JP2005236209A - レーザー光源 - Google Patents
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Abstract
【課題】無温調動作可能で出力信号光のパワー及び消光比が実用に供するのに十分に大きなWDM光伝送システム用のレーザー光源を提供すること。
【解決手段】光源としての信号光を発生する外部共振器型無温調半導体レーザ1の光出力ポートOP−1と、可飽和吸収特性を有する電界吸収型半導体素子2の光入力ポートIP−2とを低損失に結合し、外部共振器型無温調半導体レーザ1を、その信号光のパワーが電界吸収型半導体素子2の可飽和吸収特性を活用出来る程高パワーとなる条件で動作させ、発生した信号光を電界吸収型半導体素子2に入力し、該電界吸収型半導体素子2の可飽和吸収特性を利用して消光比を改善して光出力ポートOP−2から出力させる。
【選択図】図1
【解決手段】光源としての信号光を発生する外部共振器型無温調半導体レーザ1の光出力ポートOP−1と、可飽和吸収特性を有する電界吸収型半導体素子2の光入力ポートIP−2とを低損失に結合し、外部共振器型無温調半導体レーザ1を、その信号光のパワーが電界吸収型半導体素子2の可飽和吸収特性を活用出来る程高パワーとなる条件で動作させ、発生した信号光を電界吸収型半導体素子2に入力し、該電界吸収型半導体素子2の可飽和吸収特性を利用して消光比を改善して光出力ポートOP−2から出力させる。
【選択図】図1
Description
本発明は、光通信用の半導体レーザー光源に関するものである。
従来、光通信、特に波長多重(WDM)光伝送システムに用いられる半導体レーザー光源としては、温度調整を行うことにより発振波長を安定化させた反射帰還型半導体レーザーダイオード(DFB−LD)が一般的に良く用いられている。
前記DFB−LDをWDMシステム用光源として用い、かつ、システムの経済化のため温度調整機構を全て省いてしまう場合、即ち温度調整を全く行わないと仮定すると、例えば動作保証範囲として、ITU(International Telecommunications Union)−T勧告の屋内設備動作保証温度範囲−5℃〜+45℃(ITU−T,SG15,Q2/15)を考えた場合、DFB−LDの特性として、温度変化に伴う発振波長変動が0.1nm/℃程度であることから、発振波長変動幅は5nmとなる。
このDFB−LDの温度特性に起因する発振波長変動幅は、変調の帯域幅が10Gb/s,40Gb/sにおいて、それぞれおよそ0.08nm(10GHz),0.32nm(40GHz)であることから、原理的に最低限必要とされる占有波長幅の15倍以上もの波長幅を占有してしまうこととなるため、かなり大きな値であるといえる。
つまり、前記DFB−LDは、温度調整による発振波長の安定化を行わないと、WDMシステム用光源としては、波長帯域の使用効率が著しく低い光源となる。従って、一般的に前記DFB−LDをWDMシステム用光源として用いる場合には、温度調整による発振波長の安定化が行われる。
しかしながら、温度調整による発振波長の安定化を行うためには、温度測定用のサーミスタ、温度調整用のペルチェ素子及びフィードバック回路が必要となり、光源にこれら温度調整用の素子・回路を具備させることにより光源の価格が高価となり、光源全体の消費電力も増加し、かつ全体として大きくなってしまうという問題がある。
温度変化による発振波長の変動を小さく抑えられ、かつ、温度調整を行わない動作条件下でモードホッピング状態に陥ることに起因する光信号劣化を十分に抑えることの出来る通信用光信号源として、非線形利得抑制効果を応用した外部共振器型半導体レーザが提案されている(特許文献1、非特許文献1、非特許文献2参照)。
電界吸収型の半導体素子(EA)としては、外部変調方式の光信号源の高速変調器として応用される例がある(例えばNEL社製NLK3C8B1AB等)。
一方、電界吸収型の半導体素子の可飽和吸収特性を応用した例としては、例えば光源としてモードロックLD(MLLD)が挙げられ、また、2R中継器として半導体光増幅器(SOA)とEAとを組み合わせた素子を応用する例(非特許文献3参照)が報告されている。
しかしながら、光信号源の消光比を改善する目的で応用され、実用化された例はない。
特開2002−43689号公報
T.Sato, et.al., IEEE Photon.Technol.Lett., Vol.14, No.7, 2002, pp.1001-1003
T.Sato, Applied Optics, Vol.42, No.18, 2003, pp.3500-3504
