JP2003522404A

JP2003522404A - 強い複合結合型ｄｆｂレーザを使用する短い光パルスの発生

Info

Publication number: JP2003522404A
Application number: JP2000588868A
Authority: JP
Inventors: フイ・ロンティン・アール; ホン・ジン・ジェイ; オサリヴァン・モーリス・エス
Original assignee: Nortel Networks Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1998-12-15
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2003-07-22
Also published as: US6438148B1; CA2315412A1; WO2000036718A1

Abstract

(57)【要約】ピコ秒／サブピコ秒の範囲にある、連続的に同調可能な高周波マイクロ波放射線および短い光パルスを生成することができるコンパクトなパルス発生源が提供される。この発生源は、同一の基板上に形成され、異なる縦方向モードで同時に動作する２つのレーザを有するレーザ構造を備える。それぞれのレーザは、活性媒質または損失性のある量子井戸層のいずれかからなる多量子井戸構造を介して深くエッチングすることによって形成される複合結合型（利得結合型または損失結合型）回折格子を有し、それにより、レーザ間の実質的な相互作用がないことを保証する。レーザは、共通の活性媒質および共有光路を有して、互いへの相互の光注入を提供し、これにより、２つのレーザの周波数の差においてうなり（ビート）信号の発生がもたらされる。うなり周波数は、レーザ・モード間の間隔によって規定され、電流注入および／または温度変動によって連続的に同調させることができる。こうして、うなり信号は、連続的に同調可能なマイクロ波放射線を提供する。短い光パルス列を形成するために、うなり信号はさらに、可飽和吸収器と、それに続く半導体光増幅器に送信され、または分散ファイバを有する光圧縮器に直接送信される。その結果、それぞれのインパルスの持続時間が圧縮され、短い光パルス列が形成される。この発明の一実施形態では、それぞれが周波数ｆのＮ個の短い光パルス列が組み合わせられ、インターリーブされて、周波数Ｎｆの１つの短い光パルス列が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の分野この出願は、１９９８年１２月１５日に出願された米国特許出願第０９／２１
３０８８号、および１９９９年９月２７日に出願された米国特許出願第０９／４
０５１１９号に関する。本発明は、データの伝送に対して特に適した短い光パル
スの生成に関する。

【０００２】背景技術光ファイバにおける超高速の時間領域多重（ＴＤＭ）光伝送システムは、ピコ
秒／サブピコ秒範囲内にある短い光パルス列(optical pulse train)を発生させ
ることのできる小型で軽量の発光源を必要とする。ソリトン発生源など短いパル
ス発生源に関する一般的な要件は、狭いパルス幅、低い時間ジッタ、および連続
的に同調可能(tunable)な繰り返しレートである。実際のファイバ光システムで
は、システム・アプリケーションにおける長期信頼性、小さなサイズおよび簡単
なデータ符号化という要件がさらに追加される。

【０００３】短い光パルス列を発生させる方法が、いくつか知られている。例えば、Ｄ．Ｊ
．Ｄｅｒｉｃｋｓｏｎ等の「Ｓｈｏｒｔｐｕｌｓｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ
ｕｓｉｎｇｍｕｌｔｉｓｅｇｍｅｎｔｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄｓｅｍｉｃ
ｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒｓ」ＩＥＥＥＪ．ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔ
ｒｏｎ．，Ｖｏｌ．２８，ｐｐ．２１８６−２２０２，１９９２年など、複合し
た受動および能動モードのロッキング（locking）技術が高速光パルス発生では
利用可能であり、ここでパルスは、レーザ共振器の一周時間によって決定される
固定された繰り返しレートで生成される。これらの技術は位相整合条件に敏感で
あり、そのため、構築して保守するのが困難である。

【０００４】他の方法は、レーザの利得スイッチングであり、これは高い時間ジッタを受け
る。例えばＡ．Ｇ．Ｗｅｂｅｒ，Ｗ．Ｒｏｎｇｈａｎ，Ｅ．Ｈ．Ｂｏｔｔｃｈｅ
ｒ，Ｍ．Ｓｃｈｅｌｌによる掲載「Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｓｉｍｕ
ｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｕｒｎ−ｏｎｄｅｌａｙｔｉｍｅｊｉｔ
ｔｅｒｉｎｇａｉｎ−ｓｗｉｔｃｈｅｄｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌ
ａｓｅｒｓ」ＩＥＥＥＪ．ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎ．，Ｖｏｌ．２
８，ｐｐ．４４１−４４５，１９９２年に記述されるように、デバイスの変調帯
域幅および高周波供給の制限のために、５０ＧＨｚを超える繰り返しレートでの
パルス発生を、この方法で達成するのは非常に困難である。

【０００５】高繰り返しレートの光パルスは、例えばＰ．Ｖ．Ｍａｍｙｓｈｅｖ，Ｓ．Ｖ．
Ｃｈｅｒｎｉｋｏｖ，Ｅ．Ｍ．Ｄｉａｎｏｖの掲載「Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏ
ｆＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓｏｌｉｔｏｎｔｒａｉｎｓｆｏｒｈｉｇ
ｈ−ｂｉｔ−ｒａｔｅｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉ
ｏｎｌｉｎｅｓ」ＩＥＥＥＪ．ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎ．，ｖｏ
ｌ．２７，ｐｐ．２３４７−２３５５，１９９１年に記載されたデュアル波長光
源を使用して発生させることもできる。２つのレーザによって放出される２つの
波長は、混合されて高周波の正弦波信号を形成し、それが光結合器（combiner）
、光増幅器、およびそれに続く非線形ファイバを介して送信される。その結果、
正弦波信号は、光パルス列に圧縮される。デュアル波長光源の一般的な手法は、
２つの個別のレーザを使用するものであり、複雑で、長期安定性について問題が
ある。

【０００６】デュアル波長動作はまた、例えば、Ｐ．Ｖ．Ｍａｍｙｓｈｅｖ著「Ｄｕａｌ−
ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓｏｕｒｃｅｏｆｈｉｇｈ−ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ
−ｒａｔｅ，ｔｒａｎｓｆｏｒｍ−ｌｉｍｉｔｅｄｏｐｔｉｃａｌｐｕｌｓ
ｅｓｆｏｒｓｏｌｉｔｏｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ
．，ｖｏｌ．１９，ｐｐ．２０７４−２０７６，１９９４年など、外部位相変調
光源からの適切な位相変調の側波帯を選択することによって実施されることがで
きる。この方法は、高周波変調および光ファイバを必要とする。この方法をより
実用的にするために、通常は２つの孤立したレーザを使用して正弦波うなり信号
を発生させる。

【０００７】残念ながら、それぞれのレーザの周波数変化は、うなり信号周波数変動をもた
らす熱的および機械的変動を受ける。両方のレーザの位相ノイズはまた、うなり
信号のジッタに大幅に影響を与える。それぞれのレーザ出力の偏光の制御、およ
びそれらを整合して維持するための努力も、システム性能を低下させる実際上の
問題である。したがって、結果として生じる信号性能は満足いくものではなく、
商用の超高速アプリケーションにおいて、このような構成の実際的な使用は問題
となる。

【０００８】さらに、デュアルモード・レーザは数ＴＨｚまでの非常に高いうなり周波数を
発生させることができるが、主要な課題は、情報データを光列に符号化する方法
である。現在、ファイバ光システムにおけるデータを符号化する最も信頼できる
方法は高速変調器を使用するものであり、電気光学（ＥＯ）変調器が最も一般的
な選択である。しかし、最新技術の電気光学変調器の最大変調帯域幅は、現在お
よそ５０Ｇｂ／ｓに制限されている。これは、既存のタイプの変調器によっては
、より高い繰り返しレートを有するソリトン列を取り扱うことができないことを
意味する。その結果、データ伝送の速度が不可避的に制限され、光伝送システム
の性能を制約する。

【０００９】したがって、光伝送システムおよび高速光信号処理に適した高い繰り返しレー
トの短い光パルスを連続的に同調する、実用的でコンパクトな信頼性のある光源
が、この業界において必要とされている。

【００１０】したがって、本発明の目的は、上記の課題を回避することのできる光パルス発
生源を提供することである。

【００１１】発明の概要本発明の一態様によれば、第１の回折格子を有し、第１の周波数で光を発生さ
せる第１のシングルモードＤＦＢ半導体レーザと、第２の回折格子を有し、第２
の周波数で光を発生させる第２のシングルモードＤＦＢ半導体レーザとを備え、
前記レーザは、共通の活性媒質および共有光路を有し、該２つのレーザの周波数
の差においてうなり信号の発生をもたらすよう互いへの相互の光注入を提供し、
うなり信号を受信するように配置され、前記信号のパルスの持続時間を圧縮して
、予め決められた持続時間および繰り返しレートを有する短い光パルス列を形成
する光圧縮器を備える光パルス発生源が提供される。

【００１２】この発生源はさらに、うなり信号が光圧縮器に送信される前に該うなり信号を
受信するよう配置された可飽和吸収器を備えることができる。吸収器は、信号の
初期時間の圧縮を提供して、うなり信号を光パルスの初期列に変形する。さらに
、うなり信号またはパルスの初期列を増幅するために、例えばエルビウム・ドー
プ・ファイバを有する光増幅器を使用することができる。光圧縮器は、分散低減
ファイバ、分散シフト・ファイバおよび／または外部エルビウム・ドープ・ファ
イバ増幅器を有することができる。

【００１３】発生源はさらに、短いパルス列にデータを符号化する手段、例えば繰り返しレ
ートによって決定される速度で動作する光変調器を備えることができる。繰り返
しレートの典型的な範囲は、約数十ＧＨｚ〜約数百ＧＨｚであり、副次的な範囲
として約２５ＧＨｚ〜約８０ＧＨｚの範囲がデータ伝送には特に重要である。パ
ルス列におけるパルスの典型的な持続時間は、ピコ秒／サブピコ秒の範囲内であ
る。

【００１４】発生源は、２つの利得結合型ＤＦＢレーザを有するデュアル・モード・レーザ
を備え、代替形態として、損失結合型ＤＦＢレーザを有することもできる。

【００１５】レーザの活性媒質が多量子井戸構造を有することが好ましい。第１および第２
のレーザにおける第１および第２の回折格子は、多量子井戸構造を介して溝を直
接エッチングすることによって形成されるのが有利である。それぞれの回折格子
は、第１のセクションおよび第２のセクションを有する周期を持ち、実質的に全
ての量子井戸が第２のセクションからエッチング除去されて、第２のセクション
での実質的な光子放出をなくし、レーザ間の実質的な相互作用をなくすことを保
証するのが有利である。

【００１６】発生源はさらに、第１のレーザおよび第２のレーザのうちの１つの周波数を安
定化させる手段、または両方のレーザの周波数を安定化させる手段を備えること
ができる。さらに、第１および第２のレーザの周波数を同調させる手段を提供す
ることもできる。信頼できる正確なモードを保証するため、第１のレーザおよび
第２のレーザのうちの１つによって発生した光の低周波変調を提供することがで
きる。代わりに、レーザによって発生した光を同時に変調することができる。変
調は、うなり周波数の分周波である周波数で提供されるのが有利である。

【００１７】第１の実施形態では、発生源は、同一の周期を有する第１の回折格子および第
２の回折格子を備え、レーザがストップバンドの異なるサイドで光を発生させる
よう構成される。

