JP2000332348A - モード同期半導体レーザ - Google Patents

モード同期半導体レーザ

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JP2000332348A
JP2000332348A JP11142684A JP14268499A JP2000332348A JP 2000332348 A JP2000332348 A JP 2000332348A JP 11142684 A JP11142684 A JP 11142684A JP 14268499 A JP14268499 A JP 14268499A JP 2000332348 A JP2000332348 A JP 2000332348A
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JP
Japan
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frequency
mode
optical
semiconductor laser
pulse train
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JP11142684A
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Shin Arataira
慎 荒平
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Oki Electric Industry Co Ltd
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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • HELECTRICITY
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    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/0607Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
    • H01S5/0612Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by temperature
    • HELECTRICITY
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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/065Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
    • H01S5/0657Mode locking, i.e. generation of pulses at a frequency corresponding to a roundtrip in the cavity

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長期にわたって安定した超短光パルス列を発
生するモード同期半導体レーザを実現する。 【解決手段】 可飽和吸収体13には、逆バイアス電圧
源18及び変調電圧源19から逆バイアス電圧と基準周
波数の変調信号が印加され、ハイブリッドモード同期で
動作し、基準周波数に対応する周波数の超短光パルス列
を発生する。ここで、熱等の擾乱によって共振器の光学
長が変化した場合には、位相比較器31が、O/E変換
器29の出力する電気信号S29と変調信号の位相差か
ら、超短光パルス列の周波数と基準周波数の周波ずれを
検出し、該検出結果に基づき可変抵抗24の抵抗値を変
化させ、周波数ずれを無くすように抵抗加熱膜22の注
入電流を制御する。これにより、共振器の光学長が調整
され、周波数ずれが抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、長距離大容量光ファイ
バ通信等に用いられて超短光パルス列を発生するモード
同期半導体レーザ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば次の文献に記載されたものがある。 文献1;ELECTORONICS LETTERS 31[10](199
5−5−11)A.Asahira and Y.ogawa “Passive and
Hybrid Modelocking in A Multielectrode DBR Laser w
ith TWO Gain Sections ”P.808-809 文献2;第59回応用物理学会学術講演会予稿集、秋期
0分冊、(1998)吉田、中沢著“ソリトンファイバ
レーザによる高速超短パルスの発生”P.10
【0003】従来の超短光パルス列を発生する方法の1
