JP2008034657A - キャリア抑圧光パルス列発生方法及びこの方法を実現するモード同期半導体レーザ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光変調領域10、利得領域12、位相調整領域14及び分布反射鏡領域16を具えて構成される分布帰還型半導体レーザ100である。利得領域には、p側電極26とn側共通電極32とを介して、定電流源38によって電流が注入されて、レーザ発振に必要な反転分布が形成される。光変調領域では、モード同期の発現に必要な光変調がなされる。分布反射鏡領域には回折格子18が形成されている。モード同期半導体レーザの縦モードのうち、分布反射鏡領域のブラッグ波長を周波数に換算した周波数f0に近接する2つの縦モードが、f0+(frep/2)及びf0-(frep/2)となるように、位相調整領域ならびに分布反射鏡領域の実効屈折率を調整することによって、繰り返し周波数がfrepであるCS光パルス列を発生させる。
【選択図】図1
Description
A. Hirano, Y. Miyamoto, S. Kuwahara, M. Tomizawa, and K.Murata, "A novel mode-splitting detection scheme in 43-Gb/s CS- and DCS-RZsignal transmission," IEEE J. Lightwave Technology., vol. 20, No. 12, pp.2029-2034, 2002. K. Sato, A. Hirano, and N. Shimizu, "Dual mode operationof semiconductor mode-locked lasers for anti-phase pulse generation,"Technical Digest of OFC 2000, paper ThW3-1, 2000. H. Murai, M. Kagawa, H. Tsuji, and K. Fujii, "EAmodulator-based optical multiplexing/demultiplexing techniques for 160Gbit/s OTDM signal transmission," IEICE Trans. Electron., vol. E88-C, No.3, pp. 309-318, 2005.
(A1)分布帰還型半導体レーザが発振するために必要な利得を形成するための電流注入を行うステップ(ステップA1)
(B1)分布帰還型半導体レーザの発振縦モードがf0±q(frep/2)となるように、発振縦モードを調整するステップ(ステップB1)
(C1)発振縦モードを周波数frepで変調するステップ(ステップC1)。
(D2)分布帰還型半導体レーザが具える分布反射鏡領域に近接する一方の共振器端面から反射される反射光を、該分布反射鏡領域に到達しないように減衰させるステップ(ステップD2)。
(A3)ファブリ・ペロ外部共振器型半導体レーザが発振するために必要な利得を形成するための電流注入を行うステップ(ステップA3)
(B3)ファブリ・ペロ外部共振器型半導体レーザの発振縦モードがf0±q(frep/2)となるように、発振縦モードを調整するステップ(ステップB3)
(C3)発振縦モードを周波数frepで変調するステップ(ステップC3)
この発明の第3のCS光パルス列発生方法は、上述したように、この発明のファブリ・ペロ外部共振器型半導体レーザを利用することによって実現される。
(A4)リング共振器型半導体レーザが発振するために必要な利得を形成するための電流注入を行うステップ(ステップA4)
(B4)リング共振器型半導体レーザの発振縦モードがf0±q(frep/2)となるように、発振縦モードを調整するステップ(ステップB4)
(C4)発振縦モードを周波数frepで変調するステップ(ステップC4)。
図1(A)及び(B)を参照して、第1のCS光パルス列発生方法を実現するための第1の分布帰還型半導体レーザの構成について説明する。また、この第1の分布帰還型半導体レーザのモード同期動作原理について説明する。図1(A)及び(B)は、共に第1のモード同期半導体レーザ、すなわち第1のCS光パルス列発生方法を実現させるための分布帰還型半導体レーザの概略的構造を説明するための図である。
