CN101114755A - 载波抑制光脉冲串产生方法以及模同步半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种载波抑制光脉冲串产生方法以及实现该方法的模同步半导体激光器。分布反馈型半导体激光器(100)具有光调制区域(10)、增益区域(12)、相位调整区域(14)和分布反射镜区域(16)。从恒流源(38)通过p侧电极(26)和n侧公共电极(32)向增益区域注入电流，由此形成激光振荡所需的反转分布。在光调制区域进行实现模同步所需的光调制。在分布反射镜区域形成有衍射光栅(18)。通过调整相位调整区域和分布反射镜区域的有效折射率，使得模同步半导体激光器的纵模中的接近把分布反射镜区域的布拉格波长换算成频率后的频率f₀的2个纵模成为f₀+(f_rep/2)和f₀－(f_rep/2)，来产生重复频率为f_rep的CS光脉冲串。

Description

载波抑制光脉冲串产生方法以及模同步半导体激光器

技术领域

本发明涉及用于基于载波抑制RZ(归零：Return to Zero)格式的强度调制生成光脉冲信号的载波抑制光脉冲串产生方法以及实现该方法的模同步半导体激光器。

背景技术

光通信网络正在向传输的长距离化和大容量化方向发展。关于在构成该光通信网络的光通信系统中使用的光信号的格式，已提出了各种各样的方案，并且其中的几种已经被实用化。在实用化了的光信号的格式中，具有代表性的是利用光强度的强弱来表示2值数字信号的强度调制格式。而且，这种强度调制格式大体上有2种，一种是在连续的“1”信号之间保持光强度的NRZ(不归零：Non Return to Zero)格式，另一种是光强度在连续的“1”信号之间暂时成为零的RZ格式。

RZ格式的光信号是，对于在时间轴上有规律地以一定的间隔排列的光脉冲串，利用光强度调制器对构成该光脉冲串的各个光脉冲进行光调制而生成的。对构成光脉冲串的各个光脉冲进行光调制是指通过选择性地对构成光脉冲串的光脉冲进行阻挡或使之透过，来生成2值数字信号。为了生成RZ格式的光信号，需要预先生成光脉冲串，因而需要产生该光脉冲串的光源。

如上所述，RZ格式的光信号由于是通过对在时间轴上有规律地以一定的间隔排列的光脉冲串进行光调制而获得的2值数字信号，所以，以后把光脉冲信号和光脉冲串这样的术语用于表示以下的含义。即，光脉冲信号只用于表示通过对在时间轴上有规律地以一定的间隔排列的光脉冲串进行光调制而获得的、作为2值数字信号的光脉冲串的情况。而光脉冲串用于表示在时间轴上有规律地以一定的间隔无缺损地排列的光脉冲的总体。

RZ格式由于是即使在连续的“1”信号之间光强度也暂时成为零的格式，所以在一般情况下，与NRZ格式相比，作为光载波的光的波长段宽。以后，也把作为光载波的光的波长段称为光脉冲信号或光脉冲串的波长谱段。

RZ格式的光脉冲信号由于表示含义为“1”的比特的光脉冲始终是单独存在于时间轴上，所以该光脉冲信号构成为半值宽度窄的光脉冲的集合。另一方面，NRZ格式的光脉冲信号在含义为“1”的比特连续出现的情况下，构成为在“1”连续的期间连续的宽度宽的光脉冲。因此，构成NRZ格式的光脉冲信号的光脉冲的半值宽度与构成RZ格式的光脉冲信号的光脉冲的半值宽度相比，平均较宽。

因此，RZ格式的光脉冲信号所占有的频带(以后，有时也记载为频谱段。)比NRZ格式的光脉冲信号所占有的频谱段更宽。在以后的说明中，在没有必要区别是用频率表达的光谱还是用波长表达的光谱时，简称为光谱(spectre)。

如果光谱带变宽，则第一，明显地出现光脉冲在时间轴上的半值宽度因作为信号的传输介质的光纤所具有的群速度色散而增加这样的波形畸变效应，由此限制了传输距离。第二，如果考虑到波分复用方式带来的大容量化，则为了抑制被分配了相邻波长的信道之间的串扰，需要增大被分配给相邻信道的波长差。总之，对于光谱带宽的光脉冲信号而言，从有效地利用使用它的光通信网络的频带的角度出发，其不是优选信号。

因此，人们提出了一种缩窄RZ格式的光脉冲信号的光谱带的方法。其中具有代表性的方法是，采用使在时间轴上相邻的光脉冲之间使作为光载波的相位反转了的光脉冲串成为RZ格式的所谓载波抑制RZ格式(例如参照非专利文献1)。所谓在时间轴上相邻的光脉冲之间作为光载波的相位反转，与相邻的光脉冲之间的相位差为π的含义相同。以后，有时也把载波抑制RZ格式记载为CS-RZ格式(Csrrier-supressed-RZ格式)。

在时间轴上相邻的光脉冲之间使作为光载波的相位反转的含义是，作为光载波的相位不连续，光载波的相位发生π突变的相位跳跃部分存在于相邻的光脉冲之间。因此，在相邻的光脉冲之间产生的干扰效果为抵消彼此的振幅的效果。另一方面，在时间轴上相邻的光脉冲之间作为光载波的相位是同相的情况下，这些光脉冲之间所产生的干扰效果为把彼此的振幅相加的效果。

CS-RZ格式与在时间轴上相邻的光脉冲之间作为光载波的相位为同相的通常的RZ格式相比，可将光谱带减少25％左右(参照非专利文献1)。因此，其具有抗波形畸变的耐性好，而且频率利用效率高的优点，该波形畸变是因光纤的群速度色散而产生的。并且，CS-RZ格式即使光脉冲信号的占空比变高，也能比通常的RZ格式更好地抑制因时间轴上相邻的光脉冲之间的干扰而导致的波形畸变。因此，与通常的RZ格式相比，构成光脉冲信号的光脉冲在时间轴上的宽度，能够采用更宽的宽度。其结果，可减小光载波的光谱带。即，通过采用CS-RZ格式的光脉冲信号，可实现长距离传输特性、频率利用效率优良的光通信系统。

这里，光脉冲的占空比是指在时间轴上相邻排列的光脉冲的半值宽度与该光脉冲的间隔(是每1比特的时间宽度，有时也被称为时隙。)之比。因此，占空比变高的含义是光脉冲的半值宽度相对于时隙变宽。即，如果固定时隙而加宽光脉冲的半值宽度，或者固定光脉冲的半值宽度而减小时隙，则占空比变高。

到目前为止，作为产生生成CS-RZ格式的光脉冲信号所需的CS光脉冲串的方法，提出有以下4种方法。

第1种方法是使用马赫-策德尔干涉仪型的LiNbO₃光强度调制器的方法(例如参照非专利文献1)。以后，有时也把LiNbO₃光强度调制器记载为LN光强度调制器。以产生重复频率为40GHz的CS光脉冲串为例，来说明该方法。首先，把从连续波(CW：Continuance Wave)光源产生的CW光输入到LN光强度调制器中。然后，只要将LN光强度调制器的DC偏置电平设定为透射率最小的电压值，利用重复频率为20GHz，且最大-最小之间的电压差(peak-to-peak电压，以下有时也记载为V_pp。)为半波长电压V_π的2倍的电调制信号(在多数的情况下是正弦波)对LN光强度调制器进行调制，即可从LN光强度调制器输出重复频率为40GHz的CS光脉冲串。

根据第1方法，由于即使改变CW光源的波长，光脉冲的特性变化也较小，所以可提供高性能的波长可变CS光脉冲串产生光源。其原因是LN光强度调制器的光调制特性的波长依赖性小。另外，第1方法还具有容易改变重复频率的优点。

第2方法是使用集成了啁啾光栅(Chirped Grating)的模同步半导体激光器，利用啁啾光栅的色散，进行2模激光振荡的方法(例如参照非专利文献2)。为了便于说明，在此，考虑啁啾光栅的布拉格波长附近的3个纵模。把这3个纵模的频率从低频侧起设定为f_m-1、f_m、f_m+1。而且，利用啁啾光栅的色散，将m-1次与m次纵模之间的频率差(f_m-f_m-1)、和m次与m+1次纵模之间的频率差(f_m+1-f_m)设定为使它们的差异大到不会发生频率牵引的程度的值，该频率牵引是因模同步动作而产生的。这里，m是整数。

在利用频率(f_m+1-f_m)对该模同步半导体激光器进行调制而使之产生了模同步的情况下，由于m-1次模不发生频率牵引，所以不产生模同步，不进行模同步振荡。即，该激光器进行m次和m+1次的2模振荡。2模振荡状态是最基本的CS光脉冲串产生状态。因此，采用该方法可产生CS光脉冲串。

上述的第2方法具有能够使用单一元件产生CS光脉冲串的优点，并且用于实现该方法的装置可小型化和低成本化。

第3方法是将上述的第2方法更一般化了的方法。即，是准备不同波长的2个纵单模振荡激光器，通过把该两者的输出合波，产生相当于两者的波长差的重复频率的CS光脉冲串的方法。

第3方法具有通过改变2个纵单模振荡激光器的波长，可改变波长和重复频率的优点。

第4方法是使用了光脉冲光源和光延迟干涉仪的方法。以下，以产生重复频率为40GHz的CS光脉冲串为例，对该方法进行说明。首先，准备光脉冲光源，该光脉冲光源产生重复频率为20GHz、相邻光脉冲之间的作为光载波的相位一致的通常的光脉冲串。然后，把该光脉冲串分支成2路。使用延迟光学系统，对该2分支的光脉冲串之一施加25ps的时间延迟，并且作为光载波，施加相位差π。然后，通过将两者合波，得到重复频率为40GHz的CS光脉冲串。作为光分支和合成回路以及延迟光学系统，可以使用光纤型延迟光学系统，也可以如非专利文献3所公开的那样，使用具有组合了半反射镜与空间光学系统的结构的延迟光学系统。

[非专利文献1]A.Hirano，Y.Miyamoto，S.Kuwahara，M.Tomizawa，and K.Murata，“A novel mode-splitting detection scheme in43-Gb/s CS-and DCS-RZsignal transmission，”IEEE J.LightwaveTechnology，vol.20，12，pp.2029-2034，2002.

[非专利文献2]K.Sato，A.Hirano，and N.Shimizu.“Dual modeoperation of semiconductor mode-locked lasers for anti-phase pulsegeneration，”Technicla Digest of OFC 2000，paper ThW3-1，2000.

[非专利文献3]H.Murai，M.Kagawa，H.Tsuji，and K.Fujii，“EAmodulator-based optical multiplexing/demultiplexing techniquesfor 160Gbit/s OTDM signal transmission，”IEICE Trans.Electron.，vol.E88-C，No.3，pp.309-318，2005.

但是，第1方法由于需要独立于LN光强度调制器的CW光源，所以使得用于实现第1方法的装置大型化。另外，一般的LN光强度调制器中的半波长电压V_π为5V～10V，但由于必要的调制电压V_pp为2V_π，所以必要的调制电压V_pp为10V～20V。如果把LN光强度调制器的阻抗设定为50Ω，并把其换算成功率，则是24dBm～30dBm这样的较大值，因此，第1方法是需要大功耗的方法。

第2方法从原理上讲，只能获得正弦波的光脉冲串。即，第2方法不能设定对应系统规格的灵活的脉冲宽度。

第3方法从原理上讲也只能获得正弦波的光脉冲串。而且，第3方法需要使2个激光器相位同步地进行振荡，需要用于实现其相位同步的控制装置。其结果，使得用于实现第3方法的装置大型化且高成本化。

为了实现上述第4方法，需要用于产生频率(在上述的示例中是20GHz)为CS光脉冲串的重复频率的一半的通常的光脉冲串的光源。这里，所谓通常的光脉冲串，是指构成该光脉冲串的光脉冲的相位相同的光脉冲串。在第4方法中，如果考虑到作为光载波的相位的控制，则需要在光延迟干涉仪中执行换算成几何学长度相当于数μm的高精度的光延迟控制。即，用于实现第4方法的装置，其结构复杂，且需要高精度的控制电路，从而导致大型化且高成本化。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种CS光脉冲串产生方法，该方法能够改变构成该CS光脉冲串的光脉冲的半值宽度，并且由小型且功耗少的装置即可实现。

另外，本发明的其他目的是，提供一种用于实现该方法的模同步半导体激光器。

另外，在使半导体激光器进行模同步动作的技术领域中，使用把实现模同步动作所需的光调制器等器件组装成一体的半导体激光器。因此，所谓模同步虽然本来是表示激光器的动作方式的术语，但有时也把以进行模同步动作为前提而设计制造的半导体激光器称为模同步半导体激光器。因此，以下说明的分布反馈型半导体激光器、法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器以及环形谐振器型半导体激光器，由于是以进行模同步动作为前提而设计制造的，所以都是模同步半导体激光器。

