JPH05327075A - Monomode oscillation ring laser - Google Patents

Monomode oscillation ring laser

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JPH05327075A
JPH05327075A JP12462092A JP12462092A JPH05327075A JP H05327075 A JPH05327075 A JP H05327075A JP 12462092 A JP12462092 A JP 12462092A JP 12462092 A JP12462092 A JP 12462092A JP H05327075 A JPH05327075 A JP H05327075A
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JP
Japan
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optical waveguide
optical
waveguide
oscillation
loop
Prior art date
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Pending
Application number
JP12462092A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsuneo Horiguchi
常雄 堀口
Toshio Kurashima
利雄 倉嶋
Kaoru Shimizu
薫 清水
Toshiya Sato
俊哉 佐藤
Yahei Oyamada
弥平 小山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a monomode oscillation ring laser of a plain waveguide optical circuit type promising various applications. CONSTITUTION:A loop optical waveguide 12, of which at least one part is doped with a rare earth element and at least one part section is constituted of a plurality of optical waveguides having different optical path length, an optical waveguide part 13 for inputting pump light to the waveguide path 12 and a waveguide path 14 for outputting light from the optical waveguide 12 so as to form a plurality of resonators having a large number of oscillation modes in order to perform monomode oscillation by an oscillation mode having an accorded frequency thereof.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光計測等に使
用可能な単一モード発振レーザに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single mode oscillation laser which can be used for optical communication, optical measurement and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、希土類元素(Nd,Er等)をド
ープしたループ状の光導波路と、該ループ状の光導波路
にポンプ光を入力するための光導波路と、前記ループ状
の光導波路から光を出力するための光導波路とを一平面
内に作製した平面導波路光回路型のリングレーザが実現
された。
2. Description of the Related Art In recent years, a loop-shaped optical waveguide doped with a rare earth element (Nd, Er, etc.), an optical waveguide for inputting pump light to the loop-shaped optical waveguide, and the loop-shaped optical waveguide are used. A planar waveguide optical circuit type ring laser in which an optical waveguide for outputting light is formed in one plane has been realized.

【0003】図1は前述したリングレーザの一例を示す
もので、図中、1は光導波路基板、2,3,4は光導波
路基板1上あるいはその内部において、一平面内に作製
された光導波路である。光導波路2は少なくともその一
部に希土類元素をドープしたループ状の光導波路であ
り、また、光導波路3は該光導波路2にポンプ光を入力
するための光導波路であり、また、光導波路4は前記光
導波路2から光を出力するための光導波路である。この
リングレーザは非常に小型であり、また、その発振モー
ドは狭線幅であるという特徴を備えていた。
FIG. 1 shows an example of the above-mentioned ring laser. In the figure, 1 is an optical waveguide substrate, and 2, 3 and 4 are optical waveguides produced on or within the optical waveguide substrate 1 in one plane. It is a waveguide. The optical waveguide 2 is a loop-shaped optical waveguide at least a part of which is doped with a rare earth element, the optical waveguide 3 is an optical waveguide for inputting pump light to the optical waveguide 2, and the optical waveguide 4 Is an optical waveguide for outputting light from the optical waveguide 2. This ring laser was very small, and its oscillation mode was a narrow linewidth.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のリングレーザでは、ループ状の光導波路2の長さを
L、光速をc、光導波路の屈折率をnとすると、 Δf=c/nL ……(1) で与えられる周波数間隔で複数のモードが発振してしま
うという欠点があった。これは希土類元素を原理的にあ
まり多くドープできないので、レーザの発振しきい値を
低くするためにループ長Lを長く作製し、その結果、式
(1) から分かるように発振モードの周波数間隔が狭くな
って、希土類元素の増幅利得帯域内に多くの発振モード
が存在するようになるからである。従って、前記従来の
リングレーザは、単一モード発振のレーザを使用するコ
ヒーレント光通信や可干渉性が要求される光計測には不
向きであるという問題があった。
However, in the conventional ring laser described above, if the length of the loop-shaped optical waveguide 2 is L, the speed of light is c, and the refractive index of the optical waveguide is n, then Δf = c / nL ... … There was a drawback that multiple modes oscillate at the frequency interval given by (1). Since this cannot be doped with a large amount of rare earth elements in principle, the loop length L was made long in order to reduce the oscillation threshold of the laser, and as a result, the formula
This is because, as can be seen from (1), the frequency spacing of the oscillation modes becomes narrower, and many oscillation modes exist within the amplification gain band of the rare earth element. Therefore, the conventional ring laser has a problem that it is not suitable for coherent optical communication using a single mode oscillation laser or optical measurement requiring coherence.

