JPH0745889A

JPH0745889A - モードロックリングレーザ

Info

Publication number: JPH0745889A
Application number: JP5208302A
Authority: JP
Inventors: Yuko Yamaguchi; 優子山口; Hiroshi Furukawa; 浩古川
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 1995-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、超高速通信や、光サンプリングな
どの計測技術において利用される短光パルスを発生する
モードロックリングレーザに関する。【構成】導波系内を周回するレーザ光に周回に同期し
て光変調をかけることによって、短光パルスを発生さ
せ、それを外部に出力するモードロックリングレーザに
おいて、変調作用をも備えた半導体光増幅器１を備え、
さらにそれを駆動する駆動回路２をもつ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超高速通信や、光サン
プリングなどの計測技術において利用される短光パルス
を発生するモードロックリングレーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】多量のデータを送信する超高速光通信を
可能にするには、例えば１００ｐｓ以下のパルス幅の狭
い光、すなわち短光パルスが必要であり、また、光サン
プリングなどの各種光計測においても、分解能の向上を
図るためには短光パルスが求められている。

【０００３】短光パルスの発生手段の一つとして現在知
られているものに、光ファイバをリング状に結合して導
波系としてのループを形成したファイバリング共振器を
用いたものがある。この例として、希土類ドープ光ファ
イバをレーザ媒質とし、それを光ファイバ等の導波系で
結合し、導波系内を周回するレーザ光に、周回に同期し
て光変調をかけるモード同期型のレーザ（以下、モード
ロックリングレーザという。）の構成を図６に示す。

【０００４】希土類ドープ光ファイバを用いたモードロ
ックリングレーザは、光を増幅する希土類ドープ光ファ
イバ３と、その希土類ドープ光ファイバ３を励起するた
めの励起用光源として用いられる半導体レーザ４と、半
導体レーザ４で励起された光と周回する光パルスとを合
波して希土類ドープ光ファイバ３に出力するための光カ
プラ５と、周回する光パルスの偏波面を制御する偏波面
コントローラ６と、周回する光パルスに変調をかけるた
め外部信号により光透過率が変化する光変調器７と、こ
の光変調器７を光パルスの周回時間またはその整数分の
一の周期の信号で駆動する駆動回路として高周波発振器
１１を有している。ここで、光変調器７を別個に備えな
くても励起用光源である半導体レーザ４に対して高周波
発振器などで変調をかけて希土類ドープ光ファイバ３を
変調器として動作させることも理論的には可能である。
しかし、希土類ドープ光ファイバ３は、キャリア寿命が
長く、高速変調が困難であるという問題があり現実的で
あるとはいえない。さらに、このモードロックリングレ
ーザでは所望の波長を選択するために可変波長フィルタ
９を備えている。そして、図６に示すように希土類ドー
プ光ファイバ３と可変波長フィルタ９と偏波面コントロ
ーラ６と光変調器７とはそれぞれ光ファイバでリング状
に結合され、全体でファイバリング共振器を構成してい
る。また、短光パルスは光カプラ１０等の光分岐手段に
よって外部に出力される。