Φ=2nDBRk0Leff (7)
ここで、nDBRは分布反射鏡領域の実効屈折率、k0は波数である。図6に示すように、共振器端面44での端面反射率が0であれば、反射率及び侵入長のプロファイル(波長依存性)は、波長軸上でブラッグ波長λBに対して対称となる。
mλ=2nmodLmod+2ngainLgain+2npcLpc+2nDBRLeff (8)
ここで、nmod、ngain、npc、nDBRはそれぞれ、光変調領域10、利得領域12、位相調整領域14、分布反射鏡領域16の実効屈折率である。また、Lmod、Lgain、Lpcはそれぞれ、光変調領域10、利得領域12、位相調整領域14の領域の長さである。Leffは、分布反射鏡領域16の侵入長である。
図11を参照して、第2のCS光パルス列発生方法を実現するための第2の分布帰還型半導体レーザである分布帰還型半導体レーザ300の構成について説明する。また、この分布帰還型半導体レーザ300のモード同期動作原理について説明する。図11は、第2のCS光パルス発生方法を実現するための分布帰還型半導体レーザ300の概略的拡大断面図である。
図16を参照して、第3のCS光パルス列発生方法に利用するファブリ・ペロ外部共振器型半導体レーザ400の構成について説明する。図16は、第3実施例のファブリ・ペロ外部共振器型半導体レーザ400の構成を説明するための概略的拡大断面図である。ファブリ・ペロ外部共振器型半導体レーザ400は、透過中心波長が周波数に換算してf0である波長フィルタ68と、光強度を変調する機能を有する光変調領域10及び反転分布が形成される利得領域12を直列に配置されて構成された多電極半導体レーザ素子500とを具えて構成される。この波長フィルタ68と、この多電極半導体レーザ素子500とは直列に配置されて外部共振器に収められている。
図17を参照して、第4のCS光パルス列発生方法に利用するリング共振器型半導体レーザ600の構成を説明する。図17は、第4実施例のリング共振器型半導体レーザ600の構成を説明するための概略的拡大断面図である。リング共振器型半導体レーザは、透過中心波長が周波数に換算してf0である波長フィルタ68と、光強度を変調する機能を有する光変調領域10及び反転分布が形成される利得領域12を直列に配置されて構成された多電極半導体レーザ500と、光学長を変化させるための可動光遅延器84と含んで構成される。この波長フィルタ68と、多電極半導体レーザ500と、可動光遅延器84とは、リング共振器に収められている。
第1から第4実施例において、光変調領域10をEA変調器として機能させ、分布帰還型半導体レーザ、ファブリ・ペロ外部共振器型半導体レーザ及びリング共振器型半導体レーザを能動モード同期動作させることによって、CS光パルス列の発生を実現する例を説明した。これに対して、光変調領域10を可飽和吸収体(saturable absorber)として機能させる、いわゆる受動モード同期動作を利用しても第1及び第2のCS光パルス列発生方法を実現することが可能である。この場合には、光変調領域10を可飽和吸収体として機能させるために必要とされる逆バイアス電圧を、光変調領域10に対して定電圧源34から供給する。従って、この場合には、交流電源36は不要となる。
12:利得領域
14:位相調整領域
16:分布反射鏡領域
18:回折格子
20:p側クラッド層
22:n側クラッド層
24:光変調領域のp側電極
26:利得領域のp側電極
28:位相調整領域のp側電極
30:分布反射鏡領域のp側電極
32:n側共通電極
34、40、42:定電流源(または定電圧源)
36:交流電源
38:定電流源
44:分布反射鏡領域側の共振器端面
46:光変調領域側の共振器端面
48:絶縁膜
50、54:抵抗加熱膜
52、56:定電流源
58:結合器
60:光吸収係数調整領域
62:光吸収係数調整領域のp側電極
64:定電圧源
66:光吸収係数調整領域側の共振器端面
68:波長フィルタ
70:可動ミラー
72:可動ミラー制御装置
74:利得領域側の端面
76:可動ミラーの反射面
78、80:多電極半導体レーザ素子の端面
82:光アイソレータ
84:可動光遅延器
86:光カプラ
88:可動光遅延器制御装置
100、200、300:分布帰還型半導体レーザ
400:ファブリ・ペロ外部共振器型半導体レーザ
