在されることもある。また、図面における各層の厚さまたは大きさは説明の便宜および明確性のために誇張された。
【００３６】
（第１実施例の波長可変逆多重化器）
次に、図２を参照して本発明の第１実施例に係る波長可変逆多重化器を詳細に説明する。図２は本発明の第１実施例に係る波長可変逆多重化器の構成図である。
【００３７】
波長可変逆多重化器１００は、お互い異なる波長の光が導波される入力導波路１１０と、入力導波路１１０を介して伝達された光を、放射状に分散する光に偏向させる光偏向器１４０と、偏向された光を波長別に分離して回折させる回折格子１３０と、回折格子１３０を介して回折した光を選択して出力する出力導波路１２０とを含む。
【００３８】
光偏向器１４０は、分散する光を偏向させ、格子極（ｇｒａｔｉｎｇ ｐｏｌｅ）に入射する入射角をλからλ’に変える。したがって、回折格子１３０の公式に基づいて出力導波路１２０へ回折するビームの波長がλ１、λ２、λ３、λ４からλ’１、λ’２、λ’３、λ’４に変わる。
【００３９】
一方、偏向ビームの光源がローランド円（Ｒｏｗｌａｎｄ ｃｉｒｃｌｅ）に沿って動くように設計されており、偏向ビームの光源の位置は連続的にローランド円に沿って仮想的に移動する。
【００４０】
以下、図２記載の光偏向器１４０を図３ａ〜図３ｃを参照して詳細に説明する。図３ａを参照すると、光偏向器１４０は、第１の有効屈折率ｎ１を有する周辺領域１４１と、他の有効屈折率である第２の有効屈折率ｎ２を持つことにより、境界ｆ（ｘ）を形成する所定の形状の偏向パターン領域１４２とからなる。このような光偏向器１４０によれば、入力導波路１１０を介して入力された光が放射されるとき、所定の偏向パターンの境界ｆ（ｘ）によって特定の一点（ａ、ｂ）から出発して進む方向に偏向させられる。一方、第２の有効屈折率ｎ２の変化によって特定の一点（ａ、ｂ）の位置は変化する。すなわち、第２の有効屈折率の変化に応じて偏向パターン領域１４２を通過した光の仮想光源（ａ、ｂ）は、限定された区間内に直線や円などの任意の軌跡で示すことができる。したがって、放射状に進む光がローランド円上の特定点から出発して進むように構成することにより、本実施例に係る波長可変逆多重化器を実現することができる。
【００４１】
各領域における「有効屈折率」は、媒質の屈折率ではなく、導波路の有効屈折率である。有効屈折率は、媒質屈折率とは異なって導波路の固有モード（ｅｉｇｅｎ−ｍｏｄｅ）であり、導波路の幅、コア層の厚さ、コア層の屈折率が変化すると、有効屈折率も変化する。参考として、入力導波路１１０の有効屈折率と入力導波路の外側部分の有効屈折率は、積層されている物質が同一であっても導波路の厚さが異なるため、お互い異なる可能性がある。
【００４２】
所定形状の偏向パターン領域１４２の境界を形成する軌跡ｙ＝ｆ（ｘ）は、次のような線−光（ｒａｙ−ｏｐｔｉｃｓ）に基づいた方法によって求めることができる。ｙ＝ｆ（ｘ）軌跡のｘ切片をｑとし、任意の放射光ｙ＝ｍｘ（ｍ＝ｔａｎ（θｍ））とｙ＝ｆ（ｘ）との交差点でｙ＝ｆ（ｘ）軌跡の接線は傾きがｔ（＝ｔａｎ（− θｔ））であると仮定する。ここで、放射光と軌跡の接線に垂直な法線との角をθ１（入射角）とするとき、数式１が成立する。
【００４３】
【数１】
【００４４】
ここで、接線の傾きｔは負の値を有するので、θｔは正の角で示すスカラーであるから、数式１が得られた。一方、前記数式１の両辺にｔａｎを取り、左辺をまとめると、数式２で表わされる。
【００４５】
【数２】
【００４６】
ここで、ｍ（＝ｙ／ｘ）とｔａｎ（θ２）はｘ、ｙの変数であり、ｔａｎ（−θｔ）は軌跡ｙ＝ｆ（ｘ）の接線の傾きｔを示すので、ｙの１次微分（ｙ’）であり、結局ｘに対する１次微分方程式で表わされる。一方、図３ａにおいて、θ１は偏向光の屈折角を示し、偏向光（点線）は仮想円点（ａ、ｂ）を通ると仮定すると、数式３のように表現することができる。
【００４７】
【数３】
【００４８】
ここで、θ１とθ２はスネルの法則（ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２）を満足し、θ１をθ２で表現してまとめると、数式４で表わされる。
【００４９】
【数４】
【００５０】
軌跡ｆ（ｘ）は数式４で得られるｔａｎ（θ２）を数式２に代入し、初期値（ｑ、０）の微分方程式を解けば得ることができる。上述したｆ（ｘ）を求める方法に対し、数式４のｔａｎ（θ１）は平方根（ｓｑｕａｒｅ ｒｏｏｔ）の内と外にあるので、直接（ｓｔｒａｉｇｈｔ−ｆｏｒｗａｒｄ）解くことが難しく、数式２の微分方程式の一般解はｘとｙが結合しているので、アナリティック解（ａｎａｌｙｔｉｃ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）で表現することが難しい。したがって、数式４はｔａｎ（θ２）に対してｓｅｌｆ−ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ方法を用いて数値的（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ）に解き、数式２はＲｕｎｇｅ−Ｋｕｔｔａ法を用いて軌跡を得た。数値解析の具体的な方法は、当業者に一般に知られている方式を使用する。
【００５１】
一方、半導体光導波路構造では、注入電流により、有料屈折率は増減できる。これは入射光の波長に対するコア層のバンドギャップエネルギーに依存するが、一般に入射光の波長エネルギーに比べてコア層のバンドギャップエネルギーが大きくなるようにコア層の物質組成を使用すると、電流注入によって有効屈折率が減少する。このように使用する理由は、コア層のバンドギャップエネルギーが入射光の波長エネルギーに比べて大きければ大きいほど光損失が少なくなるためである。しかし、光損失が少なくなるほど屈折率の変化も少なくなるので、屈折率の変化量を考慮して適切に設計することが好ましい。
【００５２】
したがって、本発明における図３ａの軌跡を求めるための数学的モデルは、ｎ１＞ｎ２の場合について示したが、前記条件と逆にｎ１＜ｎ２の場合には軌跡の形態が変わる可能性がある。ところが、解析過程は同一である。
【００５３】
一方、上述した数学的モデルにおいて放射光と軌跡との交点での接線の傾きｔが陰数の場合についてのみ示したが、陽数の場合にも成立する。この場合、θｔに対するθｍとθ１の関係変化（数式１、２の変化）により軌跡の形態は変わる可能性がある。上述した説明に対するｙ＝ｆ（ｘ）の大略的な形態は図３ｂに示した。
【００５４】
また、図３ａの解析モデルは、光が左から右に放射する場合についてのみ示したが、右から左に放射する場合についても、軌跡はその形態が異なり、ｙ軸に対して対称構造であることを予測することができる。
【００５５】
一方、図３ｃは上述した光偏向器の変形例を説明するための概念図である。図３ｃを参照すると、この偏向器は、偏向パターン領域１４２と入力導波路１１０との間に放射型進行光を生成するために、第３有効屈折率を有する円形パターン領域１４３をさらに含む。この円形パターン領域１４３は、原点０から放射する光が、有効屈折率がｎ３とｎ２の境界を有する半円（ｘ２＋ｙ２＝ｒ２、ｘ＞０）を通過するとき、放射光と円の接線は常に垂直なので、入射角が０となって屈折が発生しない。一方、この円形パターン領域１４３の第３有効屈折率は第１の屈折率と同様に実現することもできる。円形パターン領域１４３によって放射される光は、有効屈折率ｎ３とｎ２の境界を有する半径ｒの円を通過し、この境界を通過するときには屈折現象が起こらない。通過した光はさらに軌跡ｆ（ｘ）を示す境界を通過しながら屈折する。この際、屈折した光は常に仮想原点（ａ、ｂ）を通過する。
【００５６】
すなわち、図３ｃの光偏向器を図３ａの光偏向器と比較すると、図３ｃの光偏向器の場合は、放射光を形成する目安となる原点が偏向パターン領域１４３の外部に形成されている。図２はこの場合を例として示している。図３ａの光偏向器の場合は、放射光を形成する目安となる原点が偏向パターン領域１４３の内部または境界線に形成されることにより、図３ｃの光偏向器の円形パターン領域１４３が追加されなくてもよい。
【００５７】
ローランド上に沿う線−光の立場から光偏向器の一例が説明されたが、逆に、波−光の立場から一般化されることもできる。したがって、格子の構造に応じて偏向器パターンの模様と個数が変更できる。
【００５８】
図３ｄは本発明の光偏向器の具体例を示した断面図である。図３ｄは図３ｃのＡ−Ａ’に沿った断面図である。図３ｄはＩｎＰ系列の物質を用いて実現した一例である。
【００５９】
図３ｄを参照すると、大きくｎ−金属層１１００、ｐ−金属型１１７０、上部クラッド層１１３０、１１４０、コア層１１２０、下部クラッド層１１１０から構成することができる。識別番号１１５０は絶縁層を示している。
【００６０】
ｎ−金属層１１００は例えばＣｒ−Ａｕ層からなり、ｐ−金属層１１７０は電気伝導度の向上を目的としてＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ層を構成することができる。ＩｎＧａＡｓ金属コネクタ層１１８０は、ｐ−金属層１１７０と上部クラッド層１１３０、１１４０間の円滑な電気伝導のために高濃度でｐドーピングが行われている。ＩｎＰの上部クラッド層１１３０、１１４０は、図３ｄに示すように、ｎとｐに分離されてドープされており、ｐドープトＩｎＰとｎドープトＩｎＰ間の境界は図３ｃの偏向パターンの境界である。ＩｎＰ（第３〜５族）へのｐまたはｎドーピングのために、例えば第４族（Ｓｉ、Ｇｅ）または第６族の元素をソースとして用いる。
【００６１】
この構造において、ドーピングに関係なくクラッド層１１１０、１１３０、１１４０の媒質屈折率は、入射光が１．５５μｍで全て約３．１７である。ＩｎＧａＡｓＰコア層１１２０は、ドープされておらず、ＧａとＡｓの組成追加によりクラッド層１１１０、１１３０、１１４０に比べて媒質の屈折率が相対的に高いため、光はＩｎＧａＡｓＰコア層１１２０に導波される。
【００６２】
この構造で電流が注入されていない場合には、導波路の有効屈折率は特定値を持つ。ここでは、有効屈折率をｎ１と仮定する。これに対し、電流が注入される場合、一般的なｐ−ｎ接合(junction)の順方向バイアス（ｆｏｒｗａｒｄ ｂｉａｓ）に該当するので、電流は、ｐ−金属層１１７０、金属コンタクト層１１８０、上部クラッド層１１３０、１１４０、ＩｎＧａＡｓＰコア層１１２０、下部クラッド層１１１０、ｎ−金属層１１００へ流れる。
【００６３】
ここで、上部クラッド層１１３０、１１４０内に注入された電流は、ｐドープトＩｎＰとｎドープトＩｎＰ間の電位障壁（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｂａｒｒｉｅｒ）により、偏向器パターン内のｐドープトＩｎＰのみへ流れる。このような構造により、電流は偏向器のパターン内のみに注入され、コア層内の偏向器パターンの媒質屈折率は変わる。したがって、コア層の媒質屈折率の変化により、偏向器パターン内の有効屈折率はｎ１からｎ２に変わる。