つとして、モード同期法が知られている。このモード同
期法は、縦多モードで発振している光の各縦モードの位
相を同期させることにより、光パルス列を得る方法であ
る。縦モードの位相を同期させてモード同期をさせるた
めには、共振器の構成を持ち、共振器内の利得或いは損
失を、その共振器長で決まる周回周波数或いはその整数
倍と一致した周波数(以下、これらの周波数をモード同
期周波数と呼ぶ)で変調する必要がある。モード同期法
の1形態として、可飽和吸収体にモード同期周波数とほ
ぼ一致した周波数の変調電圧を印加するハイブリッドモ
ード同期法がある。この方法によれば、可飽和吸収体に
よるパルス幅圧縮効果と、変調電圧の印加による時間ジ
ッタの低減効果とを同時に生じさせることができ、時間
ジッタの小さい超短光パルス列の発生が可能になる。前
記文献1には、可過飽吸収体、利得領域、回折格子を集
積化した半導体レーザを用い、可飽和吸収体への逆バイ
アス電圧を周回周波数(8.68GHz)で変調して印
加することにより、パルス幅が8.3ps及び時間ジッ
タが0.2psの低時間ジッタの超短光パルス列の発生
に成功している。
【0004】モード同期周波数は、レーザを構成する共
振器の光学長によって決定されるため、外部から熱等の
擾乱によって共振器の光学長が変化することにより、変
動することがある。このようなモード同期周波数の変動
は、例えば光通信システムの受信側での信号識別誤りの
原因となるので、好ましくない。前記文献2には、ファ
イバレーザ型の再生モード同期レーザが記載されてい
る。この再生モード同期レーザでは、PLL(Phase Lo
cked Loop)を採用し、シンセサイザ等の基準周波数発生
器からの周波数との周波数ずれを検知し、その周波数ず
れを修正するように共振器長に相当するファイバループ
長を微整することにより、長時間にわたってモード同期
周波数が変化しない安定したファイバレーザ型の同期レ
ーザの提供を可能にしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】光通信や光情報処理の
光源として期待される半導体レーザには、前述のよう
に、低時間ジッタで超短光パルス列を発生することが要
求されるばかりでなく、熱の擾乱等に対して耐性を持
ち、長時間にわたって安定した超短光パルス列を出力す
ることが課題となっている。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のうちの第1の発明は、基準周波数の変調信
号が印加される活性導波路が形成されると共に発振光に
対して透明な受動導波路が形成され、かつ、該受動導波
路の上部には、注入電流に基づくジュール熱を発生して
該受動導波路の屈折率を変化させて光学長を変化させる
抵抗加熱膜が形成された光共振器であって、該基準周波
数に対応する周波数の超短光パルス列を発生するモード
同期半導体レーザにおいて、次のような構成にしてい
る。即ち、前記超短光パルス列を電気信号に変換する光
/電気変換器と、前記電気信号及び前記変調信号の位相
を比較し、これらの位相差から前記超短光パルス列及び
前記基準周波数の周波数のずれを検出する位相比較器と
を備え、前記位相比較器が検出した周波数のずれをなく
すように前記抵抗加熱膜の注入電流を変化させるように
している。このような構成を採用したことにより、モー
ド同期半導体レーザは、ハイブリッドモード同期で動作
し、基準周波数に対応する周波数の超短光パルス列を発
生する。ここで、熱等の擾乱によって共振器の光学長が
変化した場合には、位相比較器が、光/電気変換器の出
力する電気信号と変調信号の位相差から超短光パルス列
の周波数と基準周波数の周波ずれを検出し、この周波数
ずれを無くすように抵抗加熱膜の注入電流が制御され
る。つまり、光学長が調整される。
【0007】第2の発明では、基準周波数の変調信号が
印加される活性導波路が形成されると共に発振光に対し
て透明な受動導波路が形成され、かつ、該受動導波路の
上部には、注入電流に基づくジュール熱を発生して該受
動導波路の屈折率を変化させて光学長を変化させる抵抗
加熱膜が形成された光共振器であって、該基準周波数に
対応する周波数の超短光パルス列を発生するモード同期
半導体レーザにおいて、次のような構成にしている。即
ち、前記活性導波路に流れる光電流及び該活性導波路に
印加する前記変調信号の位相を比較し、これらの位相差
から該光電流及び該変調信号の周波数ずれを検出する位
相比較器を備え、前記位相比較器が検出した周波数のず
れをなくすように前記抵抗加熱膜の注入電流を変化させ
るようにしている。このような構成を採用したことによ
り、ハイブリッドモード同期で動作し、基準周波数に対
応する周波数の超短光パルス列を発生するが、熱等の擾
乱によって共振器の光学長が変化した場合には、位相比
較器が、活性導波路に流れる光電流と変調信号の位相差
から超短光パルス列の周波数と基準周波数の周波ずれを
検出し、この周波数ずれを無くすように抵抗加熱膜の注
入電流が制御される。つまり、光学長が調整される。
