JP3162410B2 - 光波長フィルタの駆動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、所定波長の光を増幅し
て出力する光波長フィルタに関し、特に所定波長の高速
光信号を低歪で増幅して出力するように光波長フィルタ
を駆動する方法に関する。
て出力する光波長フィルタに関し、特に所定波長の高速
光信号を低歪で増幅して出力するように光波長フィルタ
を駆動する方法に関する。
【０００２】通信において、時間を分割し、かつ時間成
分を独立に扱い、多重化すると、取扱える通信容量は増
大する。光通信においては、さらに光の波長における自
由度がある。波長分割・多重技術を時分割・多重技術と
組合わせると、光通信、光交換、光情報処理において、
取扱える信号容量は極めて大きなものとなる。このため
には、超高速の時分割・多重信号を選択的に透過させる
波長フィルタが必要となる。
分を独立に扱い、多重化すると、取扱える通信容量は増
大する。光通信においては、さらに光の波長における自
由度がある。波長分割・多重技術を時分割・多重技術と
組合わせると、光通信、光交換、光情報処理において、
取扱える信号容量は極めて大きなものとなる。このため
には、超高速の時分割・多重信号を選択的に透過させる
波長フィルタが必要となる。
【０００３】
【従来の技術】半導体レーザ型構造は、閾値電流以下で
動作させる時、光波長フィルタとして機能させることが
できる。
動作させる時、光波長フィルタとして機能させることが
できる。
【０００４】図５に、従来の技術の例を示す。図５
（Ａ）は、半導体レーザ型光波長フィルタを概略的に示
す。たとえば、ｎ型ＩｎＰ単結晶で形成されたｎ型半導
体基板５１の上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰで形成されたｎ
側クラッド層５２をエピタキシャルに成長し、その上
に、たとえばｉ型ＩｎＧａＡｓＰで形成されたｉ型活性
層５３をエピタキシャルに成長し、その上に、たとえば
ｐ型ＩｎＧａＡｓＰで形成されたｐ側クラッド層５４を
形成し、その上にｐ型ＩｎＰで形成されたｐ型半導体層
５５を形成して、ダイオード構造を構成する。ｎ型半導
体基板５１上に、ｎ側電極５６を形成し、ｐ型半導体層
５５上に、ｐ側電極５７を形成して、ダイオード構造に
電流を注入できるようにする。この構造は、半導体レー
ザと同様の構造であり、左右両端部を鏡面として作用さ
せること、ないしはｎ型半導体基板５１とｎ側クラッド
層５２との界面に回折格子を形成すること等により、所
定波長で発振する半導体レーザが構成される。ｐ側電極
５７からｎ側電極５６に向けて閾値以上の電流を流す
と、活性層５３内の光は増幅され、発振してレーザ光と
なって出射する。バイアス電流Ｉｂを閾値以下にする
と、レーザ発振は生じないが、ｉ型活性層５３は誘導放
出を行なう機能を有する。このような状態の半導体レー
ザ型構造に入射光Ｉ１を入射すると、ｉ型活性層５３内
では同一波長の光が誘導放出され、増幅された出力光Ｉ
２が出射する。
（Ａ）は、半導体レーザ型光波長フィルタを概略的に示
す。たとえば、ｎ型ＩｎＰ単結晶で形成されたｎ型半導
体基板５１の上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰで形成されたｎ
側クラッド層５２をエピタキシャルに成長し、その上
に、たとえばｉ型ＩｎＧａＡｓＰで形成されたｉ型活性
層５３をエピタキシャルに成長し、その上に、たとえば
ｐ型ＩｎＧａＡｓＰで形成されたｐ側クラッド層５４を
形成し、その上にｐ型ＩｎＰで形成されたｐ型半導体層
５５を形成して、ダイオード構造を構成する。ｎ型半導
体基板５１上に、ｎ側電極５６を形成し、ｐ型半導体層
５５上に、ｐ側電極５７を形成して、ダイオード構造に
電流を注入できるようにする。この構造は、半導体レー
ザと同様の構造であり、左右両端部を鏡面として作用さ
せること、ないしはｎ型半導体基板５１とｎ側クラッド
層５２との界面に回折格子を形成すること等により、所
定波長で発振する半導体レーザが構成される。ｐ側電極
５７からｎ側電極５６に向けて閾値以上の電流を流す
と、活性層５３内の光は増幅され、発振してレーザ光と
なって出射する。バイアス電流Ｉｂを閾値以下にする
と、レーザ発振は生じないが、ｉ型活性層５３は誘導放
出を行なう機能を有する。このような状態の半導体レー
ザ型構造に入射光Ｉ１を入射すると、ｉ型活性層５３内
では同一波長の光が誘導放出され、増幅された出力光Ｉ
２が出射する。
【０００５】半導体レーザ構造に波長選択性を設けてお
くと、入射光Ｉ１のうち、条件に適合する波長成分のみ
が増幅されて、出力光Ｉ１を構成する。
くと、入射光Ｉ１のうち、条件に適合する波長成分のみ
が増幅されて、出力光Ｉ１を構成する。
【０００６】ところで、バイアス電流Ｉｂを流している
状態において、ｉ型活性層５３内には励起されたキャリ