【００１８】第２の実施形態では、発生源は、同一の周期を有する第１の回折格子および第
２の回折格子を備え、レーザがストップバンドの同じサイドで光を発生させるよ
う構成される。第１の周波数および第２の周波数の差は、第１のレーザおよび第
２のレーザへの異なる電流注入によって、または第１のレーザおよび第２のレー
ザの温度制御の差によって提供される。代わりに、第１のレーザおよび第２のレ
ーザでの活性媒質の異なる幅によって提供されることもできる。

【００１９】第３の実施形態では、発生源は、異なる周期を有する第１および第２の回折格
子を備える。レーザのうち、出力ファセットから離れている方のレーザの周波数
が、出力ファセットにより近い方のレーザのストップバンド内に入らないように
し、離れた方のーザによって放出される光が、共有光路を介して出力ファセット
に進むことができるよう構成される。

【００２０】第４の実施形態では、活性媒質への電流注入によって発生源の活性媒質をポン
ピングする代わりに、ポンピングが、外部の光ポンピング源によって提供される
。

【００２１】上述の実施形態に対する修正例では、発生源は、均一な、またはチャープ（ch
irp）された第１および第２の回折格子を備えることができ、回折格子は、活性
媒質上へのホログラフィ技術または電子ビーム描画によって形成された１次回折
格子であることが好ましい。

【００２２】本発明の他の態様によれば、第１の回折格子を有し、第１の周波数で光を発生
させる第１のシングルモードＤＦＢ半導体レーザと、第２の回折格子を有し、第
２の周波数で光を発生させる第２のシングルモードＤＦＢ半導体レーザとを備え
、前記レーザは、共通の活性媒質および共有光路を有し、該２つのレーザの周波
数の差においてうなり信号の発生をもたらすよう互いへの相互の光注入を提供し
、うなり信号を受信するよう配置され、初期時間の圧縮を提供して、うなり信号
を光パルスの初期列に変形する可飽和吸収器と、初期パルス列を受信するよう吸
収器の後に配置された光増幅器と、パルス列を受信するよう光増幅器の後に配置
され、列のパルスの持続時間を圧縮して、予め決められた持続時間および繰り返
しレートを有する短い光パルス列を形成する光圧縮器とを備え、第１および第２
のレーザ、可飽和吸収器、および光増幅器が同一のチップ上に形成される光パル
ス発生源が提供される。

【００２３】レーザ、可飽和吸収器、および光増幅器が、１つのパッケージ内に集積される
ことが好都合である。

【００２４】本発明の他の態様によれば、第１の回折格子を有し、第１の周波数で光を発生
させる第１のシングルモードＤＦＢ半導体レーザと、第２の回折格子を有し、第
２の周波数で光を発生させる第２のシングルモードＤＦＢ半導体レーザとを備え
、前記レーザは、共通の活性媒質および共有光路を有し、該２つのレーザのうな
り周波数において放射線の発生をもたらすよう互いへの相互の光注入を提供する
放射線の発生源が提供される。

【００２５】放射線の発生源は、利得結合型ＤＦＢレーザまたは損失結合型ＤＦＢレーザを
備え、活性媒質が多量子井戸構造を備えることが好ましい。第１および第２の回
折格子は、多量子井戸構造を介して溝を直接エッチングすることによって形成さ
れることが有利である。２つのレーザ間の実質的な相互作用をなくすため、それ
ぞれの回折格子は、第１のセクションおよび第２のセクションを有する周期を持
ち、実質的に全ての量子井戸が第２のセクションからエッチング除去されて、第
２のセクションでの実質的な光子放出をなくすよう構成される。発生源によって
発生する放射線の典型的な波長範囲は、マイクロ波〜ミリメートル波の波長範囲
に対応する。

【００２６】第１の回折格子および第２の回折格子が同一の周期を有し、第１のレーザおよ
び第２のレーザがストップバンドの同じサイドで光を発生させるよう構成される
のが好都合である。第１のレーザ周波数および第２のレーザ周波数の差を、第１
のレーザおよび第２のレーザへの異なる電流注入によって、第１のレーザおよび
第２のレーザにおける活性媒質の異なる幅によって、および／または第１のレー
ザおよび第２のレーザの温度制御の差によって提供することができる。

【００２７】代わりに、放射線の発生源は、同一の周期を有する回折格子を備えることがで
き、第１のレーザおよび第２のレーザは、ストップバンドの異なるサイドで光を
発生させる。

【００２８】他の代替形態では、発生源は、異なる周期を有する第１の回折格子および第２
の回折格子を備えることができる。また、レーザのうち、出力ファセットから離
れている方のレーザの周波数が、出力ファセットにより近い方のレーザのストッ
プバンド内に入らないようにし、離れた方のレーザによって放出される光が、共
有光路を通って出力ファセットに進むことができるようにする。発生源はさらに
、うなり周波数の分周波に対応する周波数で、第１のレーザおよび第２のレーザ
のうちの１つによって発生した光を変調する手段を備えることができる。発生源
が１つのチップ上に形成され、１つのパッケージ内に集積されることが有利であ
る。

【００２９】本発明の他の態様によれば、それぞれが周波数ｆであって、符号化されたデー
タを搬送するＮ個の短い光パルス列を形成する手段と、周波数Ｎｆの１つの合成
光パルス列を形成するよう、列を組み合わすときに、前記Ｎ個の列の間に位相ず
れを提供する手段と、前記Ｎ個の列を前記合成光列に組み合わせる手段と、を備
える、周波数Ｎｆの短い光パルス列の発生源が提供される。

【００３０】発生源は、Ｎ個のデータ符号化ブランチを備えており、ブランチのそれぞれは
、デュアル・モード間におけるうなり周波数によって規定される周波数ｆで信号
を発生するデュアル・モード・レーザと、レーザ信号を受信するよう配置され、
レーザ信号の持続時間を圧縮して、１つの短いパルス列を形成する光圧縮器と、
必要なデータが前記列に符号化されることを可能にする符号化手段とを備えるの
が有利である。

【００３１】前記Ｎ個の列の間に位相ずれを提供する手段は、周波数ｆ／ｎ（ｎは整数）で
レーザのそれぞれを分周波変調して、位相ロッキングを提供する手段と、信号間
に前記位相ずれを導入するよう配置された可変遅延線とを備えるのが有利である
。

【００３２】さらに、位相ずれを提供する手段は、可変遅延線に制御信号を送信して、位相
ずれを調節するフィードバック手段を備えて、Ｎ個の光パルス列が精密なタイミ
ングでインターリーブされることを保証する。

【００３３】デュアル・モード・レーザが、第１および第２のＤＦＢレーザを備え、レーザ
のそれぞれが、利得結合型ＤＦＢレーザおよび損失結合型ＤＦＢレーザのうちの
１つを有するのが有利である。第１のレーザおよび第２のレーザは、共通の活性
媒質および共有光路を有して互いへの相互の光注入を提供する。ＤＦＢレーザの
活性媒質は、多量子井戸構造を有する。第１および第２のレーザが、対応する第
１および第２の回折格子を有し、回折格子が、多量子井戸構造を介して溝を直接
エッチングすることによって形成されるのが有利である。回折格子のそれぞれが
、第１のセクションおよび第２のセクションを有する周期を持ち、実質的に全て
の量子井戸が第２のセクションからエッチング除去されて、第２のセクションで
の実質的な光子放出をなくし、レーザ間の実質的な相互作用をなくすことを保証
するのが都合良い。

【００３４】光パルス列の発生源についての符号化手段は、電気光学変調器、例えばマッハ
・ツェンダー変調器または進行波変調器を備える。

【００３５】短い光パルス列の発生源は、必要な数のレーザ・ブランチ、例えば２、３、４
〜１０、または必要な精度で１つの光パルス列に組み合わせることができる任意
の他の適正な数のレーザを備えることができる。

【００３６】本発明の他の態様によれば、それぞれが周波数ｆであって、符号化されたデー
タを搬送するＮ個の短い光パルス列を形成するステップと、周波数Ｎｆの１つの
合成光パルス列を形成するよう、列を組み合わすときに、前記Ｎ個の列の間に位
相ずれを提供するステップと、前記Ｎ個の列を前記合成光パルス列に組み合わせ
るステップと、を含む高速光列にデータを符号化する方法が提供される。

【００３７】前記Ｎ個の短いパルス列を形成するステップは、列のそれぞれを形成するステ
ップを含みのが好ましく、該列のそれぞれを形成するステップは、デュアル・モ
ード間におけるうなり周波数によって規定される周波数ｆで信号を発生するデュ
アル・モード・レーザを提供するステップと、光圧縮器内で信号を圧縮して、短
いパルス列を形成するステップと、必要なデータが前記列に符号化されるステッ
プとを含む。

【００３８】前記Ｎ個の列の間に位相ずれを提供するステップは、うなり周波数の分周波に
対応する周波数ｆ／ｎで、レーザのそれぞれを変調するステップと、信号間に位
相ずれを導入するよう配置された可変遅延線を形成するステップと、を含むのが
有利である。

【００３９】好ましい態様の説明構造および動作図１に、従来の光パルス発生源１を概略的に示す。第１および第２のレーザ２
および３によって第１および第２の波長λ_１およびλ_２で生成された光は、差分
うなり（ビート）周波数の高周波正弦波信号４を形成するよう混合される。うな
り信号はさらに、光結合器(combiner)５、光増幅器７、およびそれに続く非線形
ファイバ８を介して送信される。光増幅器７では、最初のパルス（初期パルス）
が増幅され、チャープ(chirp)され、次いで非線形カー(Kerr)効果によって圧縮
される。その結果、正弦波信号４は、図１に示される光パルス列（optical puls
e train）９に圧縮される。

【００４０】本発明の第１の実施形態による短い光パルスの発生源１０の概略断面図を図２
に示す。発生源１０は、図において数表示Ｉ−Ｉによって示されるように、共振
器が同一の光軸に沿って同軸上に配置された第１の利得結合型(gain-coupled)Ｄ
ＦＢレーザ１１および第２の利得結合ＤＦＢレーザ１３を有するデュアル・モー
ド・レーザを備える。レーザ１１および１３は、線Ｉ−Ｉに沿って、線Ｉ−Ｉの
矢印によって示されるのと同方向に配置される出力を有し、第１のレーザ１１の
方が出力ファセット(facet)２７に近い。

【００４１】発生源１０は、第１の閉込め領域を提供する基板１２と、多量子井戸構造１６
およびそこに画定された第１および第２の均一な回折格子１７および１９を有す
る活性媒質１４と、上側閉込め領域２０との上に形成される。第１および第２の
レーザを励起する手段がその上に形成され、該励起手段は、基板２６への接点と
、第１および第２の電流閉込めリッジ(ridge)２２および２４と、レーザ構造に
電流を注入するためにそれぞれがそれぞれのリッジに画定された第１および第２
のコンタクト電極３０および３２と、を備える。

【００４２】第１および第２の回折格子１７および１９のそれぞれは、第１および第２のレ
ーザ１１および１３に位置的に対応している。回折格子は同一の回折格子周期を
有し、レーザ１１および１３は、レージング（レーザ発振）動作を違えて動作す
るよう異なる長さを有する。例えば、図２に示されるデバイスでは、第１のセク
ションの長さは１５０マイクロメートルであり、第２のセクションの長さは５５
０マイクロメートルである。レーザは、デュアル波長動作を可能にする。すなわ
ちそれぞれのレーザは、他方のレーザが存在していても、独自の周波数／波長で
安定な発生を提供する。

