JP2002076478A - 標本化された光ファイバ格子を用いた超高速多波長レーザ装置 - Google Patents

標本化された光ファイバ格子を用いた超高速多波長レーザ装置

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JP2002076478A JP2000350190A JP2000350190A JP2002076478A JP 2002076478 A JP2002076478 A JP 2002076478A JP 2000350190 A JP2000350190 A JP 2000350190A JP 2000350190 A JP2000350190 A JP 2000350190A JP 2002076478 A JP2002076478 A JP 2002076478A
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東煥 金
Bong Ahn Yoo
奉安 柳
Byung Ho Lee
竝浩 李
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超高速光信号処理用光源や光通信用光源とし
て使用されるための複数波長を超高速で同時に発振させ
ることができる新形態の半導体−光ファイバレーザ装置
を提供する。 【解決手段】 能動型モードロッキングSFRLの構成
素子は光ファイバの出力を変化させカップリングさせる
出力可変光ファイバカプラ(Variable Coupler)と、光フ
ァイバの偏光を調節する偏光調節器(Polarization Cont
roller)と、ニオブ酸リチウムを利用して光ファイバの
強度を変調させる光強度変調器(Optical Intensity Mod
ulator)30、光波長を伝送させる光アイソレータ4
0、半導体−光ファイバの光波長を増幅させる半導体光
増幅器(SOA)50、標本化された光ファイバ格子を
純化させる光サーキュレータ60と、標本化された光フ
ァイバ格子(Sampled Fiber Grating、SFG)60aと
で構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、標本化された光フ
ァイバ格子を用いた超高速多波長レーザ装置に係り、特
に、超高速光信号処理用光源や光通信用光源として使用
されるための複数波長を超高速で同時に発振させること
ができる新形態の半導体−光ファイバレーザ装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】最近、超高速、大容量の情報の伝送が必
要とされており、波長分割多重化(Wavelength Divisio
n Multiplexing、WDM)と、光時分割多重化(Optica
l TimeDivision Multiplexing、OTDM)方式による
光伝送研究が活発に行われている。
【0003】これによって、伝送チャネル数と各チャネ
ルの伝送速度を増加させるため多波長、超高速光源に関
する研究が全世界的で行われている。
【0004】今まで、多くの研究がなされている方法
は、物理的に分離されたレーザから得られる、互いに異
なった波長を1本の光ファイバに結合させ送り出す方式
と発光ダイオード(LED)と、エルビウム添加光ファ
イバ光増幅器(Erbium-Doped Fiber Amplifier、EDF
A)等の広帯域スペクトルの光を発する光源と光フィル
タの組合せを用いたスペクトルスライシング(spectrum
slicing)方式等がある。
【0005】しかし、前記のような方法は、光通信伝送
を行うためには究極的に各波長別に光変調器を必要と
し、その構造は複雑である。従って、1個の利得体(gai
n medium)を使用して超高速多波長レーザを作る方法等
が注目を集めている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記のEDFAを用い
た方式は、光ファイバレーザ共振器内にコンバインダー
フィルターを利用して11本のCW(continuous wav
e)多波長発振レーザを構成しているが、常温では利得
体の均一線幅拡大(homogeneous line broadening)現
象によって波長別光源の安定化が難しかった。従って、
これを防ぐためにEDFAを絶対温度77℃に維持しな
ければならない問題点があった。
【0007】一方、最近外部注入変調方式によって半導
体光増幅器を利得体として用いた多波長レーザ等がを報
告されているが、これは外部よりレーザ共振器の基本周
波数の整数倍に該当する周波数に強度変調して注入させ
れば外部変調周波数の整数倍ほど増加された高次モード
ロッキングされた多波長レーザが構成される。
【0008】この時、発振波長数はモード−ロッキング
されたモード数と同じ数の超高速多波長レーザが具現さ
れる。
【0009】本発明は前記のような従来技術の問題点を
解決するためのものであって、超高速光信号処理用光源
や光通信用として使用されるために複数の波長を超高速
で常温において同時に発振させる新形態の半導体−光フ
ァイバレーザを具現できるようにした標本化された光フ
ァイバ格子を用いた超高速多波長レーザ装置を提供する
ことにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記のような目的を達成
するために本発明によると、半導体光増幅器を利得体と