アが形成されている。ここに入射光が進入し、誘導放出
が起きると、ｉ型活性層５３内のキャリアが消費され
る。入力光の強度は強ければ強いほど、ｉ型活性層５３
内のキャリアの消費は大きくなる。キャリアの数が減少
すると、半導体層の屈折率が増大し、半導体レーザ型構
造の特性が長波長側に移行する。
状態において、ｉ型活性層５３内には励起されたキャリ
アが形成されている。ここに入射光が進入し、誘導放出
が起きると、ｉ型活性層５３内のキャリアが消費され
る。入力光の強度は強ければ強いほど、ｉ型活性層５３
内のキャリアの消費は大きくなる。キャリアの数が減少
すると、半導体層の屈折率が増大し、半導体レーザ型構
造の特性が長波長側に移行する。
【０００７】図５（Ｂ）に、このような光増幅利得の変
化を示す。図５（Ｂ）において、横軸は波長λを示し、
縦軸は光増幅利得を示す。入力光の強度が低い時には、
光増幅利得はｇ１のような特性を有するとする。入力光
の強度が増大し、ｉ型活性層５３内でのキャリアの消費
が増えると、光増幅利得は曲線ｇ２で示すように、長波
長側に移行し、そのピークが下がる。入力光の強度がさ
らに増大すると、光増幅利得はｇ３のように、さらにピ
ークが下がり、ピーク全体が長波長側に移行する。
化を示す。図５（Ｂ）において、横軸は波長λを示し、
縦軸は光増幅利得を示す。入力光の強度が低い時には、
光増幅利得はｇ１のような特性を有するとする。入力光
の強度が増大し、ｉ型活性層５３内でのキャリアの消費
が増えると、光増幅利得は曲線ｇ２で示すように、長波
長側に移行し、そのピークが下がる。入力光の強度がさ
らに増大すると、光増幅利得はｇ３のように、さらにピ
ークが下がり、ピーク全体が長波長側に移行する。
【０００８】すなわち、光強度が変化する入力光に対し
て、半導体レーザ型構造は可変利得をもって信号増幅を
行なうことになる。
て、半導体レーザ型構造は可変利得をもって信号増幅を
行なうことになる。
【０００９】図５（Ｃ）は、光入出力のアイパターンを
示す。入力光信号は、図５（Ｃ）上段の曲線Ｓ１に示す
ように１０１０１０、もしくは破線Ｓ２で示すように、
０１０１０１であるとする。この信号が半導体レーザ型
構造で増幅され、出力光となって出射する。しかしなが
ら、入力光信号の強度が高くなると、図５（Ｂ）で示す
ように、光増幅利得特性は利得が減少し、特性が長波長
側に移動する。このため、入力光強度の強いところで増
幅光信号に歪が生じ、図５（Ｃ）下段の出力曲線ｓ３、
またはｓ４で示すように信号波形は歪む。
示す。入力光信号は、図５（Ｃ）上段の曲線Ｓ１に示す
ように１０１０１０、もしくは破線Ｓ２で示すように、
０１０１０１であるとする。この信号が半導体レーザ型
構造で増幅され、出力光となって出射する。しかしなが
ら、入力光信号の強度が高くなると、図５（Ｂ）で示す
ように、光増幅利得特性は利得が減少し、特性が長波長
側に移動する。このため、入力光強度の強いところで増
幅光信号に歪が生じ、図５（Ｃ）下段の出力曲線ｓ３、
またはｓ４で示すように信号波形は歪む。
【００１０】従来、光通信においては、数１００ＭＨｚ
以下の光信号を用いていた。この場合、出力光パルスの
立上がり部分に、波形歪が発生しても、パルス幅に比べ
て波形歪の生じる時間が短いために、図５（Ｃ）で示す
ようなアイパターンの開口部が小さくなることは少なか
った。ところが、信号速度が１ＧＨｚ以上になり、パル
ス幅が狭くなると、出力光の立上がり部分の波形歪が直
接アイパターンの開口部を著しく小さくすることになり
得る。波形歪は信号周波数が高くなればなるほど、その
影響が大きい。
以下の光信号を用いていた。この場合、出力光パルスの
立上がり部分に、波形歪が発生しても、パルス幅に比べ
て波形歪の生じる時間が短いために、図５（Ｃ）で示す
ようなアイパターンの開口部が小さくなることは少なか
った。ところが、信号速度が１ＧＨｚ以上になり、パル
ス幅が狭くなると、出力光の立上がり部分の波形歪が直
接アイパターンの開口部を著しく小さくすることになり
得る。波形歪は信号周波数が高くなればなるほど、その
影響が大きい。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
半導体レーザ型光波長フィルタは、入力光強度に対して
光増幅利得が変化する。この光増幅利得の変化により、
出力光信号波形に歪が生じる。光信号が高速信号になれ
ばなるほど、光増幅歪の影響は大きくなり、信号誤り率
が増大する。
半導体レーザ型光波長フィルタは、入力光強度に対して
光増幅利得が変化する。この光増幅利得の変化により、
出力光信号波形に歪が生じる。光信号が高速信号になれ
ばなるほど、光増幅歪の影響は大きくなり、信号誤り率
が増大する。
【００１２】本発明の目的は、高速パルス信号に対して
もその出力光信号波形の歪を低減することのできる半導
体レーザ型の波長フィルタの駆動方法を提供することで
ある。
もその出力光信号波形の歪を低減することのできる半導