【0008】第3の発明では、基準周波数の変調信号が
印加される活性導波路が形成されると共に発振光に対し
て透明な受動導波路が形成され、かつ、該受動導波路に
は屈折率を変化させて光学長を変化させる制御電圧が印
加される光共振器であって、該基準周波数に対応する周
波数の超短光パルス列を発生するモード同期半導体レー
ザにおいて、次のような構成にしている。即ち、前記超
短光パルス列を電気信号に変換する光/電気変換器と、
前記電気信号及び前記変調信号の位相を比較し、これら
の位相差から前記超短光パルス列及び前記基準周波数の
周波数のずれを検出する位相比較器とを備え、前記位相
比較器が検出した周波数のずれをなくすように前記制御
電圧を変化させるようにしている。このような構成を採
用したことにより、モード同期半導体レーザは、ハイブ
リッドモード同期で動作し、基準周波数に対応する周波
数の超短光パルス列を発生する。ここで、熱等の擾乱に
よって共振器の光学長が変化した場合には、位相比較器
が、光/電気変換器の出力する電気信号と変調信号の位
相差から超短光パルス列の周波数と基準周波数の周波ず
れを検出し、この周波数ずれを無くすように制御電圧を
変化させる。つまり、光学長が調整される。
【0009】第4の発明では、基準周波数の変調信号が
印加される活性導波路が形成されると共に発振光に対し
て透明な受動導波路が形成され、かつ、該受動導波路に
は屈折率を変化させて光学長を変化させる制御電圧が印
加される光共振器であって、該基準周波数に対応する周
波数の超短光パルス列を発生するモード同期半導体レー
ザにおいて、次のような構成にしている。即ち、前記活
性導波路に流れる光電流及び該活性導波路に印加する前
記変調信号の位相を比較し、これらの位相差から該光電
流及び該変調信号の周波数ずれを検出する位相比較器を
備え、前記位相比較器が検出した周波数のずれをなくす
ように前記制御電圧を変化させるようにしている。この
ような構成を採用したことにより、ハイブリッドモード
同期で動作し、基準周波数に対応する周波数の超短光パ
ルス列を発生するが、熱等の擾乱によって共振器の光学
長が変化した場合には、位相比較器が、活性導波路に流
れる光電流と変調信号の位相差から超短光パルス列の周
波数と基準周波数の周波ずれを検出し、この周波数ずれ
を無くすように制御電圧が制御される。つまり、光学長
が調整される。
【0010】
【発明の実施の形態】第1の実施形態 図1は、本発明の第1の実施形態を示すモード同期半導
体レーザの要部の構成図である。このモード同期半導体
レーザは、超短光パルス列を出力するものであり、下側
のN型クラッド層11と上側のP型クラッド層12とに
挟まれた可飽和吸収体13、受動導波路14及び利得領
域15を備え、これらによって共振器が構成されてい
る。可飽和吸収体13及び利得領域15は、活性導波路
でそれぞれ形成されている。受動導波路14は、レーザ
発振光よりも十分短波長なバンドギャップ波長を持ち、
レーザ発振光に対しては透明になっており、可飽和吸収
体13と利得領域15との間に配置されている。
【0011】P型クラッド層12の表面の可飽和吸収体
13の上に対応する位置には、可飽和吸収体用P側電極
16が形成され、該P型クラッド層12の表面の利得領
域15の上に対応する位置には、利得領域用P側電極1
7が形成されている。可飽和吸収体用P側電極16に
は、逆バイアス電圧源18及び変調電圧源19が接続さ
れている。変調電圧源19は、基準周波数の変調信号を
発生するものである。利得領域用P側電極17には、利
得領域用電流源20が接続されている。受動導波路14
の上部のP型クラッド層12の表面には、絶縁膜21が
形成され、該絶縁膜21の上には、Ti(チタン)/P
t(プラチナ)の薄膜からなる抵抗加熱膜22が形成さ
れている。抵抗加熱膜22は、注入される電流を熱に変
換して受動導波路14の屈折率を制御するものであり、
その電流を生成する抵抗加熱膜用電源23及び可変抵抗
24が接続されている。N側クラッド層11の裏面に
は、共通電極25が付着されている。
【0012】この半導体レーザの利得領域15側の側面
には、光学的結合用レンズ26が配置され、該利得領域
15とピグテ−ル光ファイバ27とが結合するようにな
っている。ピグテール光フィバ27の出力側に光カップ
ラ28が設けられている。光カップラ28は2つ出力端
を有し、一方からこの半導体レーザの出力光を外部へ出
力し、他方は光/電気変換器(以下、O/E変換器とい
う)29に光を与えるようになっている。O/E変換器
29の出力側は、フィルタ30に接続され、該フィルタ
30の出力側が、2入力の位相比較器31の一方の入力
端子に接続されている。フィルタ30は、モード同期周
波数に相当する周波数成分を通過させるものである。位
相比較器31の他方の入力端子は、変調電圧源19の出
力端子に接続されている。位相比較器31の出力端子
が、可変抵抗24に接続され、抵抗加熱膜22に流れる
電流を制御し、フィルタ30の出力信号と変調電圧源1
9が発生する基準周波数の信号との位相差をゼロにする
