JP4864858B2 - 波長可変レーザ光発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、波長可変レーザ光発生装置に関し、特に、波長可変範囲が連結している複数の波長可変レーザ素子が搭載され、レーザ発振している波長可変レーザ素子を切り替えることによって、広帯域に亘って出射光の波長を変化させうる波長可変レーザ光発生装置に関する。

近年の通信需要の飛躍的な増大に伴い、波長の異なる複数の光信号を多重化して一本の光ファイバで大容量伝送する波長多重通信システム（ＷＤＭシステム： Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ システム）の開発が進んでいる。この様な波長多重通信システムにおいて柔軟且つ高度な通信システムを実現するため、広い波長範囲、例えばＣバンド（１５２５〜１５６５ｎｍ）全域に亘って、所望の波長を高速に選択して出力できる波長可変レーザ装置の実用化が強く求められている。

このような波長可変レーザ装置として、一つの共通基板の上に、波長可変範囲が数ｎｍの波長可変レーザ素子（例えば、３電極ＤＢＲレーザ素子等）を複数集積したアレイ集積型の波長可変レーザ装置の開発が進められている（特許文献１）。

図１は、このアレイ集積型の波長可変レーザ装置（以下、集積波長可変レーザ装置２と呼ぶ）の斜視図である。

この集積波長可変レーザ装置２では、半導体基板４の上に、波長可変範囲が僅かずつずれている複数の波長可変レーザ素子６が集積されており、それぞれの波長可変範囲を隙間なく連結させることによって広い波長範囲でのレーザ発振が実現される。そして、その波長可変レーザ素子６各々の出力端は光導波路８の一端と接合されており、光導波路８の他端は、例えば多モード干渉導波路（Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ＭＭＩ）からなる光結合器１０に接続されている。そして、光結合器１０の出力導波路１２には、光増幅器１４が接続されている。

光結合器１０は、光導波路８を伝播して来た各波長可変レーザ素子６の出力光の一部（又は全部）を、その出力導波路１２に出力する。光増幅器１４は、光導波路８から出力導波路１２に至る光路（主に、光結合器１０）で減衰した信号光（波長可変レーザ素子６の出力光）を増幅して、集積波長可変レーザ装置２の外部に出力する。

集積波長可変レーザ装置２は、一つの波長可変レーザ素子６のみを動作させ、その出力光を、光導波路８から光増幅器１４に至る光路を伝播させて外部に出射する。

このようにして外部に出射されるレーザ光（以後、出射光と呼ぶ）の波長を変化させるためには、変化後の出射光の波長として所望の値が、動作中の波長可変レーザ素子６が波長を変化し得る範囲内（波長可変範囲）にあれば、動作中の波長可変レーザ素子６を制御して出射光の波長を所望の値にする。

一方、所望の波長が、動作中の波長可変レーザ素子６の波長可変範囲内にない場合には、所望の波長が可変波長範囲内に存在する他の波長可変レーザ素子６を動作させて、出射光の波長を所望の値にする。

集積波長可変レーザ装置２は、通常、可変波長範囲が互いに連結する複数の波長可変レーザ素子６によって構成される。従って、個々の波長可変レーザ素子６の可変波長範囲は数ｎｍであるが、全体としては、例えばＣバンド全体をカバーするような広帯域の可変波長範囲が実現される。
特開２００６−２８６９２８号公報 特開２００６−２８６９２８号公 Ｈｉｒｏｙｕｋｉ Ｉｓｈｉｉ ｅｔ ａｌ， "Ａ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ＤＦＢ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ （ＴＤＡ−ＤＦＢ−ＬＤ）"， ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ， ＶＯＬ． １０， ＮＯ． １， ＪＡＮＵＡＲＹ １９９８， ｐｐ ３０−３２．

集積波長可変レーザ装置２には、波長可変範囲は広く且つ波長可変動作が高速であることが要求される。このような要求を満たすためには、波長可変レーザ素子６の波長可変範囲はなるべく広く、且つその波長可変動作が高速であることが必要である。

このような要求を満たす波長可変レーザ素子としては、３電極ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザ、ＴＴＧ−ＤＦＢ（Ｔｕｎｎａｂｌｅ Ｔｗｉｎ Ｇｕｉｄｅ−Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザ、波長可変分布増幅−分布帰還半導体レーザ素子（ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子；Ｔｕｎａｂｌｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ−Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ）などが挙げられる（特許文献１、特許文献２、及び非特許文献１）。

これらの波長可変レーザ素子は、何れも、電流注入が可能なコア層とこのコア層に沿って設けられた回折格子とからなる光導波路を有する。このコア層に電流を注入すると、キャリアが蓄積してコア層の屈折率が変化する。コア層の屈折率が変化すると、光導波路の等価屈折率が変化する。その結果、回折格子のブラッグ波長が変化し、波長可変レーザ素子の発振波長が最大で数ｎｍ変化する。

これら波長可変レーザ素子の中でも、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子は、モード跳びがないため、波長制御が容易である。しかも、素子の作製が容易である。このため、集積波長可変レーザ装置を構成する波長可変レーザ素子の選択肢として有望である。

図２は、駆動電源（励起電源３４及び波長制御電源３６）が接続された状態のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の断面を説明する図である。図３は、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の平面図である。

図２に示すように、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子は、ｎ型のＩｎＰ基板１８と、回折格子４０の形成されたｎ型のＩｎＧａＡｓＰからなる回折格子層２０と、ｎ型のＩｎＰからなるバッファ層２２と、光導波層（コア層）３８と、ｐ型ＩｎＰからなる上部クラッド層２８と、コンタクト層４２、利得電極３０と、波長制御電極３２と、利得電極３０と波長制御電極３２の間に形成されたＳｉＯ_２膜４４によって構成されている。また、ｎ型のＩｎＰ基板１８の裏面には、ｎ側電極４６が形成されている。尚、ＩｎＰ基板１８と、回折格子層２０と、バッファ層２２は、下部クラッド層を構成する。

利得導波路層（活性層）２４をコア層とする複数の利得導波路４８と、波長制御層２６をコア層とする複数の波長制御導波路５０が連結され、利得導波路層（活性層）２４と波長制御導波路５０が交互に光学的に接続された光導波層３８をコア層とする光導波路が構成されている。

ここで、利得導波路層（活性層）２４は、回折格子４０のブラッグ波長（例えば、１．５５μｍ）の近傍に利得のピークを有する、ＩｎＧａＡｓＰからなる多重量子井戸によって構成されている。一方、波長制御導波路５０は、この利得導波路層２４よりバンドギャップ波長が短い、ＩｎＧａＡｓＰバルク層によって構成されている。

利得電極３０と波長制御電極３２は、図３のように、夫々櫛の歯状に形成されている。利得電極３０を構成する夫々の歯は、利得導波路４８に設けられたコンタクト層４２に電気的に接続されている。一方、波長制御電極３２を構成する夫々の歯は、波長制御導波路５０に設けられたコンタクト層４２に電気的に接続されている。

利得電極３０には、利得導波層２４に電流を注入して利得を発生させる励起電源３４が接続されている。波長制御電極３２には、波長制御層２６に電流を注入して、波長制御層２６の屈折率を変化させる波長制御電源３６が接続されている。

次に、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の動作について説明する。

まず、励起電源３４を駆動して、利得電極３０を介して利得導波路層（活性層）２４に電流（以下、このような電流を励起電流と呼ぶ）を注入してレーザ発振を起こす。この時、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６は、回折格子４０の周期から定まるブラッグ波長（又はその近傍）でレーザ発振する。

ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の発振波長を変化させるためには、波長制御電源３６を駆動して、波長制御電極３２を介して波長制御層２６に電流を注入する。電流が注入された波長制御層２６には自由キャリアが蓄積し、プラズマ効果によって屈折率が低下する。すなわち、波長制御光導波路５０の等価屈折率が低下する。

その結果、回折格子２０のブラック波長が全体として短波長側に移動（シフト）し、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の発振波長も短波長側に移動する。

波長制御層２６の屈折率変化はその自由キャリア濃度に比例するので、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の波長のシフト量は、波長制御層２６に注入する電流量によって制御することができる。

ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の波長シフト量は、５ｎｍ以上に及ぶ。しかも、波長シフトは、モードホップを伴わない。すなわち、波長が連続的に変化する。従って、アレイ状に配置されるＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の数を８本とすれば、集積波長可変レーザ装置の波長可変範囲は４０ｎｍ以上に及ぶ。

一の波長から他の波長に波長を切り替えるために要する速度は、原理的には、波長制御層に蓄積した自由キャリアの寿命によって決まる。自由キャリアの寿命は、通常、数ｎｓである。従って、原理的には、数ｎｓの波長切り替えも可能である。

以上の説明から明らかなように、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６によって集積波長可変レーザ装置２を構成すれば、波長可変範囲を容易に数１０ｎｍに拡大することができる。しかも、モードホップを伴わずに波長を変化させることが可能であり、且つ、切り替え先の波長が動作中のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の波長可変範囲内にあれば、原理的には数ｎｓという短時間で波長を切り替えることも可能である。

しかし、変化先の波長が動作中のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の波長可変範囲内になく、他のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６を動作させなければならない場合には、このような高速の波長変化は困難になる。

図４は、このような場合に、集積波長可変レーザ装置２の出射光を供給するＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６（以下、選択素子と呼ぶ）を、一のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子から他のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子に切り替える時点５２（以下、切り替え時点と称する）の前後における、上記一のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子に供給される励起電流の変化（実線）及び他のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子に供給される励起電流の変化（破線）を説明する図である。横軸は時間であり、縦軸はＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の駆動電流（利得導波路層２４への注入電流）である。

実線は、切り替え時点５２前における選択素子（以後、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子と呼ぶ）の励起電流である。一方、破線は、切り替え時点５２後における選択素子（以後、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子と呼ぶ）の駆動電流である。また、図中に付した記号Ｉ_ＬＤＯＮは、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子をレーザ発振（以下、単に発信と称する）させるための電流値である。一方、記号Ｉ_ＬＤＯｆｆは、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の発振を停止させた時の電流値である。