体レーザ型の波長フィルタの駆動方法を提供することで
ある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の光フィルタの駆
動方法は、複数波長の入力光信号のうち、所定の波長の
光を増幅するための半導体レーザダイオード型の光波長
フィルタの駆動方法であって、入出力信号のパワーを、
光波長フィルタの光増幅利得のピーク値が入力光強度が
０の場合の光増幅利得のピーク値に比べて約１／２に減
少する光パワーよりも小さくなるように制御すること
と、光波長フィルタのＥＬ状態での共振ピーク波長と、
該共振ピーク波長における光増幅利得とを比較して光増
幅利得が約１／２に減少する光パワーの状態での光増幅
利得のピーク波長との間に前記所定波長があるように前
記所定波長ないし前記光波長フィルタのパラメータを制
御することを特徴とする。
動方法は、複数波長の入力光信号のうち、所定の波長の
光を増幅するための半導体レーザダイオード型の光波長
フィルタの駆動方法であって、入出力信号のパワーを、
光波長フィルタの光増幅利得のピーク値が入力光強度が
０の場合の光増幅利得のピーク値に比べて約１／２に減
少する光パワーよりも小さくなるように制御すること
と、光波長フィルタのＥＬ状態での共振ピーク波長と、
該共振ピーク波長における光増幅利得とを比較して光増
幅利得が約１／２に減少する光パワーの状態での光増幅
利得のピーク波長との間に前記所定波長があるように前
記所定波長ないし前記光波長フィルタのパラメータを制
御することを特徴とする。
【００１４】
【作用】半導体レーザダイオード型光波長フィルタの光
増幅利得は、入力光信号のパワーの増大と共に減少す
る。入力光信号のパワーを、入力光強度が０の場合の光
増幅利得のピーク値に比べて光増幅利得が約１／２に減
少する光パワーよりも小さくなるように制御することに
より、光増幅利得の変化の幅が抑制される。
増幅利得は、入力光信号のパワーの増大と共に減少す
る。入力光信号のパワーを、入力光強度が０の場合の光
増幅利得のピーク値に比べて光増幅利得が約１／２に減
少する光パワーよりも小さくなるように制御することに
より、光増幅利得の変化の幅が抑制される。
【００１５】さらに、増幅する光信号の波長を、光波長
フィルタのＥＬ状態での共振ピーク波長と、該共振ピー
ク波長における光増幅利得とを比較して、光増幅利得は
約１／２に減少する光パワーの状態での光増幅利得のピ
ーク波長との間に選択することにより、光増幅利得の高
い状態で、光波長フィルタを動作させることができる。
フィルタのＥＬ状態での共振ピーク波長と、該共振ピー
ク波長における光増幅利得とを比較して、光増幅利得は
約１／２に減少する光パワーの状態での光増幅利得のピ
ーク波長との間に選択することにより、光増幅利得の高
い状態で、光波長フィルタを動作させることができる。
【００１６】これらの条件を満たすように、光波長フィ
ルタを駆動することにより、出力光信号に生じる波形歪
を低減することができる。
ルタを駆動することにより、出力光信号に生じる波形歪
を低減することができる。
【００１７】このため、高速光信号の処理が可能とな
る。
る。
【００１８】
【実施例】図１を参照して、本発明の実施例を説明す
る。図１（Ａ）は、光波長フィルタの構成を概略的に示
す断面図である。
る。図１（Ａ）は、光波長フィルタの構成を概略的に示
す断面図である。
【００１９】光信号として、１．５μｍ帯の光を扱う場
合を例として説明する。ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ等で形成さ
れた活性層１は、よりバンドギャップの広いｎ型ＩｎＧ
ａＡｓＰ等で形成され、クラッド層として作用するｎ型
半導体領域２および、同様に広いバンドギャップを有す
るｐ型ＩｎＧａＡｓＰ等で形成され、ｐ型クラッド層と
して作用するｐ型半導体領域３に挾まれて、光導波路を
構成している。ｎ型半導体領域２上にはｎ側電極４が形
成され、ｐ型半導体領域３上にはｐ側電極５が形成され
ている。これらの電極を通じて、バイアス電流Ｉｂが印
加される。このバイアス電流Ｉｂは、閾値電流Ｉｔｈと
ほぼ等しいが、わずかに低い値に保たれる。たとえば、
バイアス電流Ｉｂは、閾値電流Ｉｔｈの９５〜１００％
に設定される。もし、バイアス電流Ｉｂが閾値電流を越
えると、光導波路構造は半導体レーザとして機能し、レ
ーザ発振を行なうようになる。
合を例として説明する。ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ等で形成さ
れた活性層１は、よりバンドギャップの広いｎ型ＩｎＧ
ａＡｓＰ等で形成され、クラッド層として作用するｎ型
半導体領域２および、同様に広いバンドギャップを有す
るｐ型ＩｎＧａＡｓＰ等で形成され、ｐ型クラッド層と
して作用するｐ型半導体領域３に挾まれて、光導波路を
構成している。ｎ型半導体領域２上にはｎ側電極４が形
成され、ｐ型半導体領域３上にはｐ側電極５が形成され
