JPH08298340A - Optical pulse transmission system and optical pulse transmission element - Google Patents

Optical pulse transmission system and optical pulse transmission element

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JPH08298340A
JPH08298340A JP10343995A JP10343995A JPH08298340A JP H08298340 A JPH08298340 A JP H08298340A JP 10343995 A JP10343995 A JP 10343995A JP 10343995 A JP10343995 A JP 10343995A JP H08298340 A JPH08298340 A JP H08298340A
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JP
Japan
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optical
pulse
optical pulse
wavelength
signal
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Application number
JP10343995A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kensuke Ogawa
憲介 小川
Toshio Katsuyama
俊夫 勝山
Takeyuki Hiruma
健之 比留間
Naoki Kayane
直樹 茅根
Nobuhiko Kikuchi
信彦 菊池
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
  • Dc Digital Transmission (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

PURPOSE: To obtain time division/wavelength division multiplex optical transmis sion system by performing optical pluse compression.amplification and optical pulse signal isolation for which small-sized semiconductor elements are used, by installing optical pulse transmission elements which perform signal pluse width compression. CONSTITUTION: Optical pulse transmission elements which perform signal pulse width compression are installed. For example, in time division/wavelength division multiplex transmission system, an optical signal pulse train of a waveform 18 is generated by light emitting elements 1 and 2 for signal input of m channels wherein two wavelengths 11, 12 are multiplexed. The respective channel signals become time division multiplex optical pulse trains 4 and 6 of a waveform 19 through an optical pulse compression multiplex part 3, and propagate on a transmission line 13. In time division/wavelength division receiving system, time division multiplex optical pulse trains 7, 8 of wavelengths 11, 12 of a waveform 22 are subjected to waveform recovery and optical pulse isolation into m-number of channels by a pulse compression/isolation part 9. The signal is delivered to photodetection elements 10, 11.

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、光パルス圧縮・増幅を
用いた光信号多重を行なう光伝送システムと、それを構
成する光・電子素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical transmission system for performing optical signal multiplexing using optical pulse compression / amplification, and an optical / electronic element constituting the optical transmission system.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の超短パルス伝送のための光パルス
圧縮・増幅方法では、エルビウムを添加した光ファイバ
を高出力レーザパルスで励起して、相互位相変調効果を
利用することによって信号光のパルス幅を圧縮する手段
がとられている。その技術内容は、「光パルス圧縮増幅
方法」特開平3ー46635において記述されている。
この技術によれば、パルス幅が拡がり、強度が減衰した
信号光パルスを圧縮するために、圧縮用光ファイバに入
射し、ついで信号光パルスよりも短波長で、強度と群速
度の大きい圧縮用の励起光パルスを、これより遅らせて
入射することにより、信号光パルスの立ち下がり部に負
のチャープが生じ、パルス幅が短くなる。また、エルビ
ウム励起下での光増幅効果により、信号光パルスが増幅
される。
2. Description of the Related Art In a conventional optical pulse compression / amplification method for ultrashort pulse transmission, an optical fiber doped with erbium is excited by a high-power laser pulse and a cross phase modulation effect is utilized to generate a signal light. Means have been taken to compress the pulse width. The technical contents thereof are described in "Optical pulse compression / amplification method" in JP-A-3-46635.
According to this technology, in order to compress the signal light pulse whose pulse width has been expanded and whose intensity has been attenuated, it is incident on the optical fiber for compression, and then at a wavelength shorter than that of the signal light pulse By injecting the excitation light pulse of (1) later than this, a negative chirp is generated at the falling portion of the signal light pulse, and the pulse width is shortened. Further, the signal light pulse is amplified by the optical amplification effect under the erbium excitation.

【0003】また、従来の光パルス圧縮素子は、光ファ
イバによる自己位相変調効果により、入射光の波長帯域
を拡大し、分散媒質または回折格子対の群速度分散を用
いて、光パルス幅を圧縮する。その基礎特性について、
アプライド フィジクス レターズ1982年、第41
巻、1から3ページ(APPLIED PHYSICS LETTERS Vol.41,
pp. 1-3 (1982))に記述されている。光ファイバと回折
格子対を用いたパルス圧縮素子、また光ファイバと分散
媒質(原子気体または半導体膜)を用いたパルス圧縮素
子それぞれが、アプライド フィジクス レターズ 1
982年 第40巻 761から763ページ(APPLIED
PHYSICS LETTERS Vol.40, pp. 761-763(1982))、オプ
テイクス レターズ 1981年 第6巻 13から1
5ページ(OPTICS LETTERS, Vol. 6, PP. 13-15 (198
1))、またはアプライド フィジクスレターズ 198
2年 第41巻 4から6ページ(APPLIED PHYSICS LET
TERSVol.41, pp. 4-6 (1982))に、例示されている。
The conventional optical pulse compression element expands the wavelength band of incident light by the self-phase modulation effect of the optical fiber and compresses the optical pulse width by using the group velocity dispersion of the dispersive medium or the diffraction grating pair. To do. Regarding its basic characteristics,
Applied Physics Letters 1982, 41st
Volume 1 to 3 (APPLIED PHYSICS LETTERS Vol.41,
pp. 1-3 (1982)). A pulse compression element using an optical fiber and a diffraction grating pair, and a pulse compression element using an optical fiber and a dispersion medium (atomic gas or semiconductor film) are applied Physics Letters 1
982 Volume 40, pp. 761-763 (APPLIED
PHYSICS LETTERS Vol.40, pp. 761-763 (1982)), Optics Letters 1981 Volume 6 13-1
Page 5 (OPTICS LETTERS, Vol. 6, PP. 13-15 (198
1)), or Applied Physics Letters 198.
2nd Volume 41, 4 to 6 pages (APPLIED PHYSICS LET
TERS Vol.41, pp. 4-6 (1982)).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】エルビウム添加光ファ
イバを用いた光パルス圧縮・増幅方法では、信号光パル
スを圧縮するためには、励起光パルスを信号光パルスと
同じ繰り返し周波数で圧縮用光ファイバに入射しなけれ
ばならない。しかしながら、100Gb/s以上の伝送
容量を達成するために、時間分割多重という方法がとら
れる。これは、単一の発光素子では、そのような高周波
での変調が困難であるためである。つまり、100Gb
/s以上の伝送領域では、単一レーザ素子からの励起光
パルスで信号光パルスを圧縮できなくなってしまう。励
起光パルスを発生するために多数のレーザからの光パル
スを時間分割多重したパルスを発生することが要求され
る。これは、伝送容量が増すにつれて、装置の大型化を
進めることとなり、大容量伝送システムにおいては、利
用が困難である。また、圧縮用ファイバの長さや信号光
パルスと励起光パルスの時間遅延、繰り返し周波数の精
密制御が必要という、制約が加わる。また、使用する波
長領域が限定されるため、時間分割多重と波長分割多重
を組み合わせた、一層の大容量化に対応できない。大容
量伝送システムの運用のためには、エルビウム添加光フ
ァイバを用いた光パルス圧縮・増幅方法に代わり、非線
形効果によらず、線形効果による光パルス圧縮あるい
は、定常光・定常電流下での光パルス圧縮・増幅を可能
とする手段を実現しなければならない。
In the optical pulse compression / amplification method using the erbium-doped optical fiber, in order to compress the signal light pulse, the pumping light pulse is compressed at the same repetition frequency as the signal light pulse. Must be incident on. However, in order to achieve a transmission capacity of 100 Gb / s or more, a method called time division multiplexing is adopted. This is because it is difficult to modulate at such a high frequency with a single light emitting element. That is, 100 Gb
In the transmission region of / s or more, the signal light pulse cannot be compressed by the pumping light pulse from the single laser element. In order to generate a pumping light pulse, it is required to generate a time-division multiplexed pulse of light pulses from a number of lasers. This means that as the transmission capacity increases, the size of the device increases, which makes it difficult to use in a large-capacity transmission system. In addition, the length of the compression fiber, the time delay between the signal light pulse and the pumping light pulse, and the precise control of the repetition frequency are required to be restricted. In addition, since the wavelength range to be used is limited, it is not possible to cope with a further increase in capacity by combining time division multiplexing and wavelength division multiplexing. For the operation of large-capacity transmission system, instead of the optical pulse compression / amplification method using erbium-doped optical fiber, the optical pulse compression is performed by the linear effect instead of the non-linear effect, or the optical under the steady light / steady current is used. Means must be realized to enable pulse compression / amplification.

【0005】光ファイバを用いたパルス圧縮装置では、
半導体レーザのパルス幅10ないし20ピコ秒、繰返し
周波数10GHz、平均出力5mWの光パルスを1ピコ
秒以下のパルス幅に圧縮するためには、光ファイバ長は
100m以上となる。信号多重通信を行う場合には、多
重する信号の個数だけこの装置が必要となり、容積の問
題は多重度が増すにつれて、より深刻になる。この装置
を大容量光伝送網内に設置することは、多大な費用と空
間を必要とし、性能維持のための頻繁な点検調整などの
問題がある。たとえ地震が発生しても、点検・調整を必
要としない装置の実現が、信頼性の高い大容量伝送シス
テムにとって必要である。 本発明の目的は、小型半導
体素子を用いた光パルス圧縮・増幅・光パルス信号分離
を行うことによる時間分割・波長分割多重光伝送システ
ムを提供することにある。
In the pulse compression device using the optical fiber,
In order to compress an optical pulse having a pulse width of 10 to 20 picoseconds of a semiconductor laser, a repetition frequency of 10 GHz and an average output of 5 mW to a pulse width of 1 picosecond or less, the optical fiber length is 100 m or more. When performing signal multiplex communication, this device is required for the number of signals to be multiplexed, and the volume problem becomes more serious as the degree of multiplexing increases. Installing this device in a large-capacity optical transmission network requires a large amount of cost and space, and has problems such as frequent inspection and adjustment for maintaining performance. Even if an earthquake occurs, it is necessary for a reliable large-capacity transmission system to realize a device that does not require inspection and adjustment. It is an object of the present invention to provide a time division / wavelength division multiplexing optical transmission system by performing optical pulse compression / amplification / optical pulse signal separation using a small semiconductor element.

【0006】本発明の他の目的は、任意の場所に設置可
能で、点検調整が不用であり、さらに耐震型高速光通信
の構築を可能とする、小型の光パルス圧縮素子を提供す
ることである。
Another object of the present invention is to provide a compact optical pulse compression element which can be installed at any place, does not require inspection and adjustment, and enables construction of seismic resistant high-speed optical communication. is there.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的は、信
号パルス幅圧縮を行う光パルス伝送素子を光パルス伝送
システムに設けることにより達成される。
The above object of the present invention is achieved by providing an optical pulse transmission device for performing signal pulse width compression in an optical pulse transmission system.

【0008】また、2種類以上の異なる波長を有する複
数の光信号のパルス幅を圧縮する装置と、上記光信号の
パルス幅を増幅する装置と、上記装置を通過した信号を
時間分割多重および波長分割多重する、あるいは多重を
解く装置からなる光パルス伝送システムを実現すること
により達成される。
Further, a device for compressing the pulse width of a plurality of optical signals having two or more different wavelengths, a device for amplifying the pulse width of the optical signal, and a signal which has passed through the device are time-division multiplexed and wavelength-multiplexed. This is achieved by realizing an optical pulse transmission system including a device for division multiplexing or demultiplexing.

【0009】さらに、入力パルス幅を△t、出力パルス
幅を△t’、光の伝送方向の素子の幅をL(mm)とした場
合、ミリメートルあたりの光のパルス幅圧縮率(△t/
△t’)/L(mm)は、1以上であること、および、基板
上に、半導体柱を複数個配列した構造からなる波長帯域
拡大部と、半導体多層構造からなる入射光の群速度変調
部を少なくとも含むことによって構成される光パルス伝
送素子を実現することにより達成される。
Further, when the input pulse width is Δt, the output pulse width is Δt ′, and the width of the element in the light transmission direction is L (mm), the light pulse width compression ratio per millimeter (Δt /
Δt ') / L (mm) is 1 or more, and the wavelength band expansion part having a structure in which a plurality of semiconductor columns are arranged on the substrate, and the group velocity modulation of incident light having a semiconductor multilayer structure. This is achieved by realizing an optical pulse transmission device configured by including at least a part.