Z.Bakonyi, et.al., IEEE Photon.Technol.Lett., Vol.12, No.5, 2000, pp.570-572
[課題1]
電界吸収型の半導体素子の可飽和吸収特性を、光信号の消光比を改善する目的で応用し実用化されることがなかった理由は以下の2点に要約され、この第2点目が本発明が解決しようとする課題の一つである。
電界吸収型の半導体素子の可飽和吸収特性を、光信号の消光比を改善する目的で応用し実用化されることがなかった理由は以下の2点に要約され、この第2点目が本発明が解決しようとする課題の一つである。
1)従来、一般的に用いられているDFB−LD等を直接変調して光信号源として用いる場合、直接変調時に消光比を十分に大きくすることができるため、可飽和吸収素子を用いて消光比を改善させる必要がない。
2)DFB−LD等のレーザーダイオードを直接変調光信号源とする場合、直接変調によるチャープを低く抑えて信号光の波長分散耐力を維持するためには、光出力を低く抑えることが必要となる一方で、可飽和吸収特性を効果的に得る動作条件下の電界吸収型半導体素子モジュールの挿入損失が大きいことを考え合わせると、実効的な出力信号光パワーが小さなレーザー光源しか実現出来ないことから通常の光伝送システム等に適用することは難しく、実用的でない。
この課題はDFB−LD等のレーザーダイオード光信号源と電界吸収型半導体素子との間に半導体光増幅器(SOA)またはエルビウム・ドープ・ファイバ・アンプ(EDFA)等の光増幅器を挿入し信号光パワーを増大させることによっても物理的には解決できるが、高価でかつ全体の構成を複雑化させるため、光増幅器を加えた構成にすることは実用的でない。
[課題2]
外部共振器型無温調半導体レーザー光源(特許文献1参照)は、非線形利得抑制効果を応用することにより温度調整を行わない条件下でのモードホップによる光信号劣化を抑制することができる(即ち無温調動作可能である)ことを特徴とする光源であり、該非線形利得抑制効果を引き出すために共振器内の光子密度をある一定以上の値に維持し続けることが必要である。
外部共振器型無温調半導体レーザー光源(特許文献1参照)は、非線形利得抑制効果を応用することにより温度調整を行わない条件下でのモードホップによる光信号劣化を抑制することができる(即ち無温調動作可能である)ことを特徴とする光源であり、該非線形利得抑制効果を引き出すために共振器内の光子密度をある一定以上の値に維持し続けることが必要である。
従って、例えばPCM直接変調を想定した場合、信号のローレベル(0−レベル)においても、ある一定以上の光パワーが出力され続けることとなり、光信号のハイレベル(1−レベル)での出力光パワーに物理的に上限があることを併せて考えると、光信号のハイレベルとローレベルとのパワー比、即ち消光比を大きくとることが難しいという課題があった。
本発明の目的は、無温調動作可能で出力信号光のパワー及び消光比が実用に供するのに十分に大きなWDM光伝送システム用のレーザー光源を提供することにある。
本発明では、上記課題を解決するために、光源としての信号光を発生する外部共振器型無温調半導体レーザと、可飽和吸収特性を有する電界吸収型半導体素子とを少なくとも含み、外部共振器型無温調半導体レーザを、その信号光のパワーが電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を活用出来る程高パワーとなる条件で動作させ、発生した信号光を電界吸収型半導体素子に入力し、該電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を利用して消光比を改善して出力させることにより、直接変調によるチャープによる信号劣化を十分に抑え、かつ、実効的な出力パワーを実用上十分な大きさに維持しながら、出力光の消光比を改善し、光信号の品質を向上させる。
この際、外部共振器型無温調半導体レーザのSOA部と、電界吸収型半導体素子とを半導体素子として一体化することにより、両者間の光結合系の組み立て工程を省略することが可能となる。
また、電界吸収型半導体素子は、光を吸収する素子であるので光検出器としても利用可能であることに着目し、電界吸収型半導体素子により外部共振器型無温調半導体レーザの出力光パワーを検出し、該光パワーを一定に保つように外部共振器型無温調半導体レーザへのバイアスにフィードバック制御をかける構成をとることにより、従来、フォトダイオード(PD)を個別に用意して行われているオートパワーコントロール(APC)を併せて実現出来、光検出部を共有化することにより光源構成の簡素化が可能となる。