ている。これらの電極を通じて、バイアス電流Ｉｂが印
加される。このバイアス電流Ｉｂは、閾値電流Ｉｔｈと
ほぼ等しいが、わずかに低い値に保たれる。たとえば、
バイアス電流Ｉｂは、閾値電流Ｉｔｈの９５〜１００％
に設定される。もし、バイアス電流Ｉｂが閾値電流を越
えると、光導波路構造は半導体レーザとして機能し、レ
ーザ発振を行なうようになる。
【００２０】バイアス電流Ｉｂを閾値電流直前の値に保
ち、活性層１の一端から複数波長の成分を有する入力光
信号を入射する。たとえば、入力光信号として波長λ
１、λ２の光を与える。半導体レーザ構造１０が発振直
前の状態に保持されているため、入射光波長が半導体レ
ーザ構造の利得領域にあれば、入射光は増幅される。こ
こで、波長λ１が光増幅利得が高い波長範囲にあり、波
長λ２はその範囲外にあるとする。すると、波長λ１の
成分は活性層１を通る間に増幅され、出力光成分は波長
λ１の成分Ｐｏｕｔ（λ１）が、波長λ２の成分Ｐｏｕ
ｔ（λ２）よりも著しく大きくなる。すなわち、出力光
をみた時、波長λ１の成分のみが透過したので同様とな
る。 このようにして、増幅機能を有する光波長フィル
タは作用する。なお、半導体レーザ構造に波長選択性を
持たせるためには、両端面を鏡面としてファブリペロー
型共振器を形成するか、活性層１近傍に回折格子等の波
長選択構造を形成すればよい。
ち、活性層１の一端から複数波長の成分を有する入力光
信号を入射する。たとえば、入力光信号として波長λ
１、λ２の光を与える。半導体レーザ構造１０が発振直
前の状態に保持されているため、入射光波長が半導体レ
ーザ構造の利得領域にあれば、入射光は増幅される。こ
こで、波長λ１が光増幅利得が高い波長範囲にあり、波
長λ２はその範囲外にあるとする。すると、波長λ１の
成分は活性層１を通る間に増幅され、出力光成分は波長
λ１の成分Ｐｏｕｔ（λ１）が、波長λ２の成分Ｐｏｕ
ｔ（λ２）よりも著しく大きくなる。すなわち、出力光
をみた時、波長λ１の成分のみが透過したので同様とな
る。 このようにして、増幅機能を有する光波長フィル
タは作用する。なお、半導体レーザ構造に波長選択性を
持たせるためには、両端面を鏡面としてファブリペロー
型共振器を形成するか、活性層１近傍に回折格子等の波
長選択構造を形成すればよい。
【００２１】このような半導体レーザ型光波長フィルタ
の利得特性は、図１（Ｂ）に示すように、ある波長を中
心としたピーク状となる。
の利得特性は、図１（Ｂ）に示すように、ある波長を中
心としたピーク状となる。
【００２２】図１（Ｂ）において、横軸は波長を表わ
し、縦軸は光増幅利得をｄＢで表わす。
し、縦軸は光増幅利得をｄＢで表わす。
【００２３】入射光のない状態で、半導体レーザ構造に
閾値直前の電流を流し、電界ルミネッセンス（ＥＬ発
光）をさせた時のピーク波長をλELとする。すなわち、
特性Ｇ１は入力光強度が０の場合の光増幅利得特性を示
す。入力光強度を増大していくと、光増幅利得のピーク
は次第に下がり、ピーク波長は次第に長波長側に移行す
る。光増幅利得のピーク値が光入力信号強度０の時のピ
ーク値の３ｄＢ下になった時の特性を、Ｇ２で示す。す
なわち、特性Ｇ２の状態では光増幅利得がＥＬ時の約１
／２となっている。この状態を飽和状態とし、この時の
光増幅利得が最大になる波長をλsat とする。種々の実
験、検討の結果、以下のことがわかった。
閾値直前の電流を流し、電界ルミネッセンス（ＥＬ発
光）をさせた時のピーク波長をλELとする。すなわち、
特性Ｇ１は入力光強度が０の場合の光増幅利得特性を示
す。入力光強度を増大していくと、光増幅利得のピーク
は次第に下がり、ピーク波長は次第に長波長側に移行す
る。光増幅利得のピーク値が光入力信号強度０の時のピ
ーク値の３ｄＢ下になった時の特性を、Ｇ２で示す。す
なわち、特性Ｇ２の状態では光増幅利得がＥＬ時の約１
／２となっている。この状態を飽和状態とし、この時の
光増幅利得が最大になる波長をλsat とする。種々の実
験、検討の結果、以下のことがわかった。
【００２４】入力光信号の波長を、λELよりも短波長に
選ぶと、光強度が増大した時の光増幅利得の減少が激し
く、波形歪が大きくなる。また、入力光信号の波長をλ
satよりも長波長に選ぶと、入力光信号レベルが低い場
合の光増幅利得が極めて小さくなってしまう。
選ぶと、光強度が増大した時の光増幅利得の減少が激し
く、波形歪が大きくなる。また、入力光信号の波長をλ
satよりも長波長に選ぶと、入力光信号レベルが低い場
合の光増幅利得が極めて小さくなってしまう。
【００２５】また、光入力信号の強度をＧ２よりも大き
な強度にすると、光増幅利得のピーク値が小さくなりす
ぎる。したがって、光入力信号のパワーは曲線Ｇ２以下
とし、増幅する光信号の波長はλELとλsat の間に選ぶ
のがよい。特に、λELとλsat の中央部、約１／３の幅
の領域とすることにより、入力光信号のパワーが変化し
