JP2006032509A - 半導体発光素子及びそれを用いた光伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来以上に長い距離での高速な光伝送を可能にする新たな半導体発光素子の提供と、その半導体発光素子を用いた新たな光伝送システムの提供とを目的とする。
【解決手段】本発明の半導体発光素子は、平行に向かい合う２つのへき開面のいずれか一方又は双方に、へき開面よりも低い反射率を有する反射層を形成するという構成を採る。この構成に従って、光共振器におけるゲインを下げることができることで、ＬＥＤと半導体レーザとの中間的な状態での発光を実現でき、これにより、ピーク幅が広く、比較的高さのそろった多波長のスペクトルと高速の直接変調とを両立させた半導体発光素子を実現できるようになる。そして、本発明の光伝送システムは、光送信部の光源として、このような特性を持つ半導体発光素子を用いることで、モードの分解・結合による干渉効果を抑え、従来以上に長い距離での高速な光伝送を実現できるようになる。
【選択図】図２

Description

本発明は、従来以上に長い距離での高速な光伝送を可能にする半導体発光素子と、その半導体発光素子を用いた光伝送システムとに関する。

インターネットの普及に伴い、光ファイバを用いた伝送システムも普及してきている。その中でも、ビル内や構内のＬＡＮでは、低価格な伝送装置が利用可能というメリットを持つマルチモード光ファイバが広く使用されている。

このようなマルチモード光ファイバでは、これまでは、１Ｇｂｉｔ／ｓ程度の伝送速度で用いるのが普通であったが、伝送容量の増加に伴い、１０Ｇｂｉｔ／ｓでの利用に対するニーズが増えている。

しかし、これまで用いられてきた、モード帯域が１６０〜５００ＭＨｚ・ｋｍと低い一般的な１Ｇｂｉｔ／ｓ用のマルチモード光ファイバでは、モード間干渉のため、１０Ｇｂｉｔ／ｓの光信号をそのまま３００ｍ程度伝送することが出来ない。

これから、モード帯域が低いマルチモード光ファイバが用いられている場合に、それをそのまま利用して、できる限り遠方まで光信号を伝送できるようにする技術の構築が叫ばれている。

この技術を実現する１つの方法として、マルチモード光ファイバの光入射部にシングルモード光ファイバを接続することによって、マルチモード光ファイバの中で可能な限り単一のモードを励起して信号を伝送できるようにするという発明が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。

一方、この技術を構築するにあたっては、高速に直接変調可能な光源を用いる必要がある。

従来技術では、高速に直接変調可能な光源として、ファブリーペローレーザやＤＦＢレーザを用いるのが一般的である（例えば、非特許文献２参照）。
米国特許ＵＳ６１８５３４６ 沼居貴陽「半導体レーザー工学の基礎」（丸善，１９９６）

非特許文献１に記載されているように、モード帯域が低いマルチモード光ファイバが用いられている場合に、それをそのまま利用して、できる限り遠方まで光信号を伝送できるようにするために、マルチモード光ファイバの光入射部にシングルモード光ファイバを接続することによって、マルチモード光ファイバの中で可能な限り単一のモードを励起して光信号を伝送できるようにするという発明が開示されている。

さらに、本出願人は、先に出願した特願2003-296968 で、この構成に加えて、マルチモード光ファイバの出射部でもシングルモード光ファイバを接続することによって、伝送してくる途中で励起されてしまったいくつかのモードのうち、入射時に励起したのと同じ単一のモードだけを透過させることで、波形の劣化を最低限に抑えることができるようにするという発明を開示した。

これまでの従来技術に従うと、特願2003-296968 で開示した発明を実装する場合、高速に直接変調可能な光源として、ファブリーペローレーザやＤＦＢレーザを用いることになる。

しかるに、このような干渉性の強い光源を用いていたのでは、シングルモード光ファイバを介して入射した光がマルチモード光ファイバを伝送する際に様々なモードに分離し、また、伝送途中にモード間で結合を起こし、最後にシングルモード光ファイバで一つのモードとして取り出されるときに、干渉を生ずることになる。

