JP2007242794A - Passive mode-locked semiconductor laser device, and optical clock signal extractor - Google Patents

Passive mode-locked semiconductor laser device, and optical clock signal extractor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable to extract a high-speed optical clock signal exceeding the upper limit speed of an electronic device, not depending on the polarization direction of an input optical signal. <P>SOLUTION: This is an MLLD device 200 which has a multielectrode semiconductor laser element 70 and a polarization rotator 32 in an optical resonator. The resonator length L of the optical resonator is so set that an optical pulse train occurring at frequent time intervals of a fraction of a natural number of the time required for light to go around once inside the optical resonator may be output outside the optical resonator. The multielectrode semiconductor laser element consists of a gain region 20 and a saturable absorber region 10, which are arranged in series. Into the gain region, a current is injected from a constant current source 36 via an n-side common electrode 26 and a p-side electrode 22 of the gain region. Meanwhile, the saturable absorber region is applied with inverse bias voltage from a constant voltage source 38 via the n-side common electrode and a p-side electrode 12 of the saturable absorber region. Optical guides 24 and 14 are interposed between a first clad layer 18 and a second clad layer 16 which are common to both regions. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、受動モード同期半導体レーザ装置、及びこの受動モード同期半導体レーザ装置を用いた光クロック信号抽出装置及び光クロック信号抽出方法に関する。   The present invention relates to a passive mode-locked semiconductor laser device, and an optical clock signal extraction device and an optical clock signal extraction method using the passive mode-locked semiconductor laser device.

光通信ネットワークは、伝送の長距離化及び大容量化が進められている。伝送の長距離化にともなって、光伝送路における光損失、光増幅器の多段使用によるS/N比の低下、及び光ファイバの群速度分散や光ファイバ中での非線形光学効果による波形歪が発生すること等により、光信号の品質が劣化することが問題となる。周波数波形歪及び時間波形歪の発生は、伝送容量が大きくなるほど、顕著な問題となる。   In optical communication networks, transmission distance and capacity have been increased. As transmission becomes longer, optical loss in the optical transmission line, S / N ratio decrease due to the use of multiple optical amplifiers, and waveform distortion due to optical fiber group velocity dispersion and nonlinear optical effects in the optical fiber occur. As a result, the quality of the optical signal deteriorates. Generation of frequency waveform distortion and time waveform distortion becomes a more serious problem as the transmission capacity increases.

そのため、光伝送路の途中に数十から数百キロメートルの間隔で中継器を設けて、この中継器によって光信号の周波数波形及び時間波形を元の形状に戻す、いわゆる光信号の再生が行われている。この中継器の主要な役割の一つがクロック信号抽出である。クロック信号抽出とは、時間波形が歪んだ光パルスからなる光信号、いわゆる品質の劣化した光信号から、そのビットレートに対応する周波数のパルス出力(あるいは正弦波出力)信号を生成することであり、タイミング抽出と呼ばれることもある。   Therefore, a repeater is provided in the middle of the optical transmission line at intervals of several tens to several hundred kilometers, and so-called optical signal regeneration is performed by which the frequency waveform and time waveform of the optical signal are restored to the original shape by this repeater. ing. One of the main roles of this repeater is clock signal extraction. The clock signal extraction is to generate a pulse output (or sine wave output) signal having a frequency corresponding to the bit rate from an optical signal composed of an optical pulse whose time waveform is distorted, that is, an optical signal with a deteriorated quality. Sometimes called timing extraction.

クロック信号としては、電気信号として抽出される場合と光信号として抽出される場合があるが、以後、特にいずれの形で抽出されるかを明示する必要があるときに限り、それぞれ電気クロック信号及び光クロック信号と書き分けることもある。また、光信号のビットレートに対応する周波数とは、光信号のビットレートがf (Gbit/s)である場合にf (GHz)の周波数を指すものとする。以後、光信号のビットレートに対応する周波数をビットレート周波数ということもある。   The clock signal may be extracted as an electrical signal or an optical signal. However, only when it is necessary to clearly indicate in which form the clock signal is extracted, Sometimes written separately from the optical clock signal. Further, the frequency corresponding to the bit rate of the optical signal indicates the frequency of f (GHz) when the bit rate of the optical signal is f (Gbit / s). Hereinafter, the frequency corresponding to the bit rate of the optical signal may be referred to as a bit rate frequency.

クロック信号抽出方法として従来知られた方法の一つは、品質の劣化した光信号をフォトダイオード等に入力させて光電変換し、そのフォトダイオードからの出力電気信号を狭帯域電気フィルタによってフィルタリングし、入力光信号のビットレートに対応する周波数成分のみを抽出することによって、電気クロック信号を抽出する方法である。以後、品質が劣化した光信号を含めて、クロック信号を抽出する対象となる光信号を入力光信号というものとする。   One of the methods conventionally known as clock signal extraction methods is to photoelectrically convert an optical signal with degraded quality to a photodiode or the like, filter the output electrical signal from the photodiode with a narrowband electrical filter, In this method, an electric clock signal is extracted by extracting only frequency components corresponding to the bit rate of the input optical signal. Hereinafter, an optical signal from which a clock signal is extracted including an optical signal whose quality has deteriorated is referred to as an input optical signal.

以後の説明において、光信号(あるいは入力光信号)とは、時間軸上に規則正しく一定の周期間隔で並ぶ光パルスの列を、光変調して送信信号である2値デジタル信号であるRZ(Return to Zero)信号として生成された信号を指すものとする。一方、光パルス列との表現は、時間軸上で規則正しい一定の周期間隔で並ぶ光パルスの総体を指すものとして用いる。   In the following description, an optical signal (or input optical signal) is an RZ (Return) signal that is a binary digital signal that is a transmission signal obtained by optically modulating a sequence of optical pulses regularly arranged at regular intervals on the time axis. to Zero) signal. On the other hand, the expression “optical pulse train” is used to indicate the total of optical pulses arranged at regular intervals at regular intervals on the time axis.

一般に、フォトダイオードの光電変換特性はその偏波依存性が小さいので、入力光信号の偏光面に時間的な揺らぎが存在しても、フォトダイオードを利用することによって安定してクロック信号を抽出することができる。   In general, since the photoelectric conversion characteristics of a photodiode have a small polarization dependence, a clock signal can be stably extracted by using the photodiode even if there is temporal fluctuation in the polarization plane of the input optical signal. be able to.

また、システム構成に応じて、光クロック信号を抽出する必要がある場合には、上述の方法によって抽出した電気クロック信号を用いて、モード同期レーザなどの光パルス光源を駆動することで、所望の光クロック信号を発生させることが可能となる(例えば、特許文献1及び2参照)。   In addition, when it is necessary to extract an optical clock signal according to the system configuration, an optical pulse light source such as a mode-locked laser is driven using the electrical clock signal extracted by the above-described method. An optical clock signal can be generated (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

一方、光通信ネットワークの伝送容量を大きくするための技術として、光時分割多重(Optical Time Devision Multiplexing)等の多重伝送技術が研究されている。多重信号のビットレートは、その多重されている1チャンネル当たりのビットレートのチャンネル数倍となるので、非常に大きなビットレートとなる。   On the other hand, as a technique for increasing the transmission capacity of an optical communication network, a multiplex transmission technique such as optical time division multiplexing (Optical Time Division Multiplexing) has been studied. Since the bit rate of the multiplexed signal is a multiple of the number of channels per multiplexed channel, the bit rate is very high.

多重信号のビットレートが40 Gbit/sを超えると、電子デバイスではクロック信号を抽出することが困難となる。これは、40 Gbit/s以上のビットレートの光信号に対しても動作するフォトダイオード、及び40 GHz以上の電気信号に対しても動作する電気狭帯域フィルタが開発されていないためである。   When the bit rate of the multiplexed signal exceeds 40 Gbit / s, it is difficult for the electronic device to extract the clock signal. This is because a photodiode that operates also for an optical signal having a bit rate of 40 Gbit / s or more and an electric narrowband filter that operates also for an electrical signal of 40 GHz or more have not been developed.

そのため、高速光信号からクロック信号を抽出するためには、光電変換を介さずに、直接光クロック信号を抽出する方法を採用することが望ましい。以後、光電変換を介さずに光クロック信号を抽出する方法を全光クロック信号抽出方法ということもある。   Therefore, in order to extract the clock signal from the high-speed optical signal, it is desirable to employ a method of directly extracting the optical clock signal without going through photoelectric conversion. Hereinafter, a method of extracting an optical clock signal without going through photoelectric conversion may be referred to as an all-optical clock signal extraction method.

従来、全光クロック信号抽出方法として、モード同期レーザを利用する方法(例えば、非特許文献1参照)や、セルフパルセーションレーザなど、自励光パルス発生レーザを用いる方法(例えば、非特許文献2参照)が知られている。これらいずれの方法においても、入力光信号のビットレートに近い繰り返し周波数で光パルスを発生するモード同期レーザ、あるいはセルフパルセーションレーザに入力光信号を入力し、モード同期レーザあるいはセルフパルセーションレーザの出力光パルスを、入力光信号のビットレートに同期させることによって、光クロック信号を抽出する手法がとられる。   Conventionally, as an all-optical clock signal extraction method, a method using a mode-locked laser (for example, see Non-Patent Document 1) or a method using a self-excited light pulse generation laser such as a self-pulsation laser (for example, Non-Patent Document 2) See). In any of these methods, an input optical signal is input to a mode-locked laser or self-pulsation laser that generates optical pulses at a repetition frequency close to the bit rate of the input optical signal, and the output of the mode-locked laser or self-pulsation laser is output. A technique is adopted in which the optical clock signal is extracted by synchronizing the optical pulse with the bit rate of the input optical signal.

これらの方法の利点は、上述したように、電子デバイスを利用したのでは実現不可能である水準の高速クロック信号を、光クロック信号の形態で抽出できる点にある。例えば、160 Gbit/sの入力光信号から光クロック信号の抽出に成功した例が報告されている(例えば、非特許文献3参照)。   The advantage of these methods is that, as described above, a high-speed clock signal at a level that cannot be realized by using an electronic device can be extracted in the form of an optical clock signal. For example, an example in which an optical clock signal is successfully extracted from an input optical signal of 160 Gbit / s has been reported (for example, see Non-Patent Document 3).

また、全光クロック信号抽出のために用いるモード同期レーザとして、外部共振器型のモード同期半導体レーザを用いた場合、入力光信号による受動モード同期を実現させるために外部共振器の共振器長を調整することは容易であり、かつ、共振器内部に挿入される波長フィルタの中心波長を変えることも容易である。すなわち、クロック信号の周波数及び光クロック信号の波長が可変である全光クロック信号抽出装置を構成することが可能となる。
特開平09-008741号公報 特開平11-340954号公報 T. Ono, T. Shimizu, Y. Yano, and H. Yokoyama, "Optical clock extraction from 10-Gbit/s data pulses by using monolithic mode-locked laser diodes," OFC'95 Technical Digest, ThL4. M. Jinno and T. Matsumoto, "All-optical timing extraction using a 1.5 μm self pulsating multielectrode DFB LD," Electron. Lett., vol. 24, No. 23 pp. 1426-1427, 1988. S. Arahira, S. Sasaki, K. Tachibana, Y. Ogawa, "All optical 160-Gb/s clock extraction with a mode-locked laser diode module," IEEE Photon. Technol. Lett. vol. 16, No. 6, pp. 1558-1560, 2004.
In addition, when an external resonator type mode-locked semiconductor laser is used as the mode-locked laser used for extracting the all-optical clock signal, the resonator length of the external resonator is set to realize passive mode locking by the input optical signal. It is easy to adjust, and it is also easy to change the center wavelength of the wavelength filter inserted inside the resonator. That is, it is possible to configure an all-optical clock signal extraction device in which the frequency of the clock signal and the wavelength of the optical clock signal are variable.
JP 09-008741 A JP 11-340954 A T. Ono, T. Shimizu, Y. Yano, and H. Yokoyama, "Optical clock extraction from 10-Gbit / s data pulses by using monolithic mode-locked laser diodes,"OFC'95 Technical Digest, ThL4. M. Jinno and T. Matsumoto, "All-optical timing extraction using a 1.5 μm self pulsating multielectrode DFB LD," Electron. Lett., Vol. 24, No. 23 pp. 1426-1427, 1988. S. Arahira, S. Sasaki, K. Tachibana, Y. Ogawa, "All optical 160-Gb / s clock extraction with a mode-locked laser diode module," IEEE Photon. Technol. Lett. Vol. 16, No. 6 , pp. 1558-1560, 2004.

しかしながら、上述した従来技術による全光クロック信号抽出方法には、以下に示す問題点がある。すなわち、光クロック信号抽出のための動作が、入力光信号の偏光方向に依存する点である。モード同期半導体レーザやセルフパルセーションレーザを用いて光クロック信号を抽出するには、入力光信号の偏光面の方向とこれらのレーザの発振光の偏光面の方向とを一致させる必要がある。このため、入力光信号の偏光面の方向が変動すると、光クロック信号を安定して抽出することができない。   However, the above-described conventional all-optical clock signal extraction method has the following problems. That is, the operation for extracting the optical clock signal depends on the polarization direction of the input optical signal. In order to extract an optical clock signal using a mode-locked semiconductor laser or a self-pulsation laser, it is necessary to make the direction of the polarization plane of the input optical signal coincide with the direction of the polarization plane of the oscillation light of these lasers. For this reason, if the direction of the polarization plane of the input optical signal varies, the optical clock signal cannot be extracted stably.

一般に、入力光信号は、偏光方向の保存が保障されないシングルモード光ファイバ伝送路を長距離伝播しているので、その偏光方向は一定せず時間的に変動する。そのため、このような偏光方向が一定しない入力光信号がこれらのレーザに入力されると、その動作が不安定となり、光クロック信号を安定して抽出することが困難となる。   In general, an input optical signal propagates over a long distance through a single-mode optical fiber transmission line where preservation of the polarization direction is not ensured, and therefore the polarization direction is not constant and varies with time. For this reason, when such an input optical signal whose polarization direction is not constant is input to these lasers, the operation becomes unstable, and it becomes difficult to stably extract the optical clock signal.

そこで、この発明の第1の目的は、この光クロック信号抽出装置に利用して好適な受動モード同期半導体レーザ装置を提供することにある。   Accordingly, a first object of the present invention is to provide a passive mode-locked semiconductor laser device suitable for use in this optical clock signal extraction device.

この発明の第2の目的は、入力光信号の偏光方向に無依存で、かつ、電子デバイスの上限速度を超える高速光クロック信号の抽出が可能である光クロック信号抽出装置、及び光クロック信号抽出方法を提供することにある。   A second object of the present invention is to provide an optical clock signal extraction device that is independent of the polarization direction of an input optical signal and that can extract a high-speed optical clock signal that exceeds the upper limit speed of an electronic device, and an optical clock signal extraction It is to provide a method.

上述の第1の目的を達成するため、この発明の要旨によれば、以下の構成の外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置が提供される。受動モード同期半導体レーザ装置は、多電極半導体レーザ素子と偏光回転素子とを光共振器内に具え、この光共振器内を光が1周回するのに要する時間の自然数分の1の時間間隔の繰り返し周期の光パルス列が、この光共振器外に出力されるようにこの光共振器の共振器長及び利得領域の光学利得の大きさが設定されている。この光共振器の共振器長は、後述するように、周波数引き込みが引き起こされる程度に、光共振器内を光が1周回するのに要する時間が、入力光信号のビットレート周波数の逆数に近似的に等しくなるように調整されている。   In order to achieve the above first object, according to the gist of the present invention, an external resonator type passive mode-locked semiconductor laser device having the following configuration is provided. A passively mode-locked semiconductor laser device includes a multi-electrode semiconductor laser element and a polarization rotation element in an optical resonator, and has a time interval that is a fraction of a natural number of the time required for light to circulate in the optical resonator. The resonator length of the optical resonator and the magnitude of the optical gain in the gain region are set so that an optical pulse train having a repetition period is output to the outside of the optical resonator. As will be described later, the resonator length of this optical resonator approximates the reciprocal of the bit rate frequency of the input optical signal so that the time required for the light to make one round in the optical resonator is such that frequency pull-in is caused. Adjusted to be equal to each other.

ここで、多電極半導体レーザ素子は、反転分布が形成される利得領域と、光強度を変調する機能を有する可飽和吸収領域とが直列に配置されて構成される。また、偏光回転素子は、直線偏光がこの偏光回転素子を一往復したときにその偏光面を90°回転させる機能を有している。そして、利得領域の光学利得の大きさが、この発明の外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置の光共振器内を光が1周回するのに要する時間の自然数分の1の時間間隔の繰り返し周期の光パルス列が、この光共振器外に出力されるように設定されている。   Here, the multi-electrode semiconductor laser device is configured such that a gain region in which an inversion distribution is formed and a saturable absorption region having a function of modulating light intensity are arranged in series. The polarization rotation element has a function of rotating the plane of polarization by 90 ° when linearly polarized light makes a round trip of the polarization rotation element. The magnitude of the optical gain in the gain region is a time interval that is one-tenth of the natural number of the time required for light to make one round in the optical resonator of the external resonator type passive mode-locked semiconductor laser device of the present invention. An optical pulse train having a repetition period is set so as to be output to the outside of the optical resonator.

光共振器内を光が1周回するのに要する時間の自然数分の1の時間間隔の繰り返し周期の光パルス列がこの光共振器外に出力されるという意味を、より具体的に説明すると次のとおりである。光共振器内を光が1周回するのに要する時間をTrtとし、光パルス列の繰り返し周期をTMLとすると、TML=Trt/Mであることを意味する。ここで、Mが自然数、すなわち1以上の整数(M=1, 2, 3, ...)である。また、共振器周回周波数f rtは1/Trtに等しく、受動モード同期動作の結果生成される光パルス列の繰り返し周波数fMLは、1/TMLに等しい。 More specifically, the meaning that an optical pulse train having a repetition period with a time interval that is a fraction of the natural number of times required for one round of light to travel inside the optical resonator is output to the outside of the optical resonator is described below. It is as follows. If the time required for one round of light to travel through the optical resonator is T rt and the repetition period of the optical pulse train is T ML , this means that T ML = T rt / M. Here, M is a natural number, that is, an integer of 1 or more (M = 1, 2, 3,...). Further, the resonator frequency f rt is equal to 1 / T rt, and the repetition frequency f ML of the optical pulse train generated as a result of the passive mode synchronization operation is equal to 1 / T ML .