ような調整を行う構成になっている。
【0013】次に、図1のモード同期半導体レーザの動
作を説明する。可飽和吸収体用P側電極16には、逆バ
イアス電圧源18から負の直流電圧と変調電圧源19か
らの正弦波の変調電圧とが重畳されて印加され、利得領
域用P側電極17には、利得領域用電源20から電流が
注入されてレーザ発振光に光学利得を与えている。その
結果、ハイブリッドモード同期動作で、パルス幅抑制が
行われた低時間ジッタの光パルス列を発生する。この光
パルス列は、レンズ26、ピグテール光ファイバ及び光
カップラ28を介して外部に出力されると共に、O/E
変換器29に入力される。O/E変換器29は、光パル
ス列を入力し、その繰り返し周波数に対応する電気信号
S29をフィルタ30に出力する。フィルタ30は、信
号S29のうちのモード同期周波数に対応する成分S3
0を通過させて位相比較器31に与える。
【0014】一方、抵抗加熱膜22に、抵抗加熱膜用電
源23から可変抵抗24で決まる電流を流すと、該抵抗
加熱膜22で発生したジュール熱により、受動導波路1
4の温度が上昇し、屈折率が変化する。このとき、半導
体レーザにおける共振器の光学長が変化し、その結果、
モード同期周波数が変化する。この屈折率の変化の際、
受動導波路14の光学損失は変化しないので、パルス幅
やパルス強度といったパルス特性は変化せず、モード同
期パルスの周波数のみが変化することになる。熱等の影
響でモード同期周波数が変動しようとすると、変調電圧
源19の周波数と成分S30の周波数とに差が生じる。
位相比較器31は、変調電圧源19の周波数と成分S3
0の周波数の差を検出し、該両者の位相差を補正するよ
うに、可変抵抗24の抵抗値を変化させ、抵抗加熱膜2
2に流れる電流を変化させる。その結果、受動導波路1
4の屈折率が、モード同期周波数の変化を抑制するよう
に変化する。
【0015】以上のように、この第1の実施形態では、
抵抗加熱膜22を有するモード同期半導体レーザに、O
/E変換器29、フィルタ30及び位相比較器31を設
け、モード同期周波数が変化しようとしても、その変化
を抑えるような電流を抵抗加熱膜22に流すようにして
いる。そのため、モード同期周波数が安定し、長期にわ
たって安定化した超短光パルス列を発生できる。よっ
て、例えば光通信システムにおける信号識別誤りを防止
できる等の効果が期待できる。
【0016】第2の実施形態 図2は、本発明の第2の実施形態を示すモード同期半導
体レーザの要部の構成図である。このモード同期半導体
レーザは、超短光パルス列を出力するものであり、第1
の実施形態と同様に、下側のN型クラッド層41と上側
のP型クラッド層42とに挟まれた可飽和吸収体43、
受動導波路44及び利得領域45を備え、これらによっ
て共振器が構成されている。可飽和吸収体43及び利得
領域45は、活性導波路でそれぞれ形成されている。受
動導波路44は、レーザ発振光よりも十分短波長なバン
ドギャップ波長を持ち、レーザ発振光に対しては透明に
なっており、可飽和吸収体43と利得領域45との間に
配置されている。
【0017】P型クラッド層42の表面の可飽和吸収体
43の上に対応する位置には、可飽和吸収体用P側電極
46が形成され、該P型クラッド層42の表面の利得領
域45の上に対応する位置には、利得領域用P側電極4
7が形成されている。可飽和吸収体用P側電極46に
は、逆バイアス電圧源48及び変調電圧源49が接続さ
れている。変調電圧源49は、P型クラッド層42を介
して基準周波数の変調信号を可飽和吸収体43に印加す
るものである。利得領域用P側電極47には、利得領域
用電流源50が接続されている。受動導波路44の上部
のP型クラッド層42の表面には、絶縁膜51が形成さ
れ、該絶縁膜51の上に、Ti(チタン)/Pt(プラ
チナ)の薄膜からなる抵抗加熱膜52が形成されてい
る。抵抗加熱膜52は、注入される電流を熱に変換して
受動導波路44の屈折率を変化させるものであり、その
電流を生成する抵抗加熱膜用電源53及び可変抵抗54
が接続されている。N側クラッド層41の裏面には、共
通電極55が全面に付着されている。
【0018】このモード同期半導体レーザには、さら
に、可飽和吸収体43に流れる光電流を検出して増幅す
る増幅器(Amp)56が設けられている。増幅器56
の出力側が、2入力の位相比較器57の一方の入力端子
に接続されている。位相比較器57の他方の入力端子
は、変調電圧源49に接続され、該位相比較器47の出
力側が可変抵抗54に接続されている。可変抵抗54
は、抵抗加熱膜52に流れる電流を制御する制御手段と
なり、位相比較器57の出力信号に基づき、光電流と変
調電圧源49が発生する基準周波数の変調信号の位相差
がゼロになるように抵抗値が変化する構成になってい
る。
【0019】次に、図2のモード同期半導体レーザの動
作を説明する。可飽和吸収体用P側電極46には、逆バ
イアス電圧源48から負の直流電圧と変調電圧源49か
らの正弦波の変調電圧とが重畳されて印加され、利得領
域用P側電極47には、利得領域用電源50から電流が