この干渉の仕方は、マルチモード光ファイバにおける温度や、マルチモード光ファイバに加えられる力などによって、様々に変化してしまう。その結果として、出力側のシングルモード光ファイバから出射される光のパワー及び波形が大きく変動してしまうという問題がでてくることになる。

図１０に、通常のへき開面を用いたファブリーペローレーザ（ＦＰ−ＬＤ）の特性を図示する。ここで、横軸は光共振器の持つ２つの端面の反射率Ｒ₁,Ｒ₂ の積を表し、縦軸は光共振器を往復したときのゲインｇ（電流を注入するにつれて上昇する特性を示す）を表す。

この図に示すように、通常のへき開面を用いたファブリーペローレーザでは、図中の斜め線ハッチで示す領域のように状態を変えていく。

すなわち、まず、非常に低い電流領域では、光共振器を往復するときのゲインは低く、自然放出光が支配的であり、図中の（ａ）に示すように、連続なスペクトルを有する。電流を増していくと、光共振器を往復したときにちょうど位相が合致する波長を持つモードのみがこの誘導放出の恩恵をより多く受けて強められ、図中の（ｂ）に示すように、スペクトルに凹凸が生じることになる。より電流を増すと共に、各ピークの中心波長へ光パワーが集中する狭ピーク幅化が起こる。さらに電流を増して、往復したときのトータルのゲインｇと両端面での反射率との積ｇ×Ｒ₁ ×Ｒ₂ が１を超えると、図中の（ｃ）に示すように、発振に達する。

一旦発振となると、電流の注入に伴って、強い強度を持つモードが、さらに強い光を誘導放出で発光するというポジティブフィードバックのために、各ピークの中でも１つのピークが成長する単一モード化が進行してくる。光共振器の間の活性層部のゲインが高いほどこの発振に至りやすいが、高い周波数で直接変調できるレーザでは、高速変調を可能にするため特にゲインが高く設計されていて、狭ピーク幅化・発振・単一モード化を起こしやすい。

以上のように、ファブリーペローレーザでは、低電流の状況では、連続スペクトル、離散スペクトルに関わらず、共に光パワーが弱すぎて伝送には使用できず、また、十分な光パワーが得られる発振が始まった状態では、単一のモードに多くの光パワーが集中してしまう。このようになると、上述したように、干渉効果が強くなってしまうという状況が生じてしまう。

従って、ファブリーペローレーザでは、電流が少ない場合・多い場合のいずれの場合も、干渉効果を抑圧し、かつ必要な光パワーを得るという条件を同時に満たすことができなかった。

これから、ファブリーペローレーザを用いていたのでは、既設のマルチモード光ファイバの光入射部と光出射部とにシングルモード光ファイバを接続することによって、従来以上に長い距離での高速な光伝送を図る場合に、それを十分実現できないという問題がある。

また、別の半導体発光デバイスとして、スーパールミネセンスダイオード（ＳＬＤ）がある。

この半導体発光デバイスは、端面の反射係数を実質的に０にすることで、生じた光が光共振器で共振してフィードバックを起こすこと及びそれに伴う発振が起こらないように設計されているものであり、その結果、広いスペクトル帯域を持ち、かつスペクトルの凹凸も小さいという特性を持つ。

この半導体発光デバイスでは、広いスペクトル成分を持つために干渉効果の抑圧が可能であるものの、共振効果を利用していないため、十分な光パワーを得るためには比較的大きな素子サイズが必要となる。しかし、素子サイズを大きくすると、光子寿命が長くなり、数ＧＨｚ以上の高速で直接変調することは困難である。現在では１ＧＨｚ未満の直接変調が可能な程度である。

このように、既設のマルチモード光ファイバの光入射部と光出射部とにシングルモード光ファイバを接続することによって、従来以上に長い距離での高速な光伝送を図る場合に、ファブリーペローレーザに代えてスーパールミネセンスダイオードを用いても、それを十分実現できないのである。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、既設のマルチモード光ファイバなどを使って光伝送システムを構築する場合に、従来以上に長い距離での高速な光伝送を可能にする新たな半導体発光素子の提供と、その半導体発光素子を用いた新たな光伝送システムの提供とを目的とする。