为了达到上述的目的，根据本发明的主导思想，提供具有如下结构的CS光脉冲串产生方法。

本发明的第一CS光脉冲串产生方法的基本动作原理是，使具备布拉格频率为f₀的衍射光栅的分布反馈型半导体激光器，在输出重复频率为f_rep的光脉冲串的条件下，以由f₀±q(f_rep/2)给出的振荡纵模进行模同步动作，q是奇数。这里，所谓纵模是指振荡光的光谱，有时也被称为谐振器模。

通过该模同步动作，从上述的分布反馈型半导体激光器输出重复频率为f_rep的CS光脉冲串。所谓布拉格频率f₀是指把布拉格波长λ_B换算成频率后的值。即，在把λ_B设为真空中的波长，把c设为光速的情况下，f₀×λ_B＝c。

本发明的第一CS光脉冲串产生方法，通过使分布反馈型半导体激光器进行包含以下(A1)至(C1)的步骤的操作，使该分布反馈型半导体激光器进行模同步动作，输出重复频率为f_rep的CS光脉冲串。

(A1)进行用于形成该分布反馈型半导体激光器发生振荡所需的增益的电流注入的步骤(步骤A1)；

(B1)调整该分布反馈型半导体激光器的振荡纵模，使得该振荡纵模为f₀±q(f_rep/2)的步骤(步骤B1)；

(C1)以频率f_rep调制振荡纵模的步骤(步骤C1)。

本发明的第一CS光脉冲串产生方法是通过利用本发明的第1分布反馈型半导体激光器来实现的。

第1分布反馈型半导体激光器具有：具有调制光强度的功能的光调制区域、形成反转分布的增益区域、有效折射率可变的相位调整区域、和形成有布拉格频率为f₀的衍射光栅的分布反射镜区域。光调制区域、增益区域、相位调整区域和分布反射镜区域串联配置，收纳于谐振器。

通过向光增益区域进行电流注入，可以实现形成分布反馈型半导体激光器发生振荡所需的增益的步骤A1。

其构成为：可以调整相位调整区域和分布发射镜区域的有效折射率，使得振荡纵模为由f₀±q(f_rep/2)给出的振荡纵模，该分布反馈型半导体激光器进行模同步动作。并且构成为：通过向光调制区域注入交流电流或施加交流电压，能够以频率f_rep调制其透射率。即，通过调整相位调整区域和分布反射镜区域的有效折射率中的至少任意一者的有效折射率，可以使该分布反馈型半导体激光器进行模同步动作(步骤B1)，能够从该分布反馈型半导体激光器输出重复频率为f_rep的CS光脉冲串(步骤C1)。

本发明的第二CS光脉冲串产生方法，使用在具备光调制区域、增益区域、相位调整区域和分布反射镜区域的基础上，进一步具备用于调整光吸收系数的光吸收系数调整区域的第2分布反馈型半导体激光器来实施。即，第二CS光脉冲串产生方法是，通过使该第2分布反馈型半导体激光器进行除了上述的步骤A1、B1以及C1以外，还包括以下步骤D2的操作，使该分布反馈型半导体激光器进行模同步动作，输出重复频率为f_rep的CS光脉冲串的方法。

在执行完上述的步骤A1后，实施以下的步骤D2，然后执行步骤B1和C1。

(D2)对从与该分布反馈型半导体激光器所具有的分布反射镜区域接近的一个谐振器端面反射的反射光进行衰减，使其不能到达该分布反射镜区域的步骤(步骤D2)。

第2分布反馈型半导体激光器的光吸收系数调整区域被设置在分布反射镜区域与接近该分布反射镜区域的一个谐振器端面之间。即，第2分布反馈型半导体激光器把光调制区域、增益区域、相位调整区域、分布反射镜区域以及光吸收系数调整区域按照此顺序串联配置，光调制区域与外部的端面是第1端面，光吸收系数调整区域与外部的端面是第2端面。所谓接近分布反射镜区域的一个谐振器端面是指第2端面。

通过调整光吸收系数调整区域的光吸收系数，可形成使一个谐振器端面(第2端面)的反射光衰减到不能到达分布反射镜区域的充分大小。如果实现了这种状态，则确定第2分布反馈型半导体激光器的振荡纵模的边界条件，由来自第1端面的反射和来自分布反射镜区域的反射来确定，第2端面对第2分布反馈型半导体激光器的振荡纵模的确定不产生任何影响。

在实施本发明的第一和第二CS光脉冲串产生方法时，理想的是，在分布反馈型半导体激光器的相位调整区域和分布反射镜区域具有电极。通过经由该电极向相位调整区域和分布反射镜区域注入电流，可显现等离子效应，使有效折射率发生变化。另外，也可以通过经由该电极向相位调整区域和分布反射镜区域施加电压，显现普克尔斯(Pockels)效应，使有效折射率发生变化。

除了利用上述的等离子效应或普克尔斯效应以外，也可以通过控制温度来改变相位调整区域和分布反射镜区域的有效折射率。为了能够实施该温度控制，理想的是在相位调整区域和分布反射镜区域具有电阻加热膜。

本发明的第三CS光脉冲串产生方法的基本动作原理是，使具有包含透射中心波长换算成频率时为f₀的波长滤波器、和多电极半导体激光器的外部谐振器的法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器，在输出重复频率为f_rep的光脉冲串的条件下，以由f₀±q(f_rep/2)所给出的振荡纵模进行模同步动作，q是奇数。通过该模同步动作，从上述法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器输出重复频率为f_rep的CS光脉冲串。

本发明的第三CS光脉冲串产生方法是，通过对法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器进行包括以下(A3)至(C3)的步骤的操作，使该法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器进行模同步动作，输出重复频率为f_rep的CS光脉冲串的方法。

(A3)进行用于形成上述法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器发生振荡所需的增益的电流注入的步骤(步骤A3)；

(B3)调整振荡纵模，使得法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器的振荡纵模为f₀±q(f_rep/2)的步骤(步骤B3)；和

(C3)以频率f_rep调制纵模的步骤(步骤C3)。

本发明的第三CS光脉冲串产生方法，如上所述，是通过利用本发明的法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器来实现的。

该法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器，具有：透射中心波长换算成频率时为f₀的波长滤波器；和把具有调制光强度的功能的光调制区域、形成反转分布的增益区域串联配置而构成的多电极半导体激光器。该波长滤波器和该多电极半导体激光器串联配置，收纳于外部谐振器。

通过向多电极半导体激光器的增益区域注入电流，可以实现形成法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器发生振荡所需的增益的步骤A3。

其构成为：可以调整外部谐振器的间隔，使得该法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器以振荡纵模为由f₀±q(f_rep/2)给出的振荡纵模进行模同步动作(步骤B3)。另外，构成为：通过向光调制区域施加频率与f_rep相等的交流电压，可调制其透射率(步骤C3)。通过使该法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器进行模同步动作，从法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器输出重复频率为f_rep的CS光脉冲串。

本发明的第四CS光脉冲串产生方法的基本动作原理是，使具有环形谐振器的环形谐振器型半导体激光器，在输出重复频率为f_rep的光脉冲串的条件下，以由f₀±q(f_rep/2)给出的振荡纵模进行模同步动作。通过该模同步动作，从该环形谐振器型半导体激光器输出重复频率为f_rep的CS光脉冲串。

本发明的第四CS光脉冲串产生方法是，通过对具有环形谐振器的环形谐振器型半导体激光器进行包括以下(A4)至(C4)的步骤的操作，使该环形谐振器型半导体激光器进行模同步动作，输出重复频率为f_rep的CS光脉冲串的方法。

(A4)进行用于形成环形谐振器型半导体激光器发生振荡所需的增益的电流注入的步骤(步骤A4)；

(B4)调整振荡纵模，使得环形谐振器型半导体激光器的振荡纵模成为f₀±q(_frep/2)的步骤(步骤B4)；和

(C4)以频率f_rep调制纵模的步骤(步骤C4)。

本发明的第四CS光脉冲串产生方法，如上所述，是通过利用本发明的环形谐振器型半导体激光器来实现的。

本发明的环形谐振器型半导体激光器，具有：透射中心波长换算成频率时为f₀的波长滤波器；把具有调制光强度的功能的光调制区域、形成反转分布的增益区域串联配置而构成的多电极半导体激光器、和用于改变光学长度的可动光延迟器。波长滤波器、多电极半导体激光器和可动光延迟器收纳在环形谐振器中。

通过向多电极半导体激光器的增益区域注入电流，可实现形成环形谐振器型半导体激光器发生振荡所需的增益的步骤A4。

其构成为：能够调整环形谐振器的旋转谐振器长度，使得该环形谐振器型半导体激光器以振荡纵模为由f₀±q(f_rep/2)给出的振荡纵模进行模同步动作(步骤B4)。而且，构成为：通过向光调制区域施加频率与f_rep相等的交流电压，可调制其透射率(步骤C4)。通过使该环形谐振器型半导体激光器进行模同步动作，从环形谐振器型半导体激光器输出重复频率为f_rep的CS光脉冲串。

第一和第二CS光脉冲串产生方法的基本发明是，通过使具备布拉格频率为f₀的衍射光栅的第1分布反馈型半导体激光器以由f₀±q(f_rep/2)给出的振荡纵模进行模同步动作，输出重复频率为f_rep的CS光脉冲串的方法。详细情况将在后面说明，其具有通过以由f₀±q(f_rep/2)给出的振荡纵模进行模同步动作，可从分布反馈型半导体激光器输出重复频率为f_rep的CS光脉冲串的效果。

第一CS光脉冲串产生方法，由第1分布反馈型半导体激光器以如下的方式实现。

在步骤A1中，通过进行电流注入，在增益区域形成反转分布，该反转分布是第1分布反馈型半导体激光器发生振荡的条件。通过实施步骤A1，使第1分布反馈型半导体激光器成为振荡状态。

在步骤B1中，通过调整相位调整区域和分布反射镜区域的有效折射率中的至少任意一者的有效折射率，确定分布反馈型半导体激光器的谐振条件，满足振荡纵模为f₀±q(f_rep/2)的模同步动作所需的条件。即，当使第1分布反馈型半导体激光器在该状态下进行振荡，便成为虽然振荡纵模之间没有相关，但能够输出振荡纵模为f₀±q(f_rep/2)的振荡光的状态。

在步骤C1中，通过以频率f_rep调制光调制区域的透射率，能够使第1分布反馈型半导体激光器进行模同步动作。即，成为在振荡纵模之间被引入一定的相关关系的状态。通过使第1分布反馈型半导体激光器以振荡纵模之间保持了一定的相关关系的状态进行振荡，可输出重复频率为f_rep的光脉冲串。

第二CS光脉冲串产生方法是由第2分布反馈型半导体激光器以如下的方式实现的。第二CS光脉冲串产生方法和第一CS光脉冲串产生方法一样，也是通过使第2分布反馈型半导体激光器以由f₀±q(f_rep/2)给出的振荡纵模进行模同步动作，产生重复频率为f_rep的CS光脉冲串的方法。

与第一CS光脉冲串产生方法的不同点是，包括步骤D2，在步骤D2中把光吸收系数调整区域的光吸收系数值设定为光吸收系数调整区域侧的谐振器端面的反射光不会到达分布反射镜区域的充分大小。因此，用于实现第二CS光脉冲串产生方法的第2分布反馈型半导体激光器，具有光吸收系数调整区域。

通过执行该步骤D2，可以把光吸收系数调整区域的光吸收系数值设定为光吸收系数调整区域侧的谐振器端面的反射光不会到达分布反射镜区域的充分大小。这样，通过使光吸收系数调整区域侧的谐振器端面的反射光不能到达分布反射镜区域，可获得如下的效果。即，反射光不能到达分布反射镜区域，与分布反射镜区域侧的谐振器端面(解理面)的反射率为0等效。因此，能够不受分布反射镜区域侧的谐振器端面的残余反射的影响，切实地产生CS光脉冲串。如果存在分布反射镜区域侧的谐振器端面的残余反射，则作为有规律的光脉冲串，难以生成CS光脉冲串。

第三CS脉冲串产生方法与第一和第二CS光脉冲串产生方法的不同点是，取代分布反馈型半导体激光器，而使用法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器。与第一和第二CS光脉冲串产生方法所使用的分布反馈型半导体激光器所具有的分布反射镜区域对应的构成要素是法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器所具有的波长滤波器。而且，第一和第二CS光脉冲串产生方法是通过调整相位调整区域和分布反射镜区域的有效折射率中的至少任意一者的有效折射率，来设定分布反馈型半导体激光器的振荡条件，而第三CS光脉冲串产生方法是通过调整外部谐振器的间隔来设定法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器的振荡条件。

第三CS光脉冲串产生方法的产生CS光脉冲串的基本动作原理与第一和第二CS光脉冲串产生方法的基本动作原理相同。即，具有通过使法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器在输出重复频率为f_rep的光脉冲串的条件下，以由f₀±q(f_rep/2)给出的振荡纵模进行模同步动作，而产生重复频率为f_rep的CS光脉冲串的效果。