本発明によれば、可飽和吸収特性を有する電界吸収型半導体素子と、直接変調時の消光比を大きくすることは難しいものの該電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を活用するために十分な光出力パワーを直接変調時のチャープによる信号品質劣化を抑えながら得ることの可能な外部共振器型無温調半導体レーザとを組み合わせ、外部共振器型無温調半導体レーザを電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を活用するために十分な光パワーを出力する状態で駆動し、出力信号光を電界吸収型半導体素子へ入力し、該電界吸収型半導体素子の可飽和光吸収特性を活用することにより、外部共振器型無温調半導体レーザからの信号光の消光比を改善させることが可能となる。
以上の結果として、無温調動作可能で出力信号光のパワー及び消光比が実用に供するのに十分に大きなWDM光伝送システム用のレーザー光源を提供することが可能となる。
[基本構成]
図1は本発明のレーザー光源の第1の実施の形態、ここでは最も簡単な構成を示すもので、図中、1は光源としての信号光を発生する外部共振器型無温調半導体レーザ(LS)、2は可飽和吸収特性を有する電界吸収型半導体素子(EA)、OP−1はLS1の光出力ポート、IP−2はEA2の光入力ポート、OP−2はEA2の光出力ポートである。
図1は本発明のレーザー光源の第1の実施の形態、ここでは最も簡単な構成を示すもので、図中、1は光源としての信号光を発生する外部共振器型無温調半導体レーザ(LS)、2は可飽和吸収特性を有する電界吸収型半導体素子(EA)、OP−1はLS1の光出力ポート、IP−2はEA2の光入力ポート、OP−2はEA2の光出力ポートである。
ここで、LS1及びEA2は光出力ポートOP−1と光入力ポートIP−2とで結合され、EA2の光出力ポートOP−2は図示しない光ファイバ等に結合されるが、光出力ポートOP−1と光入力ポートIP−2との間はLS1及びEA2の何れか一方または両方にスポットサイズ変換部を設けて、あるいはレンズ系を用いて低損失に結合するものとする。
前記構成において、LS1は、その信号光のパワーがEA2の可飽和吸収特性を活用出来る程高パワーとなる条件で動作させ、発生した信号光を光出力ポートOP−1及び光入力ポートIP−2を介してEA2に入力する。EA2は、その可飽和吸収特性によりLS1からの信号光の消光比を改善し、光出力ポートOP−2から光源全体としての信号光を図示しない光ファイバ等へ出力する。
本実施の形態は、光反射の極めて抑えられている光伝送システムに適用し、反射等による光源への光入力を考慮しなくとも良い場合に有用な最も簡素な構成である。
図2は本発明のレーザー光源の第2の実施の形態、ここではレーザー光源の安定性を向上させるために光アイソレータを用いた例を示すもので、図中、図1と同一構成部分は同一符号をもって表す。即ち、3は光アイソレータ(ISO)、IP−3はISO3の光入力ポート、OP−3はISO3の光出力ポートである。
ここで、EA2及びISO3は光出力ポートOP−2と光入力ポートIP−3とで結合され、ISO3の光出力ポートOP−3は図示しない光ファイバ等に結合されるが、光出力ポートOP−2と光入力ポートIP−3との間はEA2及びISO3の何れか一方または両方にスポットサイズ変換部を設けて、あるいはレンズ系を用いて低損失に結合するものとする。
前記構成において、EA2において消光比の改善された信号光は光出力ポートOP−2及び光入力ポートIP−3を介してISO3に入力され、該ISO3を通過して光出力ポートOP−3から光源全体としての信号光が図示しない光ファイバ等へ出力される。この際、光ファイバ等側からの光がLA1及びEA2側へ戻ることはなく、LA1の動作が安定する。なお、その他の構成・動作は第1の実施の形態の場合と同様である。
本実施の形態は、一般的な光伝送システムに適用することが可能で、反射等による光源への光入力によるレーザー光源の不安定化を抑制できる構成である。
図3は本発明のレーザー光源の第3の実施の形態、ここでは第2の実施の形態においてLAとESとの間に光アイソレータを設置した例を示す。
即ち、ここで、LS1及びISO3は光出力ポートOP−1と光入力ポートIP−3とで結合され、ISO3及びEA2は光出力ポートOP−3と光入力ポートIP−2とで結合され、EA2の光出力ポートOP−2は図示しない光ファイバ等に結合されるが、光出力ポートOP−1と光入力ポートIP−3との間並びに光出力ポートOP−3と光入力ポートIP−2との間はLS1及びISO3並びにISO3及びEA2の何れか一方または両方にスポットサイズ変換部を設けて、あるいはレンズ系を用いて低損失に結合するものとする。