【００４３】第１の実施形態では、レーザ１１および１３は、ＤＦＢストップバンドの異な
るサイドで発生させる。例えば、レーザ１１はストップバンド(stopband)の左ブ
ラッグ(Bragg)・モードで発生させ、レーザ１３はストップバンドの右ブラッグ
・モードで発生させるよう構成されている。したがって、レーザの波長／周波数
間隔は、ストップバンドの幅によって決定される。

【００４４】レーザ１１および１３は、共通の活性媒質１４、および出力ファセット２７へ
の共有光路を有し、互いへの光の相互注入を提供する。互いに光を相互に注入す
るので、これらのレーザによって正弦波光うなり信号が生成され、その周波数間
隔は、２つの安定した動作モード間の波長間隔によって規定される。周波数間隔
は、システム内でレーザ１１および１３に電流を注入するのに必要とされる特定
の周波数間隔に精密に同調される。うなり信号は、マイクロ波からミリメートル
波の範囲における典型的な波長を持つ同調可能な放射線源である。

【００４５】回折格子１７および１９は共に、活性媒質１４を介する周期的なエッチング溝
によって作られ、エッチングの深さは、外部フィードバックおよびランダムなフ
ァセット変動に対してそれぞれのレーザの実質的な不感性を提供するよう画定さ
れ、それによって、以下に詳細に述べるように、直列のレーザ間に実質的な相互
作用がないことが保証される。

【００４６】活性媒質に回折格子が書き込まれていない逆方向にバイアスされた可飽和吸収
器１５および半導体光増幅器（ＳＯＡ）２３の付加的な短いセクションが、同一
のチップに追加される。そうすることにより、すべてのセクションが自然に位置
合わせされ、偏光状態がデバイス全体にわたって維持される。吸収器１５および
増幅器２３のセクションへの電流注入を行う手段は、上述したレーザ励起手段の
ものと同様に形成され、それぞれが電流閉込めリッジ２５および２９を備え、図
２に示されるように、対応するコンタクト電極３１および３３がそれぞれのリッ
ジに画定される。

【００４７】図２に示されるように、うなり信号４は可飽和吸収器１５によって受信され、
可飽和吸収器１５は、パルス持続時間を部分的に初期圧縮して初期光パルス列６
を形成し、このパルス列６がＳＯＡ２３によって増幅される。その後、初期光パ
ルス列６はさらに、分散ファイバを有する光圧縮器２１によって圧縮され、それ
により、増幅された初期列が、予め決められた持続時間および繰り返しレートを
持つ短い光パルス列９に変形される。結果として得られた短い光パルス列９はさ
らに、高速外部光変調器（図示せず）によってデータ符号化される。この外部光
変調器は、レーザ１１および１３における波長間隔によって決定される周波数間
隔の速度で動作する。オプションとして、１つまたは２つのレーザによって生成
された光は、うなり周波数の分周波である周波数で変調され、および／または１
つまたは両方のレーザの周波数が、波長ロッキング(wavelength locking)デバイ
スによって安定化される。

【００４８】うなり信号４を光圧縮器２１に直接送信することができ、そこで初期パルスが
増幅され、チャープされ、次いで非線形カー効果によって圧縮される。したがっ
て、内部光増幅器（例えばＳＯＡ２３）、または付加的な光増幅器は、信号が圧
縮される前に該信号を増幅する必要がある。可飽和吸収器１５を使用して、初期
パルスの圧縮を提供し、それによって光圧縮器に対する要件を減らす。例えば、
より短い長さの分散シフト・ファイバまたは分散低減ファイバ（dispersion dec
reasing fiber）を使用することができるようになる。

【００４９】発生源１０を形成するレーザ１１および１３の構造を、発生源構造１０のレー
ザ部の斜め断面図を示す図３、および発生源１０の斜視図を示す図４に、より詳
細に示す。ＤＦＢ半導体レーザ発生源１０は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料から製造
され、高濃度ＮドープＩｎＰ基板１２を備え、その上に厚さ１．５μｍのＮドー
プＩｎＰバッファ層３４が画定される。バッファ層３４の上には第１の分離閉込
め領域３５が提供され、第１の分離閉込め領域３５は、それぞれが波長１．０μ
ｍ、１．１μｍ、１．１５μｍ、および１．２０μｍに対応するエネルギー・バ
ンド・ギャップを有するＮドープＩｎＧａＡｓＰの４つの閉込め層３６、３８、
４０、および４２からなる。それぞれの閉込め層の厚さは２０ｎｍであり、１．
０μｍ波長に対応する閉込め層３６がバッファ層３４に隣接する。

【００５０】活性領域１４は、閉込め領域３５の上に横たわり、多量子井戸（ＭＱＷ）構造
１６を備える。多量子井戸構造１６は、１％圧縮ひずみを受け、Ｎドープされた
またはドープされていないＩｎＧａＡｓＰ量子井戸４４を４〜８個有し、それぞ
れの量子井戸は、厚さが５ｎｍであって、７個のドープされていないまたはＰド
ープされた、ひずみを受けていないＩｎＧａＡｓＰの複数の障壁４６によって離
隔されている。障壁４６は、それぞれの厚さが１０ｎｍであり、波長１．２０μ
ｍに対応するバンド・ギャップを有する。

【００５１】ＭＱＷ構造１６の合金組成および層の厚さは、必要な波長におけるレージング
を提供するように、特定のバンド・ギャップ・エネルギーを有するよう調整され
る。量子井戸の数を増加することにより、レーザ共振器の単位長さ当たりの利得
がより大きくなる。上述した量子井戸構造のバンド・ギャップは、およそ１．５
５μｍにおいてデバイスのレージング波長を提供する。ＭＱＷ活性領域１４の上
部には、第２の分離閉込め領域４７が成長し、該閉込め領域４７は、それぞれが
１．１μｍおよび１．２０μｍ波長に対応するエネルギー・バンド・ギャップを
有する２つのＰドープＩｎＧａＡｓＰ閉込め層４８および５０からなり、それぞ
れの層の厚さは２０ｎｍである。

【００５２】上述したように、回折格子１７および１９は、活性媒質１４を介して周期的に
エッチングされた溝によって画定される。それぞれの回折格子の溝のピッチは、
レージング・ブラッグ波長に関する１次回折格子を画定するよう選択される。回
折格子１７は、図２および４に示されるように、第１のセクション６６および第
２のセクション６８を有する周期を持つ。回折格子１９は、対応する第１および
第２のセクション７０および７２を有する。それぞれの回折格子１７および１９
内の第２のセクション６８および７２はＶ字形をしており、ほぼすべての量子井
戸、すなわちこの実施形態では８つの量子井戸のうちの７つを実質的にエッチン
グして除去することによって特徴付けられる。

【００５３】セクションからエッチング除去される量子井戸が多ければ多いほど、そのセク
ションにおける光子発生が少なくなる。こうして、第２のセクション６８および
７２を介した深いエッチングは、これらのセクションの実質的な光子放出を提供
しない。通常、深いエッチングは、伴う屈折率結合（index coupling）が強いた
めに、単一のレーザでは回避されるものである。ＤＦＢレーザを直列にすると、
以下に述べるように、深いエッチングにより、直列のそれぞれのレーザが実質的
に独立して発生を行うことが可能になり、レーザ間の実質的な相互作用がなくな
る。

【００５４】回折格子の溝は、ＰドープＩｎＰ層５２で充填される。次に、底部をＰドープ
ＩｎＰバッファ層５６によって、上部をＰドープＩｎＰバッファ層５８によって
取り囲まれた、ＰドープＩｎＧａＡｓＰの３ｎｍ厚エッチ・ストップ層５４が形
成される。バッファ層５６および５８のそれぞれの厚さは、１００ｎｍおよび２
００ｎｍである。それぞれが厚さ１６００ｎｍおよび２００ｎｍを有する、Ｐ型
ＩｎＰの上側クラッド層６０と、それに続くコンタクト強化用のＩｎＧａＡｓの
高濃度ドープＰ型キャップ層６２により、この構造が完成する。

【００５５】隣接電極３０および３２の間の離隔距離は、５〜１５μｍの範囲内にあり、隣
接電極間の十分な電気的分離を保証し、材料吸収損を制限する。底部電気Ｎコン
タクト２６は、基板１２の底部に提供される。レーザ１１および１３の２つの波
長を同時に発生させるための手段（図示せず）に対応して、レージング・モード
を切り替えるための、好ましくは数ナノ秒の時間間隔で電流注入を制御可能に変
化させる手段、およびそれぞれのレーザの温度を変更する手段、さらに対応する
レージング・モード付近でそれぞれのレーザのレーザ波長を同調させるための手
段が提供される。

【００５６】こうして、短い光パルスおよびマイクロメートル／ミリメートル波長の放射線
の発生源１０が提供される。

【００５７】上述した発生源はＮ型基板ウェハ上に製造されるが、代替形態として、相補型
構造をＰ型ウェハ上に製造することもできる。

【００５８】上述した発生源１０が上に製造される基板１２は、ＩｎＰ材料からなり、その
ため、レーザ１１および１３によって生成される光は、この材料の透過性の窓(t
ransparency window)に対応して、１．３〜１．５６μｍの範囲内で発生する。
この実施形態の修正例では、基板はＧａＡｓ材料からなることができ、０．８〜
０．９μｍのより短い波長範囲の透過性の窓を有し、その結果、この波長範囲内
の光を発生する。

【００５９】この実施形態の修正例では、発生源１０は、第１の強い損失結合型ＤＦＢレー
ザ１１および第２の強い損失結合型ＤＦＢレーザ１３を備えることができ、それ
ぞれのレーザは、損失結合型回折格子１７および１９を備え、レーザのブラッグ
・モードは、ストップバンドの異なるサイドにある。活性領域の量子井戸を介し
た深いエッチングは、それぞれのレーザの強い損失結合および独立した発生を提
供する。２つのレーザの同時動作を提供し、うなり信号の発生を保証するレーザ
波長の他の構成も可能である。

【００６０】回折格子周期の第１および第２のセクションの高さおよび形状を変化させて、
例えば長方形や台形形状を有するセクションでの光子放出を規定することもでき
る。回折格子は、直接電子ビーム描画、位相マスクのプリント、または二重露光
によって形成することができる。

【００６１】光パルス発生源の他のセクションと同一のチップ上に組み立てられた光増幅器
２３を、付加的な増幅器、例えば外部ＥＤＦＡで代用することができる。または
、両方のタイプの増幅器を同時に使用することができる。

【００６２】光圧縮器２１は、上述した分散低減ファイバ、または分散シフト・ファイバと
通常のシングルモード・ファイバとの組み合わせを含むことができる。

【００６３】本発明の第１の実施形態のＤＦＢレーザの発生源１０に関して示される動作の
原理を、以下に示す。

【００６４】２つの元来ある縮退ブラッグ・モードのうちの１つを抑制する点で、複合結合
型レーザは、屈折率結合型(index coupled)および４分の１波長シフト型のＤＦ
Ｂレーザに勝る追加の利点を提供することが知られている。理論および実験の両
方から、同相の利得結合型ＤＦＢレーザは主に、ストップバンドのより長い波長
側（右ブラッグ・モード）でレージングし、逆相の損失結合型ＤＦＢレーザは主
に、ストップ・バンドのより短い波長側（左ブラッグ・モード）でレージングす
ることが確認されている。