【０００５】この短光パルスは以下の段階を経て生成さ
れる。希土類ドープ光ファイバ３に対して、半導体レー
ザ４で発生した光が光合波手段である光カプラ５を通し
て注入されると、希土類ドープ光ファイバ３はその光に
よって励起されて広いスペクトラムを持った光を発生す
る。その発生した光は、光ファイバを通って光変調器７
に達する。光変調器７は高周波発振器１１の信号で、通
過する光を変調するので、希土類ドープ光ファイバ３か
らの出力光は変調された光となって出力される。この変
調された光パルスがファイバリング共振器中を周回す
る。光パルスが光変調器７を通過するタイミングにあわ
せて変調をかけると、スイッチングによって光パルスの
中心付近の強度の強い部分のみが通過するようになる。
光パルスは周回を重ねることにより除々にパルス幅が狭
くなり、このスイッチングが繰り返されて幅の狭い短光
パルスが発生する。さらに、希土類ドープ光ファイバ３
を用いたモードロックリングレーザでは、希土類ドープ
光ファイバ３の利得が偏波無依存であり、周回するうち
に偏波が変動してしまうので、偏波面コントローラ６も
必要不可欠である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術で
述べたモードロックリングレーザでは以下の問題があ
る。第１に、希土類ドープ光ファイバを用いた場合、そ
のファイバ長は数メートルから１００メートル程度必要
であるため、ファイバリング共振器の共振器長も長くな
り、発生する光パルスの安定性に欠けるという問題があ
る。第２に、希土類ドープ光ファイバを用いたモードロ
ックリングレーザは、希土類ドープ光ファイバを光によ
る励起を行って、増幅媒質として作用させるものである
が、そのための励起用光源として半導体レーザが、その
励起光を希土類ドープ光ファイバに注入するためには光
カプラがそれぞれ必要であり、また、光を変調するため
には光変調器が不可欠である。さらに、希土類ドープ光
ファイバ３の利得が偏波無依存であり、周回するうちに
偏波が変動してしまうので、偏波面コントローラ６も必
要不可欠である。そのため、希土類ドープ光ファイバを
用いたモードロックリングレーザの構成はかなり大きな
ものとなる。第３に、希土類ドープ光ファイバはそのフ
ァイバが有する波長帯域が２５ｎｍ程度に限られてしま
い、出力される光の波長帯域も限られたものとなる。第
４に、希土類ドープ光ファイバは、三準位系の励起とな
りキャリア寿命、すなわちキャリアが注入されてから再
結合されるまでの時間が長いために高速の変調を行うこ
とができない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】モードロックリングレー
ザの導波系内に半導体光増幅器を導入することについて
は従来は光ファイバなどの光導波系と半導体光増幅器の
接続が大きな結合損失を伴うことが原因として採用が疑
問視されてきた。本出願人においては、例えば半導体光
増幅器モジュールを製品として開発し、結合損失の小さ
なものが実用化されるようになったことが以下に述べる
本発明のような手段を採用できたことの背景にある。す
なわち、本発明が採用した手段は、従来の技術のモード
ロックリングレーザがかかえていた上記四つの問題点を
解決するために、モードロックリングレーザにおいて半
導体光増幅器を用いたことである。すなわち、半導体光
増幅器に対して特定方法で変調をかけるため、半導体光
増幅器の出力と入力とを高々数ｍの長さの導波系で接続
した。また、この導波系の途中で波長選択手段として可
変波長フィルタ９を設けて所望の波長を選択できるよう
にしておくことは有効である。

【０００８】

【作用】本発明の半導体光増幅器１を用いたモードロッ
クリングレーザの作用を以下説明する。本発明のモード
ロックリングレーザは、半導体光増幅器１を用いている
ので、従来の技術で述べたモードロックリングレーザと
は異なり、以下のように動作する。まず、半導体光増幅
器１内で発生する広いスペクトルをもった種子の光（こ
れを雑音光とよぶ場合もある。）は、半導体光増幅器１
に駆動回路２から加えられた変調信号によって変調され
た光となって出力される。その光は光ファイバなどの導
波系で作られたループ内を周回する。周回した光が半導
体光増幅器１に入力された際に、その光が導波系のルー
プ内を一周する時間またはその整数分の一の周期で、半
導体光増幅器１に駆動回路２から変調信号を加えて、光
変調作用を行う。このように半導体光増幅器１は、増幅
を行うという本来の作用と同時に変調をする媒質として
も作用する。そのため、従来の技術で述べたモードロッ
クリングレーザのように励起用光源である半導体レーザ
４、光を合波する光カプラ５、光変調器７を備える必要
がないので、構成が小さいものとなる。また、ループ中
に所望の波長を選択するための可変波長フィルタ９を置
くと、半導体光増幅器１の利得波長帯域の範囲で、かつ
可変波長フィルタ９の波長可変範囲の波長で、発振波長
を選択することができ、波長選択性は向上する。さら
に、半導体光増幅器１は、その利得が元来偏波依存性を
有しており、従来の技術で必要不可欠とされた偏波面コ
ントローラ６も不要となる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明に実施例を述べる。（第１の実施例）第１の実施例を以下に述べる。第１の
実施例では、本発明の構成をより具体的に説明する。ま
ず、本発明の半導体光増幅器１は、半導体レーザと、そ
の素子の両端面の反射を抑制するための無反射膜を施し
たものでなる。ここでの半導体レーザの活性層はＩｎ
_1-xＧａ_xＡｓ_yＰ_1-yでなり、半導体光増幅器としての利
得波長帯域が１．５２μｍから１．５８μｍであり、こ
の範囲の波長で発振可能である。また、その特性は偏波
によって利得が異なる偏波依存性を有する。