【００６４】
上述した構造では、偏向器パターンを上部クラッド層に形成する代わりに、電極または金属コンタクト層を偏向器パターンで形成する構造が使用できる。ところが、電極または金属コンタクト層を偏向器パターンで形成する場合、電流は上部クラッド層において拡散特性により広がってしまうため、活性層に到達する電流のパターンは偏向器のパターンとは異なるため、図３ｄの構造に比べて効果的でない可能性がある。一方、図３ｄの構造は、電極または金属コンタクト層で、偏向器パターンとは関係なくコア層の直上の上部クラッド層に偏向器パターンが形成されており、パターン内のみに電流が流れてコア層に注入されるので、安定した光偏向特性を得ることができる。
【００６５】
一方、入射光の波長が１．５５μｍの場合、ＩｎＧａＡｓＰ物質において、電流注入により、一般に媒質の屈折率は最大約０．０５程度減少する。ところが、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ物質において、入射光の波長が異なる場合、あるいはＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ物質の他に半導体の光素子に使用される他の物質（ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓやＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓなど）では、電流注入による屈折率の変化量が異なり、電流注入による屈折率の変化の他に電圧または電気光学（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ）、音響光学（Ａｃｃｏｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ）効果によって屈折率が増加または減少する。
【００６６】
図４は本発明の構造波長可変逆多重化器における回折格子の構造一例を示す図である。前記格子は、ｃｈｉｒｐｅｄ ｇｒａｔｉｎｇ、ｂａｌｚｅｄ ｇｒａｔｉｎｇ、ＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）ｇｒａｔｉｎｇ、ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ｇｒａｔｉｎｇなど様々に実現できる。
【００６７】
図４を参照すると、本回折格子は、ＣＣ’線分で周期ｄを持つ格子構造であり、Ｎ番目の回折格子に入射して反射されるビームとＮ＋１番目の回折格子に入射して反射されるビームとの位相差は、回折次数ｍに対して２ｍＰを満足しなければならない。図２の点Ａからポール（Ｐｏｌｅ）地点を結んだ直線とｘ軸間の内抱角αは、回折格子１３０の入射角になり、回折格子１３０における入射角に対する回折特性は数式５の回折格子公式に従う。
【００６８】
【数５】
【００６９】
ここで、λは波長、ｎは媒質の屈折率、αは入射角、βはｍ次の回折角をそれぞれ示す。
【００７０】
一方、上述した光偏向器１４０を介して偏向されたビームは、回折格子１３０の入射角を変え、数式１の回折格子１３０の公式に基づいて出力導波路１２０へ回折するビームの波長が変わる。
【００７１】
（第２実施例の波長可変逆多重化器）
以下、図５を参照して本発明の第２実施例に係る波長可変逆多重化器について説明する。図５は本発明の第２実施例に係る配列導波路回折格子の構造を用いた波長可変逆多重化器の構造図である。
【００７２】
第２実施例の波長可変逆多重化器は、広帯域の光信号を含む光が分離されて導波される入力導波路２１０と、入力導波路２１０を介して伝達された光を、放射状に分散する光に偏向させる光偏向器２４０とを含む。光偏向器２４０は、第１の有効屈折率を有する周辺領域と、第１の有効屈折率とは異なる第２の有効屈折率を有する所定形状の偏向パターン領域とが境界を成して構成される入力結合器２５０と、入力結合器２５０を介して伝達された光が通過する円形導波路２７０と、円形導波路２７０を介して出力された光が結合する出力結合器２６０とを含む。この構造において、第２の有効屈折率の変化により、放射状に分散する光はローランド円上の特定点から出発して進む。
【００７３】
この構造において、入力導波路２１０からビームが放射されて入力結合器２５０の入力口径でビームが結合し、出力結合器２６０の出力口径からビームが放射されて出力導波路２２０の各端子にビームが結合する。このような結合構造において、入力導波路２１０と出力導波路２２０は上述した凹回折格子と同様にローランド円上に位置し、ローランド円の直径Ｒは入力導波路２１０と出力導波路２２０との焦点距離（ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ）になる。
【００７４】
逆多重化がなされるためには、円形導波路２７０における各導波路の長さが、隣接した円形導波路と補強干渉するように設計されるべきである。ここで、円形導波路２７０は、凹回折格子で回折格子と同一の役割をしているため、前記構造を配列導波路回折格子（ａｒｒａｙｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ）とも呼び、位相器（ｐｈａｓｅｒ）とも呼ぶ。
【００７５】
このような構造で入力結合器２５０内に形成されている偏向パターンに電気信号を印加すると、放射ビームは偏向し、入力導波路２１０の位置はローランド円に沿って仮想的に移動する。この際、光偏向器２４０による入力導波路２１０の仮想的位置変化は、入力結合器２５０内の入力口径で結合したビームの位相差を変化させ、出力導波路２２０に結像するビームの波長を変える。電気信号により偏向されたビームは、入力結合器２５０内の入力口径に結合するビームの位相が変わって出力導波路２２０に結像するビームの波長が変わる。
【００７６】
（第３実施例の波長可変レーザ）
以下、図６を参照して本発明の第３実施例に係る波長可変レーザを説明する。図６は第３実施例に係る波長可変レーザの概略構成図である。
【００７７】
波長可変レーザは、光増幅器（ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）５１０、光偏向器（ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ）５３０、凹回折格子（ｃｏｎｃａｖｅ ｇｒａｔｉｎｇ）５２０がモノリシック集積されているモノリシック集積外部共振型波長可変レーザである。
【００７８】
光増幅器５１０の一側端面から出力されるビームは、光偏向器５３０を経て凹回折格子５２０に入射する。入射したビームは回折格子５２０から特定の波長のみが光増幅器５１０に帰還する。この構造において、光増幅器の他側端面と凹回折格子はそれぞれ反射面を有するので、共振器から形成されてレーザダイオードとして動作する。
【００７９】
光偏向器５３０は、第１の有効屈折率ｎ１を有する周辺領域と、第１の有効屈折率ｎ１とは異なる第２の有効屈折率ｎ２を有する所定形状の偏向パターン領域とが境界を成して構成され、外部電気信号によって所定形状の偏向パターンの有効屈折率を変化させて周辺領域と所定形状の偏向パターン領域間の境界面における入射角に対する屈折特性（スネルの法則）に応じてビームが偏向させられる特性をもっている。
【００８０】
図６において、光偏向器５３０は、偏向器内の電気信号増加に伴って光増幅器５１０から放射するビームの点光源（ｐｏｉｎｔ ｓｏｕｒｃｅ）の位置がローランド円に沿って仮想的に動くように設計される。光偏向器５３０については第１実施例で詳細に説明している。一方、光偏向器５３０を介して屈折したビームは、前記図面の赤色点線のように等価的に表示され、入射角がａからａ’に変わる。
【００８１】
前記入射角の変化に応じて、数式６のリトロー（Ｌｉｔｔｒｏｗ）回折格子公式に基づいて回折するビームの波長が変わる。
【００８２】
【数６】
【００８３】
ここで、ｍは回折格子、λは波長、ｎ１は導波層の屈折率、ｄは回折格子の周期をそれぞれ示す。
【００８４】
第１実施例と比較すると、第１実施例では入力導波路の近くに光偏向器が集積されて入射ビームを屈折させることにより、出力導波路に結合する波長を可変させる構造であり、この構造において、波長可変特性はリトマン（Ｌｉｔｔｍａｎ）回折公式に従う。
【００８５】
前記構造は、数式６のリトロー（Ｌｉｔｔｒｏｗ）条件によって実現したが、下記数式７のリトマン条件による他の構造にも適用することができる。この場合、図８に示すように、導波路または光増幅器が付加されるべきである。図８において、光増幅器６０１および６０２の左側面が反射面になり、前記２つの反射面に共振が発生する。
【００８６】
【数７】
【００８７】
図７ａおよび図７ｂは第３実施例に係る波長可変レーザの可変特性を詳細に説明するための図である。
【００８８】
図９ａおよび図９ｂは本発明の第４実施例に係る波長可変レーザの可変特性を説明するための図である。
【００８９】
図７ａを参照すると、光偏向器５３０内に電気信号が印加されていない場合のビーム特性を示しており、光増幅器５１０で光利得が生成されたビームは、λ１の波長で光偏向器５２０を通過し、光偏向器５３０のパターンの有効屈折率と周辺領域の有効屈折率とが同一なので、ビーム屈折率は現れなくなる。凹回折格子５２０に入射したビームは、数式６に基づき、入射角αに応じて特定の波長（λ１）のみが光増幅器５１０に帰還する。光増幅器５１０に帰還したλ１波長のビームは、光増幅器５１０の内部で注入ロック（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｌｏｃｋｉｎｇ）されると同時に共振（ｒｅｓｏｎａｎｔ）され、光増幅器５１０の左側端面に出射される。
【００９０】
図７ｂを参照すると、光偏向器パターン５３０に電気信号が印加されてパターン内の導波層の屈折率がｎ１からｎ２に変化した場合のビーム特性を示している。光増幅器から生成されたビームは偏向器パターンを通過し、偏向器内のコア層の屈折率の変化に応じて屈折する。前記屈折したビームの光源は添付図面のように仮想的にローランド円を通過し、屈折したビームの入射角はａ角から等価的にａ’角に変わる。前記変化した入射角により、数式１に基づいて回折ビームの波長はλ１からλ２に変わる。
【００９１】
前記光偏向器パターンの模様はローランド円の構造に合うように線−光の観点によって設計されたが、偏向器パターンは格子の構造に応じて変形できる。光偏向器の構造および波長可変レーザの可変特性は、図１０に示すように一般化できる。
【００９２】