【００６５】活性領域を介して直接エッチングすることによって形成される回折格子１７を
有する利得結合型レーザ１１では、量子井戸の一部がエッチングによって除去さ
れた回折格子周期の第２のセクション６８が、量子井戸が全くエッチングされて
いない回折格子周期の第１のセクション６６よりも小さい実効屈折率を有する。
定常波の観点から見ると、より高い屈折率を有する第１のセクション６６は、よ
り長い波長での光子放出をサポートし、より小さい屈折率を有する第２のセクシ
ョン６８は、より短い波長での光子放出をサポートする。より高い屈折率セクシ
ョンを有する第１のセクション６６には、より多くの量子井戸が存在するので、
より長い波長での放出が支配的なものとなる。それにもかかわらず、回折格子周
期の第２のセクション６８から量子井戸の小さな部分がエッチング除去されるだ
けで、このセクションにおいて顕著な光子放出がなおも発生する。この場合、外
部ファセット位相または外部フィードバック位相の組み合わせが短い波長に対し
て有利なときに、レーザ１１が主モードとして短い波長（左ブラッグ・モード）
で発生する可能性があり、この状況は、屈折率結合型レーザでは典型的である。

【００６６】このような予測できない位相の組み合わせをなくすために、この実施形態のレ
ーザでは、実質的にすべてての量子井戸を、回折格子周期の第２のセクション６
８から除去して、実質的な放出がこのセクションにおいて本来的に発生しないこ
とを保証する。これにより、第１のセクション６６での光子放出が支配的になり
、そのため、ストップ・バンドのより長い波長の側（右ブラッグ・モード）での
レージングのみが生じる。したがって、そのようなレーザのレージング・モード
は、外部ファセット位相およびコーティング非対称性によって決定されるのでは
なく、内部に組み込まれて分布されたモード選択手段によって、例えば深いエッ
チングによって画定された回折格子によって決定される。

【００６７】直列に構成されたとき、このようなレーザのそれぞれは、位相に対して不感性
を有し、かつほぼすべての位相の組合せの下で安定なシングルモード動作を提供
し、それぞれのレーザがほぼ独立して動作すること、および隣接レーザ間に実質
的な相互作用がないことを保証する。このようなレーザを「強い利得結合型ＤＦ
Ｂレーザ」と呼び、短い光パルスおよびマイクロ波放射線の発生源１０に関する
構成要素として利用される。

【００６８】こうして、レーザ１１および１３は、それぞれ独自のストップバンドのサイド
で単一の波長光を同時に発生し、それによりマイクロ波からミリメートル波の範
囲内のうなり信号４を生成する。上に簡単に述べたように、うなり信号４は、可
飽和吸収器１５、およびそれに続くＳＯＡ２３に送信される。光パワーレベルに
ついて必要なしきい値を設定するために、吸収器１５の長さは十分に短く（典型
的には、数十マイクロメートルからの範囲内）なっている。劈開が困難であるた
め、デバイスの端部に精密な長さを有する短いセクションを作成するのが技術的
に困難なことがある。これが、光増幅器セクション２３を形成することによって
部分的に補償される。ＳＯＡ２３の後の信号はさらに、ＥＤＦＡによって２３ｄ
Ｂｍに増幅され、４．４ｋｍの分散シフト・ファイバ、およびそれに続く１ｋｍ
通常のシングルモード・ファイバ（図示せず）を通過する。分散シフト・ファイ
バを使用する理由は、非線形位相変調を生成するためである。通常のシングルモ
ード・ファイバは、パルスを圧縮するのに適切な量の色分散(chromatic dispers
ion)を提供するために使用される。または、１〜２ｋｍの分散低減ファイバを、
パルス圧縮用に使用することができる。

【００６９】様々なセクションの長さは、２つのＤＦＢレーザのそれぞれを適正な長さ、典
型的には、結合回折格子の強度に応じて１５０μｍ〜５００μｍの範囲内にする
よう選択される。これは、それぞれのレーザを、起こり得る外部光フィードバッ
クおよびランダムなファセット位相変動に対して十分な不感受性を持つ独立した
ＤＦＢレーザとして見ることができることを保証する。それぞれのレーザのｋＬ
値は２〜８であることが好ましいが、この範囲に限定されない。

【００７０】レージング波長の１つ、例えばレーザ１３によって生成された波長の長期安定
性を保証するため、コンパクトな外部波長ロッキングデバイス７６が、ロックさ
れるレーザ１３の後部ファセット２８の近傍に配置される。Ｖｉｌｌｅｎｅｕｖ
ｅの米国特許第５８２５７９２号（ここで、参照により取り入れる）に記載され
た、ファブリ・ペローエタロン(Fabry-Perot etalon)を使用する波長ロッキング
デバイスが使用される。他の知られている波長ロッキング技術も適用できる。

【００７１】信頼性のある正確な波長ロッキングを保証するため、分周波変調信号以外の様
々な低周波ディザ電流が、ＣＷバイアス電流に加えてレーザ１３に印加され、レ
ーザの出力波長をディザリングする。その結果、外部波長ロッキングデバイスは
、レーザ１３からのレージング波長を区別し、次いでそれを、他のレーザによっ
て生成された波長変動によって乱されることなく、より高い精度でロックする。

【００７２】さらに、安定なチャネル間隔を持つよう２つの波長をロックさせて、位相ノイ
ズおよび線幅(linewidth)を実質的に減少させるために、図２に示される分周波
変調電流ｉ（ｔ）が、周波数ｆ_ｍ＝（ｆ_２−ｆ_１）／Ｎで電極３０に印加される
（Ｎは整数）。ここで、ｆ_ｍは、変調電流ｉ（ｔ）の周波数であり、ｆ_１および
ｆ_２は、２つのレージング・モードの周波数であり、その差が、必要なうなり周
波数間隔にすでに同調されていると仮定する。

【００７３】図５は、本発明の第１の実施形態による、活性媒質１４をわたる均一な回折格
子１７および１９を有するデュアル波長動作の利得結合型ＤＦＢレーザ１１およ
び１３を示す。図５に示されるデュアル波長動作は、およそ５３８ＧＨｚのうな
り周波数を示す。これはさらに図６によって示され、図５のうなり信号の自己相
関トレースが、第２高調波生成デバイス（光自己相関器）によって記録される。
図６に示されるように、その結果、最大／最小の間の周期がおよそ１．９ｐｓに
等しいＣＷ信号が得られ、これは、およそ５３８ＧＨｚのうなり周波数に対応す
る。それに対応して、レーザ１１および１３を備えるレーザ構造を、単純かつ柔
軟な高周波（マイクロ波からミリメートル波）発生器として使用することができ
る。高周波信号の線幅をさらに減少させるため、および周波数を安定させるため
に、分周波の注入ロッキングが必要とされる。ＳＯＡ２３を通過した後、信号は
さらにＥＤＦＡによって２３ｄＢｍに増幅され、４．４ｋｍの分散シフト・ファ
イバ、およびそれに続く１ｋｍ通常のシングルモード・ファイバ（図示せず）を
介して送信される。その結果得られる圧縮は、およそ１．２ピコ秒の持続時間を
有する短いパルスを形成する。

【００７４】また、光列のパルスの繰り返しレートを連続的に変動させる電流注入および／
または温度の変動によって、レーザ周波数の精密な同調が提供される。

【００７５】上述したレーザのデュアル・モード動作が、モードが互いに競合する、一般に
モード・パーティショニング(mode partitioning)と呼ばれる従来のマルチモー
ド・レーザと根本的に異なることに留意すべきである。レーザにおける２つのモ
ード間に競合がないことを検証するため、同調可能な光フィルタを使用してモー
ドを１つだけ選択し、それをフォトダイオード（ＤＣ−６ＧＨｚ）に送信した。
オシロスコープを使用して、選択されたモードの光出力変動がある場合はそれを
観察した。測定値の結果は、電流または温度の変動によって誘発される可能性が
あるパワー変動が３％未満であることを示す。これは、発生源１０内で使用され
るレーザ構造においてモード競合が存在しないことを実証する。

【００７６】本発明の第２の実施形態による短い光パルスの発生源１００は、レーザ１１お
よび１３がストップバンドの同じサイドで発生させ、ほぼ同じ長さのレーザ共振
器を備えることを除き、上述した第１の実施形態の発生源と同様である。図７に
概略的に示したように、第１の波長λ_１で発生する第１のレーザ１１１、第２の
波長λ_２で発生する第２のレーザ１１３、およびそれに続く可飽和吸収器１１５
、ＳＯＡ１２３、および任意選択である光圧縮器１２１が、同一のチップ上に含
まれる。２つのレーザの波長差は、対応する電極１３０および１３２を介するレ
ーザへの異なる電流注入によって提供される。それぞれのレーザが右ブラッグ・
モード（ストップバンドのより長い波長側）で発生させることが選択され、レー
ザ間の周波数間隔は、注入電流を変化させることによって精密に同調された。

【００７７】第２の実施形態の発生源１００は、既存の電気光学変調器によってデータ符号
化を取り扱うことができる、数十ＧＨｚの範囲内での比較的低い周波数発生に特
に適している。実際には、最大波長分離に関する制限はない。しかし、例えばＲ
．Ｈｕｉ，Ａ．Ｄ’Ｏｔｔａｖｉ，Ａ．Ｍｅｃｏｚｚｉ，Ｐ．Ｓｐａｎｏによる
掲載「Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｌｏｃｋｉｎｇｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ−
ｆｅｅｄｂａｃｋｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒｓ」ＩＥＥＥＪ
．ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎ．，Ｖｏｌ．ＱＥ−２７，ｐｐ．１６８８
，１９９１年で論じられているように、最小波長分離は、光注入ロッキングの影
響によって制限される。安定なデュアル波長動作を保証して、２つの波長間で注
入ロッキングが起こらないようにするために、この実施形態に関する波長分離の
低い方の制限は、通常２０ＧＨｚのオーダーである。

【００７８】図８に、発生源１００のレーザ１１１および１１３を備えるレーザ構造の連続
的に同調可能な光スペクトルを示す。電流注入のみによって連続的に２５ＧＨｚ
から８０ＧＨｚまで波長間隔を同調させることができるので、同調可能な周波数
を持つＣＷマイクロ波信号を発生させることの柔軟性を簡単に得ることができる
。図９は、５０ＧＨｚでのマイクロ波放射の発生をもたらす発生源１００のレー
ザ１１１および１１３のデュアル波長動作を示す。これはまた、およそ２０ｐｓ
のピーク間周期に対応する、図１０に示される５０ＧＨｚうなり信号の光自己相
関トレースによって実証される。主モードのそれぞれのサイドにおける２つの小
さなピークは、４波混合の側波帯である。これらは、２つの主要な安定モード間
のうなり周波数における振動のポピュレーション(population pulsation)によっ
て作られる。