注入されてレーザ発振光に光学利得を与えている。その
結果、第1の実施形態と同様に共振器がハイブリッドモ
ード同期で動作し、パルス幅抑制を行った低時間ジッタ
の光パルス列を発生する。
【0020】一方、抵抗加熱膜52に、抵抗加熱膜用電
源53から可変抵抗54で決まる電流を流すと、該抵抗
加熱膜52で発生したジュール熱により、受動導波路4
4の温度が上昇し、屈折率が変化する。このとき、半導
体レーザにおける共振器の光学長が変化し、その結果、
モード同期周波数が変化する。この屈折率の変化の際、
受動導波路44の光学損失は変化しないので、パルス幅
やパルス強度といったパルス特性は変化せず、モード同
期パルスの周波数のみが変化することになる。
【0021】第1の実施形態と同様に、熱等の影響でモ
ード同期周波数が変動しようとすると、変調電圧源48
の発生する基準周波数の変調信号と可飽和吸収体43に
流れる光電流との間に位相差が生じる。光電流が増幅器
56によって増幅されて与えられる位相比較器57は、
該光電流及び変調電圧源48が発生する変調信号の位相
を比較し、基準周波数と光電流の周波数ずれを検出し、
可変抵抗54に与える。これにより、可変抵抗54は、
その周波数ずれをゼロにする抵抗値を示し、抵抗加熱膜
52に流れる電流値を調整する。その結果、受動導波路
44の屈折率が、モード同期周波数の変化を抑制するよ
うに変化する。
【0022】以上のように、この第2の実施形態では、
受動導波路44の上部に抵抗加熱膜52を有するモード
同期半導体レーザに、可飽和吸収体43に流れる光電流
と基準周波数との周波数のずれを検出する位相比較器5
7と、該位相比較器57の出力信号に基づき、光電流と
基準周波数との周波数のずれをゼロにするように、抵抗
加熱膜52に流れる電流を制御する可変抵抗54とを設
け、モード同期周波数が変化しようとしても、その変化
を抑えるような電流を抵抗加熱膜52に流すようにして
いる。そのため、第1の実施形態と同様に、モード同期
周波数が安定し、長期にわたって安定化した超短光パル
ス列を発生でき、光通信システムにおける信号識別誤り
を防止できる等の効果が期待できる。その上、第1の実
施形態では必要であった光カップラ28やO/E変換器
29等が不要となり、省部品化ができると共に、コンパ
クト化が実現できる。
【0023】第3の実施形態 図3は、本発明の第3の実施形態を示すモード同期半導
体レーザの要部の構成図である。このモード同期半導体
レーザは、超短光パルス列を出力するものであり、下側
のN型クラッド層61と上側のP型クラッド層62とに
挟まれた可飽和吸収体63、受動導波路64及び利得領
域65を備え、これらによって共振器が構成されてい
る。可飽和吸収体63及び利得領域65は、活性導波路
でそれぞれ形成されている。受動導波路64は、レーザ
発振光よりも十分短波長なバンドギャップ波長を持ち、
レーザ発振光に対しては透明になっており、可飽和吸収
体63と利得領域65との間に配置されている。
【0024】P型クラッド層62の表面の可飽和吸収体
63の上に対応する位置には、可飽和吸収体用P側電極
66が形成され、該P型クラッド層62の表面の利得領
域65の上に対応する位置には、利得領域用P側電極6
7が形成されている。可飽和吸収体用P側電極66に
は、逆バイアス電圧源68と基準周波数の変調信号を発
生する変調電圧源69が接続されている。利得領域用P
側電極67には、利得領域用電流源70が接続されてい
る。受動導波路64の上部のP型クラッド層62の表面
には受動導波路用P側電極71が形成され、受動導波路
逆バイアス電圧源72が接続されている。N側クラッド
層61の裏面には、共通電極73が全面に付着されてい
る。P型クラッド層62、N型クラッド層61及び受動
導波路64でp/i/n接合が構成されている。
【0025】この半導体レーザの利得領域65側の側面
には、光学的結合用レンズ74が配置され、該レンズ7
4によって利得領域65とピグテ−ル光ファイバ75と
が結合するようになっている。ピグテール光フィバ75
の出力側に光カップラ76が設けられている。光カップ
ラ76は2つ出力端を有し、一方からこの半導体レーザ
の出力光を外部へ出力し、他方はO/E変換器77に光
を与えるようになっている。O/E変換器77の出力側
は、フィルタ78に接続され、該フィルタ78の出力側
が、2入力の位相比較器79の一方の入力端子に接続さ
れている。フィルタ78は、モード同期周波数に相当す
る周波数成分を通過させるものである。位相比較器79
の他方の入力端子は、変調電圧源69の出力端子に接続
されている。位相比較器79の出力端子が、受動導波路
逆バイアス電圧源72に接続されている。このように接
続された受動導波路逆バイアス電圧源72は、フィルタ
78の出力信号と変調電圧源69が発生する基準周波数
の変調信号との位相差をゼロにするような制御電圧を受
動導波路64に印加し、該受動導波路64における屈折
率を調整するように機能する。
【0026】次に、図3のモード同期半導体レーザの動
作を説明する。可飽和吸収体用P側電極66には、逆バ
