JP2005123612A - 半導体光増幅器を用いた広帯域光源 - Google Patents

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Abstract

【課題】 高利得を有する半導体光増幅器でも出力端の反射率を減少させることなく、低い利得リップルを保持できる半導体光増幅器を用いた広帯域光源を提供する。
【解決手段】 利得領域である活性層５１１と、下部クラッド層５１２及び上部クラッド層５１３と、活性層５１１の両端に形成された無反射層５１５とを備えて入力光信号を増幅する半導体光増幅器５１０と、半導体光増幅器５１０の外部に配置されて、半導体光増幅器５１０から出力される光を反射させて活性層５１１に再び入力させることによって、半導体光増幅器５１０の利得リップルを最小にする反射器５３０と、を備える。
【選択図】 図５

Description

本発明は、半導体光増幅器を用いた広帯域光源に関する。
一般に、広い波長帯域で使用可能な広帯域光源は、発光ダイオード(light emitting diode；ＬＥＤ)、超発光ダイオード(super luminescence diode；ＳＬＥＤ)、エルビウムドーピングされた光ファイバ光増幅器(ＥＤＦＡ)などで構成されている。特に、エルビウムドーピングされた光ファイバ光増幅器は、高出力(high power)の偏光無関係(polarization insensitive)な光を安定して得ることができるので、広帯域光源として広く使用されている。しかしながら、エルビウムドーピングされた光ファイバ光増幅器から放出される光の波長領域が限定されているので、広帯域光源としての適用が制限されることも事実である。さらに、そのサイズも半導体素子に比べて大きく、また、量産を通じて製作コストを節減させることが難しいので、このような問題点を解決すべき他の方案が必要である。
最近、波長分割多重方式(wavelength-division-multiplex；ＷＤＭ)の受動型光加入者網(passive optical network；ＰＯＮ)の分野に広帯域光源が広く使用されるにつれて、既存の広帯域光源を構成する光素子よりも広帯域光源を安価に構成することができる半導体光増幅器に関する研究が進められている。
半導体光増幅器(Semiconductor Optical Amplifier；ＳＯＡ)は、増幅器及び半導体の非線形性を利用した光素子(光スイッチ、波長変換器、電光論理回路、信号再生器、送受信器)として用いられることができる。このように、ＳＯＡは、その応用に従って多様な構造を有する。
図１は、入力端を通じて入力された光を増幅して出力端を通じて出力する機能を有する従来の進行型半導体光増幅器(travelling SOA)１００の構造を概略的に示す。進行型半導体光増幅器１００は、利得領域である活性層１０１と、活性層１０１の下部及び上部にそれぞれ形成されて、光の経路を活性層１０１内に拘束する下部クラッド層１０２及び上部クラッド層１０３と、それぞれＲ１，Ｒ２の反射率を有する無反射(Anti Reflection；ＡＲ)コーティング層１０４，１０５と、を備える。なお、図中の矢印は、増幅された自然放出光を示す。
しかしながら、半導体光増幅器を広帯域光源として使用するためには、一側面でのみ光が入出力され、増幅された自然放出光(Amplified Spontaneous Emission；ＡＳＥ)を発生する反射型半導体光増幅器(Reflective SOA)を用いることがさらに効率的である。
図２は、従来の反射型半導体光増幅器２００の構造を概略的に示す。反射型半導体光増幅器２００は、活性層２０１と、下部クラッド層２０２と、上部クラッド層２０３と、Ｒ３の反射率を有する無反射コーティング層２０４と、Ｒ４の反射率を有する高反射コーティング層２０５と、を備える。この反射型半導体光増幅器２００が図１に示した進行型半導体光増幅器１００と異なる点は、半導体光増幅器２００の利得領域の一側面には、無反射コーティング層２０４が形成され、他側面には、高反射コーティング層２０５が形成されて、一側面を通じて入力された光を他側面によって出力せず反射させることによって、活性層２０１でもう一回増幅させて、入力端を通じて出力されるようにすることにある。
しかしながら、従来の反射型半導体光増幅器の場合には、低い利得リップル(gain ripple)を保持するために、高反射コーティング層の反射率を低くする必要がある。図３は、増幅器の利得程度と断面反射率に従う利得リップルとの変化を示すものであり、高い利得で１０％(０．５ｄＢ)未満の利得リップルを得るためには、低い反射率を保持すべきであることが分かる。例えば、３０ｄＢの利得5)を有する増幅器の場合には、０．５ｄＢ以下の利得リップルを得るためには、増幅器の両面の反射率の積(Ｒ３Ｒ４)が１×１０−８水準よりもさらに小さくなければならない。従って、高反射コーティング層の反射率が３０％以上であると仮定すれば、出力端での反射率は、１×１０−８よりも小さくなければならない、という結論を得ることができる。しかしながら、一般に、半導体光増幅器の製造に際して、傾斜した光導波路及びウィンドウ構造、無反射コーティングを行うことによって得ることができる反射率は、１×１０−５程度であるので、図４に示すように、利得リップルは相当に高くなる。結局、利得が非常に小さい領域で駆動しようとするときには、低い利得リップルの特性を容易に得ることができるが、利得が大きい領域では、低い利得リップルの特性を得るためには、増幅器の出力端の反射率を最大に減少させなければならない、という問題点があった。
上記背景に鑑みて、本発明の目的は、高利得を有する半導体光増幅器でも出力端の反射率を減少させることなく、低い利得リップルを保持できる半導体光増幅器を用いた広帯域光源を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明に従う半導体光増幅器を用いた広帯域光源は、利得領域である活性層と、下部クラッド層及び上部クラッド層と、当該活性層の両端に形成された無反射層とを備えて入力光信号を増幅する半導体光増幅器と、当該半導体光増幅器の外部に配置されて、当該半導体光増幅器から出力される光を反射させて当該活性層に再び入力させることによって、当該半導体光増幅器の利得リップルを最小にする反射器と、を備えることを特徴とする。