上述の可飽和吸収領域が具える活性層は、バルク半導体結晶層あるいは伸張歪が導入されている量子井戸を有する量子井戸構造で形成することが好適である。   The active layer provided with the above-described saturable absorption region is preferably formed by a quantum well structure having a bulk semiconductor crystal layer or a quantum well into which an extension strain is introduced.

上述の偏光回転素子は、1/4波長板あるいはファラデー回転子を利用することが可能である。   The polarization rotator described above can use a quarter wave plate or a Faraday rotator.

また、上述の第2の目的を達成するため、この発明の要旨によれば、以下の構成の第1及び第2光クロック信号抽出装置が提供される。すなわち、この発明の第1光クロック信号抽出装置は、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置と、入力部及び出力部を具えて構成され、光パルス列を光クロック信号として生成する装置である。この光クロック信号抽出装置に入力する入力光信号を、受動モード同期半導体レーザ装置が生成する光パルス列の繰り返し周波数と、入力光信号のビットレートに対応する周波数との差が、この受動モード同期半導体レーザ装置の受動モード同期動作に必要な周波数引き込みが引き起こされる程度に小さいビットレートの入力光信号とする。   In order to achieve the second object described above, according to the gist of the present invention, there are provided first and second optical clock signal extraction devices having the following configurations. That is, the first optical clock signal extraction device of the present invention is a device that includes the passive mode-locked semiconductor laser device of the present invention, an input unit and an output unit, and generates an optical pulse train as an optical clock signal. The difference between the repetition frequency of the optical pulse train generated by the passive mode-locked semiconductor laser device and the frequency corresponding to the bit rate of the input optical signal is the difference between the input optical signal input to the optical clock signal extraction device and the passive mode-locked semiconductor. It is assumed that the input optical signal has a bit rate small enough to cause the frequency pull-in necessary for the passive mode synchronization operation of the laser device.

以後、光クロック信号抽出装置に入力する入力光信号のビットレートと受動モード同期半導体レーザ装置が生成する光パルス列の繰り返し周波数との差が、上述のように、周波数引き込みが引き起こされる程度に小さい関係にあることを、入力光信号のビットレート周波数が、光パルス列の繰り返し周波数に近似すると表現することもある。すなわち、後述するように、光クロック信号抽出装置が再生する光クロック信号の周波数と光クロック信号抽出装置を構成する受動モード同期半導体レーザ装置の自励発振周波数とが、上述の関係にあるとき、両者の周波数が近似的に等しいと表現する。   Thereafter, the difference between the bit rate of the input optical signal input to the optical clock signal extraction device and the repetition frequency of the optical pulse train generated by the passive mode-locked semiconductor laser device is small enough to cause frequency pulling as described above. In some cases, the bit rate frequency of the input optical signal approximates the repetition frequency of the optical pulse train. That is, as will be described later, when the frequency of the optical clock signal reproduced by the optical clock signal extraction device and the self-oscillation frequency of the passive mode-locked semiconductor laser device constituting the optical clock signal extraction device are in the above relationship, It is expressed that both frequencies are approximately equal.

入力部は、入力光信号を受動モード同期半導体レーザ装置に入力させる。一方、出力部は、入力光信号から受動モード同期半導体レーザ装置によって生成される光パルス列を光クロック信号として出力させる。   The input unit inputs an input optical signal to the passive mode-locked semiconductor laser device. On the other hand, the output unit outputs an optical pulse train generated by the passive mode-locking semiconductor laser device from the input optical signal as an optical clock signal.

入力部は、入力光信号を伝送する入力側光伝送路に光クロック信号抽出装置からの戻り光を入力させないための第1光アイソレータと、入力光信号を受動モード同期半導体レーザ装置に入力させるための第1結合光学系とを具えるのが好適である。   The input unit includes a first optical isolator for preventing the return light from the optical clock signal extraction device from being input to the input side optical transmission line for transmitting the input optical signal, and for inputting the input optical signal to the passive mode-locked semiconductor laser device. The first coupling optical system is preferably included.

出力部は、受動モード同期半導体レーザ装置に光クロック信号を伝送する出力側光伝送路からの戻り光を入力させないための第2光アイソレータと、光クロック信号を出力側光伝送路に入力させるための第2結合光学系とを具えるのが好適である。   The output unit is configured to prevent the return light from the output side optical transmission line that transmits the optical clock signal from being input to the passive mode-locked semiconductor laser device, and to input the optical clock signal to the output side optical transmission line. It is preferable that the second coupling optical system is provided.

また、この出力部は、光クロック信号を偏光方向が互いに直交する2成分に分離して出力する偏光分離器を具えるのが好適であり、更に、受動モード同期半導体レーザ装置によって抽出された光クロック信号をフィルタリングする波長フィルタを具えるのが好適である。   The output unit preferably includes a polarization separator that outputs the optical clock signal by separating the optical clock signal into two components whose polarization directions are orthogonal to each other, and further, the light extracted by the passive mode-locked semiconductor laser device. It is preferred to provide a wavelength filter for filtering the clock signal.

この発明の第2光クロック信号抽出装置は、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置と入出力部とを具えて構成される光クロック信号抽出装置である。ここで、この光パルス信号抽出装置に入力する入力光信号のビットレート周波数と、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置が生成する光パルス列の繰り返し周波数とを、近似的に等しくすることが特徴である。   A second optical clock signal extraction device of the present invention is an optical clock signal extraction device comprising the passive mode-locked semiconductor laser device of the present invention and an input / output unit. Here, the bit rate frequency of the input optical signal input to this optical pulse signal extraction device and the repetition frequency of the optical pulse train generated by the passive mode-locking semiconductor laser device of the present invention are characterized by being approximately equal. is there.

入出力部は、入力光信号を受動モード同期半導体レーザ装置に入力させ、かつ入力光信号から受動モード同期半導体レーザ装置によって生成される光パルス列を光クロック信号として出力させる。   The input / output unit inputs an input optical signal to the passive mode-locked semiconductor laser device and outputs an optical pulse train generated from the input optical signal by the passive mode-locked semiconductor laser device as an optical clock signal.

入出力部は、光サーキュレータと結合光学系とを具えることが好適である。この光サーキュレータは、入力光信号を入力するための第1ポートと、入力光信号を出力しかつ受動モード同期半導体レーザ装置によって抽出された光クロック信号を入力する第2ポートと、光クロック信号を出力する第3ポートを有する。また、結合光学系は、第2ポートから出力される入力光信号を受動モード同期半導体レーザ装置に出力し、かつ受動モード同期半導体レーザ装置によって抽出された光クロック信号を第2ポートに出力する。   The input / output unit preferably includes an optical circulator and a coupling optical system. The optical circulator includes a first port for inputting an input optical signal, a second port for outputting the input optical signal and inputting an optical clock signal extracted by a passive mode-locking semiconductor laser device, and an optical clock signal. Has a third port to output. The coupling optical system outputs the input optical signal output from the second port to the passive mode-locked semiconductor laser device, and outputs the optical clock signal extracted by the passive mode-locked semiconductor laser device to the second port.

また、入出力部は、この受動モード同期半導体レーザ装置から出力される光クロック信号を、偏光方向が互いに直交する2成分に分離して出力する偏光分離器を具えることが好適であり、更に光クロック信号をフィルタリングする波長フィルタを具えることが好適である。   The input / output unit preferably includes a polarization separator that separates and outputs the optical clock signal output from the passive mode-locked semiconductor laser device into two components whose polarization directions are orthogonal to each other. It is preferable to provide a wavelength filter for filtering the optical clock signal.

また、上述の第2の目的を達成するため、この発明の要旨によれば、以下の光クロック信号抽出方法が提供される。すなわちこの発明の光クロック信号抽出方法は、受動モード同期半導体レーザ装置を受動モード同期させることによって出力される光パルス列を、光クロック信号として抽出する。ここで、受動モード同期半導体レーザ装置を受動モード同期させるために、受動モード同期半導体レーザ装置が生成する光パルス列の繰り返し周波数が、入力光信号のビットレート周波数に近似的に等しいという条件を満たす当該入力光信号を、受動モード同期半導体レーザ装置に入力させることが特徴である。   In order to achieve the second object described above, according to the gist of the present invention, the following optical clock signal extraction method is provided. That is, the optical clock signal extraction method of the present invention extracts an optical pulse train output as a passive mode-locked semiconductor laser device in passive mode synchronization as an optical clock signal. Here, in order to perform passive mode synchronization of the passive mode-locked semiconductor laser device, the condition that the repetition frequency of the optical pulse train generated by the passive mode-locked semiconductor laser device is approximately equal to the bit rate frequency of the input optical signal is satisfied. It is characterized in that an input optical signal is input to a passive mode-locked semiconductor laser device.

この発明の外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置は、多電極半導体レーザ素子と偏光回転素子とを光共振器内に具え、この光共振器内を光が1周回するのに要する時間の自然数分の1の時間間隔の繰り返し周期の光パルス列が、この光共振器外に出力されるように共振器長が設定されている。光共振器を光が1周回するのに要する時間の自然数分の1の時間間隔の繰り返し周期の光パルス列をこの光共振器外に出力させるとは、次のように表現することができる。すなわち、詳細は後述するが、受動モード同期半導体レーザ装置を偶数次の高調波モード同期動作させることを意味する。   The external resonator type passively mode-locked semiconductor laser device of the present invention comprises a multi-electrode semiconductor laser element and a polarization rotation element in an optical resonator, and the time required for the light to make one round in the optical resonator. The resonator length is set so that an optical pulse train having a repetition period with a natural fraction of a time interval is output outside the optical resonator. Outputting an optical pulse train having a repetition period with a time interval of one-tenth of the natural number of times required for one round of light to travel through the optical resonator to the outside of the optical resonator can be expressed as follows. That is, although details will be described later, this means that the passive mode-locked semiconductor laser device is operated in even-order harmonic mode synchronization.

この発明の外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置を偶数次の高調波モード同期動作させることによって、外部入力光の偏光状態が変動しても、光パルス列として生成される光クロック信号の位相に変動が起こらない。すなわち、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を利用することによって、入力光信号の偏光方向に無依存で光クロック信号を、その位相を安定させて抽出することが可能となる。   Even if the polarization state of the external input light fluctuates, the phase of the optical clock signal generated as an optical pulse train is achieved by operating the even-order harmonic mode-locked operation of the external resonator type passively mode-locked semiconductor laser device of the present invention. There will be no fluctuations. That is, by using the passive mode-locked semiconductor laser device of the present invention, it becomes possible to extract the optical clock signal with its phase stabilized independently of the polarization direction of the input optical signal.

この発明の外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置を利用すれば、この受動モード同期半導体レーザ装置のモード同期動作によって、入力光信号から光クロック信号が生成されるので、電気回路を使わないで光クロック信号を抽出できる。モード同期半導体レーザ装置のモード同期動作は、電気回路の動作速度に比較してはるかに高速である。従って、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を利用すれば、電子デバイスの上限速度を超える高速光クロック信号の抽出が可能である。   If the external cavity type passively mode-locked semiconductor laser device of the present invention is used, an optical clock signal is generated from the input optical signal by the mode-locking operation of the passively mode-locked semiconductor laser device, so that no electric circuit is used. Can extract the optical clock signal. The mode-locking operation of the mode-locking semiconductor laser device is much faster than the operation speed of the electric circuit. Therefore, by using the passive mode-locked semiconductor laser device of the present invention, it is possible to extract a high-speed optical clock signal exceeding the upper limit speed of the electronic device.

多電極半導体レーザ素子は、反転分布が形成される利得領域と、光強度を変調する機能を有する可飽和吸収領域とが直列に配置されて構成されるが、この可飽和吸収領域の構成要素である活性層を、バルク半導体結晶層あるいは伸張歪が導入されている量子井戸を有する量子井戸構造で形成することによって、上述の、偶数次の高調波モード同期動作をより一層確実に実現することが可能となる。   A multi-electrode semiconductor laser element is configured by arranging a gain region in which an inversion distribution is formed and a saturable absorption region having a function of modulating light intensity in series, which are components of the saturable absorption region. By forming a certain active layer with a bulk semiconductor crystal layer or a quantum well structure having a quantum well into which an extensional strain is introduced, the above-described even-order harmonic mode-locking operation can be more reliably realized. It becomes possible.

また、この発明の第1光クロック信号抽出装置は、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置と、入力部及び出力部を具えて構成される。この入力部から入力される入力光信号のビットレートが、以下の条件を満足することによって、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を光クロック信号抽出動作させることが可能となる。すなわち、入力光信号のビットレート周波数を、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置が生成する光パルス列の繰り返し周波数に近似する周波数とすることである。   The first optical clock signal extraction device of the present invention comprises the passive mode-locked semiconductor laser device of the present invention, an input unit and an output unit. When the bit rate of the input optical signal input from the input unit satisfies the following conditions, the passive mode-locked semiconductor laser device of the present invention can be operated to extract the optical clock signal. That is, the bit rate frequency of the input optical signal is set to a frequency that approximates the repetition frequency of the optical pulse train generated by the passive mode-locked semiconductor laser device of the present invention.

入力部を、第1光アイソレータを具えて構成することによって、入力側光伝送路に光クロック信号抽出装置からの戻り光を入力させないようにすることが可能となる。入力側光伝送路に光クロック信号抽出装置からの戻り光が入力されると、入力側光伝送路に入力光信号が逆進し、この入力光信号を出力した装置に戻される。このことによって、この入力光信号を出力した装置に誤作動が発生する等の問題が生じる可能性がある。すなわち、入力部に第1光アイソレータを具えることによって、このような不都合が生じることを防ぐことができる。   By configuring the input unit with the first optical isolator, it becomes possible to prevent the return light from the optical clock signal extraction device from being input to the input side optical transmission line. When the return light from the optical clock signal extraction device is input to the input side optical transmission path, the input optical signal travels backward to the input side optical transmission path and is returned to the device that output this input optical signal. As a result, there is a possibility that problems such as malfunctions occur in a device that outputs this input optical signal. That is, by providing the input unit with the first optical isolator, it is possible to prevent such an inconvenience from occurring.

入力光信号は、一般に光ファイバ等の光伝送路を伝播して、光クロック信号抽出装置に入力される。また、光クロック信号を抽出する、利得領域と可飽和吸収領域とが直列に配置されて構成される多電極半導体レーザ素子は、導波路型の素子として形成される。従って、光伝送路を伝播してきた入力光信号を、多電極半導体レーザ素子の光導波路に入力するための第1結合光学系を設けることによって、光伝送路を伝播してきた入力光信号を効率よく多電極半導体レーザ素子の光導波路に入力することが可能となる。すなわち、入力部にはこの第1結合光学系が設置されていることが望ましい。   In general, an input optical signal propagates through an optical transmission line such as an optical fiber and is input to an optical clock signal extraction device. In addition, a multi-electrode semiconductor laser element configured by arranging a gain region and a saturable absorption region in series to extract an optical clock signal is formed as a waveguide type device. Therefore, by providing the first coupling optical system for inputting the input optical signal that has propagated through the optical transmission line into the optical waveguide of the multi-electrode semiconductor laser element, the input optical signal that has propagated through the optical transmission line can be efficiently obtained. It becomes possible to input to the optical waveguide of the multi-electrode semiconductor laser element. That is, it is desirable that the first coupling optical system is installed in the input unit.

一方、出力部に第2光アイソレータを具えることによって、光クロック信号を伝送する出力側光伝送路からの戻り光が受動モード同期半導体レーザ装置に入力することを防ぐことができる。出力側光伝送路からの戻り光が受動モード同期半導体レーザ装置に入力すると、受動モード同期半導体レーザ装置の利得に変動が生じ、受動モード同期動作が不安定となる。これによって、光クロック信号が安定して抽出できない事態を招来する可能性がある。   On the other hand, by providing the output unit with the second optical isolator, it is possible to prevent the return light from the output side optical transmission line that transmits the optical clock signal from being input to the passive mode-locked semiconductor laser device. When the return light from the output-side optical transmission line is input to the passive mode-locked semiconductor laser device, the gain of the passive mode-locked semiconductor laser device varies and the passive mode-locking operation becomes unstable. This may lead to a situation where the optical clock signal cannot be extracted stably.

また、入力部と同様に、出力部にも、光クロック信号を出力側光伝送路に入力させるための第2結合光学系が設置されていることが望ましい。第2結合光学系が設置されることによって、抽出された光クロック信号を効率よく出力側光伝送路に入力することが可能となる。   Similarly to the input unit, it is desirable that a second coupling optical system for inputting an optical clock signal to the output side optical transmission path is also installed in the output unit. By installing the second coupling optical system, the extracted optical clock signal can be efficiently input to the output side optical transmission line.

更に、出力部に、光クロック信号を偏光方向が互いに直交する2成分に分離して出力する偏光分離器を具えることによって、光クロック信号の偏光方向を選択して利用することが可能となる。光クロック信号を利用する場合、その光クロック信号を処理する装置に偏光方向依存性がある場合には、光クロック信号の偏光方向をこの装置に都合の良いように選択できる利点がある。   Furthermore, by providing the output unit with a polarization separator that separates and outputs the optical clock signal into two components whose polarization directions are orthogonal to each other, the polarization direction of the optical clock signal can be selected and used. . When an optical clock signal is used, if the device that processes the optical clock signal is dependent on the polarization direction, there is an advantage that the polarization direction of the optical clock signal can be selected conveniently for this device.

また、出力部に受動モード同期半導体レーザ装置によって抽出された光クロック信号をフィルタリングする波長フィルタを具えることによって、入力光信号の波長成分を除去し、光クロック信号の波長成分のみを出力させることができる。これによって、受動モード同期半導体レーザ装置に入力される入力光信号成分を、出力される光クロック信号から除去することができ、雑音成分が小さい光クロック信号として抽出して利用することが可能となる。   Also, by providing the output unit with a wavelength filter that filters the optical clock signal extracted by the passive mode-locked semiconductor laser device, the wavelength component of the input optical signal is removed and only the wavelength component of the optical clock signal is output. Can do. As a result, the input optical signal component input to the passive mode-locked semiconductor laser device can be removed from the output optical clock signal, and can be extracted and used as an optical clock signal with a small noise component. .