【００７９】図１１は、うなり信号が２つのファイバ・セクションを有する光圧縮器を通過
した後の光スペクトルを示す。図９に示されたデュアル波長光は、非線形光ファ
イバの非線形位相変調プロセスによって櫛形の波長になる。図１２に示されたパ
ルス圧縮後の光列の対応する自己相関トレース（時間領域波形）は、第２高調波
発生に基づく自己相関器によって測定される。この場合、パルスの繰り返しレー
トはおよそ５０ＧＨｚ（パルス間でおよそ２０ｐｓ分離している）であり、パル
ス持続期間はおよそ５ｐｓ（ＦＷＨＭ）である。図８に示されるように、パルス
の繰り返しレートは、２つのレーザの注入電流を調整することによって連続的に
変化させることができる。例として、２５ＧＨｚおよび７０ＧＨｚのパルス繰り
返しレートについての時間領域波形が、それぞれ図１３および１４に示される。
光圧縮器パラメータをさらに最適化することによって、例えば精密なファイバ長
を選択し、分散低減ファイバを使用することによって、より狭い光パルスを得る
ことができる。

【００８０】この実施形態に対する修正形態においては、レーザ周波数の差を、レーザの温
度制御の差によって提供することができる。代わりに、第１および第２のレーザ
について異なる幅を有する活性媒質を製造し、それにより回折格子周期の実効差
を提供することによって行うこともできる。例えば、リッジ導波管でのレーザ・
ストライプの異なる幅によって実効モード屈折率を変更し、その結果、実効回折
格子周期が変更される。回折格子周期の実効差を提供する他の知られている技術
も適用することができる。

【００８１】本発明の第３の実施形態による短い光パルスの発生源２００が、図１５に概略
的に示される。この発生源２００は、図７に示される発生源と同様であり、同じ
要素は、１００だけ増やした参照番号によって表されるている。例えば、第１の
レーザ２１１および第２のレーザ２１３は、２つの異なる波長での発生を提供し
、そこからのうなり信号は、可飽和吸収器２１５、ＳＯＡ２２３、およびそれに
続く光圧縮器２２１に送信される。第３の実施形態の発生源２００は、図７に示
されるように利得結合型回折格子１１７および１１９が同一の周期を有する代わ
りに、回折格子２１７および２１９が異なる回折格子周期を有する点で、第２の
実施形態の発生源と異なる。

【００８２】回折格子２１７および２１９の中心ブラッグ波長分離は４．８ｎｍであり、第
１の回折格子２１７が、より短いブラッグ波長を有する。レーザ２１１および２
１３によって発生する光について出力ファセット２２７への経路を提供するため
には、レーザ波長およびポンピング（pumping）条件についてある種の要件を満
足することが必要である。活性領域が透過レベルのすぐ上（かつしきい値レベル
の下）にポンピングされたとき、通過光の波長がストップ・バンドの外側にある
ならば、ＤＦＢレーザは通過光について透過性を有するようになることが知られ
ている。通過光の波長がストップ・バンド内にある場合は、レーザが透過レベル
の上にポンピングされていることとは無関係に、該レーザは通過光について損失
が大きくなり、透過性でなくなる。さらに、通過光の波長が、レーザのストップ
・バンドから十分に離れているときは、そのレーザがしきい値レベルの上にポン
プされて単独で安定なレージング・モードを発生させるとしても、通過光は実質
的な相互作用を伴わずにそのレーザを通過する。

【００８３】したがって、発生源２００でのそれぞれのレーザがストップ・バンドの同じサ
イド、すなわち右ブラッグ・モードで発生するよう構成され、発生源の出力ファ
セット２２７により近いレーザ２１１の（意図される電流および温度同調を含め
て）レージング波長が、出力ファセット２２７からさらに離れた隣接するレーザ
２１３のストップ・バンド内に入らないよう、レーザのブラッグ・モードが構成
される。これは、より遠いレーザ２１３によって発生した光が、直列の出力ファ
セット２２７により近いレーザ２１１を通過することを保証する。レーザ２１１
および２１３は、共通の活性媒質２１４、および出力ファセット２２７への共有
光路を有し、互いへの光の相互注入を提供する。

【００８４】図１６は、発生源２００のレーザ構造のデュアル波長動作を示す。光スペクト
ルで互いに４．８ｎｍだけ離れた２つの安定なブラッグ・モードがあることがは
っきりわかる。

【００８５】この実施形態の修正例では、発生源２００は、第１の強い損失結合ＤＦＢレー
ザ２１１および第２の強い損失結合ＤＦＢレーザ２１３を備え、それぞれのレー
ザが、損失結合型回折格子２１７および２１９をそれぞれ備える。この場合、回
折格子は、対応するレーザのストップ・バンドおよび中心ブラッグ波長分離を規
定する周期を有し、第１の回折格子１７の方が長いブラッグ波長を有する。また
、それぞれのレーザは、そのストップ・バンド付近の左ブラッグ・モードで発生
し、直列の出力ファセット２２７により近いレーザ２１１のレージング波長が、
出力ファセット２２７からさらに離れた隣接レーザ２１３のストップバンド内に
入らないように構成される。発生源２００のレーザ構造の安定なデュアル波長動
作を提供するレーザ波長の他の構成も適用できる。

【００８６】この実施形態における２つのモード間の波長間隔は、図１５に示されるように
２つのレーザの実効ブラッグ波長の事前に設定された差によって決定される。大
きい波長分離が必要とされるとき、例えば高い繰り返しレートの場合は、２つの
異なるホログラフィ露光または電子ビーム描画によって形成された実質的に異な
る周期を有する回折格子を使用することによって、２つの回折格子が共振器方向
に沿って接合されるように、事前規定の波長間隔を設定することができる。一般
に、２つのモード間の周波数分離を、数十ＧＨｚ〜数千ＧＨｚ程度の大きな範囲
に合うよう設計することができる。この設計によれば、システム要件に従う電流
注入および／または温度変化によって、この分離を精密に同調させることもでき
る。

【００８７】この実施形態の他の修正例では、発生源内の特定のレーザに関連する回折格子
が、均一な、またはチャープされた回折格子であることができ、予め決められた
中心ブラッグ波長分離を提供するために（通常は数ナノメートル〜数十ナノメー
トルの範囲内で）回折格子の周期を変化させ、ある波長範囲内での連続的なレー
ザ同調を保証することができる。

【００８８】上述した実施形態の光パルス発生源は、半導体ダイオード・レーザ、すなわち
電流注入によって活性領域の電気的励起を行うコンタクト（接点）を有するレー
ザを備える。図１７に示される第４の実施形態の発生源３００は、例えば基板上
の他の光源への適切な光結合を有する反転分布を提供することによって、第１の
実施形態の対応する電気コンタクト３０、３２、３１、および３３（または第２
または第３の実施形態の対応する電気コンタクト）に代えて光ポンピング手段３
３０、３３２、３３１、３３３を備えることができる、ということが企図されて
いる。発生源３００の構造および動作は図７に示されるものと同様であり、同様
な要素は、それぞれ２００だけ増やした参照番号によって表される。

【００８９】この実施形態の修正例では、発生源３００は、電気および光ポンピング手段の
組合せを備えることができ、例えばレーザ３１１および３１３を光学的にポンピ
ングすることができ、その一方、吸収器３３１およびＳＯＡ３２３は、対応する
電流注入によって電気的にポンピングされる。他の実施形態に関する上述した様
々な修正例は、第４の実施形態にも適用することができる。例えば発生源３００
は、同一の周期を有する回折格子を有して、ストップバンドの異なるサイドでの
２つの波長の発生を提供することができ、または異なる周期を有して、事前に設
定された波長分離を提供する回折格子を有することができる。オプションとして
さらに、発生した波長の１つまたは２つ、および／または１つまたは２つのレー
ザの分周波変調を安定させるための波長ロッキングデバイスを備えることができ
る。

【００９０】代替の実施形態の発生源は、上記の実施形態で記述したリッジ導波管レーザと
は異なり、埋込形ヘテロ接合レーザを備えることができる、ということも企図さ
れている。

【００９１】上述した光パルスおよびマイクロ波放射線の発生源は、多の同様な構造に勝る
点を有し、これは以下のように要約することができる。

【００９２】すべての構成要素を同一のチップ上に製造するため、発生源は、小型の設計で
実現される。これは、対応する高速電子回路を使用することなく、高周波である
マイクロ波およびミリメートル波範囲の放射線と、高くかつ同調可能な繰り返し
レートを持つサブピコ秒〜ピコ秒範囲の短い光パルスとを発生することができる
。レーザの波長分離を大きな範囲内で変化させることができるので、そのような
短いパルス発生およびデータ符号化方式を実施する光システムは、柔軟性および
汎用性を有したものになる。システム・アーキテクチャを修正する必要がなく、
より高いビットレートのシステムへと簡単にアップグレードすることが可能にな
る。

【００９３】さらに、デュアル波長レーザの波長分離がＤＦＢ回折格子の設計によって決定
されるため、最大波長分離に関する実際的な制限がなく、したがってテラヘルツ
までの高い光パルス繰返しを達成することができる。

【００９４】図１８は、本発明の第５の実施形態による短い光パルス列の発信源４００を示
す。この発信源は、符号化されたデータを周波数ｆで搬送する第１および第２の
短いパルス光列４１２および４１４を形成する手段を備え、該形成手段は、それ
ぞれ、列４１２および４１４が形成される第１および第２のデータ符号化ブラン
チ４１６および４１８を有する手段を備える。第１のブランチ４１６は、デュア
ル・モード間のうなり周波数によって決定される周波数ｆで正弦波信号４２２を
生成する第１のデュアル・モード・レーザ４２０と、データをレーザ信号に符号
化する第１の符号化手段４２４と、信号４２２を第１のパルス列４１２に圧縮す
る第１の光圧縮器４２６とを備える。第２のデータ符号化ブランチは第１のブラ
ンチと同じであり、対応して、うなり信号４３２を生成する第２のデュアル・モ
ード・レーザ４３０と、第２の符号化手段４３４と、信号４３２を第２のパルス
列４１４に圧縮する第２の光圧縮器４３６とを備える。それぞれのデュアル・モ
ード・レーザ４２０および４３０は、上述した第１の実施形態の第１および第２
のＤＦＢレーザ１１および１３と同様の２つのＤＦＢレーザを含む。

【００９５】それぞれのデュアル・モード・レーザは、うなり周波数ｆ＝４０ＧＨｚ（周波
数ｆの典型的な範囲は２０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚである）で動作し、したがって
、データ符号化手段に関する速度要件４０Ｇｂｓ／ｓが決定される。第１および
第２のデータ符号化手段４２４および４３４は、それぞれ第１のデータ源４２７
によって駆動される第１の電気光学変調器４２５、および第２のデータ源４３７
によって駆動される第２の電気光学変調器４３５を備える。

【００９６】第１の光圧縮器４２６は、９８０ｎｍでポンピングされる第１のエルビウム・
ドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）４２８と、それに続く４ｋｍ長の分散シフ
ト・ファイバ（ＤＳＦ）の部分および１ｋｍ長の標準のシングルモード・ファイ
バ（ＳＭＦ）の部分からなるファイバ４２９とを備える。ＤＳＦは高い光出力を
受け、自己位相変調を提供する高い効率を有しており、一方、ＤＳＦの後ろに配
置されたＳＭＦは、前のファイバ・セクションで発生したこの非線形自己位相変
調を使用して光パルスを圧縮する。第２の光圧縮器４３６は、上述した第１の圧
縮器４２６と同じ構造を有し、第２のＥＤＦＡ４４８と、それに続くファイバ４
３９を備える。