図４に示すように、２つのＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の励起電流は、切り替え時点５２を境に、Ｉ_ＬＤＯＮとＩ_ＬＤＯＦＦの間で瞬時に入れ替られる。その際、波長制御層２６に注入される電流も、切り替え元では例えばゼロに、切り替え先では変化先の波長を出力しうる電流値に同時に切り替えられる。

励起電流の入れ替えにより、波長切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子は即時にレーザ発振を停止し、波長切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子は瞬時にレーザ発振を開始する。

このように切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子では、選択素子を切り替える動作（以下、選択素子切り替え動作と呼ぶ）と同時に、波長制御層２６に注入される電流が、波長変化先の波長を出力させる値に切り替えられる。しかし、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の発振波長は、選択素子切り替え動作（切り替え時点５２）の後暫くの間は、以下に説明する通り、所望の波長にはならない。

図１には図示されていないが、集積波長可変レーザ装置２は、温度コントロールされたヒートシンクに搭載される。このため、集積波長可変レーザ装置２が形成された半導体基板４は、一定の温度に保たれる。しかし、半導体基板４の上に形成された、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子からなる個々の波長可変レーザ素子６の温度は、集積波長可変レーザ装置２の動作状態によって変化する。

例えば、励起電流がＩ_ＬＤＯＦＦの状態にあるＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子では、入力電力（励起電源３４及び波長制御電源３６によって、波長可変レーザ素子６に入力される電力の和）が小さいので、半導体基板４に対して温度は殆ど上昇しない。

一方、励起電流がＩ_ＬＤＯＮの状態にあるＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子では、入力電力が大きいので温度の上昇幅が大きくなる。従って、導波路コア層３８および回折格子４０を構成する半導体層すなわち回折格子層２０の温度が上昇する。

半導体は、その温度が上昇すると屈折率が増加する。このため、導波路コア層３８および回折格子層２０の温度が上昇すると、回折格子４０のブラッグ波長が長波長にシフトする。その結果、波長可変レーザ素子６の発振波長が変化する。

一方、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度上昇は、その閾値を上昇させ、利得導波路層２４のキャリア密度を増加させる。その結果、利得導波路層２４の屈折率が減少する。このため、ブラック波長は短波長側にシフトする。しかし、その大きさは、回折格子層２０の温度上昇によるブラック波長の長波長シフトより約一桁小さい。従って、温度上昇による閾値が上昇する効果を考慮しても、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子のブラッグ波長は、素子温度の上昇によって長波長にシフトする。その結果、発振波長も長波長にシフトする。

ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子における発振波長の温度変化率は、約＋０．０９ｎｍ／℃である。内訳は、温度変化による回折格子２０の屈折率変化の寄与が、約＋０．１ｎｍ／℃であり、閾値上昇による屈折率変化が約約-０．０１ｎｍ／℃である。

図５は、切り替え時点５２の前後における切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度変化５４と波長切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度変化５６を説明する図である。図５は、図４に示すように励起電流を瞬時に切り替えた場合におけるＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度変化を、熱拡散方程式を数値計算して得た結果（シミュレーション）の一例である。境界条件としては、半導体基板４の温度を３５℃で一定とした。

図５に示すように、切り替え時点５２を境に、波長切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度５４は下がり始める。一方、波長切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度５６は上がり始める。

同図に示すように、選択素子切り替え動作後における切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度変化は、約１℃である。そして、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度変化５６が略定常状態に達するまでの安定時間（波長切り替え時点５２を基準として、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度が、非動作状態の温度から波長切り替え後の定常状態の温度の９５％に上昇するまでの時間）は約３０ｍ秒である。

大容量のＷＤＭシステム（ＤＷＤＭ システム；Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ システム）では、波長間隔は非常に狭く設定される。例えば、ＤＷＤＭで使用する波長の標準規格の一例であるＩＴＵ−Ｔ ５０ＧＨｚグリッド（波長）では、Ｃバンド（１５２５〜１５６５ｎｍ）においる周波数間隔が５０ＧＨｚに定められている。１℃当たり上記ブラック波長の変化量+０．０９ｎｍを、Ｃバンドにおいる周波数変化量に換算すると１1．２ＧＨｚに相当する。従って、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の上記温度変化１℃は、グリッド間隔５０ＧＨｚの１／５以上に及ぶ。このような変化は、無視することができないものである。

しかも、上述した一例では、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の出射するレーザ光の波長が、予定した波長に達するまでには約３０ｍ秒もの長時間が必要である。すなわち、選択素子切り替え動作を伴う、波長切り替えには数十ｍ秒の長時間が必要になる。

このような長時間に及ぶ波長切り替え時間すなわち安定時間を短縮するため、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子を、切り替え時点５２の前から予め、切り替え時点後の動作条件で駆動し、定常状態に近づけておく予備加熱が行われている（特許文献１）。このようにすれば、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度は、波長切り替え時点５２で既に定常状態に近づいている。従って、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の安定時間は短くなる。

但し、波長切り替え時点５２以前に、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子がレーザ光を出射することは許されないので、何らかの方法で、予備加熱中は切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子からレーザ光が出射されないようにしなければならない。

予備加熱中のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子からのレーザ光の出射を防止する代表的な方法としては、以下の２つ方法が挙げられる。

図６は、第１の方法で使用される集積波長可変レーザ装置２を構成する波長可変レーザ素子６の近傍を拡大した平面図である。

第１の方法では、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子からなる各波長可変レーザ素子６の出射端側に、例えば半導体光増幅器５８からなる光シャッターを配置する。替え時点５２前の予備加熱状態では、光シャターをＯＮ状態（光を通さない状態）にして、予備加熱状態にある波長可変レーザ素子６の出射光を遮断し、光導波路８に入射しないようにする。

一方、選択素子切り替え後（切り替え時点５２の後）は、光シャッターをＯＦＦ状態（光を通す状態）にして、波長可変レーザ素子６の出射光を通過させ、光導波路８に入射させる。

従って、第１の方法によれば、予備加熱中のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の出力光は、光シャター５８により遮断され、集積波長可変レーザ装置２からは出射されない。一方、選択素子切り替え後は、予備加熱されたＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子からの出力光は、光シャター５８を透過し、集積波長可変レーザ装置２から出射される。

尚、光シャッターをＯＮ状態にするためには、半導体光増幅器５８に電流を注入しなければよい。電流が注入されない状態では、半導体光増幅器５８の光増幅層は光を吸収する。すなわち、光シャッターはＯＮ状態になる。

一方、光シャッターをＯＦＦ状態にするためには、半導体光増幅器５８に、電流を注入すればよい。電流が注入されると、半導体光増幅器５８の光増幅層は利得を発生し、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の出射光を増幅する。従って、半導体光増幅器５８からなる光シャッターはＯＦＦ状態になる。

図７は、第２の方法で使用される波長可変レーザ光発生装置２を構成する波長可変レーザ素子６の近傍を拡大した平面図である。

第２の方法では、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子からなる各波長可変レーザ素子６の櫛の歯状の利得電極３０を、少ない歯で構成した出射端側の第１の利得電極６２と残りの歯で構成した第２の利得電極６０に分割する。

替え時点５２の前の予備加熱状態では、第１の利得電極６２（出射端側の利得電極）には電流を注入せず、第２の利得電極６０（残りの利得電極）のみに電流を注入する。第１の利得電極６２（出射端側の利得電極）直下の利得導波層は、電流が注入されない状態では、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の発振波長に対して吸収体として作用する。このため、予備加熱状態のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子は閾値が上昇し、第２の利得電極６０（残りの利得電極）に、選択素子切り替え動作後と同じ電流を注入してもレーザ発振は起こらない。

一方、切り替え時点５２の後（選択素子切り替え動作後）は、第１の電極６２（出射端側の利得電極）にも電流を注入する。すると、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の閾値が下がりレーザ発振が始まる。

すなわち、第２の方法によれば、予備加熱中のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子からはレーザ光は出射されず、一方、選択素子切り替え後は、予備加熱され温度が上昇したＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子からレーザ光が出力される。

図８は、第１及び第２の方法で使用される、波長可変レーザ光発生装置１のシステム構成を説明する図である。

波長可変レーザ光発生装置１は、集積波長可変レーザ装置２と、利得電極３０に励起電流を供給する励起電源３４と、波長制御電極３２に波長制御電流を供給する波長制御電源３６と、半導体光増幅器１４に励起電流を供給する半導体光増幅器用励起電源３５と、光シャター５８又は第１の利得電極６２（出射端側の利得電極）を制御する光出力制御電源３７によって構成されている。

第１の方法では、集積波長可変レーザ装置２は、図６を参照した上記説明のとおり構成されている。そして、夫々の光シャッター５８には、光出力制御電源３７が一つずつ接続されている。

第２の方法では、集積波長可変レーザ装置２は、図７を参照した上記説明のとおり構成されている。そして、夫々の第１の利得電極６２（出射端側の利得電極）には、光出力制御電源３７が一つずつ接続されている。

図８から明らかなように、第１及び第２の何れの方法を用いるにしても、ｃ２の電極数は、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子一つ当たり一つ増える。従って、波長可変レーザ光発生装置１には、増えた電極夫々に対して一つずつ新たに電源（光出力制御電源３７）を用意しなければならなくなる。このため、波長可変レーザ光発生装置１のシステム構成が複雑になる。また、新たに設けた電源（光出力制御電源３７）は、夫々別々のパラメータで制御しなければならないので、波長可変レーザ光発生装置１の制御が複雑になる。

そこで、本発明の目的は、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢ素子の予備加熱が可能で、しかも、システム構成が簡単で且つ制御が容易な波長可変レーザ光発生装置を提供することである。