この発明の第2光クロック信号抽出装置は、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置と入出力部とを具えて構成される。第1光クロック信号抽出装置との相違点は、入力光信号の入力側と光クロック信号の出力側とを、別々に設けるか、両者を一方の側にまとめて設けるかという点である。その他の点については、第1光クロック信号抽出装置と第2光クロック信号抽出装置とは同一の構成である。   The second optical clock signal extraction device of the present invention comprises the passive mode-locked semiconductor laser device of the present invention and an input / output unit. The difference from the first optical clock signal extraction device is that the input side of the input optical signal and the output side of the optical clock signal are provided separately or are provided together on one side. In other respects, the first optical clock signal extraction device and the second optical clock signal extraction device have the same configuration.

第1光クロック信号抽出装置では、入力部と出力部とは、受動モード同期半導体レーザ装置を挟んで両側に設けられる。一方、第2光クロック信号抽出装置は、入力光信号の入力側と光クロック信号の出力側とを受動モード同期半導体レーザ装置の一方の側にまとめて設けられる。   In the first optical clock signal extraction device, the input unit and the output unit are provided on both sides of the passive mode-locked semiconductor laser device. On the other hand, in the second optical clock signal extraction device, the input side of the input optical signal and the output side of the optical clock signal are provided together on one side of the passive mode-locked semiconductor laser device.

入力光信号の入力側と光クロック信号の出力側とを受動モード同期半導体レーザ装置の一方の側にまとめて設けることによって、受動モード同期半導体レーザ装置の他端からは、一切光を出力させる必要がない。このため、入力光信号の強度が同一であれば、入力光信号の入力側と光クロック信号の出力側とを別々に設ける場合と比較して、受動モード同期動作を実現するには有利となる。この理由は、以下のとおりである。   By providing the input side of the input optical signal and the output side of the optical clock signal together on one side of the passive mode-locked semiconductor laser device, light must be output from the other end of the passive mode-locked semiconductor laser device. There is no. For this reason, if the intensity of the input optical signal is the same, it is advantageous to realize the passive mode synchronization operation as compared with the case where the input side of the input optical signal and the output side of the optical clock signal are provided separately. . The reason for this is as follows.

入力光信号の入力側と光クロック信号の出力側とを別々に設けた場合には、入力光信号の一部は、入力側と反対の側から一部出力されるために、それだけ受動モード同期半導体レーザ装置を構成する多電極半導体レーザ素子の活性領域内の入力光信号強度が小さくなる。これに対して、入力光信号の入力側と光クロック信号の出力側とを受動モード同期半導体レーザの一方の側にまとめて設けた場合には、この他方の側において、入力光信号が全て反射されるため、受動モード同期半導体レーザ装置を構成する多電極半導体レーザ素子の活性層内における入力光信号強度が保持される。したがって、入力光信号を入力側と反対の側から一部出力されることによる損失がなく、受動モード同期動作のために有効に利用できることになるからである。   When the input side of the input optical signal and the output side of the optical clock signal are provided separately, a part of the input optical signal is output from the side opposite to the input side. The input optical signal intensity in the active region of the multi-electrode semiconductor laser element constituting the semiconductor laser device is reduced. On the other hand, when the input side of the input optical signal and the output side of the optical clock signal are provided together on one side of the passive mode-locked semiconductor laser, all of the input optical signal is reflected on the other side. Therefore, the input optical signal intensity in the active layer of the multi-electrode semiconductor laser device constituting the passive mode-locked semiconductor laser device is maintained. Therefore, there is no loss due to partial output of the input optical signal from the side opposite to the input side, and the input optical signal can be effectively used for the passive mode synchronization operation.

ただし、光クロック信号抽出装置として光通信システムに組み込むにあたっては、実装上、入力光信号の入力側と光クロック信号の出力側とを別々に設けることが好都合である場合もある。また、入力光信号の強度が十分の大きさ確保できる場合もある。従って、第1及び第2光クロック信号抽出装置のいずれを採用するかについては、利用の形態に応じて適宜選択すればよい。   However, when the optical clock signal extraction device is incorporated into an optical communication system, it may be advantageous to provide an input optical signal input side and an optical clock signal output side separately for mounting. In some cases, the intensity of the input optical signal can be secured sufficiently. Accordingly, which one of the first and second optical clock signal extraction devices is to be used may be appropriately selected according to the form of use.

第2光クロック信号抽出装置の入出力部は、光サーキュレータを利用すれば構成できる。また、第2光クロック信号抽出装置の入出力部にも、第1光クロック信号抽出装置の入力部あるいは出力部と同様に、結合光学系、偏光分離器及び波長フィルタを具えることによって、上述の第1光クロック信号抽出装置と同様の効果が得られる。   The input / output unit of the second optical clock signal extraction device can be configured by using an optical circulator. In addition, the input / output unit of the second optical clock signal extraction device also includes a coupling optical system, a polarization separator, and a wavelength filter, similar to the input unit or output unit of the first optical clock signal extraction device, so that The same effects as those of the first optical clock signal extraction device can be obtained.

以上説明したように、この発明の光クロック信号抽出方法によれば、受動モード同期半導体レーザ装置が生成する光パルス列の繰り返し周波数に、入力光信号のビットレート周波数が近似するという条件を満たすことによって、光クロック信号を抽出することが可能である。   As described above, according to the optical clock signal extraction method of the present invention, by satisfying the condition that the bit rate frequency of the input optical signal approximates the repetition frequency of the optical pulse train generated by the passive mode-locked semiconductor laser device. It is possible to extract an optical clock signal.

以下、図を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は、この発明に係る一構成例を図示するものであり、この発明が理解できる程度に各構成要素の配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の材料および条件等を用いることがあるが、これら材料および条件は好適例の一つに過ぎず、したがって、何らこれらに限定されない。また、各図において同様の構成要素については、その重複する説明を省略することもある。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Each figure shows one configuration example according to the present invention, and only schematically shows the arrangement relationship of each component to the extent that the present invention can be understood. It is not limited to. In the following description, specific materials and conditions may be used. However, these materials and conditions are only one of preferred examples, and are not limited to these. In addition, overlapping description of the same components in each drawing may be omitted.

<受動モード同期半導体レーザ装置>
図1を参照して、この発明の外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置200の構成について説明する。図1は、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置200の概略的構成図である。以後、受動モード同期半導体レーザを、簡単にMLLD(Mode-Locked Laser Diode)と略記することもある。また、外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置についても、単に、モード同期半導体レーザと略記することもある。
<Passive mode-locked semiconductor laser device>
A configuration of an external resonator type passive mode-locked semiconductor laser device 200 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a passive mode-locked semiconductor laser device 200 of the present invention. Hereinafter, the passive mode-locked semiconductor laser may be simply abbreviated as MLLD (Mode-Locked Laser Diode). An external resonator type passively mode-locked semiconductor laser device may also be simply abbreviated as a mode-locked semiconductor laser.

図1はMLLD装置200の、光導波路(可飽和吸収領域10の光導波路14及び利得領域20の光導波路24)の方向に対して垂直側面方向から見た概略的構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the MLLD device 200 as viewed from the direction of the side surface perpendicular to the direction of the optical waveguide (the optical waveguide 14 in the saturable absorption region 10 and the optical waveguide 24 in the gain region 20).

この発明の外部共振器型のMLLD装置200は、多電極半導体レーザ素子70と偏光回転素子32とを光共振器内に具え、この光共振器を光が1周回するのに要する時間の自然数分の1の時間間隔の繰り返し周期の光パルス列が、この光共振器外に出力されるように、この光共振器の共振器長及び利得領域の光学利得の大きさが設定されている。この光共振器は、多電極半導体レーザ素子70の外部入力光を入力する側の端面28と、半透鏡34とで構成される。すなわち、この光共振器の共振器長は、端面28と半透鏡34との間隔Lである。   The external resonator type MLLD device 200 of the present invention includes a multielectrode semiconductor laser element 70 and a polarization rotation element 32 in an optical resonator, and is a natural number of times required for light to make one round of the optical resonator. The resonator length of the optical resonator and the magnitude of the optical gain in the gain region are set so that the optical pulse train having a repetition period of 1 time interval is output to the outside of the optical resonator. This optical resonator is composed of an end face 28 on the side where external input light of the multi-electrode semiconductor laser element 70 is input, and a half mirror 34. That is, the resonator length of this optical resonator is the distance L between the end face 28 and the semi-transparent mirror 34.

MLLD装置200が外部共振器型である理由は、光共振器を構成する一端が、多電極半導体レーザ素子70の端面以外であること、すなわち半透鏡34であることに由来する。ちなみに、内部共振器型の多電極半導体レーザ素子とは、光共振器を構成する両端が、共に多電極半導体レーザ素子の端面である場合を言う。図1に示す多電極半導体レーザ素子70において、両端面とは、端面28と端面30とをいう。   The reason why the MLLD device 200 is of the external resonator type is that one end constituting the optical resonator is other than the end face of the multi-electrode semiconductor laser element 70, that is, the half mirror 34. Incidentally, the internal resonator type multi-electrode semiconductor laser element means a case where both ends constituting the optical resonator are both end faces of the multi-electrode semiconductor laser element. In the multi-electrode semiconductor laser device 70 shown in FIG. 1, the end surfaces refer to the end surface 28 and the end surface 30.

多電極半導体レーザ素子70の端面30は、外部共振器の内部にある界面であるので、この界面で反射が起こることを防ぐ必要がある。そのため、端面30は無反射コーティング処理がなされる。一方、光共振器を構成する一端としての端面28は劈開面のままでもよいが、端面保護膜を形成しておくのが好ましい。   Since the end face 30 of the multielectrode semiconductor laser element 70 is an interface inside the external resonator, it is necessary to prevent reflection from occurring at this interface. Therefore, the end face 30 is subjected to a non-reflective coating process. On the other hand, the end face 28 as one end constituting the optical resonator may remain a cleaved face, but it is preferable to form an end face protective film.

外部共振器型のモード同期半導体レーザは、光共振器の一端を構成する半透鏡34の位置をずらすことによって、その共振器長を容易に変えることができる。それに対して、内部共振器型の多電極半導体レーザ素子は、光共振器を構成する両端が共に多電極半導体レーザ素子の端面であるために、幾何学的にこの間隔を変えることはできない。内部共振器型の多電極半導体レーザ素子の共振器長の調整は、多電極半導体レーザ素子が具える光導波路の一部に光路長調整部を設け、この光路長調整部の光導波路の実効屈折率を電流注入等の方法によって変化させることによって、実効的に共振器長を変化させることで実現される。いずれにしても、外部共振器型のモード同期半導体レーザのように、半透鏡の位置を調整するといった単純な方法では、内部共振器型の多電極半導体レーザ素子の共振器長を調整することはできない。   The external resonator type mode-locked semiconductor laser can easily change its resonator length by shifting the position of the semi-transparent mirror 34 constituting one end of the optical resonator. On the other hand, in the multi-electrode semiconductor laser element of the internal resonator type, since both ends constituting the optical resonator are both end faces of the multi-electrode semiconductor laser element, this interval cannot be geometrically changed. The adjustment of the resonator length of the internal resonator type multi-electrode semiconductor laser device is performed by providing an optical path length adjusting portion in a part of the optical waveguide provided in the multi-electrode semiconductor laser device, and the effective refraction of the optical waveguide of this optical path length adjusting portion. This is realized by changing the resonator length effectively by changing the rate by a method such as current injection. In any case, with a simple method of adjusting the position of the semi-transparent mirror, such as an external resonator type mode-locked semiconductor laser, it is possible to adjust the resonator length of the internal resonator type multi-electrode semiconductor laser device. Can not.

多電極半導体レーザ素子70は、反転分布が形成される利得領域20と、光強度を変調する機能を有する可飽和吸収領域10とを含み、利得領域20と可飽和吸収領域10とが、直列に配置された多電極半導体レーザ素子である。利得領域20と可飽和吸収領域10とは、図1に示すように、モノリシックに形成されている。利得領域20には、n側共通電極26と利得領域のp側電極22とを介して定電流源36によって電流注入がなされる。可飽和吸収領域10には、n側共通電極26と可飽和吸収領域10のp側電極12とを介して定電圧源38によって逆バイアス電圧が印加される。   The multi-electrode semiconductor laser device 70 includes a gain region 20 in which an inversion distribution is formed and a saturable absorption region 10 having a function of modulating light intensity, and the gain region 20 and the saturable absorption region 10 are connected in series. This is a multi-electrode semiconductor laser device arranged. The gain region 20 and the saturable absorption region 10 are monolithically formed as shown in FIG. A current is injected into the gain region 20 by the constant current source 36 via the n-side common electrode 26 and the p-side electrode 22 in the gain region. A reverse bias voltage is applied to the saturable absorption region 10 by the constant voltage source 38 via the n-side common electrode 26 and the p-side electrode 12 of the saturable absorption region 10.

利得領域20に内在する光導波路24(以後、「利得領域20の光導波路24」ということもある。)及び可飽和吸収領域10に内在する光導波路14(以後、「可飽和吸収領域10の光導波路14」ということもある。)は、共通の第1クラッド層18と第2クラッド層16とに挟まれて構成されている。ここでは、第1クラッド層18をn型クラッド層とし、第2クラッド層16をp型クラッド層としてある。光導波路14及び光導波路24を構成する結晶材料は、多電極半導体レーザ素子70に入力される外部入力光の波長によって決定される。例えば、この外部入力光の波長が1.5 μm帯であれば、InP系半導体バルク結晶材料あるいはInP系半導体結晶材料による量子井戸構造が使われる。   An optical waveguide 24 (hereinafter sometimes referred to as “optical waveguide 24 in the gain region 20”) existing in the gain region 20 and an optical waveguide 14 (hereinafter referred to as “optical waveguide in the saturable absorption region 10”). The waveguide 14 ”is sometimes sandwiched between the common first cladding layer 18 and the second cladding layer 16. Here, the first cladding layer 18 is an n-type cladding layer, and the second cladding layer 16 is a p-type cladding layer. The crystal materials constituting the optical waveguide 14 and the optical waveguide 24 are determined by the wavelength of the external input light input to the multi-electrode semiconductor laser element 70. For example, if the wavelength of this external input light is in the 1.5 μm band, a quantum well structure made of InP semiconductor bulk crystal material or InP semiconductor crystal material is used.

光導波路14及び光導波路24の導波方向に対して垂直な方向の断面形状(図示を省略してある。)は、p-n接合方向に平行な方向の幅がwで、p-n接合方向に垂直な方向の厚さがdの矩形光導波路である。ここで、一般に、w>dである。   The cross-sectional shape (not shown) in the direction perpendicular to the waveguide direction of the optical waveguide 14 and the optical waveguide 24 is w in the direction parallel to the pn junction direction and perpendicular to the pn junction direction. It is a rectangular optical waveguide having a thickness in the direction d. Here, in general, w> d.

外部入力光の偏光の状態について次のように定義する。すなわち、光導波路14及び光導波路24を導波する光の偏光面(光の電場ベクトルが含まれる振動面)の方向が、これらの光導波路の幅方向に平行な方向である場合をTE(Transverse Electric Wave)偏光、厚み方向に平行な方向である場合をTM(Transverse Magnetic Wave)偏光とする。以後、TE偏光で伝播する伝播モードをTEモードといい、TM偏光で伝播する伝播モードをTMモードということもある。また、偏光方向とは、光の電場ベクトルの振動方向を意味する。   The state of polarization of external input light is defined as follows. That is, when the direction of the polarization plane of the light guided through the optical waveguide 14 and the optical waveguide 24 (vibration plane including the electric field vector of the light) is parallel to the width direction of these optical waveguides, TE (Transverse Electric wave) polarized light, and TM (Transverse Magnetic Wave) polarized light when the direction is parallel to the thickness direction. Hereinafter, the propagation mode propagating with TE polarization is referred to as TE mode, and the propagation mode propagating with TM polarization is sometimes referred to as TM mode. The polarization direction means the vibration direction of the electric field vector of light.

ここで、利得領域20の光導波路24を、バルク結晶あるいは伸張歪が導入された量子井戸構造で形成することによって、後述するように、光クロック信号抽出動作が良好に実現される。   Here, by forming the optical waveguide 24 in the gain region 20 with a quantum well structure into which a bulk crystal or an extension strain is introduced, an optical clock signal extraction operation can be satisfactorily realized as will be described later.

偏光回転素子32は、直線偏光がこの偏光回転素子を一往復したときにその偏光面を90°回転させる機能を有しており、1/4波長板あるいはファラデー回転子を利用することが可能である。   The polarization rotator 32 has a function of rotating the plane of polarization by 90 ° when linearly polarized light makes a round trip through the polarization rotator, and a quarter wave plate or a Faraday rotator can be used. is there.

図1に示す受動モード同期半導体レーザ装置200は、光共振器をファブリ・ペロ型の共振器構造としてあるが、リング型の光共振器として構成しても良く、この発明では、受動モード同期半導体レーザ装置の光共振器を、リング型として構成することを排除するものではない。リング型の光共振器構造を採用する場合にも、リング型光共振器内に多電極半導体レーザ素子70と偏光回転素子32とを具えれば、リング型の光共振器として構成した場合と同様の効果が得られる。   The passive mode-locked semiconductor laser device 200 shown in FIG. 1 has an optical resonator as a Fabry-Perot type resonator structure, but may be configured as a ring-type optical resonator. It is not excluded to configure the optical resonator of the laser device as a ring type. Even when a ring-type optical resonator structure is adopted, if the multi-electrode semiconductor laser element 70 and the polarization rotation element 32 are provided in the ring-type optical resonator, the configuration is the same as that of a ring-type optical resonator. The effect is obtained.

<第1光クロック信号抽出装置>
図2を参照して、この発明の第1光クロック信号抽出装置の構成について説明する。図2は、第1光クロック信号抽出装置の概略的構成図である。第1光クロック信号抽出装置は、この発明のMLLD装置200と、入力部80及び出力部90を具えて構成される光パルス信号抽出装置である。入力部80は、入力光信号79をMLLD装置200に入力させる。一方、出力部90は、入力光信号から受動モード同期半導体レーザ装置によって生成される光パルス列を光クロック信号87として出力させる。
<First optical clock signal extraction device>
With reference to FIG. 2, the configuration of the first optical clock signal extraction device of the present invention will be described. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the first optical clock signal extraction device. The first optical clock signal extraction device is an optical pulse signal extraction device including the MLLD device 200 of the present invention, an input unit 80, and an output unit 90. The input unit 80 causes the input optical signal 79 to be input to the MLLD device 200. On the other hand, the output unit 90 outputs an optical pulse train generated by the passive mode-locked semiconductor laser device from the input optical signal as the optical clock signal 87.