図１０は偏向器パターンの概略図である。格子に伝播されるビームを考慮しなければ、偏向パターンの大きさは偏向器ｄの数の増加に応じて拡張できるように設計される。各パターンは、ビームの光経路によって２つのインターフェースを有し、パターンの一側は導波路と垂直になるように設計される。他のインターフェースの曲線を決定するために、格子によって回折した後、導波路に焦点が集められた光を考慮しなければならない。ここで、２つの隣接する格子要素間の位相差は、照射波長λに対する２πの倍数と同一でなければならない。ＰＮ（Ｎ番目の要素）およびＰ０（極）点に集中した格子面に反射された光間のＮ番目の位相差ΔΦＮは、下記数式８で表現される。
【００９３】
【数８】
【００９４】
ここで、ｎＤおよびｎ０は、偏向パターンの内側と外側の有効反射率である。ｍは格子順番、Ｎは極点からの格子要素の数である。前記数式８より、波長可変Δλは下記数式９のように得ることができる。
【００９５】
【数９】
【００９６】
ここで、ΔＮＤは、光拘束要素に強く依存する格子パターンにおける有効屈折率の変化および導波コア物質の屈折率の変化である。与えられたｍに対し、ｌ０１〜ｄおよびΔｎＤＥ、インターフェースの曲線はΔλに対するｌＮ１〜ｄの軌跡から得ることができる。ところが、格子パターンが２つ以上の場合、数えられないｌＮ１〜ｄの組み合わせがありうる。よって、各格子パターンΔλａに対する波長可変は、下記数式１０のように定義できる。
【００９７】
【数１０】
【００９８】
ここで、Δλａの和はΔλとなる。偏向パターンへの電流の注入により、屈折率においてキャリア−誘導（ｃａｒｒｉｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ）変化ΔｎＤは減少する。
【００９９】
前記従来の波長可変逆多重化器の構造は、多数の入力導波路を備えるか、あるいは入力導波路の代わりに光ファイバを移動させて波長可変特性を実現したが、波長可変特性がそれぞれ離散的であり、波長可変のための速度が遅いという欠点を持っている。本発明の構造は、波長可変特性が連続的であり、波長可変のための速度が速く、電気的に波長可変をさせるので構造的に安定している。前述した本発明の構造は、従来の逆多重化器の製作の際に発生する工程上の誤差を補正して製作収率を高めると同時に、波長可変フィルタまたはルーターとして活用することができるので、活用価値は非常に高い。
【０１００】
上述した本発明の波長可変逆多重化器は、連続的な波長可変特性により、従来の逆多重化器の製作の際に発生する工程上の誤差を補正して製作収率を高めると同時に、波長可変フィルタまたはルータとして活用することができるので、活用価値は非常に高い。
【０１０１】
また、本発明の構造は、電気的に波長可変させるので、構造的に安定的であり、波長可変のための速度が非常に速い特徴をもっている。
【０１０２】
本発明の波長可変レーザを用いると、光偏向器内の電気信号印加量に応じて凹回折格子への入射角が連続的に変わるため、波長可変特性が連続的であり、光増幅器（ＳＯＡ）、光偏向器、凹回折格子が単一基板上に製作できるため、追加的な整列が必要なく、従来のＥＣＬＤ構造に比べて素子の大きさが非常に小さい。
【０１０３】
一方、位相制御部は、光増幅器と光偏向器との間に介在できる。前記位相制御部は、格子から光増幅器に入射するビームと、光増幅器から放出されたビーム間の位相を整合（ｍａｔｃｈｉｎｇ）させる役割を行う。したがって、装置が特定波長を照射するにつれて、波長は位相条件の変動によるチャネルＰＣ電流（ＩＰＣ）によって微細に調整される。
【０１０４】
また、図１１に示した構造は、広い可変波長領域を獲得することが可能な構造に拡張できる。図１１には、例えば８−チャネル構造が示されている。電流ＩＳＯＡをＳＯＡチャネルに注入するとき、光照射は格子からチャネルに向かう後光のリトロー（Ｌｉｔｔｒｏｗ）条件に対応する波長で発生した。他のチャネルは、格子に対するそれぞれの位置によって異なる波長で光が照射された。したがって、可変波長範囲は、チャネル数が増加するほど倍加される（ΔλＴ（総可変波長範囲）＝Ｎ（チャネル数）×ΔλＩ（個別波長範囲）、そして光合成器７０１と光増幅器７０２が出力ステージに挿入され、図１２に示すように一つのポートを介して出力を得ることができ、光増幅器７０２によって出力を向上させることができる。
【０１０５】
また、図１１の構造は、リトロー（Ｌｉｔｔｒｏｗ）構造に局限されるが、上述した構造の他にも、図１３のように出力ステージに位相制御部８０１および光増幅器８０２が挿入された形のリトマン（Ｌｉｔｔｍａｎ）構造に変形できる。
【０１０６】
以上、本発明の好適な実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は、これら実施例に限定されるのではなく、本発明の技術的思想の範囲内で、当該分野で通常の知識を有する者によって様々な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】従来の凹回折格子を用いた逆多重化器の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る波長可変逆多重化器の構成図である。
【図３ａ】図２の光偏向器を説明するための図である。
【図３ｂ】図２の光偏向器を説明するための図である。
【図３ｃ】図２の光偏向器を説明するための図である。
【図３ｄ】図２の光偏向器を説明するための図である。
【図４】本発明の構造波長可変逆多重化器における回折格子の構造一例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例に係る配列導波路回折格子構造を用いた波長可変逆多重化器の構造図である。
【図６】本発明の第３実施例に係る波長可変多重化器の概略構成図である。
【図７ａ】本発明の第３実施例に係る波長可変レーザの可変特性を説明するための構造である。
【図７ｂ】本発明の第３実施例に係る波長可変レーザの可変特性を説明するための構造である。
【図８】導波路または光増幅器が付加された波長可変レーザの構造図である。
【図９ａ】本発明の第４実施例に係る波長可変レーザの可変特性を説明するために示す図である。
【図９ｂ】本発明の第４実施例に係る波長可変レーザの可変特性を説明するために示す図である。
【図１０】ＤＥパターンの概略図である。
【図１１】８−チャネル構造を有する波長可変レーザの構成図である。
【図１２】光結合器および光増幅器が挿入された波長可変レーザの構成図である。
【図１３】位相制御部および光増幅器が挿入された波長可変レーザの構成図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１００ 波長可変逆多重化器
１１０ 入力導波路
１２０ 出力導波路
１３０ 回折格子
１４０ 光偏向器
１４１ 周辺領域
１４２ 偏向パターン領域
１４３ 円形パターン領域
１１００ ｎ金属層
１１１０ 下部クラッド層
１１２０ コア層
１１３０ 上部クラッド層
１１４０ 上部クラッド層
１１７０ ｐ金属層
２１０ 入力導波路
２２０ 出力導波路
２４０ 光偏向器
２５０ 入力結合器
２６０ 出力結合器
２７０ 円形導波路
５１０ 光増幅器
５２０ 凹回折格子
５３０ 光偏向器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変逆多重化器および波長可変レーザに関し、より詳しくは、所定の形状の偏向パターン領域と周辺領域は上部クラッド層のドーピング構造の差により境界を成して構成されるが、外部電気信号の調節によって、偏向パターン領域内のコア層の屈折率が変化し、放射状に分散する光を偏向させる光偏向器を備える光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、波長可変逆多重化器について説明する。
光通信システムにおいて、様々な波長のビームを一つの位置に集束させる機能（多重化）、任意のビームを波長に応じて特定の位置に分配させる機能（逆多重化）は、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を基盤とする光システムでは必須である。
【０００３】
このような機能は、現在までいろいろの方法または構造によって素子に実現されたが、代表的なものとして、プリズムの屈折を利用した構造、回折格子（ｇｒａｔｉｎｇ）または集積型凹回折格子（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｏｎｃａｖｅ ｇｒａｔｉｎｇ）を用いた構造、配列導波路回折格子（ａｒｒａｙｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ）を用いた構造を挙げることができる。
【０００４】
このような構造の中でも、集積型凹回折格子と配列導波路回折格子を用いた構造は、シリカ（Ｓｉｌｉｃａ）、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＬｉＴａＯ３、ポリマー（Ｐｏｌｙｍｅｒ）などの物質基盤に光導波路の形で製作することができ、集積が容易で素子性能が優秀であって多用されている。その簡略な構造は図１に示した。
【０００５】
次に、図１を参照して従来の凹回折格子を用いた逆多重化器を説明する。図１は従来の凹回折格子を用いた逆多重化器の概略構成図である。
【０００６】
図１では逆多重化器について示したが、２つの素子とも入射ビームと出射ビーム間の相互作用によって多重化器としても使用可能である。よって、説明の重複を回避するために逆多重化器についてのみ説明する。
【０００７】
図１は上述した逆多重化機能を持つ導波路型凹回折格子構造を示している。前記構造において、入力導波路に広帯域の光信号を含むビームを入射させると、ビームは入力導波路１０を介してＡ地点で回折格子３０へ伝播される。前記伝播ビームは、回折格子３０で波長別に回折して分配され、分配されたビームは、図１のように各出力導波路２０に波長別に集束される。この際、分配されたビームは常時任意の軌跡上に位置するが、この軌跡をローランド円（Ｒｏｗｌａｎｄ ｃｉｒｃｌｅ）という。前記凹回折格子の半径Ｒはローランド円の直径になる。凹回折格子とローランド円とが出会う点をポール（ｐｏｌｅ）という。
【０００８】
前記従来の構造についての詳細な構造および適用は、特許文献１と特許文献２に詳細に開示されている。
【０００９】
次に、従来の技術による波長可変逆多重化器を説明する。凹回折格子を波長可変逆多重化器として使用する場合、多数の入力導波路を製作してその中の一つのみに、広帯域の光信号を含むビームを入射させる構造を挙げることができる。この場合、入射ビームはローランド円上に位置し、入射ビームの入射角を変化させて回折格子の公式に基づいて波長を可変させる構造である。簡単な例として、前記構造においてある導波路を介してビームを入射させて各出力導波路にλ１〜λｎのビームが出射された場合、他の導波路を介してビームを入射させると、出力導波路に出射される波長はそれぞれ λ’１〜λ’ｎに変わる。