【0010】[0010]

【作用】図1に全体構成を示した光パルス伝送システム
では、光信号の時間分割多重と波長分割多重を1システ
ムの中で同時に実現できる。これを可能とした基本的要
素は、複数波長で動作することが可能な光パルス圧縮素
子・信号光パルス位相変調素子を中心とした送信・中継
・受信システムである。図1のシステムの細部の構成
は、図2から図9において、示されている。ここでは、
多波長光パルス圧縮素子・多波長信号光パルス位相変調
素子の動作原理について、説明する。図1から図9に示
したシステムでは、二波長動作を前提としたシステムと
して、構成が与えられている。しかし、以下で述べるよ
うに、このシステムが三つ以上の波長に拡大できること
は、自明である。
In the optical pulse transmission system whose overall configuration is shown in FIG. 1, time division multiplexing and wavelength division multiplexing of optical signals can be realized simultaneously in one system. The basic element that made this possible is a transmission / relay / reception system centered on an optical pulse compression element / signal optical pulse phase modulation element capable of operating at multiple wavelengths. Detailed configurations of the system of FIG. 1 are shown in FIGS. here,
The operation principle of the multi-wavelength optical pulse compression element / multi-wavelength signal optical pulse phase modulation element will be described. In the system shown in FIGS. 1 to 9, the configuration is given as a system assuming a dual wavelength operation. However, it is self-evident that this system can be extended to more than two wavelengths, as described below.

【0011】最初に、光パルス圧縮の原理について説明
する。まず、理想的な(チャープしていないという意
味)光パルスを圧縮する過程について、述べる。その光
パルスの波長ー時間特性の一例は、図10(a)であ
る。理想的光パルスの圧縮には、波長帯域拡大(自己位
相変調)と群速度分散を利用する。(i)3次の光学非
線形性を有する媒質の自己位相変調効果により、パルス
圧縮を受けるべき入射光の波長帯域を拡大させ(例え
ば、図11の素子を使う)、(ii)群速度分散すなわ
ち媒質の屈折率の波長微分特性を利用した群速度変調に
より、出射光パルスの各波長での伝搬時間をそろえ(例
えば、図12の素子を使う)、パルス幅を圧縮する。つ
まり、入射光の波長帯域dlを拡げるかわりに、時間軸
上でパルス幅dtを圧縮する。これは、光のコヒーレン
ス性を反映した法則: (c/l^2)dl*dt=1 に従うものである。ここで、c、lは、それぞれ光速
度、入射光の中心波長である。以下、特に断らない限
り、*、/、^およびd[ ]/dtは、乗算、除算、
べき乗、微分演算を表すものとする。光パルスの波長時
間特性は、パルス幅が長いときは図10(a)に、また
短いときには(c)に対応する。自己位相変調(波長帯
域拡大)後の光パルスは、図10(b)の状態に対応す
る。図10(b)は、(a)から(b)へ移行する途中
の中間状態である。
First, the principle of optical pulse compression will be described. First, the process of compressing an ideal (non-chirped) light pulse will be described. An example of the wavelength-time characteristic of the light pulse is shown in FIG. Wavelength band expansion (self-phase modulation) and group velocity dispersion are used for ideal optical pulse compression. (I) The wavelength band of the incident light to be pulse-compressed is expanded by the self-phase modulation effect of the medium having the third-order optical nonlinearity (for example, the element of FIG. 11 is used), and (ii) the group velocity dispersion, that is, By group velocity modulation using the wavelength differential characteristic of the refractive index of the medium, the propagation time at each wavelength of the emitted light pulse is aligned (for example, the element of FIG. 12 is used), and the pulse width is compressed. That is, instead of expanding the wavelength band dl of the incident light, the pulse width dt is compressed on the time axis. This follows the law that reflects the coherence of light: (c / l ^ 2) dl * dt = 1. Here, c and l are the light velocity and the central wavelength of the incident light, respectively. Hereinafter, unless otherwise specified, *, /, ^ and d [] / dt are multiplication, division,
It is assumed to represent exponentiation and differential operations. The wavelength-time characteristic of the optical pulse corresponds to FIG. 10A when the pulse width is long, and corresponds to FIG. 10C when the pulse width is short. The optical pulse after self-phase modulation (wavelength band expansion) corresponds to the state of FIG. FIG. 10B is an intermediate state in the process of shifting from (a) to (b).

【0012】3次の光学非線形性の一つである光カー効
果による自己位相変調効果では、パルス光を入射する
と、光強度の時間発展に伴って、媒質の屈折率が変化し
位相変調が生ずる。定式化すると、 dph(t)=(w/c)dn(t)*x、 および dn(t)=n2*I(t)。
In the self-phase modulation effect by the optical Kerr effect, which is one of the third-order optical nonlinearities, when pulsed light is incident, the refractive index of the medium changes with the time evolution of the light intensity, and phase modulation occurs. . When formulated, dph (t) = (w / c) dn (t) * x, and dn (t) = n2 * I (t).

【0013】ここで、dph(t)、w、dn(t)、
x、n2、I(t)は、それぞれ位相変化量、角周波
数、屈折率変化量、媒質長、非線形屈折率、光強度であ
る。入射光の伝搬に伴い、位相変化dph(t)は、次
式を通じて波長変化を引き起こす: (c/l^2)dl(t)=-d[dph(t)]/dt。
Where dph (t), w, dn (t),
x, n2, and I (t) are the phase change amount, the angular frequency, the refractive index change amount, the medium length, the nonlinear refractive index, and the light intensity, respectively. With the propagation of incident light, the phase change dph (t) causes a wavelength change through the following equation: (c / l ^ 2) dl (t) =-d [dph (t)] / dt.

【0014】これより、入射光の強度が強くパルス波形
が急峻であるほど、波長帯域拡大は大きくなることがわ
かる。光カー効果は、位相を乱さないコヒーレント過程
であるため、自己位相変調は、光キャリアの緩和時間な
どの時定数の影響を受けず、光パルスの時間変化に完全
に追従する。これは、半導体増幅器における利得飽和を
利用した自己位相変調には見られない利点である。
From this, it is understood that the wavelength band expansion increases as the intensity of the incident light increases and the pulse waveform becomes steeper. Since the optical Kerr effect is a coherent process that does not disturb the phase, the self-phase modulation is not affected by the time constant such as the relaxation time of the optical carrier and completely follows the time change of the optical pulse. This is an advantage not found in self-phase modulation utilizing gain saturation in a semiconductor amplifier.

【0015】光カー効果の起源として量子ドット構造ア
レイ(図11)における電子、正孔系または電子ー正孔
系の光学遷移による非線形性を利用する。電子系のサブ
バンド間遷移に関するエネルギー状態を図13に、電子
ー正孔系のバンド間遷移に関するエネルギー状態を図1
4に示す。入射光の伝搬方向kxは、図11の1110
に示したように基板に平行な方向である。入射光の偏光
方向は、直線偏光の場合を考えると、基板に平行(p
x)と直交(pz)の二通りがある。一般に、量子構造
の光応答では、偏光依存性が発生するが、図11の半導
体微細柱状構造1102における各量子ドットの縦方向
の閉じこめ厚と横方向の閉じこめ厚を同程度にすること
により、偏光依存性を解消することができる。これは、
自己位相変調などの非線形効果だけでなく、屈折率分散
などの線形効果にも当てはまる。
As the origin of the Kerr effect, the nonlinearity due to the optical transition of the electron, hole system or electron-hole system in the quantum dot structure array (FIG. 11) is used. FIG. 13 shows the energy states related to the inter-subband transition of the electron system, and FIG.
4 shows. The propagation direction kx of the incident light is 1110 in FIG.
The direction is parallel to the substrate as shown in. The polarization direction of the incident light is parallel to the substrate (p
There are two types, x) and orthogonal (pz). Generally, in the optical response of the quantum structure, polarization dependence occurs. However, by making the vertical confinement thickness and the lateral confinement thickness of each quantum dot in the semiconductor fine columnar structure 1102 in FIG. Dependency can be eliminated. this is,
This applies not only to nonlinear effects such as self-phase modulation, but also to linear effects such as refractive index dispersion.

【0016】以下、まずサブバンド間遷移を利用する場
合について述べる。サブバンド遷移を利用すると、バン
ド間遷移よりも効率の高い波長帯域拡大(自己位相変
調)が行われる可能性がある。これは、サブバンド遷移
の振動子強度が、量子閉じ込めのサイズに比例するため
である。バンド間遷移では、振動子強度は結晶格子間隔
に比例する。
First, the case of utilizing inter-subband transition will be described below. When subband transition is used, there is a possibility that wavelength band expansion (self-phase modulation) that is more efficient than interband transition is performed. This is because the oscillator strength of the subband transition is proportional to the size of the quantum confinement. At the band-to-band transition, the oscillator strength is proportional to the crystal lattice spacing.

【0017】素子としての効率を考えると、入射光の損
失の低減化を図ることが必要である。そのため、キャリ
アである電子を注入(図11の1103、1112)し
反転分布を形成し、エネルギーの低い下位準位からエネ
ルギーの高い上位準位への遷移に伴う光子の吸収分を、
上位準位から下位準位への遷移に伴う光子放出により補
償する必要がある。キャリア注入には、図13(a)の
定常電流による場合と(b)の定常光照射による場合
の、2通りの方法がある。おのおのの場合で、基板表面
と直交する方向に沿ったエネルギー変化、および量子閉
じ込めの物理的配置を示す。基本単位は、三つの結合量
子ドットからなる構造である。上位準位E1、E2は、
バリア3に隔てられたドット2および3の間で、トンネ
ル結合して生じた準位であり、ドット1(1301)に
はこれらの準位の電子は分布しない。下位準位E3、E
4は、バリア2に隔てられたドット1および2(130
2)の間でトンネル結合して発生した準位であり、ドッ
ト3(1303)に電子は分布しない。
Considering the efficiency as an element, it is necessary to reduce the loss of incident light. Therefore, electrons as carriers are injected (1103 and 1112 in FIG. 11) to form an inversion distribution, and the absorption amount of photons accompanying the transition from the low energy low level to the high energy high level is
It is necessary to compensate by the photon emission accompanying the transition from the upper level to the lower level. There are two methods for carrier injection, namely, the case of using the steady current shown in FIG. 13A and the case of using the steady light irradiation shown in FIG. 13B. In each case, the energy changes along the direction orthogonal to the substrate surface and the physical arrangement of quantum confinement are shown. The basic unit is a structure composed of three coupled quantum dots. The upper levels E1 and E2 are
It is a level generated by tunnel coupling between the dots 2 and 3 separated by the barrier 3, and electrons at these levels are not distributed to the dot 1 (1301). Lower level E3, E
4 is the dots 1 and 2 (130
This is a level generated by tunnel coupling between 2), and no electrons are distributed in the dot 3 (1303).

【0018】定常電流注入の場合、電流はバリア1を通
過して上位準位E3、E4に電子分布を作り、放射遷移
によりE3、E4へと移動する。バリア4を通して、高
速で電子を取り出すことにより、下位準位の電子分布を
疎にし、反転分布を達成する。ドット1、2、3の厚み
は、例えば、1nm、3nm、1.5nmである。バリ
ア厚みは1ないし3nm程度であり、反転分布と注入電
流量を最適化するように決める。上位また下位準位内で
のエネルギー分裂は、上下位間のエネルギー差dEに比
べて、十分小さい。dEに中心光子エネルギーが一致す
る光を入射パルスとして入射すると、出射されるパルス
は、自己位相変調効果により波長帯域拡大を示す。結合
量子ドット構造を多重化した構造が、図11(b)に示
したものである。電流注入の場合は、多重量子ドット
(1108)の上下にあるD1、D2の各層は不純物が
添加される。
In the case of steady current injection, the current passes through the barrier 1 to form an electron distribution in the upper levels E3 and E4, and moves to E3 and E4 by radiative transition. By extracting electrons at high speed through the barrier 4, the electron distribution in the lower level is made sparse and the population inversion is achieved. The dots 1, 2, and 3 have thicknesses of 1 nm, 3 nm, and 1.5 nm, for example. The barrier thickness is about 1 to 3 nm and is determined so as to optimize the population inversion and the amount of injected current. The energy splitting in the upper and lower levels is sufficiently smaller than the energy difference dE between the upper and lower levels. When light whose central photon energy matches dE is incident as an incident pulse, the emitted pulse exhibits a wavelength band expansion due to the self-phase modulation effect. The structure in which the coupled quantum dot structures are multiplexed is shown in FIG. 11 (b). In the case of current injection, impurities are added to the layers D1 and D2 above and below the multiple quantum dots (1108).

