JP5055791B2

JP5055791B2 - 光パルス発生装置

Info

Publication number: JP5055791B2
Application number: JP2006065113A
Authority: JP
Inventors: 治彦鍬塚
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2026-03-10
Also published as: JP2007242978A

Description

本発明は、光周波数コムを作成して光パルス列を発生させる光パルス発生装置の改良に関する。

現在、光時分割多重（ｏｐｔｉｃａｌｔｉｍｅｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘ：ＯＴＤＭ）などを利用する全光信号処理に依る光通信システム、或いは、マイクロ波／ミリ波通信などの高速化に向けて、任意の波長、周期を持つ光パルス列を安定に発生させることができる光源が必要とされている。

従来、光パルス列を発生させる方法としては、（１）光に変調をかける方法、（２）モードロックレーザを用いる方法、（３）異なる周波数の光を混合し、そのビートにより光パルス列を発生させる方法が提案されている。

前記（１）の方法は、ＣＷ信号を直接、或いは、外部変調器を用いて光をオンオフすることに依って光パルス列を作成する方法である。（２）の方法は、レーザ光の複数のモードの位相をある関係で一致させることによって光パルス列を発生させる方法であり、半導体レーザに過飽和吸収領域を加えることで、コンパクトな素子で高速の短パルス列を発生させることが可能である。（３）の方法は、発生する光の周波数が異なる複数の光源を同じ周波数間隔で並べ、その光のビートを採って、光パルス列を発生させる方法である。

前記（３）の方法は、本発明に関連をもつので、その特徴とするところについて具体的に記述すると、前記（１）の方法のように、一つの光源に変調にかける方法に比較して高い繰り返し周波数の光パルス列を発生することができ、また、前記（２）のモードロックレーザを用いる場合に比較して光パルス列の繰り返し周波数を自由に変えることができる旨の特徴をもっている。

然しながら、前記（３）の方法に依って発生する光パルス列の位相は、複数の光源の光の位相差に依って決まるので、光パルス列にジッターが発生しないようにする為には、前記異なる複数の光源の位相関係がずれないように固定（ロック）することが必要である。

今まで用いられている方法では、一つのレーザ光源（マスターレーザ）に変調をかけ、その光を他の複数のレーザ光源（スレーブレーザ）に入射することで、複数のレーザ光源の位相関係を固定する方法が取られている。

図３は異なる周波数の光を混合して得られるビートで光パルス列を発生させる従来例を表す要部ブロック図であり、図に於いて、１は発振周波数ｆ₀のマスターレーザ。２は変調周波数ｆ_mの変調器、３及び４はフィルター、５は第１のスレーブレーザ、６は第２のスレーブレーザ、光カプラ７をそれぞれ示している。

マスタレーザ１で発生させた周波数ｆ₀の光を変調器２に於いて変調周波数ｆ_mで変調するとｆ₀＋ΣＮｆ_m（Ｎは整数）の変調光が得られ、その変調光をフィルター３及び４で振り分け、ｆ₀＋Ｍｆ_m（Ｍは整数）なる光を第１のスレーブレーザ５に入力し、そして、ｆ₀−Ｎｆ_m（Ｎは整数）なる光を第２のスレーブレーザ６にそれぞれ入力し、第１のスレーブレーザ５の出力光と第２のスレーブレーザの出力光とを混合器７で混合すると出力ビート光として、図３に付記してある波形の光パルス列が得られる。尚、この場合の光パルス列の繰り返し周波数は１／（Ｍ−Ｎ）ｆ_mである。

さて、図３に見られる従来例に依る方法を実施するには、光パルス発生装置の構成が複雑であるばかりでなく、光パルス列の繰り返し周波数を高くする為に二つのスレーブレーザ３及び４の周波数差を大きく採った場合、マスタ光源であるマスターレーザのロックが難しくなるという問題があり、その理由は、マスターレーザ光の高調波成分のパワーが低下する為である。

本発明では、電源に直列接続した複数の半導体レーザダイオードを複数の光源として用いる簡単な構成で光パルス列を容易に発生させ得るようにする。

本発明に依る光パルス発生装置に於いては、複数の半導体レーザダイオードからの発振光を混合して光パルスを発生させる光パルス発生装置に於いて、前記複数の半導体レーザダイオードを電源に対して電気的に直列に接続したことが基本的な特徴となっている。

前記手段を採ることに依り、外部注入レーザ及び高速変調器を用いる従来例に比較して高い周波数の繰り返し光パルス列発生についてロックが可能である。また、簡単且つ容易に複数の光源の位相関係を固定することができ、小型化・低コスト化に有利な構成となっている。更にまた、発振波長を変えることができる半導体レーザダイオードを用いることに依り、パルスの繰り返し周波数を自由に変えることができる。

図１は本発明の実施の形態を説明する為の光パルス発生装置を表す要部ブロック図であり、図に於いて、１１は電源、１２は第１の半導体レーザダイオード、１３は第２の半導体レーザダイオード、１４は光カプラをそれぞれ示している。