〔１〕本発明の半導体発光素子の構成
上記の目的を達成するために、本発明の半導体発光素子は、平行に向かい合う２つのへき開面によって光共振器が構成されて、注入電流に応答してレーザ発振するという構造を採るときにあって、いずれか一方又は双方のへき開面に、へき開面よりも低い反射率を有する反射層（例えば、誘電体多層膜で構成されて５％よりも小さい反射率を持つ）が形成されて、レーザ発振で得られる発振波長の波長幅よりも大きな波長幅を持つ縦モードに分離された光を発光するという構成を採る。

この構成を採るときに、光共振器が、所定の伝送速度（例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓ）よりも速い伝送速度での直接変調を可能にする長さのもので構成され（例えば、０.5ｍｍよりも小さいもの）、かつ、光共振器を往復するときのゲインをｇ、いずれか一方又は双方のへき開面に反射層が形成された場合の２つの端面の反射率をそれぞれＲ₁,Ｒ₂ で表すならば、ｇ×Ｒ₁ ×Ｒ₂ の値が、レーザ発振で得られる発振波長の波長幅よりも大きな波長幅を持つ縦モードに分離された光の発光を実現することになる値の範囲（例えば０.1〜２）にあるという構成を採る。

このように構成される本発明の半導体発光素子では、へき開面に低反射率の反射層を形成することによって、単にへき開面を用いた場合と比較して、光共振器内部の往復で得られるゲインを下げることができる。このため、光共振器での共振点の各モードはどれも狭ピーク幅化・発振と単一モードへの光パワーの集中を起こしにくくなる。

発振前の状態においては、スペクトルに巨大な凹凸（リップル）を有するＬＥＤやスーパールミネセンスダイオードに相当する状態となり、広い幅を有するピークが多数生じることになる。また、発振点に達した後でも、完全に発振していない発振直後の状態であるために、ピーク幅は通常の半導体レーザより広く、また、１つのピークが極端に他のピークより大きいという単一モードの光パワーの集中の状況にはならず、各ピーク強度がほぼそろった状態になる。

このように、本発明の半導体発光素子では、図１の斜め線ハッチで示す領域に動作領域があることで、発振前後にかかわらず、ＬＥＤと半導体レーザとの中間的な状態での多数モードでの発光が比較的高い電流即ち高光パワーまで持続する。さらに、多数モードであることに加えて、１つのピークの幅が広いことによって、干渉効果を抑圧することが可能になる。

また、もともとの素子が光共振器のサイズが小さいために小さく、これがために光子寿命が短く、さらにゲインが高いために、スーパールミネセンスダイオードと比較して、より高速での直接変調が可能となっているという特徴を有する。

このようにして、本発明の半導体発光素子によれば、ピーク幅が広く、比較的高さのそろった多波長のスペクトルと高速の直接変調とを両立させた半導体発光素子を実現できるようになる。

〔２〕本発明の光伝送システム
〔２−１〕複数のマルチモード光ファイバがコネクタにより接続されることで構成される光伝送システム
上記の目的を達成するために、本発明の光伝送システムは、本発明の半導体発光素子を使って光信号を生成する光送信部と、光送信部に接続され、複数のマルチモード光ファイバがコネクタにより接続されることで構成されて、光送信部の生成した光信号を受信側に伝送する光伝送路とを備えるという構成を採る。

複数のマルチモード光ファイバがコネクタにより接続されることで構成される光伝送システムでは、伝送途中にコネクタによる軸ずれが生じているので、光信号を伝送する際に、モードの分解・結合による干渉効果が生じ、光信号のパワーと波形の変動を招くことになる。

そこで、このような光伝送システムの光送信部に、干渉効果の抑圧を可能にする本発明の半導体発光素子を用いることで、この光信号のパワーと波形の変動を抑えることができるようになり、これにより、複数のマルチモード光ファイバがコネクタにより接続されることで構成される光伝送システムにおいて、従来以上に長い距離での高速な光伝送を実現できるようになる。