【0019】図13(b)の定常光注入による場合、以
下の点を除いて電流注入の場合と同様である。キャリア
注入は、図の上位準位と、下位準位もしくは正孔準位と
共鳴する光を照射することにより行う。有効な反転分布
を形成するため、図の左端のバリアは厚く、10nm程
度かそれ以上とし、右端のバリアより外の部分には、キ
ャリアのトラップとなる再結合中心となる元素などを添
加する。これにより、上位準位の分布が相対的に高くす
ることができる。
The steady light injection shown in FIG. 13B is the same as the current injection except for the following points. Carrier injection is performed by irradiating light that resonates with the upper level and the lower level or hole level in the figure. In order to form an effective population inversion, the barrier at the left end in the figure is thick and has a thickness of about 10 nm or more, and an element serving as a recombination center that becomes a carrier trap is added to a portion outside the barrier at the right end. As a result, the distribution of upper levels can be made relatively high.

【0020】バンド間遷移を利用した自己位相変調の場
合には、図14に示したバンド構造を利用する。電子正
孔間の共鳴効果を利用する。一光子遷移あるいは、二光
子遷移などの過程が利用できる。二光子遷移では、光吸
収による損失を低減することができる。その他の点は、
上と同様である。
In the case of self-phase modulation using interband transition, the band structure shown in FIG. 14 is used. The resonance effect between electron holes is used. A process such as a one-photon transition or a two-photon transition can be used. The two-photon transition can reduce the loss due to light absorption. Other points are
Same as above.

【0021】群速度分散は、物質と光との線形相互作用
に基づき、制御することができる。例は、フォトニック
バンド効果(図12(a))や、励起子準位との共鳴効
果(図12(b))を利用できる。これらの効果を利用
すると、回折格子によらず、半導体構造のみを用いてパ
ルス圧縮が可能となる。図12(a)では、半導体微細
柱状構造の間隔lphが光の波長と同程度であり、光の
多重散乱による干渉によるフォトニックバンドが形成さ
れる。これによって、大きな群速度分散が得られる。こ
の群速度分散を図10(b)の群速度分散を打ち消すよ
うな特性を有するようにフォトニックバンドを設計する
ことにより、図10(c)に示した特性の短パルスを、
発生することができる。図12(b)のような超格子構
造、多層構造の半導体では、励起子による群速度分散を
利用する。図15に示したような波長帯域拡大部(自己
位相変調部)1501と群速度変調部1502を結合し
た光パルス圧縮素子により、20倍程度のパルス圧縮率
を達成することができる。
Group velocity dispersion can be controlled based on the linear interaction of matter and light. As an example, the photonic band effect (FIG. 12A) and the resonance effect with the exciton level (FIG. 12B) can be used. By utilizing these effects, pulse compression can be performed using only the semiconductor structure without using the diffraction grating. In FIG. 12A, the interval lph of the semiconductor fine columnar structure is about the same as the wavelength of light, and a photonic band is formed by interference due to multiple scattering of light. This gives a large group velocity dispersion. By designing the photonic band so that this group velocity dispersion has a characteristic of canceling the group velocity dispersion of FIG. 10B, the short pulse of the characteristic shown in FIG.
Can occur. In a semiconductor having a superlattice structure and a multilayer structure as shown in FIG. 12B, group velocity dispersion due to excitons is used. A pulse compression rate of about 20 times can be achieved by the optical pulse compression element in which the wavelength band expansion section (self-phase modulation section) 1501 and group velocity modulation section 1502 as shown in FIG. 15 are combined.

【0022】半導体レーザを直接変調した場合には、発
生する光パルスはチャープしており、その特性は、図1
0(b)に類似する形となる。したがって、自己位相変
調による波長帯域拡大は必要なく、群速度分散を制御す
ることのみで、光パルス圧縮を達成することができる。
When the semiconductor laser is directly modulated, the generated optical pulse is chirped, and its characteristics are shown in FIG.
The shape is similar to 0 (b). Therefore, it is not necessary to expand the wavelength band by self-phase modulation, and optical pulse compression can be achieved only by controlling the group velocity dispersion.

【0023】量子ドットの厚みを変化させることで、量
子準位(サブバンドおよびバンド準位)間の共鳴エネル
ギー(波長)を任意に制御することができる。よって、
異なる厚み(異なる共鳴波長)の量子ドット系を、図1
1の半導体微細柱状構造1102内に設けることによっ
て、異なる波長領域で波長帯域拡大(自己位相変調)と
群速度変調を生じさせることができ、異なる厚みの量子
ドット系の組み合わせの数だけ、波長多重できる。組み
合わせの数が2なら、2波長多重、3なら3波長多重に
対応する。本発明の構成図、実施例では、最も基本的な
2波長多重を中心に説明する。
The resonance energy (wavelength) between the quantum levels (subband and band level) can be arbitrarily controlled by changing the thickness of the quantum dots. Therefore,
Figure 1 shows quantum dot systems with different thicknesses (resonant wavelengths).
By providing it in the semiconductor fine columnar structure 1102 of No. 1, it is possible to cause wavelength band expansion (self-phase modulation) and group velocity modulation in different wavelength regions, and to perform wavelength multiplexing by the number of combinations of quantum dot systems having different thicknesses. it can. If the number of combinations is 2, it corresponds to 2-wavelength multiplexing, and if it is 3, it corresponds to 3-wavelength multiplexing. In the configuration diagrams and examples of the present invention, the most basic two-wavelength multiplexing will be mainly described.

【0024】続いて、信号光パルス位相変調について説
明する。動作原理として、相互位相変調を用いる。相互
位相変調は、互いに独立した二つの光パルス列間の重な
り合って発生する非線形効果である点をのぞいて、自己
位相変調と同様である。二つのうち、一方を伝送する信
号光パルス列とし、他方を信号抽出用局所光パルス列と
する。両者のパルス列が重なった時だけ、位相変調が発
生する。このことを利用して、特定のクロック周波数・
位相の信号光パルス列のみを抽出する、光パルス分離部
へ応用できる。これには、位相変化を光強度変化へ変換
する干渉光導波線路などに組み込めばよい。相互位相変
調の源として、量子ドット系の光カー効果を利用する。
波長多重への対応については、上で述べたように、厚み
の異なる量子ドット系を設けることにより、対応するこ
とができる。
Next, the signal light pulse phase modulation will be described. Cross phase modulation is used as an operating principle. Cross-phase modulation is similar to self-phase modulation except that it is a non-linear effect that occurs when two optical pulse trains independent of each other overlap each other. Of the two, one is a signal light pulse train for transmission, and the other is a signal extraction local light pulse train. Phase modulation occurs only when both pulse trains overlap. Utilizing this fact, a specific clock frequency
It can be applied to an optical pulse separation unit that extracts only a phase signal light pulse train. For this purpose, it may be incorporated in an interference light waveguide line for converting a phase change into a light intensity change. The optical Kerr effect of the quantum dot system is used as a source of mutual phase modulation.
The wavelength multiplexing can be dealt with by providing quantum dot systems having different thicknesses, as described above.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0026】(実施例1)時間分割・波長分割多重光伝
送の利用方法は、異なる種類の情報を異なる波長に対応
させ、各々の情報種ごとに時間分割多重し、伝送容量を
増大させることである。マルチメデイア情報通信では、
l1=1.55μmで映像情報伝送、l2=1.3μm
で音声情報伝送に利用される。多重波長の数は、厚みの
異なる量子ドット系の組み合わせの数だけ用意できる。
3波長以上の多重に拡張することは、容易である。
(Embodiment 1) The method of using time division / wavelength division multiplexing optical transmission is to make different kinds of information correspond to different wavelengths, perform time division multiplexing for each information type, and increase the transmission capacity. is there. In multimedia information communication,
Video information transmission at l1 = 1.55 μm, l2 = 1.3 μm
Used for voice information transmission. The number of multiple wavelengths can be prepared by the number of combinations of quantum dot systems having different thicknesses.
It is easy to extend the multiplexing to three wavelengths or more.

【0027】まず、図1(a)時間分割・波長分割多重
送信システムの実施例について、説明する。m個のチャ
ネルからなる多重システムを用意する。おのおののチャ
ネルは、2本の波長が多重されている。1番のチャネル
は、CH11(波長l1)およびCH12(波長l2)
が多重されている。おのおの、信号入力用発光素子1お
よび2によって、光信号パルス列が発生されている。そ
の波形は18であり、繰り返し40Gb/s、パルス幅
5psである。各チャネルの信号は、光パルス圧縮・多
重部3を通して、19の波形の時間分割多重光パルス列
4および5となって、伝送線路13を伝搬する。伝送線
路13上では、2波長多重されている。
First, an embodiment of the time division / wavelength division multiplex transmission system shown in FIG. 1A will be described. A multiplex system consisting of m channels is prepared. Two wavelengths are multiplexed in each channel. The first channel is CH11 (wavelength l1) and CH12 (wavelength l2)
Are multiplexed. An optical signal pulse train is generated by each of the signal input light emitting elements 1 and 2. The waveform is 18, the repetition rate is 40 Gb / s, and the pulse width is 5 ps. The signal of each channel is propagated through the transmission line 13 through the optical pulse compression / multiplexing unit 3 into the time-division multiplexed optical pulse trains 4 and 5 having 19 waveforms. Two wavelengths are multiplexed on the transmission line 13.

【0028】光パルス圧縮・多重部3は、図2に示した
構成をとる。(a)では、波長多重部203で、波長l
1のパルス列201と波長l2のパルス列202が多重
された後、光パルス圧縮部204でパルス圧縮され、時
間分割多重されたパルス列207および208となる。
互いに重ならない時間スロットに割り当てられるよう
に、各チャネルごとに伝送線路205に接続する伝送時
間遅延部209により、チャネル番号とともに増す遅延
時間が課される。伝送線路205は、例えば、波長l1
用光ファイバと波長l2用光ファイバを束ねたものであ
る。(b)では、パルス圧縮部210の後に波長多重部
211で多重される。(a)では、各チャネルごと1個
のパルス圧縮部でよいが、2波長に対応する2組の量子
ドット系がパルス圧縮部204に含まれる必要があり、
パルス圧縮素子の構造が複雑となる。一方、(b)で
は、パルス圧縮部は、(a)の倍必要となるが、1個の
パルス圧縮部210には、1組の量子ドット系が含まれ
ればよく、構造が簡単になる。チャネル数が多い場合は
(a)、少ないときは(b)などと、場合による使い分
けが可能である。
The optical pulse compression / multiplexing unit 3 has the configuration shown in FIG. In (a), the wavelength multiplexing unit 203
After the pulse train 201 of 1 and the pulse train 202 of wavelength 12 are multiplexed, pulse compression is performed by the optical pulse compression unit 204, and time-division multiplexed pulse trains 207 and 208 are obtained.
The transmission time delay unit 209 connected to the transmission line 205 for each channel imposes a delay time that increases with the channel number so that the time slots are not overlapped with each other. The transmission line 205 has, for example, a wavelength l1.
It is a bundle of an optical fiber for use with an optical fiber for wavelength l2. In (b), wavelength multiplexing section 211 multiplexes after pulse compression section 210. In (a), one pulse compression unit for each channel is sufficient, but two sets of quantum dot systems corresponding to two wavelengths need to be included in the pulse compression unit 204.
The structure of the pulse compression element becomes complicated. On the other hand, in (b), the pulse compression unit is required twice as much as in (a), but one pulse compression unit 210 only needs to include one set of quantum dot systems, which simplifies the structure. Depending on the case, it is possible to properly use (a) when the number of channels is large and (b) when the number of channels is small.