入力部は、入力光信号を伝送する入力側光伝送路に光クロック信号抽出装置からの戻り光を入力させないための第1光アイソレータ82と、入力光信号79をMLLD装置200に入力させるための第1結合光学系84とを具えている。   The input unit includes a first optical isolator 82 for preventing the return light from the optical clock signal extraction device from being input to an input side optical transmission line that transmits the input optical signal, and an input optical signal 79 for inputting the MLLD device 200. A first coupling optical system 84.

入力側光伝送路(図示を省略)を伝播してきた入力光信号79は、第1光アイソレータ82及び第1結合光学系84を介してMLLD装置200に入力される。第1光アイソレータ82は、入力側光伝送路からMLLD装置200に向かう方向には光を透過するが、これと逆方向であるMLLD装置200から入力側光伝送路に向かう方向に進む光を遮断する性質がある。従って、第1光アイソレータ82は、MLLD装置200に入力された入力光信号79の一部が、多電極半導体レーザ素子70の外部入力光を入力する側の端面28等で反射されて、再び入力側光伝送路に戻されることを防ぐ役割を果たす。   The input optical signal 79 that has propagated through the input side optical transmission line (not shown) is input to the MLLD device 200 via the first optical isolator 82 and the first coupling optical system 84. The first optical isolator 82 transmits light in the direction from the input side optical transmission line to the MLLD device 200, but blocks light traveling in the direction from the MLLD device 200 in the opposite direction to the input side optical transmission line. There is a nature to do. Accordingly, in the first optical isolator 82, a part of the input optical signal 79 input to the MLLD device 200 is reflected by the end face 28 on the side where the external input light of the multi-electrode semiconductor laser element 70 is input, and is input again. It plays the role which prevents returning to the side optical transmission line.

第1結合光学系84は、第1光アイソレータ82から出力される入力光信号79を、可飽和吸収領域10の光導波路14に入力させるために、光導波路14の入射端(光導波路14の端面28とが交差する位置)に入力光信号79を集光させる役割を果たす。   The first coupling optical system 84 is configured to input the input optical signal 79 output from the first optical isolator 82 to the optical waveguide 14 in the saturable absorption region 10, and the incident end of the optical waveguide 14 (end surface of the optical waveguide 14). It plays a role of converging the input optical signal 79 at a position where it intersects 28).

入力部80は、図2に示す例に限られることなく、第1光アイソレータ82及び第1結合光学系84が果たす役割と同一の役割を果たす光学系として適宜構成することができる。   The input unit 80 is not limited to the example shown in FIG. 2, and can be appropriately configured as an optical system that plays the same role as the roles played by the first optical isolator 82 and the first coupling optical system 84.

出力部90は、MLLD装置200に光クロック信号を伝送する出力側光伝送路からの戻り光を入力させないための第2光アイソレータ92と、光クロック信号87を出力側光伝送路に入力させるための第2結合光学系96b及び96cとを具えている。また、この出力部90は、光クロック信号87を偏光方向が互いに直交する2成分に分離して出力する偏光分離器42と、MLLD装置200によって抽出された光クロック信号87をフィルタリングする波長フィルタ94b及び94cとを具えている。   The output unit 90 has a second optical isolator 92 for preventing the return light from the output-side optical transmission line that transmits the optical clock signal to the MLLD device 200 and the optical clock signal 87 to be input to the output-side optical transmission line. Second coupling optical systems 96b and 96c. The output unit 90 also splits the optical clock signal 87 into two components whose polarization directions are orthogonal to each other, and outputs a polarization separator 42, and a wavelength filter 94b that filters the optical clock signal 87 extracted by the MLLD device 200. And with 94c.

MLLD装置200から出力される光クロック信号87は、出力部90が具える第2光アイソレータ92を介して偏光分離器42によって互いに偏光面が直交する2つの光クロック信号91b及び91cに分離される。すなわち、第2光アイソレータ92を透過した光クロック信号87は、偏光分離器42の入力ポートaから入力されて、偏光分離されて出力ポートb及びcからそれぞれ光クロック信号91b及び91cが出力される。   The optical clock signal 87 output from the MLLD device 200 is separated into two optical clock signals 91b and 91c whose polarization planes are orthogonal to each other by the polarization separator 42 via the second optical isolator 92 provided in the output unit 90. . That is, the optical clock signal 87 that has passed through the second optical isolator 92 is input from the input port a of the polarization separator 42, is polarized and separated, and the optical clock signals 91b and 91c are output from the output ports b and c, respectively. .

光クロック信号91bと光クロック信号91cとは、互いにその偏光方向が直交している。そして、例えば、光クロック信号91bがTE偏光で、光クロック信号91cがTM偏光となるように偏光分離器42を設定することは、偏光分離器42の反射面に対する光クロック信号87の入射面の面方向を調整することによって容易に行える。   The polarization directions of the optical clock signal 91b and the optical clock signal 91c are orthogonal to each other. For example, setting the polarization separator 42 so that the optical clock signal 91b is TE-polarized and the optical clock signal 91c is TM-polarized is that the incident surface of the optical clock signal 87 on the reflective surface of the polarization separator 42 This can be done easily by adjusting the surface direction.

出力ポートbから出力される光クロック信号91bは、波長フィルタ94bを透過することによって入力光信号の波長成分が除去され、第2結合光学系96bによって集光されて、光クロック信号91b'として出力側光伝送路(図示を省略)の入力端に入力される。一方、出力ポートcから出力される光クロック信号91cは、波長フィルタ94cを透過することによって入力光信号の波長成分が除去され、第2結合光学系96cによって集光されて、光クロック信号91c'として出力側光伝送路(図示を省略)の入力端に入力される。   The optical clock signal 91b output from the output port b is transmitted through the wavelength filter 94b to remove the wavelength component of the input optical signal, and is collected by the second coupling optical system 96b and output as the optical clock signal 91b ′. It is input to the input end of the side optical transmission line (not shown). On the other hand, the optical clock signal 91c output from the output port c is transmitted through the wavelength filter 94c to remove the wavelength component of the input optical signal, and is collected by the second coupling optical system 96c, and the optical clock signal 91c ′ Is input to the input end of the output side optical transmission line (not shown).

出力部90は、図2に示す例に限られることなく、波長フィルタ94b及び94cと第2結合光学系96b及び96cとの配列順序を逆にすることも可能である。また、波長フィルタは2つ使うことなく一つで済ませることも可能である。この場合には、波長フィルタを、第2光アイソレータ92と偏光分離器42の入力ポートaとの間に挿入すればよい。また、波長フィルタ94b及び94cを、それぞれ偏光分離器42の出力ポートb及びcに密着させて設置しても良い。   The output unit 90 is not limited to the example shown in FIG. 2, and the arrangement order of the wavelength filters 94b and 94c and the second coupling optical systems 96b and 96c can be reversed. It is also possible to use one wavelength filter instead of two. In this case, a wavelength filter may be inserted between the second optical isolator 92 and the input port a of the polarization separator. Further, the wavelength filters 94b and 94c may be installed in close contact with the output ports b and c of the polarization separator 42, respectively.

<第2光クロック信号抽出装置>
図3を参照して、この発明の第2光クロック信号抽出装置の構成について説明する。図3は、第2光クロック信号抽出装置の概略的構成図である。第2光クロック信号抽出装置は、この発明のMLLD装置200と入出力部100とを具えて構成される光クロック信号抽出装置である。入出力部100は、詳細は後述するが、入力光信号79をMLLD装置200に入力させ、かつ入力光信号79からMLLD装置200によって生成される光パルス列を光クロック信号57として出力させる。
<Second optical clock signal extraction device>
With reference to FIG. 3, the configuration of the second optical clock signal extraction device of the present invention will be described. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the second optical clock signal extraction device. The second optical clock signal extraction device is an optical clock signal extraction device including the MLLD device 200 and the input / output unit 100 of the present invention. Although described in detail later, the input / output unit 100 inputs the input optical signal 79 to the MLLD device 200 and outputs an optical pulse train generated by the MLLD device 200 from the input optical signal 79 as the optical clock signal 57.

第2光クロック信号抽出装置においては、入出力部100の反対側には、一切光を出力する必要がないので、第1光クロック信号抽出装置において光共振器の一端を構成するために設けられた半透鏡34に替えて、反射鏡54を設ける。   In the second optical clock signal extraction device, there is no need to output light at all on the opposite side of the input / output unit 100, so that the first optical clock signal extraction device is provided to constitute one end of the optical resonator. Instead of the semi-transparent mirror 34, a reflecting mirror 54 is provided.

入出力部100は、光サーキュレータ40と結合光学系110とを具えている。この光サーキュレータ40は、入力光信号79を入力するための第1ポートaと、入力光信号79を出力しかつMLLD装置200によって抽出された光クロック信号57を入力する第2ポートbと、光クロック信号111を出力する第3ポートcを有する。また、結合光学系110は、第2ポートbから出力される入力光信号109を、結合光学系110を介して入力光信号55としてMLLD装置200に入力し、かつMLLD装置200によって抽出された光クロック信号57を第2ポートbに入力する。   The input / output unit 100 includes an optical circulator 40 and a coupling optical system 110. The optical circulator 40 includes a first port a for inputting the input optical signal 79, a second port b for outputting the input optical signal 79 and inputting the optical clock signal 57 extracted by the MLLD device 200, A third port c for outputting the clock signal 111 is provided. Further, the coupling optical system 110 inputs the input optical signal 109 output from the second port b into the MLLD device 200 as the input optical signal 55 via the coupling optical system 110, and the light extracted by the MLLD device 200. The clock signal 57 is input to the second port b.

また、入出力部100は、MLLD装置200から出力され、光サーキュレータ40を介して第3ポートから出力される光クロック信号111を、偏光方向が互いに直交する2成分に分離して出力する偏光分離器42を具えている。   Also, the input / output unit 100 separates the optical clock signal 111 output from the MLLD device 200 and output from the third port via the optical circulator 40 into two components whose polarization directions are orthogonal to each other, and outputs the polarization component. The container 42 is provided.

入力側光伝送路(図示を省略)を伝播してきた入力光信号79は、光サーキュレータ40の第1ポートaから入力されて、入力光信号109として第2ポートbから出力される。結合光学系110は、入力光信号109を、可飽和吸収領域10の光導波路14に入力させるために、光導波路14の入出射端(光導波路14の端面28とが交差する位置)に入力光信号109を集光させる役割を果たす。   An input optical signal 79 that has propagated through an input side optical transmission path (not shown) is input from the first port a of the optical circulator 40 and output from the second port b as the input optical signal 109. The coupling optical system 110 receives the input light signal 109 at the input / output end of the optical waveguide 14 (the position where the end face 28 of the optical waveguide 14 intersects) in order to input the input optical signal 109 to the optical waveguide 14 in the saturable absorption region 10. It serves to collect the signal 109.

MLLD装置200の光導波路14の入出射端から出力される光クロック信号57は、結合光学系110を介して、光サーキュレータ40の第2ポートbに入力されて、第3ポートcから光クロック信号111として出力されて、偏光分離器42の入力ポートaに入力される。偏光分離器42の入力ポートaから入力された光クロック信号111は、偏光分離器42によって互いに偏光面が直交する2つの光クロック信号113b及び113cに分離される。すなわち、光クロック信号111は、偏光分離器42の入力ポートaから入力されて、偏光分離されて出力ポートb及びcからそれぞれ光クロック信号113b及び113cとして出力される。   The optical clock signal 57 output from the input / output end of the optical waveguide 14 of the MLLD device 200 is input to the second port b of the optical circulator 40 via the coupling optical system 110 and is output from the third port c. 111 is input to the input port a of the polarization separator 42. The optical clock signal 111 input from the input port a of the polarization separator 42 is separated by the polarization separator 42 into two optical clock signals 113b and 113c whose polarization planes are orthogonal to each other. That is, the optical clock signal 111 is input from the input port a of the polarization separator 42, subjected to polarization separation, and output as optical clock signals 113b and 113c from the output ports b and c, respectively.

出力ポートbから出力される光クロック信号113bは、波長フィルタ94bを透過することによって入力光信号の波長成分が除去され、第2結合光学系96bによって集光されて、光クロック信号113b'として出力側光伝送路(図示を省略)の入力端に入力される。一方、出力ポートcから出力される光クロック信号113cは、波長フィルタ94cを透過することによって入力光信号の波長成分が除去され、第2結合光学系96cによって集光されて、光クロック信号113c'として出力側光伝送路(図示を省略)の入力端に入力される。光クロック信号113bと光クロック信号113cとは、互いにその偏光方向が直交している。そして、例えば、光クロック信号113bがTE偏光で、光クロック信号113cがTM偏光となるように偏光分離器42を設定することは、偏光分離器42の反射面に対する光クロック信号111の入射面の面方向を調整することによって容易に行える。   The optical clock signal 113b output from the output port b is transmitted through the wavelength filter 94b to remove the wavelength component of the input optical signal, and is collected by the second coupling optical system 96b and output as the optical clock signal 113b ′. It is input to the input end of the side optical transmission line (not shown). On the other hand, the optical clock signal 113c output from the output port c is transmitted through the wavelength filter 94c to remove the wavelength component of the input optical signal, and is collected by the second coupling optical system 96c to be optical clock signal 113c ′. Is input to the input end of the output side optical transmission line (not shown). The polarization directions of the optical clock signal 113b and the optical clock signal 113c are orthogonal to each other. For example, setting the polarization separator 42 so that the optical clock signal 113b is TE-polarized and the optical clock signal 113c is TM-polarized is that the incident surface of the optical clock signal 111 with respect to the reflective surface of the polarization separator 42 This can be done easily by adjusting the surface direction.

偏光分離器42と、波長フィルタ94b及び94cと、第2結合光学系96b及び96cとによって構成される部分は、第1光クロック信号抽出装置の出力部90の該当部分と同一の構成である。   The portion constituted by the polarization separator 42, the wavelength filters 94b and 94c, and the second coupling optical systems 96b and 96c has the same configuration as the corresponding portion of the output unit 90 of the first optical clock signal extraction device.

<MLLD装置の動作原理>
図4(A)から(C)を参照して、第1及び第2光クロック信号抽出装置の動作原理を説明する。図4(A)は、入力光信号の時間波形を示し、図4(B)及び(C)は、光クロック信号の時間波形である。横軸は時間軸であり、入力光信号のビットレート周波数fbit-rate(bit/s)の逆数を単位にして目盛ってある。すなわち横軸の一目盛りは、1ビット当たりの時間スロット1/fbit-rate(s)=Tbr(s)である。以後、誤解の生じない範囲でfbit-rate(bit/s)を簡単にfbr(bit/s)あるいは単位を省いて単にfbrと表記することもある。時間スロットTbr(s)についても、単位を省いて単にTbrと表記することもある。
<Operation principle of MLLD device>
With reference to FIGS. 4A to 4C, the operation principle of the first and second optical clock signal extraction devices will be described. 4A shows the time waveform of the input optical signal, and FIGS. 4B and 4C show the time waveform of the optical clock signal. The horizontal axis is the time axis and is scaled in units of the reciprocal of the bit rate frequency f bit-rate (bit / s) of the input optical signal. That is, one scale on the horizontal axis is time slot per bit 1 / f bit-rate (s) = T br (s). Hereinafter, f bit-rate (bit / s) may be simply expressed as f br (bit / s) or simply as f br without a unit within a range where no misunderstanding occurs. The time slot T br (s) may be simply expressed as T br without the unit.

また、図4(A)から(C)は、入力光信号及び光クロック信号のTE偏光成分及びTM偏光成分の強度を、それぞれ横軸(時間軸)に対して直交する方向にとってその斜視図の形式で示してある。TE偏光成分は横軸に対して垂直に、TM成分は横軸に対して斜め方向に示してある。   4 (A) to 4 (C) are perspective views of the input optical signal and the optical clock signal with the TE polarization component and the TM polarization component in the direction orthogonal to the horizontal axis (time axis). It is shown in the form. The TE polarization component is shown perpendicular to the horizontal axis and the TM component is shown obliquely to the horizontal axis.

第1及び第2光クロック信号抽出装置の入力光信号79は、TE及びTM偏光の両成分を含む光信号であるので、図4(A)が示す入力光信号79の時間波形は、TE及びTM偏光の両成分を含んでいる。そして、入力光信号79は、RZ符号化された2値デジタル光パルス信号であるので、信号の内容を反映して光パルスが存在しない時間スロットが存在する。すなわち、光パルスが存在しない時間スロットに「0」、光パルスが存在する時間スロットに「1」を割り当てるものとすると、図4(A)が示す時間波形は、(1, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1)という2値デジタル信号を意味している。   Since the input optical signal 79 of the first and second optical clock signal extraction devices is an optical signal including both TE and TM polarized components, the time waveform of the input optical signal 79 shown in FIG. Includes both TM polarized components. Since the input optical signal 79 is an RZ-encoded binary digital optical pulse signal, there is a time slot in which there is no optical pulse reflecting the content of the signal. That is, assuming that “0” is assigned to a time slot in which no optical pulse exists and “1” is assigned to a time slot in which an optical pulse exists, the time waveform shown in FIG. 4 (A) is (1, 1, 1, 0). , 1, 0, 0, 1).

第1光クロック信号抽出装置の場合において、光クロック信号91bがTEモードで、光クロック信号91cがTMモードとなるように偏光分離器42が設定されていれば、図4(B)及び(C)は、それぞれ、光クロック信号91b及び光クロック信号91cの時間波形を示す。また、第2光クロック信号抽出装置の場合において、光クロック信号113bがTEモードで、光クロック信号113cがTMモードとなるように偏光分離器42が設定されていれば、図4(B)及び(C)は、それぞれ、光クロック信号113b及び光クロック信号113cの時間波形を示す。   In the case of the first optical clock signal extraction device, if the polarization separator 42 is set so that the optical clock signal 91b is in the TE mode and the optical clock signal 91c is in the TM mode, FIGS. ) Show time waveforms of the optical clock signal 91b and the optical clock signal 91c, respectively. Further, in the case of the second optical clock signal extraction device, if the polarization separator 42 is set so that the optical clock signal 113b is in the TE mode and the optical clock signal 113c is in the TM mode, FIG. (C) shows the time waveforms of the optical clock signal 113b and the optical clock signal 113c, respectively.