〔２−２〕マルチモード光ファイバにシングルモード型光伝送路が接続されることで構成される光伝送システム
上記の目的を達成するために、本発明の光伝送システムは、本発明の半導体発光素子を使って光信号を生成する光送信部と、光送信部に接続され、光送信部の生成した光信号を入射して特定のモードを励起する第１のシングルモード型光伝送路と、第１のシングルモード型光伝送路に接続され、第１のシングルモード型光伝送路から出射される光信号を受信側に伝送するマルチモード光ファイバと、マルチモード光ファイバに接続され、マルチモード光ファイバを伝送されてくる光信号を入射して、第１のシングルモード型光伝送路が励起したモードの光信号を抽出する第２のシングルモード型光伝送路とを備えるという構成を採る。

マルチモード光ファイバの入射部と出射部とにシングルモード光ファイバなどで構成されるシングルモード型光伝送路が接続されることで構成される光伝送システムでは、シングルモード型光伝送路から出射した光がマルチモード光ファイバを伝送する際に様々なモードに分かれて伝播し、伝送途中にその一部が元のモードに戻り、最後にシングルモード光ファイバを使ってそのモードを取り出すことから様々な干渉効果を引き起こし、伝送されてくる光信号のパワーや波形が環境などによって変動することになる。

そこで、このような光伝送システムの光送信部に、干渉効果の抑圧を可能にする本発明の半導体発光素子を用いることで、この光信号のパワーと波形の変動を抑えることができるようになり、これにより、マルチモード光ファイバの入射部と出射部とにシングルモード型光伝送路が接続されることで構成される光伝送システムにおいて、従来以上に長い距離での高速な光伝送を実現できるようになる。

〔２−３〕分波器とシングルモード光ファイバとを接続させることで構成される光伝送システム
上記の目的を達成するために、本発明の光伝送システムは、本発明の半導体発光素子を使って光信号を生成する光送信部と、光送信部に接続され、光送信部の生成した光信号を分波することで縦モードに分離された光の光信号を取り出す分波器と、分波器に接続され、分波器の取り出したそれぞれの光信号に対応付けて設けられて、分波器の取り出した光信号を受信側に伝送するシングルモード光ファイバとを備えるという構成を採る。

分波器とシングルモード光ファイバとを接続させることで構成される光伝送システムでは、通常、スーパールミネセンスダイオードを用いることになるが、スーパールミネセンスダイオードでは１Ｇｂｉｔ／ｓ程度の速度でしか直接変調をかけることができない。よって、この光伝送システムもその程度の速度に制限されることになる。

そこで、このような光伝送システムの光送信部に、高速での直接変調を可能にする本発明の半導体発光素子を用いることで、１０Ｇｂｉｔ／ｓまたはそれ以上の速度での光伝送システムの構築が可能になる。

以上説明したように、本発明の半導体発光素子によれば、干渉効果を抑圧可能とするピーク幅の広い、かつ比較的高さのそろった多波長のスペクトルを持つとともに、高速の直接変調を可能にする半導体発光素子を実現できるようになる。

そして、本発明の光伝送システムによれば、この特性を持つ本発明の半導体発光素子を用いることで、従来以上に長い距離での高速な光伝送を実現できるようになり、マルチモード光ファイバを用いる場合にも、１０Ｇｂｉｔ／ｓで３００ｍの伝送が可能な光伝送システムを実現できるようになる。

以下、実施の形態に従って本発明を詳細に説明する。

先ず最初に、本発明を具備するファブリーペローレーザの構成について説明する。

図２に、本発明を具備するファブリーペローレーザ１の一実施形態例を図示する。

この図に示すように、本発明を具備するファブリーペローレーザ１は、光共振器の長さが約０.2ｍｍと小さいことで１０Ｇｂｉｔ／ｓＮＲＺ信号で変調可能な構造を有し、さらに、２つのへき開面１０，１１のそれぞれに、低反射率の多層反射膜１２，１３をコーティングするという構造を有している。

グレーティング自体に反射機能を有するＤＢＲレーザやＤＦＢレーザでは、低反射膜のコーティングが行われているが、グレーティングを持たないファブリーペローレーザでは低反射膜をコーティングする必要はないので、従来のファブリーペローレーザでは低反射膜をコーティングするようなことは行われていない。