【００１０】次に、駆動回路２は高周波発振器１１と、
バイアス電流源１２と、それらを重塁して半導体光増幅
器１に注入するバイアスティ１３からなる。高周波発振
器１１はディジタル伝送用の信号発生器など、汎用のも
のであっても可能である。

【００１１】さらに、波長選択手段として可変波長フィ
ルタ９がある。波長選択手段は必要不可欠なものではな
く、所望の波長で周回させる際にループ中に挿入し、半
導体光増幅器１の利得波長帯域の範囲で、かつ可変波長
フィルタ９の波長可変範囲の波長で、発振波長を選択す
る。

【００１２】そして、光パルスを外部に出力する手段は
光カプラ１０でなる。また、光学薄膜からなる光分波器
でも可能である。

【００１３】そして、最後に、外部に出力された光をフ
ォトダイオード１４で受光し、その光をサンプリングス
コープ１５などで観察する。

【００１４】（第２の実施例）第２の実施例を図２を用
いて以下に述べる。第２の実施例では、本発明の半導体
光増幅器１に、偏波依存型のアイソレータ１６とそれに
結合された偏波保存ファイバ１７とを一体としてモジュ
ール化したものである。従来の技術において述べた、希
土類ドープ光ファイバ３を用いたモードロックリングレ
ーザでは、希土類ドープ光ファイバ３の利得が偏波無依
存であり、周回するうちに偏波が変動してしまうので、
偏波面コントローラ６を有しているが、本発明では、半
導体光増幅器１自身に偏波依存性が存在するので、偏波
面コントローラ６は必要不可欠ではない。ただ、レーザ
として発振させる場合に一定の偏波で光パルスが周回し
ていることが望ましい。そこで、本実施例では、一定の
偏波を選択する偏波依存型のアイソレータ１６とそれに
結合された偏波保存ファイバ１７とを備えた。

【００１５】（第３の実施例）第３の実施例を図３を用
いて以下に述べる。第３の実施例では、本発明の構成に
おいて、ループ中に可飽和吸収体１８を設けたものであ
る。可飽和吸収体１８は、量子井戸構造からなる結晶で
なり、光パルスが入射されるとその前半部は吸収され、
光パルスのピーク近傍では、入射パルスによって吸収が
飽和するためそのまま通過することになる。この作用に
よって周回する光パルスの急峻化が行われる。ループ中
に可飽和吸収体１８を設けることによりループ中を周回
する光パルスが可飽和吸収体１８を通過するたびに急峻
化される。その結果より狭い光パルスを得ることができ
た。

【００１６】（第４の実施例）第４の実施例を図４を用
いて以下に述べる。第４の実施例では、本発明の構成に
おいて、半導体光増幅器１を二個有している。一方の半
導体光増幅器１ａは光変調器として用いた。その半導体
光増幅器１ａを変調器として用いる際、ループ全体とし
ての利得がより短い利得が得られるように動作させるこ
とで、よりパルス幅の狭い光パルスが得ることができ
た。そのひとつの手段として、半導体光増幅器１ａに逆
バイアスをかけておくことがある。これによれば駆動波
形の上をクリップして使うことができ、より急峻に変調
をかけることとなり、よりせまい光パルことができた。
他方の半導体光増幅器１ｂは光増幅器としてのみ作用
し、逆バイアスをかけたことによる全体の利得の低下を
補う。