【００１０】
この構造は、選択的に入射ビームの位置を調整させて波長を可変させる方式なので、多数の入力導波路が必要であり、波長可変特性が離散的（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）で波長可変量に制限があるという問題点をもっている。
【００１１】
別の構造によれば、入力導波路の代わりに光ファイバにビームを入射させ、光ファイバの位置を移動させて波長可変逆多重化器として動作させる方式がある。この構造は、特許文献３に詳細に開示されているもので、光ファイバの位置を連続的に移動させることができるので、連続的な（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ）波長可変特性をもつが、光ファイバの空間的移動により構造的に不安定であり、波長可変のための速度が遅いという欠点をもっている。
【００１２】
一方、配列導波路回折格子構造を波長可変逆多重化器として活用することもできる。すなわち、多数の入力導波路を利用する構造である。この構造の一点から他の点へ放射ビームの位置を移動すると、入力結合器内の入力口径に結合するビームの位相が変化して出力導波路に出射されるビームの波長が変化する。このような配列導波路回折格子の構造を用いる構造は、凹型回折格子構造と原理上同様なので、波長可変特性が離散的であるという問題により、連続的な波長可変を有する逆多重化器に適用することが難しい。
【００１３】
したがって、前記従来の波長可変逆多重化器および多重化器の多数の入力導波路を利用する構造は波長可変特性が離散的であって有用ではなく、光ファイバを移動させる構造は光ファイバの移動により構造的に不安定であり、波長可変のための速度も遅いという問題点を抱えている。
【００１４】
次に、波長可変レーザについて説明する。
最近、電子商取引、ＶＯＤ、画像会議といった新しいマルチメディアの出現とＨＤＴＶ、ＬＡＮ、ＣＡＴＶなどといった従来のデータ通信の発達に伴い、情報容量が急増している。超高速情報通信網事業者は、莫大なコストと時間がかかる新規の光ファイバを設置する代わりに、既存の光ファイバの帯域幅を極大化するＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送方式を使用することにより、伝送効率を極大化する方式を採用している
【００１５】
上述した光伝送方式の使用に伴って、様々な機能を有する光素子が必要となり、特に波長可変半導体レーザ（ｔｕｎａｂｌｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ）は前記通信網で最も応用範囲の広い光源として脚光を浴びている。
【００１６】
波長可変レーザは、ＷＤＭ伝送方式の以前には主に光計測装備用として用いられたが、その以後には波長固定半導体レーザ（ｆｉｘｅｄ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ）の代替用または緊急なバックアップ用として活用されており、ＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ／ｄｒｏｐ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）の光源として緊急に求められている。さらに、電光通信網（Ａｌｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ）のパケットスイッチ（ｐａｃｋｅｔ ｓｗｉｔｃｈ）、波長変換器（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）、波長ルータ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｒｏｕｔｅｒ）など非常に様々な領域にまで拡大しつつある。
【００１７】
波長可変半導体レーザは、現在まで多くの種類が提案されたが、その中でも特に分布ブラグ反射器型レーザダイオード（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）と外部共振器型レーザダイオード（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｃａｖｉｔｙ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ、以下「ＥＣＬＤ」という）が主に活用されている。ＥＣＬＤ構造は、本発明の構造との比較のために詳細に説明する。
【００１８】
ＥＣＬＤは、半導体レーザと外部回折格子（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｇｒａｔｉｎｇ）から構成されており、回折格子の空間的変異（回転、移動）により回折条件（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を変化させて連続的な波長可変特性を得ることができる。上述したＥＣＬＤは、高い光出力（ｈｉｇｈ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ）、狭い線幅（ｎａｒｒｏｗ ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ）、広い波長可変特性（ｗｉｄｅ ｔｅｎａｂｉｌｉｔｙ）により従来の計測装備に多く活用されているが、半導体レーザと回折格子間の位置合わせの難しさ、波長可変時の回折格子の空間的移動による機械的振動、ピボットポイント（Ｐｉｖｏｔ ｐｏｉｎｔ）位置のエージング（ａｇｉｎｇ）による波長移動（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｓｈｉｆｔ）が問題となり、特に波長可変のための速度が非常に遅いため、光通信システムへの活用には多少無理がある。
【００１９】
上述したＥＣＬＤ構造において素子の低い信頼性および遅い波長可変速度を解決するために、電気的な調節により波長を可変させる構造が提案された。
【００２０】
非特許文献４では、波長可変のために回折格子を移動させる代わりに、ＡＯＭ（Ａｃｏｕｔｏ−ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）をレーザダイオードと回折格子との間に挿入して外部電気信号の周波数変化によるビーム偏向特性を用いて波長可変を行うことを提案した。ところが、上述した構造において、ＡＯＭは体積が大きく、挿入損失が大きいうえ、特に波長可変量が僅か２ｎｍ程度と非常に少ない。
【００２１】
特許文献１（発明の名称：電気信号によって動作する光偏向器およびこれを用いた波長可変型外部共振器）では、半導体レーザダイオード（又は光増幅器）、レンズ、回折格子、反射鏡から構成されているリトマン型外部共振構造の波長可変レーザを提案した。前記構造において、回折格子と反射鏡との間にビームの方向を偏向させる偏向器が介在されており、電流注入により偏向器内媒質の屈折率を変化させ、回折格子から反射鏡へ入射する角度を調節することにより、波長可変が行われる。
【００２２】
非特許文献５では、半導体レーザダイオード内の偏向器がモノリシック集積されて偏向器領域に電流注入による導波ビームの位置変化により回折格子への入射角が変わって波長可変が行われる構造を提案した。上述したような偏向器の挿入または集積が行われた外部共振器型波長可変レーザは、波長可変のための速度が速く、構造的に簡単であるという利点があるが、回折格子とレーザダイオード間の整列が難しく、レンズおよび回折格子による素子の体積が大きいという欠点があった。
【００２３】
すなわち、従来の波長可変レーザ構造のＥＣＬＤは、レーザダイオードと外部回折格子、レンズ、反射鏡間の整列（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）が難しく、前記追加光学部品の挿入により素子の体積が大きいという問題点がある。
【００２４】
【特許文献１】韓国特許第４４４，１７６号明細書
【非特許文献１】“Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｒｏｗｌａｎｄ ｃｉｒｃｌｅ ｇｒｏｗｎ ｉｎ ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ”， ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｖｏｌ． １６， ｎｏ． ４， Ａｐｒｉｌ １９９８
【非特許文献２】“Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｃｏｎｃａｖｅ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｇｒａｔｉｎｇ ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｆｏｒ ｃｏａｒｓｅ ＷＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓ”， ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｖｏｌ． ２０， ｎｏ． ４， Ａｐｒｉｌ ２００２
【非特許文献３】“Ｔｕｎａｂｌｅ ｐｌａｎａｒ ｃｏｎｃａｖｅ ｇｒａｔｉｎｇ ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ”， ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒ， ｖｏｌ．８， ｎｏ．４， Ａｐｒｉｌ １９９６
【非特許文献４】Ｍ． Ｋｏｕｒｏｇｉの外４名、“ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｔｕｎｉｎｇ ｏｆ ａｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｔｕｎａｂｌｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ−ｃａｖｉｔｙ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ”， Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ． ２５， ｎｏ． １６， ｐｐ．１１６５−１１６７， Ａｕｇｕｓｔ ２０００