図4(B)及び(C)は、繰り返し周波数がfbr(時間スロットTbr)である光パルス列を示している。すなわち、図4(B)及び(C)は、それぞれ入力光信号79から抽出された光クロック信号91b、113b及び光クロック信号91c、113cの時間波形であるので、第1及び第2光クロック信号抽出装置が、光パルス列を光クロック信号として生成する装置であることを説明している図である。 FIGS. 4B and 4C show an optical pulse train having a repetition frequency of f br (time slot T br ). That is, since FIGS. 4B and 4C are the time waveforms of the optical clock signals 91b and 113b and the optical clock signals 91c and 113c extracted from the input optical signal 79, respectively, the first and second optical clock signals It is a figure explaining that an extraction apparatus is an apparatus which produces | generates an optical pulse train as an optical clock signal.

外部共振器内に1/4波長板を挿入して構成される外部共振器型MLLDを利用した光クロック信号抽出装置は、特許文献(特開平6-088981号公報)に開示されているものがある。しかしながら、この特許文献に開示された光クロック信号抽出装置は、この発明の第1及び第2光クロック信号抽出装置とは、後述するように、本質的な相違点がある。この発明の第1及び第2光クロック信号抽出装置は、この相違点を有しているがために、入力光信号の偏光方向に依存することなく、位相が安定した状態で光クロック信号を抽出することが可能である、という効果が得られる。   An optical clock signal extraction device using an external resonator type MLLD configured by inserting a quarter wavelength plate into an external resonator is disclosed in a patent document (Japanese Patent Laid-Open No. 6-088981). is there. However, the optical clock signal extraction device disclosed in this patent document is fundamentally different from the first and second optical clock signal extraction devices of the present invention as described later. Since the first and second optical clock signal extraction devices of the present invention have this difference, the optical clock signal is extracted in a stable state without depending on the polarization direction of the input optical signal. The effect that it is possible to obtain is obtained.

まず、以下においてこの発明の受動モード同期半導体レーザ装置と、第1及び第2光クロック信号抽出装置の動作原理の理解に資するために、図5(A)から(C)を参照して、特開平6-088981号公報に開示されている従来技術を説明する。   First, in order to contribute to an understanding of the operating principles of the passive mode-locked semiconductor laser device of the present invention and the first and second optical clock signal extraction devices in the following, with reference to FIGS. The prior art disclosed in the Kaihei 6-088981 will be described.

図5(A)は、光共振器を光が周回する際に伝播モード(TEモードあるいはTMモード)がどのように変化するかについて説明するための図である。光共振器には、多電極半導体レーザ素子70と1/4波長板32が具わっており、この光共振器を構成する両端面は可飽和吸収領域側端面28と半透鏡34とである。   FIG. 5A is a diagram for explaining how the propagation mode (TE mode or TM mode) changes when light goes around the optical resonator. The optical resonator includes a multi-electrode semiconductor laser element 70 and a quarter-wave plate 32, and both end surfaces constituting the optical resonator are a saturable absorption region side end surface 28 and a semi-transparent mirror 34.

図5(B)は、光の偏光方向の説明に供する図である。以後の説明において、図5(B)に示すように、光の電場ベクトルの振動方向、すなわち、偏光方向が紙面に垂直な方向である場合をTE偏光とし、偏光方向が紙面内に含まれかつ光共振器の光軸方向と垂直な方向である場合をTM偏光とする。   FIG. 5B is a diagram for explaining the polarization direction of light. In the following description, as shown in FIG.5 (B), the oscillation direction of the electric field vector of light, that is, the case where the polarization direction is a direction perpendicular to the paper surface is referred to as TE polarization, and the polarization direction is included in the paper surface and The case where the direction is perpendicular to the optical axis direction of the optical resonator is defined as TM polarized light.

図5(C)は、1/4波長板32の光学軸の方向の設定の仕方の説明に供する図である。図5(C)では、1/4波長板32の2つの光学軸の方向を、両端に矢印を付した破線の線分で示してある。この何れか一方の光学軸の方向が、TE偏光及びTM偏光の電場ベクトルの振動方向と45°の角度をなすように設置すれば、この1/4波長板を一往復したとき、光の電場ベクトルの振動方向は90°回転される。以後の説明では、1/4波長板(偏光面回転素子)32がこのように、光共振器内に設置されているものとする。   FIG. 5C is a diagram for explaining how to set the direction of the optical axis of the quarter-wave plate 32. In FIG. 5C, the directions of the two optical axes of the quarter-wave plate 32 are indicated by broken line segments with arrows at both ends. If the direction of one of these optical axes is set to make an angle of 45 ° with the vibration direction of the electric field vector of TE-polarized light and TM-polarized light, when this quarter-wave plate is reciprocated once, the electric field of light The vector vibration direction is rotated 90 °. In the following description, it is assumed that the quarter-wave plate (polarization plane rotating element) 32 is installed in the optical resonator in this way.

従来技術の光クロック信号抽出装置の動作の説明をするにあたり、まず、光共振器に入力光信号が入力されていない状態での動作について説明する。一つの光パルスが、光共振器を一周回するのに要する時間をTrtとする。一つの光パルスが、最初に光共振器内の任意の1点Pを右向きにTEモードで通過すると、1/4波長板32にはTEモードで入力されて円偏光に変換されて出力される。そしてこの円偏光に変換された光パルスは、半透鏡34(又は反射鏡54)で反射されて、円偏光の状態で再度1/4波長板32の右側端面から入力される。このとき1/4波長板32の左側端面から直線偏光の光パルスが出力される。この直線偏光の光パルスの電場ベクトルの振動方向は、1/4波長板32に左側端面からTEモードで入力されたときと90°回転されており、TMモードに変換される。 In describing the operation of the conventional optical clock signal extraction device, first, the operation in a state where no input optical signal is input to the optical resonator will be described. A time required for one optical pulse to make one round of the optical resonator is defined as T rt . When one optical pulse first passes through one arbitrary point P in the optical resonator in the TE mode to the right, it is input to the 1/4 wavelength plate 32 in the TE mode, converted into circularly polarized light, and output. . The light pulse converted to circularly polarized light is reflected by the semi-transparent mirror 34 (or the reflecting mirror 54) and input again from the right end face of the quarter-wave plate 32 in the state of circularly polarized light. At this time, a linearly polarized light pulse is output from the left end face of the quarter-wave plate 32. The direction of oscillation of the electric field vector of this linearly polarized light pulse is rotated by 90 ° when converted to the 1/4 wavelength plate 32 from the left end face in the TE mode, and is converted to the TM mode.

上述した1/4波長板32と同様の効果は、ファラデー回転子を利用しても得られる。ファラデー回転子を構成する光学結晶の厚さや、この光学結晶に印加する磁場の強度等を調整することによって、ファラデー回転子を一往復したときに直線偏光の電場ベクトルの振動方向を90°回転されるよう設定することが可能である。   The same effect as that of the quarter-wave plate 32 described above can also be obtained by using a Faraday rotator. By adjusting the thickness of the optical crystal composing the Faraday rotator and the strength of the magnetic field applied to this optical crystal, the oscillation direction of the linearly polarized electric field vector is rotated by 90 ° when the Faraday rotator is reciprocated once. Can be set.

以上説明したように、光共振器内の任意の1点Pを最初にTEモードで、図5(A)の紙面上で左から右の方向に向かって通過すると、次に点Pを右から左の方向に向かって通過するときにはTMモードとなっている。すなわち、時間Trtが経過するごとに光共振器を周回する光パルスの伝播モードは、TEモードからTMモードに、あるいは、TMモードからTEモードに変換されるから、時間Trtの間隔でTEモードとTMモードとが交互に光共振器から出力される。 As described above, when an arbitrary point P in the optical resonator is first passed in the TE mode from the left to the right on the paper surface of FIG. When passing in the left direction, it is TM mode. That is, since the propagation mode of the optical pulse that circulates in the optical resonator every time T rt elapses is converted from the TE mode to the TM mode, or from the TM mode to the TE mode, the TE is transmitted at intervals of the time T rt. The mode and TM mode are output from the optical resonator alternately.

従って、この外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置の発振閾値は、光パルスがこの光共振器を2周回するときの利得と損失とが釣り合う条件から与えられる。すなわち、この損失の絶対値と等しい利得が閾値利得となるので、この閾値利得以上の利得が、多電極半導体レーザ素子70の利得領域20で形成されることがレーザ発振の一つの条件(以後、「振幅条件」ということもある。)である。また、光共振器を光パルスがその偏光方向を1周回ごとに90°回転しながら2周回するときの位相変化が2πの整数倍であることがレーザ発振のもう一つの条件(以後、「位相条件」ということもある。)である。   Therefore, the oscillation threshold value of the external resonator type passively mode-locked semiconductor laser device is given by the condition that the gain and the loss are balanced when the optical pulse makes two rounds of the optical resonator. That is, since a gain equal to the absolute value of this loss is a threshold gain, it is one condition of laser oscillation (hereinafter, referred to as a gain above this threshold gain formed in the gain region 20 of the multi-electrode semiconductor laser device 70). It may also be called “amplitude condition”. Another condition for laser oscillation (hereinafter referred to as “phase”) is that the phase change when the optical pulse rotates through the optical resonator twice while rotating the polarization direction by 90 ° for each rotation is an integer multiple of 2π. It may be called "condition".)

これら振幅条件及び位相条件は、はじめに光パルスが点Pを通過する時の伝播モードがTEモードであるかTMモードであるかには関係なく同一である。従って、この外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置は、TEモード及びTMモードの両伝播モードで、かつ同一波長、同一強度で発振する。   These amplitude conditions and phase conditions are the same regardless of whether the propagation mode when the optical pulse first passes through the point P is the TE mode or the TM mode. Therefore, the external resonator type passively mode-locked semiconductor laser device oscillates in both the TE mode and the TM mode in the propagation mode, with the same wavelength and with the same intensity.

図6を参照して、上述したように動作する外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置から出力される光パルスの偏光状態の時間変化について説明する。図6は、外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置の出力光パルスの時間波形を示す図である。図6の横軸は時間軸であり、光共振器内を光パルスが1周回するのに要する時間Trtを単位にして目盛ってある。また、図6は、光パルス列のTE偏光成分及びTM偏光成分の強度を、それぞれ横軸(時間軸)に対して直交する方向にとってその斜視図の形式で示してある。TE偏光成分は横軸に対して垂直に、TM成分は横軸に対して斜め方向に示してある。 With reference to FIG. 6, the time change of the polarization state of the optical pulse output from the external resonator type passively mode-locked semiconductor laser device operating as described above will be described. FIG. 6 is a diagram showing a time waveform of an output light pulse of the external resonator type passively mode-locked semiconductor laser device. The horizontal axis in FIG. 6 is the time axis, and is scaled in units of time T rt required for the optical pulse to make one round in the optical resonator. FIG. 6 shows the intensities of the TE-polarized component and the TM-polarized component of the optical pulse train in the form of a perspective view in the direction orthogonal to the horizontal axis (time axis). The TE polarization component is shown perpendicular to the horizontal axis and the TM component is shown obliquely to the horizontal axis.

図6には、上述したように時間Trtの間隔でTEモードとTMモードとが交互に外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置から出力される様子が示されている。従って、TEモードの光パルスは周期2Trtで出力され、また、TMモードの光パルスも周期2Trtで出力されている。すなわち、光共振器に入力光信号が入力されていない状態での発振動作である自励発振のTEモード及びTMモードの光パルスに対する自励発振周波数は、frt/2である。ここでfrtは、周波数であるから光パルスの発現の時間間隔Trtの逆数、すなわちfrt=1/Trtである。また、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとは、時間Trtの相対時間差をもって、外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置から出力されている。 FIG. 6 shows a state in which the TE mode and the TM mode are alternately output from the external resonator type passive mode-locked semiconductor laser device at the time T rt as described above. Therefore, the TE mode optical pulse is output at a cycle of 2T rt , and the TM mode optical pulse is output at a cycle of 2T rt . That is, the self-excited oscillation frequency for the TE mode and TM mode optical pulses of self-excited oscillation, which is an oscillation operation when no input optical signal is input to the optical resonator, is f rt / 2. Here, since f rt is a frequency, it is the reciprocal of the time interval T rt of optical pulse expression, that is, f rt = 1 / T rt . The TE mode optical pulse and the TM mode optical pulse are output from the external resonator type passive mode-locked semiconductor laser device with a relative time difference of time T rt .

TEモードの光パルス及びTMモードの光パルスの偏光状態の時間変化は、外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置の光共振器内部においても、同様である。すなわち、外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置の光共振器内部に、一点Qを設定して、この点Qにおいて光パルスの伝播モードがTEモードであるかTMモードであるかを観測した場合に、上述の図6に示すのと同一の状態となっている。   The time change of the polarization state of the TE mode optical pulse and the TM mode optical pulse is the same also in the optical resonator of the external resonator type passive mode-locked semiconductor laser device. That is, when a single point Q is set inside the optical resonator of the external resonator type passively mode-locked semiconductor laser device, and at this point Q, it is observed whether the propagation mode of the optical pulse is the TE mode or the TM mode. In addition, the state is the same as that shown in FIG.

次に、外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置の光共振器に入力光信号を入力して、光クロック信号を抽出する場合について説明する。ここでは、抽出する光クロック信号の周波数は、外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置の自励発振周波数に近似した値であり、光クロック信号抽出動作は、frt/2≒fbit-rateを満たすという条件で実行される。また、2Trt=Tbit-rateであり、T bit-rate=1/fbit-rateである。すなわち、一つの光パルスが、光共振器を一周回するのに要する時間Trtの2倍が、入力光信号のビットレート周波数fbit-rateの逆数であるTbit-rateに等しい。 Next, the case where an optical clock signal is extracted by inputting an input optical signal to the optical resonator of the external resonator type passively mode-locked semiconductor laser device will be described. Here, the frequency of the extracted optical clock signal is a value approximating the self-excited oscillation frequency of the external resonator type passively mode-locked semiconductor laser device, and the optical clock signal extraction operation is f rt / 2≈f bit-rate It is executed under the condition of satisfying. 2T rt = T bit-rate and T bit-rate = 1 / f bit-rate . That is, twice the time Trt required for one optical pulse to make one round of the optical resonator is equal to T bit-rate which is the reciprocal of the bit rate frequency f bit-rate of the input optical signal.

図7(A1)から(C2)を参照して、入力光信号の偏光方向が変化したときに、上述の特許文献(特開平6-088981号公報)に開示されている従来の外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置から出力される光クロック信号が受ける効果について説明する。この外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置は、上述の非特許文献1、非特許文献3及び特開平11-326974号公報に開示されているモード同期半導体レーザと同様のレーザである。すなわち、この外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置は、非特許文献1、非特許文献3及び特許文献(特開平6-088981号公報)に開示されているモード同期半導体レーザと同様に、入力光信号の偏光方向と、レーザ発振光の偏光方向とが一致している場合には、安定してクロック信号を抽出することが可能である。   7 (A1) to (C2), when the polarization direction of the input optical signal changes, the conventional external resonator type disclosed in the above-mentioned patent document (Japanese Patent Laid-Open No. 6-088981) The effect received by the optical clock signal output from the passive mode-locked semiconductor laser device will be described. This external resonator type passively mode-locked semiconductor laser device is a laser similar to the mode-locked semiconductor laser disclosed in Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 3, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-326974. That is, this external resonator type passively mode-locked semiconductor laser device has the same input as the mode-locked semiconductor laser disclosed in Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 3, and Patent Document (Japanese Patent Laid-Open No. 6-088981). When the polarization direction of the optical signal matches the polarization direction of the laser oscillation light, it is possible to extract the clock signal stably.

図7(A1)から(C2)は、従来の受動モード同期半導体レーザ装置の偏光依存性の説明に供する図である。図7(A1)から(C2)の横軸は時間軸であり、時間Trtを単位にして目盛ってある。また、図7(A1)から(C2)は、光パルス列のTE偏光成分及びTM偏光成分の強度を、それぞれ横軸(時間軸)に対して直交する方向にとってその斜視図の形式で示してある。TE偏光成分は横軸に対して垂直に、TM成分は横軸に対して斜め方向に示してある。 FIGS. 7A1 to 7C2 are diagrams for explaining the polarization dependency of the conventional passive mode-locked semiconductor laser device. In FIG. 7 (A1) to (C2), the horizontal axis is the time axis and is scaled in units of time Trt . FIGS. 7A1 to 7C2 show the intensity of the TE-polarized component and TM-polarized component of the optical pulse train in the form of a perspective view in the direction orthogonal to the horizontal axis (time axis). . The TE polarization component is shown perpendicular to the horizontal axis and the TM component is shown obliquely to the horizontal axis.

図7(A1)は、TEモードの入力光信号の時間波形、図7(A2)は、図7(A1)に示す時間波形の入力光信号から抽出された光クロック信号の時間波形を示す。図7(B1)は、TMモードの入力光信号の時間波形、図7(B2)は、図7(B1)に示す時間波形の入力光信号から抽出された光クロック信号の時間波形を示す。図7(C1)は、TEモード成分とTMモード成分の両方を含む入力光信号の時間波形、図7(C2)は、図7(C1)に示す時間波形の入力光信号から抽出された光クロック信号の時間波形を示す。   7A1 shows the time waveform of the TE mode input optical signal, and FIG. 7A2 shows the time waveform of the optical clock signal extracted from the input optical signal having the time waveform shown in FIG. 7A1. 7B1 shows a time waveform of the TM mode input optical signal, and FIG. 7B2 shows a time waveform of the optical clock signal extracted from the input optical signal having the time waveform shown in FIG. 7B1. Fig. 7 (C1) shows the time waveform of the input optical signal including both the TE mode component and TM mode component, and Fig. 7 (C2) shows the light extracted from the input optical signal with the time waveform shown in Fig. 7 (C1). The time waveform of a clock signal is shown.