また、当該半導体光増幅器と反射器との光結合のための光導波路をさらに備える。当該光導波路の長さは、当該半導体光増幅器から出力される増幅された自然放出光の可干渉長さ(coherent length)の少なくとも２倍とすることが好ましい。
さらに、当該半導体光増幅器の偏光依存性を調節するための偏光調節器をさらに備える構成とすることが好ましい。
本発明によれば、半導体光増幅器を用いた広帯域光源は、既存の光を反射させる高反射コーティング層の機能を行う広帯域反射器を半導体光増幅器の外部に設けることによって、光の可干渉性による利得リップルを減少させる。従って、半導体光増幅器の両端の反射率スペックを大幅に緩和させるので、半導体光増幅器の歩留まりを向上することができる。また、偏光調節器を挿入することによって、半導体光増幅器の偏光依存性も調節することができる長所がある。
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭するために公知の機能又は構成に対する詳細な説明は省略する。なお、図面中、同一の構成要素及び部分には、可能な限り同一の符号及び番号を共通使用するものとする。
図５は、本発明の一の実施の形態に従う半導体光増幅器５１０を用いた広帯域光源５００の構成を概略的に示す。
図５を参照すると、広帯域光源５００は、半導体光増幅器５１０と、半導体光増幅器５１０の一端から出力される光を反射させる広帯域反射器５３０と、半導体光増幅器５１０と広帯域反射器５３０とを光結合させる光導波路５２０と、を備える。
半導体光増幅器５１０は、利得領域である活性層５１１と、活性層５１１の下部及び上部にそれぞれ形成され、光の経路を活性層５１１内に拘束する下部クラッド層５１２及び上部クラッド層５１３と、それぞれＲ５，Ｒ６の反射率を有する無反射(Anti Reflection；ＡＲ)コーティング層５１４，５１５と、を備える。
広帯域反射器５３０は、反射型半導体光増幅器での高反射コーティング層の機能を遂行する。ここで、広帯域反射器５３０の反射率は、半導体光増幅器５１０の利得層の構造に従って決定される。これは、半導体光増幅器５１０から出力される自然放出光(ＡＳＥ)が、与えられた注入電流の条件で、ある程度飽和(saturation)されていれば、半導体光増幅器５１０の外部に設ける広帯域反射器５３０の反射度が低い場合にも、反射度が高い場合と類似の効果を得ることができるが、ＡＳＥが、与えられた注入電流の条件で、あまり飽和されていない場合には、外部の反射器の反射度が低くなると、反射度が高い場合に比べて効果が格段に低下する。そして、このＡＳＥの飽和の程度は、半導体光増幅器の利得層の構造に従って決定されるからである。一般に、単一モード光ファイバ(single mode fiber)で断面を垂直に切った場合に発生する断面反射率が約４％程度であるので、広帯域反射器５３０の反射率は、これより大きい値を有するようにすることが望ましい。
この構成を有する本発明の一の実施の形態に従う広帯域光源５００の動作は、次の通りである。
さらに、図５を参照すると、利得層５１１によって増幅された自然放出光は、無反射コーティング層５１５によって反射率Ｒ６の分だけ反射され、残りの光が出力される。この出力された光は、光導波路５２０に達して、広帯域反射器５３０によって反射される。この反射された光は、無反射コーティング層５１５を通じて半導体光増幅器５１０の利得層５１１にさらに入力されて増幅された後に、無反射コーティング層５１４を通じて出力される。
すなわち、本発明では、既存の光を反射させる高反射コーティング層を半導体光増幅器の外部に設けることによって、利得リップルを減少させる。この利得リップルは、半導体光増幅器の利得リップルであり、外部光の注入によって生成された光が両側断面の間を往復しつつ発生する、光の可干渉性によるファブリ・ペローモードによるものである。
従って、本実施形態のように、反射器を半導体光増幅器の外部に配置する場合には、光が利得層で増幅されて導波路を通って反射器に到達する際には、当該光は既に可干渉性を失っているので、その結果、利得リップルが発生されないようになる。そして、本実施形態によれば、半導体光増幅器の両端面の反射率がゼロ(zero)ではないところで発生する若干の利得リップルのみが存在するようになる。
本実施形態では、導波路の長さは、半導体光増幅器から出力される増幅された自然放出光の可干渉長さ(coherent length)の２倍以上(例えば、１０ｍｍ或いはそれ以上)の長さであればよい。
図６は、本発明の他の実施の形態に従う半導体光増幅器６１０を用いた広帯域光源６００の構成を概略的に示す。この広帯域光源６００は、半導体光増幅器６１０と、半導体光増幅器６１０の一端から出力される光を反射させる広帯域反射器６３０と、半導体光増幅器６１０と広帯域反射器６３０を光結合させる光導波路６２０と、を備える。また、広帯域光源６００は、半導体光増幅器６１０と広帯域反射器６３０との間の光導波路６２０に配置された偏光調節器(polarization controller)６４０をさらに備える。
この偏光調節器６４０は、半導体光増幅器６１０の偏光依存性を調節するためのものであって、半導体光増幅器６１０自体に偏光依存性があるとしても、出力端に出力される光の偏光依存性をほぼ無くすことができる。
以上、本発明の詳細について具体的な実施の形態に基づき説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及び該記載と均等なものにより定められるべきである。
従来の進行型半導体光増幅器の構造を概略的に示す図である。 従来の反射型半導体光増幅器の構造を概略的に示す図である。 増幅器の利得程度と断面反射率に従う利得リップルの変化を示すグラフである。 断面反射率が低く制御されない反射型半導体光増幅器のスペクトルを示すグラフである。 本発明の一の実施の形態に従う半導体光増幅器を用いた広帯域光源の構成を概略的に示す図である。 本発明の他の実施の形態に従う半導体光増幅器を用いた広帯域光源の構成を概略的に示す図である。
符号の説明
５１０ 半導体光増幅器
５１１ 活性層
５１２ 下部クラッド層
５１３ 上部クラッド層
５１５ 無反射層
５３０ 反射器