ても光増幅利得があまり変化しないようにすることがで
きる。
な強度にすると、光増幅利得のピーク値が小さくなりす
ぎる。したがって、光入力信号のパワーは曲線Ｇ２以下
とし、増幅する光信号の波長はλELとλsat の間に選ぶ
のがよい。特に、λELとλsat の中央部、約１／３の幅
の領域とすることにより、入力光信号のパワーが変化し
ても光増幅利得があまり変化しないようにすることがで
きる。
【００２６】以下、本発明のより具体的な実施例を図
２、図３を参照して説明する。図２（Ａ）は、光波長フ
ィルタの構成を示す。ｎ型ＩｎＰ基板１８の上に、干渉
縞を利用して回折格子２０を形成した後、目的とする波
長よりもバンドギャップ波長の短いｎ型ＩｎＧａＡｓＰ
ガイド層１２をエピタキシャルに成長し、その上にギャ
ップ波長約１．５μｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１
をエピタキシャルに成長する。その後、メサエッチング
を行ない、側面をｐ型ＩｎＰ層１３で埋め込む。中間部
分にｎ型ＩｎＰ領域１９を形成し、さらにその上部をｐ
型ＩｎＰ層１３で埋め込む。その後、オーミック電極を
形成するためのｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層２１を形成した
後、表面にＳｉＯ2 等の絶縁膜２２を形成し、活性層上
部に開口を設け、ｐ側電極１５を形成する。なお、ｎ型
ＩｎＰ基板裏面には、ｎ側電極１４を形成する。
２、図３を参照して説明する。図２（Ａ）は、光波長フ
ィルタの構成を示す。ｎ型ＩｎＰ基板１８の上に、干渉
縞を利用して回折格子２０を形成した後、目的とする波
長よりもバンドギャップ波長の短いｎ型ＩｎＧａＡｓＰ
ガイド層１２をエピタキシャルに成長し、その上にギャ
ップ波長約１．５μｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１
をエピタキシャルに成長する。その後、メサエッチング
を行ない、側面をｐ型ＩｎＰ層１３で埋め込む。中間部
分にｎ型ＩｎＰ領域１９を形成し、さらにその上部をｐ
型ＩｎＰ層１３で埋め込む。その後、オーミック電極を
形成するためのｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層２１を形成した
後、表面にＳｉＯ2 等の絶縁膜２２を形成し、活性層上
部に開口を設け、ｐ側電極１５を形成する。なお、ｎ型
ＩｎＰ基板裏面には、ｎ側電極１４を形成する。
【００２７】このようにして、分布帰還型（ＤＦＢ）レ
ーザ構造を形成する。なお、回折格子２０を組込むこと
によって、共振器を形成しているので、活性層両端面に
は反射防止膜を形成することが好ましい。
ーザ構造を形成する。なお、回折格子２０を組込むこと
によって、共振器を形成しているので、活性層両端面に
は反射防止膜を形成することが好ましい。
【００２８】図２（Ａ）に示す構造を有する光波長フィ
ルタの特性を、図２（Ｂ）に示す。図２（Ｂ）におい
て、横軸は入力光がない状態でのＥＬ発光の共振ピーク
波長を０とし、そこからの波長差をオングストロームで
表わす。また、縦軸は光増幅利得をｄＢで表わす。な
お、バイアス電流Ｉｂとして閾値電流Ｉｔｈの０．９８
に相当する電流を流す。入力光信号のパワーを０．１μ
Ｗ、１μＷ、１０μＷに変化させた時の光増幅利得を曲
線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３で示す。曲線Ｇ２のピーク利得は曲
線Ｇ１のピーク利得の３ｄＢ下になっており、図１
（Ｂ）の特性と対応している。
ルタの特性を、図２（Ｂ）に示す。図２（Ｂ）におい
て、横軸は入力光がない状態でのＥＬ発光の共振ピーク
波長を０とし、そこからの波長差をオングストロームで
表わす。また、縦軸は光増幅利得をｄＢで表わす。な
お、バイアス電流Ｉｂとして閾値電流Ｉｔｈの０．９８
に相当する電流を流す。入力光信号のパワーを０．１μ
Ｗ、１μＷ、１０μＷに変化させた時の光増幅利得を曲
線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３で示す。曲線Ｇ２のピーク利得は曲
線Ｇ１のピーク利得の３ｄＢ下になっており、図１
（Ｂ）の特性と対応している。
【００２９】図２（Ｂ）から明らかなように、入力光信
号のパワーが増大すると、光増幅利得のピーク値は明ら
かに減少を続け、さらにピーク位置は長波長側に移行す
る。これは光増幅に伴う波長フィルタの活性層内でのキ
ャリア密度の減少による。波形歪を抑制しつつ、入力光
信号を増幅するには、利得ピーク波長の変動を小さくし
なければならない。これを行なうには、入力光パワーに
上限を設けることが必要である。また、利得ピーク波長
がわずかに変動しても光増幅利得の変動が少ない波長領
域に入力信号光の波長を設定することが必要である。こ
れらの条件を満たす領域は、曲線Ｇ２以下の光入力パワ