以下の説明においては、モード同期半導体レーザ装置のモード同期発振光パルスの偏光方向がTEモードであるものとして説明する。もちろん、このモード同期発振光パルスの偏光方向をTMモードであるものとしても、以下の説明は、TEモードとあるところをTMモードと読み替えて、TMモードとあるところをTEモードと読み替えることによって、同様に成立する。   In the following description, it is assumed that the polarization direction of the mode-locked oscillation light pulse of the mode-locked semiconductor laser device is the TE mode. Of course, even if the polarization direction of this mode-locked oscillation light pulse is the TM mode, the following explanation is based on replacing the TE mode with the TM mode and replacing the TM mode with the TE mode. The same holds true.

図7(A1)及び(A2)を参照して、TEモードの入力光信号から光クロック信号が抽出される場合について説明する。モード同期半導体レーザに入力光信号が入力されると、入力光信号を構成する光パルスがこのモード同期半導体レーザの光共振器を周回し、可飽和吸収領域の光吸収係数を複数回光学的に変調する。時刻0において、可飽和吸収領域に光パルスが入力されたとすると、時刻0、2Trt、4Trt、6Trt、...において、この光パルスはTEモードで可飽和吸収領域を通過する。また、時刻Trt、3Trt、5Trt、7Trt、...においては、この光パルスはTMモードで可飽和吸収領域を通過する。 A case where an optical clock signal is extracted from an input optical signal in TE mode will be described with reference to FIGS. 7A1 and 7A2. When an input optical signal is input to the mode-locked semiconductor laser, the optical pulses that make up the input optical signal circulate around the optical resonator of the mode-locked semiconductor laser and optically change the optical absorption coefficient of the saturable absorption region multiple times. Modulate. Assuming that an optical pulse is input to the saturable absorption region at time 0, the optical pulse passes through the saturable absorption region in the TE mode at time 0, 2T rt , 4T rt , 6T rt ,. Further, at time T rt , 3T rt , 5T rt , 7T rt ,..., This optical pulse passes through the saturable absorption region in the TM mode.

光クロック信号抽出動作は、入力光信号の偏光方向と、モード同期半導体レーザのモード同期光パルスの発振光の偏光方向とが合致するように実行される。すなわち、抽出される光クロック信号(光クロック信号を構成する一つの光パルス)の偏光方向は、時刻0においてTEモードで出力される。   The optical clock signal extraction operation is executed so that the polarization direction of the input optical signal matches the polarization direction of the oscillation light of the mode-locked light pulse of the mode-locked semiconductor laser. That is, the polarization direction of the extracted optical clock signal (one optical pulse constituting the optical clock signal) is output in the TE mode at time 0.

図7(B1)及び(B2)を参照して、TMモードの入力光信号から光クロック信号が抽出される場合について説明する。この場合は、時刻0において、可飽和吸収領域に光パルスが入力されたとすると、時刻0、2Trt、4Trt、6Trt、...において、この光パルスはTMモードで可飽和吸収領域を通過する。また、時刻Trt、3Trt、5Trt、7Trt、...においては、この光パルスはTEモードで可飽和吸収領域を通過する。従って、抽出される光クロック信号(光クロック信号を構成する一つの光パルス)の偏光方向は、時刻0においてTMモードで出力される。すなわち、図7(B2)に示すように、抽出される光クロック信号を構成する光パルスの内、TEモードの光パルスが出力される瞬間は、上述のTEモードの入力光信号が入力された場合と比べて、(1/2)Trtだけ出力されるタイミングがずれる。 A case where an optical clock signal is extracted from an input optical signal in TM mode will be described with reference to FIGS. 7B1 and 7B2. In this case, if an optical pulse is input to the saturable absorption region at time 0, at time 0, 2T rt , 4T rt , 6T rt , ..., this optical pulse passes through the saturable absorption region in TM mode. pass. Further, at times T rt , 3T rt , 5T rt , 7T rt ,..., This optical pulse passes through the saturable absorption region in the TE mode. Accordingly, the polarization direction of the extracted optical clock signal (one optical pulse constituting the optical clock signal) is output in the TM mode at time 0. That is, as shown in FIG. 7 (B2), the TE mode input optical signal is input at the moment when the TE mode optical pulse is output among the optical pulses constituting the extracted optical clock signal. Compared to the case, the output timing of (1/2) T rt is shifted.

従来の受動モード同期半導体レーザ装置を用いて、TEモード成分とTMモード成分が混合している入力光信号から光クロック信号を抽出する場合について、図7(C1)及び(C2)を参照して説明する。この場合は、時刻0において、可飽和吸収領域に光パルスが入力されたとすると、この光パルスにはTEモード成分とTMモード成分が混合しているので、時刻0、2Trt、4Trt、6Trt、...及び、時刻Trt、3Trt、5Trt、7Trt、...において、TEモード成分とTMモード成分が同時に可飽和吸収領域を通過する。 For the case of extracting an optical clock signal from an input optical signal in which a TE mode component and a TM mode component are mixed using a conventional passive mode-locked semiconductor laser device, refer to FIGS. 7 (C1) and (C2). explain. In this case, if an optical pulse is input to the saturable absorption region at time 0, since the TE mode component and TM mode component are mixed in this optical pulse, the time 0, 2T rt , 4T rt , 6T At the time T rt , ... and the times T rt , 3T rt , 5T rt , 7T rt , ..., the TE mode component and the TM mode component simultaneously pass through the saturable absorption region.

このため、抽出される光クロック信号を構成する光パルスの内、TEモードの光パルスが出力される瞬間は、上述のTEモードの入力光信号が入力された場合と比べて、τだけ出力されるタイミングがずれる。光クロック信号抽出動作は、入力光信号の偏光方向と、モード同期半導体レーザのモード同期光パルスの発振光の偏光方向(ここでは、TEモード)とが合致するように実行される。そのため、入力光信号がTMモード成分を含まずTEモード成分だけであれば、このタイミングずれ量τは最も小さく0である。これに対して、入力光信号がTEモード成分を含まずTMモード成分だけであれば、入力光信号の偏光方向とモード同期光パルスの発振光の偏光方向(ここでは、TEモード)とは直交し、もっとも離れた偏光状態である。この場合には、図7(B1)及び(B2)に示したように、このタイミングずれ量τは、最も大きく(1/2)Trtとなる。 For this reason, among the optical pulses that make up the extracted optical clock signal, the moment when the TE mode optical pulse is output is output by τ compared to when the TE mode input optical signal is input. The timing is different. The optical clock signal extraction operation is executed so that the polarization direction of the input optical signal matches the polarization direction of the oscillation light of the mode-locked light pulse of the mode-locked semiconductor laser (here, the TE mode). Therefore, if the input optical signal does not include the TM mode component and only the TE mode component, the timing deviation amount τ is the smallest and zero. On the other hand, if the input optical signal does not include the TE mode component and only the TM mode component, the polarization direction of the input optical signal and the polarization direction of the oscillation light of the mode-locked optical pulse (here, the TE mode) are orthogonal However, it is the farthest polarization state. In this case, as shown in FIGS. 7 (B1) and (B2), the timing deviation amount τ is the largest (1/2) T rt .

すなわち、このタイミングずれ量τは、入力光信号のTEモード成分が大きければ0に近づき、TMモード成分が大きくなるにつれて(1/2)Trtに近づき、TEモード成分とTMモード成分が混合している入力光信号から光クロック信号が抽出される場合は、タイミングずれ量τは、TEモード成分とTMモード成分との混合比に応じて、0から(1/2)Trtの範囲の値をとる。 That is, this timing deviation amount τ approaches 0 when the TE mode component of the input optical signal is large, and approaches (1/2) T rt as the TM mode component increases, and the TE mode component and the TM mode component are mixed. When the optical clock signal is extracted from the input optical signal, the timing deviation amount τ is a value in the range of 0 to (1/2) T rt depending on the mixing ratio of the TE mode component and the TM mode component Take.

このように、従来技術を利用して光クロック信号抽出を行うと、入力光信号の偏光方向に応じて、抽出される光クロック信号のタイミングずれ量τが変動する。タイミングずれ量τの変動は、抽出された光クロック信号を利用する信号処理回路等においてその動作に支障が発生する原因となるので、τ=0となるように何らかの方法で補償する必要がある。   As described above, when the optical clock signal is extracted using the conventional technique, the timing shift amount τ of the extracted optical clock signal varies according to the polarization direction of the input optical signal. The variation in the timing deviation amount τ causes trouble in the operation of the signal processing circuit or the like that uses the extracted optical clock signal. Therefore, it is necessary to compensate by some method so that τ = 0.

タイミングずれ量τを0とするための補償は、可変光遅延器等を利用して実行できるが、この可変光遅延器等によって最適に補償する(τ=0となるように補償する)には、入力光信号のTEモード成分とTMモード成分との混合比を検出する手段(以後、「TE/TM混合比検出器」ということもある。)が必要となる。更に、このTE/TM混合比検出器や、可変光遅延器等を制御するための制御装置も必要となる。特に、入力光信号のビットレートが高速である場合には、これら可変光遅延器、TE/TM混合比検出器、及びこれらを制御するための制御装置を駆動するために、高速動作が保証された電子デバイスや光デバイスを必要とする。   Compensation for setting the timing deviation amount τ to 0 can be performed by using a variable optical delay device or the like. However, in order to optimally compensate by this variable optical delay device or the like (compensation so that τ = 0), Therefore, a means for detecting the mixing ratio of the TE mode component and the TM mode component of the input optical signal (hereinafter also referred to as “TE / TM mixing ratio detector”) is required. Furthermore, a control device for controlling the TE / TM mixing ratio detector, variable optical delay device, and the like is also required. In particular, when the bit rate of the input optical signal is high, high-speed operation is guaranteed to drive the variable optical delay device, the TE / TM mixing ratio detector, and the control device for controlling them. Requires electronic devices and optical devices.

従来技術を利用して光クロック信号を抽出するには、上述のように複雑な装置構成を要請され、高コスト・高消費電力が必要となる等の問題がある。これに対して、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を用いる第1及び第2光クロック信号抽出装置によれば、以下に説明するように、これらの問題を解決した上で、入力光信号の偏光方向に無依存で、かつ、電子デバイスの上限速度を超える高速光クロック信号の抽出が可能である。すなわち、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を、偶数次の高調波モード同期動作を発現させることによって、上述の問題を解決し、入力光信号の偏光方向に無依存かつ高速光クロック信号の抽出を行うことが可能である。   In order to extract an optical clock signal using the prior art, there is a problem that a complicated apparatus configuration is required as described above, and high cost and high power consumption are required. In contrast, according to the first and second optical clock signal extraction devices using the passively mode-locked semiconductor laser device of the present invention, as described below, after solving these problems, the input optical signal A high-speed optical clock signal that is independent of the polarization direction and exceeds the upper limit speed of the electronic device can be extracted. That is, the passive mode-locked semiconductor laser device of the present invention solves the above-mentioned problems by expressing even-order harmonic mode-locked operation, and extracts a high-speed optical clock signal independent of the polarization direction of the input optical signal. Can be done.

偶数次の高調波モード同期動作とは、受動モード同期動作の結果生成される光パルス列の繰り返し周波数fMLと、共振器周回周波数f rtとが次式(1)を満足することをいう。
fML=(2M)×(f rt/2) (1)
ここで、Mは1以上の整数(自然数)であり、2Mを高調波モード同期の次数という。
The even-order harmonic mode synchronization operation means that the repetition frequency f ML of the optical pulse train generated as a result of the passive mode synchronization operation and the resonator circulation frequency f rt satisfy the following equation (1).
f ML = (2M) x (f rt / 2) (1)
Here, M is an integer (natural number) of 1 or more, and 2M is called the order of harmonic mode synchronization.

式(1)は、fML=(2M)×(frt/2)=M・frtと書けるから、光共振器内を光が1周回するのに要する時間をTrt(=1/frt)とし、光パルス列の繰り返し周期をTML(=1/ fML)とすると、TML=Trt/Mであることを意味する。すなわち、式(1)は、光共振器内を光が1周回するのに要する時間Trtの自然数分の1(=1/M)の時間間隔の繰り返し周期TMLの光パルス列がこの光共振器外に出力されるという条件を与えている。 Since Equation (1) can be written as f ML = (2M) × (f rt / 2) = M · f rt , the time required for one round of light in the optical resonator is expressed as T rt (= 1 / f rt) and then, when the repetition period of the optical pulse train and T ML (= 1 / f ML ), which means that the T ML = T rt / M. In other words, equation (1) indicates that an optical pulse train having a repetition period TML with a time interval of 1 / (M) is a natural number of time T rt required for one round of light to travel through the optical resonator. The condition that it is output outside the container is given.

高調波モード同期動作は、受動モード同期レーザの利得領域に注入する電流を大きくすることによって達成されることが知られている(例えば、S. Sanders, A. Yariv, J. Paslaski, J.E. Ungar, and H. A. Zarem "Passive mode locking of a two-section multiple quantum well laser at harmonics of the cavity round-trip frequency," Appl. Phys. Lett., vol. 58, No. 7 pp. 681-683, 1991.参照。以後この文献を、非特許文献Aという。)。   Harmonic mode-locked operation is known to be achieved by increasing the current injected into the gain region of a passively mode-locked laser (eg, S. Sanders, A. Yariv, J. Paslaski, JE Ungar, and HA Zarem "Passive mode locking of a two-section multiple quantum well laser at harmonics of the cavity round-trip frequency," Appl. Phys. Lett., vol. 58, No. 7 pp. 681-683, 1991. This document is hereinafter referred to as Non-Patent Document A).

すなわち、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置200を高調波モード同期動作させるためには、多電極半導体レーザ素子70の利得領域20に注入する電流を大きくして、利得領域20の光学利得の大きさを十分に大きくすればよい。従って、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置200においては、多電極半導体レーザ素子70の利得領域20の光学利得の大きさを設定することが必要となる。また、光共振器内を光が1周回するのに要する時間の自然数分の1の時間間隔の繰り返し周期の光パルス列が、この光共振器外に出力されるようにこの光共振器の共振器長及び利得領域の光学利得の大きさを設定することが必要となる。また、この光共振器の共振器長は、周波数引き込みが引き起こされる程度に、光共振器内を光が1周回するのに要する時間が、入力光信号のビットレート周波数の逆数に近似的に等しくなるように調整する必要がある。   That is, in order to operate the passive mode-locked semiconductor laser device 200 of the present invention in the harmonic mode-locked operation, the current injected into the gain region 20 of the multi-electrode semiconductor laser device 70 is increased to increase the optical gain of the gain region 20. You just need to make it large enough. Therefore, in the passive mode-locked semiconductor laser device 200 of the present invention, it is necessary to set the magnitude of the optical gain of the gain region 20 of the multi-electrode semiconductor laser element 70. In addition, the resonator of this optical resonator is output so that an optical pulse train having a repetition period with a time interval of one-tenth of the natural number of times required for one round of light to travel inside the optical resonator is output to the outside of this optical resonator It is necessary to set the magnitude of the optical gain in the long and gain regions. The resonator length of this optical resonator is approximately equal to the reciprocal of the bit rate frequency of the input optical signal so that the time required for the light to make one round in the optical resonator is such that frequency pulling is caused. It is necessary to adjust so that it becomes.

利得領域の光学利得の大きさの設定に当たっては、例えば、受動モード同期半導体レーザ装置200に入力光信号を入力させない状態で、受動モード同期半導体レーザ装置200から出力される光パルス列を観測しつつ、高調波モード同期動作が実現するまで、多電極半導体レーザ素子70の利得領域20に注入する電流を大きくする。そして、光クロック信号抽出装置を構成する受動モード同期半導体レーザ装置として利用する場合には、この注入電流値を超える値の電流を利得領域20に注入した状態で、多電極半導体レーザ素子70を駆動して利用すればよい。   In setting the magnitude of the optical gain of the gain region, for example, while observing the optical pulse train output from the passive mode-locked semiconductor laser device 200 without inputting the input optical signal to the passive mode-locked semiconductor laser device 200, The current injected into the gain region 20 of the multi-electrode semiconductor laser device 70 is increased until the harmonic mode synchronization operation is realized. When the optical clock signal extraction device is used as a passive mode-locked semiconductor laser device, the multi-electrode semiconductor laser device 70 is driven with a current exceeding the injection current value being injected into the gain region 20. And use it.

図8(A)及び(B)を参照して、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を偶数次の高調波モード同期動作をさせた場合における、出力光パルスの偏光状態について説明する。図8(A)及び(B)は、高調波モード同期動作時の受動モード同期半導体レーザ装置から出力される出力光パルスの偏光状態の説明に供する図であり、図8(A)は、2次の高調波モード同期動作時の出力光パルスの偏光状態を示す時間波形を、図8(B)は、3次の高調波モード同期動作時の出力光パルスの偏光状態を示す時間波形をそれぞれ示している。2次の高調波モード同期とは、式(1)における2M=2、すなわちM=1である場合に対応する。3次の高調波モード同期とは、以下に説明する奇数次の高調波モード同期動作である。   With reference to FIGS. 8A and 8B, the polarization state of the output light pulse when the passive mode-locked semiconductor laser device of the present invention is operated in an even-order harmonic mode-locked operation will be described. 8 (A) and 8 (B) are diagrams for explaining the polarization state of the output light pulse output from the passive mode-locked semiconductor laser device during the harmonic mode-locked operation, and FIG. Fig. 8 (B) shows the time waveform indicating the polarization state of the output light pulse during the third harmonic mode synchronization operation, and Fig. 8 (B) shows the time waveform indicating the polarization state of the output light pulse during the third harmonic mode synchronization operation. Show. The second harmonic mode synchronization corresponds to the case where 2M = 2 in Equation (1), that is, M = 1. The third-order harmonic mode synchronization is an odd-order harmonic mode synchronization operation described below.

奇数次の高調波モード同期動作とは、受動モード同期動作の結果生成される光パルス列の繰り返し周波数fMLと、共振器周回周波数f rtとが次式(2)を満足することをいう。
fML=(2M-1)×(f rt/2) (2)
ここで、Mは1以上の整数であり、(2M-1)を高調波モード同期の次数という。図8(B)に示す3次の高調波モード同期動作は、2M-1=3、すなわちM=2である場合である。
The odd-order harmonic mode synchronization operation means that the repetition frequency f ML of the optical pulse train generated as a result of the passive mode synchronization operation and the resonator circulation frequency f rt satisfy the following equation (2).
f ML = (2M-1) x (f rt / 2) (2)
Here, M is an integer equal to or greater than 1, and (2M-1) is referred to as the order of harmonic mode synchronization. The third-order harmonic mode synchronization operation shown in FIG. 8B is a case where 2M−1 = 3, that is, M = 2.