【0029】図1(a)で光パルス圧縮・多重部3に、
接続用伝送線路12を通してつながる信号入力用発光素
子1および2の構成は、図3に示したようになる。30
1は直接変調用レーザダイオード、302は入力信号
源、303は入力信号経路、304は光伝送線路、30
5は出射パルス列、306は連続発振あるいはモード同
期レーザダイオード、307は光変調器である。(a)
では、構成は簡単であるが、レーザダイオードから出射
されるパルス波形は、(b)より劣る場合がある。
(b)では、その反面複雑な構成となる。
In FIG. 1A, the optical pulse compression / multiplexing unit 3
The configuration of the signal input light emitting elements 1 and 2 connected through the connection transmission line 12 is as shown in FIG. 30
1 is a laser diode for direct modulation, 302 is an input signal source, 303 is an input signal path, 304 is an optical transmission line, 30
Reference numeral 5 is an emission pulse train, 306 is a continuous oscillation or mode-locked laser diode, and 307 is an optical modulator. (A)
Then, although the configuration is simple, the pulse waveform emitted from the laser diode may be inferior to that of (b).
On the other hand, in (b), the structure is complicated.

【0030】光パルス圧縮部は、図4から図6に示した
構成をとることができる。図4は、(a)群速度変調部
のみを含むもの、(b)群速度変調部に光増幅機能を持
たせたもの、(c)(d)群速度変調部と光増幅部を接
続したものを、例示している。光増幅部として、本発明
では、例えば進行波型半導体光増幅器を用いる。401
は入射光パルス列、402は出射光パルス列、403は
光伝送線路、404は定常電流または定常光注入源、4
05は注入経路である。図4の素子は、図3(a)のよ
うな、レーザダイオードを直接変調し、発生する光パル
スの特性が図10(b)のようにチャープしている際に
有効である。光増幅機能が必要であり、小型化を追求す
る場合は(b)を、素子の作製を簡単にしたいときは、
(c)か(d)を選択すればよい。
The optical pulse compression unit can have the configuration shown in FIGS. 4 to 6. In FIG. 4, (a) a group velocity modulation unit only, (b) a group velocity modulation unit having an optical amplification function, (c) (d) a group velocity modulation unit and an optical amplification unit are connected. The thing is illustrated. In the present invention, for example, a traveling wave type semiconductor optical amplifier is used as the optical amplification section. 401
Is an incident light pulse train, 402 is an outgoing light pulse train, 403 is an optical transmission line, 404 is a steady current or a steady light injection source, 4
Reference numeral 05 is an injection route. The device of FIG. 4 is effective when the characteristics of the optical pulse generated by directly modulating the laser diode as shown in FIG. 3A are chirped as shown in FIG. 10B. If you need an optical amplification function and want to miniaturize (b), if you want to simplify the device fabrication,
It suffices to select (c) or (d).

【0031】図5、図6の構成の光パルス圧縮部は、図
3(b)の構成の発光素子に対して有効である。図5
で、501、502、503、5055、506は、お
のおの入射光パルス列、出射光パルス列、光伝送線路、
定常電流または定常光注入源、注入経路である。図5で
は、群速度変調部あるいは自己位相変調部に光増幅機能
を持たせることができる。図6(a)〜(d)は、おの
おの光増幅部を外付けする場合の例である。601、6
02、603は、それぞれ入射光パルス列、出射光パル
ス列、光伝送線路である。素子の小型化が重要となる場
合は、図5の構成いずれかを、素子作製の簡略化を優先
するときは、図6の構成のいずれかを選択すればよい。
図4〜図6の素子いずれも、2波長(l1,l2)対応
とすることができる。
The optical pulse compressor having the configuration shown in FIGS. 5 and 6 is effective for the light emitting device having the configuration shown in FIG. 3B. Figure 5
Here, 501, 502, 503, 5055, and 506 are respectively an incident light pulse train, an outgoing light pulse train, an optical transmission line,
A constant current or constant light injection source and injection path. In FIG. 5, the group velocity modulation unit or the self-phase modulation unit can have an optical amplification function. FIGS. 6A to 6D are examples of the case where the optical amplification unit is externally attached. 601, 6
Reference numerals 02 and 603 denote an incident light pulse train, an outgoing light pulse train, and an optical transmission line, respectively. When miniaturization of the element is important, any one of the configurations of FIG. 5 may be selected, and when priority is given to simplification of the element production, one of the configurations of FIG. 6 may be selected.
Any of the elements shown in FIGS. 4 to 6 can support two wavelengths (11, 12).

【0032】波長帯域拡大部(自己位相変調部)は、図
11のように多重量子ドット1108を含む半導体微細
柱状構造1102を、基板1109上に作製し、光導波
路1101内にアレイ化したものを用いる。量子ドット
系の厚みを2種含む構造により、波長l1およびl2の
入射光パルス列1104および1107の波長帯域を拡
大した、出射光パルス列1106および1107を、発
生することができる。ここでは、1103(1111)
として注入光を上方より照射する。
The wavelength band expanding section (self-phase modulating section) is prepared by fabricating a semiconductor fine columnar structure 1102 including multiple quantum dots 1108 on a substrate 1109 and forming an array in an optical waveguide 1101 as shown in FIG. To use. With the structure including two types of quantum dot system thicknesses, it is possible to generate emission light pulse trains 1106 and 1107 in which the wavelength bands of incident light pulse trains 1104 and 1107 of wavelengths 11 and 12 are expanded. Here, 1103 (1111)
Is injected from above.

【0033】以下では、主として、GaAs/AlGa
Asヘテロ接合を基礎材料とし、GaAs量子ドット中
の電子のサブバンド遷移を利用した構造について、説明
する。量子ドットを含む半導体微細柱構造は、成長位置
を制御した有機金属気相エピタキシャル成長法(OMV
PE)により作製する。まず、微細柱状構造の作製につ
いて記述する。基板上にSiO2膜を蒸着し、電子ビー
ム露光の後、HF溶液でエッチングすることにより、直
径100nm程度の窓を設ける。Auを、厚み0.1な
いし1nm程度蒸着する。HF溶液エッチングによりS
iO2を除去し、100nm程度の直径の、Au島状成
長核が分布した基板を得る。電子ビーム照射位置を制御
することにより、柱状構造の成長位置を制御することが
できる。柱の幅すなわち量子ドットの幅は、基板温度に
より決まる。水素ガス中にトリメチルガリウムおよびト
リメチルアルミニウムを毎分1cc、またアルシンを毎
分10cc流し、総ガス圧0.1気圧程度でOMVPE
成長を行なう。基板は、(111)結晶面のGaAsを
用いる。基板に垂直方向での成長速度は、毎秒5ないし
10nmである。基板温度は摂氏400度であり、ドッ
トの横幅は、20nmとなる。成長にともない、トリメ
チルアルミニウム供給用シャッタを開閉することによ
り、図3に示した層構造および図4に示したエネルギー
準位構造を有する、多重量子ドット柱を形成することが
できる。AlGaAs層のAl含有率は、40%であ
る。本実施例では、電流によるキャリア注入を行う。上
下端の層D1、D2は、10^19/cm^3程度Si
ドナーをドープしたn型層となっている。上端層D1
は、電流を供給するためのリード線と接続する。リード
線は、電子ビームもしくは光学リソグラフィーにより作
製する。基板の導電性はn型であり、同じくSiを10
^19/cm^3程度ドープしたものを用いる。必要な
らば、波長帯域拡大部の頂上部全体を1ミクロン程度の
厚みのクラッド層で覆う。クラッド層は、例えば、Si
を10^19/cm^3程度ドープしたn型GaAsで
ある。波長帯域拡大素子の長さは、5mmである。量子
ドット系の厚みとして、量子ドット1(図13の130
1)の厚みを1nmおよび1.5nmの2種類を含む構
造のものを作製した。横方向の厚みを、縦方向の厚みに
近づけることにより、偏光依存性を解消することができ
る。
In the following, GaAs / AlGa will be mainly used.
A structure using an As heterojunction as a basic material and utilizing subband transition of electrons in a GaAs quantum dot will be described. The semiconductor microcolumnar structure including quantum dots has a growth position controlled organometallic vapor phase epitaxy method (OMV).
PE). First, the production of the fine columnar structure will be described. A window having a diameter of about 100 nm is provided by depositing a SiO 2 film on the substrate, exposing the substrate with an electron beam, and then etching with an HF solution. Au is vapor-deposited to a thickness of about 0.1 to 1 nm. S by HF solution etching
By removing iO2, a substrate having a diameter of about 100 nm and having Au island-shaped growth nuclei distributed is obtained. By controlling the electron beam irradiation position, the growth position of the columnar structure can be controlled. The width of the pillar, that is, the width of the quantum dot is determined by the substrate temperature. OMVPE at a total gas pressure of about 0.1 atm by flowing trimethylgallium and trimethylaluminum in hydrogen gas at 1 cc / min and arsine at 10 cc / min.
Grow. As the substrate, GaAs having a (111) crystal plane is used. The growth rate in the direction perpendicular to the substrate is 5 to 10 nm per second. The substrate temperature is 400 degrees Celsius, and the width of the dot is 20 nm. By opening and closing the shutter for supplying trimethylaluminum along with the growth, it is possible to form a multiple quantum dot column having the layer structure shown in FIG. 3 and the energy level structure shown in FIG. The Al content of the AlGaAs layer is 40%. In this embodiment, carrier injection by current is performed. The upper and lower layers D1 and D2 are made of about 10 ^ 19 / cm ^ 3 Si
It is an n-type layer doped with a donor. Top layer D1
Connect with a lead wire for supplying an electric current. The lead wire is produced by electron beam or optical lithography. The conductivity of the substrate is n-type, and Si is 10
A device doped with about 19 / cm ^ 3 is used. If necessary, the entire top of the wavelength band expansion section is covered with a clad layer having a thickness of about 1 micron. The clad layer is, for example, Si
Is about 10 ^ 19 / cm ^ 3 of n-type GaAs. The length of the wavelength band expansion element is 5 mm. As the thickness of the quantum dot system, the quantum dot 1 (130 in FIG.
A structure including two types of 1) having a thickness of 1 nm and 1.5 nm was manufactured. By making the thickness in the horizontal direction closer to the thickness in the vertical direction, it is possible to eliminate the polarization dependence.

【0034】群速度変調部は、図12(a)の構造のも
のを用いた。半導体微細柱状構造が、光の波長程度でア
レイ状に配列したものであり、作製方法は波長帯域拡大
部と同様である。群速度変調部の長さは、5mmであ
る。光導波路1101の幅は10ミクロンである。
As the group velocity modulator, the one having the structure shown in FIG. 12 (a) was used. The semiconductor fine columnar structures are arranged in an array at about the wavelength of light, and the manufacturing method is the same as that of the wavelength band expanding section. The length of the group velocity modulator is 5 mm. The width of the optical waveguide 1101 is 10 μm.

【0035】図1(b)時間分割・波長分割多重受信シ
ステムについて、説明する。このシステムは、波形22
の波長l1、l2の時間分割多重光パルス列7、8を波
形復元し、m個のチャネルに光パルス分離する。主要部
分は、光パルス圧縮・分離部9であり、信号は、受光素
子10、11へと送られる。受光素子直前でのパルス波
形が、23である。光パルス圧縮・分離部の構成の例
を、図7に示す。(a)は、非線形光ループミラー70
6を用いたもの、(b)はマッハーツエンダー型干渉光
伝送線路715を用いたものである。前者では、作製が
容易であり、後者では、小型化に長けている。701
は、光パルス圧縮・分岐回路であり、図8の構成をと
る。図8(a)では、波長l1、l2の時間分割多重信
号801、802を光伝送線路808からパルス圧縮部
803を経て波形復元し、光分岐部804で各チャネル
に分配する。分岐後の光伝送路を通って波長l1、l2
の波形復元された時間分割多重信号806、807は、
光パルスを分離する回路へと入射する。
The time division / wavelength division multiplex reception system shown in FIG. 1B will be described. This system uses waveform 22
The waveforms of the time-division multiplexed optical pulse trains 7 and 8 of the wavelengths 11 and 12 are restored and the optical pulses are separated into m channels. The main part is the optical pulse compression / separation unit 9, and the signal is sent to the light receiving elements 10 and 11. The pulse waveform immediately before the light receiving element is 23. FIG. 7 shows an example of the configuration of the optical pulse compression / separation unit. (A) is a nonlinear optical loop mirror 70
No. 6 is used, and (b) is one using the Machtzender type interference light transmission line 715. The former is easy to manufacture, and the latter is excellent in miniaturization. 701
Is an optical pulse compression / branching circuit, which has the configuration of FIG. In FIG. 8A, the time-division multiplexed signals 801 and 802 having the wavelengths 11 and 12 are waveform-reconstructed from the optical transmission line 808 through the pulse compression unit 803, and distributed to each channel by the optical branching unit 804. Wavelengths l1 and l2 pass through the optical transmission line after branching
Waveform-restored time division multiplexed signals 806 and 807 are
It is incident on the circuit that separates the light pulse.