前記構成において、LS1において発生した信号光は光出力ポートOP−1及び光入力ポートIP−3を介してISO3に入力され、該ISO3を通過して光出力ポートOP−3からEA2に入力されるが、この際、光ファイバ等を含めてEA2側からの光がLA1側へ戻ることはなく、LA1の動作が安定する。なお、その他の構成・動作は第1、2の実施の形態の場合と同様である。
本実施の形態は、第2の実施の形態の場合と同様、一般的な光伝送システムに適用することが可能で、反射等による光源への光入力によるレーザー光源の不安定化を抑制できる構成である。
前述したように、レーザー光源の信号光発生部には、電界吸収型半導体素子(EA2)の可飽和吸収特性を活用出来る高パワーの信号光を、直接変調によるチャープを十分に抑えながら出力可能な外部共振器型無温調半導体レーザ(LS)1を用いる。
LS1は、直接変調下ハイレベルの光出力パワー8mWの時、2.5Gb/s,シングルモードファイバ(SMF)80km伝送後のパワーペナルティを1dB程度(ビット誤り率BER=10^−9時)に抑えることの出来る分散耐力を実現できた。
これは、レーザーの光共振器構造を外部共振器構造とし、更に、光共振器中での直接変調により屈折率変調を受ける半導体光増幅部以外の長さの割合を十分に大きくすることにより、実効的αパラメータ(実効的線幅増大係数)を通常型の半導体レーザより格段に抑制出来、直接変調時のチャープを低く抑えることが出来るためである(非特許文献2参照)。
一般に、信号光源として用いられるDFB−LDを使用した場合、実測したところ、直接変調下ハイレベルの光出力パワー4mWの時、2.5Gb/s,SMF80km伝送後のパワーペナルティは7dB程度(BER=10^−9時)であり、パワーペナルティーを十分に抑えるためには直接変調下ハイレベルの光出力パワーを1mW以下に調整する必要があった。
加えて電界吸収型半導体素子として市販されているモジュールの特性としては、実測したところ、本発明に記載される可飽和吸収特性を有する電界吸収型半導体素子として使用するための最適条件の駆動電流を印加した場合に付加的に発生する損失は5dB程度であった。
従って、本発明に記載のレーザー光源で信号光発生部にDFB−LDを用い、直接変調時のチャープを低く抑えることを必須とすると、出力パワーとしては最大でも−5dBm程度しか得られず、結合損分を加味すると更に実効的に得られる出力パワーは低下してしまい、一般的な光伝送システムで要求されている光出力パワー0dBm程度を達成出来ない。
一方、信号光発生部に外部変調型無温調半導体レーザを用いた場合、直接変調時のチャープを低く抑えることを必須としても、出力パワーとしては最大で4dBm程度が得られ、結合損分を加味しても一般的な光伝送システムで要求されている光出力パワーは十分確保可能となる。
[LSの構成:FBGを用いた構成]
図4及び図5は図1〜図3に示した外部共振器型無温調半導体レーザの第1及び第2の実施例、ここではファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いた実施例を示すものである。
図4及び図5は図1〜図3に示した外部共振器型無温調半導体レーザの第1及び第2の実施例、ここではファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いた実施例を示すものである。
図4において、11は利得媒質となる半導体光増幅素子(SOA)、12は外部共振器鏡として用いるファイバ・ブラッグ・グレーティング(FBG)、13はSOA11とFBG12とを低損失に結合させるためのレンズ系(OC)である。
ここで、SOA11において、HRは端面での反射を高めるためにHRコート等を施した箇所(ハイ・リフレクション共振器鏡)であり、FBG12とともに一対の共振器鏡を形成し、これらによって光共振器が構成される。なお、SOA11及びFBG12において、ARは端面での反射を抑制するためにARコートを施すか、または端面を光導波方向との角度を垂直な状態から6〜9°程度傾けるか、あるいはその両方を施した箇所(アンチ・リフレクション)である。
本実施例は、光共振器を構成する一対の共振器鏡のうち、外部共振器鏡であるFBG12側から光信号を出力する構成例である。
また、図5において、12は外部共振器鏡として用いるファイバ・ブラッグ・グレーティング(FBG)、13はSOA11とFBG12とを低損失に結合させるためのレンズ系(OC)、14は利得媒質となる半導体光増幅素子(SOA)である。
ここで、SOA14において、MRは端面での反射を10〜40%程度に設定するために反射膜または反射防止膜等を施した箇所(ミドル・リフレクション共振器鏡)であり、FBG12とともに一対の共振器鏡を形成し、これらによって光共振器が構成される。なお、ARは図4で述べたものと同一である。