イアス電圧源68から負の直流電圧と変調電圧源69か
らの正弦波の変調電圧とが重畳されて印加され、利得領
域用P側電極67には、利得領域用電源70から電流が
注入されてレーザ発振光に光学利得を与えている。その
結果、ハイブリッドモード同期動作で、パルス幅抑制が
行われた低時間ジッタの光パルス列を発生する。この光
パルス列は、レンズ74、ピグテール光ファイバ75及
び光カップラ76を介して外部に出力されると共に、O
/E変換器77に入力される。O/E変換器77は、光
パルス列を入力し、その繰り返し周波数に対応する電気
信号S77をフィルタ78に出力する。フィルタ78
は、信号S77のうちのモード同期周波数に対応する成
分S78を通過させて位相比較器79に与える。
【0027】一方、受動導波路用P側電極71に、受動
導波路逆バイアス電圧源72から逆バイアス電圧を印加
すると、ポッケルス効果により、受動導波路64の屈折
率が変化する。このとき、半導体レーザにおける共振器
の光学長が変化し、その結果、モード同期周波数が変化
する。この屈折率の変化の際、受動導波路64の光学損
失は変化しないので、パルス幅やパルス強度といったパ
ルス特性は変化せず、モード同期パルスの周波数のみが
変化することになる。熱等の影響でモード同期周波数が
変動しようとすると、変調電圧源69の周波数と成分S
78の周波数とに差が生じる。位相比較器79は、変調
電圧源69の周波数と成分S78の周波数の差を検出
し、該両者の位相差を補正するように、受動導波路逆バ
イアス電圧源72の電圧が変化する。その結果、受動導
波路64の屈折率が、モード同期周波数の変化を抑制す
るように変化する。
【0028】以上のように、この第3の実施形態では、
受動導波路逆バイアス電圧源72を有するモード同期半
導体レーザに、O/E変換器77、フィルタ78及び位
相比較器79を設け、モード同期周波数が変化しようと
しても、その変化を抑えるように該受動導波路逆バイア
ス電圧源72の電圧を変化させるようにしている。その
ため、モード同期周波数が安定し、長期に渡って安定化
した超短光パルス列を発生できる。よって、例えば光通
信システムにおける信号識別誤りを防止できる等の効果
が期待できる。
【0029】第4の実施形態 図4は、本発明の4の実施形態を示すモード同期半導体
レーザの要部の構成図である。このモード同期半導体レ
ーザは、超短光パルス列を出力するものであり、第3の
実施形態と同様に、下側のN型クラッド層81と上側の
P型クラッド層82とに挟まれた可飽和吸収体83、受
動導波路84及び利得領域85を備え、これらによって
共振器が構成されている。可飽和吸収体83及び利得領
域85は、活性導波路でそれぞれ形成されている。受動
導波路84は、レーザ発振光よりも十分短波長なバンド
ギャップ波長を持ち、レーザ発振光に対しては透明にな
っており、可飽和吸収体83と利得領域85との間に配
置されている。
【0030】P型クラッド層82の表面の可飽和吸収体
83の上に対応する位置には、可飽和吸収体用P側電極
86が形成され、該P型クラッド層82の表面の利得領
域85の上に対応する位置には、利得領域用P側電極8
7が形成されている。可飽和吸収体用P側電極86に
は、逆バイアス電圧源88及び変調電圧源89が接続さ
れている。変調電圧源89は、P型クラッド層82を介
して基準周波数の変調信号を可飽和吸収体81に印加す
るものである。利得領域用P側電極87には、利得領域
用電流源90が接続されている。受動導波路84の上部
のP型クラッド層82の表面には受動導波路用P側電極
91が形成され、受動導波路逆バイアス電圧源92が接
続されている。N側クラッド層81の裏面には、共通電
極93が全面に付着されている。P型クラッド層82、
N型クラッド層81及び受動導波路84でp/i/n接
合が構成されている。
【0031】このモード同期半導体レーザには、さら
に、可飽和吸収体83に流れる光電流を検出して増幅す
る増幅器(Amp)94が設けられている。増幅器94
の出力側が、2入力の位相比較器95の一方の入力端子
に接続されている。位相比較器95の他方の入力端子
は、変調電圧源89に接続され、該位相比較器95の出
力側が受動導波路用P側電極91に接続されている。こ
のように接続された受動導波路逆バイアス電圧源91
は、可飽和吸収体83に流れる光電流と変調電圧源49
が発生する基準周波数の変調信号との位相差がゼロにな
るような制御電圧を受動導波路64に印加する構成にな
っている。
【0032】次に、図4のモード同期半導体レーザの動
作を説明する。可飽和吸収体用P側電極86には、逆バ
イアス電圧源88から負の直流電圧と変調電圧源89か
らの正弦波の変調電圧とが重畳されて印加され、利得領
域用P側電極87には、利得領域用電源90から電流が
注入されてレーザ発振光に光学利得を与えている。その
結果、第3の実施形態と同様に共振器がハイブリッドモ
ード同期で動作し、パルス幅抑制を行った低時間ジッタ
の光パルス列を発生する。一方、受動導波路用P側電極