【非特許文献５】Ｏ．Ｋ．Ｋｗｏｎの外６名の“ｐｒｏｐｏｓａｌ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｔｕｎａｂｌｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ−ｃａｖｉｔｙ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ”， ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ． Ｔｅｃｈ． Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ．１６， ｎｏ． ８， ｐｐ．１８０４−１８０６， Ａｕｇｕｓｔ ２００４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
そこで、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、従来の逆多重化器の製作収率の向上と波長可変フィルタ、ルータなどの様々なＷＤＭ用素子の活用のために新しい類型の波長可変逆多重化器を提供することにある。
【００２６】
本発明の他の目的は、波長可変特性が連続的であり、製作が容易であるうえ、構造的に安定しており、波長可変のための速度が速い波長可変逆多重化器を提供することにある。
【００２７】
本発明の別の目的は、波長可変特性が連続的で、製作が容易で、モノリシック集積構造なので位置合わせが容易で、素子の大きさが小さく、構造的に安定しており、波長可変のための速度が速い波長可変逆多重化器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記課題を解決するための技術的手段として、本発明の第１側面は、お互い異なる多数の波長を有する多数の光が導波される入力導波路と、入力導波路を介して伝達された光を、放射状に分散する光に偏向させる光偏向器であって、第１の有効屈折率を有する周辺領域と、前記第１の有効屈折率とは異なる第２の有効屈折率を持つ所定形状の偏向パターン領域とが境界を成して構成される光偏向器と、前記偏向された光を波長ごとに分離して反射する回折格子と、前記回折格子を介して回折した光を選択して出力する出力導波路とを含み、前記放射状に分散する光は、第２の有効屈折率に応じて変わる所定の軌跡上の特定点から出発して進む、波長可変逆多重化器を提供する。
【００２９】
好ましくは、所定形状の偏向パターンと周辺領域は、上部クラッド層のドーピング構造の差により境界を成して構成されるが、外部電気信号（電流または電圧）に対して、偏向パターン領域内のみに電気信号が印加されて有効屈折率が変化する構造を提供する。
【００３０】
本発明を実際に実現する場合においては、前記光偏向器は、下部クラッド層、上部クラッド層およびコア層を有する光導波路で実現でき、前記偏向パターン領域の内部と周辺領域のコア層媒質が同一となるよう、かつ上層部クラッド層のドーピング差のみが異なるように構成することができる。この場合、偏向パターン内の電気信号を印加（または電流注入）しなければ、屈折率は同一となり、電流注入または電圧印加を行えば、偏向パターン内のコア層のみに電流注入（または電圧印加）が行われるので、偏向パターン内の屈折率が変わる。
【００３１】
本発明の第２側面は、お互い異なる波長の光が導波される入力導波路と、前記入力導波路を介して伝達された光を、放射状に分散する光に偏向させる光偏向器を含み、前記光偏向器は第１の有効屈折率を有する周辺領域と、前記第１の有効屈折率とは異なる第２の有効屈折率を持つ所定形状の偏向パターン領域とが境界を成して構成される入力結合器と、前記入力結合器を介して伝達された光が通過する導波路と、前記導波路から出力された光が結合する出力結合器とを含むが、前記放射状に分散する光は、前記第２の有効屈折率に応じて変わる所定の軌跡上の特定点から出発して進む、波長可変逆多重化器を提供する。
【００３２】
本発明の第３側面は、第１断面および第２断面を備える光増幅器と、前記光増幅器に集積され、前記第１断面から放射されて出射されるビームを凹回折格子に伝達し、凹回折格子から反射されたビームを前記第２断面に受ける前記光増幅器および前記回折格子との間に位置する光偏向器であって、第１有効屈折率を有する周辺領域と、前記第１有効屈折率とは異なる第２有効屈折率を有する所定の形状の偏向パターン領域とが境界をなす光偏向器と、前記光偏向器に連結され、前記光偏向から入射したビームの中でも特定の波長のみを前記光増幅器に帰還させる回折格子とを備えるが、前記回折格子から反射された分散光は、第２有効屈折率に応じて変わる所定の軌跡上の特定点から出発して進む、波長可変レーザを提供する。
【発明の効果】
【００３３】
上述したように、本発明は、従来の逆多重化器の製作収率の向上、および波長可変フィルタ、ルータなどの様々なＷＤＭ用素子の活用のために、新しい類型の波長可変逆多重化器を提供する。
【００３４】
また、本発明は、波長可変特性が連続的であり、製作が容易であるうえ、構造的に安定しており、波長可変のための速度が速い波長可変逆多重化器を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を詳細に説明する。ところが、これらの実施例は様々な形に変形できるが、本発明の範囲を限定するものではない。これらの実施例は当該技術分野で通常の知識を有する者に発明を十分理解させるために提供されるものである。下記の説明において、ある層が他の層に在ると記載されるとき、これは他の層の真上に存在することもあれば、またはその間に第３の層が介在されることもある。また、図面における各層の厚さまたは大きさは説明の便宜および明確性のために誇張された。
【００３６】
（第１実施例の波長可変逆多重化器）
次に、図２を参照して本発明の第１実施例に係る波長可変逆多重化器を詳細に説明する。図２は本発明の第１実施例に係る波長可変逆多重化器の構成図である。
【００３７】
波長可変逆多重化器１００は、お互い異なる波長の光が導波される入力導波路１１０と、入力導波路１１０を介して伝達された光を、放射状に分散する光に偏向させる光偏向器１４０と、偏向された光を波長別に分離して回折させる回折格子１３０と、回折格子１３０を介して回折した光を選択して出力する出力導波路１２０とを含む。
【００３８】
光偏向器１４０は、分散する光を偏向させ、格子極（ｇｒａｔｉｎｇ ｐｏｌｅ）に入射する入射角をλからλ’に変える。したがって、回折格子１３０の公式に基づいて出力導波路１２０へ回折するビームの波長がλ１、λ２、λ３、λ４からλ’１、λ’２、λ’３、λ’４に変わる。
【００３９】
一方、偏向ビームの光源がローランド円（Ｒｏｗｌａｎｄ ｃｉｒｃｌｅ）に沿って動くように設計されており、偏向ビームの光源の位置は連続的にローランド円に沿って仮想的に移動する。
【００４０】
以下、図２記載の光偏向器１４０を図３ａ〜図３ｃを参照して詳細に説明する。図３ａを参照すると、光偏向器１４０は、第１の有効屈折率ｎ１を有する周辺領域１４１と、他の有効屈折率である第２の有効屈折率ｎ２を持つことにより、境界ｆ（ｘ）を形成する所定の形状の偏向パターン領域１４２とからなる。このような光偏向器１４０によれば、入力導波路１１０を介して入力された光が放射されるとき、所定の偏向パターンの境界ｆ（ｘ）によって特定の一点（ａ、ｂ）から出発して進む方向に偏向させられる。一方、第２の有効屈折率ｎ２の変化によって特定の一点（ａ、ｂ）の位置は変化する。すなわち、第２の有効屈折率の変化に応じて偏向パターン領域１４２を通過した光の仮想光源（ａ、ｂ）は、限定された区間内に直線や円などの任意の軌跡で示すことができる。したがって、放射状に進む光がローランド円上の特定点から出発して進むように構成することにより、本実施例に係る波長可変逆多重化器を実現することができる。
【００４１】
各領域における「有効屈折率」は、媒質の屈折率ではなく、導波路の有効屈折率である。有効屈折率は、媒質屈折率とは異なって導波路の固有モード（ｅｉｇｅｎ−ｍｏｄｅ）であり、導波路の幅、コア層の厚さ、コア層の屈折率が変化すると、有効屈折率も変化する。参考として、入力導波路１１０の有効屈折率と入力導波路の外側部分の有効屈折率は、積層されている物質が同一であっても導波路の厚さが異なるため、お互い異なる可能性がある。
【００４２】
所定形状の偏向パターン領域１４２の境界を形成する軌跡ｙ＝ｆ（ｘ）は、次のような線−光（ｒａｙ−ｏｐｔｉｃｓ）に基づいた方法によって求めることができる。ｙ＝ｆ（ｘ）軌跡のｘ切片をｑとし、任意の放射光ｙ＝ｍｘ（ｍ＝ｔａｎ（θｍ））とｙ＝ｆ（ｘ）との交差点でｙ＝ｆ（ｘ）軌跡の接線は傾きがｔ（＝ｔａｎ（− θｔ））であると仮定する。ここで、放射光と軌跡の接線に垂直な法線との角をθ１（入射角）とするとき、数式１が成立する。
【００４３】
【数１】
【００４４】
ここで、接線の傾きｔは負の値を有するので、θｔは正の角で示すスカラーであるから、数式１が得られた。一方、前記数式１の両辺にｔａｎを取り、左辺をまとめると、数式２で表わされる。
【００４５】
【数２】
【００４６】
ここで、ｍ（＝ｙ／ｘ）とｔａｎ（θ２）はｘ、ｙの変数であり、ｔａｎ（−θｔ）は軌跡ｙ＝ｆ（ｘ）の接線の傾きｔを示すので、ｙの１次微分（ｙ’）であり、結局ｘに対する１次微分方程式で表わされる。一方、図３ａにおいて、θ１は偏向光の屈折角を示し、偏向光（点線）は仮想円点（ａ、ｂ）を通ると仮定すると、数式３のように表現することができる。
【００４７】
【数３】
【００４８】
ここで、θ１とθ２はスネルの法則（ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２）を満足し、θ１をθ２で表現してまとめると、数式４で表わされる。
【００４９】
【数４】
【００５０】
軌跡ｆ（ｘ）は数式４で得られるｔａｎ（θ２）を数式２に代入し、初期値（ｑ、０）の微分方程式を解けば得ることができる。上述したｆ（ｘ）を求める方法に対し、数式４のｔａｎ（θ１）は平方根（ｓｑｕａｒｅ ｒｏｏｔ）の内と外にあるので、直接（ｓｔｒａｉｇｈｔ−ｆｏｒｗａｒｄ）解くことが難しく、数式２の微分方程式の一般解はｘとｙが結合しているので、アナリティック解（ａｎａｌｙｔｉｃ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）で表現することが難しい。したがって、数式４はｔａｎ（θ２）に対してｓｅｌｆ−ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ方法を用いて数値的（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ）に解き、数式２はＲｕｎｇｅ−Ｋｕｔｔａ法を用いて軌跡を得た。数値解析の具体的な方法は、当業者に一般に知られている方式を使用する。
【００５１】