【0005】本発明は前記従来の問題点に鑑み、種々の
応用が期待できる、平面導波路光回路型の単一モード発
振リングレーザを提供することを目的とする。
In view of the above problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a planar waveguide optical circuit type single mode oscillation ring laser which can be expected to be applied in various ways.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明では前記目的を達
成するため、請求項1として、少なくともその一部に希
土類元素をドープしたループ状の光導波路と、該ループ
状の光導波路にポンプ光を入力するための光導波路と、
前記ループ状の光導波路から光を出力するための光導波
路とを一平面内に作製した平面導波路光回路型のリング
レーザにおいて、前記ループ状の光導波路の少なくとも
一部の区間を光路長の異なる複数の光導波路で構成した
単一モード発振リングレーザ、また、請求項2として、
複数の光導波路のうちの少なくとも1つにその光路長を
変化させる可変位相シフタを設けた請求項1記載の単一
モード発振リングレーザを提案する。
In order to achieve the above object, the present invention provides claim 1 as a loop-shaped optical waveguide, at least a part of which is doped with a rare earth element, and a pumping light for the loop-shaped optical waveguide. An optical waveguide for inputting
In a planar waveguide optical circuit type ring laser in which an optical waveguide for outputting light from the loop-shaped optical waveguide is produced in one plane, at least a section of the loop-shaped optical waveguide has an optical path length of A single mode oscillation ring laser composed of a plurality of different optical waveguides, and as claim 2.
A single mode oscillation ring laser according to claim 1, wherein at least one of the plurality of optical waveguides is provided with a variable phase shifter for changing its optical path length.

【0007】[0007]

【作用】本発明の請求項1によれば、ループ状の光導波
路の少なくとも一部の区間を光路長の異なる複数の光導
波路で構成したことにより、多数の発振モードを有する
複数の共振器が形成されることになり、そのうちの周波
数の一致した発振モードによって単一モード発振が行わ
れる。また、請求項2によれば、可変位相シフタによ
り、複数の光導波路のうちの少なくとも1つの光路長が
変化すると、周波数の一致する発振モードが変化し、単
一モード発振の周波数が変化する。
According to the first aspect of the present invention, since at least a part of the loop-shaped optical waveguide is composed of a plurality of optical waveguides having different optical path lengths, a plurality of resonators having a large number of oscillation modes can be obtained. Single-mode oscillation is performed by the oscillation modes whose frequencies match. According to the second aspect, when the optical path length of at least one of the plurality of optical waveguides is changed by the variable phase shifter, the oscillation mode having the same frequency is changed, and the frequency of single mode oscillation is changed.

【0008】[0008]

【実施例】図2は本発明の単一モード発振リングレーザ
の第1の実施例を示すもので、図中、11は光導波路基
板、12,13,14は光導波路基板11上あるいはそ
の内部において、一平面内に作製された光導波路であ
る。
FIG. 2 shows a first embodiment of a single mode oscillation ring laser of the present invention. In the figure, 11 is an optical waveguide substrate and 12, 13, 14 are on the optical waveguide substrate 11 or inside thereof. In, the optical waveguide manufactured in one plane.