（第１の側面）
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、第１の電流の注入によって利得を発生しうる利得導波層をコア層とする利得導波路と、前記利得導波路層よりバンドギャップ波長が短く、第２の電流の注入によって屈折率を変化しうる波長制御層をコア層とする波長制御導波路とからなり、複数の前記利得導波層と複数の前記波長制御導波層が、交互に光学的に接続されてなる光導波層を、コア層とする第１の光導波路と、前記光導波層に沿って設けられ、前記光導波層と光学的に結合した回折格子と、前記利得導波層全てに一括して、第１の電流を注入するための第１の電極と、前記波長制御導波層全てに一括して、第２の電流を注入するための第２の電極を有し、前記第１の電極と前記第２の電極が、前記光導波層の上に形成されたクラッド層からなる抵抗体を介して電気的に接続され、前記回折格子の周期が夫々異なる複数の（波長可変分布増幅−分布帰還）半導体レーザ素子を備え、更に、前記（波長可変分布増幅−分布帰還）半導体レーザ素子毎に設けられ、前記（波長可変分布増幅−分布帰還）半導体レーザ素子からの出力光が伝播する複数の第２の光導波路と、前記第２の光導波路を伝播した前記出力光を、一の出力光導波路に結合して出射する光結合器を備えた集積波長可変レーザ装置と、前記第１の電極に接続された、前記第１の電流を供給するための第１の電源と、前記第２の電極に接続された、前記第２の電極に逆バイアス電圧を印加した後、前記第２の電極に前記第２の電流を供給する第２の電源とを、前記（波長可変分布増幅−分布帰還）半導体レーザ素子毎に具備したことを特徴とする。

第１の側面によれば、（波長可変分布増幅−分布帰還）半導体レーザ素子（ＴＤＡ−ＤＦＢ素子）の第２の電極（波長制御電極）に逆バイアス電圧を印加することによって、予備加熱時のレーザ発振を防止することができる。このため、予備加熱中のレーザ発振を防止するため、ＴＤＡ−ＤＦＢ素子毎に新たな電極を、集積波長可変レーザ装置に設ける必要がない。

従って、本発明によれば、ＴＤＡ−ＤＦＢ素子の予備加熱が可能で、しかも、システム構成が簡単で且つ制御が容易な波長可変レーザ光発生装置を提供することが可能になる。

（第２の側面）
本発明の第２の側面は、第１の側面において、前記集積波長可変レーザ装置が出射する出射光を発生させている前記（波長可変分布増幅−分布帰還）半導体レーザ素子を、一の前記（波長可変分布増幅−分布帰還）半導体レーザ素子からなる第１の波長可変レーザ素子から、他の前記（波長可変分布増幅−分布帰還）半導体レーザ素子からなる第２の波長可変レーザ素子に切り替える選択素子切り替え動作が行われる時点以前から、前記第２の波長可変レーザ素子に接続された前記第１の電源は、前記第２の波長可変レーザ素子の前記第１の電極に、前記第１の電流を供給し、前記第２の波長可変レーザ素子に接続された第２の電源は、前記選択素子切り替え動作以前には、前記第２の波長可変レーザ素子の前記第２の電極に逆バイアス電圧を印加し、前記選択素子切り替え動作以後は、前記第２の波長可変レーザ素子の前記第２の電極に前記第２の電流を供給することを特徴とする。

（第３の側面）
本発明の第３の側面は、第１又は２の側面において、前記第２の波長可変レーザ装置に接続された前記第１の電源は、前記選択素子切り替え動作以前は、前記第１の波長可変レーザ装置と前記第２の波長可変レーザ装置の距離が近いほど、より少ない電流を前記第２の波長可変レーザ装置の前記利得電極に供給する。

第３の側面によれば、予備加熱によって、切り替え先の波長可変レーザ装置が必要以上に加熱されることを、防止することができる。

（第４の側面）
本発明の第４の側面は、第２又は第３の側面において、前記選択素子切り替え動作以前に前記第２の波長可変レーザ素子に接続された前記第１及び第２の電源が供給する零より大きい第１の総電力が、前記選択素子切り替え動作後に前記第２の波長可変レーザ素子に接続された前記第１及び第２の電源が供給する第２の総電力より少なく、且つ、 前記第１の波長可変レーザ素子と前記第２の波長可変レーザ素子の距離が近いほど、前記第１の総電力が小さいことを特徴とする。

第４の側面によれば、第１及び第２の波長可変レーザ素子の距離が近いために、第１の波長可変レーザ素子（波長切り替え元の波長可変レーザ素子）の発生する熱によって、第２の波長可変レーザ素子（波長切り替え先の波長可変レーザ素子）が加熱されても、第１及び第２の波長可変レーザ素子が十分離れている場合と同様に、予備加熱後の安定時間を短くすることができる。

（第５の側面）
第５の側面は、第２乃至４のいずれかの側面において、前記第２の波長可変レーザ素子の前記第１の電極に接続された前記第１の電源が、前記選択素子切り替え動作以前に前記第１の電極への前記第１の電流の供給を開始する前から、前記第２の波長可変レーザ素子の前記第２の電極に接続された第２の電源は、前記第２の電極への逆バイアスの印加を開始することを特徴とする。

第５の側面によれば、予備加熱用の励起電流がＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子に供給される時点で既に波長制御電極に逆バイアス電圧が印加せれているので、予備加熱中のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子のレーザ発振を確実に停止することができる。

（第６の側面）
本発明の第６の側面によれば、第１の電流の注入によって利得を発生しうる利得導波層をコア層とする利得導波路と、前記利得導波路層よりバンドギャップ波長が短く、第２の電流の注入によって屈折率を変化しうる波長制御層をコア層とする波長制御導波路とからなり、複数の前記利得導波層と複数の前記波長制御導波層が、交互に光学的に接続されてなる光導波層を、コア層とする第１の光導波路と、前記光導波層に沿って設けられ、前記光導波層と光学的に結合した回折格子と、前記利得導波層全てに一括して、第１の電流を注入するための第１の電極と、前記波長制御導波層全てに一括して、第２の電流を注入するための第２の電極を有し、
前記第１の電極と前記第２の電極が、前記光導波層及び前記波長制御層の上に形成されたクラッド層からなる抵抗体を介して電気的に接続され、前記回折格子の周期が夫々異なる複数の（波長可変分布増幅−分布帰還）半導体レーザ素子を備え、 更に、前記第１の電極に接続された、前記第１の電流を供給するための第１の電源と、前記第２の電極に接続された、前記第２の電極に逆バイアス電圧を印加した後、前記第２の電極に前記第２の電流を供給する第２の電源とを、前記（波長可変分布増幅−分布帰還）半導体レーザ素子毎に具備したことを特徴とする。

第６の側面によれば、波長制御電極に供給する信号を逆バイアス電圧から波長制御電流に切り替えることによってＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子をＯＮ/ＯＦＦ動作させても、その安定時間を短くすることができる。

本発明では、集積波長可変レーザ装置を構成するＴＤＡ−ＤＦＢ素子の波長制御電極に逆バイアス電圧を印加することによって、予備加熱時のレーザ発振を防止する。このため、予備加熱中のレーザ発振を防止するため、ＴＤＡ−ＤＦＢ素子毎に新たな電極を、集積波長可変レーザ装置に設ける必要がない。

従って、本発明によれば、ＴＤＡ−ＤＦＢ素子の予備加熱が可能で、しかも、システム構成が簡単で且つ制御が容易な波長可変レーザ光発生装置を提供することである。

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

（実施の形態１）
本実施の形態は、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子がアレイ状に配置されてなる集積波長可変レーザ装置を備えた波長可変レーザ光発生装置において、上記ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の波長制御電極に、波長制御電流の供給だけでなく逆バイアス電圧の印加も可能な電源が接続された波長可変レーザ光発生装置に係わるものである。

本実施の形態に係る波長可変レーザ光発生装置は、集積波長可変レーザ装置とその駆動電源によって構成されている。

図９は、本実施の形態に係る波長可変レーザ光発生装置のシステム構成を説明する図である。

本実施の形態に係る波長可変レーザ光発生装置６３は、集積波長可変レーザ装置６４と、利得電極３０に励起電流を供給する励起電源３４と、波長制御電極３２に波長制御電流を供給する波長制御電源３６と、半導体光増幅器１４に励起電流を供給する半導体光増幅器用励起電源３５によって構成されている。

本実施の形態に係わる波長可変レーザ光発生装置６３は、集積波長可変レーザ装置２を構成するＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６がその光出力を制御するための新たな電極を有しない点及び当該電極に接続される光出力制御電源３７を有しない点を除けば、図８に示した従来の波長可変レーザ光発生装置２と略同じである。

図１０は、波長可変レーザ光発生装置６３を構成する集積波長可変レーザ装置６４の斜視図である。但し、図１０には、利得電極３０等は図示されていない。

本実施の形態に係わる集積波長可変レーザ装置６４は、半導体基板４の上に、可変波長範囲が僅かずつずれており、かつ、それぞれの波長範囲が隙間なく連結した、複数のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６（波長可変レーザ素子）が集積されている。そして、各々のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の出力端は光導波路８の一端と接合されており、光導波路８の他端は例えば多モード干渉導波路（Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ＭＭＩ）からなる光結合器１０に接続されている。そして、光結合器１０を構成する出力導波路１２は、半導体光増幅器１４に接続されている。

半導体光増幅器１４には、半導体光増幅器用励起電源３５が接続されている（図９参照）。また、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６には、励起電源３４及び波長制御電源３６が接続されている（図９参照）。

図１１は、集積波長可変レーザ装置６４を構成する一つのＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の構成と、その駆動電源の構成を説明する模式図である。

ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６は、利得導波路４８全てに一括して、第１の電流（励起電流）を供給するための第１の電極（利得電極３０）と、波長制御導波路５０全てに一括して、第２の電流（波長制御電流）を注入するための第２の電極（波長制御電極３２）を備えている。