本実施例は、光共振器を構成する一対の共振器鏡のうち、SOA14の端面の一つであり、反射率が10〜40%程度に設定されているMR側から光信号を出力する構成例である。
[LSの構成:PLC型BGを用いた構成]
図6乃至図11は図1〜図3に示した外部共振器型無温調半導体レーザの第3乃至第8の実施例、ここではブラッグ・グレーティングを書き込んだPLC型光導波路を用いる例を示すもので、これらは一つの平面型光導波回路(PLC)上に複数個の外部共振器型無温調半導体レーザを作ることにより高集積化することが出来ることを特徴とする構成である。
図6乃至図11は図1〜図3に示した外部共振器型無温調半導体レーザの第3乃至第8の実施例、ここではブラッグ・グレーティングを書き込んだPLC型光導波路を用いる例を示すもので、これらは一つの平面型光導波回路(PLC)上に複数個の外部共振器型無温調半導体レーザを作ることにより高集積化することが出来ることを特徴とする構成である。
ここで、図6及び図7はブラッグ・グレーティングを書き込んだPLC型光導波路と半導体光増幅素子との間を低損失に結合するための構造として半導体光増幅素子にスポットサイズ変換領域を設けた実施例を、また、図8及び図9はブラッグ・グレーティングを書き込んだPLC型光導波路と半導体光増幅素子との間を低損失に結合するための構造としてPLC型光導波路部にスポットサイズ変換領域を設けた実施例を、また、図10及び図11はブラッグ・グレーティングを書き込んだPLC型光導波路と半導体光増幅素子との間を低損失に結合するための構造としてレンズ系を設けた実施例をそれぞれ示す。
図6において、21はPLC基板、22は利得媒質となる半導体光増幅素子(SOA)、23は外部共振器鏡として用いるブラッグ・グレーティングを書き込んだPLC型光導波路(BG)である。
ここで、SOA22において、HRは端面での反射を高めるためにHRコート等を施した箇所(ハイ・リフレクション共振器鏡)であり、BG23とともに一対の共振器鏡を形成し、これらによって光共振器が構成される。また、SOA22において、SSはBG23と低損失に結合させるために設けたスポットサイズ変換領域である。
なお、SOA22及びBG23において、ARは端面での反射を抑制するためにARコートを施すか、または端面を光導波方向との角度を垂直な状態から6〜9°程度傾けるか、または窓構造とするか、あるいはこれらの3つの方法のうちの任意の2つもしくは3つ全部を組み合わせて施した箇所(アンチ・リフレクション)である。
本実施例は、光共振器を構成する一対の共振器鏡のうち、外部共振器鏡であるBG23側から光信号を出力する構成例である。
また、図7において、21はPLC基板、23は外部共振器鏡として用いるブラッグ・グレーティングを書き込んだPLC型光導波路(BG)、24は利得媒質となる半導体光増幅素子(SOA)である。
ここで、SOA24において、MRは端面での反射を10〜40%程度に設定するために反射膜または反射防止膜等を施した箇所(ミドル・リフレクション共振器鏡)であり、BG23とともに一対の共振器鏡を形成し、これらによって光共振器が構成される。なお、ARは図6で述べたものと同一である。
本実施例は、光共振器を構成する一対の共振器鏡のうち、SOA24の端面の一つであり、反射率が10〜40%程度に設定されているMR側から光信号を出力する構成例である。
また、図8において、21はPLC基板、25は利得媒質となる半導体光増幅素子(SOA)、26は外部共振器鏡として用いるブラッグ・グレーティングを書き込んだPLC型光導波路(BG)である。
ここで、SOA25において、HRは端面での反射を高めるためにHRコート等を施した箇所(ハイ・リフレクション共振器鏡)であり、BG26とともに一対の共振器鏡を形成し、これらによって光共振器が構成される。また、BG26において、SSはSOA25と低損失に結合させるために設けたスポットサイズ変換領域である。
なお、SOA25及びBG26において、ARは端面での反射を抑制するためにARコートを施すか、または端面を光導波方向との角度を垂直な状態から6〜9°程度傾けるか、または窓構造とするか、あるいはこれらの3つの方法のうちの任意の2つもしくは3つ全部を組み合わせて施した箇所(アンチ・リフレクション)である。
本実施例は、光共振器を構成する一対の共振器鏡のうち、外部共振器鏡であるBG26側から光信号を出力する構成例である。
また、図9において、21はPLC基板、26は外部共振器鏡として用いるブラッグ・グレーティングを書き込んだPLC型光導波路(BG)、27は利得媒質となる半導体光増幅素子(SOA)である。