【００１７】（第５の実施例）第５の実施例を図５を用
いて以下に述べる。第５の実施例では、本発明の構成に
おいて、半導体光増幅器を二個有し、その両方の半導体
光増幅器１ａ、１ｂを変調器として用いている。駆動回
路２ａにより一方の半導体光増幅器１ａに電気的な変調
信号をかけ、他方の半導体光増幅器１ｂにも、遅延回路
１９による制御のもと、駆動回路２ｂにより同一の変調
信号を半導体光増幅器１ａから出射した光が光ファイバ
を通って他方の半導体光増幅器１ｂに入射する時間だけ
遅延させて変調をかける。そうするとリング共振器中を
一回周回することで二回パルスを狭くする作用を受ける
こととなりよりパルス幅の狭い光パルスが得られた。

【００１８】以上、本発明の実施例においては、光が伝
搬するループは光ファイバで形成したループに限ってい
るが、光を伝搬し、半導体光増幅器から出力された光が
帰還するものであればよく、例えば、ガラスブロックに
チタンを混入して導波路を形成したり、半導体で導波路
を形成したりして、導波系を構成しても可能であること
はいうまでもない。

【００１９】

【発明の効果】本発明では以下の効果が得られる。第１
に、増幅器として、半導体光増幅器を用いているので、
ファイバリング共振器の共振器長が２〜３メートルと短
くなり、発生する光パルスの安定性が向上する。第２
に、半導体光増幅器は通常の半導体レーザと同様に電気
的に励起すればよいし、変調器としても作用するので、
別個に励起用の光源は不要であり、また、その励起光を
希土類ドープ光ファイバに注入するための光カプラ、光
を変調する光変調器も不要である。そのため、希土類ド
ープ光ファイバを用いたモードロックリングレーザに比
較して構成が簡単になる。第３に、本発明で用いられて
いる半導体光増幅器は、半導体レーザをもとに作製され
ているので、その半導体レーザが発振が可能な広い波長
帯の短光パルスを発生することができる。第４に、本発
明で用いられている半導体光増幅器では、キャリアの寿
命時間が短く、高速の変調を行うことが可能である。さ
らに、付け加えると半導体光増幅器自体、素子長が数１
００μｍ程度と非常に短くなるためファイバリング共振
器の共振器長が短くなり、また、本発明ではファイバリ
ング共振器中の構成要素を減らすことができるため、共
振器中の損失が減り、モードロックリングレーザの発振
に必要な増幅媒質の利得を少なくすることができる。

【００２０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示した図。

【図２】本発明の第２の実施例を構成を示した図。

【図３】本発明の第３の実施例を構成を示した図。

【図４】本発明の第４の実施例を構成を示した図。

【図５】本発明の第５の実施例を構成を示した図。

【図６】従来の技術の構成を示した図。

【符号の説明】

１半導体光増幅器。１ａ半導体光増幅器。１ｂ半導体光増幅器。２駆動回路。２ａ駆動回路。２ｂ駆動回路。３希土類ドープ光ファイバ４半導体レーザ。５光カプラ。６偏波面コントローラ。７光変調手段。８駆動回路。９可変波長フィルタ。１０光カプラ。１１高周波発振器。１２バイアス電流源。１３バイアスティ。１４フォトダイオード。１５サンプリングスコープ。１６偏波依存型のアイソレータ。１７偏波保存ファイバ。１８可飽和吸収体。１９遅延回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導波系内を周回するレーザ光に周回に同期
して光変調をかけることによって、短光パルスを発生さ
せ、それを外部に出力するモードロックリングレーザに
おいて、半導体光増幅器（１）と、周回するレーザ光に周回に同
期して変調をかける信号を発生する前記半導体光増幅器
のための駆動回路（２）とを含むことを特徴とするモー
ドロックリングレーザ。