第四CS光脉冲串产生方法是通过使环形谐振器型半导体激光器进行模同步动作，产生CS光脉冲串的方法。与第一和第二CS光脉冲串产生方法所使用的分布反馈型半导体激光器所具有的分布反射镜区域对应的构成要素，与第三CS光脉冲串产生方法一样，是环形谐振器型半导体激光器所具有的波长滤波器。而且，第四CS光脉冲串产生方法通过调整配置于环形谐振器的可动光延迟器的光延迟量，调整环形谐振器的旋转谐振器长度，使得该环形谐振器型半导体激光器以振荡纵模为由f₀±q(f_rep/2)给出的振荡纵模进行模同步动作。

第四CS光脉冲串产生方法的产生CS光脉冲串的基本动作原理与上述第一至第三的CS光脉冲串产生方法一样。即，具有通过使环形谐振器型半导体激光器在输出重复频率为f_rep的光脉冲串的条件下，以由f₀±q(f_rep/2)给出的振荡纵模进行模同步动作，而产生重复频率为f_rep的CS光脉冲串的效果。

在第三和第四CS光脉冲串产生方法中，以进行模同步动作所需的频率f_rep进行调制的动作(步骤C3和C4)，都可通过以频率f_rep调制光调制区域的透射率来实现。

如上所述，根据本发明的第一至第四CS光脉冲串产生方法，通过使各个方法所使用的分布反馈型半导体激光器、法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器以及环形谐振器型半导体激光器，以由f₀±q(f_rep/2)给出的振荡纵模进行模同步动作，可产生重复频率为f_rep的CS光脉冲串。

附图说明

图1是第1实施例的模同步半导体激光器的概略构成图，(A)是表示利用等离子效应或普克尔斯效应来实现相位调整区域和分布反射镜区域的有效折射率的变化的示例的图，(B)是表示利用温度变化来实现相位调整区域和分布反射镜区域的有效折射率的变化的示例的图。

图2是表示CS光脉冲串的时间波形的图。

图3是用于说明CS光脉冲串的频谱的图，(A)是表示重复频率为f_rep/2的第1光脉冲串的频谱的图，(B)是表示重复频率为f_rep/2，相对于第1光脉冲串，作为载波的相位错开π的第2光脉冲串的频谱的图，(C)是表示合成第1和第2光脉冲串而得到的光脉冲串的频谱的图。

图4是表示第3和第4光脉冲串以及合波光脉冲串的频谱的图，(A)是表示第3光脉冲串的频谱的图，(B)是表示第4光脉冲串的频谱的图，(C)是表示合波光脉冲串的频谱的图。

图5是表示第3和第4光脉冲串以及合波光脉冲串的时间波形的图，(A)是表示第3光脉冲串的时间波形的图，(B)是表示第4光脉冲串的时间波形的图，(C)是表示合波光脉冲串的时间波形的图。

图6是用于说明分布反射镜区域的反射率光谱、侵入长度以及纵模的关系的图。

图7是用于说明EA调制器的特性与光栅波形的关系的图，(A)是表示透射率对EA调制器的电压的图，(B)是用于说明在把施加的直流电压设定在正偏置侧，并叠加了调制电压时的光栅特性的图，(C)是用于说明在把施加的直流电压设定在反偏置侧，并叠加了调制电压时的光栅特性的图。

图8是用于说明第1实施例的产生CS光脉冲串的实验结果的图，(A)是表示所产生的CS光脉冲串的时间波形的图，(B)是表示光谱波形的图。

图9是表示从第1实施例的模同步半导体激光器输出的CS光脉冲串的光脉冲宽度对调制器偏置电压以及调制电压的依赖性的图。

图10是表示从第1实施例的模同步半导体激光器输出的光脉冲宽度为3.3ps的CS光脉冲串的图，(A)是表示时间波形的图，(B)是表示波长谱的图。

图11是表示第2实施例的模同步半导体激光器的概略构成图。

图12是用于说明衍射光栅的初始相位的图。

图13是表示分布反射镜的能量反射率的图。从(A)至(E)分别表示将解理面的反射率R₀和衍射光栅的初始相位φ作为参数来进行变化的情况。

图14是表示第1实施例中的将解理面的反射率R₀作为参数来进行变化时的来自分布反射镜区域的最大反射率、峰值波长迁移量以及侵入长度对初始相位的依赖性的图，(A)、(B)、(C)分别表示在分布反射镜区域的长度为50μm时，来自分布反射镜区域的最大反射率、峰值波长迁移量、和侵入长度，(D)表示在分布反射镜区域的长度为50μm时的峰值波长迁移量。

图15是表示第2实施例中的在把光吸收系数调整区域的吸收系数α_EA作为参数来进行变化时的来自分布反射镜区域的最大反射率、峰值波长迁移量以及侵入长度对初始相位φ的依赖性的图，(A)表示来自分布反射镜区域的最大反射率，(B)表示峰值波长迁移量，(C)表示侵入波长。

图16是第3实施例的模同步半导体激光器的概略构成图。

图17是第4实施例的模同步半导体激光器的概略构成图。

图中：10-光调制区域；12-增益区域；14-相位调整区域；16-分布反射镜区域；18-衍射光栅；20-p侧包层；22-n侧包层；24-光调制区域的p侧电极；26-增益区域的p侧电极；28-相位调整区域的p侧电极；30-分布反射镜区域的p侧电极；32-n侧公共电极；34、40、42-恒流源(或恒压源)；36-交流电源；38-恒流源；44-分布反射镜区域侧的谐振器端面；46-光调制区域侧的谐振器端面；48-绝缘膜；50、54-电阻加热膜；52、56-恒流源；58-耦合器；60-光吸收系数调整区域；62-光吸收系数调整区域的p侧电极；64-恒压源；66-光吸收系数调整区域侧的谐振器端面；68-波长滤波器；70-可动反射镜；72-可动反射镜控制装置；74-增益区域侧的端面；76-可动反射镜的反射面；78、80-多电极半导体激光元件的端面；82-光隔离器；84-可动光延迟器；86-光耦合器；88-可动光延迟器控制装置；100、200、300-分布反馈型半导体激光器；400-法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器；500-多电极半导体激光器；600-环形谐振器型半导体激光器。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。另外，各图只是图示了本发明的一种构成例，并且概略性表示了各个构成要素的配置关系等，其只是为了能够理解本发明，本发明并不限于图示例。另外，在以下的说明中，虽然使用了特定的材料和条件等，但这些材料和条件只不过是一个优选例，因此，不受它们限制。另外，在各个图中，对于相同的构成要素标记相同的参照符号进行表示，并省略其重复的说明。

<第1实施例>

下面，参照图1(A)和(B)，对用于实现第一CS光脉冲串产生方法的第1分布反馈型半导体激光器的结构进行说明。另外，对该第1分布反馈型半导体激光器的模同步动作原理进行说明。图1(A)和(B)都是用于说明第1模同步半导体激光器，即，用于实现第一CS光脉冲串产生方法的分布反馈型半导体激光器的概略构造的图。

图1(A)以放大剖面图表示了利用等离子效应或普克尔斯效应来实现相位调整区域和分布反射镜区域的光导波路的有效折射率的变化的分布反馈型半导体激光器，(B)以放大剖面图表示了利用温度变化来实现相位调整区域和分布反射镜区域的光导波路的有效折射率的变化的分布反馈型半导体激光器。在以下的说明中，有时把相位调整区域或分布反射镜区域的光导波路的有效折射率简称为相位调整区域或分布反射镜区域的有效折射率。

图1(A)和图1(B)所示的分布反馈型半导体激光器只是相位调整区域和分布反射镜区域的一部分构造不同，所以对相同的构成要素附加相同的参照符号来进行说明。

第1实施例的分布反馈型半导体激光器是谐振器旋转频率的自然数倍与所产生的光脉冲串的重复频率f_rep近似的模同步半导体激光器。这里所谓近似是指，分布反馈型半导体激光器的谐振器旋转频率自然数倍与光脉冲串的重复频率f_rep之差小到可产生使该分布反馈型半导体激光器进行模同步动作所需的频率牵引的程度。

用于实现第一CS光脉冲串产生方法的分布反馈型半导体激光器100通过把光调制区域10、增益区域12、相位调整区域14和分布反射镜区域16，按照此顺序串联连接而构成。各个区域分别形成有夹在p侧包层20和n侧包层22之间的双异质结的光导波路10a、12a、14a和16a。在分布反馈型半导体激光器100中，振荡光通过在光导波路10a中传播，其强度被调制(损耗调制)，通过在光导波路12a中传播，基于受激发射而被放大，通过在光导波路14a中传播，其相位速度发生变化，在光导波路16a中进行布拉格反射。振荡光的调制可以像这样通过损耗调制来进行，但也可以在光导波路12a中进行增益调制。

光调制区域10、增益区域12、相位调整区域14和分布反射镜区域16分别是把光导波路夹在p侧包层20与n侧包层22之间而构成的，是还包含有p侧和n侧电极的构造。即，如果以光调制区域10为例进行说明，则光调制区域10是指包含光调制区域的p侧电极24、p侧包层20的光调制区域部分、光调制区域的光导波路10a、n侧包层22的光调制区域部分、以及n侧公共电极32的光调制区域部分的整体。增益区域12、相位调整区域14和分布反射镜区域16也是同样。

通过由恒流源38，经由p侧电极26和n侧公共电极32向增益区域12注入电流，形成激光振荡所需的反转分布，产生增益(步骤A1)。另外，在光调制区域10中进行显现模同步所需的光调制(步骤C1)。为了使光调制区域10产生光调制，可采用向该区域注入电流的方法、和施加电压的方法。

在实施注入电流的方法时，可通过在p侧电极24与n侧公共电极32之间流过利用耦合器58把从恒流源34供给的恒定电流和从交流电源36供给的频率为f_rep的交流电流相叠加而得到的电流来进行。

另外，在实施作为在光调制区域10中产生光调制的方法的施加电压的方法时，可通过在p侧电极24与n侧公共电极32之间施加利用耦合器58把从恒压源34供给的恒定电压和从交流电源36供给的频率为f_rep的交流电压相叠加而得到的电压来进行。

相位调整区域14以及分布反射镜区域16利用对激光振荡波长透明的材料构成。例如，在激光振荡波长为1.55μm波段的InGaAsP类半导体激光器的情况下，利用带隙波长为1.3μm的InGaAsP层来构成相位调整区域14和分布反射镜区域16。

另外，激光振荡波长并不限于此例，也可以采用1.1μm、或1.48μm。在这种情况下，选定InGaAsP的混晶比，使得对应于该激光振荡波长而成为透明的，由此来形成相位调整区域14和分布反射镜区域16。另外，根据分布反馈型半导体激光器100的振荡波长可使用InGaAsP以外的材料。通过根据分布反馈型半导体激光器100的振荡波长，来选择具有与该振荡波长对应的带隙的材料，可构成能够得到所需要的振荡波长的分布反馈型半导体激光器100。

在分布反射镜区域的光导波路16a与p侧包层20的界面附近的p侧包层20侧，或者分布反射镜区域的光导波路16a与n侧包层22的界面附近的n侧包层22侧的任意一侧，形成有衍射光栅18。图1(A)和(B)中，示出了衍射光栅18形成在分布反射镜区域的光导波路16a与p侧包层20的界面附近的p侧包层20侧的例子。这里，界面附近的含义是，在分布反射镜区域16中导波的光的消失场(evanescent field)所到达的范围。

如上所述，通过利用电流或电压对光调制区域10和增益区域12进行调制，使分布反馈型半导体激光器100进行模同步动作，产生重复频率为f_rep的光脉冲串。如图1(A)所示，可以分别使用恒流源或恒压源40和42，分别通过相位调整区域的p侧电极28和分布反射镜区域的p侧电极30、以及n侧公共电极32，向相位调整区域14和分布反射镜区域16注入恒定电流或施加逆偏置电压。这样，注入恒定电流的情况下，可利用等离子效应来调整相位调整区域14和分布反射镜区域16的有效折射率。另外，在施加逆偏置电压的情况下，可利用普克尔斯效应等来调整相位调整区域14和分布反射镜区域16的有效折射率。

可以将相位调整区域14和分布反射镜区域16的有效折射率调整为，分布反馈型半导体激光器100的纵模中的与分布反射镜区域16的布拉格频率f₀接近的2个纵模f₀+(f_rep/2)和f₀-(f_rep/2)，即，两纵模在频率轴上相对于布拉格频率成为对称的关系(步骤B1)。

采用不同于图1(A)所示的其他方法，也能够实现对相位调整区域14和分布反射镜区域16的有效折射率的调整。图1(B)表示基于其他方法的分布反馈型半导体激光器200的元件构造的一例。分布反馈型半导体激光器200与图1(A)所示的分布反馈型半导体激光器100的元件构造的不同之处是，在相位调整区域14和分布反射镜区域16的各自的p侧包层20的上面，形成有SiO₂等绝缘膜48，在其上部分别形成有Pt等电阻加热膜50和54。分别使用恒流源52、54使电流流过该电阻加热膜50和54，而产生焦耳热，通过改变温度，来改变相位调整区域14和分布反射镜区域16的有效折射率。

CS光脉冲串由于从分布反馈型半导体激光器100和200的分布反射镜区域16侧的谐振器端面44、和光调制区域10侧的谐振器端面46的任意一个端面输出，所以在实用中可使用从任意一个端面输出的CS光脉冲串。另外，优选对分布反射镜区域16侧的谐振器端面44预先形成了无反射膜。