【0036】図7で、702、703は、おのおの波長
l1、l2の波形復元された時間分割多重信号であり、
その波形は713である。信号は、光伝送線路704を
伝搬し、(a)ではループミラーに、(b)では、干渉
光伝送線路に入射する。非線形光ループミラー706
は、3dB結合部705、リング状光ファイバ、信号パ
ルス位相変調部707からなる。マッハーツエンダー型
干渉光伝送線路715は、信号パルス位相変調部70
7、定位相遅延部716、光増幅部717を中心に構成
される。信号パルス位相変調部707は、図9の構成か
らなる。901は波長l1、l2の信号パルス列、90
2は位相変調された出射光、903は光伝送線路であ
る。904は本体を表す。905は局所光パルス列、9
06は電流または光注入源、907は注入経路である。
波長l1、l2の信号抽出用局所光パルス列708、7
09が光伝送線路704を通って入射し、誘起する相互
位相変調により、局所光パルス列に同期して光パルス分
離を行う。
In FIG. 7, reference numerals 702 and 703 denote time-division multiplexed signals whose waveforms have wavelengths l1 and l2, respectively.
The waveform is 713. The signal propagates through the optical transmission line 704 and enters the loop mirror in (a) and the interference optical transmission line in (b). Nonlinear optical loop mirror 706
Is composed of a 3 dB coupling section 705, a ring-shaped optical fiber, and a signal pulse phase modulation section 707. The Mach-Zehnder interferometer optical transmission line 715 includes a signal pulse phase modulator 70.
7, a constant phase delay unit 716, and an optical amplification unit 717. The signal pulse phase modulator 707 has the configuration shown in FIG. 901 is a signal pulse train of wavelengths l1 and l2, 90
Reference numeral 2 is a phase-modulated outgoing light, and 903 is an optical transmission line. Reference numeral 904 represents a main body. 905 is a local optical pulse train, 9
Reference numeral 06 is a current or light injection source, and 907 is an injection path.
Local optical pulse trains 708 and 7 for extracting signals of wavelengths 11 and 12
09 enters through the optical transmission line 704 and induces mutual phase modulation to perform optical pulse separation in synchronization with the local optical pulse train.

【0037】図1(c)の時間分割・波長分割多重中継
システムについて説明する。中継点では、パルス幅拡が
り、減衰を受けた波長l1、l2のパルス列14、15
を波形復元部6で21の波形に復元した光パルス列1
6、17として、射出する。
The time division / wavelength division multiplex relay system of FIG. 1C will be described. At the relay point, the pulse widths 14 and 15 of the wavelengths 11 and 12 that have been expanded in pulse width and have been attenuated
Optical pulse train 1 in which the waveform is restored to 21 waveforms by the waveform restoration unit 6
6 and 17 are injected.

【0038】本伝送システムの伝送容量について述べ
る。40Gb/sの伝送容量のチャネルを25本以上多
重化することができる。2波長多重を行っているので、
2Tb/s以上の伝送容量が達成される。
The transmission capacity of this transmission system will be described. 25 or more channels having a transmission capacity of 40 Gb / s can be multiplexed. Since we are multiplexing two wavelengths,
A transmission capacity of 2 Tb / s or more is achieved.

【0039】(実施例2)図15に示した光パルス圧縮
素子についての実施例を説明する。この素子は、多重量
子ドット(図11の1108)を含む半導体微細柱状構
造から成る波長帯域拡大部1501と、図12(b)の
半導体多層構造から成る群速度変調部1502を、基板
1503上に形成した構造を有する。図15のように、
波長帯域拡大部1にピコ秒パルス幅の入射光1504、
1505(波長l1、l2)を入射し、群速度変調部を
通過しフェムト秒にパルス圧縮された出射光1506、
1507(波長l1、l2)が得られる。この素子は、
図16に示した時間分割信号多重素子の基本構成部分で
もある。素子作製は、実施例1と同様にして行う。
(Embodiment 2) An embodiment of the optical pulse compression element shown in FIG. 15 will be described. In this device, a wavelength band expansion part 1501 made of a semiconductor fine columnar structure including multiple quantum dots (1108 in FIG. 11) and a group velocity modulation part 1502 made of a semiconductor multilayer structure in FIG. 12 (b) are provided on a substrate 1503. It has a formed structure. As shown in Figure 15,
Incident light 1504 with a picosecond pulse width is input to the wavelength band expansion unit 1.
Emitted light 1506 (wavelengths l1 and l2), passing through the group velocity modulation unit and pulse-compressed to femtoseconds 1506,
1507 (wavelengths 11 and 12) is obtained. This element is
It is also a basic constituent part of the time division signal multiplexing element shown in FIG. The device is manufactured in the same manner as in Example 1.

【0040】本素子に、波長10ミクロン、パルス幅2
0ピコ秒の光パルスを入射し、出力されたパルスのパル
ス幅を測定すると1ピコ秒となっており、パルス圧縮率
が20倍となっていることを、示すことができる。ま
た、この素子に、波長760nm、パルス幅1ピコ秒の
光パルスを入射した場合、バンド間遷移により10倍の
パルス圧縮を行うことができる。単位長さ当たりのパル
ス圧縮率を求めると、2/mmである。
This device has a wavelength of 10 μm and a pulse width of 2
It can be shown that the pulse width is 1 picosecond when the optical pulse of 0 picosecond is incident and the pulse width of the output pulse is measured, and the pulse compression rate is 20 times. Further, when an optical pulse having a wavelength of 760 nm and a pulse width of 1 picosecond is incident on this element, pulse compression of 10 times can be performed by transition between bands. The pulse compression rate per unit length is 2 / mm.

【0041】本素子は、量子ドットおよび群速度変調部
の材料を変更することにより、1.55あるいは1.3ミ
クロン帯の光通信用信号に対し、サブバンド遷移を用い
てパルス圧縮する素子として利用できる。例えば、Ga
As/ZnSe系の材料に基づいた構造が、これに対応
する。また、本素子では、群速度変調部を直接基板上に
結晶成長しているが、別基板上に成長後、接着すること
により、波長帯域拡大部と接合することも可能である。
This element is an element for pulse-compressing a signal for optical communication in the 1.55 or 1.3 micron band by using sub-band transition by changing the materials of the quantum dots and the group velocity modulation section. Available. For example, Ga
A structure based on an As / ZnSe-based material corresponds to this. Further, in this element, the group velocity modulation portion is crystal-grown directly on the substrate, but it is also possible to join the wavelength band widening portion by adhering after growing on another substrate.

【0042】本実施例の素子をレーザ装置の出射端に接
続することにより、光通信用あるいは理化学計測用レー
ザの短パルス化を行うことができる。単一基板上に作ら
れた小型装置であり、パッケージ封入し光ファイバと強
固に接続することができる。耐震性に富み、定期的調整
の必要がない。いかなる場所へも設置することができ、
地中耐震溝などへの設置が可能である。よって、この素
子は、地震に耐える大容量伝送網の構築に、役立てるこ
とができる。(実施例3)図16に基づいて本実施例を
説明する。実施例2で説明したパルス圧縮素子を、パル
ス圧縮部1601として多数個集積し、連結部1602
により基板1603上に接続された素子を作製した。こ
の素子は、光信号多重素子として機能する。図16で
は、二個を集積した場合の例を図示した。実施例1の中
のGaAs/AlGaAs系材料を用いた場合の素子に
基づいて説明すると、連結部の材料は、AlGaAsを
用いることができる。まず、実施例1の手順にしたがっ
て光パルス圧縮部1601を各々作製し、その後、光学
リソグラフィーにより連結部1602を作製する。素子
の全長は15mmであり、入射光が伝搬する部分の幅は
10ミクロンである。
By connecting the element of this embodiment to the emission end of the laser device, it is possible to shorten the pulse of the laser for optical communication or for physicochemical measurement. It is a small device made on a single substrate and can be packaged and firmly connected to an optical fiber. It is highly earthquake resistant and does not require regular adjustment. It can be installed in any place,
It can be installed in underground seismic trenches. Therefore, this element can be useful for constructing a large-capacity transmission network that can withstand earthquakes. (Embodiment 3) This embodiment will be described with reference to FIG. A large number of the pulse compression elements described in the second embodiment are integrated as a pulse compression unit 1601 to form a connection unit 1602.
Thus, an element connected to the substrate 1603 was manufactured. This element functions as an optical signal multiplexing element. FIG. 16 illustrates an example in which two pieces are integrated. Explaining based on the element in the case of using the GaAs / AlGaAs based material in the first embodiment, AlGaAs can be used as the material of the connecting portion. First, the optical pulse compression units 1601 are manufactured according to the procedure of the first embodiment, and then the connection units 1602 are manufactured by optical lithography. The total length of the element is 15 mm, and the width of the portion where the incident light propagates is 10 μm.

【0043】この素子を用いて、伝送信号の時間分割多
重を行う方法について述べる。図16に基づき、二系統
の信号を多重する場合を説明する。各々のパルス圧縮部
1601に入射光として、パルス幅10ピコ秒、繰返し
周波数20GHzの光パルス列1604(波長l1)、
1605(波長l2)を使う。片方の信号系統のパルス
列に、他方に対して25ピコ秒の相対遅延時間を加え
る。パルス幅は0.5ピコ秒に圧縮されるため、この遅
延時間印加より、双方の系統の信号が重なり合う可能性
を排除し、二系統の信号を時間分割多重することができ
る。出射光1607(波長l1)、1608(波長l
2)は、多重信号として繰返し周波数40GHzとなっ
ている。
A method of performing time division multiplexing of a transmission signal using this element will be described. A case where signals of two systems are multiplexed will be described with reference to FIG. As an incident light on each pulse compression unit 1601, an optical pulse train 1604 (wavelength l1) having a pulse width of 10 picoseconds and a repetition frequency of 20 GHz,
1605 (wavelength 12) is used. A relative delay time of 25 picoseconds is added to the pulse train of one signal system with respect to the other. Since the pulse width is compressed to 0.5 picoseconds, the application of this delay time eliminates the possibility that the signals of both systems overlap each other, and the signals of the two systems can be time-division multiplexed. Emitted light 1607 (wavelength l1), 1608 (wavelength l1
In 2), the repetition frequency is 40 GHz as a multiplexed signal.

【0044】入射信号パルス幅が10ピコ秒であり、
0.5ピコ秒に圧縮される場合、出射光1607、16
08の繰返し周波数は、最低500GHzまで引き上げ
ることができる。もとの入射信号が20GHzであれ
ば、25系統以上の信号を多重することができる。単位
長さ当たりのパルス圧縮率は、1.3/mmである。
The incident signal pulse width is 10 picoseconds,
When compressed to 0.5 picoseconds, the emitted light 1607, 16
The 08 repetition frequency can be raised to a minimum of 500 GHz. If the original incident signal is 20 GHz, signals of 25 or more systems can be multiplexed. The pulse compression rate per unit length is 1.3 / mm.

【0045】本実施例の素子は、光通信における信号多
重素子として利用することができる。また、単一基板上
に作製されている点は、実施例1と同じであり、いかな
る場所への設置や、地震に耐える大容量伝送への利用
が、可能である。
The element of this embodiment can be used as a signal multiplexing element in optical communication. Moreover, the point that it is manufactured on a single substrate is the same as that of the first embodiment, and it can be installed in any place and used for large-capacity transmission that withstands an earthquake.