ここで、SOA27において、MRは端面での反射を10〜40%程度に設定するために反射膜または反射防止膜等を施した箇所(ミドル・リフレクション共振器鏡)であり、BG26とともに一対の共振器鏡を形成し、これらによって光共振器が構成される。なお、ARは図8で述べたものと同一である。
本実施例は、光共振器を構成する一対の共振器鏡のうち、SOA27の端面の一つであり、反射率が10〜40%程度に設定されているMR側から光信号を出力する構成例である。
また、図10において、21はPLC基板、23は外部共振器鏡として用いるブラッグ・グレーティングを書き込んだPLC型光導波路(BG)、25は利得媒質となる半導体光増幅素子(SOA)、28はSOA25とBG23とを低損失に結合させるために設けたレンズ系(OC)である。なお、AR及びHRは図6〜8で述べたものと同一である。
本実施例は、光共振器を構成する一対の共振器鏡のうち、外部共振器鏡であるBG23側から光信号を出力する構成例である。
また、図11において、21はPLC基板、23は外部共振器鏡として用いるブラッグ・グレーティングを書き込んだPLC型光導波路(BG)、27は利得媒質となる半導体光増幅素子(SOA)、28はSOA27とBG23とを低損失に結合させるために設けたレンズ系(OC)である。なお、AR及びMRは図6〜9で述べたものと同一である。
本実施例は、光共振器を構成する一対の共振器鏡のうち、SOA27の端面の一つであり、反射率が10〜40%程度に設定されているMR側から光信号を出力する構成例である。
[一体型半導体素子を用いた構成]
図12乃至図15は図1、図2に示した外部共振器無温調半導体レーザと電界吸収型半導体素子とが隣接する構成において、外部共振器無温調半導体レーザの利得媒質である半導体光増幅素子(SOA)と、電界吸収型半導体素子(EA)と、SOAとEAとの間の光学結合系とを一体構造の半導体素子とした実施例を示すもので、図12及び図13は図9、図11に示した構成の外部共振器型無温調半導体レーザを用いた場合、また、図14及び図15は図7に示した構成の外部共振器型無温調半導体レーザを用いた場合をそれぞれ示す。
図12乃至図15は図1、図2に示した外部共振器無温調半導体レーザと電界吸収型半導体素子とが隣接する構成において、外部共振器無温調半導体レーザの利得媒質である半導体光増幅素子(SOA)と、電界吸収型半導体素子(EA)と、SOAとEAとの間の光学結合系とを一体構造の半導体素子とした実施例を示すもので、図12及び図13は図9、図11に示した構成の外部共振器型無温調半導体レーザを用いた場合、また、図14及び図15は図7に示した構成の外部共振器型無温調半導体レーザを用いた場合をそれぞれ示す。
図12乃至図15において、31,32は利得媒質となる半導体光増幅素子(SOA)部、33,34は電界吸収型半導体素子(EA)部、35,36はSOA部とEA部との結合素子(SC)部、WGは半導体素子の光導波路構造部である。
ここで、SOA31,32部及びEA部33,34において、ARは端面での反射を抑制するためにARコートを施すか、または端面を光導波方向との角度を垂直な状態から6〜9°程度傾けるか、または窓構造とするか、あるいはこれらの3つの方法のうちの任意の2つもしくは3つ全部を組み合わせて施した箇所(アンチ・リフレクション)である。また、SOA部32において、SSは外部の光ファイバまたはPLC型光導波路と低損失に結合させるために設けたスポットサイズ変換領域である。
SC部35,36の光導波路部WGの屈折率は、SOA部とSC部との境界面で10〜40%の反射が生じるように設定され、この境界面が光共振器を構成する共振器鏡の一方(図7,9,11でいうMR)を形成する。このような屈折率は、SC部35,36をポリイミドを用いて構成するか、または図14中のa.,c.線及びb.線に沿った断面図である図16に示すようにSC部を空隙とすることにより実現される。
さらに図13及び図15に示す構造では、SC部とEA部との境界面を光導波路の伝搬方向に垂直な状態から6°以上傾けることにより、SC部とEA部との境界面での反射を抑制している。
また、図17に示されるように、EA部のSC部側にスポットサイズ変換領域SSを設け、SOA部とEA部との結合損を抑える措置を講じても良い。
一体構造の半導体素子を用いることにより、LS(厳密にはSOA部)とEAとの間の光学結合系の組み立て工程を省略でき、同時に両者間の結合損を低減することが可能となり、レーザ光源の特性を向上させることができる。
[APC]
図18はレーザー光源に適用可能なオートパワーコントロール(APC)機能の概略を示すもので、図中、41はレーザー光源の信号光発生部(LS)、42はLS41の出力をモニタするためのフォトダイオード(PD)、43はオートパワーコントロール(APC)回路である。