【００９７】それぞれがｆ＝４０ＧＨｚで動作し、それぞれが４０Ｇｂ／ｓのデータで符号
化された２つのソリトン列４１２および４１４を搬送する情報を、８０Ｇｂ／ｓ
で情報を搬送する、２倍の周波数ｆ＝８０ＧＨｚの１つの組み合わされた短いパ
ルス光列４４０に組み合わせることが意図されている。これを行うために、デュ
アル・モード・レーザ４２０および４３０、可変遅延線４４２、およびフィード
バック手段４４４の分周波変調のための手段も含めて、列４１２および４１４の
間に位相ずれを提供する手段が導入される。分周波変調のための手段は、周波数
ｆ／ｎ（ここでｎは整数）で発振するマスター・マイクロ波源４４６を備え、そ
の信号は、マイクロ波ビーム・スプリッタ４４８内で分割されて、対応するバイ
アス・ティー４５０および４５２を介してそれぞれのデュアル・モード・レーザ
４２０および４３０の電極の１つに送信され、レーザうなり周波数ｆの分周波変
調を達成する。そのような分周波変調は、デュアル・モード・レーザ４２０およ
び４３０についてうなり信号の周波数安定および位相ロッキングを提供し、うな
り信号の周波数ジッタおよび位相ノイズを効果的に減少させる。

【００９８】例として第２のブランチ４１８内に配置された可変遅延線４４２を使用して、
デュアル・モード・レーザ４２０および４３０によって発生した信号間に予め決
められた相対的位相ずれを導入し、その結果、列４１２および４１４がさらに光
結合器４５４で組み合わされるときに、インターリーブして、周波数２ｆの１つ
の組み合わされた光パルス列４４０を形成する。光結合器４５４は、２つの列４
１２および４１４の多重化を提供する３ｄＢファイバ・カプラである。

【００９９】フィードバック手段４４４を使用して、ブランチ４１６および４１８の間に相
対的位相ずれのアクティブ制御を提供する。これは、狭い帯域幅のフォトダイオ
ードおよび電気増幅器（どちらも図示せず）を有し、増幅器は、周波数２ｆに集
中化される。フィードバック手段４４４は、２つのブランチ間の電流位相整合に
関する情報を抽出し、電圧制御マイクロ波遅延線である可変遅延線４４２に送信
されるフィードバック信号４５６を生成して、デュアル・モード・レーザ４２０
および４３０の間の位相ずれを調整し、列４１２および４１４が精密なタイミン
グでインターリーブされることを保証する。ソリトン・ビット列４１２および４
１４はゼロ復帰（ＲＺ）フォーマットであり、かつＲＺ信号スペクトルの別個の
形状は、パルス繰り返しレートにおいて特徴的なピークを有している。このこと
は、２つの支流である(tributary)ソリトン列４１２および４１４のタイミング
が正確に整合されたときに、２ｆでの特徴的な周波数ピークがその最大レベルに
到達することを意味する。したがって、周波数２ｆにおいてエネルギー測定を行
うことにより列整合の質が示され、この情報を使用して可変マイクロ波遅延線４
４２を制御する。

【０１００】このようにして、データを高速光列４４０に符号化するデバイス４００が提供
される。デバイス４００は、以下の様に動作する。デュアル・モード・レーザ４
２０および４３０のそれぞれは、デュアル・モード間でのうなり周波数ｆ＝４０
ＧＨｚで正弦波信号４２２および４３２を発生する。周波数ｆ／ｎ（ｎは整数）
で発振するマイクロ波源４４６は、バイアス・ティー４５０および４５２を介し
てそれぞれのレーザを分周波に変調し、その結果、それぞれのレーザのうなり周
波数をマイクロ波源のｎ^ｔｈ高調波によってロックする。２つのレーザが同一の
マイクロ波源によって変調されるため、該２つのレーザからの出力うなり信号は
、固定された位相関係を有する。デュアル・モード・レーザからの信号４２２お
よび４３２は、それぞれデータ符号化手段４２４および４３４のデータで符号化
され、対応する光圧縮器４２６および４３６に送信されて、そこで、正弦波光発
振４２２および４３２をソリトン・パルス列４１２および４１４に圧縮される。

【０１０１】パルス圧縮後、２つの情報搬送ソリトン列４１２および４１４は、ファイバ・
カプラ４５４によって時間領域多重化される。同調可能な遅延線４４２は、レー
ザ間に必要な位相ずれを導入して、精密なタイミングでの列のインターリーブを
提供するようにする。フィードバック手段４４４は、フィードバック信号４５６
を遅延線４４２に送信することによって、列間の相対的な位相ずれのアクティブ
制御を提供する。

【０１０２】このようにして、２倍の周波数２ｆ＝８０ＧＨｚの、８０Ｇｂ／ｓで符号化さ
れたソリトン・パルス列４４０が形成される。

【０１０３】デュアル波長動作は、第１および第２のレーザを、それぞれのしきい値電流の
十分上にバイアスすることによって得られる。図１９は、デュアル波長動作の光
スペクトルの３次元プロットを示し、ここで、第１のセクションは３５ｍＡでバ
イアスされ、第２のセクションは約７０ｍＡ〜約９０ｍＡで同調される。その結
果、２つのレーザ・モード間の周波数間隔は、約１８ＧＨｚ〜約４０ＧＨｚで連
続的に変化する。このデュアル・モードの光波を高速フォトダイオードに送信す
ると、図２０に示されるように、約２０ＧＨｚに集中化されたうなり信号の自走
(free-running)電気スペクトルが得られる。温度制御および光分離(isolation)
について特別な努力が行われないため、うなり周波数が安定しない。線幅は、数
ＭＨｚの範囲内にある。

【０１０４】マイクロ波源４４６からの＋９ｄＢｍの出力を有する５ＧＨｚ高周波数（ＲＦ
）信号を使用して第１のレーザを変調するとき、２０ＧＨｚのうなり信号は、変
調の第４の高調波によってロックされた光注入になる。図２１に示されるように
、うなり周波数は注入ロッキングによって安定化され、線幅は、使用されるマイ
クロ波源４４６の安定性、およびスペクトル・アナライザの分解能によって制限
され、３０Ｈｚ未満になるように測定される。複合電気スペクトルが図２２に示
され、基本周波数および高調波が示されている。信号の第４の高調波が最も強く
、これは注入ロッキングがかなり効率的であることを示すことに留意されたい。
光うなり周波数で注入ロッキングされた高調波が基本周波数よりもはるかに強い
ため、ロッキングされた周波数を使用するために特別なマイクロ波フィルタを必
要としない。

【０１０５】これを検証するために、図２３に示されるように時間領域波形が測定される。
光検出の熱的ノイズを除けば、時間領域応答が完全な正弦関数に近く、増幅変調
がほとんどなく安定していることがわかる。これは、位相ノイズおよび時間ジッ
タが共に大幅に減少したことを示し、高ビットレートの光システムでは重要なこ
とである。

【０１０６】１つのレーザの光注入ロッキングを実証したが、同じマスター・マイクロ波源
が同じ方法でいくつかのデュアル・モード・レーザを同時にロックすることがで
きることは、言及するに値する。したがって、システム内のあらゆるレーザのう
なり周波数および位相が互いに同期され、それにより、それらのインターリーブ
の安定性が保証される。

【０１０７】上述の第５の実施形態のデバイス４００は、２つのブランチ４１６および４１
８を有し、より小さい周波数ｆの２つの短いパルス列４１２および４１４を、よ
り高い周波数２ｆの１つの組み合わされたパルス列４４０に組み合わせるが、こ
のデバイスの代替的な実施形態は、対応する組合せを提供するよう、すなわち周
波数ｆのＮ個の光列の、周波数Ｎｆの１つの光列への組合せを提供するように、
他の任意の数のブランチを備えることができる。ブランチの最大数は、組み合さ
れた周波数Ｎｆ、個々の光変調器の速度、精密なタイミングで列を組み合わせる
のに必要な精度など、デバイスに関する必要なパラメータによって決定される。

【０１０８】さらに、Ｎ個のブランチを備えることは、トレイン間に対応する位相ずれを提
供するために、Ｎ−１個のブランチに導入されるＮ−１本の遅延線を必要とする
。

【０１０９】デバイス４００に対する追加の修正は、うなり周波数での安定な動作を提供す
る他の知られているタイプのレーザによって、エッチングされた回折格子を有す
るデュアル・モードＤＦＢレーザを代用することができる。符号化手段４２４お
よび４３４は、必要な動作速度を提供する電気光学変調器または他の知られてい
るタイプの変調器を有することができる。好ましくは、変調器は電界吸収性があ
り、マッハツェンダー(Mach-Zehnder)または進行波タイプの、ＬｉＮｂＯ_３また
はＩＩＩ−Ｖ半導体材料ベースのデバイスである。

【０１１０】上述した第５の実施形態では、符号化手段は、レーザ信号が光圧縮器で圧縮さ
れる前にデータをレーザ信号に符号化するように配置されている。代替として、
圧縮後にデータが符号化されるよう構成することもできる。前者の手法は以下の
利点を有する。パルス圧縮前にデータを符号化することにより、ハードウェア構
成を単純化し、デバイス全体をより安定にするレーザと、電気光学変調器の集積
を可能にすることができる。パルス圧縮前にデータを符号化することの他の利点
は、このようにすると、非線形パルス圧縮のパワー効率が、パルス圧縮後にデー
タを符号化するよりも３ｄＢ高くなることである。この理由は、データ符号化後
（ｏｎ／ｏｆｆキー）に、周期的な波形からピークの５０％が統計的に除去され
、それによりファイバ増幅器出力でのある平均光パワーについて、パルス・ピー
ク出力が３ｄＢだけ高められるためである。

【０１１１】レーザ・ブランチ間に位相ずれを提供する手段を、以下の構成のうちの１つを
提供するように配置することができる。信号を符号化する前、かつ信号を圧縮す
る前にレーザ信号間の位相ずれを導入するよう配置する；信号を符号化した後、
かつ信号を圧縮する前に位相ずれを導入するよう配置する；信号を圧縮した後、
かつ信号を符号化する前に位相ずれを導入するよう配置する；または、信号を圧
縮した後、かつ信号を符号化した後に信号間に位相ずれを導入するよう配置する
。

【０１１２】可変遅延線は、分周波に変調された信号を受信するよう配置されることが好都
合である。代わりに、分周波変調を行うための手段を、レーザ信号が可変遅延線
を通過した後に該レーザ信号を受信するよう構成することができる。

【０１１３】うなり周波数ｆは、約数十ＧＨｚ〜約数百ＧＨｚの範囲内にあることが有利で
ある。パルス列におけるパルスの持続時間は、サブ・ピコ秒〜ピコ秒の範囲内に
あることが好ましい。

【０１１４】上述した短いパルス光列の発生源４００は、以下の利点を有する。第１に、複
数のセクションおよび／または複数の回折格子利得結合型ＤＦＢレーザを使用す
ることによって、それぞれのパルス列の周波数を、既存の変調器の達成可能な速
度に精密に同調させることができる。したがって、デバイスを、外部変調器の利
用可能な帯域幅に簡単にアップグレードすることが可能となる。第２に、上述し
たように、デバイスは、低周波のパルス列を形成するレーザを必要な数だけ任意
に有することができ、このことは、繰り返しレート、圧縮後のパルス幅、および
使用されるインターリーブされた変調器の数によってのみ制限される。第３に、
例えばファブリ・ペローエタロンを使用することにより、コンパクトで長期の波
長安定技術をさらに使用して、レーザの周波数を設定してロックし、システム全
体をより安定で信頼性の高いものにすることができる。