これに対して、本発明を具備するファブリーペローレーザ１では、２つのへき開面１０，１１のそれぞれに、低反射率の多層反射膜１２，１３をコーティングするという構造を持つことに、その特徴がある。

さらに、本発明を具備するファブリーペローレーザ１では、光共振器長が０.5ｍｍ以上になると１０Ｇｂｉｔ／ｓでの変調は困難になることが知られているので、光共振器長が０.5ｍｍよりも小さくなるように設計されている。

本発明を具備するファブリーペローレーザ１は、例えば、ＩｎＧａＡｌＡｓ系で構成されており、ＭＱＷ（multiple quantum well)構成を持ち、量子井戸の数は１０個である。量子井戸の数が大きいほど、光が活性層を通過する際のゲインは大きくなるが、量子井戸の数が１０個程度の場合には、電流を十分に注入した際に光が活性層を通過する際のゲインは２０ｄＢ程度である。

活性層は一様で、ＤＦＢレーザのようなグレーティングは持たない。チップサイズは０.4ｍｍ幅×０.2ｍｍ長である。活性層は０.2ｍｍの長さに沿って形成され、この０.2ｍｍ長さ方向の両端（へき開面１０，１１）に、反射率０.5〜１％程度の多層反射膜１２，１３が形成される。

通常のファブリーペローレーザで用いるへき開面の反射率は３０％程度であることから、この多層反射膜１２，１３の反射率はへき開面より大幅に低い。光が通過する際のゲイン２０ｄＢ（＝１００倍）をこの反射率に乗じると、この積の値は、
０．００５×１００×０．００５×１００＝０．２５
０．０１ ×１００×０．０１ ×１００＝１
というように０.2５〜１程度である。

光が往復したときに増幅されないとレーザ発振しないため、レーザ発振に至るためには、この積が１を超えることが必要条件である。これから、本発明を具備するファブリーペローレーザ１では、レーザ発振にぎりぎり至るか至らない程度の構造になっている。また、この積が低すぎると、活性層で発生した光はほとんど往復することなく出射するために、一定の電流に対して光パワーが非常に弱いことになるが、本発明を具備するファブリーペローレーザ１では、光パワーもかなりな大きさを持つことになる。

このような構造に従って、本発明を具備するファブリーペローレーザ１では、１００ｍＡ程度の電流が注入されると、図３に示すような発光スペクトルを持つ光を出力するように動作することになる。

この図３に示すピークに相当するところは、活性層を往復してちょうど波長の整数倍になるような波長（縦モードの波長）であり、このときには、複数回往復する光が全て強めあうために、光パワーが強い。また、谷に相当する波長の光は、活性層を複数回往復するときに弱めあってしまうために光パワーは弱くなっている。

多層反射膜１２，１３の反射率が０のときは、この凹凸は存在せず、反射率が高いほどこの凹凸は大きくなる。また、発振に達していないために、このピークの中で特に１つのピークが成長することがない。

すなわち、本発明を具備するファブリーペローレーザ１は、発光スペクトルは大きな凹凸を有するが（谷の深さはへき開面を用いたものよりも浅い）、各ピークの強度が比較的そろって、かつそれぞれのピークの幅が通常のレーザに比べて広い発光スペクトルを持つ半導体発光素子を実現することになる。

さらに、本発明を具備するファブリーペローレーザ１は、光共振器長が０.5ｍｍよりも小さいことで、１０Ｇｂｉｔ／ｓよりも高速な直接変調が可能になっている。

このようにして、本発明を具備するファブリーペローレーザ１によれば、ピーク幅が広く、比較的高さのそろった多波長のスペクトルと高速の直接変調とを両立させた半導体発光素子を実現できるようになる。

図４に、本発明を具備するファブリーペローレーザ１の他の実施形態例を図示する。

図２に示す実施形態例では、２つのへき開面１０，１１のそれぞれに、低反射率の多層反射膜１２，１３をコーティングするという構成を採ったが、この図４に示す実施形態例では、一方のへき開面１０にだけ、例えば３.3〜５％という低反射率の多層反射膜１２をコーティングするという構成を採っている。もう一方のへき開面１１には多層反射膜がコーディングされておらず、その反射率は３０％程度になる。