ここで、利得電極３０には、定電流源からなり第１の電流（励起電流）を供給するための第１の電源（励起電源３４）が、接続されている。一方、波長制御電極３２には、波長制御電極３２に逆バイアス電圧を印加した後、上記第２の電流（波長制御電流）を供給する第２の電源（波長制御兼レーザ発振制御電源６６）が接続されている。これらの励起電源３４及び波長制御兼レーザ発振制御電源６６は、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６毎に設けられている。

波長制御兼レーザ発振制御電源６６は、例えば、図１１に示すように、波長制御電極３２に波長制御電流を供給するための定電流源６８と、波長制御電極３２に逆バイアス電圧を印加するための定電圧源７０と、夫々の電源６８，７０の出力側（グラウンドとは反対側）に設けられたスイッチ７２，７４を備えている。そして、定電流源６８とスイッチ７２からなる回路と、定電圧源７０とスイッチ７４からなる回路が並列に接続されて、波長制御兼レーザ発振制御電源６６が構成されている。

図１１に示す波長制御兼レーザ発振制御電源６６は、スイッチ７２及びスイッチ７４を交互にＯＮ／ＯＦＦすることによって、波長制御電極３２に対して、波長制御電流の供給又は逆バイアス電圧の印加を行う。

次に、このような波長可変レーザ光発生装置６３において行われる、選択素子切り替え動作について説明する。

本実施の形態では、集積波長可変レーザ装置６４が出射する出射光を発生させているＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６を、一のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６からなる第１の波長可変レーザ素子（切り替え元の波長可変レーザ素子）から、他のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子からなる第２の波長可変レーザ素子（切り替え先の波長可変レーザ素子）に切り替える選択素子切り替え動作が行われる時点（切り替え時点５２）を境として、励起電源３４及び波長制御兼レーザ発振制御電源６６の動作が切り替えられる。

まず、切り替え時点以前から、切り替え先の波長可変レーザ素子の利得電極３０に接続された励起電源３４は、切り替え先の波長可変レーザ素子の利得電極３０に励起電流を供給する。

この励起電流の供給によって、切り替え先の波長可変レーザ素子が予備加熱される。

また、切り替え先の波長可変レーザ素子の波長制御電極３２に接続された波長制御兼レーザ発振制御電源６６は、切り替え時点以前（選択素子切り替え動作以前）には、定電圧源７０に逆バイアスを発生させると共にスイッチ７４を閉じて、波長切り替え先の波長可変レーザ素子の波長制御電極３２に逆バイアス電圧を印加する。一方、切り替え時点以後（選択素子切り替え動作以後）は、定電圧源７０に接続されたスイッチ７４を開いて逆バイアス電圧の供給を停止し、一方、定電流源６８を動作させると共にスイッチ７２を閉じて、波長切り替え先の波長可変レーザ素子の波長制御電極３２に波長制御電流を注入する。

このように、切り替え時点以前（選択素子切り替え動作以前）に、波長切り替え先の波長可変レーザ素子の波長制御電極３２に逆バイアス電圧を印加すると、利得電極３０に供給される電流の一部が、波長制御電極３２を介して波長制御兼レーザ発振制御電源６６流れ込む。これは、利得電極３０と波長制御電極３２が、導電性の上部クラッド層２８で電気的によって接続されているためである。

この結果、利得導波路層２４すなわち活性層に注入される電流は、減少し波長可変レーザ素子の閾値以下になる。このため、予備加熱のため、切り替え先の波長可変レーザ素子に、切り替え時点以前（選択素子切り替え動作以前）に、切り替え時点後と同量の電流の供給を開始しても、切り替え先の波長可変レーザ素子はレーザ発振しないようになる。

また、波長制御電極３２に逆バイアス電圧が印加されると、利得導波層２４に注入される電流密度が均一でなくなるため、切り替え先の波長可変レーザ素子の閾値が増加し、更に、レーザ発振が起こりにくくなる。

これは、波長制御電極３２に逆バイアス電圧が印加されると、波長制御電極３２に近い領域ほど利得電極３０から、利得導波路４８に供給された電流がより多く波長制御電極３２に流出すためのである。この結果、利得導波路層２４に注入される電流の密度は、波長制御層２６に接した領域ほど低くなる。このため、利得導波路層のうち波長制御層２６に接近した領域が、利得導波路層２４の中央部で増幅された光を吸収するようになる。その結果、切り替え時点前における波長制御電極３２への逆バイアス電圧の印加が、切り替え先の波長可変レーザ素子の閾値を増加させ、更に、レーザ発振を起こりにくくする。

すなわち、本実施の形態に係る波長可変レーザ光発生装置６３では、予備加熱の間、切り替え先の波長可変レーザ素子はレーザ発振しない。

以上の説明から明らかなように、本実施の形態によれば、波長可変レーザ素子（ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子）一つ当たりの電極数を増やすことなく（図９参照）、予備加熱中の波長可変レーザ素子のレーザ発振を防止することができる。従って、本実施の形態によれば、切り替え先の波長可変レーザ素子（ＴＤＡ−ＤＦＢ素子）の予備加熱が可能で、しかも、システム構成が簡単で且つ制御が簡単な波長可変レーザ光発生装置を実現することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態は、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の波長制御電極３２に接続された波長制御兼レーザ発振制御電源６６が、逆バイアス電圧を出力するか注入電流を供給するかを制御する制御ユニット７６を備えた波長可変レーザ光発生装置に係るものである。

本実施の形態に係る波長可変レーザ光発生装置は、波長制御兼レーザ発振制御電源の構成を除き、実施の形態１の波長可変レーザ光発生装置と同じである。

図１２は、本実施の形態に係る波長可変レーザ素子を構成する一のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子と、その駆動電源の一構成例を説明する模式図である。

本実施の形態に係る波長制御兼レーザ発振制御電源６６は、実施の形態１の波長制御兼レーザ発振制御電源と同様、波長制御電極３２に波長制御電流を供給するための定電流源６８と、波長制御電極３２に逆バイアス電圧を印加するための定電圧源７０と、夫々の電源６８，７０の出力側に接続されたスイッチ７２，７４を備えている。そして、定電流源６８とスイッチ７２からなる回路と、定電圧源７０とスイッチ７４からなる回路が並列に接続されて、波長制御兼レーザ発振制御電源６６が構成されている。

波長制御兼レーザ発振制御電源６６は、更に、定電流源６８と定圧電源７０の動作を制御すると共に、スイッチ７２，７４の動作を制御する制御ユニット７６を備えている。

この制御ユニット７６の働きにより、切り替え先の波長可変レーザ素子の利得電極３０に接続された波長制御兼レーザ発振制御電源６６は、切り替え動作以前には、波長制御電極３２に逆バイアス電圧を印加し、切り替え動作以後は波長制御電極３２に波長制御電流を供給する。

すなわち、本実施の形態に係る波長可変レーザ光発生装置は、集積波長可変レーザ装置６４が出射する出射光を発生させているＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子を、一のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子からなる第１の波長可変レーザ素子（切り替え元の波長可変レーザ素子）から、他のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子からなる第２の波長可変レーザ素子（替え先の波長可変レーザ素子）に切り替える選択素子切り替え動作が行われる時点（切り替え時点）以前から、切り替え先の可変レーザ素子に接続された第１の電源（励起電源３６）は、切り替え先の波長可変レーザ素子の利得電極３０に電流（励起電流）を供給し、切り替え先の波長可変レーザ素子に接続された波長制御兼レーザ発振制御電源６６は、切り替え時点以前（選択素子切り替え動作以前）には、波長切り替え先の波長可変レーザ素子の波長制御電極３２に逆バイアス電圧を印加し、切り替え時点以後（選択素子切り替え動作以後）は、波長切り替え先の波長可変レーザ素子の波長制御電極３２に波長制御電流を供給するように構成されている。

従って、本実施の形態によれば、例えば、波長可変レーザ光発生装置６３自身の働きによって、波長可変レーザ光発生装置が、波長制御電極３０に供給される電圧及び電流を制御して、予備加熱中に波長切り替え先の波長可変レーザ素子がレーザ発振しないようにするので、波長可変レーザ光発生装置の制御が実施の形態１の波長可変レーザ光発生装置より容易になる。

（実施の形態３）
本実施の形態は、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子がアレイ状に配置されてなる集積波長可変レーザ装置を備えた波長可変レーザ光発生装置において、上記ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の波長制御電極に、波長制御電流の供給だけでなく逆バイアス電圧の印加も可能な電圧源が接続された波長可変レーザ光発生装置に係わるものである。

本実施の形態に係る波長可変レーザ光発生装置は、波長制御兼レーザ発振制御電源６６の構成を除き、実施の形態１の波長可変レーザ光発生装置と同じである。

すなわち、本実施の形態に係る波長可変レーザ光発生装置の構成は、図１１に図示した波長可変レーザ光発生装置と略同じである。但し、本実施の形態に係わる波長可変レーザ光発生装置は、波長制御兼レーザ発振制御電源６６が、正負両極性の定電圧を供給可能な電圧源によって構成されている点で、実施の形態１の波長可変レーザ光発生装置とは相違する。

本実施の形態の波長可変レーザ光発生装置では、上記実施の形態１と同様に、波長制御兼レーザ発振制御電源６６が、選択素子切り替え以前は、負の定電圧からなる逆バイアスを波長切り替え先の波長可変レーザ素子の波長制御電極３２に印加する。一方、選択素子切り替え以後は、波長制御兼レーザ発振制御電源６６が、正の定電圧を波長切り替え先の波長可変レーザ素子の波長制御電極３２に印加する。

ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子を含む半導体レーザ装置の電流―電圧特性は、安定しており、一定の関係を長期間に亘って維持し続ける。従って、波長制御電極に印加する電圧を一定にすれば、一定値の波長制御電流を供給することができます。従って、波長制御電極に印加する正の定電圧を適切に設定すれば、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、選択素子切り替え以前（予備加熱の間）は、切り替え先の波長可変レーザ素子のレーザ発振を阻止すると共に、選択素子切り替え以後は、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢ素子の波長変動を防止することができる。