図8(A)に示すように、2次の高調波モード同期動作によって出力される光パルス列は、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが共に周期Trtで時間軸上に並んでいる。上述したように、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとの間には、時間Trtの時間差が生じる。その結果、図8(A)に示すように、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが同一のタイミングで並ぶこととなる。すなわち、図7(C1)及び(C2)を参照して説明したように、従来の光クロック信号抽出装置によって光クロック信号を抽出した場合には、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが交互に時間軸上に並んだのに対して、2次の高調波モード同期動作によって出力される光パルス列は、図8(A)に示すように、時間軸上でTEモードの光パルスとTMモードの光パルスとは、同一の位置に並ぶ。 As shown in FIG. 8 (A), the optical pulse train output by the second-order harmonic mode synchronization operation is such that both the TE mode optical pulse and the TM mode optical pulse are arranged on the time axis with a period T rt. Yes. As described above, there is a time difference of time T rt between the TE mode optical pulse and the TM mode optical pulse. As a result, as shown in FIG. 8A, the TE mode optical pulse and the TM mode optical pulse are arranged at the same timing. That is, as described with reference to FIGS. 7 (C1) and (C2), when the optical clock signal is extracted by the conventional optical clock signal extraction device, the TE mode optical pulse and the TM mode optical pulse Are alternately arranged on the time axis, whereas the optical pulse train output by the second-order harmonic mode synchronization operation is the same as the TE mode optical pulse on the time axis, as shown in FIG. The TM mode light pulses are arranged at the same position.

一般に、M≧2で与えられる偶数次の高調波モード同期動作によって出力される光パルス列は、図8(A)に示すように、時間軸上でTEモードの光パルスとTMモードの光パルスとは、同一の位置に並ぶ。すなわち、偶数次の高調波モード同期動作によって光クロック信号を抽出すると、光クロック信号を構成するTEモードの光パルスとTMモードの光パルスとは同時に発生し、時間軸上の同一の位置に並ぶ。   In general, as shown in FIG. 8 (A), the optical pulse train output by even-order harmonic mode synchronization operation given by M ≧ 2 includes a TE mode optical pulse and a TM mode optical pulse on the time axis. Are arranged in the same position. That is, when the optical clock signal is extracted by the even-order harmonic mode synchronization operation, the TE mode optical pulse and the TM mode optical pulse constituting the optical clock signal are simultaneously generated and arranged at the same position on the time axis. .

一方、図8(B)に示す3次の高調波モード同期動作によって出力される光パルス列は、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが共に周期(2/3)Trtで時間軸上に並んでいる。そして、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとの間は、時間Trtの相対時間差が生じている。この結果、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが交互に(1/3)Trtの時間間隔で交互に時間軸上に並ぶ。一般に、M≧2で与えられる奇数次の高調波モード同期動作によって出力される光パルス列は、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが、一定の時間間隔で交互に時間軸上に並ぶ。すなわち、奇数次の高調波モード同期動作をさせた場合には、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが一定の時間間隔で交互に発生する。 On the other hand, the optical pulse train output by the third-order harmonic mode synchronization operation shown in FIG. 8 (B) has a time axis with a period (2/3) T rt of both the TE mode optical pulse and the TM mode optical pulse. They are lined up. A relative time difference of time T rt occurs between the TE mode optical pulse and the TM mode optical pulse. As a result, TE mode optical pulses and TM mode optical pulses are alternately arranged on the time axis at a time interval of (1/3) T rt . In general, in an optical pulse train output by an odd-order harmonic mode synchronization operation given by M ≧ 2, a TE mode optical pulse and a TM mode optical pulse are alternately arranged on the time axis at regular time intervals. . That is, when an odd-order harmonic mode synchronization operation is performed, a TE mode optical pulse and a TM mode optical pulse are alternately generated at regular time intervals.

ちなみに、従来の光クロック信号抽出装置によって光クロック信号を抽出した場合とは、式(2)においてM=1で与えられる1次の奇数次モード同期動作に対応する。1次の奇数次モード同期動作は、特に基本モード同期と呼ばれることもある。   Incidentally, the case where the optical clock signal is extracted by the conventional optical clock signal extraction device corresponds to the primary odd-order mode synchronization operation given by M = 1 in the equation (2). The primary odd-order mode synchronization operation is sometimes called basic mode synchronization.

受動モード同期半導体レーザ装置を、奇数の高調波モード同期動作をさせて光クロック信号を抽出すると、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが、時間軸上で同一の位置に並ばない。このため、図7(A1)から(C2)を参照して説明したように、入力光信号の偏光方向に応じてタイミングのずれが発生する。これは、上述したように、実用上問題となる。   When the passive mode-locked semiconductor laser device is subjected to an odd-numbered harmonic mode-locking operation to extract an optical clock signal, the TE mode optical pulse and the TM mode optical pulse are not aligned at the same position on the time axis. For this reason, as described with reference to FIGS. 7A1 to 7C2, a timing shift occurs according to the polarization direction of the input optical signal. This is a practical problem as described above.

これに対して、受動モード同期半導体レーザ装置を、偶数次の高調波モード同期動作をさせて光クロック信号を抽出すると、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが、時間軸上で同一の位置に並ぶ。   On the other hand, when the passive mode-locked semiconductor laser device performs even-order harmonic mode-locked operation to extract the optical clock signal, the TE mode optical pulse and the TM mode optical pulse are the same on the time axis. Line up in the position.

図9(A1)及び(C2)を参照して、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を用いて、偶数次の高調波モード同期動作による光クロック信号の抽出を行った場合について、TEモード成分とTMモード成分が混合している入力光信号から抽出される光クロック信号について説明する。図9(A1)及び(C2)は、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置の偏光依存性の説明に供する図であり、図7(A1)から(C2)と同一の図面を、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を用いて光クロック信号の抽出を行った場合について示している。   Referring to FIGS. 9 (A1) and (C2), with the passive mode-locked semiconductor laser device of the present invention, when the optical clock signal is extracted by the even-order harmonic mode-locked operation, the TE mode component An optical clock signal extracted from an input optical signal in which TM mode components are mixed will be described. FIGS. 9 (A1) and (C2) are diagrams for explaining the polarization dependence of the passive mode-locked semiconductor laser device of the present invention, and the same drawings as FIGS. 7 (A1) to (C2) are shown in FIG. It shows a case where an optical clock signal is extracted using a passive mode-locked semiconductor laser device.

図9(A1)及び(C2)に示すように、入力光信号の偏光方向がどのように変動しても、受動モード同期半導体レーザ装置からは、常にTEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが同時に出力される。このため、入力光信号の偏光方向が変動しても、光クロック信号の位相が無変動の状態で、光クロック信号を抽出できることとなる。すなわち、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を用いることによって、入力光信号の偏光方向に無依存で、光クロック信号の抽出が可能である。   As shown in FIGS. 9 (A1) and (C2), regardless of how the polarization direction of the input optical signal fluctuates, the passive mode-locked semiconductor laser device always generates TE mode optical pulses and TM mode optical pulses. Are output at the same time. For this reason, even if the polarization direction of the input optical signal fluctuates, the optical clock signal can be extracted with the phase of the optical clock signal unchanged. That is, by using the passive mode-locked semiconductor laser device of the present invention, the optical clock signal can be extracted independently of the polarization direction of the input optical signal.

また、この発明の光クロック信号抽出装置によれば、この発明の外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置が用いられているので、この受動モード同期半導体レーザ装置の光共振器内に、可変光遅延器等の光路長を変えることが可能である素子(図示を省略)を挿入することによってこの光共振器の共振器長を実効的に変更でき、光クロック信号の繰り返し周波数を変更することが可能となる。更に、この光共振器内に中心透過波長が可変である波長フィルタ(図示を省略してある。)を挿入することによって、抽出される光クロック信号の波長を変えることも可能となる。   Further, according to the optical clock signal extraction device of the present invention, since the external resonator type passive mode-locked semiconductor laser device of the present invention is used, it is variable in the optical resonator of the passive mode-locked semiconductor laser device. By inserting an element (not shown) that can change the optical path length, such as an optical delay device, the resonator length of this optical resonator can be effectively changed, and the repetition frequency of the optical clock signal can be changed. Is possible. Furthermore, it is possible to change the wavelength of the extracted optical clock signal by inserting a wavelength filter (not shown) having a variable center transmission wavelength into the optical resonator.

<可飽和吸収領域>
この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を構成する多電極半導体レーザ素子70の可飽和吸収領域10の光導波路14を、バルク結晶あるいは伸張歪が導入されている量子井戸を有する量子井戸構造(以後、「伸張歪量子井戸構造」ということもある。)とすることによって、上述の光クロック信号をその位相が無変動の状態で抽出できるという効果がより一層確実となることを説明する。すなわち、光導波路14を、バルク結晶あるいは伸張歪量子井戸構造とすることによって、多電極半導体レーザ素子70に対して、偶数次の高次モード同期動作をより一層実現しやすくすることができることを説明する。
<Saturable absorption region>
The optical waveguide 14 in the saturable absorption region 10 of the multi-electrode semiconductor laser device 70 constituting the passive mode-locked semiconductor laser device of the present invention is a quantum well structure having a quantum well in which a bulk crystal or an extension strain is introduced (hereinafter, (It may also be referred to as “stretched strain quantum well structure”), and the effect that the above-described optical clock signal can be extracted in a state in which the phase remains unchanged will be further ensured. That is, by explaining that the optical waveguide 14 has a bulk crystal or an extended strain quantum well structure, it is possible to further easily realize even-order higher-order mode-locking operation for the multielectrode semiconductor laser element 70. To do.

上述したように、外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置200に偶数次の高次モード同期動作を実現させるためには、この受動モード同期半導体レーザ装置200を構成する多電極半導体レーザ素子70の利得領域20に注入する電流を大きくすれば良い。しかしながら、一般に、利得領域の光学利得の大きさが一定のもとで、安定に存在し得る高調波モード同期の次数は、奇数次及び偶数次を含めて複数存在することが知られている(例えば、上述した非特許文献AのFIG. 4及びFIG. 5を参照)。   As described above, in order to realize an even-order higher-order mode-locking operation in the external-cavity-type passive mode-locked semiconductor laser device 200, the multi-electrode semiconductor laser element 70 constituting the passive-mode-locked semiconductor laser device 200 is used. The current injected into the gain region 20 may be increased. However, it is generally known that there are a plurality of harmonic mode-locking orders including odd and even orders that can exist stably with a constant optical gain in the gain region ( For example, see FIG. 4 and FIG. 5 of Non-Patent Document A described above).

従って、利得領域20へ注入される電流が一定でも、外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置200は、奇数次あるいは偶数次の高調波モード同期動作が実現し得る。特別の手段を講じない限り、高調波モード同期動作の次数を積極的に限定し得る一般的な要因はなく、入力光信号や多電極半導体レーザ素子70の温度変化等、外部擾乱の影響を受け、受動モード同期半導体レーザ装置の、モード同期動作は変動し得る。すなわち、奇数次の高調波モード同期動作から偶数次の高調波モード同期動作に変動したり、またこの逆に偶数次の高調波モード同期動作から奇数次の高調波モード同期動作に変動したりする。   Therefore, even if the current injected into the gain region 20 is constant, the external resonator type passive mode-locked semiconductor laser device 200 can realize an odd-order or even-order harmonic mode-locking operation. Unless special measures are taken, there is no general factor that can actively limit the order of harmonic mode-locked operation, and it is affected by external disturbances such as input optical signals and temperature changes of the multi-electrode semiconductor laser device 70. The mode-locking operation of the passive mode-locking semiconductor laser device can vary. That is, the odd-order harmonic mode synchronization operation changes to the even-order harmonic mode synchronization operation, and vice versa, the even-order harmonic mode synchronization operation changes to the odd-order harmonic mode synchronization operation. .

従って、上述の外部擾乱の影響を受けてもなお安定して偶数次の高調波モード同期動作を実現するためには、何らかの新たな手段を新たに講ずる必要がある。   Therefore, in order to realize even-order harmonic mode synchronization operation stably even under the influence of the external disturbance described above, it is necessary to take some new means.

この新たな手段について説明する前に、図10(A1)から(B3)を参照して、可飽和吸収領域10の構造とその動作について説明する。図10(A1)から(B3)は、可飽和吸収領域の動作の説明に供する図であり、図10(A1)から(A3)は、可飽和吸収領域の吸収飽和がTEモードの光パルスで生じる場合を示し、図10(B1)から(B3)は、可飽和吸収領域の吸収飽和がTEモードとTMモードが混合した光パルスで生じる場合を示している。図10(A1)から(B3)の各図共に、横軸は時間軸であり、時間Trtを単位にして目盛ってある。 Before describing this new means, the structure and operation of the saturable absorption region 10 will be described with reference to FIGS. 10 (A1) to (B3). 10 (A1) to (B3) are diagrams for explaining the operation of the saturable absorption region, and FIGS. 10 (A1) to (A3) are optical pulses in which the absorption saturation in the saturable absorption region is TE mode. FIGS. 10 (B1) to (B3) show the case where the absorption saturation in the saturable absorption region occurs with an optical pulse in which the TE mode and the TM mode are mixed. In each of FIGS. 10 (A1) to 10 (B3), the horizontal axis is the time axis and is scaled in units of time Trt .

図10(A1)及び(B1)は、可飽和吸収領域を通過する光パルス列を、図10(A3)及び(B3)は、受動モード半導体レーザ装置から出力される光パルス列のTE偏光成分及びTM偏光成分の強度を、それぞれ横軸(時間軸)に対して直交する方向にとってその斜視図の形式で示してある。TE偏光成分は横軸に対して垂直に、TM成分は横軸に対して斜め方向に示してある。また、図10(A2)及び(B2)は、可飽和吸収領域の光吸収係数の変化を示す図であり、横軸を時間軸として時間Trtを単位にして目盛ってある。また、縦軸は光吸収係数の大きさを任意スケールで目盛って示してあり、時間軸から下方に離れるほど光吸収係数が小さいことを意味している。すなわち、時間軸から下方に離れるほど可飽和吸収領域の透明度が高まることを意味している。 10 (A1) and (B1) show the optical pulse train passing through the saturable absorption region, and FIGS. 10 (A3) and (B3) show the TE polarization component and TM of the optical pulse train output from the passive mode semiconductor laser device. The intensity of the polarization component is shown in the form of a perspective view for each direction perpendicular to the horizontal axis (time axis). The TE polarization component is shown perpendicular to the horizontal axis and the TM component is shown obliquely to the horizontal axis. FIGS. 10A2 and 10B2 are diagrams showing changes in the light absorption coefficient of the saturable absorption region, and are scaled in units of time Trt with the horizontal axis as the time axis. Further, the vertical axis shows the magnitude of the light absorption coefficient on an arbitrary scale, which means that the light absorption coefficient decreases as the distance from the time axis decreases. That is, it means that the transparency of the saturable absorption region increases as the distance from the time axis decreases.

ここでは、まず1次(奇数次)の基本モード同期動作が生じている場合を想定して説明する。図10(A1)は、可飽和吸収領域を通過するモード同期された光パルスの時間波形を、それぞれの偏光方向(TEあるいはTMモード)に分けて示してある。受動モード同期半導体レーザ装置の外部共振器を周回するモード同期された光パルスは、可飽和吸収領域を時間間隔Trtで、TEモードとTMモードとを交互に入れ替わって通過する。 Here, a description will be given assuming that a primary (odd order) basic mode synchronization operation has occurred. FIG. 10 (A1) shows the time waveform of the mode-synchronized optical pulse passing through the saturable absorption region for each polarization direction (TE or TM mode). The mode-synchronized optical pulse that circulates in the external resonator of the passive mode-locked semiconductor laser device passes through the saturable absorption region with the time interval T rt alternating between the TE mode and the TM mode.

仮に、可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化がTEモードのみで起こる場合には、可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化は、この可飽和吸収領域をTEモードで光パルスが通過するときにしか起こらない。従って、図10(A2)に示すように、可飽和吸収領域の透明化は、時間間隔2Trtで起こる。従って、図10(A3)に示すように、TEモード及びTMモードの光パルスが共に周期2Trtで発生し、かつ両者がTrtの相対時間差を持って交互に発生する。 If the saturation due to the absorption saturation of the saturable absorption region occurs only in the TE mode, the transparency due to the absorption saturation of the saturable absorption region occurs when the light pulse passes through the saturable absorption region in the TE mode. Only happens. Accordingly, as shown in FIG. 10 (A2), the saturable absorption region becomes transparent at the time interval 2T rt . Therefore, as shown in FIG. 10 (A3), both TE mode and TM mode optical pulses are generated with a period of 2T rt , and they are alternately generated with a relative time difference of T rt .

これに対して、仮に可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化がTEモード及びTMモードの両方で起こる場合には、可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化は、この可飽和吸収領域をTEモードあるいはTMモードのいずれの偏光の光パルスが通過しても起こる。従って、この場合には、図10(B2)に示すように、可飽和吸収領域の透明化は、時間間隔Trtで起こる。可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化が時間間隔Trtで起こるにもかかわらず、例えば、TEモードの光パルスが図10(B1)に示すように時間間隔2Trtで発生するというのは、不自然で矛盾する現象である。 On the other hand, if the saturation due to the absorption saturation of the saturable absorption region occurs in both the TE mode and the TM mode, the transparency due to the absorption saturation of the saturable absorption region is caused by changing the saturable absorption region to the TE mode. Or it occurs even if the light pulse of any polarization of TM mode passes. Therefore, in this case, as shown in FIG. 10 (B2), the saturable absorption region becomes transparent at the time interval Trt . Although transparency due to absorption saturation of the saturable absorption region occurs at the time interval T rt , for example, the TE mode light pulse is generated at the time interval 2T rt as shown in FIG. 10 (B1) It is an unnatural and contradictory phenomenon.

