JP2000111852A - 光分波回路 - Google Patents

光分波回路

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JP2000111852A
JP2000111852A JP10282145A JP28214598A JP2000111852A JP 2000111852 A JP2000111852 A JP 2000111852A JP 10282145 A JP10282145 A JP 10282145A JP 28214598 A JP28214598 A JP 28214598A JP 2000111852 A JP2000111852 A JP 2000111852A
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Japan
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optical
semiconductor laser
voltage
signal
laser device
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JP10282145A
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English (en)
Inventor
Juichi Kurita
寿一 栗田
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で、光通信、光情報処理に有用な
高速光信号列の分波が可能な光分波回路を実現する。 【構成】 利得領域101に順電流を注入し、可飽和吸収
領域102 に逆バイアスを印加することにより、半導体レ
ーザ素子1のモード同期動作を行う。この半導体レーザ
素子1 は光信号パルスが入射されることにより、可飽和
吸収領域102の吸収が変調され、モード同期周波数が光
信号パルス列のクロック周波数fの整数分の1の周波数f/
mに引き込まれる。同時に可飽和吸収領域102には周波数
f/mの光電流パルスが発生する。この光電流を電流−電
圧変換増幅器80により電圧に変換した後、電界吸収型光
変調器2に印加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信に有用な非常に
高ビットレートの光信号パルス列を低ビットレートの光
信号パルス列に分波する光分波回路に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、超高速の光通信システムを構築す
るために、超高速な信号処理への要求が高まっている。
その主要な技術の一つとしては、超高速な光信号パルス
列を低速な光信号パルス列に分波する光DEMUX が挙げら
れる。光DEMUX を実現する1つの例としては、高速光デ
ータ列を光電気変換した後、電気の位相同期回路により
発生した分周クロックで電界吸収型光変調器を変調する
方法がある。
【0003】この方式の原理は、D. D. Marcenac, A.
D. Ellis, D. G. Moodie:“80 Gbit/s OTDM using elec
troabsorption modulators," in Tech. Digest of Euro
peanConference on Optical Communications (ECOC'9
7), vol.3, pp.23-26 (1997)に開示されている。この論
文では電界吸収型光変調器を10GHzの正弦波変調す
ることにより、10psのゲート幅を実現し、80Gb
it/sの光データ列を10GHzのレートで分波した
実験結果が述べられている。
【0004】図5は、上述した論文にて開示された原理
を用いて構成した従来の光分波器のブロック図である。
同図に示されるように、伝送路からの光データパルス列
は光分岐回路50により二つに分岐され、片方は高速の
光検出器91に入射され、光−電気変換される。電気に
変換された信号は、帯域透過フィルタ92によりクロッ
ク周波数成分が取り出され、分周器93により、分波す
る周波数まで分周される。その後、位相比較器94によ
り位相比較を行い、分周器93後の信号と位相が同期す
るように電圧制御発振器95の発振周波数の制御を行
う。このようにして得られた正弦波状の分周クロック
は、直流電圧源12に接続されたバイアスティー(bi
as T)72に入力され、直流電圧に重畳された後、
電界吸収変調器2に入力され、これを駆動する。
【0005】光分岐回路50により分岐されたもう一方
の光は、アイソレータ41、レンズ31を介して電界吸
収型光変調器2に入射し、バイアスティー72の出力信
号により変調を受けて分波される。その分波光はレンズ
32、アイソレータ42を介して出射される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光分波
回路では、電界吸収型光変調器を駆動するための分周ク
ロックを超高速の光信号パルス列から得るために、高速
な光検出器と複雑な電気の位相同期回路を作製する必要
があった。さらに、正弦波による変調のみでは完全な分
波を行うことはできず、図2には記載はないものの実際
には、短いゲート幅を実現するためにその高調波を生成
して重畳し矩形波に近い波形を形成しなければならない
ため、回路は一層大型化し複雑なものとなる。
【0007】本発明の課題は上述した従来例の問題点を
解決することであって、その目的は、高速な光検出器、
複雑な位相同期回路および矩形波生成回路を必要とせ
ず、簡素な構成で超高速の光信号パルスを分波するため
の変調信号を生成しうるようにすることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明によれば、可飽和吸収領域を有し該可飽和吸