そして、本実施の形態では、一の電圧源によって、波長制御兼レーザ発振制御電源６６を構成するので、波長制御兼レーザ発振制御電源６６の構成が簡素になる。

本実施例は、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子がアレイ状に配置されてなる集積波長可変レーザ装置とその駆動電源からなる波長可変レーザ光発生装置であって、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の波長制御電極に接続された駆動電源が、波長制御電極に逆バイアス電圧を印加した後、波長制御電極に波長制御電流を供給する波長可変レーザ光発生装置に係わるものである。

（１）構 成
まず、本実施例に係る波長可変レーザ光発生装置の全体構成について説明する。

本実施例に係る波長可変レーザ光発生装置の構成は、基本的には実施の形態２の波長可変レーザ光発生装置と同じである。従って、実施の形態１と共通する部分については、簡単に説明する。

図９は、本実施の形態に係る波長可変レーザ光発生装置６３のシステム構成を説明する図である。本実施の形態に係る波長可変レーザ光発生装置６３は、集積波長可変レーザ装置６４と、利得電極３０に励起電流を供給する励起電源３４と、波長制御電極２に波長制御電流を供給する波長制御電源３６と、半導体光増幅器１４に励起電流を供給する半導体光増幅器用励起電源３５によって構成されている。

また、図１０は、波長可変レーザ光発生装置６３を構成する集積波長可変レーザ装置６４の斜視図である。集積波長可変レーザ装置６４は、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６が、その光出力を制御するための新たな電極を有しない点及を除けば、図８に示した従来の波長可変レーザ光発生装置２と略同じである。

図１２は、集積波長可変レーザ装置６４を構成する一つのＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の構成を説明する図である。図１２には、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の駆動電源も図示されている。

本実施例に係わる集積波長可変レーザ装置６４を構成するＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６は、励起電流の注入によって利得を発生しうる利得導波層２４をコア層とする利得導波路部４８と、利得導波路４８よりバンドギャップ波長が短く、波長制御電流の注入によって屈折率を変化しうる波長制御層２６をコア層とする波長制御導波路５０とからなり、複数の上記利得導波路４８と複数の上記波長制御導波路５０が、交互に光学的に接続されてなる光導波層３８をコア層とする光導波路を備えている。

また、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６は、上記光導波路に沿って設けられ、上記光導波路と光学的に結合した回折格子２０を備えている。

また、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６は、利得導波路層３０からなる利得導波路全てに一括して、励起電流を注入するための利得電極３０と、波長制御層２６からなる波長制御導波路５０全てに一括して、波長制御電流を注入するための波長制御電極３２を備えている。

ここで、利得電極３０と波長制御電極３２は、光導波路層３８の上に形成された上部クラッド層２８からなる抵抗体を介して電気的に接続されている。

そして、図１０のように、集積波長可変レーザ装置６４は回折格子４０の周期が夫々異なる複数のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６（ＬＤ１〜ＬＤ８）を備えている。

更に、集積波長可変レーザ装置６４は、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６（ＬＤ１〜ＬＤ８）毎に設けられ、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６（ＬＤ１〜ＬＤ８）からの出力光が伝播する複数の光導波路８と、光導波路８を伝播した上記出力光を、一の出力光導波路１２に結合して出射する光結合器１０を備えている。

ここで、波長可変レーザ光発生装置６３は、利得電極３０に接続された、定電流源からなり第１の電流（励起電流）を供給するための第１の電源（励起電源３４）を備えている。また、波長可変レーザ光発生装置６３は、波長制御電極３２に接続された、波長制御電極３２に逆バイアス電圧を印加した後、上記第２の電流（波長制御電流）を供給する第２の電源（波長制御兼レーザ発振制御電源６６）を備えている。そして、励起電源３４及び波長制御兼レーザ発振制御電源６６は、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６毎に設けられている。

ここで、波長制御兼レーザ発振制御電源６６の構成は、上記実施の形態２で説明した電源と同じである。従って、詳細な説明は省略するが、波長制御兼レーザ発振制御電源６６は、制御ユニット７６によって、波長制御電極３２に逆バイアス電圧を印加した後、切り替え動作時点５２を境に、波長制御電極３２に波長制御電流を供給するように制御される。

次に、本実施例に係る集積波長可変レーザ装置６４の構成について、詳しく説明する。

波長可変レーザ光発生装置６３を構成する集積波長可変レーザ装置６４について説明する（図９参照）。

図１０に示すように、集積波長可変レーザ装置６４には、８本のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６（ＬＤ１〜ＬＤ８）がアレイ状に配置されている。

ＬＤ１は可変波長範囲が最も短波長で１５２５〜１５３０ｎｍであり、ＬＤ２の可変波長範囲は１５３０〜１５３５ｎｍである。同様に、ＬＤ３以降の可変波長範囲は、その上限及び下限が順次５ｎｍずつ増えて行く。従って、ＬＤ８の可変波長範囲は、１５６０〜１５６５ ｎｍである。故に、本実施例の集積波長可変レーザ装置６４の可変波長範囲は、１５２５〜１５６５ｎｍである。すなわち、Ｃバンド（１５２５〜１５６５ｎｍ）全体をカバーしている。

Ｃバンド内の所望の波長λで集積波長可変レーザ装置６４を動作させるためには、ＬＤ１〜ＬＤ８の内から所望の波長λを可変波長範囲に有するＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６を選択し、選択したＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６のみをレーザ発振させる。選択したＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６を、所望の波長λで発振させるためには、波長制御導波路５０への電流の注入量を制御して、発振波長を所望の波長λに一致させる。

ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の発振波長は、波長制御導波路５０に電流を注入していない状態で最も長波側になり、波長制御導波路５０へ電流注入量を増やすにしたがって短波側にシフトする。従って、可変波長範囲の上限と所望の波長λの差と波長制御導波路５０への電流注入量の関係を予め測定しておき、その結果に基づいて、波長制御導波路５０への電流注入量を制御する。このようにして、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の出力を、所望の波長λに一致させる。

所望の波長λで発振しているＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１６の出力光は、光導波路８によってＭＭＩからなる１×８光結合器１０に導かれ、光結合器１０の出力導波路１２を経て光増幅器１４に達する（図１０参照）。光増幅器１４は、光結合器１０によって減衰したＴＤＡ−ＤＦＢ１６レーザの出力光を増幅して、集積波長可変レーザ装置６４の外部に出射する。

次に、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の構成について説明する。

図１２に示すように、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６は、ｎ型のＩｎＰ基板１８と、回折格子４０の形成されたｎ型のＩｎＧａＡｓＰからなる回折格子層２０と、ｎ型のＩｎＰからなるバッファ層２２と、光導波層（コア層）３８と、厚さ２μｍで不純物濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３のｐ型ＩｎＰからなる上部クラッド層２８と、コンタクト層４２と、利得電極３０と、波長制御電極３２と、利得電極３０と波長制御電極３２の間に形成されたＳｉＯ_２膜４４とによって構成されている。ここで、ｎ型のＩｎＰ基板１８の裏面には、ｎ側電極４６が形成されている。また、ＩｎＰ基板１８と、回折格子層２０と、バッファ層２２は、下部クラッド層を構成する。

ここで、利得導波路層（活性層）２４をコア層とする複数の利得導波路４８と、波長制御層２６をコア層とする複数の波長制御導波路５０が連結され、利得導波路層（活性層）２４と波長制御導波路５０が交互に光学的に接続された光導波層３８をコア層とする光導波路が構成されている。

利得導波路層（活性層）２４は、利得のピークが１．５５μｍの近傍になるように構成されたＩｎＧａＡｓＰからなる厚さ２００ｎｍの多重量子井戸と、この多重量子井戸を上下から挟むバンドギャップ波長が１．１５μｍで厚さ５０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰからなる上下２層の光閉じ込め層（ＳＣＨ層：Ｓｅｐａｒａｔｅ−Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｔｕｒｅ）によって構成されている。

一方、波長制御導波路層２６は、バンドギャップ波長が１．４３μｍで厚さ２５０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰバルク層によって構成されている。

一つの利得導波路層（活性層）２４と一つの波長制御導波路層２６の長さは共に３０μｍであり、利得導波路層２４（又は、波長制御導波路層２６）が繰り返される周期は６０μｍである。また、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の全長は、６９０μｍである。

利得電極３０と波長制御電極３２は、図３に示した平面図のように、夫々櫛の歯状に形成されている。櫛の歯状の利得電極３０を構成する夫々の歯は、利得導波路４８上に形成されたコンタクト層４２夫々に、電気的に接続されている。一方、櫛の歯状の波長制御電極３２を構成する夫々の歯は、波長制御導波路５０上に形成されたコンタクト層４２に電気的に接続されている。

コンタクト層４２は、図１２に示すように、利得導波層２４及び波長制御層２６の直上のみに形成されている。一方、利得電極３０と波長制御電極３２は、ｐ型ＩｎＰからなる上部クラッド層２８によって電気的に接続されている。すなわち、利得電極３０と波長制御電極３２は、上部クラッド層２８のうち両電極の間に介在する部分からなる抵抗体によって電気的に接続されている。本実施例では、この抵抗体の抵抗値は１００Ωである。

この抵抗値としては、２０Ω以上５００Ω以下が好ましい。２０Ω以下では、利得電極３０及び波長制御電極３２の間の抵抗が小さ過ぎるため、双方の電極に所望の電流（又は、電圧）を独立に供給することが困難になる。５００Ω以上では、利得電極３０及び波長制御電極３２の間の抵抗が大き過ぎるため、予備加熱時に、利得電極３０から波長制御電極３２に流れ出る電流が少なくなり過ぎ、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子のレーザ発振を止めることができない。