この実施形態例に従う本発明を具備するファブリーペローレーザ１もまた、例えば、ＩｎＧａＡｌＡｓ系で構成されており、ＭＱＷ構成を持ち、量子井戸の数は８個である。量子井戸の数が８個程度の場合には、電流を十分に注入した際に光が活性層を通過する際のゲインは１０ｄＢ（＝１０倍）程度である。

このような構造を持つ場合、活性層を往復する際に光が得る増幅率は、
０．０３３×１０×０．３×１０＝１
０．０５ ×１０×０．３×１０＝１．５
である。すなわち、光が活性層を往復する際に得るゲインは１〜１.5となっている。

この実施形態例では、電流を十分に注入した際に、発振点をわずかに超えた程度の状態になる。従って、図５に示すように、発光スペクトルのピークの幅は図３に示すものよりも細く、また、ピーク強度も図３に示すものよりばらついているが、両端面にへき開面を用いた場合と比較してピーク幅は太く、また、光ピークの強度も単一モードに集中しておらず、谷の深さも浅い。

このようにして、この実施形態例に従う本発明を具備するファブリーペローレーザ１によっても、ピーク幅が広く、比較的高さのそろった多波長のスペクトルと高速の直接変調とを両立させた半導体発光素子を実現できるようになる。

本発明を具備するファブリーペローレーザ１は、高速の直接変調が可能で、光パワーも大きいという特徴を持つことに加えて、完全にレーザ発振した状態よりもスペクトル幅が広いことから可干渉性が低いという特性を持つ。

これから、この可干渉性が低いという特性を使うことで、従来の光伝送システムが持つ問題の解決を図って、従来以上に長い距離での高速な光伝送を実現できるようになる。

図６に、本発明の適用される光伝送システムのシステム構成を図示する。

この図に示す光伝送システムは、シングルモード光ファイバ５０を使って光送信部２０とマルチモード光ファイバ４０とを接続するとともに、シングルモード光ファイバ５１を使って光受信部３０とマルチモード光ファイバ４０とを接続することで、光送信部２０の生成する光信号を光受信部３０に伝送するという構成を採るものであり、マルチモード光ファイバ４０の中で可能な限り単一のモードを励起して光信号を伝送できるようにするとともに、伝送してくる途中で励起されてしまったいくつかのモードのうち、入射時に励起したのと同じ単一のモードだけを透過させることで、光信号の波形の劣化を最低限に抑えることができるようにすることを実現している。

この光伝送システムに対して本発明を適用する場合、光送信部２０の備える光源として、本発明を具備するファブリーペローレーザ１を用いるという構成を採る。

この光伝送システムでは、上述したように、コヒーレントな光源を用いると、入射側のシングルモード光ファイバ５０から出射した光がマルチモード光ファイバ４０を伝送する際に様々なモードに分かれて伝播し、伝送途中に一部が元のモードに戻り、最後に出射側のシングルモード光ファイバ５１でそのモードを取り出すことから様々な干渉効果を引き起こし、光信号のパワーや波形が環境などによって変動するという問題があった。

これに対して、光送信部２０の備える光源として、多波長・ピーク幅の広い光源である本発明を具備するファブリーペローレーザ１を用いるという構成を採ることで、干渉効果を緩和し、この変動を抑圧することができ、よって安定な光伝送システムを実現することができるようになる。

図６に示す光伝送システムでは、シングルモード光ファイバ５０を使って光送信部２０とマルチモード光ファイバ４０とを接続するとともに、シングルモード光ファイバ５１を使って光受信部３０とマルチモード光ファイバ４０とを接続するという構成を採ったが、図７に示すように、特定のモードを励起するシングルモード光ファイバ５０に代えて、シングルモード光ファイバ５０と同一の機能を有するシングルモード型光伝送路８０を使って、光送信部２０とマルチモード光ファイバ４０とを接続するとともに、特定のモードを透過させるシングルモード光ファイバ５１に代えて、シングルモード光ファイバ５１と同一の機能を有するシングルモード型光伝送路８１を使って、光受信部３０とマルチモード光ファイバ４０とを接続するようにしてもよい。