ーおよび、曲線Ｇ１のピーク位置と曲線Ｇ２のピーク位
置の間の波長である。なお、曲線Ｇ１は光入力信号が
０．１μＷの時の特性であるが、光入力が０に極めて近
い状態でもほぼ同様の形状を示すと仮定した。なお、入
力光信号が“０”の状態でも入力光信号に若干パワーが
存在するように選択することもよい。たとえば、入力光
パワーを図２（Ｂ）の場合、０．０５μＷから１μＷの
間で変化するように選択する。
号のパワーが増大すると、光増幅利得のピーク値は明ら
かに減少を続け、さらにピーク位置は長波長側に移行す
る。これは光増幅に伴う波長フィルタの活性層内でのキ
ャリア密度の減少による。波形歪を抑制しつつ、入力光
信号を増幅するには、利得ピーク波長の変動を小さくし
なければならない。これを行なうには、入力光パワーに
上限を設けることが必要である。また、利得ピーク波長
がわずかに変動しても光増幅利得の変動が少ない波長領
域に入力信号光の波長を設定することが必要である。こ
れらの条件を満たす領域は、曲線Ｇ２以下の光入力パワ
ーおよび、曲線Ｇ１のピーク位置と曲線Ｇ２のピーク位
置の間の波長である。なお、曲線Ｇ１は光入力信号が
０．１μＷの時の特性であるが、光入力が０に極めて近
い状態でもほぼ同様の形状を示すと仮定した。なお、入
力光信号が“０”の状態でも入力光信号に若干パワーが
存在するように選択することもよい。たとえば、入力光
パワーを図２（Ｂ）の場合、０．０５μＷから１μＷの
間で変化するように選択する。
【００３０】このように設定することにより、５ＧＢ／
ｓｅｃの高速光信号が波形歪をほとんど伴わずに波長フ
ィルタから出力できた。
ｓｅｃの高速光信号が波形歪をほとんど伴わずに波長フ
ィルタから出力できた。
【００３１】図３は、種々の条件における出力信号波形
を示すグラフである。図はテーブルの形式となっている
が、横方向にＥＬ波長からの波長差を取り、縦方向に光
入力信号のパワーを取っている。波長差に関して、０．
０オングストロームと０．３オングストロームは上述の
条件にあうものであり、入力光パワーの０．５μＷと
１．０μＷは上述の条件に合うものである。すなわち、
上段および右側の波形が選択条件外の波形であり、左下
部の４つの波形が選択された条件内の波形である。たと
えば、光入力信号のパワー１．０μＷ、波長差０．６オ
ングストロームの場合の波形はかなり歪の少ない良好な
波形にみえるが、この条件で光入力信号のパワーが減少
すると、特性の変化により、０．５μＷ、波長差０．６
オングストロームの波形にみるように光増幅利得が著し
く小さくなってしまうため、光フィルタとして機能しな
くなる。
を示すグラフである。図はテーブルの形式となっている
が、横方向にＥＬ波長からの波長差を取り、縦方向に光
入力信号のパワーを取っている。波長差に関して、０．
０オングストロームと０．３オングストロームは上述の
条件にあうものであり、入力光パワーの０．５μＷと
１．０μＷは上述の条件に合うものである。すなわち、
上段および右側の波形が選択条件外の波形であり、左下
部の４つの波形が選択された条件内の波形である。たと
えば、光入力信号のパワー１．０μＷ、波長差０．６オ
ングストロームの場合の波形はかなり歪の少ない良好な
波形にみえるが、この条件で光入力信号のパワーが減少
すると、特性の変化により、０．５μＷ、波長差０．６
オングストロームの波形にみるように光増幅利得が著し
く小さくなってしまうため、光フィルタとして機能しな
くなる。
【００３２】また、上段の図からわかるように、光入力
信号のパワーがある程度以上大きくなると、波形歪は著
しくなる。信号増幅は、低いレベルからある一定のレベ
ルまでの信号を増幅できることが重要であり、波長差
０．６オングストロームの場合、この条件を満たさな
い。
信号のパワーがある程度以上大きくなると、波形歪は著
しくなる。信号増幅は、低いレベルからある一定のレベ
ルまでの信号を増幅できることが重要であり、波長差
０．６オングストロームの場合、この条件を満たさな
い。
【００３３】このように、上述の条件を満足させること
によって、光波長フィルタの出力として得られる光信号
の波形歪を低減できることが明らかであろう。
によって、光波長フィルタの出力として得られる光信号
の波形歪を低減できることが明らかであろう。
【００３４】図４は、本発明の他の実施例を示す。本実
施例においては、半導体レーザ型構造の光波長フィルタ
を作成後、目的とする光の波長を可変に制御できる構造
を示す。ｐ型基板３１の上に、ｉ型チューニング層３２
を形成し、その上にｎ型領域３３を形成し、さらにその
上にｉ型活性領域３４を形成する。この活性領域３４の
上に、ｐ型領域３５を形成し、活性層３４を挾んでｐｎ
ダイオード構造を構成する。また、中間のｎ型領域３３
に接するように両側に広いｎ型領域３６を配置し、中間
のｎ型領域３３からの電流の通路を形成する。中間のｎ
型領域３３は、また、チューニング領域３２を挾んで下
側のｐ型基板３１とｐｎダイオード構造を形成する。こ