91に、受動導波路逆バイアス電圧源92から逆バイア
ス電圧を印加すると、ポッケルス効果により、受動導波
路84の屈折率が変化する。このとき、半導体レーザに
おける共振器の光学長が変化し、その結果、モード同期
周波数が変化する。この屈折率の変化の際、受動導波路
84の光学損失は変化しないので、パルス幅やパルス強
度といったパルス特性は変化せず、モード同期パルスの
周波数のみが変化することになる。
【0033】第3の実施形態と同様に、熱等の影響でモ
ード同期周波数が変動しようとすると、変調電圧源89
の発生する基準周波数の変調信号と可飽和吸収体43に
流れる光電流との間に位相差が生じる。光電流が増幅器
94によって増幅されて与えられる位相比較器95は、
該光電流及び変調電圧源89が発生する変調信号の位相
を比較し、基準周波数と光電流の周波数ずれを検出し、
受動導波路逆バイアス電圧源92に与える。これによ
り、受動導波路逆バイアス電圧源92は、その周波数ず
れをゼロにする制御電圧を、受動導波路84に印加す
る。その結果、受動導波路84の屈折率が、モード同期
周波数の変化を抑制するように変化する。
【0034】以上のように、この第4の実施形態では、
受動導波路逆バイアス電圧源72を有するモード同期半
導体レーザに、可飽和吸収体83に流れる光電流と基準
周波数との周波数のずれを検出する位相比較器95を設
け、該位相比較器95の出力信号に基づき、光電流と基
準周波数との周波数のずれをゼロにするような制御電圧
を受動導波路84に印加するようにしたので、第3の実
施形態と同様に、モード同期周波数が安定し、長期に渡
って安定化した超短光パルス列を発生でき、光通信シス
テムにおける信号識別誤りを防止できる等の効果が期待
できる。その上、第3の実施形態では必要であった光カ
ップラ76やO/E変換器77等が不要となり、省部品
化ができると共に、コンパクト化が実現できる。
【0035】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
ず種々の変形が可能である。例えば、受動導波路14,
44,64,84の配置は、各光共振器の中央部に限定
されるものではなく、光共振器端部にあってもよい。ま
た、抵抗加熱膜22,52への注入電流を変化させる構
成は、可変抵抗24,54でなくてもよく、電源23,
53の発生電圧を変化させてもよい。
【0036】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、第1の発明
によれば、抵抗加熱膜が形成されたモード同期半導体レ
ーザに、超短光パルス列を電気信号に変換するO/E変
換器と、その電気信号及び基準周波数の変調信号の位相
を比較し、これらの位相差から超短光パルス列及び該基
準周波数の周波数のずれを検出する位相比較器とを設
け、周波数のずれをなくすように抵抗加熱膜の注入電流
を変化させるようにしたので、熱等の擾乱があっても光
学長が調整されてモード同期周波数が安定し、長期にわ
たって安定化した超短光パルス列を発生できる。よっ
て、例えば光通信システムにおける信号識別誤りを防止
できる等の効果が期待できる。
【0037】第2の発明によれば、抵抗加熱膜が形成さ
れたモード同期半導体レーザに、活性導波路に流れる光
電流及び該活性導波路に印加する変調信号の位相を比較
し、これらの位相差から光電流の基準周波数からの周波
数ずれを検出する位相比較器を設け、周波数のずれをな
くすように抵抗加熱膜の注入電流を変化させるようにし
たので、第1の発明と同様に、熱等の擾乱があっても光
学長が調整されてモード同期周波数が安定し、長期にわ
たって安定化した超短光パルス列を発生できる。さら
に、光パルス列を電気信号に変換するO/E変換器等で
構成されるフィードバック機構が不要になるので、省部
品化とコンパクト化が容易になり、低コスト化が実現で
きる。
【0038】第3の発明によれば、受動導波路には屈折
率を変化させて光学長を変化させる制御電圧が印加され
るモード同期半導体レーザに、超短光パルス列を電気信
号に変換するO/E変換器と、その電気信号及び変調信
号の位相を比較し、これらの位相差から超短光パルス列
及び基準周波数の周波数のずれを検出する位相比較器と
を設け、周波数のずれをなくすように該制御電圧を変化
させるようにしたので、第1の発明と同様に、熱等の擾
乱があっても光学長が調整されてモード同期周波数が安
定し、長期にわたって安定化した超短光パルス列を発生
できる。よって、例えば光通信システムにおける信号識
別誤りを防止できる等の効果が期待できる。
【0039】第4の発明によれば、受動導波路には屈折
率を変化させて光学長を変化させる制御電圧が印加され
るモード同期半導体レーザに、活性導波路に流れる光電
流及び該活性導波路に印加する変調信号の位相を比較
し、これらの位相差から光電流及び該変調信号の周波数
ずれを検出する位相比較器を設け、周波数のずれをなく
すように制御電圧を変化させるようにしたので、第3の
発明と同様に、熱等の擾乱があっても光学長が調整され
てモード同期周波数が安定し、長期にわたって安定化し
