JP2000174383A - 半導体光増幅器 - Google Patents
半導体光増幅器Info
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- JP2000174383A JP2000174383A JP34587698A JP34587698A JP2000174383A JP 2000174383 A JP2000174383 A JP 2000174383A JP 34587698 A JP34587698 A JP 34587698A JP 34587698 A JP34587698 A JP 34587698A JP 2000174383 A JP2000174383 A JP 2000174383A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 利得クランプ半導体光増幅器の高飽和利得特
性を活かしつつ、雑音特性の良い半導体光増幅器を実現
する。 【解決手段】 二段階の半導体光増幅器を一体に形成
し、一段目の半導体光増幅器では、雑音特性の良好な光
増幅を行い、二段目の半導体光増幅器では、利得クラン
プ半導体光増幅器による高飽和利得特性を活かしつつ光
増幅を行う。
性を活かしつつ、雑音特性の良い半導体光増幅器を実現
する。 【解決手段】 二段階の半導体光増幅器を一体に形成
し、一段目の半導体光増幅器では、雑音特性の良好な光
増幅を行い、二段目の半導体光増幅器では、利得クラン
プ半導体光増幅器による高飽和利得特性を活かしつつ光
増幅を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は信号光を増幅する光
増幅器に関する。特に、利得クランプ半導体光増幅器の
雑音特性改善技術に関する。
増幅器に関する。特に、利得クランプ半導体光増幅器の
雑音特性改善技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体光増幅器は、電流注入により励起
された電子キャリアと信号光との誘導放出過程により、
入力信号光パワーを増幅することができる。この半導体
光増幅器は、小型で低消費電力という特徴があるが、利
得飽和領域では使用できない問題を有している。利得飽
和とは、高パワーの信号光が入力されると誘導放出によ
り励起キャリアが減少し、その分だけ利得が低下すると
いう現象である。その結果、入力光パワーに応じて信号
利得が異なることになる。
された電子キャリアと信号光との誘導放出過程により、
入力信号光パワーを増幅することができる。この半導体
光増幅器は、小型で低消費電力という特徴があるが、利
得飽和領域では使用できない問題を有している。利得飽
和とは、高パワーの信号光が入力されると誘導放出によ
り励起キャリアが減少し、その分だけ利得が低下すると
いう現象である。その結果、入力光パワーに応じて信号
利得が異なることになる。
【０００３】また、入力信号光パワーが変化すると、信
号利得はある時定数でこれに追従して変化する。利得変
化の時定数は、信号速度Ｇｂｉｔ／ｓにおける信号変化
と同程度であり、高パワーの入力信号光に対しては出力
信号光の波形が歪むことになる。したがって、半導体光
増幅器を光伝送システムに適用する際には、入力信号光
パワーを利得飽和が起きないレベル以下に制御する必要
がある。
号利得はある時定数でこれに追従して変化する。利得変
化の時定数は、信号速度Ｇｂｉｔ／ｓにおける信号変化
と同程度であり、高パワーの入力信号光に対しては出力
信号光の波形が歪むことになる。したがって、半導体光
増幅器を光伝送システムに適用する際には、入力信号光
パワーを利得飽和が起きないレベル以下に制御する必要
がある。
【０００４】この制限を緩和するに、利得飽和が起きる
入力光レベルの上限を高くする方法（利得クランプ半導
体光増幅器）が提案されている。図２は利得クランプ半
導体光増幅器の構成図である。本構成は図２に示すよう
に、利得領域の両側にブラッグ反射（ＤＢＲ:distribut
ed Bragg reflector）領域が設けられており、構成自体
は通常のＤＢＲレーザと同一である。この利得領域に電
流を注入していくと信号利得が高まり、ある閾値を越え
るとＤＢＲ領域の反射波長λ0 でレーザ発振が起きる。
入力光レベルの上限を高くする方法（利得クランプ半導
体光増幅器）が提案されている。図２は利得クランプ半
導体光増幅器の構成図である。本構成は図２に示すよう
に、利得領域の両側にブラッグ反射（ＤＢＲ:distribut
ed Bragg reflector）領域が設けられており、構成自体
は通常のＤＢＲレーザと同一である。この利得領域に電
流を注入していくと信号利得が高まり、ある閾値を越え