の下側のｐｎダイオード構造に電流を流すと、チユーニ
ング領域３２の屈折率は変化する。このチューニング領
域３２の屈折率の変化により、実効的に活性層３４内に
分布する光の感じる屈折率が変化する。この屈折率変化
によって増幅波長を調整することができる。なお、増幅
できる光の波長を選択するために、構造中のいずれかの
部分に回折格子を組込んだり、両端面を鏡面としてキャ
ビティを構成することもできる。
施例においては、半導体レーザ型構造の光波長フィルタ
を作成後、目的とする光の波長を可変に制御できる構造
を示す。ｐ型基板３１の上に、ｉ型チューニング層３２
を形成し、その上にｎ型領域３３を形成し、さらにその
上にｉ型活性領域３４を形成する。この活性領域３４の
上に、ｐ型領域３５を形成し、活性層３４を挾んでｐｎ
ダイオード構造を構成する。また、中間のｎ型領域３３
に接するように両側に広いｎ型領域３６を配置し、中間
のｎ型領域３３からの電流の通路を形成する。中間のｎ
型領域３３は、また、チューニング領域３２を挾んで下
側のｐ型基板３１とｐｎダイオード構造を形成する。こ
の下側のｐｎダイオード構造に電流を流すと、チユーニ
ング領域３２の屈折率は変化する。このチューニング領
域３２の屈折率の変化により、実効的に活性層３４内に
分布する光の感じる屈折率が変化する。この屈折率変化
によって増幅波長を調整することができる。なお、増幅
できる光の波長を選択するために、構造中のいずれかの
部分に回折格子を組込んだり、両端面を鏡面としてキャ
ビティを構成することもできる。
【００３５】なお、図中３７、３８は、ｐ側電極、３９
はｎ側電極を示す。本構成の場合、２つのｐｎダイオー
ドが形成され、一方のダイオードは増幅すべき波長をチ
ューニングするのに用いることができる。
はｎ側電極を示す。本構成の場合、２つのｐｎダイオー
ドが形成され、一方のダイオードは増幅すべき波長をチ
ューニングするのに用いることができる。
【００３６】なお、半導体レーザダイオード型光波長フ
ィルタの温度を制御することにより、物質のバンドギャ
ップ、屈折率を制御し、増幅すべき光信号の波長を調整
することもできる。図４の構造と温度調整とを組合わせ
ることもできる。
ィルタの温度を制御することにより、物質のバンドギャ
ップ、屈折率を制御し、増幅すべき光信号の波長を調整
することもできる。図４の構造と温度調整とを組合わせ
ることもできる。
【００３７】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体レーザダイオード型の光波長フィルタの光増幅利
得の変化を抑制することができる。このため、高速パル
ス光信号に対しても出力波形の歪が抑制される。
半導体レーザダイオード型の光波長フィルタの光増幅利
得の変化を抑制することができる。このため、高速パル
ス光信号に対しても出力波形の歪が抑制される。
【００３９】また、出力光信号の誤り率特性の劣化を防
止することができる。
止することができる。
【図１】本発明の実施例を示す。図１（Ａ）は光波長フ
ィルタの概略断面図、図１（Ｂ）は利得特性を示すグラ
フである。
ィルタの概略断面図、図１（Ｂ）は利得特性を示すグラ
フである。
【図２】本発明の実施例を示す。図２（Ａ）は光波長フ
ィルタの構成を示す斜視図、図２（Ｂ）は特性を示すグ
ラフである。
ィルタの構成を示す斜視図、図２（Ｂ）は特性を示すグ
ラフである。
【図３】図２の光波長フィルタの出力信号波形の例を示
すグラフである。
すグラフである。
【図４】本発明の他の実施例を示す概略断面図である。
【図５】従来の技術を示す。図５（Ａ）は半導体レーザ
型光波長フィルタの概略断面図、図５（Ｂ）はその特性
を示すグラフ、図５（Ｃ）は入出力アイパターンを示す
グラフである。
型光波長フィルタの概略断面図、図５（Ｂ）はその特性
を示すグラフ、図５（Ｃ）は入出力アイパターンを示す
グラフである。
１ 活性層 ２ ｎ型半導体領域 ３ ｐ型半導体領域 ４、５ 電極 Ｇ 光増幅利得 λ 波長 Ｐ 光信号のパワー
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/015 502 H01S 5/00 - 5/50
Claims (5)
- 【請求項１】 複数波長の入力光信号のうち、所定の波
長の光を増幅するための半導体レーザダイオード型の光
波長フィルタの駆動方法であって、 入出力信号のパワーを、光波長フィルタの光増幅利得の
ピーク値が入力光強度が０の場合の光増幅利得のピーク
値に比べて約１／２に減少する光パワーよりも小さくな
るように制御することと、 光波長フィルタのＥＬ状態での共振ピーク波長と、該共
振ピーク波長における光増幅利得とを比較して光増幅利
得が約１／２に減少する光パワーの状態での光増幅利得
のピーク波長との間に前記所定波長があるように前記所
定波長ないし前記光波長フィルタのパラメータを制御す