して使用しながら、しかも共振器内部に標本化された光
ファイバ格子(Sampled Fiber Grating、SFG)と、
強度変調器を使用し構造が間歇した能動モードロッキン
グされたリング型半導体‐光ファイバレーザ(Semicond
uctor- Fiber Ring Laser、SFRL)を構成して多波
長のパルス列を生成する標本化された光ファイバ格子を
用いた超高速多波長レーザ装置を提供する。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明による望ましい実施
形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。
【0012】図1は本発明に係る多波長能動型モードロ
ッキング半導体‐光ファイバレーザ(SFRL)の装置
構成図である。
【0013】図1に示すように、能動型モードロッキン
グSFRLの構成素子は光ファイバの出力を変化させカ
ップリングさせる出力可変光ファイバカプラ(Variable
Coupler)10と、光ファイバの偏光を調節する偏光調
節器(Polarization Controller)20と、リチウムナ
オベートを利用して光ファイバの強度を変調させる光強
度変調器(Optical Intensity Modulator)30と、光
波長を伝送させる光アイソレータ(Isolator)40、半
導体−光ファイバの光波長を増幅させる半導体光増幅器
(Semiconductor Optical Amplifier、SOA)50、
標本化された光ファイバ格子を循環させる光サーキュレ
ータ(Optical circulator)60と、標本化された光フ
ァイバ格子(Sampled Fiber Grating、SFG)60a
と、で構成されている。
【0014】SOA50は長さが1ミリ、運搬子(carri
er)の寿命が2ns程度であり、両面に反射率が10-3
〜10-4程度になるように無反射薄膜蒸着されており、
200mAの最大ポンピング電流で約23dBのfiber-
to-fiber利得と7.5dBm程度の飽和出力パワーを有
している。
【0015】次いで、図1にような実験装置を用いた超
高速多波長レーザの具現過程を説明すると、SOA 5
0に電気的パワー(160〜180mA)を加え、光強
度変調器30を10GHzで作動させる前には、単なる
スペクトルがSFG 60aによってフィルタリングさ
れた0.8nmの周期的間隔で4本の多波長発振を行
い、時間上においては連続光出力のレーザ光が発生され
る。
【0016】この時、光強度変調器30をレーザ共振器
の長さに該当する基本周波数(10MHz)の整数倍
(概略、1000倍)に該当する10GHzで動作させ
ると、高次−調和モードロッキングがされながらパルス
幅が約20ピコセカンド(psec)程度の非常に短いパル
スとパルス間隔が100ピコセカンド(psec)であるレ
ーザ光が発生される。
【0017】従って、時間上においては10Gbit/sの超
高速のパルス列が発生され、波長スペクトルは0.8n
m(100 GHz)間隔で約3〜4本の多波長パルス
列が発生される。
【0018】図1を詳しく説明すると、普通超高速光パ
ルス列生成に用いられるEDFAは実温で利得媒質(gai
n medium)であるEDFの均一線幅拡大(homogeneous l
inebroadening)による利得相互飽和から複数波長の発
振が難しく、液体窒素によりEDFを冷却させた状態で
使用しなければならない短所を有している。
【0019】一方、SERLの利得媒質の半導体光増幅
器(SOA)50は、非均一線幅拡大(homogeneous li
ne broadening)による利得飽和現象が優勢であるた
め、室温で同時に複数波長の発振が行われる。
【0020】また、SFRLはSOA 50の運搬子寿
命が共振器往復時間に比べ十分に短くて振動緩和が起こ
らず、EDFAに比べ短期間振幅が安定された特性を見
せている。
【0021】なお、かかる構造では、発振波長を決定す
るフィルタとして標本化された光ファイバ格子(SF
G)を用いる方法は、既存の光ファイバピグテールされ
たバルク(pigtailed bulk)型ファブリ‐ぺロエタロン
(Fabry-Perot etalon)に比べ損失が少なく、利得媒質
内の不均一なスペクトルを補償できるように、より容易
にフィルタ模様(shape)を設計することができるという
長所がある。
【0022】図2は本発明に係る標本化された光ファイ
バ格子(SFG)の透過光スペクトルを示したグラフで
あり、図3は標本化された光ファイバ格子(SFG)の
反射光スペクトルを示したグラフである。
【0023】図2及び図3のように、光ファイバ格子製
作に使用された位相マスク長さ(1インチ)の限界によ
って90%以上の反射率を有する反射波長の数は4本程
度に限定されていることが分かる。
【0024】かかる標本化された光ファイバ格子フィル
ターのFSR(Free Spectral Range)は0.8nm
(100 GHz @1550 nm)であり、FWHM
(Full-Width at Half Maximum)は概略0.3nm程度
であった。
【0025】図4は本発明に係る多波長能動型モードロ
ッキング半導体−光ファイバレーザ(SFRL)のCW
出力光スペクトルを示したグラフであり、図5は多波長
能動型モードロッキング半導体−光ファイバレーザ(S
FRL)のモードロッキングされたスペクトルを示した
グラフである。