この矛盾は、発生するモード同期光パルスが、図10(B1)に示すような、1次(奇数次)の基本モード同期動作によって生成される光パルスであると解釈したことに起因している。この場合、生成されたモード同期光パルス列が、図10(B3)に示すように、TEモード及びTMモードの光パルスが、共に時間間隔Trtで生成されているものと解釈することによって矛盾が解消される。この状態は、受動モード同期半導体レーザが2次の高調波モード同期動作している状態である。 This contradiction is due to the interpretation that the generated mode-locked optical pulse is an optical pulse generated by the primary (odd-order) basic mode-locking operation as shown in FIG. 10 (B1). . In this case, the generated mode-synchronized optical pulse train is inconsistent by interpreting that both the TE mode and TM mode optical pulses are generated at the time interval T rt as shown in FIG. 10 (B3). It will be resolved. This state is a state in which the passive mode-locked semiconductor laser is operating in the second harmonic mode-locked manner.

より一般的に、図8(B)に示したような高次の奇数次モード同期動作においても、可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化が、TEモード及びTMモードの両方で起こる場合には、上述したのと同様な矛盾が生じる。生成されるモード同期光パルスは、TEモード及びTMモードの光パルスが、共に同一周期で、同時に生成されると解釈する方が矛盾しない。すなわち、この状態は、受動モード同期半導体レーザが高次の高調波モード同期動作している状態である。   More generally, even in the higher-order odd-order mode-locked operation as shown in FIG. 8B, when the saturation due to the absorption saturation in the saturable absorption region occurs in both the TE mode and the TM mode. The same contradiction occurs as described above. It is more consistent to interpret the generated mode-synchronized optical pulse that both the TE mode and TM mode optical pulses are generated at the same time in the same period. That is, this state is a state in which the passive mode-locked semiconductor laser is operating in a higher-order harmonic mode-locked operation.

以上説明したように、可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化が、TEモード及びTMモードの両方で起こる場合には、外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置は、必然的に偶数次の高調波モード同期動作をする。従って、可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化が、TEモード及びTMモードの両方で起こる場合には、この受動モード同期半導体レーザ装置によって光クロック信号を抽出すれば、抽出される光クロック信号をその位相が無変動の状態で抽出できる。   As described above, when transparency due to absorption saturation in the saturable absorption region occurs in both the TE mode and the TM mode, the external resonator type passive mode-locked semiconductor laser device inevitably has an even order. Performs harmonic mode synchronization. Therefore, when transparency due to absorption saturation in the saturable absorption region occurs in both the TE mode and the TM mode, if the optical clock signal is extracted by this passive mode-locked semiconductor laser device, the extracted optical clock signal is The phase can be extracted with no change.

従って、可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化が、TEモード及びTMモードの両方で起こるようにすることができれば、受動モード同期半導体レーザ装置が、偶数次の高次モード同期動作をより一層実現しやすくすることができる。この発明の受動モード同期半導体レーザ装置200において、可飽和吸収領域10の吸収飽和による透明化が偏光方向に無依存で起こるようにするためには、可飽和吸収領域10の光導波路14をバルク結晶あるいは伸張歪量子井戸構造とすることによって実現できる。可飽和吸収領域10の光導波路14を、バルク結晶あるいは伸張歪量子井戸構造とすれば、偏光方向に無依存で吸収飽和による光導波路14の透明化が実現されることは、既に知られている(例えば、F.Devaux, S. Chelles, A. Ougazzaden, A. Mircea, F. Huet, and M. Carre, “10 Gbit/s operation of polarisation insensitive, strained InGaAsP/InGaAsP MQW electroabsorption modulator,” Electron. Lett., vol. 29, No. 13, pp. 1201-1203, 1993.参照)。   Therefore, if the transparency due to absorption saturation in the saturable absorption region can occur in both the TE mode and the TM mode, the passive mode-locked semiconductor laser device can realize even-order higher-order mode-locking operation even more. Can be easier. In the passive mode-locked semiconductor laser device 200 of the present invention, in order to make the saturation of the saturable absorption region 10 transparent due to the absorption saturation, the optical waveguide 14 in the saturable absorption region 10 is made of a bulk crystal. Alternatively, it can be realized by an extension strain quantum well structure. It is already known that if the optical waveguide 14 in the saturable absorption region 10 has a bulk crystal or an extended strain quantum well structure, the optical waveguide 14 can be made transparent by absorption saturation without depending on the polarization direction. (For example, F. Devaux, S. Chelles, A. Ougazzaden, A. Mircea, F. Huet, and M. Carre, “10 Gbit / s operation of polarisation insensitive, strained InGaAsP / InGaAsP MQW electroabsorption modulator,” Electron. Lett , vol. 29, No. 13, pp. 1201-1203, 1993).

上述した、外部擾乱の影響を受けてもなお安定して偶数次の高調波モード同期動作を実現するため、すなわち、可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化が、TEモード及びTMモードの両方で起こるようにするための新たな手段とは、可飽和吸収領域の構成要素である活性層を、バルク半導体結晶層あるいは伸張歪量子井戸構造とすることである。可飽和吸収領域の構成要素である活性層とは、この発明においては、可飽和吸収領域10の光導波路14を指す。この新たな手段によって、偶数次の高調波モード同期動作をより一層確実に実現することが可能となる。従って、可飽和吸収領域を上述の構成とすることは、光クロック信号抽出動作のより一層の安定化に寄与する。   In order to realize even-order harmonic mode synchronization operation even under the influence of the external disturbance described above, the transparency due to the absorption saturation of the saturable absorption region is achieved in both the TE mode and the TM mode. A new means for making this happen is that the active layer, which is a component of the saturable absorption region, has a bulk semiconductor crystal layer or an extended strain quantum well structure. In the present invention, the active layer that is a component of the saturable absorption region refers to the optical waveguide 14 in the saturable absorption region 10. By this new means, even-order harmonic mode synchronization operation can be realized more reliably. Therefore, the saturable absorption region having the above-described configuration contributes to further stabilization of the optical clock signal extraction operation.

受動モード同期半導体レーザ装置の概略的構成図である。It is a schematic block diagram of a passive mode-locking semiconductor laser device. 第1光クロック信号抽出装置の概略的構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a first optical clock signal extraction device. 第2光クロック信号抽出装置の概略的構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a second optical clock signal extraction device. 入力光信号及び光クロック信号の時間波形を示す図である。It is a figure which shows the time waveform of an input optical signal and an optical clock signal. 受動モード同期動作の説明に供する図である。It is a figure where it uses for description of passive mode synchronous operation | movement. 受動モード同期半導体レーザ装置の出力光パルスの時間波形を示す図である。It is a figure which shows the time waveform of the output optical pulse of a passive mode synchronous semiconductor laser apparatus. 従来の受動モード同期半導体レーザ装置の偏光依存性の説明に供する図である。It is a figure where it uses for description of the polarization dependence of the conventional passive mode-locking semiconductor laser apparatus. 高調波モード同期動作時の受動モード同期半導体レーザ装置から出力される出力光パルスの偏光状態の説明に供する図である。It is a figure with which it uses for description of the polarization state of the output optical pulse output from the passive mode-locking semiconductor laser apparatus at the time of harmonic mode locking operation. この発明の受動モード同期半導体レーザ装置の偏光依存性の説明に供する図である。It is a figure where it uses for description of the polarization dependence of the passive mode-locking semiconductor laser apparatus of this invention. 可飽和吸収領域の動作の説明に供する図である。It is a figure where it uses for description of operation | movement of a saturable absorption area | region.

符号の説明Explanation of symbols

10:可飽和吸収領域
12:可飽和吸収領域のp側電極
14:可飽和吸収領域の光導波路
16:p型クラッド層
18:n型クラッド層
20:利得領域
22:利得領域のp側電極
24:利得領域の光導波路
26:n側共通電極
28、30:端面
32:偏光回転素子
34:半透鏡
36:定電流源
38:定電圧源
40:光サーキュレータ
42:偏光分離器
54:反射鏡
70:多電極半導体レーザ素子
80:入力部
82:第1光アイソレータ
84:第1結合光学系
90:出力部
92:第2光アイソレータ
94b、94c:波長フィルタ
96b、96c:第2結合光学系
100:入出力部
110:結合光学系
200:受動モード同期半導体レーザ装置
10: Saturable absorption region
12: p-side electrode in saturable absorption region
14: Optical waveguide in saturable absorption region
16: p-type cladding layer
18: n-type cladding layer
20: Gain region
22: p-side electrode in gain region
24: Optical waveguide in the gain region
26: n-side common electrode
28, 30: End face
32: Polarization rotation element
34: Semi-transparent mirror
36: Constant current source
38: Constant voltage source
40: Optical circulator
42: Polarization separator
54: Reflector
70: Multi-electrode semiconductor laser device
80: Input section
82: First optical isolator
84: First coupling optics
90: Output section
92: Second optical isolator
94b, 94c: Wavelength filter
96b, 96c: Second coupling optics
100: Input / output section
110: Coupled optics
200: Passive mode-locked semiconductor laser device

Claims (15)

外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置であって、
反転分布が形成される利得領域と、光強度を変調する機能を有する可飽和吸収領域とが直列に配置された多電極半導体レーザ素子と、
直線偏光が偏光回転素子を一往復したときに該直線偏光の偏光面を90°回転させる当該偏光回転素子と
を光共振器内に具え、
該光共振器内を光が1周回するのに要する時間の自然数分の1の時間間隔の繰り返し周期の光パルス列が前記光共振器外に出力されるように、前記光共振器の共振器長及び前記利得領域の光学利得の大きさが設定されている
ことを特徴とする受動モード同期半導体レーザ装置。
An external cavity type passively mode-locked semiconductor laser device,
A multi-electrode semiconductor laser device in which a gain region in which an inversion distribution is formed and a saturable absorption region having a function of modulating light intensity are arranged in series;
The linearly polarized light is provided in the optical resonator with the polarization rotating element that rotates the polarization plane of the linearly polarized light by 90 ° when reciprocating once through the polarization rotating element;
The resonator length of the optical resonator is such that an optical pulse train having a repetition period of a time interval that is one-tenth of the natural number of times required for one round of light to travel through the optical resonator is output to the outside of the optical resonator. And a passive mode-locked semiconductor laser device, wherein the magnitude of the optical gain in the gain region is set.
前記可飽和吸収領域が具える活性層が、バルク半導体結晶層で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の受動モード同期半導体レーザ装置。   2. The passive mode-locked semiconductor laser device according to claim 1, wherein the active layer provided in the saturable absorption region is formed of a bulk semiconductor crystal layer. 前記可飽和吸収領域が具える活性層が、伸張歪が導入されている量子井戸を有する量子井戸構造で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の受動モード同期半導体レーザ装置。   2. The passive mode-locked semiconductor laser device according to claim 1, wherein the active layer provided in the saturable absorption region is formed with a quantum well structure having a quantum well into which an extension strain is introduced. 前記偏光回転素子が、1/4波長板であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の受動モード同期半導体レーザ装置。   4. The passively mode-locked semiconductor laser device according to claim 1, wherein the polarization rotation element is a ¼ wavelength plate. 前記偏光回転素子が、ファラデー回転子であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の受動モード同期半導体レーザ装置。   4. The passively mode-locked semiconductor laser device according to claim 1, wherein the polarization rotator is a Faraday rotator. 請求項1から5のいずれか一項に記載の受動モード同期半導体レーザ装置と、
該受動モード同期半導体レーザ装置に入力光信号を入力させるための入力部と、
該入力光信号から前記受動モード同期半導体レーザ装置によって生成される光パルス列を光クロック信号として出力させるための出力部とを具え、
前記入力光信号を、前記受動モード同期半導体レーザ装置が生成する前記光パルス列の繰り返し周波数と、入力光信号のビットレートに対応する周波数との差が、前記受動モード同期半導体レーザ装置の受動モード同期動作に必要な周波数引き込み現象が発現する程度に小さいビットレートの入力光信号とする
ことを特徴とする光クロック信号抽出装置。
The passively mode-locked semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 5,
An input unit for inputting an input optical signal to the passive mode-locked semiconductor laser device;
An output unit for outputting an optical pulse train generated by the passive mode-locked semiconductor laser device from the input optical signal as an optical clock signal;
The difference between the repetition frequency of the optical pulse train generated by the passive mode-locked semiconductor laser device and the frequency corresponding to the bit rate of the input optical signal is determined by the passive mode-locked semiconductor laser device. An optical clock signal extraction apparatus characterized in that an input optical signal having a bit rate small enough to cause a frequency pull-in phenomenon necessary for operation is generated.
前記出力部が、前記光クロック信号を、偏光方向が互いに直交する2成分に分離して出力する偏光分離器を具えることを特徴とする請求項6に記載の光クロック信号抽出装置。   7. The optical clock signal extraction device according to claim 6, wherein the output unit includes a polarization separator that separates and outputs the optical clock signal into two components whose polarization directions are orthogonal to each other. 前記入力部が、前記入力光信号を伝送する入力側光伝送路に前記光クロック信号抽出装置からの戻り光を入力させないための第1光アイソレータと、前記入力光信号を前記受動モード同期半導体レーザ装置に入力させるための第1結合光学系とを具えることを特徴とする請求項6または7に記載の光クロック信号抽出装置。   A first optical isolator for preventing the return light from the optical clock signal extraction device from being input to an input-side optical transmission line through which the input optical signal is transmitted, and the input mode optical signal to the passive mode-locked semiconductor laser. 8. The optical clock signal extraction device according to claim 6, further comprising a first coupling optical system for inputting to the device. 前記出力部が、前記受動モード同期半導体レーザ装置に前記光クロック信号を伝送する出力側光伝送路からの戻り光を入力させないための第2光アイソレータと、前記光クロック信号を前記出力側光伝送路に入力させるための第2結合光学系とを具えることを特徴とする請求項6から8のいずれか一項に記載の光クロック信号抽出装置。   A second optical isolator for preventing the return light from the output-side optical transmission line for transmitting the optical clock signal to the passive mode-locked semiconductor laser device, and the output-side optical transmission of the optical clock signal; 9. The optical clock signal extraction device according to claim 6, further comprising a second coupling optical system for inputting to the path. 前記出力部が、前記受動モード同期半導体レーザ装置によって抽出された前記光クロック信号をフィルタリングする波長フィルタを具えることを特徴とする請求項6から9のいずれか一項に記載の光クロック信号抽出装置。   10. The optical clock signal extraction according to claim 6, wherein the output unit includes a wavelength filter that filters the optical clock signal extracted by the passive mode-locking semiconductor laser device. apparatus. 請求項1から5の何れか一項に記載の受動モード同期半導体レーザ装置と、
入力光信号を入力させ、かつ該入力光信号から前記受動モード同期半導体レーザ装置によって生成される前記光パルス列を光クロック信号として出力させるための入出力部を具え、
前記入力光信号を、前記受動モード同期半導体レーザ装置が生成する光パルス列の繰り返し周波数と、入力光信号のビットレートに対応する周波数との差が、前記受動モード同期半導体レーザ装置の受動モード同期動作に必要な周波数引き込み現象が発現する程度に小さいビットレートの入力光信号とする
ことを特徴とする光クロック信号抽出装置。
The passively mode-locked semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 5,
An input / output unit for inputting an input optical signal and outputting the optical pulse train generated by the passive mode-locking semiconductor laser device from the input optical signal as an optical clock signal;
The difference between the repetition frequency of the optical pulse train generated by the passive mode-locked semiconductor laser device and the frequency corresponding to the bit rate of the input optical signal is the passive mode-locking operation of the passive mode-locked semiconductor laser device. An optical clock signal extracting apparatus characterized in that the input optical signal has a bit rate small enough to cause a frequency pull-in phenomenon necessary for the optical signal.
前記入出力部が、前記光クロック信号を、偏光方向が互いに直交する2成分に分離して出力する偏光分離器を具えることを特徴とする請求項11に記載の光クロック信号抽出装置。   12. The optical clock signal extraction device according to claim 11, wherein the input / output unit includes a polarization separator that separates and outputs the optical clock signal into two components whose polarization directions are orthogonal to each other. 前記入出力部が、
前記入力光信号を入力するための第1ポートと、前記入力光信号を出力しかつ前記受動モード同期半導体レーザ装置によって抽出された前記光クロック信号を入力する第2ポートと、該光クロック信号を出力する第3ポートを有する光サーキュレータと、
前記第2ポートから出力される前記入力光信号を前記受動モード同期半導体レーザ装置に出力し、かつ前記受動モード同期半導体レーザ装置によって抽出された前記光クロック信号を前記第2ポートに入力する結合光学系と
を具えることを特徴とする請求項11または12に記載の光クロック信号抽出装置。
The input / output unit is
A first port for inputting the input optical signal; a second port for outputting the input optical signal and inputting the optical clock signal extracted by the passive mode-locking semiconductor laser device; and the optical clock signal. An optical circulator having a third port to output;
Coupled optics for outputting the input optical signal output from the second port to the passive mode-locked semiconductor laser device and inputting the optical clock signal extracted by the passive mode-locked semiconductor laser device to the second port 13. The optical clock signal extraction device according to claim 11 or 12, further comprising: a system.
前記入出力部が、前記受動モード同期半導体レーザ装置によって抽出された前記光クロック信号をフィルタリングする波長フィルタを、更に具えることを特徴とする請求項13に記載の光クロック信号抽出装置。   14. The optical clock signal extraction device according to claim 13, wherein the input / output unit further includes a wavelength filter that filters the optical clock signal extracted by the passive mode-locked semiconductor laser device. 請求項1から5の何れか一項に記載の受動モード同期半導体レーザ装置に、
該受動モード同期半導体レーザ装置が生成する光パルス列の繰り返し周波数と、入力光信号のビットレートに対応する周波数との差が、前記受動モード同期半導体レーザ装置の受動モード同期動作に必要な周波数引き込み現象が発現する程度に小さいビットレートの入力光信号を入力して受動モード同期動作をさせて、
該受動モード同期半導体レーザ装置から出力される光パルス列を光クロック信号として抽出する
ことを特徴とする光クロック信号抽出方法。
In the passively mode-locked semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 5,
The difference between the repetition frequency of the optical pulse train generated by the passive mode-locked semiconductor laser device and the frequency corresponding to the bit rate of the input optical signal is a frequency pulling phenomenon necessary for the passive mode-locking operation of the passive mode-locked semiconductor laser device. By inputting an input optical signal with a bit rate that is small enough to generate passive mode-locking operation,
An optical clock signal extraction method, wherein an optical pulse train output from the passive mode-locked semiconductor laser device is extracted as an optical clock signal.
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