そして、このように構成されたＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の利得電極３０には、利得導波層２４に電流を注入して利得を発生させる励起電源３４が接続されている。また波長制御電極３２には、波長制御層２６に電流を注入して、波長制御層２６の屈折率を変化させる波長制御電源６６が接続されている。波長制御電源６６の詳細は、実施の形態２で説明した通りである。

（２）動 作
本実施例に係る波長可変レーザ光発生装置６３の動作は、波長可変レーザ光発生装置６３が出射するレーザ光を発生する波長可変レーザ素子１６を、一のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６から他のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６に切り替える動作（すなわち、「選択素子切り替え動作」）を除き、上記「発明が解決しようとする課題」で説明した波長可変レーザ光発生装置１（図８参照）と略同じである。

従って、ここでは、選択素子切り替え動作について説明し、他の動作については説明を省略する。

図１３は、切り替え先と切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６が十分に離れている場合（例えば、選択素子を、ＬＤ１からＬＤ８に切り替える場合）に、切り替え元又は切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の利得電極３０に注入される電流（励起電流）の時間変化を説明する図である。

実線は、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の励起電流の時間変化を表している。一方、破線は、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の励起電流の時間変化を表している。また、記号Ｉ_ＬＤｏｎは、波長制御電極に逆バイアスが印加されていない状態で、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子がレーザ発振する電流値（すなわち、閾値以上の電流値）を表している。一方、記号Ｉ_ＬＤｏｆｆは、同じく波長制御電極に逆バイアスが印加されていない状態において、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の発振が停止する電流値（すなわち、閾値以下の電流値）を表している。

図１３に示すように、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の励起電流（実線）が、切り替え時点５２を境にＩ_ＬＤｏｎからＩ_ＬＤｏｆｆに切り替わると、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６はレーザ発振を停止する。

一方、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の励起電流（破線）は、予備加熱開始時点７８でＩ_ＬＤｏｆｆからＩ_ＬＤｏｎに切り替わり、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の予備加熱が開始される。

図１４は、Ｉ_ＬＤｏｎ＝１００ｍＡ、Ｉ_ＬＤｏｆｆ＝０ｍＡの場合について、熱拡散方程式を数値計算して得られたシミュレーションの結果である。縦軸は温度であり、横軸は時間である。

切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子（ＬＤ１）と切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子（ＬＤ８）の間隔は、４２０μｍとした。境界条件として、半導体基板４の温度を３５．５℃とした。

本実施例では、予備加熱開始時点７８から切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子への励起電流の供給を開始するので、図１４に示すように、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の温度が定常状態に近づく安定時間（素子温度が定常状態の９５％に達するまでの時間）が、図５に示した従来例（約３０ｍ秒）の約半分（１５ｍ秒）に短縮される。

尚、図１４には、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の温度５４が、切り替え時点５２直前に上昇し始める様子が表されている。この温度上昇は、予備加熱によって上昇した切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６で発生した熱が、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６まで伝導してきたためである。

図１５は、このような場合に、切り替え元及び切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の波長制御電極３０に印加される電圧の時間変化を説明する図である。実線は、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の波長制御電極３２に印加される電圧の時間変化を表している。一方、破線は、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の波長制御電極３２に印加される電圧の時間変化を表している。

レーザ発振時には、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の波長制御電極３２に、定電流源６８から定電流（波長制御電流）が注入される。図１５に示した順方向の電圧Ｖ_ｔｕｎｅｏｎ（正電圧）は、波長制御電極３２に定電流を供給している時に、定電流源６８が発生している電圧（すなわち、波長制御電極３２に印加される電圧）である。

図１５に示すように、波長切り替え時点５２の前には、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の波長制御電極３０に、正電圧Ｖ_ｔｕｎｅｏｎが印加される（実線参照）。一方、替え時点５２の後は、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の波長制御電極３０に印加される電圧（実線）は０Ｖになる。

これに対して、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の波長制御電極３０に印加される電圧（破線）は、予備加熱開始時点７８以前は０Ｖであり、予備加熱が開始すると、負の電圧−Ｖｐになる。すなわち、この間、波長制御電極には、（波長制御導波路５０に形成されたＰＮ接合に対して）逆バイアス電圧が印加される。

更に、波長制御電極３０に印加される電圧（破線）は、波長切り替え時点５２で、正電圧Ｖ_ｔｕｎｅｏｎに変化する。

本実施例では、Ｉ_ＬＤｏｎ＝１００ｍＡであり、その時、利得制御電極３０には、＋１．５Ｖの電圧が印加される。一方、Ｉ_ＬＤｏｆｆは、０ｍＡである。また、波長制御電極３２に印加される電圧のうち−Ｖｐは−１．０Ｖであり、Ｖ_ｔｕｎｅｏｎは約１．５Ｖである。

従って、予備加熱開始時点７８から切り替え時点５２に至る期間（図１３及び図１５参照）、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の利得電極３０と波長制御電極３２の間には、２．５Ｖ（＝１．５Ｖ−（−１．０））の電位差が生じる。一方、両電極間は、上述したように上部クラッド層２８からなる１００Ωの抵抗によって電気的に接続されている。

従って、利得電極３０から波長制御電極３２には、２５ｍＡ（＝２．５Ｖ／１００Ω）の電流が流れ込む。このため、励起電源３４によって利得電極３０に供給される電流Ｉ_ＬＤｏｎ（＝１００ｍＡ）のうち、利得導波路層２４に実際に注入される電流は、７５ｍＡ（＝１００ｍＡ−２５ｍＡ）である。

また、利得導波路層２４に注入される電流は、波長制御層２６に接近した領域でより多く減少する。このため、波長制御層２６近傍の利得導波路層２４は、利得導波路層２４の中央部で増幅された光に対して吸収体として作用する。このため、予備加熱開始時点７８から切り替え時点５２に至る期間、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の閾値は上昇する。

これらの効果が相乗して、予備加熱開始時点７８から切り替え時点５２に至る期間、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６では、励起電流源３４によって利得電極３０に供給される電流が閾値以下になりレーザ発振が阻止される。

一方、切り替え時点５２以降は、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の波長制御電極３２に印加される電圧（図１５の破線）は正電圧Ｖ_ｔｕｎｅ（〜１．５Ｖ）になるので、利得導波路層２４にはＩ_ＬＤｏｎ（＝１００ｍＡ）が略そのまま注入される。このため、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の利得導波路層２４に注入さえる電流が閾値を超えるので、切り替え時点５２を境に、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６はレーザ発振を開始する。

以上の説明から明らかなように、本実施例によれば、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６に新たに電極を追加することなく予備加熱を行うことができる。従って、波長可変レーザ光発生装置のシステム構成が簡単になり、且つ波長可変レーザ光発生装置の制御が容易になる。

実施例１では、切り替え元と切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６が十分離れている場合について、波長可変レーザ光発生装置の選択素子切り替え動作を説明した。

本実施例は、切り替え元と替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６が接近している場合についての選択素子切り替え動作に係わるものである。
（１）構 成
本実施例に係わる波長可変レーザ光発生装置の構成は、実施例１に係わる波長可変レーザ光発生装置と略同じである。従って、その説明は省略する。
（２）動 作
図１６は、切り替え先と切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６が近づいている場合（例えば、選択素子が、図１０のＬＤ１からＬＤ５に切り替える場合）において、切り替え元及び切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６夫々の利得電極３０に供給される電流の時間変化を説明する図である。

実線は、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の励起電流（利得電極３０に供給される電流）の時間変化を表している。一方、破線は、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の励起電流の時間変化を表している。

ここで、記号Ｉ_ＬＤｏｎは、波長制御電極に逆バイアス電圧が印加されていない状態で、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子がレーザ発振する電流値（すなわち、閾値以上の電流値）を表している。一方、記号Ｉ_ＬＤｏｆｆは、同じく波長制御電極に逆バイアスを印加されていない状態において、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の発振が停止する電流値（すなわち、閾値以下の電流値）を表している。

図１６に示すように、切り替え時点５２を境に、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の励起電流（実線）は、Ｉ_ＬＤｏｎからＩ_ＬＤｏｆｆに切り替わり、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６はレーザ発振を停止する。

一方、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の駆動電流は、切り替え時点５２に先立つ予備加熱開始時点７８で、Ｉ_Ｌｏｆｆから、Ｉ_ＬＤｏｆｆとＩ_ＬＤｏｎの間の値Ｉｍに上昇し、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の予備加熱が開始する。切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の励起電流（破線）は、切り替え時点５２で、再度上昇しＩ_ＬＤｏｎになる。

本実施例では、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６（例えば、ＬＤ１）と、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６（例えば、ＬＤ５）が接近している。従って、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６（例えば、ＬＤ５）は、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６（例えば、ＬＤ１）が発生する熱によって、予備加熱が開始する前に、既に温度がある程度上昇している。従って、予備加熱に必要な電流は、レーザ発振している時の電流Ｉ_ＬＤｏｎより小さな電流Ｉｍになる。この電流Ｉｍが高すぎると、素子温度が上昇し過ぎ、かえって安定時間が長くなってしまう。

図１７は、切り替え元と切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の距離が２４０μｍの場合に、Ｉ_ＬＤｏｎ＝１００ｍＡ、Ｉ_ＬＤｏｆｆ＝０ｍＡ、Ｉｍ＝７０ｍＡとして、熱拡散方程式を数値計算して得られたシミュレーションの結果である。境界条件として、半導体基板４の温度を３５．５℃とした。縦軸は温度であり、横軸は時間である。

切り替え元と切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子が十分離れている場合、予備加熱開始時点７８の前における切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度は、図１４に示した例（実施例１）では、基板温度（３５．５℃）に近い３５．７℃である。一方、本実施例では、図１７に示すように、予備加熱開始時点７８の前に切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度は、既に、基板温度（３５．５℃）より高い３６．１℃に達している。