【0009】光導波路12は少なくともその一部に希土
類元素をドープしたループ状の光導波路であり、その一
部の区間は光路長の異なる複数、ここでは2つの光導波
路12a,12bで構成されている。また、光導波路1
3は前記光導波路12にポンプ光を入力するための光導
波路であり、また、光導波路14は前記光導波路12か
ら光を出力するための光導波路である。
The optical waveguide 12 is a loop-shaped optical waveguide in which at least a part thereof is doped with a rare earth element, and a part of the section is composed of a plurality of optical waveguides 12a and 12b having different optical path lengths. There is. Also, the optical waveguide 1
Reference numeral 3 is an optical waveguide for inputting pump light to the optical waveguide 12, and optical waveguide 14 is an optical waveguide for outputting light from the optical waveguide 12.

【0010】前記構成において、光導波路13を介して
光導波路12に入力されたポンプ光は前述した2つの光
導波路12a,12bによって形成される2つのルー
プ、即ち12−1,12−2を通って該光導波路12内
の希土類元素を励起状態にし、ポンプ光パワーを増加さ
せると、誘導光が光導波路14を介して出力されるよう
になる。この時、出力信号光の発振周波数は、以下のよ
うに決定される。
In the above structure, the pump light input to the optical waveguide 12 through the optical waveguide 13 passes through the two loops formed by the above-mentioned two optical waveguides 12a and 12b, that is, 12-1 and 12-2. When the rare earth element in the optical waveguide 12 is excited to increase the pump light power, the guide light is output via the optical waveguide 14. At this time, the oscillation frequency of the output signal light is determined as follows.

【0011】今、前記2つのループ12−1及び12−
2の長さをそれぞれL1 及びL2 とすると、ループ12
−1及び12−2の共振器により発振が許される周波数
は、それぞれ図3の実線及び破線で示すように、 f=cN1 /nL1 ……(2) f=cN2 /nL2 ……(3) で与えられる(但し、N1 ,N2 は正の整数)。
Now, the two loops 12-1 and 12-
If the lengths of 2 are L1 and L2, respectively, the loop 12
The frequencies allowed to oscillate by the resonators -1 and 12-2 are f = cN1 / nL1 (2) and f = cN2 / nL2 (3) as shown by the solid and broken lines in FIG. 3, respectively. Given (where N1 and N2 are positive integers).

【0012】この際、ループ長L1 及びL2 を、レーザ
の発振しきい値を低くするために長くしても適当な長さ
に選ぶことによって、希土類元素の利得帯域内で式(2)
及び(3) が同時に満足される周波数を1つのみにする、
即ち本リングレーザを単一モード発振させることが可能
となる。
At this time, the loop lengths L1 and L2 are selected to be appropriate lengths in order to lower the oscillation threshold of the laser even if they are long, so that the expression (2) is obtained within the gain band of the rare earth element.
And (3) makes only one frequency satisfied at the same time,
That is, the present ring laser can be oscillated in a single mode.

【0013】ここで、ループ長L1 及びL2 の許容精度
は厳しいものとなるため、このようなリングレーザを光
ファイバを使用して作製することは現実には不可能であ
るが、本発明では、いわばLSIの光版ともいうべき平
面導波路光回路の技術を使用してリングレーザを作製す
るため、L1 及びL2 を精度良く設定可能である。
Here, since the tolerance of the loop lengths L1 and L2 becomes severe, it is practically impossible to manufacture such a ring laser using an optical fiber. However, according to the present invention, Since the ring laser is manufactured by using the technique of the planar waveguide optical circuit, which is also called an optical version of LSI, it is possible to set L1 and L2 with high accuracy.

【0014】図4は本発明の第2の実施例を示すもの
で、図中、21は光導波路基板、22,23,24は光
導波路基板21上あるいはその内部において、一平面内
に作製された光導波路、25は可変位相シフタである。
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. In the figure, 21 is an optical waveguide substrate, and 22, 23 and 24 are produced on or in the optical waveguide substrate 21 in one plane. The optical waveguide 25 is a variable phase shifter.