一方、半導体光導波路構造では、注入電流により、有料屈折率は増減できる。これは入射光の波長に対するコア層のバンドギャップエネルギーに依存するが、一般に入射光の波長エネルギーに比べてコア層のバンドギャップエネルギーが大きくなるようにコア層の物質組成を使用すると、電流注入によって有効屈折率が減少する。このように使用する理由は、コア層のバンドギャップエネルギーが入射光の波長エネルギーに比べて大きければ大きいほど光損失が少なくなるためである。しかし、光損失が少なくなるほど屈折率の変化も少なくなるので、屈折率の変化量を考慮して適切に設計することが好ましい。
【００５２】
したがって、本発明における図３ａの軌跡を求めるための数学的モデルは、ｎ１＞ｎ２の場合について示したが、前記条件と逆にｎ１＜ｎ２の場合には軌跡の形態が変わる可能性がある。ところが、解析過程は同一である。
【００５３】
一方、上述した数学的モデルにおいて放射光と軌跡との交点での接線の傾きｔが陰数の場合についてのみ示したが、陽数の場合にも成立する。この場合、θｔに対するθｍとθ１の関係変化（数式１、２の変化）により軌跡の形態は変わる可能性がある。上述した説明に対するｙ＝ｆ（ｘ）の大略的な形態は図３ｂに示した。
【００５４】
また、図３ａの解析モデルは、光が左から右に放射する場合についてのみ示したが、右から左に放射する場合についても、軌跡はその形態が異なり、ｙ軸に対して対称構造であることを予測することができる。
【００５５】
一方、図３ｃは上述した光偏向器の変形例を説明するための概念図である。図３ｃを参照すると、この偏向器は、偏向パターン領域１４２と入力導波路１１０との間に放射型進行光を生成するために、第３有効屈折率を有する円形パターン領域１４３をさらに含む。この円形パターン領域１４３は、原点０から放射する光が、有効屈折率がｎ３とｎ２の境界を有する半円（ｘ２＋ｙ２＝ｒ２、ｘ＞０）を通過するとき、放射光と円の接線は常に垂直なので、入射角が０となって屈折が発生しない。一方、この円形パターン領域１４３の第３有効屈折率は第１の屈折率と同様に実現することもできる。円形パターン領域１４３によって放射される光は、有効屈折率ｎ３とｎ２の境界を有する半径ｒの円を通過し、この境界を通過するときには屈折現象が起こらない。通過した光はさらに軌跡ｆ（ｘ）を示す境界を通過しながら屈折する。この際、屈折した光は常に仮想原点（ａ、ｂ）を通過する。
【００５６】
すなわち、図３ｃの光偏向器を図３ａの光偏向器と比較すると、図３ｃの光偏向器の場合は、放射光を形成する目安となる原点が偏向パターン領域１４３の外部に形成されている。図２はこの場合を例として示している。図３ａの光偏向器の場合は、放射光を形成する目安となる原点が偏向パターン領域１４３の内部または境界線に形成されることにより、図３ｃの光偏向器の円形パターン領域１４３が追加されなくてもよい。
【００５７】
ローランド上に沿う線−光の立場から光偏向器の一例が説明されたが、逆に、波−光の立場から一般化されることもできる。したがって、格子の構造に応じて偏向器パターンの模様と個数が変更できる。
【００５８】
図３ｄは本発明の光偏向器の具体例を示した断面図である。図３ｄは図３ｃのＡ−Ａ’に沿った断面図である。図３ｄはＩｎＰ系列の物質を用いて実現した一例である。
【００５９】
図３ｄを参照すると、大きくｎ−金属層１１００、ｐ−金属型１１７０、上部クラッド層１１３０、１１４０、コア層１１２０、下部クラッド層１１１０から構成することができる。識別番号１１５０は絶縁層を示している。
【００６０】
ｎ−金属層１１００は例えばＣｒ−Ａｕ層からなり、ｐ−金属層１１７０は電気伝導度の向上を目的としてＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ層を構成することができる。ＩｎＧａＡｓ金属コネクタ層１１８０は、ｐ−金属層１１７０と上部クラッド層１１３０、１１４０間の円滑な電気伝導のために高濃度でｐドーピングが行われている。ＩｎＰの上部クラッド層１１３０、１１４０は、図３ｄに示すように、ｎとｐに分離されてドープされており、ｐドープトＩｎＰとｎドープトＩｎＰ間の境界は図３ｃの偏向パターンの境界である。ＩｎＰ（第３〜５族）へのｐまたはｎドーピングのために、例えば第４族（Ｓｉ、Ｇｅ）または第６族の元素をソースとして用いる。
【００６１】
この構造において、ドーピングに関係なくクラッド層１１１０、１１３０、１１４０の媒質屈折率は、入射光が１．５５μｍで全て約３．１７である。ＩｎＧａＡｓＰコア層１１２０は、ドープされておらず、ＧａとＡｓの組成追加によりクラッド層１１１０、１１３０、１１４０に比べて媒質の屈折率が相対的に高いため、光はＩｎＧａＡｓＰコア層１１２０に導波される。
【００６２】
この構造で電流が注入されていない場合には、導波路の有効屈折率は特定値を持つ。ここでは、有効屈折率をｎ１と仮定する。これに対し、電流が注入される場合、一般的なｐ−ｎ接合(junction)の順方向バイアス（ｆｏｒｗａｒｄ ｂｉａｓ）に該当するので、電流は、ｐ−金属層１１７０、金属コンタクト層１１８０、上部クラッド層１１３０、１１４０、ＩｎＧａＡｓＰコア層１１２０、下部クラッド層１１１０、ｎ−金属層１１００へ流れる。
【００６３】
ここで、上部クラッド層１１３０、１１４０内に注入された電流は、ｐドープトＩｎＰとｎドープトＩｎＰ間の電位障壁（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｂａｒｒｉｅｒ）により、偏向器パターン内のｐドープトＩｎＰのみへ流れる。このような構造により、電流は偏向器のパターン内のみに注入され、コア層内の偏向器パターンの媒質屈折率は変わる。したがって、コア層の媒質屈折率の変化により、偏向器パターン内の有効屈折率はｎ１からｎ２に変わる。
【００６４】
上述した構造では、偏向器パターンを上部クラッド層に形成する代わりに、電極または金属コンタクト層を偏向器パターンで形成する構造が使用できる。ところが、電極または金属コンタクト層を偏向器パターンで形成する場合、電流は上部クラッド層において拡散特性により広がってしまうため、活性層に到達する電流のパターンは偏向器のパターンとは異なるため、図３ｄの構造に比べて効果的でない可能性がある。一方、図３ｄの構造は、電極または金属コンタクト層で、偏向器パターンとは関係なくコア層の直上の上部クラッド層に偏向器パターンが形成されており、パターン内のみに電流が流れてコア層に注入されるので、安定した光偏向特性を得ることができる。
【００６５】
一方、入射光の波長が１．５５μｍの場合、ＩｎＧａＡｓＰ物質において、電流注入により、一般に媒質の屈折率は最大約０．０５程度減少する。ところが、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ物質において、入射光の波長が異なる場合、あるいはＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ物質の他に半導体の光素子に使用される他の物質（ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓやＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓなど）では、電流注入による屈折率の変化量が異なり、電流注入による屈折率の変化の他に電圧または電気光学（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ）、音響光学（Ａｃｃｏｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ）効果によって屈折率が増加または減少する。
【００６６】
図４は本発明の構造波長可変逆多重化器における回折格子の構造一例を示す図である。前記格子は、ｃｈｉｒｐｅｄ ｇｒａｔｉｎｇ、ｂａｌｚｅｄ ｇｒａｔｉｎｇ、ＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）ｇｒａｔｉｎｇ、ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ｇｒａｔｉｎｇなど様々に実現できる。
【００６７】
図４を参照すると、本回折格子は、ＣＣ’線分で周期ｄを持つ格子構造であり、Ｎ番目の回折格子に入射して反射されるビームとＮ＋１番目の回折格子に入射して反射されるビームとの位相差は、回折次数ｍに対して２ｍＰを満足しなければならない。図２の点Ａからポール（Ｐｏｌｅ）地点を結んだ直線とｘ軸間の内抱角αは、回折格子１３０の入射角になり、回折格子１３０における入射角に対する回折特性は数式５の回折格子公式に従う。
【００６８】
【数５】
【００６９】
ここで、λは波長、ｎは媒質の屈折率、αは入射角、βはｍ次の回折角をそれぞれ示す。
【００７０】
一方、上述した光偏向器１４０を介して偏向されたビームは、回折格子１３０の入射角を変え、数式１の回折格子１３０の公式に基づいて出力導波路１２０へ回折するビームの波長が変わる。
【００７１】
（第２実施例の波長可変逆多重化器）
以下、図５を参照して本発明の第２実施例に係る波長可変逆多重化器について説明する。図５は本発明の第２実施例に係る配列導波路回折格子の構造を用いた波長可変逆多重化器の構造図である。
【００７２】
第２実施例の波長可変逆多重化器は、広帯域の光信号を含む光が分離されて導波される入力導波路２１０と、入力導波路２１０を介して伝達された光を、放射状に分散する光に偏向させる光偏向器２４０とを含む。光偏向器２４０は、第１の有効屈折率を有する周辺領域と、第１の有効屈折率とは異なる第２の有効屈折率を有する所定形状の偏向パターン領域とが境界を成して構成される入力結合器２５０と、入力結合器２５０を介して伝達された光が通過する円形導波路２７０と、円形導波路２７０を介して出力された光が結合する出力結合器２６０とを含む。この構造において、第２の有効屈折率の変化により、放射状に分散する光はローランド円上の特定点から出発して進む。
【００７３】
この構造において、入力導波路２１０からビームが放射されて入力結合器２５０の入力口径でビームが結合し、出力結合器２６０の出力口径からビームが放射されて出力導波路２２０の各端子にビームが結合する。このような結合構造において、入力導波路２１０と出力導波路２２０は上述した凹回折格子と同様にローランド円上に位置し、ローランド円の直径Ｒは入力導波路２１０と出力導波路２２０との焦点距離（ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ）になる。
【００７４】
逆多重化がなされるためには、円形導波路２７０における各導波路の長さが、隣接した円形導波路と補強干渉するように設計されるべきである。ここで、円形導波路２７０は、凹回折格子で回折格子と同一の役割をしているため、前記構造を配列導波路回折格子（ａｒｒａｙｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ）とも呼び、位相器（ｐｈａｓｅｒ）とも呼ぶ。