为了说明第一CS光脉冲产生方法中的分布反馈型半导体激光的动作原理，首先参照图2对CS光脉冲串的时间波形的特征进行说明。图2是表示形成了CS光脉冲串的光载波的振幅包络线的时间波形的图，横轴表示时间，纵轴表示光强度。对于纵轴，把后述的第1光脉冲的光强度设定为正向，把作为光载波的相位与构成第1光脉冲串的光脉冲错开π的第2光脉冲串的光强度设定为负向。

观测光强度的变化而得到的光脉冲被表示为作为光载波的光的电场矢量的振幅波形的包络线。因此，在以下的说明中，在提到光脉冲的时间波形的情况下，表示光的电场矢量的振幅波形的包络线。

CS光脉冲串是在时间轴上排列的相邻光脉冲之间的作为光载波的相位为彼此反相的关系的光脉冲串。即，在时间轴上排列的相邻光脉冲之间的作为光载波的两者的相位差为等于π的关系。

如果设定时间轴上的CS光脉冲串的时间波形的周期T_rep为1/f_rep(重复频率为f_rep)，则该CS光脉冲串的时间波形可以认为是周期为2T_rep(＝2/f_rep)的第1光脉冲串、和周期为2T_rep(＝2/f_rep)的第2光脉冲串的合成波形。

这里，如图2所示，第1光脉冲串是周期为2T_rep(重复频率为f_rep/2)、相邻光脉冲之间的作为光载波的光相位为同相的光脉冲串。第2光脉冲串是周期同样为2T_rep、相邻光脉冲之间的作为光载波的光相位为同相、且在与第1光脉冲串错开T_rep(＝1/f_rep)的时间产生、并且作为该光载波的光相位相对于第1光脉冲串反转了(相位差为π)的光脉冲串。

参照图3(A)至(C)，对CS光脉冲串的频谱进行说明。图3(A)是表示重复频率为f_rep/2的第1光脉冲串的频谱的图。图3(B)是表示重复频率为f_rep/2、作为载波的相位相对于第1光脉冲串错开π的第2光脉冲串的频谱的图。图3(C)是表示通过合成第1和第2光脉冲串而得到的光脉冲串的频谱的图。在图3(A)至(C)中，横轴表示作为光载波的频率。另外，纵轴表示频谱成分的各个振幅的大小，把第1光脉冲的频谱成分的振幅设定为正向，把与该频谱成分错开相位π的频谱成分的振幅设定为负向。

如图3(A)所示，对于第1光脉冲串的频谱的振幅波形，如果把作为光载波的频率设为f₀，则为以频率f₀的纵模为中心、振幅为E_m的纵模在频率轴上离开f_rep/2、全部以同相位离散存在的波形。这里，m是整数，m＝0的振幅E₀相当于第1光脉冲串的作为光载波的频率的振幅成分。这里，频率f₀的纵模或振幅为E_m的纵模是指，各个频率为f₀的频谱的振幅成分、或振幅为E_m的频谱的振幅成分。

如图3(B)所示，第2光脉冲串的光谱的振幅波形与第1光脉冲串的光谱一样，为以频率f₀的纵模为中心、振幅的绝对值为E_m的纵模其频率离开f_rep/2而离散存在的波形。这里，m也是整数，m＝0的振幅E₀相当于第2光脉冲串的作为光载波的频率的振幅成分。不过，第2光脉冲串在与第1光脉冲串错开T_rep(＝1/f_rep)的时间产生(第1条件)，并且其作为光载波的相位相对于第1光脉冲串是反转的(第2条件)。相位反转与两者的相位差为π的含义相同。

为了满足第2光脉冲串在与第1光脉冲串错开T_rep(＝1/f_rep)的时间产生这样的第1条件，对于第2光脉冲串的各个纵模的相位，把m为奇数的纵模，相对于第1光脉冲串的纵模的相位错开π。即，对于m为奇数的纵模，使振幅的正负反转。另外，根据第2光脉冲串的作为光载波的相位相对于第1光脉冲串反转这样的第2条件，第2光脉冲串的所有纵模的相位相对于第1光脉冲串的纵模的相位都错开π。

满足第1和第2条件的结果，第2光脉冲串的光谱的振幅波形，其m为偶数的纵模，成为相对于第1光脉冲串的光谱，其振幅的正负进行了反转的波形。因此，作为第1光脉冲串与第2光脉冲串的合成波形的CS光脉冲串的光谱的振幅波形，成为图3(C)所示的波形。即，成为包含作为光载波的频率成分的偶数次的纵模消失，只有奇数次纵模，其频率分离f_rep而离散地存在的光谱波形。

另外，所谓CS光脉冲串的名称的由来，源于其是通过使该光脉冲串的作为光载波的频率成分中特定次数的纵模(这里是偶数次纵模)消失，即，通过进行载波抑制(carrier suppressed)，所生成的光脉冲串。

如以上说明的那样，关于CS光脉冲串的时间波形，其时间波形和频谱具有图2和图3(C)所表示的关系。即，如图2所示，是以相邻光脉冲之间的作为光载波的两者的相位差等于π的关系排列的光脉冲。另外，如图3(C)所示，构成CS光脉冲串的频谱的纵模成分，以频率f₀的纵模为中心，包含作为光载波的频率成分偶数次纵模消失，只有奇数次纵模，其频率离开f_rep而离散地存在。即，CS光脉冲串的频谱由使q为奇数、以f₀±q(f_rep/2)给出的频率成分(纵模成分)构成。

下面，从产生具有这样的时间波形和频谱的CS光脉冲串的角度，对以上说明的CS光脉冲的时间波形和频谱波形的关系进行说明。

下式(1)给出了CS光脉冲串的振幅的时间波形e_cs(t)。

[算式1]

$e_{\mathrm{cs}}\left(t\right)=\underset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}{E}_m{e}^{i2\mathrm{\&pi;}\{\mathrm{fot}+m\frac{f_{\mathrm{rep}}}{2}\}}+\underset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}{E}_m{e}^{i2\mathrm{\&pi;}\{\mathrm{fot}+m\frac{f_{\mathrm{rep}}}{2}(t-T_{\mathrm{rep}})+\mathrm{\&pi;}\}}---\left(1\right)$

式(1)的第1项给出了第1光脉冲串的振幅的时间波形，第2项给出了第2光脉冲串的振幅的时间波形。这里，把相邻的光脉冲在时间轴上的间隔，即光脉冲的周期用T_rep表示。即，T_rep与光脉冲串的重复频率f_rep具有互为倒数的关系，即T_rep＝1/f_rep。

式(1)可以变形为以下式(2)。

[算式2]

$e_{\mathrm{cs}}\left(t\right)=e^{i2\mathrm{\&pi;fot}}\underset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}{E}_m{e}^{\mathrm{im\&pi;}{f}_{\mathrm{rep}}t}\{1-e^{\mathrm{im\&pi;}}\}---\left(2\right)$

这里，在式(2)中出现的(1-exp(imπ))，由于当m为偶数时为0，所以在式(2)中，m为偶数的项消失，其结果，给出CS光脉冲串的振幅的时间波形的e_cs(t)可表示成下式(3)。

[算式3]

$e_{\mathrm{cs}}\left(t\right)=2e^{i2\mathrm{\&pi;}[f_0+\frac{f_{\mathrm{rep}}}{2}]t}\underset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}{E}_{2m+1}{e}^{i2\mathrm{\&pi;m}{f}_{\mathrm{rep}}t}---\left(3\right)$

即，与图3(C)所示的光谱波形对应的偶数次纵模消失，得到只由奇数次纵模构成的时间波形。

这里，对图3(C)和式(3)所表示的CS光脉冲串的光谱和时间波形进行进一步考察。

把上述的式(3)，通过代入用由下式(4)给出的关系所定义的数列A_m，而变形为下式(5)的形式。

[算式4]

E_2m+1≡A_m+A_-(m+1)    (4)

$e_{\mathrm{cs}}\left(t\right)\text{=}{2e}^{i2\mathrm{\&pi;}[f_0+\frac{f_{\mathrm{rep}}}{2}]t}\underset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}(A_m+A_{-(m+1)})e^{i2\mathrm{\&pi;m}{f}_{\mathrm{rep}}t}$

$={2e}^{i2\mathrm{\&pi;}[f_0+\frac{f_{\mathrm{rep}}}{2}]t}\underset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}{A}_m{e}^{i2\mathrm{\&pi;m}{f}_{\mathrm{rep}}t}+2e^{i2\mathrm{\&pi;}[f_0+\frac{f_{\mathrm{rep}}}{2}]t}\underset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}{A}_{-(m+1)}{e}^{i2\mathrm{\&pi;m}{f}_{\mathrm{rep}}t}---\left(5\right)$

这里，如果对式(5)的第2项进行把(m+1)置换为n的转换，则得到下式(6)。

[算式6]

$e_{\mathrm{cs}}\left(t\right)={2e}^{i2\mathrm{\&pi;}[f_0+\frac{f_{\mathrm{rep}}}{2}]t}\underset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}{A}_m{e}^{i2\mathrm{\&pi;m}{f}_{\mathrm{rep}}t}+2e^{i2\mathrm{\&pi;}[f_0-\frac{f_{\mathrm{rep}}}{2}]t}\underset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}{A}_{-n}{e}^{i2\mathrm{\&pi;n}{f}_{\mathrm{rep}}t---\left(6\right)}$

可以如下这样解释式(6)。以下，参照图4(A)至(C)和图5(A)至(C)进行说明。

图4(A)至(C)是表示后述的第3和第4光脉冲串以及合波光脉冲串的频谱的图，(A)是表示第3光脉冲串的频谱的图，(B)是表示第4光脉冲串的频谱的图，(C)是表示第3光脉冲串和第4光脉冲串的合波光脉冲的频谱的图。在图4(A)至(C)中，横轴和纵轴分别以任意比例表示频率和振幅的大小。

另外，图5(A)至(C)是表示第3和第4光脉冲串以及合波光脉冲串的时间波形的图，(A)是表示第3光脉冲串的时间波形的图，(B)是表示第4光脉冲串的时间波形的图，(C)是表示第3光脉冲串和第4光脉冲串的合波光脉冲的时间波形的图。在图5(A)至(C)中，横轴和纵轴分别以任意比例表示时间和光强度。不过，图5(C)的纵轴把后述的第3和第4光脉冲串的光强度作为正向，把构成第3和第4光脉冲串的光脉冲和作为光载波的相位错开π的光脉冲的光强度作为负向。

根据式(6)，CS光脉冲的光谱由第3光脉冲串和第4光脉冲串的合成波形给出。这里，如图4(A)所示，第3光脉冲串具有以下的光谱波形，即、其作为光载波的中心频率为f₀+(f_rep/2)，把该频率作为起点的第m个纵模(m是整数)的振幅为2A_m、频率离开f_rep而离散地存在于频率轴上。即，振幅为2A_m的第m个纵模的频率是使q为奇数的f₀+q(f_rep/2)(其中，q＝2m+1。)。另外，如图4(B)所示，第4光脉冲串具有以下的光谱波形，即、其作为光载波的中心频率为f₀-(f_rep/2)，把该频率作为起点的第m个纵模的振幅为2A_-m，频率离开f_rep而离散地存在于频率轴上。即，振幅为2A_-m的第m个纵模的频率是使q为奇数的f₀-q(f_rep/2)(其中，q＝2m+1。)。

如式(6)所给出的那样，或者如图4(A)和图4(B)所示的那样，第3光脉冲串的光谱与第4光脉冲串的光谱具有其纵模振幅相对于频率彼此反对称的光谱形状。另外，在第3光脉冲串中，由m值指定的各个纵模的相位为同相，在第4光脉冲串中，由m值指定的各个纵模的相位也为同相。

这意味着，构成第3光脉冲串的光脉冲之间相位一致，而且构成第4光脉冲串的光脉冲之间相位也一致。如果将第3光脉冲串与第4光脉冲串进行比较，则各自的作为光载波的成分的相位也彼此为同相位。这意味着，分别构成第3光脉冲串和第4光脉冲串的光脉冲是同时产生。

因此，第3和第4光脉冲串的合波光脉冲的频谱为如图4(C)所示的频谱。

如果把以上说明的内容表示为时间波形的关系，则成为图5(A)至(C)所示的关系。图5(A)至(C)表示光脉冲串的时间波形。即，图5(A)所示的光载波频率为f₀+(f_rep/2)、重复频率为f_rep的作为通常的RZ光脉冲串的第3光脉冲串，和图5(B)所示的光载波频率为f₀-(f_rep/2)、重复频率为f_rep的作为通常的RZ光脉冲串的第4光脉冲串在相同的时刻产生，并且，其合成时间波形成为图5(C)所示的CS-RZ光脉冲串。

本发明的第一和第二CS光脉冲串产生方法是通过使具有分布反射镜区域的分布反馈型半导体激光器执行模同步动作来实现上述那样的状况的方法。以下，参照图6，对为了实现上述那样的状况而发挥主要作用的分布反射镜区域的特性、与分布反馈型半导体激光器的纵模(有时也称为谐振器模。)之间的关系进行说明。