るとＤＢＲ領域の反射波長λ0 でレーザ発振が起きる。
【０００５】また、レーザ発振は、利得領域の信号利得
が両端のＤＢＲ領域により形成される共振器の共振器損
失に等しくなったときに起こる。閾値以上の電流を注入
すると、過剰な注入キャリアは発振光との誘導放出に費
やされ、利得領域に存在する励起キャリア数は閾値状態
にクランプされる。すなわち、レーザ発振状態では、信
号利得は共振器損失で決まる一定値にクランプされる。
が両端のＤＢＲ領域により形成される共振器の共振器損
失に等しくなったときに起こる。閾値以上の電流を注入
すると、過剰な注入キャリアは発振光との誘導放出に費
やされ、利得領域に存在する励起キャリア数は閾値状態
にクランプされる。すなわち、レーザ発振状態では、信
号利得は共振器損失で決まる一定値にクランプされる。
【０００６】図３は信号利得を示す図であり、横軸に波
長（発振波長λ0 、信号光波長λs）をとり、縦軸に出
力スペクトルをとる。そこで、発振状態にあるＤＢＲレ
ーザに、発振波長λ0 とは異なる波長λs の信号光を入
力すると、図３に示すように、入力信号光は利得領域に
おいてクランプされた信号利得を受けることになる。こ
こで、さらに強い信号光パワーを入力した場合には、信
号光との誘導放出に消費されるための励起キャリアは発
振光との誘導放出に費やされていた注入キャリアにより
補充され、利得領域に存在する励起キャリア数はあくま
で一定に保たれる。すなわち、信号利得は発振閾値状態
に保持され、利得飽和は生じない。ただし、その反動と
して、発振光パワーが減少することになる。
長（発振波長λ0 、信号光波長λs）をとり、縦軸に出
力スペクトルをとる。そこで、発振状態にあるＤＢＲレ
ーザに、発振波長λ0 とは異なる波長λs の信号光を入
力すると、図３に示すように、入力信号光は利得領域に
おいてクランプされた信号利得を受けることになる。こ
こで、さらに強い信号光パワーを入力した場合には、信
号光との誘導放出に消費されるための励起キャリアは発
振光との誘導放出に費やされていた注入キャリアにより
補充され、利得領域に存在する励起キャリア数はあくま
で一定に保たれる。すなわち、信号利得は発振閾値状態
に保持され、利得飽和は生じない。ただし、その反動と
して、発振光パワーが減少することになる。
【０００７】入力信号光パワーをさらに大きくしていく
と、発振光パワーがさらに減少し、ついには発振が停止
する。レーザ発振が停止すると、レーザ発振との誘導放
出に費やされていた注入キャリアの補充が受けられなく
なり、通常の半導体光増幅器と同様に利得飽和が生じ
る。このように、レーザ発振しているＤＢＲレーザを増
幅器として用いると、レーザ発振が停止するまでは信号
利得が一定で動作する。これにより利得クランプ半導体
光増幅器では、通常の半導体光増幅器に比べて、利得飽
和が起こる入力信号光レベルを高くすることができる。
と、発振光パワーがさらに減少し、ついには発振が停止
する。レーザ発振が停止すると、レーザ発振との誘導放
出に費やされていた注入キャリアの補充が受けられなく
なり、通常の半導体光増幅器と同様に利得飽和が生じ
る。このように、レーザ発振しているＤＢＲレーザを増
幅器として用いると、レーザ発振が停止するまでは信号
利得が一定で動作する。これにより利得クランプ半導体
光増幅器では、通常の半導体光増幅器に比べて、利得飽
和が起こる入力信号光レベルを高くすることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記利
得クランプ半導体光増幅器には、通常の半導体光増幅器
に比べて雑音特性が良くないという欠点がある。一般
に、光増幅器の雑音特性は、利得媒質内に形成される反
転分布量で決まるという性質がある。反転分布量が大き
い、すなわち励起キャリア数が多いほど雑音特性は良
い。
得クランプ半導体光増幅器には、通常の半導体光増幅器
に比べて雑音特性が良くないという欠点がある。一般
に、光増幅器の雑音特性は、利得媒質内に形成される反
転分布量で決まるという性質がある。反転分布量が大き
い、すなわち励起キャリア数が多いほど雑音特性は良
い。
【０００９】利得クランプ半導体光増幅器の場合には、
励起キャリア数は発振閾値状態にクランプされる。
励起キャリア数は発振閾値状態にクランプされる。
【００１０】一方、通常の半導体光増幅器では、注入電
流量を増やせば、その分、励起キャリア数が増加する。
したがって、利得クランプ半導体光増幅器の励起キャリ
ア数は通常の半導体光増幅器より少なく、その結果、雑
音特性が悪くなる。
流量を増やせば、その分、励起キャリア数が増加する。
したがって、利得クランプ半導体光増幅器の励起キャリ
ア数は通常の半導体光増幅器より少なく、その結果、雑