従って、予備加熱電流ＩｍがＩ_ＬＤｏｎより小さくても、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度は、図１７に示すように、切り替え時点５２において、切り替え元と切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子が十分離れている場合（実施例１の図１４参照）と略同じ温度（約３６．８℃）に上昇している。このため、安定時間も、上記場合と略同じ１５ｍ秒になる。

図１８は、切り替え元及び切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の波長制御電極３０に印加される電圧の時間変化を説明する図である。実線は、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の波長制御電極３２に印加される電圧の時間変化を表している。一方、破線は、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の波長制御電極３２に印加される電圧の時間変化を表している。

図１８は、実施例１における波長制御電極３０に印加される電圧の時間変化を表す図１５と同じである。すなわち、切り替え元及び切り替え先双方のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６における波長制御電極３０に印加される電圧の時間変化は、基本的には実施例１と同じである。従って、説明は省略する。

以上の説明では、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６の温度上昇は励起電流（利得導波路層２４に供給される電流）によって決まるものとして、選択素子切り替え動作における予備加熱動作を取り扱った。しかし、供給量は少ないが、波長制御導波路５０にも電流（波長制御電流）が供給されるので、正確を期すためには、この電流も考慮しなければならない。

また、温度上昇は単位時間当りの発熱量に依存するので、正確には、電流値ではなく、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６に供給された総ての電力を考慮しなければならない。

図１９は、このような観点から、波長切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子１６に入力する総電力を一定にして、波長切り替え先と波長切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の間隔を変えた場合の、波長切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度上昇を測定した結果である。

横軸は、波長切り替え先と波長切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の間隔（以下、レーザ間隔と呼ぶ）である。縦軸は、波長切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子に上記電力を供給していない場合に対する上記電力を供給している場合の、波長切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度変化（以下、温度上昇と呼ぶ）である。

図１９に示した例では、レーザ間隔が４２０μｍと十分に離れている場合には、温度上昇は０．４℃と僅かである。しかし、レーザ間隔が６０μｍに接近すると温度上昇は４．１℃に達する。図１９から明らかように、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度上昇は、レーザ間隔が０μｍに近づくほど急激に上昇する。図１９に示した曲線を、レーザ間隔が０μｍとなる点に外挿した温度５．２℃は、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子自体の温度上昇に一致する。

図２０は、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子に予備加熱用の電力を供給して、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度を、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子（すなわち、レーザ発振中のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子）と同じ温度に上昇さるために必要な予備加熱用の電力を示した図である。

横軸は、レーザ間隔である。縦軸は、予備加熱に必要な上記電力を、波長切り替え元に供給している電力で規格化した値である。

図２０に示すように、レーザ間隔が４２０μｍと離れている場合には、予備加熱に必要な規格化電力は０.９３と、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子に供給される電力と殆ど同じであるが、レーザ間隔が６０μｍに接近すると予備加熱に必要な規格化電力は０．２２に減少する。

図２０は、切り替え元と切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の距離が近いほど、予備加熱用の電力は少なくてよいことを示している。

すなわち、本実施例では、選択素子切り替え動作以前（切り替え時点５２以前）に、波長切り替え先の波長可変レーザ素子に接続された励起電源３４及び波長制御兼レーザ発振制御電源６６が供給する零より大きい第１の総電力（双方の電源が供給する電力の和）が、選択素子切り替え動作後（切り替え時点５２の後）に波長切り替え先の波長可変レーザ素子に接続された励起電源３４及び波長制御兼レーザ発振制御電源６６が供給する第２の総電力より少なく、且つ、波長切り替え元の波長可変レーザ素子と波長切り替え先の波長可変レーザ素子の距離が近いほど、第１の総電力が小さくなるようにする。

一方、従来の波長可変レーザ光発生装置では、予備加熱用の電力は、レーザ間隔に拘わらず、選択素子切り替え動作後に切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子に供給する電力と略同じにしていた。

ところで、本実施例では、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子に予備加熱用として供給する電力を、レーザ間隔が狭くなるほど小さくなるようにする。一方、レーザ間隔を３０μｍ以下に狭めることは、素子製作上困難を伴う。従って、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子に、予備加熱用として供給する電力の下限は、図２０から明らかなように、切り替え時点５２の後、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子に供給する電力の０．１倍以上であることが好ましい。

本実施例によれば、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の発生する熱によって切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度が上昇しても、レーザ間隔に応じて予備加熱用の電力を調整するので、全てのＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の安定時間を同じように短くすることができる。

本実施例は、予備加熱開始時点７８より前に波長制御電極３２に逆バイアス電圧の印加を開始して、予備加熱期間中（特に、予備加熱開始直後）に、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子が確実にレーザ発振しないようにした波長可変レーザ光発生装置に係わるものである。

本実施例に使用する波長可変レーザ光発生装置の構成は、実施例１及び２の波長可変レーザ光発生装置と略同じであるので、その説明は省略する。

本実施例における波長可変レーザ光発生装置の動作は、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子に逆バイアス電圧の印加を開始する時点が、実施例１及び２と異なる。

図２１は、切り替え元（実線）と切り替え先（破線）のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の利得電極に供給される電流の時間変化を説明する図である。図２２は、切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度変化と、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度変化を説明する図である。図２３は、切り替え元（実線）と切り替え先（破線）のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の波長制御電極に印加される電圧の時間変化を説明する図である。

図２３に示すように、本実施例では、予備加熱開始時点７８の前の時点８０（逆バイアス電圧印加開始時点）に、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の波長制御電極３２への逆バイアス電圧の印加を開始する。このようにすれば、予備加熱用の励起電流を切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子に供給しても、確実に切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素のレーザ発振（特に、予備加熱開始直後のレーザ発振）を停止することができる。

本実施例では、予備加熱用の励起電流の供給が開始される時点で、既に波長制御電極３０に逆バイアス電圧が印加されている。従って、本実施例によれば、励起電流の供給開始と逆バイアス電圧印加のタイミングがずれて、励起電流の供給が僅かに先行したために、予備加熱期間であるにも拘わらずレーザ発振が始動しまうようなことは起こらない。

図２１に示す、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の利得電極に供給される電流の時間変化は、図１３に示す実施例１における電流の時間変化と同じである。また、図２２に示す、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度変化も、図１４に示す実施例１における電流の時間変化と同じである。従って、これらの図及びこれらの図に基づいて説明される波長可変レーザ光発生装置の動作に関する説明は省略する。

本実施例は、実施例１乃至３で説明した波長可変レーザ光発生装置を構成する集積波長可変レーザ装置６４の製造方法に係わるものである。

以後の説明では特に言及しないが、本実施例における、半導体結晶の成長には、有機金属成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いる。

以下、図１１を参照して、集積波長可変レーザ装置６４の製造方法を説明する。

まず、通常のＤＦＢレーザ素子を製造する場合と同様に、ｎ型のＩｎＰからなる基板１８の上に、ｎ型のＩｎＧａＡｓＰからなる半導体層を成長する。次に、この半導体層の上にレジストを塗布し、電子ビーム描画法によって、光導波路層３８の形成が予定されている領域に、僅かずつ周期の異なる回折格子パターンをアレイ状に形成する。その後、ドライエッチングを用いて、上記半導体層をエッチングして回折格子４０がアレイ状に配置された回折格子層２０を形成する。

次に、回折格子層２０の上に、ｎ型のＩｎＰからなるバッファ層２２、厚さ５０ｎｍのノンドープＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１.１５μｍ）からなる下部ＳＣＨ層、厚さ２００ｎｍで利得ピークが１．５５μｍとなるＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層（ＭＱＷ層）、厚さ５０ｎｍのノンドープＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１.１５μｍ）からなる上部ＳＣＨ層、ｐ型のＩｎＰからなる上部クラッド層２８、及びｐ型のＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層４２を成長する。

次に、以上のようして形成した半導体積層構造の上に、例えば、ＳｉＯ_２膜を形成する。次に、上記ＳｉＯ_２膜をエッチングして、波長制御層２６が形成されるべき領域が開口し、利得導波路層２４となる領域と半導体光増幅器１４の活性層となる領域を覆うエッチングマスクを形成する。

このエッチングマスクを用いて、波長制御層２６が形成される領域で、コンタクト層、上部クラッド層、上部ＳＣＨ層、ＭＱＷ層、及び下部ＳＣＨを、ウェットエッチングによって除去する。

次に、このようにＭＱＷ層等が除去された領域に、厚さ２５０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．４３μｍ）からなるバルク層と、ｐ型のＩｎＰからなる上部クラッド層２８、及びｐ型のＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層４２を成長する。

以上の工程により、光軸方向に周期的に利得導波層２４と波長制御導波層２６が交互に配置されなる光導波層３８が形成される。

同様にＳｉＯ_２からなるエッチングマスクを用いて、光導波路８、光結合器１０、及び出力導波路１２となる領域（図１０参照）に形成された上記ＭＱＷ層等を除去し、厚さ２５０ｎｍのノンドープＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．３μｍ）からなるコア層と、ノンドープＩｎＰからなる上部クラッド層を形成する。

次に、以上のようして形成した半導体積層構造の上に、例えば、ＳｉＯ_２膜を再度形成する。その後、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子が形成される領域、光導波路８が形成される領域、光結合器１０が形成される領域、出力導波路１２が形成される領域、及び半導体光増幅器１４が形成される領域を残して、このＳｉＯ_２膜を除去してエッチングマスクを形成する。