レーザダイオード１２とレーザダイオード１３とは電源１１に対して直列に接続されているので、電源１１の揺らぎは二つの半導体レーザダイオード１２及び１３に対して同じ位相で加わるのみならず、何れか一方のレーザダイオードの内部揺らぎによって電流が増加し、屈折率が増加して光の位相が遅れた場合、他方のレーザダイオードに流れる電流も増加して位相が遅れることになる為、二つのレーザダイオード１１及び１２からの光の位相関係は両レーザダイオードが電気的に応答し得る範囲内で固定される。

半導体レーザダイオードの線幅は、２〜３ＭＨｚ程度であって、本来的に位相は電気的に応答できる範囲内で安定している為、前記した方法を採ることで、位相関係は完全に固定することができる。

上記の構成は、通常の半導体技術で集積化することができるから、充分に小型化が図れると同時に両方のレーザダイオード１２及び１３の温度変動を同一に保たれ、繰り返し周波数は更に安定化させることができる。

また、2 つのレーザダイオード１２及び１３のうち、何れか一方を可変波長レーザとすることにより、発生する光パルスの繰り返し周波数は自由に変えることができる。

上記実施の形態では、２個の光源の場合について説明したが、光パルス幅を更に短くする為には３種類以上の周波数を混合する必要があり、その場合に於いては、３つ以上の光源の位相関係を安定化しなければならないが、本発明では、３個以上の半導体レーザダイオードを電源に対して直列に接続することのみに依って容易に目的を達成することができる。

図２は本発明の一実施例を説明する為の光パルス発生装置を表す要部ブロック図であって、図１に於いて用いた記号と同じ記号で指示した部分は同一或いは同効の部分を表すものとする。

図に於いて、１４は３ｄＢの光カプラ、１５は半導体レーザダイオードを取り付けるヒートシンク、１６は温度コントローラをそれぞれ示している。

この実施例では、光源である第１の半導体レーザダイオード１２及び第２の半導体レーザダイオード１３として、光通信用に多用されているＩｎＧａＡｓＰ−ＤＦＢ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザダイオードを用いている。尚、図２では各半導体レーザダイオードをＩｎＧａＡｓＰ−ＤＦＢ−ＬＤと表記してある。

二つのレーザダイオード１２及び１３は、温度安定化のため、同一のヒートシンク上に設置され、温度コントローラ１６に依って温度コントロールされるようになっていて、電源１１に対して直列に接続され、１００ｍＡの電流が流される。

一方のレーザダイオード１２の発振周波数は１９５．８ＴＨｚ（波長１５５０ｎｍ）、他方のレーザダイオード１３の発振周波数は１９５．９ＴＨｚ（波長１５４９ｎｍ）、出力はそれぞれ１０ｍＷで発振する。

レーザダイオード１２及び１３の出力は１対１の例えば光ファイバ型の光カプラ１４で結合されるようになっている。この構成に依って、光カプラ１４で混合された光は、繰り返し周波数１００ＧＨｚ、平均出力１０ｍＷの正弦波変調された光出力となって得られるから、これをパルスにするには、例えば光導波路型の非線形デバイス（半導体過飽和吸収体）を通過させてパルス幅を圧縮すれば良い。

実験に依れば、６４０ＧＨｚ以上にもなる高い周波数の繰り返し光パルス列を確実にロックすることができた。

本発明の実施の形態を説明する為の光パルス発生装置を表す要部ブロック図である。本発明の一実施例を説明する為の光パルス発生装置を表す要部ブロック図である。異なる周波数の光を混合して得られるビートで光パルス列を発生させる従来例を表す要部ブロック図である。

符号の説明

１１電源
１２第１の半導体レーザダイオード
１３第２の半導体レーザダイオード
１４３ｄＢ光カプラ
１５半導体レーザダイオードを取り付けるヒートシンク
１６温度コントローラ

Claims

一定の周波数間隔で配置された異なる一定の周波数で連続発振する複数の半導体レーザダイオードからの発振光を混合して前記周波数間隔に相当する周期の光パルス列を発生させる光パルス発生装置に於いて、
前記複数の半導体レーザダイオードを単一のヒートシンク上に配置し、且つ、電源に対して電気的に直列に接続し、同一電流で駆動すること
を特徴とする光パルス発生装置。
前記複数の半導体レーザダイオードが１つの基板に集積されていること
を特徴とする請求項１に記載の光パルス発生装置。
前記複数の半導体レーザダイオードのうち少なくとも１つが発振波長を制御可能な半導体レーザダイオードであること
を特徴とする請求項１に記載の光パルス発生装置。
単一のヒートシンク上に配置され、電源に対して電気的に直列接続され、同一電流で駆動されて第１の周波数で連続発振する第１の半導体レーザダイオード及び前記第１の周波数と異なる第２の周波数で連続発振する第２の半導体レーザダイオードと、
前記第１の半導体レーザダイオード及び前記第２の半導体レーザダイオードからの第１の光出力及び第２の光出力がそれぞれ入力され且つそれ等入力光の混合光である前記第１の周波数と前記第２の周波数の差に相当する周期の光パルス列を出力する光カプラと
を備えてなることを特徴とする光パルス発生装置。
前記第１の半導体レーザダイオード及び前記第２の半導体レーザダイオードがＤＦＢレーザであること
を特徴とする請求項４に記載の光パルス発生装置。