图6是用于说明分布反射镜区域的反射率光谱(粗实线)、侵入线(虚线)以及纵模(细实线)的关系的图，横轴以任意比例刻度表示波长。另外，虽然省略了纵轴，但在纵轴方向上，对用实线表示的反射率光谱和纵模以任意比例表示了光强度，对用虚线表示的侵入长度以任意比例表示了长度。

这里，假定分布反射镜区域16的谐振器端面44的端面反射率为0的理想状况来进行说明。如果谐振器端面44的端面反射率为0，则对于分布反馈型半导体激光器的振荡动作，无需考虑谐振器端面44的端面反射的影响，成为只由衍射光栅的反射特性来决定的状况。另外，侵入长度的含义是在把来自分布反射镜区域16的反射光的相位φ用下式(7)进行了定义时的L_eff。

φ＝2n_DBRk₀L_eff(7)

这里，n_DBR是分布反射镜区域的有效折射率，k₀是波数。如图6所示，如果谐振器端面44的端面反射率为0，则反射率和侵入长度的曲线(波长依赖性)在波长轴上相对于布拉格波长λ_B对称。

这里，考虑分布反馈型半导体激光器的纵模中的最接近布拉格波长λ_B(换算成频率，为f₀)的2个纵模(换算成波长的值)，关于图6所示的波长轴，存在于相对于布拉格波长λ_B对称的位置的情况。2个纵模的频率间隔与谐振器旋转频率一致，并且与所产生的CS光脉冲串的重复频率(f_rep)近似。这里，所谓近似是指2个纵模的频率间隔与f_rep之差小到，在使分布反馈型半导体激光器产生了模同步动作的情况下，可产生频率牵引的程度。

在该状态下，分布反馈型半导体激光器进行激光振荡。在此情况下，上述的2个纵模，由于在分布反射镜区域的反射率的最大值和侵入长度的最小值位于相对于布拉格波长对称的位置，而且两个极值与布拉格波长近似，所以两个纵模的激光振荡条件相同，该分布反馈型半导体激光器以上述2个纵模产生激光振荡。在以该状态产生了模同步动作的情况下，该激光器分别产生具有相当于上述2个纵模的各自的波长的频率的2波长的模同步动作。

并且，分布反射镜区域的反射率和侵入长度的频率曲线，其反射率的最大值和侵入长度的最小值存在于相对于把布拉格波长换算成频率的频率，彼此对称的位置，曲线本身为相同的形状。另外，在产生了模同步动作的情况下，在这2个波长的光(与上述2个纵模对应的频率的光)之间通过调制边带相互产生频率牵引。其结果，这2个光的作为光载波的频率间隔被固定为调制频率，即f_rep，并且也将实现相位同步。因此，这2个波长的模同步脉冲串，由于其波长差正好与重复频率(f_rep)一致，并且相位同步，所以产生的时间也一致。

如以上说明的那样，在图6所示的谐振器端面44的端面反射率为0的条件下进行模同步动作的分布反馈型半导体激光器，由于满足之前参照图4(A)至(C)和图5(A)至(C)所说明的CS光脉冲串产生条件，所以产生CS光脉冲串。

在实现第一和第二CS光脉冲串产生方法时，必须设定为最接近布拉格波长的2个纵模在波长轴上相对于布拉格波长对称地配置。关于图1(A)和(B)所示的构造的分布反馈型半导体激光器，激光的纵模波长由下式所决定。

mλ＝2n_modL_mod+2n_gainL_gain+2n_pcL_pc+2n_DBRL_eff    (8)

这里，n_mod、n_gain、n_pc、n_DBR分别是光调制区域10、增益区域12、相位调整区域14、分布反射镜区域16的有效折射率。另外，L_mod、L_gain、L_pc分别是光调制区域10、增益区域12、相位调整区域14的区域的长度。L_eff是分布反射镜区域16的侵入长度。

如式(8)所示，通过使n_pc和n_DBR的至少任意一者发生变化，可改变纵模波长(步骤B1)。

在利用图1(A)所示的结构的分布反馈型半导体激光器，来实现第一CS光脉冲串产生方法时，分别使用恒流源或恒压源40和42，分别通过p侧电极28和30以及n侧公共电极32，向相位调整区域14以及分布反射镜区域16注入恒定电流、或者施加反偏置电压，来改变n_pc和n_DBR。即、在注入恒定电流的情况下，利用等离子效应，另外，在施加反偏置电压的情况下，利用普克尔斯效应，可以将n_pc和n_DBR的有效折射率调整为，接近分布反射镜区域16的布拉格波长的2个纵模在频率轴上相对于布拉格频率对称配置。所谓在频率轴上相对于布拉格频率对称配置是指，与2个纵模对应的频率的一方比布拉格频率小，另一方比布拉格频率大，并且两者的频率与布拉格频率之差相等。

图1(B)所示的分布反馈型半导体激光器在相位调整区域14和分布反射镜区域16的p侧包层20的上部形成有SiO₂等绝缘膜48，并且在其上部形成有Pt等电阻加热膜50、54。通过使用恒流源52和56使电流流过该电阻加热膜50、54，产生焦耳热，通过使温度变化，将n_pc和n_DBR的有效折射率调整为，如图6所示的那样，使与分布反射镜区域16的布拉格波长接近的2个纵模相对于布拉格波长对称配置。

根据第一CS光脉冲串产生方法，与使用了在非专利文献2中公开的集成了啁啾光栅的模同步半导体激光器的方法一样，能够使用单一半导体激光元件产生CS光脉冲串。而且，该产生的CS光脉冲串的脉冲形状与非专利文献2所公开的模同步半导体激光器的情况不同，不限于正弦波。即，意味着能够改变光脉冲的半值宽度。

其理由如下。即，根据非专利文献2所描述的方法，所产生的CS光脉冲串由于是由2个激光振荡纵模所生成的，所以构成所产生的CS光脉冲串的光脉冲的时间波形形状被限定为正弦波。

而根据第一CS光脉冲串产生方法，由于其光谱的振荡纵模数不限于2个，所以构成所产生的CS光脉冲串的光脉冲的时间波形形状不限于正弦波。即，利用第一CS光脉冲串产生方法产生的构成CS光脉冲串的光脉冲由f₀±(f_rep/2)的2个以上频率成分构成，并且不限于q＝1。

这样，关于构成CS光脉冲串的光脉冲的时间波形形状是正弦波以外的波形，例如有以下的优点。在光调制区域10中，通过提供强的增益或吸收调制，并且把在分布反射镜区域16中实现的反射率曲线的带宽设定得较宽，可产生光脉冲宽度窄的CS光脉冲串。或者相反地，通过在光调制区域10中提供弱的增益或吸收调制，可产生光脉冲宽度宽的CS光脉冲串。即，具有可任意设定构成所产生的CS光脉冲串的光脉冲宽度的优点。

通过把直流电压作为偏置电压施加给光调制区域10，并且重叠施加调制电压，可容易地产生脉冲宽度可变的CS光脉冲串。即，通过使光调制区域10作为半导体电场吸收型调制器(也有时称为Electro-absorption Modulator、EA调制器。)发挥作用，可容易地产生脉冲宽度可变的CS光脉冲串。下面，参照图7(A)至(C)说明其理由。

图7(A)至(C)是用于说明EA调制器的特性与光栅波形的关系的图，图7(A)是表示透射率对EA调制器的电压的图，图7(B)是用于说明在把所施加的直流电压设定在正偏置侧，并叠加了调制电压时的光栅特性的图，图7(C)是用于说明在把所施加的直流电压设定在反偏置侧，并叠加了调制电压时的光栅特性的图。

在图7(A)至(C)中，横轴以任意比例表示向EA调制器施加的电压，(+)表示正向电压，(-)表示反向电压。纵轴以任意比例表示透射率。另外，在图7(B)和(C)中，将在把EA调制器作为门元件使用时的从EA调制器输出的输出光的强度的时间波形，作为门波形分别表示在右侧。

如图7(A)所示，在向EA调制器施加了反偏置电压的情况下，呈现构成EA调制器的半导体的带隙波长向长波长侧移动的效果，吸收量增加。该吸收量的增加相对于施加的电压不是线性关系，而是更急剧地增加，因此，EA调制器呈现出在被施加了反偏置电压的情况下，相对于所施加的电压，透射率急剧变化的特性。另一方面，在向EA调制器施加了正偏置电压的情况下，由于构成EA调制器的半导体的带隙波长被设定为比使用波长短的50nm～100nm短波长，所以透射率的变化是微小的。

这里，图7(B)表示在把向EA调制器施加的直流电压设定在正偏置侧、并且重叠了调制电压时的EA调制器作为门元件的光栅特性，可获得具有光强度成为ON的时间(光透射时间)比成为OFF的时间(光遮断时间)长的特性的、脉冲宽度宽的光栅特性。为了实施第一CS光脉冲串产生方法，只要以该驱动条件驱动作为光调制区域10而采用了EA调制器构造的分布反馈型半导体激光器，即可产生脉冲宽度宽的CS光脉冲串。由于只要改变直流电压和调制电压即可改变光栅特性，所以可改变所产生的CS光脉冲串的脉冲宽度。

另一方面，图7(C)表示在把向EA调制器施加的直流电压设定在反偏置侧、并且重叠了调制电压时的EA调制器作为门元件的光栅特性，可获得具有光强度成为OFF的时间比成为ON的时间长的特性的、脉冲宽度窄的光栅特性。为了实施第二CS光脉冲串产生方法，只要以该驱动条件驱动作为光调制区域10而采用了EA调制器构造的分布反馈型半导体激光器，即可产生脉冲宽度窄的CS光脉冲串。另外，通过改变直流电压和调制电压，可改变所产生的CS光脉冲串的脉冲宽度。

在模同步激光器中，由于具有模同步光脉冲在激光谐振器内旋转的特性，所以在光调制区域产生的增益或吸收调制效果针对1个光脉冲产生多次。因此，即使一次的增益或吸收调制不强，光脉冲也会由于上述的多重调制效果，而随着在谐振器内的每次旋转，逐渐成长。在主动模同步激光器的情况下，增益或吸收调制的强度随着施加的调制电压发生变化。这意味着，在主动模同步激光器中，由于多重调制效果，即使调制电压小，也能够保证生成光脉冲的充分的增益或吸收调制效果。

另外，作为光调制区域10，如果采用上述的EA调制器构造，则其与施加电压对应的消光特性比非专利文献1等所使用的LN光强度调制器更陡峭。即，与LN光强度调制器相比，能够以更低的调制电压，获得足以产生模同步动作的吸收调制效果。即，通过并用消光特性相对于EA调制器的施加电压的陡峭性、和模同步动作中的多重调制效果，与使用非专利文献1所公开的LN光强度调制器的CS光脉冲串产生方法相比，能够以格外低的调制电压产生CS光脉冲串。以下，把采用了EA调制器构造的光调制区域称为电场吸收型光调制区域。

下面，对用于验证第一CS光脉冲串产生方法的实验及其结果进行说明。通过使在文献(S.Arahira and Y.Ogawa，“40GHz activelymode-locked distributed Bragg reflector laser diode module with animpedance-matching circuit for efficient RF signal injection，”Jpn.J.Appl.Phys.，vol.43.No.4B，pp.1960-1964，2004.)中公开的分布反馈型半导体激光器进行主动模同步动作，进行了验证实验。该分布反馈型半导体激光器在光调制区域采用了EA调制器构造。

在验证实验中使用的分布反馈型半导体激光器，是电场吸收型光调制区域的长度为165μm、增益区域的长度为610μm、相位调制区域的长度为110μm、分布反射镜区域的长度为50μm的InP类多电极半导体激光元件。其谐振器长度为1065μm，谐振器旋转频率约为40GHz。增益区域为量子阱构造，是使量子阱层为0.6％的压缩应变InGaAsP层、并用无应变的InGaAsP层形成势垒层的多重量子阱构造。并且量子阱层和势垒层的各自的组成比以及厚度设定为，使该多重量子阱构造的光致发光峰值波长成为1562nm。

在电场吸收型光调制区域、相位调整区域、分布反射镜区域的导波层中，使用了把各个层的组成比以及各自的厚度设定为使其光致发光峰值波长成为1465nm的体InGaAsP层。另外，分布反射镜区域侧的谐振器端面，使用Al₂O₃薄膜形成了使反射率成为约2％的无反射覆膜。用于向分布反馈型半导体激光器的增益区域注入电流而使其进行激光振荡的振荡阈值约为30mA，作为输出光强度与注入电流之比的斜率效率为0.1W/A左右。这些振荡阈值以及斜率效率的值，对于半导体激光器来说，是典型的值。

下面，参照图8(A)和(B)，说明第1实施例的产生CS光脉冲串的实验结果。图8(A)和(B)是用于说明第1实施例的产生CS光脉冲串的实验结果的图，图8(A)是表示所产生的CS光脉冲串的时间波形的图，图8(B)是表示光谱波形的图。图8(A)的横轴以1个刻度为10ps表示时间，纵轴以任意单位表示光强度。图8(B)的横轴以nm单位刻度表示波长，纵轴以dBm单位刻度表示激光振荡光谱强度。