図18はレーザー光源に適用可能なオートパワーコントロール(APC)機能の概略を示すもので、図中、41はレーザー光源の信号光発生部(LS)、42はLS41の出力をモニタするためのフォトダイオード(PD)、43はオートパワーコントロール(APC)回路である。
例えばLS41としてLDを用いた場合、光共振器を構成する2つの端面のうち信号光外部出力用の端面とは逆の端面から出力される光、即ちモニタ光のパワーPmonをPD42で受光し、APC回路43においてPD42から出力されるフォトカレントIOEを入力信号とし、同時に該LDの駆動電流Ibiasを出力信号として、該電流値の平均を一定とするようにフィードバック制御を行うことにより、LDの外部出力を一定に保つことができる。
レーザー光源からの信号光を検出するフォトダイオードで発生するフォトカレントと、レーザー光源の駆動電流との間でフィードバック制御をかけ、出力信号光の平均出力パワーを一定に保つために使用される電気回路としては、オートパワーコントロール(APC)回路等が市販技術として存在している(例えば、MAXIM社製:MAX3735)。
図19、図21及び図23はそれぞれ、図1、図2及び図3に示した本発明のレーザー光源に図18に示したAPC機能をそのまま追加した構成を示すもので、構成部品が付加的に増えてしまうため、製造工程の数及び価格も付加的に増大してしまう。
図20、図22及び図24はそれぞれ、図1、図2及び図3に示した本発明のレーザー光源に図18に示したAPC機能を簡素化して追加、即ちPDを省略し、PDから取り出されるフォトカレントIOEの代わりに、レーザー光源を構成するEA2から取り出せるフォトカレントIOEを用いるようにした構成を示すもので、PDを省くことにより構成部品を少なくすることができ、更に製造工程の数及び価格も抑制することが出来る。
[AMC]
図25はレーザー光源に適用可能なオートモジュレーションコントロール(AMC)機能の概略を示すもので、図中、41はレーザー光源の信号光発生部(LS)、42はLS41の出力をモニタするためのフォトダイオード(PD)、44はオートモジュレーションコントロール(AMC)回路である。
図25はレーザー光源に適用可能なオートモジュレーションコントロール(AMC)機能の概略を示すもので、図中、41はレーザー光源の信号光発生部(LS)、42はLS41の出力をモニタするためのフォトダイオード(PD)、44はオートモジュレーションコントロール(AMC)回路である。
例えばLS41としてLDを用いた場合、光共振器を構成する2つの端面のうち信号光外部出力用の端面とは逆の端面から出力される光、即ちモニタ光のパワーPmonをPD42で受光し、AMC回路44においてPD42から出力されるフォトカレントIOEを入力信号とし、同時に該LDの駆動電流Ibias及び符号化電流IMODを出力信号として、電流値の平均を一定とし、更にハイレベル信号受光時の電流値とローレベル信号受光時の電流値との差分を一定にするようにフィードバック制御を行うことにより、LDの外部出力及びハイレベル−ローレベル間での消光比を一定に保つことができる。
レーザー光源からの信号光を検出するフォトダイオードで発生するフォトカレントと、レーザー光源の駆動電流及び符号化電流の振幅との間でフィードバック制御をかけ、出力信号光の平均出力パワーと、出力信号光の消光比とを一定に保つために使用される電気回路としては、オートモジュレーションコントロール(AMC)回路等が市販技術として存在している(例えば、MAXIM社製:MAX3737)。
図26、図28及び図30はそれぞれ、図1、図2及び図3に示した本発明のレーザー光源に図25に示したAMC機能をそのまま追加した構成を示すもので、構成部品が付加的に増えてしまうため、製造工程の数及び価格も付加的に増大してしまう。
図27、図29及び図31はそれぞれ、図1、図2及び図3に示した本発明のレーザー光源に図25に示したAMC機能を簡素化して追加、即ちPDを省略し、PDから取り出されるフォトカレントIOEの代わりに、レーザー光源を構成するEA2から取り出せるフォトカレントIOEを用いるようにした構成を示すもので、PDを省くことにより構成部品を少なくすることができ、更に製造工程の数及び価格も抑制することが出来る。