音特性が悪くなる。
【００１１】本発明は以上の事情に鑑みてなされたもの
であり、利得クランプ半導体光増幅器の高飽和利得特性
を活かしつつ、雑音特性の良い半導体光増幅器を提供す
ることを目的とする。
であり、利得クランプ半導体光増幅器の高飽和利得特性
を活かしつつ、雑音特性の良い半導体光増幅器を提供す
ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、二段階の半導
体光増幅器を一体に形成し、一段目の半導体光増幅器で
は、雑音特性の良好な光増幅を行い、二段目の半導体光
増幅器では、高飽和利得特性を活かしつつ光増幅を行う
ことを特徴とする。これにより、利得飽和が生じる入力
信号光レベルが高く、かつ雑音特性の優れた半導体光増
幅器を実現することができる。
体光増幅器を一体に形成し、一段目の半導体光増幅器で
は、雑音特性の良好な光増幅を行い、二段目の半導体光
増幅器では、高飽和利得特性を活かしつつ光増幅を行う
ことを特徴とする。これにより、利得飽和が生じる入力
信号光レベルが高く、かつ雑音特性の優れた半導体光増
幅器を実現することができる。
【００１３】すなわち、本発明は、半導体光導波路の信
号光λs の入射端から出射端方向に、励起キャリアによ
り信号光λs を誘導放出する手段を含む第一の利得領域
と、レーザ発振光λ0 に共振する手段を含む第一の光反
射領域と、励起キャリアにより信号光λs を誘導放出す
る手段を含む第二の利得領域と、レーザ発振光λ0 に共
振する手段を含む第二の光反射領域とが当該順序で形成
されたことを特徴とする半導体光増幅器である。
号光λs の入射端から出射端方向に、励起キャリアによ
り信号光λs を誘導放出する手段を含む第一の利得領域
と、レーザ発振光λ0 に共振する手段を含む第一の光反
射領域と、励起キャリアにより信号光λs を誘導放出す
る手段を含む第二の利得領域と、レーザ発振光λ0 に共
振する手段を含む第二の光反射領域とが当該順序で形成
されたことを特徴とする半導体光増幅器である。
【００１４】前記レーザ発振光λ0 に共振する手段は、
ＤＢＲ反射器を含むことが望ましい。また、前記入射端
および前記出射端には、無反射コートが施されることが
望ましい。
ＤＢＲ反射器を含むことが望ましい。また、前記入射端
および前記出射端には、無反射コートが施されることが
望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図１を参照し
て説明する。図１は本発明実施例の半導体光増幅器の構
成図である。
て説明する。図１は本発明実施例の半導体光増幅器の構
成図である。
【００１６】本発明は、図１に示すように、両端面に無
反射コートが施された一つの半導体光導波路の信号光λ
s の入射端から出射端方向に、励起キャリアにより信号
光λs を誘導放出する手段である第一の半導体光増幅器
を含む利得領域１と、レーザ発振光λ0 に共振する手段
である第一のＤＢＲ反射器を含むＤＢＲ領域１１と、励
起キャリアにより信号光λs を誘導放出する手段である
第二の半導体光増幅器を含む利得領域２と、レーザ発振
光λ0 に共振する手段である第二のＤＢＲ反射器を含む
ＤＢＲ領域１２とが当該順序で形成されたことを特徴と
する半導体光増幅器である。
反射コートが施された一つの半導体光導波路の信号光λ
s の入射端から出射端方向に、励起キャリアにより信号
光λs を誘導放出する手段である第一の半導体光増幅器
を含む利得領域１と、レーザ発振光λ0 に共振する手段
である第一のＤＢＲ反射器を含むＤＢＲ領域１１と、励
起キャリアにより信号光λs を誘導放出する手段である
第二の半導体光増幅器を含む利得領域２と、レーザ発振
光λ0 に共振する手段である第二のＤＢＲ反射器を含む
ＤＢＲ領域１２とが当該順序で形成されたことを特徴と
する半導体光増幅器である。
【００１７】
【実施例】一般に、光増幅器の雑音特性は、信号入力端
領域における雑音特性によって決まる。これは、入力端
領域で発生した雑音光（自然放出光）が信号光とともに
増幅されつつ出力端から出力されるためである。雑音特
性とは、言い換えると、信号光パワーと雑音光パワーの
比率である。雑音光パワーの比率が小さいほど、雑音特
性は良い。
領域における雑音特性によって決まる。これは、入力端
領域で発生した雑音光（自然放出光）が信号光とともに
増幅されつつ出力端から出力されるためである。雑音特
性とは、言い換えると、信号光パワーと雑音光パワーの
比率である。雑音光パワーの比率が小さいほど、雑音特
性は良い。
【００１８】光増幅器出力端における雑音光は、増幅効
果のため、入力端領域で発生した雑音光が大部分を占め
ている。したがって、入力端領域の雑音特性を良くすれ