500:多電極半導体レーザ素子
600:リング共振器型半導体レーザ
Claims (14)
- ブラッグ周波数がf0である回折格子を具えた分布帰還型半導体レーザを、繰り返し周波数がfrepである光パルス列を出力させる条件下で、f0±q(frep/2)で与えられる(qは奇数である。)発振縦モードでモード同期動作させることを特徴とするキャリア抑圧光パルス列発生方法。
- ブラッグ周波数がf0である回折格子を具えた分布帰還型半導体レーザに対して、繰り返し周波数がfrepである光パルス列を出力させるために、
該分布帰還型半導体レーザが発振するために必要な利得を形成するための電流注入を行うステップと、
前記分布帰還型半導体レーザの発振縦モードがf0±q(frep/2)となるように(qは奇数である。)、該発振縦モードを調整するステップと、
前記分布帰還型半導体レーザを、繰り返し周波数frepで利得又は損失変調するステップとを含む、
ことを特徴とするキャリア抑圧光パルス列発生方法。 - ブラッグ周波数がf0である回折格子を具えた分布帰還型半導体レーザに対して、繰り返し周波数がfrepである光パルス列を出力させるために、
該分布帰還型半導体レーザが発振するために必要な利得を形成するための電流注入を行うステップと、
該分布帰還型半導体レーザが具える分布反射鏡領域に近接する一方の共振器端面から反射される反射光を、該分布反射鏡領域に到達しないように減衰させるステップと、
前記分布帰還型半導体レーザの発振縦モードがf0±q(frep/2)となるように(qは奇数である。)、該発振縦モードを調整するステップと、
前記分布帰還型半導体レーザを、繰り返し周波数frepで利得又は損失変調するステップとを含む、
ことを特徴とするキャリア抑圧光パルス列発生方法。 - 透過中心波長が周波数に換算してf0である波長フィルタと、多電極半導体レーザとを含む外部共振器を具えたファブリ・ペロ外部共振器型半導体レーザを、繰り返し周波数がfrepである光パルス列を出力させる条件下で、f0±q(frep/2)で与えられる(qは奇数である。)発振縦モードでモード同期動作させることを特徴とするキャリア抑圧光パルス列発生方法。
- 透過中心波長が周波数に換算してf0である波長フィルタと、多電極半導体レーザとを含む外部共振器を具えたファブリ・ペロ外部共振器型半導体レーザに対して、繰り返し周波数がfrepである光パルス列を出力させるために、
前記ファブリ・ペロ外部共振器型半導体レーザが発振するために必要な利得を形成するための電流注入を行うステップと、
前記ファブリ・ペロ外部共振器型半導体レーザの共振器長を、該ファブリ・ペロ外部共振器型半導体レーザの発振縦モードがf0±q(frep/2)となるように(qは奇数である。)調整するステップと、
前記ファブリ・ペロ外部共振器型半導体レーザを、繰り返し周波数frepで利得又は損失変調するステップとを含む、
ことを特徴とするキャリア抑圧光パルス列発生方法。 - 透過中心波長が周波数に換算してf0である波長フィルタと、多電極半導体レーザとを含むリング共振器を具えたリング共振器型半導体レーザを、繰り返し周波数がfrepである光パルス列を出力させる条件下で、f0±q(frep/2)で与えられる(qは奇数である。)発振縦モードでモード同期動作させることを特徴とするキャリア抑圧光パルス列発生方法。
- 透過中心波長が周波数に換算してf0である波長フィルタと、多電極半導体レーザとを含むリング共振器を具えたリング共振器型半導体レーザに対して、繰り返し周波数がfrepである光パルス列を出力させるために、
該リング共振器型半導体レーザが発振するために必要な利得を形成するための電流注入を行うステップと、
該リング共振器型半導体レーザの発振縦モードがf0±q(frep/2)となるように(qは奇数である。)、該発振縦モードを調整するステップと、
前記リング共振器型半導体レーザを、繰り返し周波数frepで利得又は損失変調するステップステップとを含む、
ことを特徴とするキャリア抑圧光パルス列発生方法。 - 光強度を変調する機能を有する光変調領域と、反転分布が形成される利得領域と、実効屈折率が可変である位相調整領域と、ブラッグ周波数がf0である回折格子が形成されている分布反射鏡領域とを具え、前記光変調領域と、前記利得領域と、前記位相調整領域と、前記分布反射鏡領域とが直列に配置されて共振器に収められて構成された分布帰還型半導体レーザであって、繰り返し周波数がfrepである光パルス列を出力させる条件下で、