Claims (7)

  1. 利得領域である活性層と、下部クラッド層及び上部クラッド層と、前記活性層の両端に形成された無反射層と、を備えて入力光信号を増幅する半導体光増幅器と、
    該半導体光増幅器の外部に配置され、該半導体光増幅器から出力される光を反射させて前記活性層に再び入力させることによって、当該半導体光増幅器の利得リップルを最小にする反射器と、
    を備えることを特徴とする半導体光増幅器を用いた広帯域光源。
  2. 前記半導体光増幅器は、進行型半導体光増幅器又は反射型半導体光増幅器で構成される請求項１記載の半導体光増幅器を用いた広帯域光源。
  3. 前記半導体光増幅器と前記反射器との光結合のための光導波路をさらに備える請求項１記載の半導体光増幅器を用いた広帯域光源。
  4. 前記光導波路の長さは、
    前記半導体光増幅器から出力される増幅された自然放出光の可干渉長さ(coherent length)の少なくとも２倍である請求項３記載の半導体光増幅器を用いた広帯域光源。
  5. 前記光導波路の長さは、１０ｍｍ以上である請求項４記載の半導体光増幅器を用いた広帯域光源。
  6. 前記反射器の反射率は、４％以上である請求項１記載の半導体光増幅器を用いた広帯域光源。
  7. 当該半導体光増幅器の偏光依存性を調節するための偏光調節器をさらに備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体光増幅器を用いた広帯域光源。
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