ば、雑音特性の良い光増幅器を得ることができる。
果のため、入力端領域で発生した雑音光が大部分を占め
ている。したがって、入力端領域の雑音特性を良くすれ
ば、雑音特性の良い光増幅器を得ることができる。
【００１９】一方、利得飽和は増幅器の出力端領域で起
こる。これは、信号光伝搬に伴う増幅効果により、出力
端領域の信号光パワーが大きいためである。したがっ
て、出力端領域の利得飽和特性が良ければ、利得飽和特
性の良い光増幅器となる。本発明は、以上の考え方に基
づいてなされている。
こる。これは、信号光伝搬に伴う増幅効果により、出力
端領域の信号光パワーが大きいためである。したがっ
て、出力端領域の利得飽和特性が良ければ、利得飽和特
性の良い光増幅器となる。本発明は、以上の考え方に基
づいてなされている。
【００２０】図１に示すように、一つの半導体光導波路
上に、利得領域１、ＤＢＲ領域１１、利得領域２、ＤＢ
Ｒ領域１２が順に形成され、両端面には無反射コートが
施されている。これに対し、波長λs の信号光が利得領
域１側から入力され、ＤＢＲ領域２側から出力される。
二つのＤＢＲ領域の反射波長は信号光波長と異なる波長
λ0 とする。
上に、利得領域１、ＤＢＲ領域１１、利得領域２、ＤＢ
Ｒ領域１２が順に形成され、両端面には無反射コートが
施されている。これに対し、波長λs の信号光が利得領
域１側から入力され、ＤＢＲ領域２側から出力される。
二つのＤＢＲ領域の反射波長は信号光波長と異なる波長
λ0 とする。
【００２１】ＤＢＲ領域１１／利得領域２／ＤＢＲ領域
１２は、発振波長λ0 のＤＢＲレーザ構成となってい
る。したがって、この領域は従来例と同様にして、利得
クランプ半導体光増幅器として動作させることができ
る。一方、利得領域１は、通常の半導体光増幅器として
作用する。
１２は、発振波長λ0 のＤＢＲレーザ構成となってい
る。したがって、この領域は従来例と同様にして、利得
クランプ半導体光増幅器として動作させることができ
る。一方、利得領域１は、通常の半導体光増幅器として
作用する。
【００２２】すなわち、図１の構成は、入力端領域に通
常の半導体光増幅器が、出力端領域に利得クランプ半導
体光増幅器が、それぞれ配置された構造となっている。
従来技術の項で述べたように、通常の半導体光増幅器は
雑音特性に優れている一方、利得クランプ半導体光増幅
器は利得飽和特性に優れている。また、前述のように、
入力端領域の雑音特性が良ければ増幅器全体として雑音
特性は良くなり、出力端領域の利得飽和特性が良ければ
増幅器全体としての利得飽和特性が良くなる。したがっ
て、図１の構成により、利得飽和特性に優れ、かつ、雑
音特性の良い半導体光増幅器を実現することができる。
常の半導体光増幅器が、出力端領域に利得クランプ半導
体光増幅器が、それぞれ配置された構造となっている。
従来技術の項で述べたように、通常の半導体光増幅器は
雑音特性に優れている一方、利得クランプ半導体光増幅
器は利得飽和特性に優れている。また、前述のように、
入力端領域の雑音特性が良ければ増幅器全体として雑音
特性は良くなり、出力端領域の利得飽和特性が良ければ
増幅器全体としての利得飽和特性が良くなる。したがっ
て、図１の構成により、利得飽和特性に優れ、かつ、雑
音特性の良い半導体光増幅器を実現することができる。
【００２３】なお、上記実施例においては、波長λ0 の
ＤＢＲレーザ発振光が利得領域１に入力され、この光に
よる誘導放出のため利得領域１の励起キャリアが消費さ
れる。そのため、利得領域１の雑音特性が劣化し、その
結果、増幅器全体の雑音特性が劣化することが考えられ
る。これを抑えるためには、ＤＢＲ領域１１の反射率を
大きくすればよい。このようにすれば、利得領域１へ入
力されるＤＢＲレーザ発振光が小さくなり、利得領域１
の雑音特性劣化を抑えることができる。
ＤＢＲレーザ発振光が利得領域１に入力され、この光に
よる誘導放出のため利得領域１の励起キャリアが消費さ
れる。そのため、利得領域１の雑音特性が劣化し、その
結果、増幅器全体の雑音特性が劣化することが考えられ
る。これを抑えるためには、ＤＢＲ領域１１の反射率を
大きくすればよい。このようにすれば、利得領域１へ入
力されるＤＢＲレーザ発振光が小さくなり、利得領域１
の雑音特性劣化を抑えることができる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
利得飽和が生じる入力信号光レベルが高く、かつ、雑音
特性の優れた半導体光増幅器を提供することができる。
利得飽和が生じる入力信号光レベルが高く、かつ、雑音
特性の優れた半導体光増幅器を提供することができる。
【図１】本発明実施例の半導体光増幅器の構成図。