【0046】(実施例4)図12に示したように、量子
ドットを含む微細柱構造1202を入射光の波長lph
程度の間隔で、光導波路1201内に二次元的に規則配
列する。微細柱構造1202は、図11に示したもので
ある。規則配列により、光の多重散乱によるフォトニッ
クバンドが形成され、屈折率分散を人工的に制御するこ
とができる。これにより、群速度変調を行うことができ
る。微細柱構造1202は量子ドットを含み、自己位相
変調効果を有する。この配列構造のみで、波長帯域拡大
と群速度変調を同時に行い、パルス圧縮を行うことがで
きる。パルス圧縮率は、実施例2と同様に20倍以上で
ある。素子の全長は5mmであり、入射光が伝搬する部
分の幅は10ミクロンである。単位長さ当たりのパルス
圧縮率は、4/mmである。
(Embodiment 4) As shown in FIG. 12, a fine columnar structure 1202 including quantum dots is formed at a wavelength lph of incident light.
Two-dimensional regular arrangement is performed in the optical waveguide 1201 at regular intervals. The fine pillar structure 1202 is shown in FIG. 11. Due to the regular arrangement, a photonic band is formed by multiple scattering of light, and the refractive index dispersion can be artificially controlled. Thereby, group velocity modulation can be performed. The micro pillar structure 1202 includes quantum dots and has a self-phase modulation effect. With this array structure alone, wavelength band expansion and group velocity modulation can be performed simultaneously and pulse compression can be performed. The pulse compression rate is 20 times or more as in the second embodiment. The total length of the element is 5 mm, and the width of the portion where the incident light propagates is 10 μm. The pulse compression rate per unit length is 4 / mm.

【0047】また、単一基板上に、上記素子を二個以上
集積し、実施例3と同じく連結部によりで光学的に連結
することにより、全長1cmの光信号多重素子を作製す
ることができる。
Further, an optical signal multiplex device having a total length of 1 cm can be manufactured by integrating two or more of the above devices on a single substrate and optically connecting them by a connecting portion as in the third embodiment. .

【0048】(実施例5)本実施例を図17に基づいて
説明する。図17は、短パルス光列を発生する電気ー光
変換装置に関するものである。携帯、移動可能な短パル
ス光発生装置として、利用できる。まず(a)につい
て、説明する。入力電気パルス列1701を伝送線路1
702、接続部1703を通して発光素子1704に入
力し、光パルス圧縮部1705で短パルス化される。光
伝送線路1705を通して、外部へと出射光パルス列1
711が放出される。1710は、光学窓もしくは光学
接続部である。この装置は、携帯、移動に適するように
電流源1707および定電流化回路1708を本体17
12内に内蔵している。1709は、電流供給経路であ
る。(b)は、波長多重動作ができるようにした装置で
ある。1713は、1701より情報量あるいは情報種
類を多く含んだ電気パルス列である。また、伝送線路1
714、接続部1715は、大容量入力に適するよう設
計されている。1718、1719は波長l1,l2の
発光素子であり、1720、1721は各々の波長での
光パルス圧縮部である。波長多重部1722で多重した
後、波長l1およびl2で損失のない光学窓もしくは光
学接続部1716を通して、出射パルス列1717とし
て送信される。
(Embodiment 5) This embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 17 relates to an electro-optical conversion device that generates a short pulse light train. It can be used as a portable and movable short pulse light generator. First, (a) will be described. Input electric pulse train 1701 to transmission line 1
The light is input to the light emitting element 1704 through the connection unit 702 and the connection unit 1703, and the light pulse compression unit 1705 shortens the pulse. Output light pulse train 1 to the outside through the optical transmission line 1705
711 is released. 1710 is an optical window or an optical connection part. This device includes a current source 1707 and a constant current circuit 1708 so as to be suitable for carrying and moving.
It is built in 12. 1709 is a current supply path. (B) is an apparatus capable of wavelength division multiplexing operation. Reference numeral 1713 is an electric pulse train containing more information amount or information type than 1701. Also, the transmission line 1
714 and the connecting portion 1715 are designed to be suitable for a large capacity input. Reference numerals 1718 and 1719 are light emitting elements having wavelengths 11 and 12 and reference numerals 1720 and 1721 are optical pulse compression units at the respective wavelengths. After being multiplexed by the wavelength multiplexing unit 1722, the output pulse train 1717 is transmitted through the lossless optical window or the optical connection unit 1716 at the wavelengths 11 and 12.

【0049】(実施例6)本実施例は、図1(a)およ
び(b)の送信および受信システムを、おのおの集積化
したものであり、図18および図19に例が与えられて
いる。機能は、おのおの図1で説明したものと同等であ
る。ただし、周辺デジタル機器との接続における互換性
を高めるため、電気増幅部またはD/A変換部1801
および電気増幅部またはA/D変換部1911も含めた
点である。図18では、1802が信号入力用発光素子
(波長l1またはl2)、1803は光パルス圧縮部で
ある。多重化するために光伝送線路1804上に伝送時
間遅延部1806を設置し、光パルス多重部1805を
通して出力光パルス列1807、1808を射出する。
1809、1810、1811は、それぞれ電気増幅
部、発光素子、パルス圧縮部への電力供給経路である。
これらの素子、部品が、単一支持体(例えば回路基板)
1812上に集積化される。
(Embodiment 6) In this embodiment, the transmission and reception systems of FIGS. 1 (a) and 1 (b) are integrated, and examples are given in FIGS. 18 and 19. The functions are the same as those described in FIG. However, in order to improve compatibility in connection with peripheral digital devices, an electric amplification unit or a D / A conversion unit 1801
Also, the electric amplification unit or the A / D conversion unit 1911 is included. In FIG. 18, reference numeral 1802 is a signal input light emitting element (wavelength l1 or 12), and 1803 is an optical pulse compression unit. A transmission time delay unit 1806 is installed on the optical transmission line 1804 for multiplexing, and output optical pulse trains 1807 and 1808 are emitted through the optical pulse multiplexing unit 1805.
Reference numerals 1809, 1810, and 1811 denote power supply paths to the electric amplification unit, the light emitting element, and the pulse compression unit, respectively.
These elements and parts are a single support (eg circuit board)
Integrated on 1812.

【0050】受信側集積化の例が、図19である。19
01、1902は、波長l1、l2の時間分割多重光パ
ルス列。1903は、光パルス波形復元部、1904
は、波長l1およびl2の局所光パルス列発生部、19
05および1906は、波長l1およびl2の局所光パ
ルス列である。波形復元された時間分割多重光パルス列
は、各分岐上の光伝送路を伝搬して光パルス分離部19
09に入射する。局所光パルス列は光伝送線路1908
を通してに光パルス分離部1909に入射され、これと
同期する信号パルス成分のみが、信号受光素子1910
で検出される。受光素子で発生する電気信号は、電気増
幅部1911で増幅される。これらの素子、部品が、単
一支持体1916上に集積化される。1912、191
3、1914、1915は、それぞれ電力供給経路を示
す。図18および図19の集積化支持体が、回路基板で
あれば、計算機端末や交換器などに容易に接続すること
ができる。あるいは、大容量マルチメデイア通信網のイ
ンタフェース装置に利用できる。
FIG. 19 shows an example of integration on the receiving side. 19
01 and 1902 are time-division multiplexed optical pulse trains having wavelengths l1 and l2. Reference numeral 1903 denotes an optical pulse waveform restoration unit, 1904.
Is a local optical pulse train generator of wavelengths 11 and 12;
Reference numerals 05 and 1906 are local light pulse trains having wavelengths 11 and 12. The waveform-restored time-division multiplexed optical pulse train propagates through the optical transmission line on each branch and propagates through the optical pulse demultiplexing unit 19
It is incident on 09. The local optical pulse train is the optical transmission line 1908.
The signal pulse component that is incident on the optical pulse separation unit 1909 through the signal pulse component is synchronized with the signal pulse component 1910.
Detected in. The electric signal generated by the light receiving element is amplified by the electric amplification section 1911. These elements and components are integrated on a single support 1916. 1912, 191
Reference numerals 3, 1914 and 1915 denote power supply paths, respectively. If the integrated support of FIGS. 18 and 19 is a circuit board, it can be easily connected to a computer terminal, an exchange, or the like. Alternatively, it can be used as an interface device for a large-capacity multimedia communication network.

【0051】上記各実施例では半導体材料に主として、
GaAs/AlGaAsを用いているが、上記材料以外
のInP、InGaAs、InGaAsP、III−V
族、II−VI族半導体材料を用いても同様の効果が得られ
る。
In each of the above embodiments, the semiconductor material is mainly used.
GaAs / AlGaAs is used, but InP, InGaAs, InGaAsP, III-V other than the above materials are used.
Similar effects can be obtained by using Group II-VI semiconductor materials.

【0052】[0052]

【発明の効果】上記のように、本発明による光パルス伝
送システムは、時間分割・波長分割多重により大容量情
報伝送に利用することができる。
As described above, the optical pulse transmission system according to the present invention can be used for large capacity information transmission by time division / wavelength division multiplexing.

【0053】[0053]

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

【図1】時間分割・波長分割多重光送信システムおよび
送信パルス波形の構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram of a time division / wavelength division multiplexing optical transmission system and a transmission pulse waveform.

【図2】図1における光パルス圧縮・多重部の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of an optical pulse compression / multiplexing unit in FIG.

【図3】信号入力用発光素子の構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a signal input light emitting element.

【図4】群速度変調部、光増幅機能を用いた光パルス圧
縮素子の構成図。
FIG. 4 is a configuration diagram of an optical pulse compression element using a group velocity modulation unit and an optical amplification function.

【図5】自己位相変調部(波長帯域拡大部)、群速度変
調部を用いた光パルス圧縮素子の構成図
FIG. 5 is a configuration diagram of an optical pulse compression element using a self-phase modulation unit (wavelength band expansion unit) and a group velocity modulation unit.

【図6】自己位相変調部(波長帯域拡大部)、群速度変
調部、光増幅部を用いた光パルス圧縮素子の構成図
FIG. 6 is a configuration diagram of an optical pulse compression element using a self-phase modulation unit (wavelength band expansion unit), a group velocity modulation unit, and an optical amplification unit.

【図7】図1における光パルス圧縮・分離部の構成図。7 is a configuration diagram of an optical pulse compression / separation unit in FIG.

【図8】図7における光パルス圧縮・分岐回路の構成
図。
8 is a configuration diagram of the optical pulse compression / branching circuit in FIG.

【図9】図7における信号光パルス位相変調部の構成
図。
9 is a configuration diagram of a signal light pulse phase modulator in FIG. 7.

【図10】長パルス光の波長−時間特性、チャープした
パルス光の波長−時間特性、短パルス光の波長−時間特
性の模式図。
FIG. 10 is a schematic diagram of wavelength-time characteristics of long pulse light, wavelength-time characteristics of chirped pulse light, and wavelength-time characteristics of short pulse light.

【図11】波長帯域拡大部(自己位相変調部)の構造斜
視図、多重量子ドット構造を含む半導体微細柱構造の斜
視図および入射光の偏光方向の配置図。
FIG. 11 is a structural perspective view of a wavelength band expansion section (self-phase modulation section), a perspective view of a semiconductor microcolumnar structure including a multiple quantum dot structure, and an arrangement view of polarization directions of incident light.

【図12】柱状構造アレイにおける屈折率分散を利用し
た群速度変調部、または波長帯域拡大(自己位相変調)
を同時に利用した光パルス圧縮素子の斜視図、多層構造
における屈折率分散を利用した群速度変調部の斜視図。
FIG. 12 is a group velocity modulation section utilizing refractive index dispersion in a columnar structure array or wavelength band expansion (self-phase modulation).
FIG. 3 is a perspective view of an optical pulse compression element that simultaneously utilizes the above, and a perspective view of a group velocity modulation unit that utilizes refractive index dispersion in a multilayer structure.

【図13】電流、光によるキャリア注入用の多重量子ド
ット構造のサブバンド準位のエネルギー図。
FIG. 13 is an energy diagram of a subband level of a multiple quantum dot structure for carrier injection by current and light.