【００７５】
このような構造で入力結合器２５０内に形成されている偏向パターンに電気信号を印加すると、放射ビームは偏向し、入力導波路２１０の位置はローランド円に沿って仮想的に移動する。この際、光偏向器２４０による入力導波路２１０の仮想的位置変化は、入力結合器２５０内の入力口径で結合したビームの位相差を変化させ、出力導波路２２０に結像するビームの波長を変える。電気信号により偏向されたビームは、入力結合器２５０内の入力口径に結合するビームの位相が変わって出力導波路２２０に結像するビームの波長が変わる。
【００７６】
（第３実施例の波長可変レーザ）
以下、図６を参照して本発明の第３実施例に係る波長可変レーザを説明する。図６は第３実施例に係る波長可変レーザの概略構成図である。
【００７７】
波長可変レーザは、光増幅器（ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）５１０、光偏向器（ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ）５３０、凹回折格子（ｃｏｎｃａｖｅ ｇｒａｔｉｎｇ）５２０がモノリシック集積されているモノリシック集積外部共振型波長可変レーザである。
【００７８】
光増幅器５１０の一側端面から出力されるビームは、光偏向器５３０を経て凹回折格子５２０に入射する。入射したビームは回折格子５２０から特定の波長のみが光増幅器５１０に帰還する。この構造において、光増幅器の他側端面と凹回折格子はそれぞれ反射面を有するので、共振器から形成されてレーザダイオードとして動作する。
【００７９】
光偏向器５３０は、第１の有効屈折率ｎ１を有する周辺領域と、第１の有効屈折率ｎ１とは異なる第２の有効屈折率ｎ２を有する所定形状の偏向パターン領域とが境界を成して構成され、外部電気信号によって所定形状の偏向パターンの有効屈折率を変化させて周辺領域と所定形状の偏向パターン領域間の境界面における入射角に対する屈折特性（スネルの法則）に応じてビームが偏向させられる特性をもっている。
【００８０】
図６において、光偏向器５３０は、偏向器内の電気信号増加に伴って光増幅器５１０から放射するビームの点光源（ｐｏｉｎｔ ｓｏｕｒｃｅ）の位置がローランド円に沿って仮想的に動くように設計される。光偏向器５３０については第１実施例で詳細に説明している。一方、光偏向器５３０を介して屈折したビームは、前記図面の赤色点線のように等価的に表示され、入射角がａからａ’に変わる。
【００８１】
前記入射角の変化に応じて、数式６のリトロー（Ｌｉｔｔｒｏｗ）回折格子公式に基づいて回折するビームの波長が変わる。
【００８２】
【数６】
【００８３】
ここで、ｍは回折格子、λは波長、ｎ１は導波層の屈折率、ｄは回折格子の周期をそれぞれ示す。
【００８４】
第１実施例と比較すると、第１実施例では入力導波路の近くに光偏向器が集積されて入射ビームを屈折させることにより、出力導波路に結合する波長を可変させる構造であり、この構造において、波長可変特性はリトマン（Ｌｉｔｔｍａｎ）回折公式に従う。
【００８５】
前記構造は、数式６のリトロー（Ｌｉｔｔｒｏｗ）条件によって実現したが、下記数式７のリトマン条件による他の構造にも適用することができる。この場合、図８に示すように、導波路または光増幅器が付加されるべきである。図８において、光増幅器６０１および６０２の左側面が反射面になり、前記２つの反射面に共振が発生する。
【００８６】
【数７】
【００８７】
図７ａおよび図７ｂは第３実施例に係る波長可変レーザの可変特性を詳細に説明するための図である。
【００８８】
図９ａおよび図９ｂは本発明の第４実施例に係る波長可変レーザの可変特性を説明するための図である。
【００８９】
図７ａを参照すると、光偏向器５３０内に電気信号が印加されていない場合のビーム特性を示しており、光増幅器５１０で光利得が生成されたビームは、λ１の波長で光偏向器５２０を通過し、光偏向器５３０のパターンの有効屈折率と周辺領域の有効屈折率とが同一なので、ビーム屈折率は現れなくなる。凹回折格子５２０に入射したビームは、数式６に基づき、入射角αに応じて特定の波長（λ１）のみが光増幅器５１０に帰還する。光増幅器５１０に帰還したλ１波長のビームは、光増幅器５１０の内部で注入ロック（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｌｏｃｋｉｎｇ）されると同時に共振（ｒｅｓｏｎａｎｔ）され、光増幅器５１０の左側端面に出射される。
【００９０】
図７ｂを参照すると、光偏向器パターン５３０に電気信号が印加されてパターン内の導波層の屈折率がｎ１からｎ２に変化した場合のビーム特性を示している。光増幅器から生成されたビームは偏向器パターンを通過し、偏向器内のコア層の屈折率の変化に応じて屈折する。前記屈折したビームの光源は添付図面のように仮想的にローランド円を通過し、屈折したビームの入射角はａ角から等価的にａ’角に変わる。前記変化した入射角により、数式１に基づいて回折ビームの波長はλ１からλ２に変わる。
【００９１】
前記光偏向器パターンの模様はローランド円の構造に合うように線−光の観点によって設計されたが、偏向器パターンは格子の構造に応じて変形できる。光偏向器の構造および波長可変レーザの可変特性は、図１０に示すように一般化できる。
【００９２】
図１０は偏向器パターンの概略図である。格子に伝播されるビームを考慮しなければ、偏向パターンの大きさは偏向器ｄの数の増加に応じて拡張できるように設計される。各パターンは、ビームの光経路によって２つのインターフェースを有し、パターンの一側は導波路と垂直になるように設計される。他のインターフェースの曲線を決定するために、格子によって回折した後、導波路に焦点が集められた光を考慮しなければならない。ここで、２つの隣接する格子要素間の位相差は、照射波長λに対する２πの倍数と同一でなければならない。ＰＮ（Ｎ番目の要素）およびＰ０（極）点に集中した格子面に反射された光間のＮ番目の位相差ΔΦＮは、下記数式８で表現される。
【００９３】
【数８】
【００９４】
ここで、ｎＤおよびｎ０は、偏向パターンの内側と外側の有効反射率である。ｍは格子順番、Ｎは極点からの格子要素の数である。前記数式８より、波長可変Δλは下記数式９のように得ることができる。
【００９５】
【数９】
【００９６】
ここで、ΔＮＤは、光拘束要素に強く依存する格子パターンにおける有効屈折率の変化および導波コア物質の屈折率の変化である。与えられたｍに対し、ｌ０１〜ｄおよびΔｎＤＥ、インターフェースの曲線はΔλに対するｌＮ１〜ｄの軌跡から得ることができる。ところが、格子パターンが２つ以上の場合、数えられないｌＮ１〜ｄの組み合わせがありうる。よって、各格子パターンΔλａに対する波長可変は、下記数式１０のように定義できる。
【００９７】
【数１０】
【００９８】
ここで、Δλａの和はΔλとなる。偏向パターンへの電流の注入により、屈折率においてキャリア−誘導（ｃａｒｒｉｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ）変化ΔｎＤは減少する。
【００９９】
前記従来の波長可変逆多重化器の構造は、多数の入力導波路を備えるか、あるいは入力導波路の代わりに光ファイバを移動させて波長可変特性を実現したが、波長可変特性がそれぞれ離散的であり、波長可変のための速度が遅いという欠点を持っている。本発明の構造は、波長可変特性が連続的であり、波長可変のための速度が速く、電気的に波長可変をさせるので構造的に安定している。前述した本発明の構造は、従来の逆多重化器の製作の際に発生する工程上の誤差を補正して製作収率を高めると同時に、波長可変フィルタまたはルーターとして活用することができるので、活用価値は非常に高い。
【０１００】
上述した本発明の波長可変逆多重化器は、連続的な波長可変特性により、従来の逆多重化器の製作の際に発生する工程上の誤差を補正して製作収率を高めると同時に、波長可変フィルタまたはルータとして活用することができるので、活用価値は非常に高い。
【０１０１】
また、本発明の構造は、電気的に波長可変させるので、構造的に安定的であり、波長可変のための速度が非常に速い特徴をもっている。
【０１０２】
本発明の波長可変レーザを用いると、光偏向器内の電気信号印加量に応じて凹回折格子への入射角が連続的に変わるため、波長可変特性が連続的であり、光増幅器（ＳＯＡ）、光偏向器、凹回折格子が単一基板上に製作できるため、追加的な整列が必要なく、従来のＥＣＬＤ構造に比べて素子の大きさが非常に小さい。
【０１０３】
一方、位相制御部は、光増幅器と光偏向器との間に介在できる。前記位相制御部は、格子から光増幅器に入射するビームと、光増幅器から放出されたビーム間の位相を整合（ｍａｔｃｈｉｎｇ）させる役割を行う。したがって、装置が特定波長を照射するにつれて、波長は位相条件の変動によるチャネルＰＣ電流（ＩＰＣ）によって微細に調整される。
【０１０４】
また、図１１に示した構造は、広い可変波長領域を獲得することが可能な構造に拡張できる。図１１には、例えば８−チャネル構造が示されている。電流ＩＳＯＡをＳＯＡチャネルに注入するとき、光照射は格子からチャネルに向かう後光のリトロー（Ｌｉｔｔｒｏｗ）条件に対応する波長で発生した。他のチャネルは、格子に対するそれぞれの位置によって異なる波長で光が照射された。したがって、可変波長範囲は、チャネル数が増加するほど倍加される（ΔλＴ（総可変波長範囲）＝Ｎ（チャネル数）×ΔλＩ（個別波長範囲）、そして光合成器７０１と光増幅器７０２が出力ステージに挿入され、図１２に示すように一つのポートを介して出力を得ることができ、光増幅器７０２によって出力を向上させることができる。
【０１０５】
また、図１１の構造は、リトロー（Ｌｉｔｔｒｏｗ）構造に局限されるが、上述した構造の他にも、図１３のように出力ステージに位相制御部８０１および光増幅器８０２が挿入された形のリトマン（Ｌｉｔｔｍａｎ）構造に変形できる。
【０１０６】
以上、本発明の好適な実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は、これら実施例に限定されるのではなく、本発明の技術的思想の範囲内で、当該分野で通常の知識を有する者によって様々な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】従来の凹回折格子を用いた逆多重化器の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る波長可変逆多重化器の構成図である。
【図３ａ】図２の光偏向器を説明するための図である。
【図３ｂ】図２の光偏向器を説明するための図である。
【図３ｃ】図２の光偏向器を説明するための図である。