た超短光パルス列を発生できる。さらに、光パルス列を
電気信号に変換するO/E変換器等で構成されるフィー
ドバック機構が不要になるので、省部品化とコンパクト
化が容易になり、低コスト化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示すモード同期半導
体レーザの要部の構成図である。
【図2】本発明の第2の実施形態を示すモード同期半導
体レーザの要部の構成図である。
【図3】本発明の第3の実施形態を示すモード同期半導
体レーザの要部の構成図である。
【図4】本発明の第4の実施形態を示すモード同期半導
体レーザの要部の構成図である。
【符号の説明】 11,41,61,81 N型クラッド層 12,42,62,82 P型クラッド層 13,43,63,83 可飽和吸収体 14,44,64,84 受動導波路 15,45,65,85 利得領域 18,48,68,88 逆バイアス電圧源 19,49,69,89 変調電圧源 20,59,70,90 利得領域用電流源 22,52 抵抗加熱膜 24,54 可変抵抗 26,74 光学的結合用レンズ 27,75 ピグテ−ル光ファイバ 28,76 光カップラ 29,77 O/E変換器 30,78 フィルタ 31,57,79,95 位相比較器 56,94 増幅器 72,92 受動導波路逆バイアス電圧源

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基準周波数の変調信号が印加される活性
    導波路が形成されると共に発振光に対して透明な受動導
    波路が形成され、かつ、該受動導波路の上部には、注入
    電流に基づくジュール熱を発生して該受動導波路の屈折
    率を変化させて光学長を変化させる抵抗加熱膜が形成さ
    れた光共振器であって、該基準周波数に対応する周波数
    の超短光パルス列を発生するモード同期半導体レーザに
    おいて、 前記超短光パルス列を電気信号に変換する光/電気変換
    器と、 前記電気信号及び前記変調信号の位相を比較し、これら
    の位相差から前記超短光パルス列及び前記基準周波数の
    周波数のずれを検出する位相比較器とを備え、 前記位相比較器が検出した周波数のずれをなくすように
    前記抵抗加熱膜の注入電流を変化させる構成にしたこと
    を特徴とするモード同期半導体レーザ。
  2. 【請求項2】 基準周波数の変調信号が印加される活性
    導波路が形成されると共に発振光に対して透明な受動導
    波路が形成され、かつ、該受動導波路の上部には、注入
    電流に基づくジュール熱を発生して該受動導波路の屈折
    率を変化させて光学長を変化させる抵抗加熱膜が形成さ
    れた光共振器であって、該基準周波数に対応する周波数
    の超短光パルス列を発生するモード同期半導体レーザに
    おいて、 前記活性導波路に流れる光電流及び該活性導波路に印加
    する前記変調信号の位相を比較し、これらの位相差から
    該光電流及び該変調信号の周波数ずれを検出する位相比
    較器を備え、 前記位相比較器が検出した周波数のずれをなくすように
    前記抵抗加熱膜の注入電流を変化させる構成にしたこと
    を特徴とするモード同期半導体レーザ。
  3. 【請求項3】 基準周波数の変調信号が印加される活性
    導波路が形成されると共に発振光に対して透明な受動導
    波路が形成され、かつ、該受動導波路には屈折率を変化
    させて光学長を変化させる制御電圧が印加される光共振
    器であって、該基準周波数に対応する周波数の超短光パ
    ルス列を発生するモード同期半導体レーザにおいて、 前記超短光パルス列を電気信号に変換する光/電気変換
    器と、 前記電気信号及び前記変調信号の位相を比較し、これら
    の位相差から前記超短光パルス列及び前記基準周波数の
    周波数のずれを検出する位相比較器とを備え、 前記位相比較器が検出した周波数のずれをなくすように
    前記制御電圧を変化させる構成にしたことを特徴とする
    モード同期半導体レーザ。
  4. 【請求項4】 基準周波数の変調信号が印加される活性
    導波路が形成されると共に発振光に対して透明な受動導
    波路が形成され、かつ、該受動導波路には屈折率を変化
    させて光学長を変化させる制御電圧が印加される光共振
    器であって、該基準周波数に対応する周波数の超短光パ
    ルス列を発生するモード同期半導体レーザにおいて、 前記活性導波路に流れる光電流及び該活性導波路に印加
    する前記変調信号の位相を比較し、これらの位相差から
    該光電流及び該変調信号の周波数ずれを検出する位相比
    較器を備え、 前記位相比較器が検出した周波数のずれをなくすように
    前記制御電圧を変化させる構成にしたことを特徴とする
    モード同期半導体レーザ。
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