【図２】利得クランプ半導体光増幅器の構成図。
【図３】信号利得を示す図。
１、２ 利得領域 １１、１２ ＤＢＲ領域
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体光導波路の信号光λs の入射端か
ら出射端方向に、励起キャリアにより信号光λs を誘導
放出する手段を含む第一の利得領域と、レーザ発振光λ
0 に共振する手段を含む第一の光反射領域と、励起キャ
リアにより信号光λs を誘導放出する手段を含む第二の
利得領域と、レーザ発振光λ0 に共振する手段を含む第
二の光反射領域とが当該順序で形成されたことを特徴と
する半導体光増幅器。 - 【請求項２】 前記レーザ発振光λ0 に共振する手段
は、ＤＢＲ(distributedBragg reflector) 反射器を含
む請求項１記載の半導体光増幅器。 - 【請求項３】 前記入射端および前記出射端には、無反
射コートが施された請求項１記載の半導体光増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34587698A JP2000174383A (ja) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | 半導体光増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34587698A JP2000174383A (ja) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | 半導体光増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000174383A true JP2000174383A (ja) | 2000-06-23 |
Family
ID=18379598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34587698A Pending JP2000174383A (ja) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | 半導体光増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000174383A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100420950B1 (ko) * | 2001-12-12 | 2004-03-02 | 한국전자통신연구원 | 파장 가변 레이저 광원 |
| JP2004349692A (ja) * | 2003-04-28 | 2004-12-09 | Furukawa Electric Co Ltd:The | レーザ装置 |
| JP2007011106A (ja) * | 2005-07-01 | 2007-01-18 | Yokogawa Electric Corp | 光波形整形素子 |
| JP2010232424A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Fujitsu Ltd | 半導体光増幅装置及び光モジュール |
| JP2012109498A (ja) * | 2010-11-19 | 2012-06-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光増幅器 |
| US8503072B2 (en) | 2003-03-14 | 2013-08-06 | Nec Corporation | Gain-clamped semiconductor optical amplifier |
| JP2014150166A (ja) * | 2013-02-01 | 2014-08-21 | Seiko Epson Corp | 発光装置、スーパールミネッセントダイオード、およびプロジェクター |
| CN112505976A (zh) * | 2021-02-03 | 2021-03-16 | 深圳市汇海鑫科技有限公司 | 一种光信号放大方法 |
-
1998
- 1998-12-04 JP JP34587698A patent/JP2000174383A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112505976A (zh) * | 2021-02-03 | 2021-03-16 | 深圳市汇海鑫科技有限公司 | 一种光信号放大方法 |
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