1:外部共振器型無温調半導体レーザ(LS)、2:電界吸収型半導体素子(EA)、3:光アイソレータ(ISO)、11,14,22,24,25,27:半導体光増幅素子(SOA)、12:ファイバ・ブラッグ・グレーティング(FBG)、13,28:レンズ系(OC)、21:PLC基板(PLC)、23,26:PLC型光導波路(BG)、31,32:半導体光増幅素子(SOA)部、33,34:電界吸収素子(EA)部、35,36:結合素子(SC)部、41:信号光発生部(LS)、42:フォトダイオード(PD)、43:オートパワーコントロール(APC)回路、44:オートモジュレーションコントロール(AMC)回路、OP1,OP2,OP3:光出力ポート、IP−2,IP−3:光入力ポート、HR:ハイ・リフレクション共振器鏡、AR:アンチ・リフレクション、MR:ミドル・リフレクション共振器鏡、SS:スポットサイズ変換部、WG:光導波路部、Pmon:モニタ光パワー、IOE:フォトカレント、Ibias:駆動電流。
Claims (6)
- 光源としての信号光を発生する外部共振器型無温調半導体レーザと、可飽和吸収特性を有する電界吸収型半導体素子とを少なくとも含み、
外部共振器型無温調半導体レーザを、その信号光のパワーが電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を活用出来る程高パワーとなる条件で動作させ、発生した信号光を電界吸収型半導体素子に入力し、該電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を利用して消光比を改善して出力させる
ことを特徴とするレーザー光源。 - 光源としての信号光を発生する外部共振器型無温調半導体レーザと、可飽和吸収特性を有する電界吸収型半導体素子と、光アイソレータとを少なくとも含み、
外部共振器型無温調半導体レーザを、その信号光のパワーが電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を活用出来る程高パワーとなる条件で動作させて該信号光を電界吸収型半導体素子に入力し、該電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を利用して外部共振器型無温調半導体レーザからの信号光の消光比を改善して出力させ、さらに光アイソレータを経由させる
ことを特徴とするレーザー光源。 - 光源としての信号光を発生する外部共振器型無温調半導体レーザと、可飽和吸収特性を有する電界吸収型半導体素子と、光アイソレータとを少なくとも含み、
外部共振器型無温調半導体レーザを、その信号光のパワーが電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を活用出来る程高パワーとなる条件で動作させて該信号光を光アイソレータを経由して電界吸収型半導体素子に入力し、該電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を利用して外部共振器型無温調半導体レーザからの信号光の消光比を改善して出力させる
ことを特徴とするレーザー光源。 - 請求項1または2に記載のレーザー光源において、
外部共振器型無温調半導体レーザの活性媒質である半導体素子と、電界吸収型半導体素子とが一体の半導体素子として形成されている
ことを特徴とする記載のレーザー光源。 - 請求項1乃至4いずれかに記載のレーザー光源において、
外部共振器型無温調半導体レーザから出力される信号光のパワーを、該信号光が電界吸収型半導体素子を通過する際の光電変換に伴って該電界吸収型半導体素子を流れる電流値でモニタし、該電流値の平均を一定とするように外部共振器型無温調半導体レーザの駆動電流値にフィードバックをかけるオートパワーコントロール回路を具備した
ことを特徴とするレーザー光源。 - 請求項1乃至4いずれかに記載のレーザー光源において、
外部共振器型無温調半導体レーザから出力される信号光のパワーを、該信号光が電界吸収型半導体素子を通過する際の光電変換に伴って該電界吸収型半導体素子を流れる電流値でモニタし、該電流値の平均を一定とし、更にハイレベル信号受光時の電流値とローレベル信号受光時の電流値との差分を一定にするように外部共振器型無温調半導体レーザの駆動電流値及び符号化電流の振幅にフィードバックをかけるオートモジュレーションコントロール回路を具備した
ことを特徴とするレーザー光源。
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JP2004046624A JP2005236209A (ja) | 2004-02-23 | 2004-02-23 | レーザー光源 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2004-02-23 JP JP2004046624A patent/JP2005236209A/ja active Pending
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