【0015】光導波路22は少なくともその一部に希土
類元素をドープしたループ状の光導波路であり、その一
部の区間は光路長の異なる複数、ここでは2つの光導波
路22a,22bで構成されている。また、光導波路2
3は前記光導波路22にポンプ光を入力するための光導
波路であり、また、光導波路24は前記光導波路22か
ら光を出力するための光導波路である。
The optical waveguide 22 is a loop-shaped optical waveguide at least a part of which is doped with a rare earth element, and a part of the section is composed of a plurality of optical waveguides 22a and 22b having different optical path lengths. There is. In addition, the optical waveguide 2
Reference numeral 3 is an optical waveguide for inputting pump light to the optical waveguide 22, and optical waveguide 24 is an optical waveguide for outputting light from the optical waveguide 22.

【0016】可変位相シフタ25は、前述したループ状
の2つの光導波路22a,22bのいずれか一方、ここ
では22bの光路長を変化させるためのものであり、具
体的には光導波路基板21の光導波路22b付近に貼り
付けられた又は埋め込まれたヒータである。また、光導
波路基板21上の光導波路22bの対応位置に光ビーム
を照射し、その熱効果によって光路長を変化させること
も可能である。
The variable phase shifter 25 is for changing the optical path length of either one of the above-mentioned two loop-shaped optical waveguides 22a and 22b, here, 22b, and specifically, the optical waveguide substrate 21. The heater is attached or embedded near the optical waveguide 22b. It is also possible to irradiate a corresponding position of the optical waveguide 22b on the optical waveguide substrate 21 with a light beam and change the optical path length by the thermal effect.

【0017】今、図5(a) に示すように、光導波路22
aによって構成されるループのp番目の発振モードの周
波数と、光導波路22bによって構成されるループのq
番目の発振モードの周波数とが一致し、本リングレーザ
が周波数fで単一モード発振しているとする。ここで、
可変位相シフタ25により光導波路22bの光路長を変
化させることによって、p+1番目の発振モードの周波
数とq+1番目の発振モードの周波数とを一致させる
と、図5(b) に示すように本リングレーザは周波数f+
Δfで発振するようになる。
Now, as shown in FIG. 5 (a), the optical waveguide 22
The frequency of the p-th oscillation mode of the loop constituted by a and the q of the loop constituted by the optical waveguide 22b.
It is assumed that the frequency of the second oscillation mode matches and the ring laser is oscillating in a single mode at a frequency f. here,
When the frequency of the p + 1-th oscillation mode and the frequency of the q + 1-th oscillation mode are matched by changing the optical path length of the optical waveguide 22b by the variable phase shifter 25, the ring laser shown in FIG. 5 (b) is obtained. Is the frequency f +
It comes to oscillate at Δf.

【0018】同様に、さらに位相シフト量を増加させる
ことにより、f+kΔf(kは整数)の周波数で単一モ
ード発振させることができ、周波数可変単一モード発振
リングレーザを実現できる。但し、前述した2つのルー
プの長さをそれぞれ前記同様、L1 及びL2 とし、L1
≒L2 =Lとすると、Δf=c/nLである。
Similarly, by further increasing the phase shift amount, single mode oscillation can be performed at a frequency of f + kΔf (k is an integer), and a frequency variable single mode oscillation ring laser can be realized. However, the lengths of the above-mentioned two loops are set to L1 and L2, respectively, similarly to the above, and L1
If .apprxeq.L2 = L, .DELTA.f = c / nL.