在图8(A)和(B)中，分别表示CS光脉冲串的时间波形和振荡光的光谱波形。该时间波形和振荡光的光谱是在下面的条件下所观测到的。即，向增益区域注入71mA的电流，而且向相位调整区域注入25mA的电流，向电场吸收型光调制区域施加了+0.39V的正偏置电压，和重复频率为39.81312GHz、调制电压强度为+2.4dBm的调制电压。

首先，如图8(B)所示，振荡光的光谱表示，中心的光谱成分(光谱曲线的与布拉格波长λ_B对应的部分)成为最小、并且在波长轴上以布拉格波长为中心左右对称的CS光脉冲串特有的光谱形状。由此，可观测到产生了CS光脉冲串的状态。即，纵模光谱峰值以布拉格波长λ_B为中心，左右对称排列。

另外，根据图8(A)所示的CS光脉冲串的时间波形估算脉冲宽度为14.9ps。作为脉冲宽度除以脉冲周期而得到的值的占空比，在此情况下估算为59.3％(14.9/25.1＝0.593)。尽管是这样高的占空比，但是光强度在连续的光脉冲之间还是下降到0(在相邻光脉冲的峰值位置的中间，光强度成为0。)。这也是CS光脉冲串的一个特征，即，表示由于在连续的光脉冲之间相位反转，所以在连续的光脉冲的中间发生干涉，使强度成为0。

参照图9，对在使向电场吸收型光调制区域施加的偏置电压和调制电压强度变化的情况下的脉冲宽度可变特性的实验结果进行说明。图9是表示从第1实施例的模同步半导体激光器输出的CS光脉冲串的光脉冲宽度对调制器偏置电压以及调制电压的依赖性的图。在图9中，横轴以V单位刻度表示调制器偏置电压，纵轴以ps(毫微秒)单位刻度表示构成从分布反馈型半导体激光器输出的光脉冲串的光脉冲的半值宽度。在图9中，(a)表示RF(Radio Frequency)信号强度为-1.1dBm的情况，(b)表示RF信号强度为+2.4dBm的情况，(c)表示RF信号强度为+7.4dBm的情况，(d)表示RF信号强度为+15.9dBm的情况，(e)表示RF信号强度为+18.1dBm的情况。

在图9所示的示例中，能够使光脉冲的半值宽度在3.3ps至15.9ps的范围内可变。根据图9所示的结果可知，在假定是产生占空比为50％(此时，脉冲宽度为12.55ps)的CS光脉冲串的情况下，调制电场吸收型光调制区域的透射率所需的RF信号强度小于等于+7.4dBm，该占空比为50％的CS光脉冲串一般用于使用了通过调制CS光脉冲串而生成的RZ格式的光脉冲信号的光通信系统中。如图9的(a)至(c)所示，为了产生脉冲宽度为12.55ps的CS光脉冲串，RF信号强度小于等于+7.4dBm就足够了。

这是由于与作为以往例的非专利文献1所公开的使用了LN光强度调制器的CS光脉冲串产生方法中的值(24dBm-30dBm)相比，大约是其1/50～1/200的值。即，意思是，根据第一CS光脉冲产生方法，相比于以往的使用了LN光强度调制器的CS光脉冲串产生方法，可减少功耗。

参照图10(A)和(B)，对第1实施例的分布反馈型半导体激光器进行模同步动作而输出的CS光脉冲串的时间波形和波长谱波形的特性进行说明。图10(A)和(B)是表示光脉冲宽度为3.3ps的CS光脉冲串的图，图10(A)是表示时间波形的图，图10(B)是表示波长谱的图。图10(A)的横轴以ps单位刻度表示时间，纵轴以任意单位刻度表示光强度。另外，图10(B)的横轴以nm单位刻度表示波长，纵轴以dBm单位刻度表示波长谱的强度。

如图10(B)所示，波长谱没有位于中心(在图10(B)中由朝向上方的箭头表示的波长位置)的光谱成分，且为左右对称的形状。即，在图10(B)中，在由朝向上方的箭头表示的波长位置，呈现出最小的光谱强度，并且波长谱以该最小位置为中心，成为左右对称的形状。由此可知，从分布反馈型半导体激光器产生具有图10(A)所示的时间波形的CS光脉冲串的状态。

如以上说明的那样，根据第一CS光脉冲串产生方法，通过使用多电极型分布反馈型半导体激光器，可产生光脉冲宽度可变的CS光脉冲串。而且，产生CS光脉冲串所需的、调制电场吸收型光调制区域的透射率所需的调制电压也可以比以往的方法低。即，根据第一CS光脉冲串产生方法，可使装置本身小型化，并能够以低功耗进行驱动，而且，能够调整构成所产生的CS光脉冲串的光脉冲的宽度。

<第2实施例>

参照图11，对用于实现第二CS光脉冲串产生方法的第2分布反馈型半导体激光器，即、分布反馈型半导体激光器300的结构进行说明。另外，对该分布反馈型半导体激光器300的模同步动作原理进行说明。图11是用于实现第二CS光脉冲串产生方法的分布反馈型半导体激光器300的概略放大剖面图。

分布反馈型半导体激光器300与分布反馈型半导体激光器100和200的不同点是，在分布反射镜区域16的谐振器端面侧进一步集成了光吸收系数调整区域60。关于其他部分的结构，由于与图1(A)和(B)所示的分布反馈型半导体激光器100和200相同，所以省略重复的说明。

分布反馈型半导体激光器300的构成谐振器的2个谐振器端面，由光调制区域侧的谐振器端面46和光吸收系数调整区域侧的谐振器端面66构成。光吸收系数调整区域60侧的谐振器端面66与第1实施例的分布反馈型半导体激光器100和200不同，可利用未实施无反射膜镀敷的解理面。

在分布反馈型半导体激光器300中产生的CS光脉冲串，从光调制区域的谐振器端面46输出。利用恒压源64，通过p侧电极62和n侧公共电极32，向光吸收系数调整区域60施加反偏置电压。

在实施本发明的第一CS光脉冲产生方法时，作为条件，分布反馈型半导体激光器的分布反射镜区域16的反射率和侵入长度的波长依赖性具有相对于布拉格波长对称的特性。为了严格满足该条件，必须使图1所示的分布反射镜区域16侧的谐振器端面44的端面反射率为0。

在一般的情况下，构成分布反馈型半导体激光器的谐振器端面的解理面的反射率不是0，而是具有有限的大小。即使对解理面实施镀敷，也不容易使反射率充分小。在分布反馈型半导体激光器的谐振器端面的反射率不为0的情况下，该反射率和侵入长度的波长依赖性如以下说明的那样，受所形成的衍射光栅的初始相位和端面反射率的影响非常大。

参照图12对衍射光栅的初始相位进行说明。图12是用于说明衍射光栅的初始相位的图，其中放大表示了分布反射镜区域16。所谓衍射光栅的初始相位，如图12所示，是分布反射镜区域16的光输入端(分布反射镜区域16的左端)的衍射光栅的相位。

如果以振荡波长1.55μm波段的InP类半导体激光器的情况为例，则衍射光栅的周期为240nm。因此，为了准确地设定衍射光栅的初始相位，需要能够进行良好地再现加工比几十nm更短的尺寸的制作技术，在目前的条件下是非常困难的。因此，要加工按照设计值设定了衍射光栅的初始相位的分布反馈型半导体激光器，在目前的条件下是不可能的。即，不能通过加工分布反馈型半导体激光器，来使衍射光栅的初始相位为设计参数。

另一方面，端面反射率不为0的分布反射镜的反射率特性由衍射光栅的布拉格反射、与分布反射镜区域16的端面的菲涅耳反射的干涉所决定。布拉格反射的反射光的相位特性是衍射光栅的初始相位的函数。因此，确定布拉格反射光与菲涅耳反射光的干涉光的两者的合成反射率，密切依赖于衍射光栅的初始相位以及端面反射率。

具有有限的端面反射率的分布反射镜的振幅反射率r_DBR可通过下式(9)至(12)求出(例如，参照末松安晴编著“半导体激光器和光集成电路”ォ一ム社第1版)。

[算式7]

$r_{\mathrm{DBR}}=\frac{\mathrm{\&gamma;}{r}_0{e}^{-i(2{\mathrm{\&beta;}}_0{L}_{\mathrm{DBR}}+\mathrm{\&phi;})}\cosh \mathrm{\&gamma;}{L}_{\mathrm{DBR}}-\left\{\right[\frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}+\mathrm{i\&delta;}]r_0{e}^{-i(2{\mathrm{\&beta;}}_0{L}_{\mathrm{DBR}}+\mathrm{\&phi;})}+\mathrm{i\&kappa;}\}\sinh \mathrm{\&gamma;}{L}_{\mathrm{DBR}}}{\mathrm{\&gamma;}\cosh \mathrm{\&gamma;}{L}_{\mathrm{DBR}}+\left\{\right[\frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}+\mathrm{i\&delta;}]+\mathrm{i\&kappa;}{r}_0{e}^{-i(2{\mathrm{\&beta;}}_0{L}_{\mathrm{DBR}}+\mathrm{\&phi;})}\}\sinh \mathrm{\&gamma;}{L}_{\mathrm{DBR}}}{e}^{\mathrm{i\&Phi;}}---\left(9\right)$

${\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{DBR}}=\frac{2\mathrm{\&pi;}{n}_{\mathrm{DBR}}}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{Bragg}}}---\left(10\right)$

$\mathrm{\&delta;}=2\mathrm{\&pi;}{n}_{\mathrm{DBR}}[\frac{1}{\mathrm{\&lambda;}}-\frac{1}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{Bragg}}}]---\left(11\right)$

${\mathrm{\&gamma;}}^2={[\frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}+\mathrm{i\&delta;}]}^2+{\mathrm{\&kappa;}}^2---\left(12\right)$

这里，n_DBR、L_DBR分别是分布反射镜区域的有效折射率和区域长度，λB_ragg是布拉格波长，α是吸收系数，κ是衍射光栅的耦合系数，φ是衍射光栅的初始相位，r₀是端面反射率(振幅反射率)。

并且，端面反射率为0时的r_DBR由下式(13)给出。

[算式8]

$r_{\mathrm{DBR}}=(r_0=0)=\frac{-\mathrm{i\&kappa;}\tanh \mathrm{\&gamma;}{L}_{\mathrm{DBR}}}{\mathrm{\&gamma;}+[\frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}+\mathrm{i\&delta;}]\tanh \mathrm{\&gamma;}{L}_{\mathrm{DBR}}}{e}^{\mathrm{i\&phi;}}---\left(13\right)$

参照图13(A)至(E)，对使用上述的式(9)至(13)计算出的分布反射镜的能量反射率|r_DBR|²进行说明。图13(A)至(E)是表示分布反射镜的能量反射率的图，图13(A)至(E)分别表示以衍射光栅的初始相位φ为参数，使解理面的反射率R₀和解理端面的能量反射率变化的情况。在各个图中，横轴以nm单位刻度表示波长，纵轴以任意单位表示能量反射率。

这里，图13(A)至(E)所示的能量反射率是在n_DBR＝3.2、L_DBR＝50、λB_ragg＝1550nm、α＝10cm-1、κ＝100cm-1的条件下计算的结果。该计算条件是典型的分布反馈型半导体激光器所具有的特性。

图13(A)所示的结果是解理端面的能量反射率R₀(|r₀|²)为0时的计算结果，图13(B)至(E)所示的结果是在解理端面的能量反射率R₀(＝|r₀|²)为0.274(|r₀|²＝0.274)时，分别使衍射光栅的初始相位φ从0到1.5π，以0.5π进行变化时的计算结果。

在解理端面的能量反射率为0的情况下，即使改变衍射光栅的初始相位φ，分布反射镜的能量反射率|r_DBR|²也不发生变化。同样，侵入长度L_eff也不变化。分布反射镜的能量反射率|r_DBR|²和侵入长度L_eff的波长依赖性如参照图6说明的那样具有相对于布拉格波长对称的特性，因此，根据满足该条件的分布反馈型半导体激光器，可实现第二CS光脉冲串产生方法。

另一方面，由于解理端面的能量反射率R₀不是0，所以分布反射镜的能量反射率|r_DBR|²依赖于衍射光栅的初始相位φ进行变化。一般地，分布反射镜区域的反射率和侵入长度的曲线(波长依赖性)是非对称的，并且分布反射镜区域的反射率成为最大时的波长以及在该波长时的侵入长度也发生较大的变化。侵入长度的波长依赖性与分布反射镜区域的反射率的波长依赖性一样，为非对称的。

即，如果解理端面的能量反射率R₀不是足够小，则不能实现第一CS光脉冲串产生方法。因此，为了降低用于实现第一CS光脉冲串产生方法的分布反馈型半导体激光器的解理端面(分布反射镜区域16侧的谐振器端面44)的反射率，需要实施低反射镀敷。在此情况下，在实用上成为问题的是，将解理端面的能量反射率R₀下降到何种程度才能称为足够小的能量反射率。即，技术上的问题是，是否能够充分地抑制分布反射镜区域16侧的谐振器端面44的菲涅耳反射的影响，不依赖于不能控制的参数φ(衍射光栅的初始相位)来获得如图6和图13(A)所示那样的相对于布拉格波长对称的反射特性。