【図14】量子ドット構造の伝導および価電子バンドの
エネルギー準位図と、一光子および二光子バンド間遷移
の模式図。
FIG. 14 is an energy level diagram of conduction and valence bands of a quantum dot structure and a schematic diagram of transition between one-photon and two-photon bands.

【図15】波長帯域拡大部および群速度変調部からなる
光パルス圧縮素子の斜視図。
FIG. 15 is a perspective view of an optical pulse compression element including a wavelength band expansion section and a group velocity modulation section.

【図16】光パルス圧縮および時間分割多重を行なう、
光パルス伝送素子の斜視図。
FIG. 16: Optical pulse compression and time division multiplexing,
The perspective view of an optical pulse transmission element.

【図17】短パルス光列を発生する電気ー光変換装置の
構成図。
FIG. 17 is a configuration diagram of an electro-optical conversion device that generates a short pulse light train.

【図18】時間分割・波長分割多重光送信用、集積化回
路の構成図。
FIG. 18 is a configuration diagram of an integrated circuit for time division / wavelength division multiplexing optical transmission.

【図19】時間分割・波長分割多重光受信用、集積化回
路の構成図。
FIG. 19 is a configuration diagram of an integrated circuit for time division / wavelength division multiplexing optical reception.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・信号入力用発光素子(波長l1)、2・・信号入
力用発光素子(波長l2)、3・・光パルス圧縮・多重
部、4・・送信側時間分割多重光パルス列(波長l
1)、5・・送信側時間分割多重光パルス列(波長l
2)、6・・光パルス波形復元部、7・・受信側時間分
割多重光パルス列(波長l1)、8・・受信側時間分割
多重光パルス列(波長l2)、9・・光パルス圧縮・分
離部、10・・信号受光素子(波長l1)、11・・信
号受光素子(波長l2)、12・・接続用光伝送線路、
13・・時間分割・波長分割多重信号伝送線路、14・
・波形復元前の時間分割多重光パルス列(波長l1)、
15・・波形復元前の時間分割多重光パルス列(波長l
2)、16・・波形復元後の時間分割多重光パルス列
(波長l1)、17・・波形復元後の時間分割多重光パ
ルス列(波長l2)、18・・信号入力用発光素子1お
よび2の出射パルス波形、19・・光パルス列4および
5のパルス波形、20・・光パルス列14および15の
パルス波形、21・・光パルス列16および17のパル
ス波形、22・・光パルス列7および8のパルス波形、
23・・信号受光素子10および11直前での信号光パ
ルス波形、201・・信号入力用発光素子1の出射パル
ス列(波長l1、チャネル1ー1)、202・・信号入
力用発光素子1の出射パルス列(波長l2、チャネル1
ー2)、203・・波長多重部、204・・波長l1お
よびl2で動作する光パルス圧縮部、205・・光伝送
線路、206・・光パルス多重部、207・・送信側時
間分割多重光パルス列(波長l1、図1の4と等価)、
208・・送信側時間分割多重光パルス列(波長l2、
図1の5と等価)、209・・伝送時間遅延部、210
・・波長l1またはl2で動作する光パルス圧縮部、2
11・・圧縮光パルス多重部、301・・直接変調用レ
ーザダイオード、302・・入力電気信号源、303・
・入力信号経路、304・・光伝送線路(図1の12と
等価)、305・・出射パルス列(対応する波形は、図
1の18)、306・・連続発振またはモード同期型レ
ーザダイオード、307・・光変調器、401・・入射
光パルス列、402・・出射光パルス列、403・・光
伝送線路、404・・定常電流または定常光注入源、4
05・・電流又は光注入経路、501・・入射光パルス
列、502・・出射光パルス列、503・・光伝送線
路、505・・定常電流または定常光注入源、506・
・電流又は光注入経路、601・・入射光パルス列、6
02・・出射光パルス列、603・・光伝送線路、70
1・・光パルス圧縮・分岐回路、702・・波形復元お
よび信号分岐後の受信側時間分割多重光パルス列(波長
l1)、703・・波形復元および信号分岐後の受信側
時間分割多重光パルス列(波長l2)、704・・光伝
送線路、705・・3dB結合部、706・・非線形光
ループミラー、707・・信号光パルス位相変調部、7
08・・信号抽出用局所光パルス列(波長l1)、70
9・・信号抽出用局所光パルス列(波長l2)、710
・・波長分離部、711・・信号受光素子への光パルス
列(波長l1)、712・・信号受光素子への光パルス
列(波長l2)、713・・光パルス列702および7
03の波形、714・・光パルス列711および712
の波形、715・・マッハーツエンダー型干渉光伝送線
路、716・・定位相遅延部、717・・光増幅部、8
01・・受信側時間分割多重光パルス列(波長l1、図
1の7と等価)、802・・受信側時間分割多重光パル
ス列(波長l2、図1の8と等価)、803・・光パル
ス圧縮部、804・・光分岐部、805・・分岐光伝送
線路、806・・波形復元および信号分岐後の時間分割
多重光パルス列(波長l1、図7の702と等価)、8
07・・波形復元および信号分岐後の時間分割多重光パ
ルス列(波長l2、図7の703と等価)、808・・
光伝送線路、901・・入射光パルス列(波長l1およ
びl2)、902・・出射光パルス列、903・・光伝
送線路、904・・信号光パルス位相変調部本体、90
5・・局所光パルス列、906・・定常電流または定常
光注入源、907・・電流または光注入経路、1101
・・光導波路、1102・・半導体微細柱状構造、11
03・・定常注入電流または、定常注入光、1104・
・入射光パルス列(波長l1)、1105・・入射光パ
ルス列(波長l2)、1106・・出射光パルス列(波
長l1)、1107・・出射光パルス列(波長l2)、
1108・・多重量子ドット、1109・・基板、11
10・・入射信号光の進行方向の波数ベクトルky、偏
光ベクトルpx、py、1111・・注入光(入射方向
x、yまたはz)、1112・・定常注入電流 、12
01・・光導波路部、1202・・半導体微細柱、12
03・・入射光(波長l1)、1204・・入射光(波
長l2)、1205・・出射光(波長l1)、1206
・・出射光(波長l2)、1207・・定常注入電流ま
たは定常注入光、1208・・多層構造(群速度変調
部)、1301・・ドット1、1302・・ドット2、
1303・・ドット3、1304・・バリア1、130
5・・バリア2、1306・・バリア3、1307・・
バリア4、1308・・定常注入電流、1309・・入
射パルス、1310・・出射パルス、1312・・注入
光、1313・・再結合中心、1401・・伝導バン
ド、1402・・価電子バンド、1403・・一光子遷
移過程、1404・・二光子遷移過程、1501・・波
長帯域拡大部(自己位相変調部)、1502・・群速度変
調部、1503・・基板、1504・・入射光(波長l
1)、1505・・入射光(波長l2)、1506・・
出射光(波長l1)、1507・・出射光(波長l
2)、1601・・光パルス圧縮部、1602・・連結
部、1603・・基板、1604・・入射光(波長l
1)、1605・・入射光(波長l2)、1606・・
入射光のパルス波形、1607・・出射光(波長l
1)、1608・・出射光(波長l2)、1609・・
出射光のパルス波形、1701・・入力電気パルス列、
1702・・電気パルス伝送線路、1703・・接続
部、1704・・信号入力用発光素子、1705・・光
パルス圧縮部、1706・・光伝送線路、1707・・
定常電流源、1708・・定電流化回路、1709・・
電流供給経路、1710・・光出射窓または接続部、1
711・・出射光パルス列、1712・・本体、171
3・・入力電気パルス列、1714・・電気パルス伝送
線路、1715・・接続部、1716・・光出射窓また
は接続部、1717・・出射光パルス列(l1およびl
2)、1718・・信号入力用発光素子(波長l1)、
1719・・信号入力用発光素子(波長l2)、172
0・・光パルス圧縮部(波長l1)、1721・・光パル
ス圧縮部(波長l2)、1722・・波長多重部、18
01・・電気増幅部またはD/A変換部、1802・・
信号入力用発光素子(波長l1またはl2)、1803
・・光パルス圧縮部、1804・・光伝送線路、180
5・・光パルス多重部、1806・・伝送時間遅延部、
1807・・出力光パルス列(波長l1)、1808・
・出力光パルス列(波長l2)、1809・・電力供給
経路、1810・・電力供給経路、1811・・電力供
給経路、1812・・集積化用支持体、1901・・入
力光パルス列(波長l1)、1902・・入力光パルス
列(波長l2)、1903・・光パルス波形復元部、1
904・・局所光パルス発生部(波長l1およびl
2)、1905・・局所光パルス列(波長l1)、19
06・・局所光パルス列(波長l2)、1907・・分
岐光伝送線路、1908・・局所光パルス伝送線路、1
909・・光パルス分離部、1910・・信号受光素
子、1911・・電気増幅部またはA/D変換部、19
12・・電力供給経路、1913・・電力供給経路、1
914・・電力供給経路、1915・・電力供給経路、
1916・・集積化用支持体。
1 ... Signal input light emitting element (wavelength l1), 2 ... Signal input light emitting element (wavelength l2), 3 ... Optical pulse compression / multiplexer, 4 ... Transmission side time division multiplexed optical pulse train (wavelength l)
1), 5 ... Time-division multiplexed optical pulse train on transmission side (wavelength l
2), 6 ... Optical pulse waveform restoration unit, 7 ... Receiving side time division multiplexed optical pulse train (wavelength l1), 8 ... Receiving side time division multiplexed optical pulse train (wavelength 12), 9 ... Optical pulse compression / separation , 10 ... Signal receiving element (wavelength 11), 11 ... Signal receiving element (wavelength 12), 12 ... Connection optical transmission line,
13 ... Time-division / wavelength-division multiplexed signal transmission line, 14 ...
・ Time-division multiplexed optical pulse train (wavelength l1) before waveform restoration,
15 ··· Time-division multiplexed optical pulse train (wavelength l before waveform restoration)
2), 16 ... Time-division multiplexed optical pulse train (wavelength l1) after waveform restoration, 17 ... Time-division multiplexed optical pulse train (wavelength l2) after waveform restoration, 18 ... Emission of light-emitting elements 1 and 2 for signal input Pulse waveforms, 19 ... Pulse waveforms of optical pulse trains 4 and 5, 20 ... Pulse waveforms of optical pulse trains 14 and 15, 21 ... Pulse waveforms of optical pulse trains 16 and 17, 22 ... Pulse waveforms of optical pulse trains 7 and 8 ,
23 .. Signal light pulse waveforms immediately before the signal light-receiving elements 10 and 11, 201 .. Output pulse train of the signal input light emitting element 1 (wavelength l1, channel 1-1), 202 .. Output of the signal input light emitting element 1 Pulse train (wavelength l2, channel 1
-2), 203 ... Wavelength multiplexer, 204 ... Optical pulse compressor operating at wavelengths 11 and 12, 205 ... Optical transmission line, 206 ... Optical pulse multiplexer, 207 ... Transmission side time division multiplexed light Pulse train (wavelength l1, equivalent to 4 in FIG. 1),
208 .. Transmitting side time division multiplexed optical pulse train (wavelength l2,
(Equivalent to 5 in FIG. 1), 209 ... Transmission time delay unit, 210
..Optical pulse compressors operating at wavelengths 11 or 12, 2
11..Compressed optical pulse multiplexing unit, 301..Direct modulation laser diode, 302..Input electric signal source, 303 ..
・ Input signal path, 304 ・ ・ Optical transmission line (equivalent to 12 in FIG. 1), 305 ・ ・ Ejection pulse train (corresponding waveform is 18 in FIG. 1), 306 ・ ・ Continuous oscillation or mode-locked laser diode, 307 ..Optical modulator, 401..incident light pulse train, 402..outgoing light pulse train, 403..optical transmission line, 404..steady current or steady light injection source, 4
05 .. Current or light injection path, 501 .. Incident light pulse train, 502 .. Outgoing light pulse train, 503 .. Optical transmission line, 505 .. Steady current or steady light injection source, 506.
.Current or light injection path 601, Incident light pulse train, 6
02 ... Emitted light pulse train, 603 ... Optical transmission line, 70
1 ... Optical pulse compression / branching circuit, 702 ... Receiving side time division multiplexed optical pulse train (wavelength l1) after waveform restoration and signal branching, 703 ... Receiving side time division multiplexed optical pulse train after waveform restoration and signal branching ( Wavelength 12), 704 ... Optical transmission line, 705 ... 3 dB coupling section, 706 ... Non-linear optical loop mirror, 707 ... Signal light pulse phase modulation section, 7
08 .. Signal extraction local optical pulse train (wavelength l1), 70
9 ... Local optical pulse train for signal extraction (wavelength 12), 710
..Wavelength separation unit 711..optical pulse train to signal light receiving element (wavelength 11), 712..optical pulse train to signal light receiving element (wavelength 12), 713..optical pulse trains 702 and 7
03 waveform, 714 ... Optical pulse trains 711 and 712
, 715 ··· Mahhertzender type interference optical transmission line, 716 ··· constant phase delay section, 717 · · optical amplification section, 8
01 ... Receiving side time division multiplexed optical pulse train (wavelength l1, equivalent to 7 in FIG. 1), 802 ... Receiving side time division multiplexed optical pulse train (wavelength l2, equivalent to 8 in FIG. 1), 803 ... Optical pulse compression , 804 ... Optical branching unit, 805 .. Branching optical transmission line, 806 .. Time division multiplexed optical pulse train after waveform restoration and signal branching (wavelength l1, equivalent to 702 in FIG. 7), 8
07 .. Time division multiplexed optical pulse train after waveform restoration and signal branching (wavelength 12; equivalent to 703 in FIG. 7), 808 ...
Optical transmission line, 901 ... Incident light pulse train (wavelengths 11 and 12), 902 .. Outgoing light pulse train, 903 .. Optical transmission line, 904 .. Signal light pulse phase modulator main body, 90
5 ... Local light pulse train, 906 ... Steady current or steady light injection source, 907 ... Current or light injection path, 1101
..Optical waveguide, 1102..Semiconductor fine columnar structure, 11
03 .. steady injection current or steady injection light, 1104 ..
Incident light pulse train (wavelength l1), 1105 ... Incident light pulse train (wavelength l2), 1106 ... Emission light pulse train (wavelength l1), 1107 ... Emission light pulse train (wavelength l2),
1108 ... Multiple quantum dots, 1109 ... Substrate, 11
10 ··· Wavenumber vector ky of incoming signal light in traveling direction, polarization vectors px, py, 1111 ··· Injection light (incident direction x, y or z) 1112 · · Steady injection current, 12
01..Optical waveguide part 1202..Semiconductor micro pillars, 12
03 .. Incident light (wavelength 11) 1204 .. Incident light (wavelength 12) 1205 .. Outgoing light (wavelength 11) 1206
..Emitted light (wavelength 12), 1207..steady injection current or steady injection light, 1208..multilayer structure (group velocity modulation part), 1301..dot 1, 1302..dot 2,
1303 ... Dots 3 1304 Barriers 1 130
5 ... Barrier 2, 1306 ... Barrier 3, 1307 ...
Barrier 4, 1308 .. Steady injection current, 1309 .. Incident pulse, 1310 .. Outgoing pulse, 1312 .. Injection light, 1313 .. Recombination center, 1401 .. Conduction band, 1402 .. Valence band, 1403.・ One-photon transition process, 1404 ・ ・ Two-photon transition process, 1501 ・ ・ Waveband expansion part (self-phase modulation part), 1502 ・ ・ Group velocity modulation part, 1503 ・ ・ Substrate, 1504 ・ ・ Incoming light (wavelength l
1), 1505 ... Incident light (wavelength 12), 1506 ...
Output light (wavelength l1), 1507 ... Output light (wavelength l1)
2), 1601 ... Optical pulse compression section, 1602 ... Connection section, 1603 ... Substrate, 1604 ... Incident light (wavelength l
1), 1605 ... Incident light (wavelength 12), 1606 ...
Pulse waveform of incident light, 1607 ... Emitted light (wavelength l
1), 1608 ... Emitted light (wavelength 12), 1609 ...
Output light pulse waveform, 1701 ... Input electric pulse train,
1702..Electric pulse transmission line, 1703..Connection part, 1704..Light emitting element for signal input, 1705..Optical pulse compression unit, 1706..Optical transmission line, 1707 ..
Stationary current source, 1708 ... Constant current circuit, 1709 ...
Current supply path, 1710..Light emission window or connection part, 1
711 ... Emitted light pulse train, 1712 ... Main body, 171
3 ... Input electric pulse train, 1714 .. Electric pulse transmission line, 1715 .. Connection part, 1716 .. Light emission window or connection part, 1717 .. Output light pulse train (l1 and l
2), 1718 ... Light emitting element for signal input (wavelength l1),
1719..Light-emitting element for signal input (wavelength 12), 172
0 ... optical pulse compression unit (wavelength l1), 1721 ... optical pulse compression unit (wavelength l2), 1722 ... wavelength multiplexing unit, 18
01 ... Electric amplifier or D / A converter, 1802 ...
Light emitting element for signal input (wavelength l1 or l2), 1803
..Optical pulse compression unit, 1804 .. ・ Optical transmission line, 180
5 .. Optical pulse multiplexing unit, 1806 .. Transmission time delay unit,
1807 ... Output optical pulse train (wavelength 11), 1808
Output light pulse train (wavelength 12), 1809 ... Power supply path, 1810 ... Power supply path, 1811 ... Power supply path, 1812 ... Support for integration, 1901 .. Input light pulse train (wavelength 11), 1902 ... Input optical pulse train (wavelength 12), 1903 ... Optical pulse waveform restoration unit, 1
904 ... Local optical pulse generator (wavelengths l1 and l
2), 1905 ... Local optical pulse train (wavelength l1), 19
06..local optical pulse train (wavelength 12), 1907..branching optical transmission line, 1908..local optical pulse transmission line, 1
909 .. Optical pulse separation section, 1910 .. Signal light receiving element, 1911 .. Electric amplification section or A / D conversion section, 19
12 ... Power supply path, 1913 ... Power supply path, 1
914 ... Power supply path, 1915 ... Power supply path,
1916 ... Support for integration.