【0019】このようなリングレーザは、光周波数多重
通信の光受信器におけるチャネル選択用局発光源に非常
に適している。なぜならば、前記Δfをチャネル間周波
数間隔に一致させておくと、僅かな位相変化、即ち僅か
な電力で且つ高速に局発光源の周波数を、各チャネルに
割当てられた周波数に一致させてチャネル選択が可能と
なるからである。
Such a ring laser is very suitable as a local light source for channel selection in an optical receiver for optical frequency multiplex communication. This is because if Δf is matched with the inter-channel frequency interval, the frequency of the local oscillation light source can be matched with the frequency assigned to each channel at a high speed with a small phase change, that is, with a small power, and channel selection can be performed. Is possible.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項1に
よれば、少なくともその一部に希土類元素をドープした
ループ状の光導波路と、該ループ状の光導波路にポンプ
光を入力するための光導波路と、前記ループ状の光導波
路から光を出力するための光導波路とを一平面内に作製
した平面導波路光回路型のリングレーザにおいて、前記
ループ状の光導波路の少なくとも一部の区間を光路長の
異なる複数の光導波路で構成したため、多数の発振モー
ドを有する複数の共振器を形成し、そのうちの周波数の
一致した発振モードによって単一モード発振を行わせる
ことができ、安定した単一モード発振を行うリングレー
ザを提供できる。
As described above, according to claim 1 of the present invention, a loop-shaped optical waveguide, at least a part of which is doped with a rare earth element, and pump light is input to the loop-shaped optical waveguide. In the planar waveguide optical circuit type ring laser in which the optical waveguide of and the optical waveguide for outputting light from the loop-shaped optical waveguide are produced in one plane, at least a part of the loop-shaped optical waveguide Since the section is composed of multiple optical waveguides with different optical path lengths, multiple resonators with multiple oscillation modes can be formed, and single mode oscillation can be performed by the oscillation modes with the same frequency, which is stable. A ring laser that performs single-mode oscillation can be provided.

【0021】また、本発明の請求項2によれば、複数の
光導波路のうちの少なくとも1つにその光路長を変化さ
せる可変位相シフタを設けたため、周波数の一致する発
振モードを変化させることができ、発振周波数を変化さ
せることができるリングレーザを提供できる。
According to the second aspect of the present invention, since the variable phase shifter for changing the optical path length is provided in at least one of the plurality of optical waveguides, it is possible to change the oscillation mode in which the frequencies match. It is possible to provide a ring laser that can change the oscillation frequency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】従来のリングレーザの一例を示す構成図FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a conventional ring laser.

【図2】本発明の単一モード発振リングレーザの第1の
実施例を示す構成図
FIG. 2 is a configuration diagram showing a first embodiment of a single mode oscillation ring laser of the present invention.

【図3】図2の装置における発振周波数の説明図3 is an explanatory diagram of an oscillation frequency in the device of FIG.

【図4】本発明の単一モード発振リングレーザの第2の
実施例を示す構成図
FIG. 4 is a configuration diagram showing a second embodiment of a single mode oscillation ring laser of the present invention.

【図5】図4の装置における周波数可変機能の説明図5 is an explanatory diagram of a frequency variable function in the device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,21…光導波路基板、12,12a,12b,1
3,14,22,22a,22b,23,24…光導波
路、25…可変位相シフタ。
11, 21 ... Optical waveguide substrate, 12, 12a, 12b, 1
3, 14, 22, 22a, 22b, 23, 24 ... Optical waveguide, 25 ... Variable phase shifter.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 俊哉 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 小山田 弥平 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toshiya Sato 1-6, Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corp. Nippon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくともその一部に希土類元素をドー
プしたループ状の光導波路と、該ループ状の光導波路に
ポンプ光を入力するための光導波路と、前記ループ状の
光導波路から光を出力するための光導波路とを一平面内
に作製した平面導波路光回路型のリングレーザにおい
て、 前記ループ状の光導波路の少なくとも一部の区間を光路
長の異なる複数の光導波路で構成したことを特徴とする
単一モード発振リングレーザ。
1. A loop-shaped optical waveguide at least a part of which is doped with a rare earth element, an optical waveguide for inputting pump light to the loop-shaped optical waveguide, and light output from the loop-shaped optical waveguide. In a planar waveguide optical circuit type ring laser in which an optical waveguide for producing is formed in one plane, at least a part of the loop-shaped optical waveguide is configured by a plurality of optical waveguides having different optical path lengths. Characteristic single mode oscillation ring laser.
【請求項2】 複数の光導波路のうちの少なくとも1つ
にその光路長を変化させる可変位相シフタを設けたこと
を特徴とする請求項1記載の単一モード発振リングレー
ザ。
2. The single mode oscillation ring laser according to claim 1, wherein at least one of the plurality of optical waveguides is provided with a variable phase shifter for changing the optical path length.
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