該分布帰還型半導体レーザの発振縦モードがf0±q(frep/2)となるように(qは奇数である。)共振器長が調整されており、
前記光変調領域の透過率を周波数frepで変調することによって、モード同期動作させて、キャリア抑圧されかつ繰り返し周波数がfrepである光パルス列を出力させることが可能とされている
ことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。 - 光強度を変調する機能を有する光変調領域と、反転分布が形成される利得領域と、実効屈折率が可変である位相調整領域と、ブラッグ周波数がf0である回折格子が形成されている分布反射鏡領域と、光吸収係数を調整するための光吸収係数調整領域を具え、前記光変調領域と、前記利得領域と、前記位相調整領域と、前記分布反射鏡領域と、該光吸収係数調整領域とが直列に配置されて共振器に収められて構成された分布帰還型半導体レーザであって、繰り返し周波数がfrepである光パルス列を出力させる条件下で、
前記光吸収係数調整領域の光吸収係数の値を、該光吸収係数調整領域側の共振器端面から反射される反射光が前記分布反射鏡領域に到達しない十分な大きさに設定されており、
該分布帰還型半導体レーザの発振縦モードがf0±q(frep/2)となるように(qは奇数である。)共振器長が調整されており、
前記光変調領域の透過率を周波数frepで変調することによって、モード同期動作させて、キャリア抑圧されかつ繰り返し周波数がfrepである光パルス列を出力させることが可能とされていることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。 - 前記位相調整領域及び前記分布反射鏡領域が、それぞれプラズマ効果を発現させて当該領域の実効屈折率を変調するための電流を供給する電極を具えることを特徴とする請求項8又は9に記載の分布帰還型半導体レーザ。
- 前記位相調整領域及び前記分布反射鏡領域が、それぞれポッケルス効果を発現させて当該領域の実効屈折率を変調するための電圧を印加する電極を具えることを特徴とする請求項8又は9に記載の分布帰還型半導体レーザ。
- 前記位相調整領域及び前記分布反射鏡領域が、それぞれ当該領域の温度を制御するための抵抗加熱膜を具えることを特徴とする請求項8又は9に記載の分布帰還型半導体レーザ。
- 透過中心波長が周波数に換算してf0である波長フィルタと、
光強度を変調する機能を有する光変調領域と、反転分布が形成される利得領域と、を直列に配置されて構成された多電極半導体レーザとを具え、
該波長フィルタと、該多電極半導体レーザとを外部共振器で挟んで構成されたファブリ・ペロ外部共振器型半導体レーザであって、繰り返し周波数がfrepである光パルス列を出力させる条件下で、
該ファブリ・ペロ外部共振器型半導体レーザの発振縦モードがf0±q(frep/2)となるように(qは奇数である。)、前記外部共振器の間隔が調整されており、
前記光変調領域の透過率を周波数frepで変調することによって、モード同期動作させて、キャリア抑圧されかつ繰り返し周波数がfrepである光パルス列を出力させることが可能とされていることを特徴とするファブリ・ペロ外部共振器型半導体レーザ。 - 透過中心波長が周波数に換算してf0である波長フィルタと、
光強度を変調する機能を有する光変調領域と、反転分布が形成される利得領域と、を直列に配置されて構成された多電極半導体レーザと、
光学長を変化させるための可動光遅延器とを含むリング共振器を具えたリング共振器型半導体レーザであって、繰り返し周波数がfrepである光パルス列を出力させる条件下で、
該リング共振器型半導体レーザの発振縦モードがf0±q(frep/2)となるように(qは奇数である。)、前記可動光遅延器の光遅延量が調整されており、
前記光変調領域の透過率を周波数frepで変調することによって、モード同期動作させて、キャリア抑圧されかつ繰り返し周波数がfrepである光パルス列を出力させることが可能とされていることを特徴とするリング共振器型半導体レーザ。
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