収領域の活性層を挟んで一対の第1の電極が形成されて
いる半導体レーザ素子と、光変調器と、伝送路から入力
する光信号を分岐する光分岐手段と、前記光分岐手段に
より分岐された光の一方を前記半導体レーザ素子に導波
する第1の導波手段と、前記光分岐手段により分岐され
た光の他方を前記光変調器に導波する第2の導波手段
と、前記半導体レーザ素子から得られる電気信号を変換
し変調信号として前記光変調器に供給する変換・変調手
段と、を備え、前記半導体レーザ素子の光の周回周波数
が前記光信号のクロック周波数のn(但し、nは2以上
の整数)分の1とほぼ等しいことを特徴とする光分波回
路、が提供される。
【0009】
【作用】光信号パルス列をそのクロック周波数のほぼ整
数分の1の基本モード同期周波数(共振器内の光の周回
周波数)を有する受動モード同期半導体レーザに入射さ
せると、可飽和吸収領域の吸収が光信号パルス列により
光学的に変調されることにより、受動モード同期半導体
レーザのモード同期周波数が光信号パルス列の整数分の
1 のクロック周波数に引き込まれる。そして、可飽和吸
収領域で吸収された光が電流に変換されることにより可
飽和吸収領域に設けられた逆バイアスの電極に光電流が
流れる。すなわち、受動モード同期半導体レーザ素子を
用いることにより、高速な光検出器を用いることなく、
光信号のクロック周波数の整数分の1の周波数の電流パ
ルスが得られる。そして、この電流パルスは急峻な立ち
上がり特性を有しているため、高調波生成手段を用いる
ことなく、超高速の光信号パルスを分波するための光変
調器への変調信号を得ることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を実施例
に即して図面を参照して説明する。図1は、本発明の第
1の実施例を示すブロック図である。この実施例では、
伝送路からの光データパルス列は光分岐回路50により
分岐され、片方は光遅延回路60、アイソレータ43、
レンズ33を通じて半導体レーザ素子1に入射される。
ここで、光遅延回路60は、特定の順番の光信号パルス
を分波するために必要な遅れを付与するための回路であ
り、アイソレータ43は入射側へ反射光が戻るのを抑制
するための素子である。また、半導体レーザ素子1での
共振器長は、光パルスデータ列のクロック周波数をfと
して、ほぼmc/2nf(ただし、cは真空中の光速、
nは群速度分散を含んだ屈折率、mは2以上の整数)に
設定されている。
【0011】半導体レーザ素子1には、利得領域101
と、可飽和吸収領域102とが備えられており、利得領
域101には直流電流源11によって順電流が注入さ
れ、可飽和吸収領域102に直流電圧源12により逆バ
イアスが印加されている。
【0012】図2(a)は、本発明において用いられる
半導体レーザ素子の構成例を示す断面図である。同図に
示されるように、n−InP基板上には、n−Inクラ
ッド層104、InGaAs/InGaAsP活性層1
05、p−InPクラッド層106、キャップ層107
が形成されており、n−InP基板の裏面側にはn側共
通電極108が形成されている。利得領域ではキャップ
層107上に利得領域電極109が形成され、また、可
飽和吸収領域には吸収領域電極110が形成されてい
る。そして、可飽和吸収領域と利得領域との間には、両
領域を分離するための絶縁領域111が形成されてい
る。10GHzのレートで分波するための変調信号を得
るためには、半導体レーザ素子は例えば全長4mm、可
飽和吸収領域:0.1mm、利得領域:3.9mmにな
され、活性層の波長は1550nmに選定される。
【0013】この半導体レーザ素子1に素子内での誘導
放出が顕著にならない程度の光強度の光信号パルスを入
射した場合、注入された光パルスは半導体レーザ素子1
内での共振器効果により基本モード同期周波数であるf
/m(例えば、80GHz/8)の成分が増幅されて可
飽和吸収領域102の吸収を変調するため、半導体レー
ザ素子1のモード同期周波数が光信号パルス列のクロッ
ク周波数fの整数分の1の周波数f/m(例えば、10
GHz)に引き込まれる。同時に吸収された光は電流に
変換されるため、可飽和吸収領域102には周波数f/
mの光電流パルスが発生する。
【0014】半導体レーザ素子1により得られるf/m
の周波数のパルス電流はバイアスティー71を介して電
流−電圧変換増幅器80に伝達されて電圧信号に変換さ
れる。ここで、バイアスティー71は、図2(b)に示
すように、L(インダクタ)とC(キャパシタ)を有す
る回路であって、Lにより直流電圧源を高周波から分離
し、Cにより直流成分の電流−電圧変換増幅器80への
伝達を阻止している。電流−電圧変換増幅器80は、図
2(c)に示すように、演算増幅器801と抵抗Rを用
いて構成される。電流−電圧変換増幅器80の出力信号
は、バイアスティー72により直流電圧源13の電圧に
重畳されて電界吸収型光変調器2に印加される。バイア
スティー72は、バイアスティー71と同様に図2
(b)の回路構成を持つ。また、電界吸収型光変調器2
は、図2(d)に示されるように、n−InP基板20
1上に、n−InPクラッド層202、InGaAs/
InGaAsP活性層203、p−InPクラッド層2
04、キャップ層205を順次エピタキシャル成長させ
たものであり、n−InP基板201の裏面にはn側電
極206が、またp−InP層205上にはp側電極2
07が形成されている。ここで、InGaAs/InG
aAsP活性層203の波長は1400nmに設定され
ている(10GHzのレートで分波する場合)。
【0015】光分岐回路50によって分岐されたもう一
方の信号光はアイソレータ41、レンズ31を介して電
界吸収型光変調器2に入射され、変調を受ける。その被
変調信号光はレンズ32、アイソレータ42を介して出
射される。図1のA(A′)〜Eの各点での信号波形を