【０１１５】製造図２に示される第１の実施形態による短い光パルスの発生源１０の製造は、以
下のような４つの段階で進む。１．基板および複数の量子井戸構造の第１のエピタキシャル成長。２．回折格子構造のパターン形成。３．上位層の第２のエピタキシャル成長。４．レーザ製造の完成（例えば、リッジ形成、コンタクト）。

【０１１６】準備された基板１２を、市販されているＣＶＤ成長チェンバ内に即座に装填し
て、ＩｎＰのバッファ層３４、およびそれに続くＩｎＧａＡｓＰの４つの層を有
する第１の閉込め領域３５を成長させる。次に、ひずみを受けていない７個のＰ
ドープＩｎＧａＡｓＰバリア４６によって分離された、１％圧縮ひずみを受けた
８つのＰドープＩｎＧａＡｓＰ量子井戸４４を備える活性媒質１４を成長させる
。

【０１１７】次いで、ウェハを成長チェンバから除去して、活性媒質１４を介して周期的に
エッチングされた溝によってフォトリソグラフィ回折格子１７および１９を形成
するよう処理する。まず、ＳｉＯ_２などの誘電体（図示せず）をウェハの表面上
に成長させ、該誘電体層内に溝パターンを作成する。溝を、反応性イオン・エッ
チングまたはウェット化学エッチング・プロセスを使用してエッチングする。次
いで、残りの誘電体を除去する。知られている結晶成長技術、例えば金属酸化物
化学気相成長法を使用して、ＩｎＰ層５２を溝内に成長させる。

【０１１８】ＩｎＰの２つのバッファ層５６および５８の間に成長させたＩｎＧａＡｓＰの
エッチ・ストップ層５４と、それに続くＩｎＰのクラッド層６０およびＩｎＧａ
Ａｓのキャップ層６２が構造を完成させる。次いで、標準プロセスを使用して発
生源の製造を完成させる。例えば、回折格子１７および１９の溝と垂直な長方形
リッジ導波管２２および２４を形成するために、基板上にリッジ・マスクを提供
し、キャップ層６２および上部クラッド層６０を介するエッチングによって公称
幅２μｍのリッジを形成する。スプリット上部電極３０および３２は、メタライ
ゼーション・ステップで使用されるマスクによって画定し、リフトオフ・プロセ
スにおいて作成する。直列の出力ファセット２７は、ＡＲコーティング（反射防
止コーティング）されている。後部ファセットは、ＡＲコーティング、劈開、ま
たはＨＲコーティング（高反射コーティング）されることができる。

【０１１９】代わりに、第２の再成長後、活性領域上に電流閉込め領域が形成されたときに
、埋込ヘテロ構造を成長させることもできる。ウェハ上の電子ビーム（ＥＢ）リ
ソグラフィまたは直接ＥＢ書込みによって生成された位相マスクを、回折格子形
成のためのホログラフィ回折格子プリント・プロセスに対する代替方法として使
用することができる。可飽和吸収器１５およびＳＯＡ２３は、レーザ構造と同時
にチップ上に形成される。レーザ１１および１３、吸収器１５、およびＳＯＡ２
３は、同一のパッケージ内に集積される。

【０１２０】こうして、本発明の特定の実施形態を上に詳細に記述したが、これらの実施形
態の多数の変形例、修正例、および組合せが、特許請求の範囲で規定した本発明
の範囲内にあることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の光パルス発生源の概略図である。