【0026】図4及び図5を詳しく説明すると、SOA
50のポンピング電流が164mAの場合、各々CW
(Continuous Wave:光強度変調器を作動させない時)
である場合と、10 GHzで能動ロッキングされたS
FRLの出力光スペクトルを示している。
【0027】まず、図4のようなCW動作では5本の波
長においての能動モードロッキング動作では3本の波長
より発振が行われていることが分かる。発振波長の数と
各波長でのパワーはSOA50のポンピング電流、SO
A 50の利得スペクトル模様(shape)とSFG 60a
の反射スペクトルの模様、そして共振器内の偏光状態が
互いに結合され影響を与えることになる。
【0028】普通、SOA 50のポンピング電流が大
きくなればなるほど波長の数は多くなる。そして、偏光
状態を調節することによって前記条件においてCW発振
波長数は4本となることもあり、能動モードロッキング
された発振波長数は 2〜4本に変わった。
【0029】しかし、4本の波長において能動モードロ
ッキングが起こる場合には、各波長のパワーが不安定で
あって、3本の波長において比較的安定され、パワーが
互いに似通った出力を得ることができた。
【0030】図6a乃至図6cは、本発明に係る光フィ
ルタによって選択された各波長の10 GHzパルス列
を示した図面である。
【0031】この時、図6a乃至図6cに図示された各
波長は、6aが1547.2nm、6bは1548.0
nm、6cが1548.8nmである。
【0032】前記のように図6a乃至図6cにおいて、
0.3 nm透過帯域幅の波長可変フィルタによって濾
された10 GHzで能動モードロッキングされたSF
RLの各波長での同期化されたパルス列を示している。
【0033】
【発明の効果】以上にて説明したとおり、本発明の標本
化された光ファイバ格子を用いた超高速多波長レーザ装
置によると、出力損失が少なく室温で同時発振が可能な
10Gbit/s級の超高速多波長レーザが構成され、
これを超高速波長分割多重方式(Highspeed WDM)光
通信用光源や超高速信号処理用光源として適用し使用で
きるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明に係る超高速多波長レーザの
実験装置を示した概略構成図である。
【図2】 図2は、本発明に係る標本化された光ファイ
バ格子(SFG)の透過光スペクトルを示したグラフで
ある。
【図3】 図3は、本発明に係る標本化された光ファイ
バ格子(SFG)の反射光スペクトルを示したグラフで
ある。
【図4】 図4は、本発明に係る多波長能動型モードロ
ッキング半導体‐光ファイバレーザ(SFRL)のCW
出力光スペクトルを示したグラフである。
【図5】 図5は、本発明に係る多波長能動型モードロ
ッキング半導体‐光ファイバレーザ(SFRL)のモー
ドロッキングされた光スペクトルを示したグラフであ
る。
【図6】 6aは、本発明に係る光フィルタによって選
択された各波長の10 GHzパルス列を示した図面で
ある。6bは、本発明に係る光フィルタによって選択さ
れた各波長の10 GHzパルス列を示した図面であ
る。6cは、本発明に係る光フィルタによって選択され
た各波長の10 GHzパルス列を示した図面である。
【符号の説明】
10 出力可変光ファイバフィルタ 20 偏光調節器 12 光強度変調器 30a RF合成器 40 光アイソレータ 50 半導体光増幅器 50a SDA駆動器 60 光サーキュレータ 60a 標本化された光ファイバ格子(SFG)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 李 竝浩 大韓民国ソウル特別市冠岳区新林9洞(番 地なし)建栄3次アパート7棟609号 Fターム(参考) 5F072 AB13 JJ20 KK07 KK30 LL17 LL19 SS06 YY15 5F073 AA65 AA66 AB21 AB28 EA29 GA38

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 能動型モードロッキングされたリング型
    半導体−光ファイバレーザ装置において、 光ファイバの出力を変化させカップリングさせる出力可
    変光ファイバカプラと、 前記光ファイバの偏光を調節する偏光調節器と、 ニオブ酸リチウム(lithium niobate)を用いて光の強さ
    を変調させる光強度変調器と、 光波長を伝送させる光アイソレータと、 前記半導体−光ファイバの光波長を増幅させる半導体光
    増幅器(SOA)と、 標本化された光ファイバ格子を循環させる光サーキュレ
    ータと、 標本化された光ファイバ格子(SFG)と、を含めてシ
    ングルモード光ファイバのサイクルにより構成すること
    により、前記半導体光増幅器に電気的パワーを加え、前
    記光強度変調器をレーザ共振器の長さに該当する基本周
    波数の整数倍周波数にて動作させ、高次−調和モードロ
    ッキングされる多波長レーザ光源のパルス列を生成する
    ことを特徴とする標本化された光ファイバ格子を用いた
    超高速多波長レーザ装置。
  2. 【請求項2】 前記多波長レーザ光源は、3〜4本の多
    波長パルス列を生成することを特徴とする請求項1記載
    の標本化された光ファイバ格子を用いた超高速多波長レ
    ーザ装置。
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