参照图14(A)至(D)，对来自分布反射镜区域的最大反射率、峰值波长偏移量以及侵入长度的初始相位φ依赖性进行说明。图14(A)至(D)是表示第1实施例中的使解理面的反射率R₀作为参数来变化时的来自分布反射镜区域的最大反射率、峰值波长偏移量以及侵入长度的初始相位φ依赖性的图。

图14(A)、(B)、(c)分别表示在分布反射镜区域的长度为50μm时的来自分布反射镜区域的最大反射率、峰值波长偏移量、和侵入长度，(D)表示在分布反射镜区域的长度为50μm时的峰值波长偏移量。各个图的横轴表示衍射光栅的初始相位φ。另外，图14(A)的纵轴表示最大反射率，图14(B)和图14(D)的纵轴以GHz单位刻度表示峰值波长偏移量，图14(C)的纵轴以μm单位刻度表示侵入长度。

图14(B)中的峰值波长偏移量表示为频率之差(Δf_peak)。即，频率之差(Δf_peak)是通过把峰值波长设为λp_eak，而从下式(14)求出的。

[算式9]

$\mathrm{\&Delta;}{f}_{\mathrm{peak}}=c[\frac{1}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{peak}}}-\frac{1}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{Bragg}}}]---\left(14\right)$

这里，c是真空中的光速。

如图14(A)至(C)所示，为了实现与分布反射镜区域16侧的谐振器端面44的能量反射率为0时的来自分布反射镜区域的反射特性(图中用作为0％的虚线表示)大体一致的反射特性，R₀即使是0.1％也是不充分的，必须减小到0.001％或者更小。通过实施低反射镀敷来实现这样小的反射率，要求较高的技术。即，在使用作为一个谐振器端面而具有图1(A)和(B)所示的分布反射镜的端面的分布反馈型半导体激光器来产生CS光脉冲串的情况下，预计会出现以下的问题。

由于分布反射镜区域16侧的谐振器端面44的能量反射率R₀不为0，所以所产生的反射光、和衍射光栅的初始相位(φ)，使得分布反射镜区域的反射特性大幅地变化。其结果，所产生的CS光脉冲串的脉冲特性，随所使用的分布反馈型半导体激光元件的不同而产生大的差异，或者难以实现CS光脉冲串产生方法。

抑制在解理端面产生的反射光的影响的一种方法是，构成通过使分布反射镜区域的长度L_DBR充分长，而使输入到分布反射镜区域的光在到达分布反射镜的端面之前，通过布拉格反射而反射的构造。图14(D)表示在把分布反射镜区域的长度L_DBR加长为500μm时计算了峰值波长的偏移量的结果。这里，设定R₀＝27.4％进行计算。分布反射镜的一个端面为解理面，尽管未降低反射率，但峰值波长偏移量几乎不依赖于衍射光栅的初始相位而大致为0，维持提供最大反射率的波长与布拉格波长大体一致的状态。即，此时，实现了与分布反射镜区域16侧的谐振器端面44的端面反射率为0时的反射特性大体一致的反射特性。

但是，众所周知，如果加长分布反射镜的区域长度L_DBR，则反射率曲线的带宽(产生反射的波长段)变窄。这将限制能进行激光振荡的纵模数。其结果，产生了模同步动作时的光谱宽度受到限制。由于光谱宽度与脉冲宽度彼此具有傅立叶变换的关系，所以，如果能进行激光振荡的纵模数受到限制，则在产生了模同步动作时得到的光脉冲宽度的最短值也受到限制。因此，其结果产生了被限制了光脉冲宽度的可变宽度的负面效果。

因此，第二CS光脉冲串产生方法所使用的分布反馈型半导体激光器，是不需要加长分布反射镜区域的长度，即可进行不依赖于在解理端面产生的反射光和衍射光栅的初始相位的模同步动作的分布反馈型半导体激光器。第二CS光脉冲串产生方法所使用的分布反馈型半导体激光器300，以与分布反馈型半导体激光器100或200中的分布反射镜区域16侧的谐振器端面44连接的方式，进一步设置了光吸收系数调整区域60。另外，光吸收系数调整区域60侧的谐振器端面66没有必要实施低反射膜镀敷。

从恒压源64通过p侧电极62和n侧公共电极32向光吸收系数调整区域60施加反偏置电压。通过施加反偏置电压，使光吸收系数调整区域60的带隙波长向长波长侧偏移，其结果，光吸收系数调整区域60的吸收系数增加。从左端向右端通过分布反射镜区域16的光通过光吸收系数调整区域60，在光吸收系数调整区域60侧的谐振器端面66被反射，然后，再次通过光吸收系数调整区域60，之后，被再次输入分布反射镜区域16。被再次输入分布反射镜区域16的光的强度由往复于光吸收系数调整区域60时的光的衰减量、和光吸收系数调整区域60侧的谐振器端面66的端面反射率的积所决定。

因此，如果增大通过光吸收系数调整区域60时的光的衰减量，即，把光吸收系数调整区域60的光吸收系数的值设定得充分大，使光吸收系数调整区域侧的谐振器端面66的反射光不能到达分布反射镜区域16(步骤D2)，则可充分降低被再次输入分布反射镜区域16的光的强度。这与在第1实施例中充分降低了分布反射镜区域16侧的谐振器端面44的端面反射率的情况等效。因此，只要使通过光吸收系数调整区域60时的光的衰减量充分大，则光吸收系数调整区域60侧的谐振器端面66的端面反射率即使大到某种程度，也可以实现与第1实施例中的在把分布反射镜区域16侧的谐振器端面44的端面反射率设为0时所获得的反射率特性非常一致的反射率特性。其结果，谐振器端面66的端面反射率即使大到某种程度，也能够从分布反馈型半导体激光器300产生CS光脉冲串。

参照图15(A)至(C)，对具有图11所示的光吸收系数调整区域的分布反馈型半导体激光器中的、来自分布反射镜区域的反射光的最大反射率、峰值波长偏移量、以及侵入长度对衍射光栅初始相位的依赖性进行说明。图15(A)至(C)把第2实施例中的光吸收系数调整区域的吸收系数α_EA作为参数，表示来自分布反射镜区域的最大反射率、峰值波长偏移量以及侵入长度的初始相位φ依赖性，图15(A)表示来自分布反射镜区域的最大反射率，图15(B)表示峰值波长偏移量，图15(C)表示侵入波长。在图15(A)至(C)中，横轴表示衍射光栅的初始相位φ。另外图15(A)的纵轴表示最大反射率，图15(B)的纵轴以GHz单位表示峰值波长偏移量，图15(C)的纵轴以μm单位表示侵入长度。

图15(A)至(C)所示的计算结果是假定使用与图13(A)至(E)、以及图14(A)至(D)相同的参数所得到的结果。即，使n_DBR＝3.2、L_DBR＝50、λB_ragg＝1550nm、α＝10cm^-1、κ＝100cm^-1来计算的结果。另外，把谐振器端面66设为解理面，并把光吸收系数调整区域60侧的谐振器端面66的端面反射率设定为27.4％。另外，将光吸收系数调整区域60的光吸收系数(α_EA)分别设定为230cm^-1和345cm^-1，并把光吸收系数调整区域60的区域长度设定为300μm。

如果把吸收系数α_EA230cm^-1和345cm^-1换算成每100μm长度的光衰减量，则分别相当于-10dB、-15dB，只要是具有与光吸收系数调整区域60的功能相同的功能的一般的电场吸收型光调制器，即是可充分实现的值。另外，为了进行比较，对于不具备光吸收系数调整区域60、谐振器端面44的端面反射率R₀的值为0的第1实施例的分布反馈型半导体激光器的计算结果，利用图中的表示为r₀＝0的虚线表示。

如图15(A)至(C)所示，在光吸收系数调整区域60的吸收系数α_EA较大，为345cm^-1的情况下，最大反射率、峰值波长偏移量、侵入长度几乎不依赖于衍射光栅初始相位，而为一定量。另外，它们与以r₀＝0表示的虚线所示出的、端面反射率R₀的值为0的理想的第1实施例的分布反馈型半导体激光器的分布反射镜的特性基本一致。此时的分布反射镜区域的反射特性可获得反射率、侵入长度以及其波长依赖性相对于布拉格波长对称的、产生CS光脉冲串所需的理想的反射特性。

根据图11所示的具有光吸收系数调整区域60的分布反馈型半导体激光器300，不依赖于分布反射镜区域的衍射光栅的初始相位、和谐振器端面的端面反射率，即可实现具有如图6所示那样的相对于布拉格波长对称的反射特性的分布反射镜。其结果，可抑制由衍射光栅的初始相位、和来自谐振器端面66的反射光导致的分布反射镜的反射特性的差异，从而，可抑制元件间的特性差异。而且根据具有光吸收系数调整区域60的分布反馈型半导体激光器300，可进一步切实地实现CS光脉冲串的产生。

<第3实施例>

参照图16，对在第三CS光脉冲串产生方法中使用的法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器400的结构进行说明。图16是用于说明第3实施例的法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器400的结构的概略放大剖面图。法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器400具有透射中心波长换算成频率后为f₀的波长滤波器68、和把具有光强度调制功能的光调制区域10以及形成反转分布的增益区域12串联配置而构成的多电极半导体激光元件500。该波长滤波器68与该多电极半导体激光元件500串联配置，并收纳在外部谐振器中。

如果进行更详细的说明，则法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器400具有多电极半导体激光元件500、波长滤波器68、和可动反射镜70直线状排列的结构，该多电极半导体激光元件500具有光调制区域10和增益区域12，并且在增益区域侧的端面74上实施了低反射膜镀敷。多电极半导体激光元件500、波长滤波器68和可动反射镜70使用透镜等进行光学耦合。光谐振器由多电极半导体激光元件500的未实施低反射膜镀敷的另一个端面46、和可动反射镜70的反射面76形成。在增益区域12，通过从恒流源38经过p侧电极26和n侧公共电极32注入电流而形成反转分布，产生激光振荡(步骤A3)。

另外，可动反射镜70具有通过使用可动反射镜控制装置72改变其位置，来改变法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器400的谐振器长度的功能(步骤B3)。另外，光调制区域10通过在p侧电极24与n侧公共电极32之间施加来自恒流源或恒压源34的恒定电流或恒定电压、和来自交流电源36的频率为f_rep的交流电压，产生实现模同步所需的光调制(步骤C3)。

通过对该半导体激光器400进行包含上述的步骤A3至步骤C3的操作，使该法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器进行模同步动作，输出重复频率为f_rep的CS光脉冲串。

在图16所示的作为法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器400的法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器中，从恒流源38向多电极半导体激光元件500的增益区域12中注入电流(步骤A3)。

通过使用可动反射镜控制装置72移动可动反射镜70来使谐振器长度变化，调整成法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光400的纵模的位置相对于波长滤波器68的透射特性的中心波长对称配置(步骤B3)。而且，向光调制区域10施加来自恒压源34的偏置电压，并且施加来自交流电源36的调制电压(步骤C3)。

当来自交流电源36的调制电压的频率(f_rep)与谐振器旋转频率的自然数倍相近似时，产生模同步动作，从法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器400产生重复频率为f_rep的模同步光脉冲串，该谐振器旋转频率由光在法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器400的光谐振器中旋转一周所需要的时间的倒数给出。所谓近似是指谐振器旋转频率的自然数倍、与光脉冲串的重复频率f_rep之差小到产生频率牵引的程度。这样，从法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器400输出的光脉冲串成为CS光脉冲串。

根据第三CS光脉冲串产生方法，在获得采用第一和第二CS光脉冲串产生方法所得到的效果的基础上，还可获得以下的效果。即，由于容易增加基于可动反射镜70的谐振器长度的变化量，所以可使谐振器旋转频率大幅地变化。即，能够大幅改变所产生的CS光脉冲串的重复频率f_rep。另外，同样地，由于可容易大幅改变波长滤波器68的透射特性的中心波长，所以可容易地对激光振荡频谱的中心波长进行大幅的变更。即，可大幅改变所产生的CS光脉冲串的中心波长。

<第4实施例>

参照图17，对第四CS光脉冲串产生方法所使用的环形谐振器型半导体激光器600的结构进行说明。图17是用于说明第4实施例的环形谐振器型半导体激光器600的结构的概略放大剖面图。环形谐振器型半导体激光器包括：把透射中心波长换算成频率时为f₀的波长滤波器68、将具有调制光强度的功能的光调制区域10和形成反转分布的增益区域12串联配置而构成的多电极半导体激光器500、和用于改变光学长度的可动光延迟器84。该波长滤波器68、多电极半导体激光器500和可动光延迟器84收纳在环形谐振器中。

通过向光调制区域10施加频率等于f_rep的交流电压，可对其透射率进行调制，利用可动光延迟器84能够将环形谐振器的旋转谐振器长度调整为，振荡纵模是由f₀±q(f_rep/2)所给出的振荡纵模，该环形谐振器型半导体激光器进行模同步动作。通过使该环形谐振器型半导体激光器进行模同步动作，从环形谐振器型半导体激光器输出重复频率为f_rep的CS光脉冲串。