フロントページの続き (72)発明者 茅根 直樹 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 菊池 信彦 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内Front page continuation (72) Inventor Naoki Kayane 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Nobuhiko Kikuchi 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Inside Central Research Center, Hitachi Ltd.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】信号パルス幅圧縮を行う光パルス伝送素子
を備えた光パルス伝送システム。
1. An optical pulse transmission system comprising an optical pulse transmission element for performing signal pulse width compression.
【請求項2】伝送される光信号は、2種類以上の異なる
波長よりなる光であることを特徴とする請求項1記載の
光パルス伝送システム。
2. The optical pulse transmission system according to claim 1, wherein the transmitted optical signal is light having two or more different wavelengths.
【請求項3】上記光パルス伝送素子は、波長帯域拡大部
と群速度変調部とを含む構成となっていることを特徴と
する請求項1記載の光パルス伝送システム。
3. The optical pulse transmission system according to claim 1, wherein the optical pulse transmission element includes a wavelength band expansion section and a group velocity modulation section.
【請求項4】上記波長帯域拡大部は、複数の半導体微細
柱状構造からなることを特徴とする請求項3記載の光パ
ルス伝送システム。
4. The optical pulse transmission system according to claim 3, wherein the wavelength band expanding section is composed of a plurality of semiconductor fine columnar structures.
【請求項5】上記群速度変調部は、半導体多層構造から
なることを特徴とする請求項3記載の光パルス伝送シス
テム。
5. The optical pulse transmission system according to claim 3, wherein the group velocity modulation section has a semiconductor multilayer structure.
【請求項6】2種類以上の異なる波長を有する複数の光
信号のパルス幅を圧縮する装置と、上記光信号のパルス
幅を増幅する装置と、上記装置を通過した信号を時間分
割多重および波長分割多重する、あるいは多重を解く装
置からなる光パルス伝送システム。
6. An apparatus for compressing the pulse width of a plurality of optical signals having two or more different wavelengths, an apparatus for amplifying the pulse width of the optical signal, a signal that has passed through the apparatus by time division multiplexing and wavelength. An optical pulse transmission system consisting of equipment for division multiplexing or demultiplexing.
【請求項7】支持板上に電気信号の処理を行う素子と、
光信号を発生する素子と、光信号のパルス幅を圧縮する
素子と、パルス幅を圧縮した光信号の多重を行う部分と
を有することを特徴とする光パルス伝送システム。
7. An element for processing an electric signal on a support plate,
An optical pulse transmission system comprising: an element for generating an optical signal, an element for compressing the pulse width of the optical signal, and a portion for multiplexing the optical signal with the compressed pulse width.
【請求項8】支持板上にパルス幅を圧縮する素子と、光
信号を分岐する部分と、光信号の多重を解く素子と、光
信号を検出する素子と、検出電気信号を処理する電気素
子とを有することを特徴とする光パルス伝送システム。
8. An element for compressing a pulse width on a support plate, a portion for branching an optical signal, an element for demultiplexing the optical signal, an element for detecting the optical signal, and an electrical element for processing the detected electrical signal. An optical pulse transmission system comprising:
【請求項9】外部からの電気信号を入力する部分と、上
記電気信号を光に変換する部分と、変換された上記光の
パルス幅を圧縮する部分と、上記圧縮部分を駆動する電
源部と、上記圧縮された光信号を出射する部分とを有す
る、光伝送システム。
9. A portion for inputting an electric signal from the outside, a portion for converting the electric signal into light, a portion for compressing the pulse width of the converted light, and a power supply portion for driving the compressed portion. An optical transmission system having a portion for emitting the compressed optical signal.
【請求項10】入力パルス幅を△t、出力パルス幅を△
t’、光の伝送方向の素子の幅をL(mm)とした場合、ミ
リメートルあたりの光のパルス幅圧縮率(△t/△
t’)/L(mm)は、1以上であることを特徴とする光パ
ルス伝送素子。
10. The input pulse width is Δt and the output pulse width is Δt.
t ′, where L (mm) is the width of the element in the light transmission direction, the light pulse width compression ratio per millimeter (Δt / Δ
t ') / L (mm) is 1 or more, an optical pulse transmission device characterized in that
【請求項11】基板上に、半導体柱を複数個配列した構
造からなる波長帯域拡大部と、半導体多層構造からなる
入射光の群速度変調部を少なくとも含むことによって構
成される光パルス伝送素子。
11. An optical pulse transmission device including at least a wavelength band expanding part having a structure in which a plurality of semiconductor columns are arranged on a substrate and a group velocity modulating part for incident light having a semiconductor multilayer structure.
【請求項12】基板上に、半導体柱を複数個配列した構
造からなる波長帯域拡大部と入射光の群速度変調部とを
少なくとも含んで構成される光パルス伝送素子。
12. An optical pulse transmission device including at least a wavelength band expansion part having a structure in which a plurality of semiconductor columns are arranged on a substrate and a group velocity modulation part of incident light.
【請求項13】基板上に、半導体柱を複数個配列した部
分を含み、上記半導体柱が入射光の波長の間隔で規則配
列し、上記半導体柱の非線形効果に基づく入射光の波長
帯域拡大と、規則配列による群速度分散により入射光の
パルス幅を圧縮し、さらに上記半導体中に電気的あるい
は光学的にエネルギを注入することにより、時間軸上で
入射光尖頭強度の損失を低減または除去、あるいは増幅
する機能を有した光パルス伝送素子。
13. A substrate including a portion in which a plurality of semiconductor pillars are arranged, said semiconductor pillars being regularly arranged at intervals of a wavelength of incident light, and expanding a wavelength band of incident light based on a nonlinear effect of said semiconductor pillar. , The pulse width of the incident light is compressed by group velocity dispersion by a regular array, and the energy of the incident light is reduced or eliminated on the time axis by electrically or optically injecting energy into the semiconductor. Or, an optical pulse transmission element having a function of amplifying.
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JP2010026463A (en) * 2008-07-24 2010-02-04 Japan Science & Technology Agency Element for generating optical pulse

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JP2010026463A (en) * 2008-07-24 2010-02-04 Japan Science & Technology Agency Element for generating optical pulse

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