ここで、図７（ａ）に示す一例では、シングルモード型光伝送路８０として、所定の導波路長を持つ励起用シングルモード平面光波回路６０と、その励起用シングルモード平面光波回路６０と光送信部２０とを接続する接続用マルチモード光ファイバ７０ａとで構成されるものを用い、シングルモード型光伝送路８１として、所定の導波路長を持つ透過用シングルモード平面光波回路６１と、その透過用シングルモード平面光波回路６１と光受信部３０とを接続する接続用マルチモード光ファイバ７１ａとで構成されるものを用いる構成を採っている。

一方、図７（ｂ）に示す一例では、シングルモード型光伝送路８０として、所定の導波路長を持つ励起用シングルモード平面光波回路６０と、その励起用シングルモード平面光波回路６０と光送信部２０とを接続する接続用シングルモード光ファイバ７０ｂとで構成されるものを用い、シングルモード型光伝送路８１として、所定の導波路長を持つ透過用シングルモード平面光波回路６１と、その透過用シングルモード平面光波回路６１と光受信部３０とを接続する接続用シングルモード光ファイバ７１ｂとで構成されるものを用いる構成を採っている。

図８に、本発明の適用される他の光伝送システムのシステム構成を図示する。

この図に示す光伝送システムは、コネクタで接続されるマルチモード光ファイバ９０を使って光送信部２０と光受信部３０とを接続することで、光送信部２０の生成する光信号を光受信部３０に伝送するという構成を採るものである。

この光伝送システムでは、伝送途中にコネクタによる軸ずれが生じているので、光信号を伝送する際に、モードの分解・結合による干渉効果が生じ、光信号のパワーと波形の変動を招くことになる。

これに対して、光送信部２０の備える光源として、多波長・ピーク幅の広い光源である本発明を具備するファブリーペローレーザ１を用いるという構成を採ることで、干渉効果を緩和し、この変動を抑圧することができ、よって安定な光伝送システムを実現することができるようになる。

図９に、本発明の適用される他の光伝送システムのシステム構成を図示する。

この図に示す光伝送システムは、光送信部２０の出力する光信号を分波器１００によって分波して、その分波した光信号のそれぞれを、ｎ本のシングルモード光ファイバ２００-i（ｉ＝１〜ｎ）を使って、それぞれのシングルモード光ファイバ２００-iに対応付けられる光受信部３０-i（ｉ＝１〜ｎ）に伝送するという構成を採るものである。

従来では、この光伝送システムを構築する場合、光送信部２０の光源として、スーパールミネセンスダイオードを用いるという構成を採っているが、スーパールミネセンスダイオードでは１Ｇｂｉｔ／ｓ程度の速度でしか直接変調をかけることができない。よって、この光伝送システムもその程度の速度に制限されることになる。

これに対して、光送信部２０の備える光源として、高速での直接変調を可能にする本発明を具備するファブリーペローレーザ１を用いるという構成を採ることで、１０Ｇｂｉｔ／ｓまたはそれ以上の速度での光伝送システムの構築が可能になる。

本発明の半導体発光素子の動作領域を示す図である。 本発明を具備するファブリーペローレーザの一実施形態例である。 本発明を具備するファブリーペローレーザの発光スペクトルの説明図である。 本発明を具備するファブリーペローレーザの他の実施形態例である。 本発明を具備するファブリーペローレーザの発光スペクトルの説明図である。 本発明の適用される光伝送システムのシステム構成を示す図である。 本発明の適用される光伝送システムのシステム構成を示す図である。 本発明の適用される光伝送システムのシステム構成を示す図である。 本発明の適用される光伝送システムのシステム構成を示す図である。 従来のファブリーペローレーザの特性を示す図である。

符号の説明

１ ファブリーペローレーザ
１０ へき開面
１１ へき開面
１２ 多層反射膜
１３ 多層反射膜

Claims (9)