下面进行更详细的说明。环形谐振器型半导体激光器600由环状排列的多电极半导体激光元件500、波长滤波器68、可动光延迟器84构成，该多电极半导体激光元件500具有光调制区域10和增益区域12，并且在一个端面80上实施了低反射膜镀敷。多电极半导体激光元件500、波长滤波器68和可动光延迟器84使用透镜等(省略了图示。)进行光学耦合。光谐振器形成包括多电极半导体激光元件500、波长滤波器68、可动光延迟器84的弧形光路。

利用恒流源38经由p侧电极26和n侧公共电极32向增益区域12注入电流，由此形成反转分布，产生激光振荡(步骤A4)。

另外，可动光延迟器84具有通过使用可变光延迟器控制装置88使其位置发生变化，来改变环形谐振器型半导体激光器600的环状谐振器长度的功能(步骤B4)。光调制区域10，通过向p侧电极24与n侧公共电极32之间施加来自恒流源或恒压源34的恒定电流或恒定电压、和来自交流电源36的频率为f_rep的交流电压，来产生实现模同步所需的光调制(步骤C4)。

通过对该环形谐振器型半导体激光器进行包含上述步骤A4至步骤C4的操作，使该环形谐振器型半导体激光器进行模同步动作，输出重复频率为f_rep的CS光脉冲串。

在图17所示的作为环形谐振器型半导体激光器600的环形谐振器型半导体激光器中，从恒流源38向多电极半导体激光元件500的增益区域12注入电流(步骤A4)。

通过使用可动光延迟器控制装置88控制可动光延迟器84来改变谐振器长度，将环形谐振器型半导体激光器600的纵模位置调整为相对于波长滤波器68的透射特性的中心波长对称配置(步骤B4)。然后，向光调制区域10施加来自恒压源34的偏置电压，并且施加来自交流电源36的调制电压(步骤C4)。

在来自交流电源36的调制电压的频率(f_rep)与谐振器旋转频率的自然数倍近似时，产生模同步动作，从环形谐振器型半导体激光器600产生重复频率为f_rep的模同步光脉冲串，该谐振器旋转频率是由光在环形谐振器型半导体激光器600的环状谐振器中旋转1周所需要的时间的倒数所给出的。这里，所谓近似是指谐振器旋转频率的自然数倍与光脉冲串的重复频率f_rep之差小到可产生频率牵引的程度。这样，由环形谐振器型半导体激光器600输出的光脉冲串成为CS光脉冲串。

根据第四CS光脉冲串产生方法，在第一和第二CS光脉冲串产生方法所获得的效果的基础上可获得如下的效果。即，由于基于可动光延迟器84容易增加环状谐振器的全长的变化量，所以可以使谐振器旋转频率进行大幅的变化。即，可大幅改变所产生的CS光脉冲串的重复频率f_rep。而且，同样地，由于容易大幅改变波长滤波器68的透射特性的中心波长，所以容易使激光振荡光谱的中心波长进行大幅的偏振。即，可大幅改变所产生的CS光脉冲串的中心波长。

在图17中，环形谐振器型半导体激光器600为了把环状谐振器内的光的行进方向规定在一个方向，确保激光振荡动作的稳定性，具有光遮断器82、和用于构成环形谐振器并进行光的取出的光耦合器86。

第一至第四CS光脉冲串产生方法所使用的模同步半导体激光器不限于上述的示例，并且不限于InP类半导体材料，也可以使用GaAs类半导体材料来实现。另外，关于多电极半导体激光元件的各个区域的配置，例如也可以采用调换了增益区域、相位调整区域、光调制器区域的构造。

<主动模同步动作和被动模同步动作>

在第1至第4实施例中，说明了通过使光调制区域10起到EA调制器的作用，使分布反馈型半导体激光器、法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器以及环形谐振器型半导体激光器进行主动模同步动作，来产生CS光脉冲串的例子。但是，利用使光调制区域10作为可饱和吸收体(saturable absorber)发挥作用的所谓被动模同步动作，也可以实现第一和第二CS光脉冲串产生方法。在此情况下，从恒压源34向光调制区域10供给用于使光调制区域10作为可饱和吸收体发挥作用所需的反偏置电压。因此，在此情况下，不需要交流电源36。

在进行了被动模同步动作的情况下，也可以调整相位调整区域和分布反射镜区域的有效折射率(步骤B1)，使得被动模同步半导体激光器的纵模中的接近分布反射镜区域的布拉格频率f₀的2个纵模(f₀+(f_rep/2))和(f₀-(f_rep/2))，即，在频率轴上相对于布拉格频率成为对称关系，由此使从该被动模同步半导体激光器产生的光脉冲串成为重复频率为f_rep的CS光脉冲串。

另外，通过在使光调制区域10作为可饱和吸收体发挥作用的基础上，进一步向光调制区域施加交流电压，使其进行减少了时间跳跃的所谓混合模(hybrid mode)同步动作，也可以产生CS光脉冲串。

为了使分布反馈型半导体激光器、法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器以及环形谐振器型半导体激光器进行混合模同步动作，首先，为了使光调制区域10作为可饱和吸收体发挥作用，从恒压源34向光调制区域10施加反偏置电压。然后，进一步在反偏置电压的基础上，从交流电源36供给频率为f_rep的交流电场。

通过进行混合模同步动作，与不施加频率为f_rep的交流电场的被动模动作的情况相比，具有使输出的CS光脉冲串的周期进一步稳定化(减少了时间跳跃)的优点。而且，谐振器旋转频率与CS光脉冲串的重复频率f_rep之差即使较大，由于产生频率牵引，所以也具有容易实现模同步动作的优点。

Claims (14)

1.一种载波抑制光脉冲串产生方法，其特征在于，

使具有布拉格频率为f₀的衍射光栅的分布反馈型半导体激光器，在输出重复频率为f_rep的光脉冲串的条件下，以由f₀±q(f_rep/2)所给出的振荡纵模进行模同步动作，其中，q是奇数。

2.一种载波抑制光脉冲串产生方法，其特征在于，

为了使具有布拉格频率为f₀的衍射光栅的分布反馈型半导体激光器输出重复频率为f_rep的光脉冲串，包括：

进行用于形成该分布反馈型半导体激光器发生振荡所需的增益的电流注入的步骤；

调整上述分布反馈型半导体激光器的振荡纵模，使得该振荡纵模成为f₀±q(f_rep/2)的步骤，其中，q是奇数；和

以重复频率f_rep对上述分布反馈型半导体激光器进行增益或损耗调制的步骤。

3.一种载波抑制光脉冲串产生方法，其特征在于，

为了使具有布拉格频率为f₀的衍射光栅的分布反馈型半导体激光器输出重复频率为f_rep的光脉冲串，包括：

进行用于形成该分布反馈型半导体激光器发生振荡所需的增益的电流注入的步骤；

使从与该分布反馈型半导体激光器所具有的分布反射镜区域接近的一个谐振器端面反射的反射光进行衰减，使其不会到达该分布反射镜区域的步骤；

调整上述分布反馈型半导体激光器的振荡纵模，使得该振荡纵模成为f₀±q(f_rep/2)的步骤，其中，q是奇数；和

以重复频率f_rep对上述分布反馈型半导体激光器进行增益或损耗调制的步骤。

4.一种载波抑制光脉冲串产生方法，其特征在于，

使具有包含透射中心波长被换算成频率时为f₀的波长滤波器、和多电极半导体激光器的外部谐振器的法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器，在输出重复频率为f_rep的光脉冲串的条件下，以由f₀±q(f_rep/2)所给出的振荡纵模进行模同步动作，其中，q是奇数。

5.一种载波抑制光脉冲串产生方法，其特征在于，

为了使具有包含透射中心波长被换算成频率时为f₀的波长滤波器、和多电极半导体激光器的外部谐振器的法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器，输出重复频率为f_rep的光脉冲串，包括：

进行用于形成上述法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器发生振荡所需的增益的电流注入的步骤；

调整上述法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器的谐振器长度，使得该法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器的振荡纵模成为f₀±q(f_rep/2)的步骤，其中，q是奇数；和

以重复频率f_rep对上述法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器进行增益或损耗调制的步骤。

6.一种载波抑制光脉冲串产生方法，其特征在于，

使具有包含透射中心波长被换算成频率时为f₀的波长滤波器、和多电极半导体激光器的环形谐振器的环形谐振器型半导体激光器，在输出重复频率为f_rep的光脉冲串的条件下，以由f₀±q(f_rep/2)所给出的振荡纵模进行模同步动作，其中，q是奇数。

7.一种载波抑制光脉冲串产生方法，其特征在于，

为了使具有包含透射中心波长被换算成频率时为f₀的波长滤波器、和多电极半导体激光器的环形谐振器的环形谐振器型半导体激光器，输出重复频率为f_rep的光脉冲串，包括：

进行用于形成该环形谐振器型半导体激光器发生振荡所需的增益的电流注入的步骤；

调整该环形谐振器型半导体激光器的振荡纵模，使得该振荡纵模成为f₀±q(f_rep/2)的步骤，其中，q是奇数；和

以重复频率f_rep对上述环形谐振器型半导体激光器进行增益或损耗调制的步骤。

8.一种分布反馈型半导体激光器，具有：具有调制光强度的功能的光调制区域、形成反转分布的增益区域、有效折射率可变的相位调整区域、和形成有布拉格频率为f₀的衍射光栅的分布反射镜区域，并构成为上述光调制区域、上述增益区域、上述相位调整区域、和上述分布反射镜区域串联配置，且收纳在谐振器中，其特征在于，

在输出重复频率为f_rep的光脉冲串的条件下，

谐振器长度被调整为该分布反馈型半导体激光器的振荡纵模成为f₀±q(f_rep/2)，其中，q是奇数，

通过以频率f_rep调制上述光调制区域的透射率，可进行模同步动作，输出进行了载波抑制、且重复频率为f_rep的光脉冲串。

9.一种分布反馈型半导体激光器，具有：具有调制光强度的功能的光调制区域、形成反转分布的增益区域、有效折射率可变的相位调整区域、形成有布拉格频率为f₀的衍射光栅的分布反射镜区域、和用于调整光吸收系数的光吸收系数调整区域，并构成为上述光调制区域、上述增益区域、上述相位调整区域、上述分布反射镜区域、和该光吸收系数调整区域串联配置，且收纳在谐振器中，其特征在于，

在输出重复频率为f_rep的光脉冲串的条件下，

把上述光吸收系数调整区域的光吸收系数的值设定为从该光吸收系数调整区域侧的谐振器端面反射的反射光不会到达上述分布反射镜区域的充分大小，

谐振器长度被调整为该分布反馈型半导体激光器的振荡纵模成为f₀±q(f_rep/2)，其中，q是奇数，

通过以频率f_rep调制上述光调制区域的透射率，可进行模同步动作，输出进行了载波抑制、且重复频率为f_rep的光脉冲串。

10.根据权利要求8或9所述的分布反馈型半导体激光器，其特征在于，

上述相位调整区域和上述分布反射镜区域分别具有供给电流的电极，该电流用于使之显现等离子效应来调制该区域的有效折射率。

11.根据权利要求8或9所述的分布反馈型半导体激光器，其特征在于，

在上述相位调整区域和上述分布反射镜区域分别具有施加电压的电极，该电压用于使之显现普克尔斯效应来调制该区域的有效折射率。

12.根据权利要求8或9所述的分布反馈型半导体激光器，其特征在于，

上述相位调整区域和上述分布反射镜区域分别具有用于控制该区域的温度的电阻加热膜。

13.一种法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器，具有：

透射中心波长被换算成频率时为f₀的波长滤波器；和

把具有调制光强度的功能的光调制区域、和形成反转分布的增益区域串联配置而构成的多电极半导体激光器；

该波长滤波器和该多电极半导体激光器夹在外部谐振器之间，

其特征在于，

在输出重复频率为f_rep的光脉冲串的条件下，

上述外部谐振器的间隔被调整为该法布里-帕罗外部谐振器型半导体激光器的振荡纵模成为f₀±q(f_rep/2)，其中，q是奇数，

通过以频率f_rep调制上述光调制区域的透射率，可进行模同步动作，输出进行了载波抑制、且重复频率为f_rep的光脉冲串。

14.一种环形谐振器型半导体激光器，具有：透射中心波长被换算成频率时为f₀的波长滤波器；

把具有调制光强度的功能的光调制区域、和形成反转分布的增益区域串联配置而构成的多电极半导体激光器；和

包含用于改变光学长度的可动光延迟器的环形谐振器；

其特征在于，

在输出重复频率为f_rep的光脉冲串的条件下，

上述可动光延迟器的光延迟量被调整为该环形谐振器型半导体激光器的振荡纵模成为f₀±q(f_rep/2)，其中，q是奇数，

通过以频率f_rep调制上述光调制区域的透射率，可进行模同步动作，输出进行了载波抑制、且重复频率为f_rep的光脉冲串。

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