【図３ｄ】図２の光偏向器を説明するための図である。
【図４】本発明の構造波長可変逆多重化器における回折格子の構造一例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例に係る配列導波路回折格子構造を用いた波長可変逆多重化器の構造図である。
【図６】本発明の第３実施例に係る波長可変多重化器の概略構成図である。
【図７ａ】本発明の第３実施例に係る波長可変レーザの可変特性を説明するための構造である。
【図７ｂ】本発明の第３実施例に係る波長可変レーザの可変特性を説明するための構造である。
【図８】導波路または光増幅器が付加された波長可変レーザの構造図である。
【図９ａ】本発明の第４実施例に係る波長可変レーザの可変特性を説明するために示す図である。
【図９ｂ】本発明の第４実施例に係る波長可変レーザの可変特性を説明するために示す図である。
【図１０】ＤＥパターンの概略図である。
【図１１】８−チャネル構造を有する波長可変レーザの構成図である。
【図１２】光結合器および光増幅器が挿入された波長可変レーザの構成図である。
【図１３】位相制御部および光増幅器が挿入された波長可変レーザの構成図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１００ 波長可変逆多重化器
１１０ 入力導波路
１２０ 出力導波路
１３０ 回折格子
１４０ 光偏向器
１４１ 周辺領域
１４２ 偏向パターン領域
１４３ 円形パターン領域
１１００ ｎ金属層
１１１０ 下部クラッド層
１１２０ コア層
１１３０ 上部クラッド層
１１４０ 上部クラッド層
１１７０ ｐ金属層
２１０ 入力導波路
２２０ 出力導波路
２４０ 光偏向器
２５０ 入力結合器
２６０ 出力結合器
２７０ 円形導波路
５１０ 光増幅器
５２０ 凹回折格子
５３０ 光偏向器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
お互い異なる多数の波長を有する多数の光が導波される入力導波路と、
前記入力導波路を介して伝達された光を、放射状に分散する光に偏向させる光偏向器であって、第１の有効屈折率を有する周辺領域と、前記第１の有効屈折率とは異なる第２の有効屈折率を持つ所定形状の偏向パターン領域とが境界を成して構成される光偏向器と、
前記偏向された光を波長ごとに分離して反射する回折格子と、
前記回折格子を介して回折した光を選択して出力する出力導波路とを備え、
前記放射状に分散する光は、第２の有効屈折率に応じて変わる所定の軌跡上の特定点から出発して進むことを特徴とする波長可変逆多重化器。
【請求項２】
前記光偏向器は、下部クラッド層、上部クラッド層およびコア層を含むことを特徴とする請求項１に記載の波長可変逆多重化器。
【請求項３】
前記周辺領域と所定の偏向パターン領域は各領域のコア層に印加される電流差によって区分されることを特徴とする請求項１に記載の波長可変逆多重化器。
【請求項４】
前記偏向された光は、前記回折格子に入射する入射角を変えることを特徴とする請求項１に記載の波長可変逆多重化器。
【請求項５】
前記軌跡は、円形、放物線および直線の中のいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の波長可変逆多重化器。
【請求項６】
お互い異なる波長の光が導波される入力導波路と、
前記入力導波路を介して伝達された光を、放射状に分散する光に偏向させる光偏向器を含み、前記光偏向器は第１の有効屈折率を有する周辺領域と、前記第１の有効屈折率とは異なる第２の有効屈折率を持つ所定形状の偏向パターン領域とが境界を成して構成される入力結合器と、
前記入力結合器を介して伝達された光が通過する導波路と、
前記導波路から出力された光が結合する出力結合器とを備え、
前記放射状に分散する光は、前記第２の有効屈折率に応じて変わる所定の軌跡上の特定点から出発して進むことを特徴とする波長可変逆多重化器。
【請求項７】
前記所定の軌跡は、円形、放物線および直線の中のいずれか一つであることを特徴とする請求項６に記載の波長可変逆多重化器。
【請求項８】
第１断面および第２断面を備える光増幅器と、
前記光増幅器に集積され、前記第１断面から放射されて出射されるビームを凹回折格子に伝達し、凹回折格子から反射されたビームを前記第２断面に受ける前記光増幅器および前記回折格子との間に位置する光偏向器であって、第１有効屈折率を有する周辺領域と、前記第１有効屈折率とは異なる第２有効屈折率を有する所定の形状の偏向パターン領域とが境界をなす光偏向器と、
前記光偏向器に連結され、前記光偏向から入射したビームの中でも特定の波長のみを前記光増幅器に帰還させる回折格子とを備え、
前記回折格子から反射された分散光は、第２有効屈折率に応じて変わる所定の軌跡上の特定点から出発して進むことを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項９】
前記光偏向器は、下部クラッド層、上部クラッド層およびコア層を含むことを特徴とする請求項８に記載の波長可変レーザ。
【請求項１０】
前記周辺領域と前記所定の形状の偏向パターン領域は、各領域のコア層に印加される電流差によって区分されることを特徴とする請求項８に記載の波長可変レーザ。
【請求項１１】
前記偏向された光の前記回折格子への入射角が変わることを特徴とする請求項８に記載の波長可変レーザ。
【請求項１２】
前記所定の軌跡は、円形、放物線および直線の中のいずれか一つであることを特徴とする請求項８に記載の波長可変レーザ。
【請求項１】
お互い異なる多数の波長を有する多数の光が導波される入力導波路と、
前記入力導波路を介して伝達された光を、放射状に分散する光に偏向させる光偏向器であって、第１の有効屈折率を有する周辺領域と、前記第１の有効屈折率とは異なる第２の有効屈折率を持つ所定形状の偏向パターン領域とが境界を成して構成される光偏向器と、
前記偏向された光を波長ごとに分離して反射する回折格子と、
前記回折格子を介して回折した光を選択して出力する出力導波路とを備え、
前記放射状に分散する光は、第２の有効屈折率に応じて変わる所定の軌跡上の特定点から出発して進むことを特徴とする波長可変逆多重化器。
【請求項２】
前記光偏向器は、下部クラッド層、上部クラッド層およびコア層を含むことを特徴とする請求項１に記載の波長可変逆多重化器。
【請求項３】
前記周辺領域と所定の偏向パターン領域は各領域のコア層に印加される電流差によって区分されることを特徴とする請求項１に記載の波長可変逆多重化器。
【請求項４】
前記偏向された光は、前記回折格子に入射する入射角を変えることを特徴とする請求項１に記載の波長可変逆多重化器。
【請求項５】
前記軌跡は、円形、放物線および直線の中のいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の波長可変逆多重化器。
【請求項６】
お互い異なる波長の光が導波される入力導波路と、
前記入力導波路を介して伝達された光を、放射状に分散する光に偏向させる光偏向器を含み、前記光偏向器は第１の有効屈折率を有する周辺領域と、前記第１の有効屈折率とは異なる第２の有効屈折率を持つ所定形状の偏向パターン領域とが境界を成して構成される入力結合器と、
前記入力結合器を介して伝達された光が通過する導波路と、
前記導波路から出力された光が結合する出力結合器とを備え、
前記放射状に分散する光は、前記第２の有効屈折率に応じて変わる所定の軌跡上の特定点から出発して進むことを特徴とする波長可変逆多重化器。
【請求項７】
前記所定の軌跡は、円形、放物線および直線の中のいずれか一つであることを特徴とする請求項６に記載の波長可変逆多重化器。
【請求項８】
第１断面および第２断面を備える光増幅器と、
前記光増幅器に集積され、前記第１断面から放射されて出射されるビームを凹回折格子に伝達し、凹回折格子から反射されたビームを前記第２断面に受ける前記光増幅器および前記回折格子との間に位置する光偏向器であって、第１有効屈折率を有する周辺領域と、前記第１有効屈折率とは異なる第２有効屈折率を有する所定の形状の偏向パターン領域とが境界をなす光偏向器と、
前記光偏向器に連結され、前記光偏向から入射したビームの中でも特定の波長のみを前記光増幅器に帰還させる回折格子とを備え、
前記回折格子から反射された分散光は、第２有効屈折率に応じて変わる所定の軌跡上の特定点から出発して進むことを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項９】
前記光偏向器は、下部クラッド層、上部クラッド層およびコア層を含むことを特徴とする請求項８に記載の波長可変レーザ。
【請求項１０】
前記周辺領域と前記所定の形状の偏向パターン領域は、各領域のコア層に印加される電流差によって区分されることを特徴とする請求項８に記載の波長可変レーザ。
【請求項１１】
前記偏向された光の前記回折格子への入射角が変わることを特徴とする請求項８に記載の波長可変レーザ。
【請求項１２】
前記所定の軌跡は、円形、放物線および直線の中のいずれか一つであることを特徴とする請求項８に記載の波長可変レーザ。
【図１】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図３ｄ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図３ｄ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−１７１７０６（Ｐ２００６−１７１７０６Ａ）
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３０４７１１（Ｐ２００５−３０４７１１）
【出願日】平成１７年１０月１９日（２００５．１０．１９）
【出願人】（５９６１８００７６）韓國電子通信研究院 (733)
【氏名又は名称原語表記】Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
【住所又は居所原語表記】１６１ Ｋａｊｏｎｇ−ｄｏｎｇ， Ｙｕｓｏｎｇ−ｇｕ， Ｔａｅｊｏｎ ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１９日（２００５．１０．１９）
【出願人】（５９６１８００７６）韓國電子通信研究院 (733)
【氏名又は名称原語表記】Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
【住所又は居所原語表記】１６１ Ｋａｊｏｎｇ−ｄｏｎｇ， Ｙｕｓｏｎｇ−ｇｕ， Ｔａｅｊｏｎ ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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