次に、このエッチングマスクを用いて、上記半導体積層構造を半導体基板４まで、ドライエッチングによって除去して、メサ構造を形成する。

次に、このメサ形状を、Ｆｅをドーピングした高抵抗ＩｎＰ層で埋め込む。

次に、利得電極３０、波長制御電極３２、及び半導体光増幅器１４用のｐ型電極が形成される領域を除き、上述したコンタクト層を除去する。

次に、このように形成された半導体積層構造の上に再度ＳｉＯ_２膜を形成し、その後、残されたコンタクト層の上のＳｉＯ_２膜を除去する。

その後、ｎ型電極４６、利得電極３０、波長制御電極３２、及び半導体光増幅器１４用のｐ側電極を形成する。

最後に、へき開によって集積波長可変レーザ装置２となるチップを切り出し、両端面に無反射コーティングを施して、集積波長可変レーザ装置６４を完成する（図１０参照）。

以上の実施例では、複数のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子がアレイ状に配置された集積波長可変レーザ装置６４を光源とする波長可変レーザ光発生装置６３について説明した。しかし、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子は、必ずしもアレイ状に配置されている必要はなく、また複数である必要もない。

例えば、光源が集積波長可変レーザ装置に代えてＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子単体であっても、波長制御電極３２に供給する信号を逆バイアス電圧から波長制御電流に切り替えることによってＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子をＯＮ/ＯＦＦ動作させる場合、その安定時間が短くなる。

アレイ集積型の波長可変レーザ装置の斜視図である（従来技術）。 駆動電源が接続された状態のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の断面を説明する図である（従来技術）。 ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の平面図である（従来技術）。 切り替え元及び切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子に供給される励起電流の時間変化を説明する図である（関連技術）。 切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度変化と、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度変化を説明する図である（関連技術）。 光シャッターを備えたＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子がアレイ状に配置されてなる集積波長可変レーザ装置の、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子近傍を拡大した平面図である。 利得電極が分割されたＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子がアレイ状に配置されてなる集積波長可変レーザ装置の、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子近傍を拡大した平面図である。 波長可変レーザ光発生装置のシステム構成を説明する図である（関連技術）。 波長可変レーザ光発生装置のシステム構成を説明する図である（実施の形態１等）。 実施例１等に係わる集積波長可変レーザ装置の斜視図である。 波長可変レーザ素子を構成する一のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子と、その駆動電源の構成を説明する模式図である（実施の形態１）。 波長可変レーザ素子を構成する一のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子と、その駆動電源の構成を説明する模式図である（実施の形態２）。 切り替え元（実線）と切り替え先（破線）のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の利得電極に供給される電流の時間変化を説明する図である（実施例１）。 切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度変化と、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度変化を説明する図である（実施例１）。 切り替え元（実線）と切り替え先（破線）のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の波長制御電極に印加される電圧の時間変化を説明する図である（実施例１）。 切り替え元（実線）と切り替え先（破線）のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の利得電極に供給される電流の時間変化を説明する図である（実施例２）。 切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度変化と、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度変化を説明する図である（実施例２）。 切り替え元（実線）と切り替え先（破線）のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の波長制御電極に印加される電圧の時間変化を説明する図である（実施例２）。 レーザ間隔と、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度上昇の関係を説明する図である。 レーザ間隔と予備加熱に必要な電力の関係を説明する図である。 切り替え元（実線）と切り替え先（破線）のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の利得電極に供給される電流の時間変化を説明する図である（実施例３）。 切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度変化と、切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度変化を説明する図である（実施例３）。 切り替え元（実線）と切り替え先（破線）のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の波長制御電極に印加される電圧の時間変化を説明する図である（実施例３）。

符号の説明

１・・・波長可変レーザ光発生装置（関連技術）
２・・・集積波長可変レーザ装置
４・・・半導体基板 ６・・・波長可変レーザ素子 ８・・・光導波路
１０・・・光結合器 １２・・・出力光導波路 １４・・・半導体光増幅器
１６・・・ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子 １８・・・ｎ型のＩｎＰ基板
２０・・・回折格子層 ２２・・・バッファ層 ２４・・・利得導波路層
２６・・・波長制御層 ２８・・・上部クラッド層 ３０・・・利得電極
３２・・・波長制御電極 ３４・・・励起電源
３５・・・半導体光増幅器用励起電源
３６・・・波長制御電源 ３７・・・光出力制御電源 ３８・・・光導波路層
４０・・・回折格子 ４２・・・・コンタクト層
４４・・・ＳｉＯ_２膜 ４６・・・ｎ側電極
４８・・・利得導波路 ５０・・・波長制御導波路
５２・・・切り替え時点
５４・・・切り替え元のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度変化
５６・・・切り替え先のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ素子の温度変化
５８・・・光シャッター ６０・・・第２の利得電極（残りの利得電極）
６２・・・第１の利得電極（出射端側の利得電極）
６３・・・波長可変レーザ光発生装置（実施の形態１）
６４・・・集積波長可変レーザ装置（実施の形態１）
６６・・・波長制御兼レーザ発振制御電源
６８・・・定電流源 ７０・・・定電圧源
７２，７４・・・スイッチ ７６・・・制御ユニット
７８・・・予備加熱開始時点 ８０・・・逆バイアス電圧印加開始時点

Claims (6)

1. 第１の電流の注入によって利得を発生しうる利得導波層をコア層とする利得導波路と、
   前記利得導波路層よりバンドギャップ波長が短く、第２の電流の注入によって屈折率を変化しうる波長制御層をコア層とする波長制御導波路とからなり、
   複数の前記利得導波層と複数の前記波長制御導波層が、交互に光学的に接続されてなる光導波層を、コア層とする第１の光導波路と、
   前記光導波層に沿って設けられ、前記光導波層と光学的に結合した回折格子と、
   前記利得導波層全てに一括して、第１の電流を注入するための第１の電極と、
   前記波長制御導波層全てに一括して、第２の電流を注入するための第２の電極を有し、
   前記第１の電極と前記第２の電極が、前記光導波層の上に形成されたクラッド層からなる抵抗体を介して電気的に接続され、
   前記回折格子の周期が夫々異なる複数の半導体レーザ素子を備え、
   更に、前記複数の半導体レーザ素子毎に設けられ、前記半導体レーザ素子からの出力光が伝播する複数の第２の光導波路と、
   前記第２の光導波路を伝播した前記出力光を、一の出力光導波路に結合して出射する光結合器を備えた集積波長可変レーザ装置と、
   前記第１の電極に接続された、前記第１の電流を供給するための第１の電源と、
   前記第２の電極に接続された、前記第２の電極に逆バイアス電圧を印加した後、前記第２の電極に前記第２の電流を供給する第２の電源とを、
   前記半導体レーザ素子毎に具備したことを
   特徴とする波長可変レーザ光発生装置。
2. 請求項１に記載の波長可変レーザ光発生装置において、
   前記集積波長可変レーザ装置が出射する出射光を発生させている前記半導体レーザ素子を、一の前記半導体レーザ素子からなる第１の波長可変レーザ素子から、他の前記半導体レーザ素子からなる第２の波長可変レーザ素子に切り替える選択素子切り替え動作が行われる時点以前から、
   前記第２の波長可変レーザ素子に接続された前記第１の電源は、前記第２の波長可変レーザ素子の前記第１の電極に、前記第１の電流を供給し、
   前記第２の波長可変レーザ素子に接続された第２の電源は、前記選択素子切り替え動作以前には、前記第２の波長可変レーザ素子の前記第２の電極に逆バイアス電圧を印加し、前記選択素子切り替え動作以後は、前記第２の波長可変レーザ素子の前記第２の電極に前記第２の電流を供給することを
   特徴とする波長可変レーザ光発生装置。
3. 請求項１又は２に記載の波長可変レーザ光発生装置において、
   前記第２の波長可変レーザ装置に接続された前記第１の電源は、
   前記選択素子切り替え動作以前は、前記第１の波長可変レーザ装置と前記第２の波長可変レーザ装置の距離が近いほど、より少ない電流を前記第２の波長可変レーザ装置の前記利得電極に供給することを
   特徴とする波長可変レーザ光発生装置。
4. 請求項２又は３に記載の波長可変レーザ光発生装置において、
   前記選択素子切り替え動作以前に前記第２の波長可変レーザ素子に接続された前記第１及び第２の電源が供給する零より大きい第１の総電力が、前記選択素子切り替え動作後に前記第２の波長可変レーザ素子に接続された前記第１及び第２の電源が供給する第２の総電力より少なく、
   且つ、
   前記第１の波長可変レーザ素子と前記第２の波長可変レーザ素子の距離が近いほど、前記第１の総電力が小さいことを
   特徴とする波長可変レーザ光発生装置。
5. 請求項２乃至４のいずれか１項に記載の波長可変レーザ光発生装置において、
   前記第２の波長可変レーザ素子の前記第１の電極に接続された前記第１の電源が、前記選択素子切り替え動作以前に前記第１の電極への前記第１の電流の供給を開始する前から、
   前記第２の波長可変レーザ素子の前記第２の電極に接続された第２の電源は、前記第２の電極への逆バイアスの印加を開始することを
   特徴とする波長可変レーザ光発生装置。
6. 第１の電流の注入によって利得を発生しうる利得導波層をコア層とする利得導波路と、
   前記利得導波路層よりバンドギャップ波長が短く、第２の電流の注入によって屈折率を変化しうる波長制御層をコア層とする波長制御導波路とからなり、
   複数の前記利得導波層と複数の前記波長制御導波層が、交互に光学的に接続されてなる光導波層を、コア層とする第１の光導波路と、
   前記光導波層に沿って設けられ、前記光導波層と光学的に結合した回折格子と、
   前記利得導波層全てに一括して、第１の電流を注入するための第１の電極と、
   前記波長制御導波層全てに一括して、第２の電流を注入するための第２の電極を有し、
   前記第１の電極と前記第２の電極が、前記光導波層及び前記波長制御層の上に形成されたクラッド層からなる抵抗体を介して電気的に接続され、
   前記回折格子の周期が夫々異なる複数の半導体レーザ素子を備え、
   更に、前記第１の電極に接続された、前記第１の電流を供給するための第１の電源と、
   前記第２の電極に接続された、前記第２の電極に逆バイアス電圧を印加した後、前記第２の電極に前記第２の電流を供給する第２の電源とを、
   前記半導体レーザ素子毎に具備したことを
   特徴とする波長可変レーザ光発生装置。

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