図3(a)〜(e)に示す。図3(d)に示す電圧は、
電界吸収型光変調器のp側電極207に印加され、n側
電極206は接地される。
【0016】図3(b)に示されるように、半導体レー
ザ素子1からは正弦波ではなくパルス状の信号が得られ
るため、電界吸収型光変調器に対し幅の短いゲート動作
を行うことが可能であり、光遅延回路60により半導体
レーザ素子1から得られる電流パルスの位相を調整する
ことにより、図3(a)、(e)に示されるように、超
高速の光信号から所望の信号を分波することが可能であ
る。また、可飽和吸収領域102が、光−電気変換と分
周クロック抽出器との役割を果たしているために、変調
信号を生成するのに高速な光検出器や複雑な位相同期回
路を必要としない。
【0017】図4は、本発明の第2の実施例を示すブロ
ック図である。この実施例では、光分岐回路50より分
岐された信号光の一方は、光遅延回路を介さずにアイソ
レータ43、レンズ43を介して半導体レーザ素子1に
入射される。半導体レーザ素子1の可飽和吸収領域10
2より得られる電流パルスはバイアスティー71におい
て直流分が除去された後に電流−電圧変換増幅器80に
入力されて電圧信号に変換される。この電圧信号は遅延
回路90により所定の順番の光信号パルスを分波するに
必要な時間遅れが付与された後、バイアスティー72に
より直流に重畳され、電界吸収型光変調器2に入力され
る。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光分波回
路は、周回周波数が光信号のクロック周波数の整数分の
1となる半導体レーザ素子の可飽和吸収領域において得
られる光吸収電流を用いて光変調器へ入力される変調信
号を生成するものであるので、本発明によれば、今後の
超高速光通信応用上重要である超高速の光信号パルス列
の光分波を簡素な構成で実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例の光分波回路のブロッ
ク図。
【図2】 本発明の第1の実施例の光分波回路の各部の
具体的構成を示す図。
【図3】 本発明の第1の実施例の光分波回路の各部の
信号波形図。
【図4】 本発明の第2の実施例の光分波回路のブロッ
ク図。
【図5】 従来の光分波回路の一例を示すブロック図。
【符号の説明】
1 半導体レーザ素子 101 利得領域 102 可飽和吸収領域 103 n−InP基板 104 n−InPクラッド層 105 InGaAs/InGaAsP活性層 106 p−InPクラッド層 107 キャップ層 108 n側共通電極 109 利得領域電極 110 吸収領域電極 111 絶縁領域 2 電界吸収型光変調器 201 n−InP基板 202 n−InPクラッド層 203 InGaAs/InGaAsP活性層 204 p−InPクラッド層 205 キャップ層 206 n側電極 207 p側電極 11 直流電流源 12、13 直流電圧源 31、32、33 レンズ 41、42、43 アイソレータ 50 光分岐回路 60 光遅延回路 71、72 バイアスティー 80 電流−電圧変換増幅器 801 演算増幅器 90 遅延回路 91 光検出器 92 帯域透過フィルタ 93 分周器 94 位相比較器 95 電圧制御発振器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04B 10/04 10/06

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可飽和吸収領域を有し該可飽和吸収領域
    の活性層を挟んで一対の第1の電極が形成されている半
    導体レーザ素子と、光変調器と、伝送路から入力する光
    信号を分岐する光分岐手段と、前記光分岐手段により分
    岐された第1の分岐光を前記半導体レーザ素子に導波す
    る第1の導波手段と、前記光分岐手段により分岐された
    第2の分岐光を前記光変調器に導波する第2の導波手段
    と、前記半導体レーザ素子から得られる電気信号を変換
    し変調信号として前記光変調器に供給する変換・変調手
    段と、を備える光分波回路であって、前記半導体レーザ
    素子の光の周回周波数が前記光信号のクロック周波数の
    n(但し、nは2以上の整数)分の1とほぼ等しいこと
    を特徴とする光分波回路。
  2. 【請求項2】 前記光変調器が電界吸収型光変調器であ
    ることを特徴とする請求項1記載の光分波回路。
  3. 【請求項3】 前記半導体レーザ素子は利得領域を有し
    ており、該利得領域の活性層を挟んで前記第1の電極と
    は電気的に高抵抗に分離された一対の第2の電極が形成
    されていることを特徴とする請求項1または2記載の光
    分波回路。
  4. 【請求項4】 前記半導体レーザ素子から得られる前記
    電気信号が光電流であり、前記変換・変調手段が電流を
    電圧に変換する電流−電圧変換手段を有していることを
    特徴とする請求項1、2または3記載の光分波回路。
  5. 【請求項5】 前記変換・変調手段が前記電流−電圧変
    換手段の出力する電圧信号を直流電圧に重畳する電圧重
    畳手段を備えていることを特徴とする請求項4記載の光
    分波回路。
  6. 【請求項6】 前記第1の導波手段が、光信号を所定の
    時間遅延させる光遅延回路を備えていることを特徴とす
    る請求項1、2、3、4または5記載の光分波回路。
  7. 【請求項7】 前記変換・変調手段が、前記半導体レー
    ザ素子が出力する信号を所定の時間遅延させる遅延回路
    を備えていることを特徴とする請求項1、2、3、4ま
    たは5記載の光分波回路。
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