【図２】本発明の第１の実施形態による光パルス発生源の概略断面図である。

【図３】図２の発生源のレーザ構造の詳細な断面図である。

【図４】図２の発生源のレーザ構造の概略斜視図である。

【図５】図２の発生源のレーザ構造のデュアル波長動作を示す図である。

【図６】図５に例示されるデュアル波長動作から得られるうなり信号の自己相
関トレースを示す図である。

【図７】本発明の第２の実施形態による光パルス発生源の概略図である。

【図８】吸収器とＳＯＡが共に実際のデバイス内に存在しない、図７における
デュアル波長動作の発生源のレーザ構造の連続的に同調可能な光スペクトルを示
す図である。

【図９】うなり周波数５０ＧＨｚに対応する図７の発生源のレーザ構造のデュ
アル波長動作を示す図である。

【図１０】図９に例示されるデュアル波長動作から得られるうなり信号の自己
相関トレースを示す図である。

【図１１】図９の入力信号についてパルス圧縮後の出力光スペクトルを示す図
である。

【図１２】図９の入力スペクトルおよび図１１の出力スペクトルについてパル
ス圧縮後の光パルス・トレインの自己相関トレースを示す図である。

【図１３】うなり周波数２５ＧＨｚに対応するパルス圧縮後の光パルス・トレ
インの自己相関トレースを示す図である。

【図１４】うなり周波数７０ＧＨｚに対応するパルス圧縮後の光パルス・トレ
インの自己相関トレースを示す図である。

【図１５】本発明の第３の実施形態による光パルス発生源の概略図である。

【図１６】図１５の発生源のレーザ構造のデュアル波長動作を示す図である。

【図１７】本発明の第４の実施形態による光パルス発生源の概略図である。

【図１８】本発明の第５の実施形態による短いパルス光トレインの発生源のブ
ロック図である。

【図１９】図１８の発生源に組み込まれたデュアル・モード・レーザの連続的
に同調可能な光スペクトルを示す図である。

【図２０】分数調波注入ロッキングのないときに、図１８の発生源に組み込ま
れたレーザに関するおよそ２０ＧＨｚの電気うなりスペクトルを示す図である。

【図２１】５ＧＨｚでの正弦波変調の第４の調波によって光注入ロッキングさ
れた図２０のレーザの信号を示す図である。

【図２２】図１８の発生源に組み込まれたデュアル・モード・レーザに関する
基本周波数および調波を含む複合電気スペクトルを示す図である。

【図２３】第４の調波注入ロッキングによって図１８の発生源に組み込まれた
レーザに関する時間領域波形を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ホン・ジン・ジェイアメリカ合衆国95014カリフォルニア州クパーチノ、ホームステッド・ロードナンバー17エイチ−20800 (72)発明者オサリヴァン・モーリス・エスカナダ、ケー１ワイ、０エス５、オンタリオ、オタワ、ジュリアン・アベニュー 27 Ｆターム(参考） 2H079 AA02 AA12 AA13 BA01 CA04 DA13 DA16 EA05 EA07 KA11 KA18 2K002 AA02 AB33 BA02 CA15 DA10 HA27 5F072 AB09 AK06 KK11 KK30 MM07 MM20 SS08 YY17 5F073 AA64 AA74 AB21 AB28 CA12 DA05 DA25 EA14 【要約の続き】続く半導体光増幅器に送信され、または分散ファイバを有する光圧縮器に直接送信される。その結果、それぞれのインパルスの持続時間が圧縮され、短い光パルス列が形成される。この発明の一実施形態では、それぞれが周波数ｆのＮ個の短い光パルス列が組み合わせられ、インターリーブされて、周波数Ｎｆの１つの短い光パルス列が形成される。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の回折格子を有し、第１の周波数で光を発生させる第１のシ
ングルモードＤＦＢ半導体レーザと、第２の回折格子を有し、第２の周波数で光を発生させる第２のシングルモード
ＤＦＢ半導体レーザとを備え、前記レーザは、共通の活性媒質および共有光路を有し、２つのレーザの周波数
差においてうなり信号の発生をもたらすよう互いへの相互の光注入を提供し、前記うなり信号を受信するよう配置され、該うなり信号のパルス持続時間を圧
縮して、予め決められた持続時間および繰り返しレートを持つ短い光パルス列を
形成する光圧縮器を備える光パルス発生源。
【請求項２】前記うなり信号が前記光圧縮器に受信される前に、該うなり信号
を受信するよう配置された可飽和吸収器を備え、該吸収器が、該うなり信号の初
期時間圧縮を提供して、該うなり信号を光パルスの初期列に変形する請求項１に
記載の光パルス発生源。
【請求項３】前記光パルスの初期列を増幅する光増幅器を備える請求項２に記
載の光パルス発生源。
【請求項４】前記光圧縮器が、分散低減ファイバを備える請求項１に記載の光
パルス発生源。
【請求項５】前記光圧縮器が、分散シフト・ファイバを備える請求項１に記載
の光パルス発生源。
【請求項６】前記光圧縮器が、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器を備える
請求項１に記載の光パルス発生源。
【請求項７】前記光増幅器が、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器を備える
請求項３に記載の光パルス発生源。
【請求項８】前記短いパルス列にデータ符号化する手段を備える請求項１に記
載の光パルス発生源。
【請求項９】前記データ符号化する手段が、前記繰り返しレートによって決定
される速度で動作する光変調器を備える請求項８に記載の光パルス発生源。
【請求項１０】前記パルス列の繰り返しレートが、約数十ＧＨｚ〜約数百ＧＨ
ｚである請求項１に記載の光パルス発生源。
【請求項１１】前記パルス列の繰り返しレートが、約２０ＧＨｚ〜約８０ＧＨ
ｚである請求項１に記載の光パルス発生源。
【請求項１２】前記パルス列におけるパルスの持続時間が、サブピコ秒〜ピコ
秒の範囲内にある請求項１に記載の光パルス発生源。
【請求項１３】前記第１および第２のＤＦＢレーザが、利得結合型ＤＦＢレー
ザおよび損失結合型ＤＦＢレーザのうちの１つを備える請求項１に記載の光パル
ス発生源。
【請求項１４】前記活性媒質が、多量子井戸構造を有する請求項１３に記載の
光パルス発生源。
【請求項１５】前記第１および第２の回折格子が、前記多量子井戸構造を介し
て溝を直接エッチングすることによって形成される請求項１４に記載の光パルス
発生源。
【請求項１６】前記回折格子のそれぞれは、第１のセクションおよび第２のセ
クションを有する周期を持っており、実質的に全ての量子井戸が該第２のセクシ
ョンからエッチング除去されて、該第２のセクションにおける実質的な光子放出
をなくし、レーザ間の実質的な相互作用をなくすことを保証する請求項１５に記
載の光パルス発生源。
【請求項１７】前記第１のレーザおよび第２のレーザのうちの１つの周波数を
安定化させる手段を備える請求項１に記載の光パルス発生源。
【請求項１８】前記第１および第２のレーザの周波数を安定化させる手段を備
える請求項１１に記載の光パルス発生源。
【請求項１９】前記第１のレーザおよび第２のレーザの周波数を同調させる手
段を備える請求項１に記載の光パルス発生源。
【請求項２０】前記第１のレーザおよび第２のレーザのうちの１つによって発
生した光を変調する手段を備える請求項１に記載の光パルス発生源。
【請求項２１】前記変調が、前記うなり周波数の分周波に対応する周数数で提
供される請求項２０に記載の光パルス発生源。
【請求項２２】前記レーザによって発生した光を同時に変調する手段を備える
請求項１に記載の光パルス発生源。
【請求項２３】前記活性媒質のポンピングが、該活性媒質への電流注入によっ
て提供される請求項１に記載の光パルス発生源。
【請求項２４】前記活性媒質のポンピングが、外部の光ポンピング源によって
提供される請求項１に記載の光パルス発生源。
【請求項２５】前記第１の回折格子および第２の回折格子が、同一の周期を有
する請求項１に記載の光パルス発生源。
【請求項２６】前記第１のレーザおよび第２のレーザが、ストップバンドの同
じサイドで光を発生させる請求項２５に記載の光パルス発生源。
【請求項２７】前記第１の周波数および第２の周波数の差が、前記第１のレー
ザおよび第２のレーザへの異なる電流注入によって提供される請求項２６に記載
の光パルス発生源。
【請求項２８】前記第１の周波数および第２の周波数の差が、前記第１のレー
ザおよび第２のレーザにおける活性媒質の異なる幅によって提供される請求項２
６に記載の光パルス発生源。
【請求項２９】前記第１の周波数および第２の周波数の差が、前記第１のレー
ザおよび第２のレーザが維持される温度の差によって提供される請求項２６に記
載の光パルス発生源。
【請求項３０】前記第１のレーザおよび第２のレーザが、ストップバンドの異
なるサイドで光を発生させる請求項２５に記載の光パルス発生源。
【請求項３１】前記第１の回折格子および第２の回折格子が、異なる周期を有
する請求項１に記載の光パルス発生源。
【請求項３２】前記レーザのうち、出力ファセットから離れている方のレーザ
の周波数が、出力ファセットにより近い方のレーザのストップバンド内に入らず
、該離れたレーザによって放出される光が、前記共有光路を通って前記出力ファ
セットへと進むようにする請求項３１に記載の光パルス発生源。
【請求項３３】前記第１および第２の回折格子が、均一な回折格子およびチャ
ープされた回折格子のうちの１つを備える請求項１に記載の光パルス発生源。
【請求項３４】前記第１および第２の回折格子が、１次回折格子である請求項
１に記載の光パルス発生源。
【請求項３５】前記第１および第２の回折格子が、前記活性媒質上へのホログ
ラフィ描画および電子ビーム描画のうちの１つによって形成される請求項１に記
載の光パルス発生源。
【請求項３６】第１の回折格子を有し、第１の周波数で光を発生させる第１の
シングルモードＤＦＢ半導体レーザと、第２の回折格子を有し、第２の周波数で光を発生させる第２のシングルモード
ＤＦＢ半導体レーザとを備え、前記レーザは、共通の活性媒質および共有光路を有し、該２つのレーザの周波
数の差においてうなり信号の発生をもたらすよう互いへの相互の光注入を提供し
、前記うなり信号を受信するよう配置され、初期時間を圧縮をして該うなり信号
を光パルスの初期列に変形する可飽和吸収器と、前記初期パルスの列を受信するよう前記吸収器の後に配置された光増幅器と、前記パルス列を受信するよう前記光増幅器の後に配置され、該列のパルスの持
続時間を圧縮して、予め決められた持続時間および繰り返しレートを有する短い
光パルス列を形成する光圧縮器とを備え、前記第１および第２のレーザ、前記可飽和吸収器、前記光増幅器が同一のチッ
プ上に形成される光パルス発生源。
【請求項３７】前記第１および第２のレーザ、前記可飽和吸収器、および前記
光増幅器が、１つのパッケージ内に集積される請求項３６に記載の光パルス発生
源。
【請求項３８】第１の回折格子を有し、第１の周波数で光を発生させる第１の
シングルモードＤＦＢ半導体レーザと、第２の回折格子を有し、第２の周波数で光を発生させる第２のシングルモード
ＤＦＢ半導体レーザとを備え、前記レーザは、共通の活性媒質および共有光路を有し、該２つのレーザのうな
り周波数において放射線の発生をもたらすよう、互いへの相互の光注入を提供す
る放射線の発生源。
【請求項３９】前記第１および第２のＤＦＢレーザが、利得結合型ＤＦＢレー
ザおよび損失結合型ＤＦＢレーザのうちの１つを備える請求項３８に記載の放射
線の発生源。
【請求項４０】前記活性媒質が、多量子井戸構造を含む請求項３９に記載の放
射線の発生源。
【請求項４１】前記第１および第２の回折格子が、多量子井戸構造を介して溝
を直接エッチングすることによって形成される請求項４０に記載の放射線の発生
源。
【請求項４２】前記回折格子のそれぞれが、第１のセクションおよび第２のセ
クションを有する周期を持ち、実質的に全ての量子井戸が該第２のセクションか
らエッチング除去されて、該第２のセクションでの実質的な光子放出をなくし、
レーザ間の実質的な相互作用をなくすことを保証する請求項４１に記載の放射線
の発生源。
【請求項４３】前記うなり周波数が、およそマイクロ波〜ミリメートル波の範
囲の波長に対応する請求項３８に記載の放射線の発生源。
【請求項４４】前記第１の回折格子および第２の回折格子が、同一の周期を有
する請求項３８に記載の放射線の発生源。
【請求項４５】前記第１のレーザおよび第２のレーザが、ストップバンドの同
じサイドで光を発生させる請求項４４に記載の放射線の発生源。
【請求項４６】前記第１の周波数および第２の周波数の差が、前記第１のレー
ザおよび第２のレーザへの異なる電流注入によって提供される請求項４５に記載
の放射線の発生源。
【請求項４７】前記第１の周波数および第２の周波数の差が、前記第１のレー
ザおよび第２のレーザにおける活性媒質の異なる幅によって提供される請求項４
５に記載の放射線の発生源。
【請求項４８】前記第１の周波数および第２の周波数の差が、前記第１のレー
ザおよび第２のレーザの温度制御の差によって提供される請求項４５に記載の放
射線の発生源。
【請求項４９】前記第１のレーザおよび第２のレーザが、ストップバンドの異
なるサイドで光を発生させる請求項４４に記載の放射線の発生源。
【請求項５０】前記第１の回折格子および第２の回折格子が、異なる周期を有
する請求項３８に記載の放射線の発生源。
【請求項５１】前記レーザのうち、出力ファセットから離れている方のレーザ
の周波数が、出力ファセットにより近い方のレーザのストップバンド内に入らな
いようにし、離れた方のレーザによって放出される光が、前記共有光路を通って
前記出力ファセットに進むことができるようにする請求項５０に記載の放射線の
発生源。
【請求項５２】前記うなり周波数の分周波に対応する周波数で、前記第１のレ
ーザおよび第２のレーザのうちの１つによって発生された光を変調する手段を備
える請求項３８に記載の放射線の発生源。
【請求項５３】前記発生源がチップ上に形成され、１つのパッケージ内に集積
される請求項３８に記載の放射線の発生源。
【請求項５４】それぞれが周波数ｆであって、符号化されたデータを搬送する
Ｎ個の短い光パルス列を形成する手段と、周波数Ｎｆの１つの合成光パルス列を形成するよう、前記Ｎ個の列を組み合わ
せるときに、該Ｎ個の列の間に位相ずれを提供する手段と、前記Ｎ個の列を前記合成光パルス列に組み合わせる手段と、を備える周波数Ｎｆの短い光パルス列の発生源。
【請求項５５】前記Ｎ個の短い光パルス列を形成する手段が、Ｎ個のデータ符
号化ブランチを備えており、該ブランチのそれぞれが、デュアル・モード間におけるうなり周波数によって規定される周波数ｆで信号
を発生するデュアル・モード・レーザと、前記レーザ信号を受信するよう配置され、該レーザ信号の持続時間を圧縮し、
１つの短いパルス列を形成する光圧縮器と、必要なデータが前記１つのパルス列に符号化されることを可能にする符号化手
段と、を備える請求項５４に記載の短い光パルス列の発生源。
【請求項５６】前記Ｎ個の列の間に位相ずれを提供する手段が、前記レーザのそれぞれを、周波数ｆ／ｎ（ｎは整数）で分周波変調し、位相ロ
ッキングを提供する手段と、前記信号間に位相ずれを導入するよう配置された可変遅延線と、を備える請求項５５に記載の短い光パルス列の発生源。
【請求項５７】前記位相ずれを提供する手段が、前記可変遅延線に制御信号を
送信して前記位相ずれを調整するフィードバック手段を備え、前記Ｎ個の光パル
ス列が精密なタイミングでインターリーブされることを保証する請求項５６に記
載の短い光パルス列の発生源。
【請求項５８】前記デュアル・モード・レーザが、ＤＦＢレーザである請求項
５５に記載の短い光パルス列の発生源。
【請求項５９】前記デュアル・モード・レーザが、第１および第２のＤＦＢレ
ーザを備え、該レーザのそれぞれが、利得結合型ＤＦＢレーザおよび損失結合型
ＤＦＢレーザのうちの１つを有する請求項５５に記載の短い光パルス列の発生源
。
【請求項６０】前記第１のレーザおよび第２のレーザが、共通の活性媒質およ
び共有光路を有して互いへの相互の光注入を提供する請求項５９に記載の短い光
パルス列の発生源。
【請求項６１】前記ＤＦＢレーザの活性媒質が、多量子井戸構造を有する請求
項６０に記載の短い光パルス列の発生源。
【請求項６２】前記第１および第２のレーザが、対応する第１および第２の回
折格子を有し、該回折格子が、前記多量子井戸構造を介して溝を直接エッチング
することによって形成される請求項６１に記載の短い光パルス列の発生源。
【請求項６３】前記回折格子のそれぞれが、第１のセクションおよび第２のセ
クションを有する周期を持ち、実質的に全ての量子井戸が該第２のセクションか
らエッチング除去されて、該第２のセクションでの実質的な光子放出をなくし、
前記レーザ間の実質的な相互作用をなくすことを保証する請求項６２に記載の短
い光パルス列の発生源。
【請求項６４】前記符号化手段が、電気光学変調器を備える請求項５４に記載
の短い光パルス列の発生源。
【請求項６５】前記電気光学変調器が、マッハ・ツェンダー変調器および進行
波変調器のうちの１つである請求項５４に記載の短い光パルス列の発生源。
【請求項６６】前記Ｎが、Ｎ＝２である請求項５４に記載の短い光パルス列の
発生源。
【請求項６７】前記Ｎが、Ｎ＝３である請求項５４に記載の短い光パルス列の
発生源。
【請求項６８】前記Ｎが、４〜１０の範囲内にある請求項５４に記載の短い光
パルス列の発生源。
【請求項６９】高速光列にデータを符号化する方法であって、それぞれが周波数ｆであって、符号化されたデータを搬送するＮ個の短い光パ
ルス列を形成するステップと、周波数Ｎｆの１つの合成光パルス列を形成するよう、前記Ｎ個の列を組み合わ
すときに、前記Ｎ個の列の間に位相ずれを提供するステップと、前記Ｎ個の列を前記合成光パルス列に組み合わせるステップと、を含む高速光列にデータを符号化する方法。
【請求項７０】前記Ｎ個の短い光パルス列を形成するステップは、該列のそれ
ぞれを形成するステップを含み、該列のそれぞれを形成するステップが、デュアル・モード間におけるうなり周波数によって規定される周波数ｆで信号
を発生するデュアル・モード・レーザを提供するステップと、光圧縮器において前記信号を圧縮して、１つの短いパルス列を形成するステッ
プと、必要なデータを前記１つのパルス列に符号化するステップと、を含む、請求項６９に記載の高速光列にデータを符号化する方法。
【請求項７１】前記Ｎ個の列の間に位相ずれを提供するステップが、前記うなり周波数の分周波である周波数ｆ／ｎで前記レーザのそれぞれを変調
し、位相ロッキングを提供するステップと、前記信号間に位相ずれを導入するよう配置された可変遅延線を形成するステッ
プと、含む請求項７０に記載の高速光列にデータを符号化する方法。