1. 平行に向かい合う２つのへき開面によって光共振器が構成されて、注入電流に応答してレーザ発振する構造を有する半導体発光素子であって、
   いずれか一方又は双方のへき開面に、へき開面よりも低い反射率を有する反射層が形成されて、上記レーザ発振で得られる発振波長の波長幅よりも大きな波長幅を持つ縦モードに分離された光を発光するように構成されることを、
   特徴とする半導体発光素子。
2. 請求項１に記載の半導体発光素子において、
   上記光共振器が、所定の伝送速度よりも速い伝送速度での直接変調を可能にする長さのもので構成され、
   かつ、上記光共振器を往復するときのゲインをｇ、いずれか一方又は双方のへき開面に上記反射層が形成された場合の２つの端面の反射率をそれぞれＲ₁,Ｒ₂ で表すならば、ｇ×Ｒ₁ ×Ｒ₂ の値が、上記レーザ発振で得られる発振波長の波長幅よりも大きな波長幅を持つ縦モードに分離された光の発光を実現することになる値の範囲にあることを、
   特徴とする半導体発光素子。
3. 請求項２に記載の半導体発光素子において、
   上記光共振器の長さが０.5ｍｍよりも小さいことを、
   特徴とする半導体発光素子。
4. 請求項２に記載の半導体発光素子において、
   上記ｇ×Ｒ₁ ×Ｒ₂ の値が０.1〜２の値の範囲に入ることを、
   特徴とする半導体発光素子。
5. 請求項２に記載の半導体発光素子において、
   上記反射層の反射率が５％よりも小さいことを、
   特徴とする半導体発光素子。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、
   上記反射層として誘電体多層膜を用いることを、
   特徴とする半導体発光素子。
7. 平行に向かい合う２つのへき開面によって光共振器が構成されて、注入電流に応答してレーザ発振する構造を有して、いずれか一方又は双方のへき開面に、へき開面よりも低い反射率を有する反射層が形成されて、該レーザ発振で得られる発振波長の波長幅よりも大きな波長幅を持つ縦モードに分離された光を発光するように構成される半導体発光素子を使って光信号を生成する光送信部と、
   上記光送信部に接続され、複数のマルチモード光ファイバがコネクタにより接続されることで構成されて、上記光送信部の生成した光信号を受信側に伝送する光伝送路とを備えることを、
   特徴とする光伝送システム。
8. 平行に向かい合う２つのへき開面によって光共振器が構成されて、注入電流に応答してレーザ発振する構造を有して、いずれか一方又は双方のへき開面に、へき開面よりも低い反射率を有する反射層が形成されて、該レーザ発振で得られる発振波長の波長幅よりも大きな波長幅を持つ縦モードに分離された光を発光するように構成される半導体発光素子を使って光信号を生成する光送信部と、
   上記光送信部に接続され、上記光送信部の生成した光信号を入射して特定のモードを励起する第１のシングルモード型光伝送路と、
   上記第１のシングルモード型光伝送路に接続され、上記第１のシングルモード型光伝送路から出射される光信号を受信側に伝送するマルチモード光ファイバと、
   上記マルチモード光ファイバに接続され、上記マルチモード光ファイバを伝送されてくる光信号を入射して、上記第１のシングルモード型光伝送路が励起したモードの光信号を抽出する第２のシングルモード型光伝送路とを備えることを、
   特徴とする光伝送システム。
9. 平行に向かい合う２つのへき開面によって光共振器が構成されて、注入電流に応答してレーザ発振する構造を有して、いずれか一方又は双方のへき開面に、へき開面よりも低い反射率を有する反射層が形成されて、該レーザ発振で得られる発振波長の波長幅よりも大きな波長幅を持つ縦モードに分離された光を発光するように構成される半導体発光素子を使って光信号を生成する光送信部と、
   上記光送信部に接続され、上記光送信部の生成した光信号を分波することで上記縦モードに分離された光の光信号を取り出す分波器と、
   上記分波器に接続され、上記分波器の取り出したそれぞれの光信号に対応付けて設けられて、上記分波器の取り出した光信号を受信側に伝送するシングルモード光ファイバとを備えることを、
   特徴とする光伝送システム。

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