ることを特徴とする光波長フィルタの駆動方法。 - 【請求項２】 前記光波長フィルタのパラメータが光波
長フィルタの動作温度である請求項１記載の光波長フィ
ルタの駆動方法。 - 【請求項３】 前記光波長フィルタのパラメータが電流
によって制御される前記光波長フィルタ内の半導体領域
の屈折率である請求項１記載の光波長フィルタの駆動方
法。 - 【請求項４】 さらに、前記光波長フィルタに閾値直前
の順電流を注入し、ＥＬ状態に駆動することを含む請求
項１〜３のいずれかに記載の光波長フィルタの駆動方
法。 - 【請求項５】 前記波長フィルタが主にＩｎＰ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ系材料で形成され、回折格子を形成したヘテロ
界面を有し、前記所定の波長が１．５μｍ帯または１．
３μｍ帯の波長である請求項１〜４のいずれかに記載の
光波長フィルタの駆動方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5742791A JP3162410B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | 光波長フィルタの駆動方法 |
| US07/850,822 US5317448A (en) | 1991-03-20 | 1992-03-13 | Method for driving a laser amplifier with minimized distortion |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5742791A JP3162410B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | 光波長フィルタの駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04291974A JPH04291974A (ja) | 1992-10-16 |
| JP3162410B2 true JP3162410B2 (ja) | 2001-04-25 |
Family
ID=13055358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5742791A Expired - Fee Related JP3162410B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | 光波長フィルタの駆動方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5317448A (ja) |
| JP (1) | JP3162410B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100519920B1 (ko) * | 2002-12-10 | 2005-10-10 | 한국전자통신연구원 | 포화 흡수체와 이득 고정 광 증폭기가 집적된 초고속광신호 처리장치 |
| JP2005135956A (ja) * | 2003-10-28 | 2005-05-26 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体光増幅器およびその製造方法ならびに光通信デバイス |
| KR20220103537A (ko) * | 2021-01-15 | 2022-07-22 | 삼성전자주식회사 | 광 고립기 및 이를 포함하는 광 집적 회로 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1251845A (en) * | 1984-08-06 | 1989-03-28 | Ian D. Henning | Optical amplification |
-
1991
- 1991-03-20 JP JP5742791A patent/JP3162410B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-03-13 US US07/850,822 patent/US5317448A/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| １９９０年電子情報通信学会春季全国大会講演論文集ｐ．４−１９９（Ｃ−１４４） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5317448A (en) | 1994-05-31 |
| JPH04291974A (ja) | 1992-10-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010213 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |