JP2008035265A - Multi-wavelength carrier-suppressed optical pulse signal generator - Google Patents

Multi-wavelength carrier-suppressed optical pulse signal generator Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multi-wavelength carrier-suppressed optical pulse signal generator which is small in device size, reduced in power consumption and can generate a wavelength-multiplexed CS-RZ (Carrier-suppressed-Return to Zero) optical signal. <P>SOLUTION: The multi-wavelength CS optical pulse signal generator includes a reference clock signal generator 102, a two-branch electric distributor 104, an optical pulse strings generation part 134, an optical pulse signal generation part 136, and a multi-wavelength optical multiplexer 122. The reference clock signal generator generates a reference clock signal 103, The two-branch electric distributor takes the reference clock signal as an input and branches it into two to output a first clock signal 105a and a second clock signal 105b. The optical pulse strings generation part generates and outputs CS optical pulse stringths having mutually different oscillation frequencies. The optical pulse signal generation part takes the plurality of CS optical pulse strings as inputs and generates and outputs CS optical pulse signals having mutually different oscillation frequencies. The multi-wavelength optical multiplexer multiplexes and outputs CS optical pulse signals having mutually different CS optical pulse frequencies, which are outputted from the optical pulse signal generation part. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、キャリア抑圧RZ(Return to Zero)フォーマットの強度変調による、多波長キャリア抑圧RZ光パルス信号を生成する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for generating a multi-wavelength carrier-suppressed RZ optical pulse signal by intensity modulation in a carrier-suppressed RZ (Return to Zero) format.

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。この光通信ネットワークを構成する光通信システムにおいて用いられる光信号のフォーマットは、様々なものが提案されており、そのうちの幾つかは実用化されている。実用化されている光信号のフォーマットで代表的なものは、光強度の強弱によって2値デジタル信号を表す、強度変調フォーマットである。そして、この強度変調フォーマットには、大別して2種類あり、それらは、連続する「1」信号の間で光強度が保たれるNRZ(Non Return to Zero)フォーマットと、連続する「1」信号の間で光強度が一旦ゼロになるRZフォーマットとである。   In optical communication networks, transmission distance and capacity have been increased. Various formats of optical signals used in the optical communication system constituting this optical communication network have been proposed, and some of them have been put into practical use. A typical optical signal format in practical use is an intensity modulation format that represents a binary digital signal by the intensity of light. This intensity modulation format is roughly divided into two types: NRZ (Non Return to Zero) format in which the light intensity is maintained between consecutive “1” signals, and continuous “1” signal. RZ format in which the light intensity once becomes zero.

RZフォーマットの光信号は、時間軸上で規則正しく一定の間隔で並んだ光パルス列に対して、この光パルス列を構成する個々の光パルスを光強度変調器によって、光強度変調することによって生成される。光パルス列を構成する個々の光パルスを光強度変調するとは、光パルス列を構成する光パルスを、選択的に遮断あるいは透過させることである。すなわち、RZフォーマットの光信号は、光パルス列を構成する光パルスを、選択的に遮断あるいは透過させることによって2値デジタル信号として生成される。従って、RZフォーマットの光信号を生成するには、光パルス列が予め必要で、この光パルス列を発生する光源が必須である。   An optical signal in the RZ format is generated by optical intensity modulation of individual optical pulses constituting the optical pulse train by an optical intensity modulator with respect to the optical pulse train arranged regularly at regular intervals on the time axis. . Optical intensity modulation of the individual optical pulses constituting the optical pulse train is to selectively block or transmit the optical pulses constituting the optical pulse train. That is, the RZ format optical signal is generated as a binary digital signal by selectively blocking or transmitting the optical pulses constituting the optical pulse train. Therefore, in order to generate an optical signal in the RZ format, an optical pulse train is required in advance, and a light source that generates this optical pulse train is essential.

RZフォーマットの光信号は、上述したように、時間軸上で規則正しく一定の間隔で並んだ光パルス列を光変調して得られる2値デジタル信号であるので、以後、光パルス信号及び光パルス列との表現は、以下の意味で用いるものとする。すなわち、光パルス信号との表現は、時間軸上で規則正しく一定の間隔で並んだ光パルス列を光変調して得られる、2値デジタル信号としての光パルスの列を意味する場合のみに用いるものとする。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間隔で欠損することなく並ぶ光パルスの総体を指すものとして用いる。   As described above, the optical signal in the RZ format is a binary digital signal obtained by optically modulating an optical pulse train that is regularly arranged at regular intervals on the time axis. The expression is used in the following meaning. That is, the expression optical pulse signal is used only when it means an optical pulse train as a binary digital signal obtained by optically modulating optical pulse trains regularly arranged at regular intervals on the time axis. To do. On the other hand, the expression “optical pulse train” is used to indicate the total of optical pulses arranged without being lost at regular intervals on the time axis.

RZフォーマットは、連続する「1」信号の間においても光強度が一旦ゼロになるフォーマットであるので、以下に説明するように、一般に、NRZフォーマットに比べ、光搬送波としての光の波長帯域は広くなる。以後、光搬送波としての光の波長帯域を、光パルス信号あるいは光パルス列の波長スペクトル帯域ということもある。   Since the RZ format is a format in which the light intensity once becomes zero even between consecutive “1” signals, the wavelength band of light as an optical carrier is generally wider than the NRZ format, as described below. Become. Hereinafter, the wavelength band of light as an optical carrier may be referred to as a wavelength spectrum band of an optical pulse signal or an optical pulse train.

RZフォーマットの光パルス信号は、「1」を意味するビットを示す光パルスは常に単独に時間軸上に存在するので、この光パルス信号は、半値幅の狭い光パルスの集合として構成されることになる。一方、NRZフォーマットの光パルス信号は、「1」を意味するビットが連続して現れる場合には、「1」が連続する間一続きの幅の広い光パルスとして構成される。そのため、NRZフォーマットの光パルス信号を構成する光パルスの半値幅は、RZフォーマットの光パルス信号を構成する光パルスの半値幅に比べて、平均して広くなる。   An optical pulse signal in the RZ format always has an optical pulse indicating a bit representing “1” on the time axis, so this optical pulse signal must be configured as a set of optical pulses with a narrow half-value width. become. On the other hand, the optical pulse signal in the NRZ format is configured as a continuous wide optical pulse while “1” continues when bits representing “1” appear continuously. For this reason, the half width of the optical pulse constituting the optical pulse signal in the NRZ format is, on average, wider than the half width of the optical pulse constituting the optical pulse signal in the RZ format.

従って、RZフォーマットの光パルス信号が占有する周波数帯域(以後、周波数スペクトル帯域と記載することもある。)は、NRZフォーマットの光パルス信号が占有する周波数スペクトル帯域より広くなる。以後の説明において、周波数で表現されるスペクトルであるか、波長で表現されるスペクトルであるかを区別する必要のないときは、単にスペクトルということもある。   Accordingly, the frequency band occupied by the optical pulse signal in the RZ format (hereinafter sometimes referred to as a frequency spectrum band) is wider than the frequency spectrum band occupied by the optical pulse signal in the NRZ format. In the following description, when it is not necessary to distinguish between a spectrum expressed by frequency and a spectrum expressed by wavelength, it may be simply referred to as a spectrum.

スペクトル帯域が広くなると、第1に信号の伝送媒体である光ファイバの有する群速度分散によって光パルスの時間軸上での半値幅が広がるという、いわゆる波形歪みの効果が顕著に現れ、これによって伝送距離が制限される。第2に、波長多重方式による大容量化を考慮すると、隣接する波長が割り当てられたチャンネル間のクロストークを抑制する為に、隣接するチャンネルに割り当てる波長差を大きくとる必要が生じる。いずれにしても、スペクトル帯域が広い光パルス信号は、それが利用される光通信ネットワークの、周波数帯域の効率的な利用の観点から好ましくない。   When the spectrum band is widened, the effect of so-called waveform distortion, in which the half-value width of the optical pulse on the time axis is broadened due to the group velocity dispersion of the optical fiber, which is the signal transmission medium, appears prominently. Distance is limited. Second, considering the increase in capacity by wavelength multiplexing, it is necessary to increase the wavelength difference allocated to adjacent channels in order to suppress crosstalk between channels to which adjacent wavelengths are allocated. In any case, an optical pulse signal having a wide spectrum band is not preferable from the viewpoint of efficient use of the frequency band of the optical communication network in which it is used.

そこで、RZフォーマットの光パルス信号のスペクトル帯域を狭くする方法が提案されてきた。その中の代表的な方法が、時間軸上で隣接する光パルス間で、光搬送波としての位相を反転させた光パルス列をRZフォーマットする、いわゆるキャリア抑圧RZフォーマットを採用することである(例えば、非特許文献1参照)。時間軸上で隣接する光パルス間で光搬送波としての位相が反転するとは、隣接する光パルス間の位相差がπであるということと同義である。以後、キャリア抑圧RZフォーマットを、CS-RZフォーマット(Carrier-suppressed-RZフォーマット)と記載することもある。   Therefore, a method for narrowing the spectrum band of an RZ format optical pulse signal has been proposed. A typical method among them is to adopt a so-called carrier suppression RZ format in which an optical pulse train having an inverted phase as an optical carrier wave is RZ-formatted between adjacent optical pulses on the time axis (for example, Non-patent document 1). Reversing the phase as an optical carrier wave between adjacent optical pulses on the time axis is synonymous with the fact that the phase difference between adjacent optical pulses is π. Hereinafter, the carrier suppressed RZ format may be referred to as a CS-RZ format (Carrier-suppressed-RZ format).

時間軸上で隣接する光パルス間で光搬送波としての位相を反転させるとは、光搬送波としての位相が連続しておらず、光搬送波の位相がπだけ急変する位相跳躍部分が、隣接する光パルス間に存在することを意味する。従って、隣接する光パルス間で生じる干渉の効果は、互いの振幅を相殺させる効果となる。一方、時間軸上で隣接する光パルス間の光搬送波としての位相が同相である場合には、これらの光パルス間で生じる干渉の効果は、互いの振幅が足し合わされる効果となる。   Reversing the phase as an optical carrier between adjacent optical pulses on the time axis means that the phase as an optical carrier is not continuous and the phase jumping portion where the phase of the optical carrier changes abruptly by π It means to exist between pulses. Therefore, the effect of interference occurring between adjacent optical pulses is an effect of canceling out the mutual amplitude. On the other hand, when the phase as an optical carrier wave between adjacent optical pulses on the time axis is the same phase, the effect of interference generated between these optical pulses is an effect in which the mutual amplitudes are added.

このため、CS-RZフォーマットは、光パルス信号のデューティ比が高くなっても、時間軸上で隣り合った光パルス間の干渉による波形歪が、通常のRZフォーマットよりも抑えられる。ここで、光パルスのデューティ比とは、時間軸上において隣接して並ぶ光パルスの間隔(1ビット当たりの時間幅であり、時間スロットと呼ばれることもある。)に対する、当該光パルスの半値幅の比をいう。従って、デューティ比が高くなるとは、光パルスの半値幅が、時間スロットに対して広くなることを意味する。すなわち、時間スロットを固定して光パルスの半値幅を広くする、あるいは光パルスの半値幅を固定して時間スロットを狭くすると、デューティ比が高くなる。   For this reason, in the CS-RZ format, even when the duty ratio of the optical pulse signal is increased, waveform distortion due to interference between adjacent optical pulses on the time axis is suppressed as compared with the normal RZ format. Here, the duty ratio of an optical pulse is the half-value width of the optical pulse with respect to the interval between adjacent optical pulses arranged on the time axis (it is a time width per bit and is sometimes called a time slot). The ratio of Therefore, increasing the duty ratio means that the half-value width of the optical pulse becomes wider with respect to the time slot. That is, if the time slot is fixed to widen the half width of the optical pulse, or if the time slot is narrowed by fixing the half width of the optical pulse, the duty ratio becomes high.

すなわち、CS-RZフォーマットによれば、光パルス信号を構成する光パルスの時間軸上での幅を、通常RZフォーマットよりも広く取ることが出来、その結果光搬送波のスペクトル帯域を低減できる。ちなみに、CS-RZフォーマットは、時間軸上で隣接する光パルス間の光搬送波としての位相が同相である通常のRZフォーマット比べ、スペクトル帯域を25%程度低減できる(非特許文献1参照)ことが知られている。   That is, according to the CS-RZ format, the width of the optical pulse constituting the optical pulse signal on the time axis can be made wider than that of the normal RZ format, and as a result, the spectral band of the optical carrier can be reduced. Incidentally, the CS-RZ format can reduce the spectral bandwidth by about 25% compared to the normal RZ format where the phase as an optical carrier between adjacent optical pulses on the time axis is the same phase (see Non-Patent Document 1). Are known.

以上説明したように、CS-RZフォーマットは、光ファイバの群速度分散による波形歪への耐性に優れ、また、周波数利用効率に優れる。すなわち、CS-RZフォーマットの光パルス信号を採用することによって、長距離伝送特性・周波数利用効率に優れた光通信システムの実現が可能となる。   As described above, the CS-RZ format is excellent in resistance to waveform distortion due to group velocity dispersion of an optical fiber, and is excellent in frequency utilization efficiency. That is, by adopting an optical pulse signal in the CS-RZ format, it is possible to realize an optical communication system with excellent long-distance transmission characteristics and frequency utilization efficiency.

従来、CS-RZフォーマットの光パルス信号を生成するために必要とされる、キャリア抑圧光パルス列(以後、「CS光パルス列」ということもある。)を発生する代表的な方法として、マッハツェンダ干渉計型のLiNbO3光強度変調器を用いる方法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。以後LiNbO3光強度変調器をLN光強度変調器と記載することもある。 Conventionally, a Mach-Zehnder interferometer is a typical method for generating a carrier-suppressed optical pulse train (hereinafter sometimes referred to as a “CS optical pulse train”) that is required to generate an optical pulse signal in the CS-RZ format. A method using a type of LiNbO 3 light intensity modulator is known (for example, see Non-Patent Document 1). Hereinafter, the LiNbO 3 light intensity modulator may be referred to as an LN light intensity modulator.

この方法を、繰り返し周波数が40 GHzであるCS光パルス列発生を例にして説明する。まず連続波(CW: Continuance Wave)光源から発生するCW光をLN光強度変調器に入力する。そして、LN光強度変調器のDCバイアスレベルを透過率最小の電圧値に設定して、繰り返し周波数が20 GHzであって、かつ最大-最小間の電圧差(peak-to-peak 電圧、以下でVppと記載することもある。)が半波長電圧Vπの2倍である電気変調信号(多くの場合、正弦波)でLN光強度変調器を駆動すれば、繰り返し周波数が40 GHzのCS光パルス列がLN光強度変調器から出力される。 This method will be described by taking CS optical pulse train generation with a repetition frequency of 40 GHz as an example. First, CW light generated from a continuous wave (CW) light source is input to an LN light intensity modulator. Then, the DC bias level of the LN light intensity modulator is set to the minimum voltage value of the transmittance, the repetition frequency is 20 GHz, and the voltage difference between the maximum and minimum (peak-to-peak voltage, below) V pp .) Is driven by an LN light intensity modulator with an electrical modulation signal (often a sine wave) that is twice the half-wave voltage V π . An optical pulse train is output from the LN optical intensity modulator.

この方法によれば、CW光源の波長を変えても光パルスの特性変化が小さいので、波長依存の小さい波長可変CS光パルス列発生光源が提供できる。また、この方法は、繰り返し周波数を容易に変えられるという利点もある。   According to this method, since the characteristic change of the optical pulse is small even if the wavelength of the CW light source is changed, a wavelength variable CS optical pulse train generating light source having a small wavelength dependence can be provided. This method also has an advantage that the repetition frequency can be easily changed.

そこで、LN光強度変調器を用いて構成されるCS光パルス列発生装置を用いた高密度波長分割多重方式(DWDM: Dense Wavelength Division Multiplexing)の送受信装置の例(非特許文献2参照)が提案されている。図1を参照して、このDWDM送受信装置の送信側を構成するDWDM送信器について説明する。DWDM送信器とは、多波長キャリア抑圧光パルス信号生成装置(以後、「多波長CS光パルス信号生成装置」と略記することもある。)を意味する。   Therefore, an example of a DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) transmission / reception device using a CS optical pulse train generator configured using an LN optical intensity modulator (see Non-Patent Document 2) has been proposed. ing. With reference to FIG. 1, a DWDM transmitter constituting the transmission side of the DWDM transmission / reception apparatus will be described. The DWDM transmitter means a multi-wavelength carrier-suppressed optical pulse signal generation device (hereinafter sometimes abbreviated as “multi-wavelength CS optical pulse signal generation device”).

図1は、LN光強度変調器を用いて構成される、従来の多波長CS光パルス信号生成装置の概略的ブロック構成図である。非特許文献2にはDWDM送受信装置の概略が開示されているが、図1では、この発明の多波長CS光パルス信号生成装置との対比が行いやすいように、非特許文献2に開示されている装置のDWDM送信器(多波長CS光パルス信号生成装置)の部分を抜き出して、必要な構成要素を補って再構成して、従来例による多波長CS光パルス信号生成装置として示してある。   FIG. 1 is a schematic block diagram of a conventional multi-wavelength CS optical pulse signal generation device configured using an LN optical intensity modulator. Non-Patent Document 2 discloses an outline of a DWDM transmitter / receiver, but in FIG. 1, it is disclosed in Non-Patent Document 2 so that it can be easily compared with the multi-wavelength CS optical pulse signal generator of the present invention. The part of the DWDM transmitter (multi-wavelength CS optical pulse signal generation device) of the device is extracted and reconfigured by supplementing necessary components, and is shown as a conventional multi-wavelength CS optical pulse signal generation device.

図1に示す従来の多波長CS光パルス信号生成装置は、基準クロック信号発生器102と、2分岐電気分配器104と、光パルス列生成部130と、光パルス信号生成部132と、多波長光合波器122とを具えて構成される。   The conventional multi-wavelength CS optical pulse signal generator shown in FIG. 1 includes a reference clock signal generator 102, a two-branch electrical distributor 104, an optical pulse train generator 130, an optical pulse signal generator 132, and a multi-wavelength optical multiplexer. And a waver 122.

基準クロック信号発生器102は、システムクロックと同期した、周波数がfCLKの基準クロック信号103を発生する。2分岐電気分配器104は、基準クロック信号103を、第1クロック信号105aと、第2クロック信号105bとに2分岐する。第1クロック信号105a及び第2クロック信号105bは、それぞれ光パルス列生成部130及び光パルス信号生成部132に入力される。 The reference clock signal generator 102 generates a reference clock signal 103 having a frequency of f CLK that is synchronized with the system clock. The two-branch electrical distributor 104 branches the reference clock signal 103 into a first clock signal 105a and a second clock signal 105b. The first clock signal 105a and the second clock signal 105b are input to the optical pulse train generation unit 130 and the optical pulse signal generation unit 132, respectively.

光パルス列生成部130は、1/2分周器106、N分岐電気分配器である第1電気分配器108、N個の電気増幅器112-1、112-2、...及び112-N、波長がそれぞれλ1、λ2、...及びλNである連続波光源118-1、118-2、...118-N、N個のLN光強度変調器116-1、116-2、...116-Nを具えて構成されている。ここで、Nは2以上の整数であり、以後の説明においても同様である。 The optical pulse train generator 130 includes a 1/2 frequency divider 106, a first electrical distributor 108 that is an N branch electrical distributor, N electrical amplifiers 112-1, 112-2, ... and 112-N, Continuous-wave light sources 118-1, 118-2, ... 118-N, N LN light intensity modulators 116-1, 116-2 with wavelengths λ 1 , λ 2 , ... and λ N respectively. , ... It is composed with 116-N. Here, N is an integer of 2 or more, and the same applies to the following description.

光パルス信号生成部132は、N分岐電気分配器である第2電気分配器110、N個の電気信号生成器114-1、114-2、...114-N、N個の光強度変調器120-1、120-2、...120-Nを具えて構成されている。   The optical pulse signal generation unit 132 includes a second electric distributor 110, which is an N-branch electric distributor, N electric signal generators 114-1, 114-2, ... 114-N, and N optical intensity modulators. 120-1, 120-2, ... 120-N.

クロック信号105aは、1/2分周器106に入力されて、周波数がfCLK/2であるクロック信号107に変換されて出力され、第1電気分配器108に入力される。第1電気分配器108に入力されたクロック信号107は、N分岐されて出力される。 The clock signal 105a is input to the 1/2 frequency divider 106, converted to a clock signal 107 having a frequency of fCLK / 2, output, and input to the first electric distributor 108. The clock signal 107 input to the first electric distributor 108 is output with N branches.

電気分配器108から出力されるクロック信号は、電気増幅器112-1、112-2、…112-Nにそれぞれ入力され、それぞれの電気増幅器で出力電圧値がVpp=2Vπまで増幅されて出力される。 The clock signals output from the electrical distributor 108 are respectively input to the electrical amplifiers 112-1, 112-2,... 112-N, and the output voltage value is amplified to V pp = 2V π by each electrical amplifier and output. Is done.

一方、連続波光源118-1、118-2、…118-Nから、それぞれ波長がλ1、λ2、…λNであるCW光が出力される。波長がλ1、λ2、…λNであるCW光は、それぞれLN光強度変調器116-1、116-2、…116-Nに入力される。また、LN光強度変調器116-1、116-2、…116-Nのそれぞれには、電気増幅器112-1、112-2、…112-Nからそれぞれ出力される、周波数がfCLK/2であるクロック信号113-1、113-2、…113-Nがそれぞれ供給される。 On the other hand, CW lights having wavelengths λ 1 , λ 2 ,... Λ N are output from the continuous wave light sources 118-1, 118-2,. 1 wavelength lambda, lambda 2, CW light is ... lambda N are, LN optical intensity modulator 116-1 and 116-2, respectively, are input to ... 116-N. Further, LN optical intensity modulator 116-1, 116-2, ... 116-N are each of electric amplifiers 112 - 1 and 112 - 2, ... 112-N are output from a frequency f CLK / 2 The clock signals 113-1, 113-2,... 113-N are respectively supplied.

ここで、1/2分周器106が必要な理由を説明する。LN光強度変調器から、周波数がfCLKであるCS光パルス列を出力させるには、繰り返し周波数が40 GHzであるCS光パルス列発生を例にして説明したように、周波数がfCLK/2である変調電気信号を印加すればよいからである。すなわち、LN光強度変調器116-1、116-2、…116-Nのそれぞれに、周波数がfCLK/2であるクロック信号113-1、113-2、…113-Nを供給することによって、繰り返し周波数がfCLKのCS光パルス列117-1、117-2、…117-Nが出力される。 Here, the reason why the 1/2 frequency divider 106 is necessary will be described. In order to output a CS optical pulse train having a frequency of f CLK from the LN optical intensity modulator, the frequency is f CLK / 2, as described with reference to generation of a CS optical pulse train having a repetition frequency of 40 GHz. This is because a modulated electric signal may be applied. That, LN optical intensity modulator 116-1 and 116-2, the respective ... 116-N, the clock signal 113-1 and 113-2 a frequency of f CLK / 2, by supplying ... 113-N CS optical pulse trains 117-1, 117-2,..., 117-N having a repetition frequency of f CLK are output.

ここで、Vπは、LN光強度変調器116-1、116-2、…116-Nを変調するために入力する電気信号の振幅の最大-最小間の電圧差Vppの半分の値を意味する。その結果、LN光強度変調器116-1、116-2、…116-Nからは、それぞれ波長がλ1、λ2、…λNで、繰り返し周波数がfCLKのCS光パルス列117-1、117-2、…117-Nが出力される。CS光パルス列117-1、117-2、…117-Nは、それぞれ、光パルス信号生成部132が具える光強度変調器120-1、120-2、…120-Nに入力される。光強度変調器120-1、120-2、…120-Nは、上述のマッハツェンダ干渉計型のLN光強度変調器が利用される。 Here, V π is a half value of the voltage difference V pp between the maximum and minimum of the amplitude of the electric signal input to modulate the LN light intensity modulators 116-1, 116-2,... 116-N. means. As a result, LN optical intensity modulator 116-1 and 116-2, ... from 116-N, 1 wavelength lambda, respectively, lambda 2, in ... lambda N, CS optical pulse train of repetition frequency f CLK 117-1, 117-2, ... 117-N is output. .., 117-N are respectively input to light intensity modulators 120-1, 120-2,... 120-N included in the optical pulse signal generation unit 132. As the light intensity modulators 120-1, 120-2,... 120-N, the above-described Mach-Zehnder interferometer type LN light intensity modulator is used.

一方、2分岐電気分配器104から出力される、もう一系統の第2クロック信号105bは、N分岐電気分配器である第2電気分配器110によってN分岐され、クロック信号111-1、111-2、…111-Nとして生成されて出力される。第2電気分配器110から出力されたそれぞれのクロック信号に位相同期させて、電気信号生成器114-1、114-2、…114-Nを駆動することによって、電気信号生成器114-1、114-2、…114-Nから、それぞれビットレートがfCLKである電気データ信号115-1、115-2、…115-Nが生成されて出力される。この電気データ信号115-1、115-2、…115-Nを光強度変調器120-1、120-2、…120-Nに入力することによって、光強度変調器120-1、120-2、…120-Nからは、CS-RZ光信号121-1、121-2、…121-Nが出力される。 On the other hand, the second clock signal 105b of the other system output from the two-branch electric distributor 104 is N-branched by the second electric distributor 110, which is an N-branch electric distributor, and the clock signals 111-1, 111- 2, ... 111-N is generated and output. By driving the electric signal generators 114-1, 114-2, ... 114-N in phase synchronization with the respective clock signals output from the second electric distributor 110, the electric signal generators 114-1, 114-N generates and outputs electrical data signals 115-1, 115-2,... 115-N having a bit rate of f CLK , respectively. The electrical data signals 115-1, 115-2,... 115-N are input to the light intensity modulators 120-1, 120-2,. 120-N outputs CS-RZ optical signals 121-1, 121-2, ... 121-N.

これらCS-RZ光信号121-1、121-2、…121-Nを、WDMカップラ等を用いて構成される多波長光合波器122で合波することにより、最終的に、波長多重数がNである波長多重CS-RZ信号123が得られる。
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. 40 Gb/s CS-RZ LiNbO3外部変調器[online]2004年1月 富士通株式会社製品カタログ][平成18年7月13日検索]インターネット<http://telecom.fujitsu.com/jp/products/device/pdf/40g-csrz.pdf>
These CS-RZ optical signals 121-1, 121-2,... 121-N are combined by a multi-wavelength optical multiplexer 122 configured using a WDM coupler or the like, so that the number of wavelength multiplexing is finally reduced. A wavelength multiplexed CS-RZ signal 123 of N is obtained.
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. 40 Gb / s CS-RZ LiNbO3 External Modulator [online] January 2004 Fujitsu Limited Product Catalog] [Search July 13, 2006] Internet <http://telecom.fujitsu.com/en/products/ device / pdf / 40g-csrz.pdf>

しかしながら、先に述べた従来技術による、波長多重CS-RZ光信号発生装置には、次のような解決すべき課題がある。   However, the wavelength multiplexing CS-RZ optical signal generator according to the prior art described above has the following problems to be solved.

第1は、波長多重CS-RZ光信号発生装置のサイズが大型となるという問題である。これは、CS光パルス列の発生のために、LN光強度変調器と、別個に連続光源が必要であり、これらを収容するために装置サイズが大型化する。更に、従来の装置によれば、電気増幅器から発生する発熱量が無視できない大きさである。電気増幅器からの発熱が大きければ、連続光源や、光強度変調器などの光部品、さらには電気信号発生回路などの電子部品の特性に悪影響を与える。そのために、効率的な放熱を考慮した装置設計が要請され、この結果として装置サイズが大型化する。   The first problem is that the size of the wavelength multiplexing CS-RZ optical signal generator becomes large. This requires an LN optical intensity modulator and a separate continuous light source for the generation of a CS optical pulse train, and the size of the apparatus increases to accommodate these. Furthermore, according to the conventional apparatus, the amount of heat generated from the electric amplifier is not negligible. If the heat generated from the electric amplifier is large, it adversely affects the characteristics of the continuous light source, optical components such as a light intensity modulator, and electronic components such as an electric signal generation circuit. Therefore, a device design that takes into account efficient heat dissipation is required, and as a result, the device size increases.

第2は、消費電力が大きくなるという問題である。CS光パルス列を発生する為に必要な、LN光強度変調器の変調電圧のVppは2Vπである。一般的なLN光強度変調器における半波長電圧Vπは、5 V〜10 Vであり、従って、必要な変調電圧のVppは、10 V〜20V となる。これは、LN光強度変調器のインピーダンスを50Ωとして、電力に換算して、24 dBm〜30 dBmと大きな値となる。ちなみに、現状の電子デバイスの開発状況では、電気増幅器の飽和出力は30 dBm程度である。 The second problem is that power consumption increases. Required to generate a CS optical pulse train, V pp of the modulation voltage of the LN optical intensity modulator is 2V [pi. The half-wave voltage V [pi in general LN optical intensity modulator, a 5 V~10 V, therefore, V pp of the required modulation voltage becomes 10 V~20V. This is a large value of 24 dBm to 30 dBm in terms of electric power when the impedance of the LN light intensity modulator is 50Ω. Incidentally, in the current development status of electronic devices, the saturation output of an electric amplifier is about 30 dBm.

従って、一つの電気増幅器によって駆動可能である、CS光パルス列発生のためのLN光強度変調器の数は、1個からせいぜい6個である。すなわち、波長多重数がNである波長多重CS-RZ 光信号発生装置を構成するためには、N個あるいはそれに近い数の電気増幅器が必要となる。すなわち、大きな消費電力が必要とされる。   Accordingly, the number of LN optical intensity modulators that can be driven by one electric amplifier for generating a CS optical pulse train is from 1 to 6 at most. That is, in order to construct a wavelength division multiplexing CS-RZ optical signal generation device having N wavelength multiplexing numbers, N or a number of electrical amplifiers close to it are required. That is, large power consumption is required.

上述した問題は、多重する波長の数が多くなるほど、顕著になる。光通信システムには、実用上、小型化、構成の単純化、及び低消費電力化を図ることが強く求められており、これらの要請に応えられる波長多重CS-RZ光信号発生装置が望まれている。   The problem described above becomes more prominent as the number of multiplexed wavelengths increases. In optical communication systems, there is a strong demand for practical miniaturization, configuration simplification, and low power consumption, and a wavelength-multiplexed CS-RZ optical signal generator that can meet these demands is desired. ing.

そこで、本発明は、装置のサイズが小さく、消費電力が小さい、波長多重CS-RZ光信号を生成することが可能な、多波長CS光パルス信号生成装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a multi-wavelength CS optical pulse signal generation device capable of generating a wavelength-multiplexed CS-RZ optical signal with a small device size and low power consumption.

上述の目的を達成するため、この発明の要旨によれば、以下の構成の多波長CS光パルス信号生成装置が提供される。   In order to achieve the above object, according to the gist of the present invention, a multi-wavelength CS optical pulse signal generation device having the following configuration is provided.

この発明の多波長CS光パルス信号生成装置の基本構成は、基準クロック信号発生器と、2分岐電気分配器と、光パルス列生成部と、光パルス信号生成部と、多波長光合波器とを具えた構成である。基準クロック信号発生器は、基準クロック信号を発生する。2分岐電気分配器は、基準クロック信号を入力して、第1クロック信号と第2クロック信号とに2分岐して出力する。   The basic configuration of the multi-wavelength CS optical pulse signal generation device according to the present invention includes a reference clock signal generator, a two-branch electrical distributor, an optical pulse train generator, an optical pulse signal generator, and a multi-wavelength optical multiplexer. It is a prepared structure. The reference clock signal generator generates a reference clock signal. The two-branch electrical distributor receives a reference clock signal, branches the first clock signal and the second clock signal into two, and outputs them.

光パルス列生成部は、発振周波数が互いに相異なるCS光パルス列を生成して出力する。CS光パルス列は、この光パルス列生成部が具える複数のモード同期レーザによって生成される。モード同期レーザとしては、後述する分布帰還型半導体レーザを利用するのが好適である。   The optical pulse train generation unit generates and outputs CS optical pulse trains having different oscillation frequencies. The CS optical pulse train is generated by a plurality of mode-locked lasers provided in the optical pulse train generator. As the mode-locked laser, it is preferable to use a distributed feedback semiconductor laser described later.

光パルス信号生成部は、複数のCS光パルス列のぞれぞれが入力されると、発振周波数が互いに相異なるキャリア抑圧光パルス信号を生成して出力する。キャリア抑圧光パルス信号は、この光パルス信号生成部が具える複数の光強度変調器によって生成され出力される。   When each of a plurality of CS optical pulse trains is input, the optical pulse signal generation unit generates and outputs carrier-suppressed optical pulse signals having different oscillation frequencies. The carrier-suppressed optical pulse signal is generated and output by a plurality of optical intensity modulators provided in the optical pulse signal generation unit.

多波長光合波器は、光パルス信号生成部から出力される発振周波数が互いに相異なるキャリア抑圧光パルス信号を合波して出力する。   The multi-wavelength optical multiplexer combines and outputs carrier-suppressed optical pulse signals with different oscillation frequencies output from the optical pulse signal generation unit.

上述の多波長CS光パルス信号生成装置を、上述のモード同期レーザとしてモード同期半導体レーザ(MLLD: mode locked laser doide)を利用することによって構成することが好適である。光パルス列生成部が具える第1〜第NのN個のMLLDの発振周波数は、互いに相異なっている。   The above-described multi-wavelength CS optical pulse signal generation device is preferably configured by using a mode-locked semiconductor laser (MLLD) as the above-mentioned mode-locked laser. The oscillation frequencies of the first to Nth N MLLDs included in the optical pulse train generation unit are different from each other.

また、上述の光パルス列生成部には、好ましくは第1電気分配器を具えるのが良い。第1電気分配器には、第1クロック信号が入力され、第(1-1)〜第(1-N)クロック信号にN分岐(Nは2以上の整数である。)されて出力される。   Further, the above-described optical pulse train generation unit preferably includes a first electric distributor. A first clock signal is input to the first electrical divider, and N branches (N is an integer equal to or greater than 2) are output to the (1-1) to (1-N) clock signals. .

光パルス列生成部において、第(1-1)〜第(1-N)クロック信号は、それぞれ第1〜第N-MLLDに入力される。これによって、第1〜第N-MLLDがそれぞれモード同期動作し、これら第1〜第N-MLLDから、それぞれ第1〜第NCS光パルス列が出力される。   In the optical pulse train generation unit, the (1-1) to (1-N) clock signals are input to the first to N-MLLD, respectively. Thus, the first to N-MLLDs operate in mode synchronization, and the first to NCS optical pulse trains are output from the first to N-MLLDs, respectively.

また、上述の光パルス信号生成部は、第2電気分配器と、第1〜第N電気信号生成器と、第1〜第NのN個の光強度変調器を具えるのが良い。第2電気分配器には、第2クロック信号が入力されて、第(2-1)〜第(2-N)クロック信号にN分岐されて出力される。第1〜第N電気信号生成器は、第(2-1)〜第(2-N)クロック信号がそれぞれ入力されると第1〜第N電気信号がそれぞれ生成されて出力される。   The optical pulse signal generation unit described above may include a second electrical distributor, first to Nth electrical signal generators, and first to Nth N light intensity modulators. A second clock signal is input to the second electric distributor, and is branched into N (2-1) to (2-N) clock signals for output. The first to Nth electrical signal generators generate and output the first to Nth electrical signals, respectively, when the (2-1) to (2-N) clock signals are input.

光パルス信号生成部において、第1〜第N-CS光パルス列及び第1〜第N電気信号がそれぞれ第1〜第N光強度変調器に入力される。そして、第1〜第NのN個の光強度変調器で、第1〜第N電気信号によって第1〜第N-CS光パルス列がそれぞれ光変調される、第1〜第NのN個の光強度変調器から、それぞれ第1〜第Nキャリア抑圧光パルス信号が生成されて出力される。   In the optical pulse signal generation unit, the first to N-CS optical pulse trains and the first to Nth electrical signals are input to the first to Nth optical intensity modulators, respectively. In the first to Nth N light intensity modulators, the first to Nth CS pulse trains are optically modulated by the first to Nth electrical signals, respectively. First to Nth carrier suppression optical pulse signals are generated and output from the optical intensity modulator, respectively.

上述の多波長光合波器には、第1〜第Nキャリア抑圧光パルス信号が入力されて、これら第1〜第Nキャリア抑圧光パルス信号が合波されて、多波長キャリア抑圧光パルス信号が生成されて出力される。   The first to Nth carrier suppression optical pulse signals are input to the above-described multiwavelength optical multiplexer, and the first to Nth carrier suppression optical pulse signals are combined to generate a multiwavelength carrier suppression optical pulse signal. Generated and output.

上述の第1〜第N-MLLDのそれぞれを、以下の構成の第1の分布帰還型半導体レーザとするのが好適である。すなわち、ブラッグ周波数が互いに異なるN個の第1の分布帰還型半導体レーザを代表して第i-MLLDと表すものとする(iは1からNまでの全ての整数である。)。第i-MLLDは、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fiである回折格子が形成されている分布反射鏡領域を具えて構成される分布帰還型半導体レーザである。また、第i-MLLDは、光変調領域と、利得領域と、位相調整領域と、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いる。 Each of the first to N-MLLDs described above is preferably a first distributed feedback semiconductor laser having the following configuration. That is, the N first distributed feedback semiconductor lasers having different Bragg frequencies are represented as i-MLLDs (i is an integer from 1 to N). The i-MLLD includes an optical modulation region having a function of modulating the light intensity, the gain region population inversion is formed, and the phase control region is effective index variable grating Bragg frequency is f i This is a distributed feedback semiconductor laser comprising a distributed reflector region in which is formed. In the i-MLLD, an optical modulation region, a gain region, a phase adjustment region, and a distributed reflector region are arranged in series and housed in a resonator.

光変調領域に対しては、交流電流を注入あるいは交流電圧を印加することによってその透過率を周波数がfrepで変調することができる構成とされている。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、第i-MLLDの発振縦モードがfi±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いる。また、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。ここで、縦モードとは、発振光のスペクトルを指し、共振器モードと呼ばれることもある。 With respect to the light modulation region, the transmittance can be modulated with the frequency f rep by injecting an alternating current or applying an alternating voltage. Under conditions repetition frequency to output an optical pulse train is f rep, so that the oscillation longitudinal mode of the i-MLLD becomes f i ± q (f rep / 2) (q is an odd number.) Cavity length Has been adjusted. In addition, by modulating the transmittance of the light modulation region with the frequency f rep , it is possible to output a light pulse train that is carrier-suppressed and has a repetition frequency of f rep by mode-locking operation. Here, the longitudinal mode refers to the spectrum of the oscillating light and is sometimes called a resonator mode.

また、上述の第1〜第N-モード同期半導体レーザのそれぞれを、以下の構成の第2の分布帰還型半導体レーザとするのが一層好適である。この第2の分布帰還型半導体レーザと上述の第1の分布帰還型半導体レーザとの相違点は、光変調領域、利得領域、位相調整領域及び分布反射鏡領域に加えて、更に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る点である。すなわち、光吸収係数調整領域の光吸収係数の値を、この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いることが特徴である。   Further, it is more preferable that each of the first to N-mode-locked semiconductor lasers described above is a second distributed feedback semiconductor laser having the following configuration. The difference between this second distributed feedback semiconductor laser and the above-mentioned first distributed feedback semiconductor laser is that, in addition to the light modulation region, gain region, phase adjustment region, and distributed reflector region, the light absorption coefficient is further increased. The light absorption coefficient adjustment region for adjustment is provided. That is, the value of the light absorption coefficient in the light absorption coefficient adjustment region is set to a sufficient size so that the reflected light reflected from the resonator end face on the light absorption coefficient adjustment region side does not reach the distributed reflector region. Is a feature.

光吸収係数調整領域は、分布反射鏡領域とこの分布反射鏡領域に近接する一方の共振器端面との間に設置されている。すなわち、光変調領域、利得領域、位相調整領域、分布反射鏡領域及び光吸収係数調整領域がこの順に直列に配置されており、光変調領域と外部との端面が第1の端面であり、光吸収係数調整領域と外部との端面が第2の端面である。分布反射鏡領域に近接する一方の共振器端面とは、第2の端面を意味する。   The light absorption coefficient adjustment region is disposed between the distributed reflector region and one of the resonator end faces adjacent to the distributed reflector region. That is, the light modulation region, the gain region, the phase adjustment region, the distributed reflector region, and the light absorption coefficient adjustment region are arranged in series in this order, and the end surface of the light modulation region and the outside is the first end surface, The end face between the absorption coefficient adjustment region and the outside is the second end face. One resonator end face close to the distributed reflector region means a second end face.

この発明の多波長CS光パルス信号生成装置は、CS光パルス列を生成する光パルス列生成部が、複数のモード同期レーザによって生成され、これらの複数のモード同期半導体レーザの発振周波数が互いに相異なっている。すなわち、CS光パルス列を、従来例のようにCW光源とLN光強度変調器との組み合わせによって生成する代わりに、モード同期半導体レーザによって生成する構成となっている。   In the multi-wavelength CS optical pulse signal generation device according to the present invention, the optical pulse train generation unit that generates the CS optical pulse train is generated by a plurality of mode-locked lasers, and the oscillation frequencies of the plurality of mode-locked semiconductor lasers are different Yes. That is, the CS optical pulse train is generated by a mode-locked semiconductor laser instead of being generated by a combination of a CW light source and an LN optical intensity modulator as in the conventional example.

このため、LN光強度変調器と、別個に連続光源が必要であった従来の多波長CS光パルス信号生成装置と異なり、CS光パルス列を生成するという機能をモード同期半導体レーザで実現できる。従って、LN光強度変調器において必要とされた電力を省くことが可能であり、それだけ消費電力を低減できる。また、LN光強度変調器を駆動するために必要とされた電気増幅器等の付帯要素も不要となるので、それだけ小型化が可能である。   For this reason, unlike the conventional multi-wavelength CS optical pulse signal generation device that requires a separate continuous light source and an LN optical intensity modulator, the function of generating a CS optical pulse train can be realized by a mode-locked semiconductor laser. Therefore, it is possible to omit the power required in the LN light intensity modulator, and the power consumption can be reduced accordingly. Further, since an incidental element such as an electric amplifier required for driving the LN optical intensity modulator is not required, the size can be reduced accordingly.

また、モード同期半導体レーザとして分布帰還型半導体レーザを利用することで、圧倒的な小型化が実現される。   Further, by using a distributed feedback semiconductor laser as a mode-locked semiconductor laser, an overwhelming reduction in size can be realized.

以上説明した様に、この発明の多波長CS光パルス信号生成装置によれば、消費電力が小さく、装置のサイズが小さい、波長多重CS-RZ光信号を生成することが可能となる。   As described above, according to the multi-wavelength CS optical pulse signal generation device of the present invention, it is possible to generate a wavelength multiplexed CS-RZ optical signal with low power consumption and small device size.

分布帰還型半導体レーザとして、上述の第1あるいは第2の分布帰還型半導体レーザを利用することによって、繰り返し周波数がfrepであるCS光パルス列を出力させることができるという効果を奏する。すなわち、これによって、ブラッグ周波数が相異なるfi(iは1からNまでの全ての整数である。)である回折格子をそれぞれ具えた、N個の第1あるいは第2の分布帰還型半導体レーザを光パルス列生成部に設置することによって、この光パルス列生成部から発振周波数が互いに相異なるCS光パルス列を生成して出力することが可能となる。 By using the above-described first or second distributed feedback semiconductor laser as the distributed feedback semiconductor laser, the CS optical pulse train having a repetition frequency of f rep can be output. In other words, N first or second distributed feedback semiconductor lasers each having a diffraction grating having different Bragg frequencies f i (i is an integer from 1 to N). Is installed in the optical pulse train generation unit, it becomes possible to generate and output CS optical pulse trains having different oscillation frequencies from this optical pulse train generation unit.

第1あるいは第2の分布帰還型半導体レーザは、fi±q(frep/2)で与えられる発振縦モードで、モード同期動作させることによって、繰り返し周波数がfrepであるCS光パルス列を出力する。 The first or second distributed feedback semiconductor laser outputs a CS optical pulse train with a repetition frequency of f rep by mode-locking operation in the oscillation longitudinal mode given by f i q (f rep / 2) To do.

第1の分布帰還型半導体レーザは、次のように動作させることによって、繰返し周波数がfrepであるSC光パルス列を出力させることができる。 The first distributed feedback semiconductor laser can output an SC optical pulse train having a repetition frequency of f rep by operating as follows.

利得領域に電流注入を行うことによって、発振するための条件である反転分布が形成され、第1の分布帰還型半導体レーザが発振状態となる。次に、位相調整領域及び分布反射鏡領域の実効屈折率の少なくとも何れか一方の実効屈折率を調整することによって、第1の分布帰還型半導体レーザの共振条件が確定され、発振縦モードがfi±q(frep/2)であるモード同期動作に必要な条件が整えられる。すなわち、第1の分布帰還型半導体レーザをこの状態で発振させると、発振縦モード間には相関がないが、発振縦モードがfi±q(frep/2)である発振光を出力可能である状態となる。 By injecting current into the gain region, an inversion distribution, which is a condition for oscillation, is formed, and the first distributed feedback semiconductor laser enters an oscillation state. Next, the resonance condition of the first distributed feedback semiconductor laser is determined by adjusting the effective refractive index of at least one of the effective refractive index of the phase adjustment region and the distributed reflector region, and the oscillation longitudinal mode is f. The condition necessary for mode synchronous operation of i ± q (f rep / 2) is prepared. That is, when the oscillating a first distributed Bragg reflector semiconductor laser in this state, but no correlation between oscillation longitudinal mode can output oscillation light is an oscillation longitudinal mode is f i ± q (f rep / 2) It becomes the state which is.

次に、光変調領域の透過率が周波数frepで変調されることによって、第1の分布帰還型半導体レーザをモード同期動作させることができる。すなわち、発振縦モード間に一定の相関関係が導入された状態となる。発振縦モード間が一定の相関関係を保った状態で第1の分布帰還型半導体レーザを発振させることによって、繰返し周波数がfrepであるCS光パルス列を出力させることができる。 Next, the first distributed feedback semiconductor laser can be mode-locked by modulating the transmittance of the light modulation region with the frequency f rep . That is, a certain correlation is introduced between the oscillation longitudinal modes. By oscillating the first distributed feedback semiconductor laser with a constant correlation between the oscillation longitudinal modes, a CS optical pulse train having a repetition frequency of f rep can be output.

第2の分布帰還型半導体レーザは、次のように動作させることによって、繰返し周波数がfrepであるSC光パルス列を出力させることができる。第2の分布帰還型半導体レーザにおいても、第1の分布帰還型半導体レーザにおける場合と同様に、fi±q(frep/2)で与えられる発振縦モードでモード同期動作させることによって、繰り返し周波数がfrepであるCS光パルス列を生成することができる。 The second distributed feedback semiconductor laser can output an SC optical pulse train having a repetition frequency of f rep by operating as follows. In the second distributed feedback semiconductor laser, as in the case of the first distributed feedback semiconductor laser, it is repeatedly performed by mode-locking operation in the oscillation longitudinal mode given by f i ± q (f rep / 2). A CS optical pulse train having a frequency of f rep can be generated.

第1の分布帰還型半導体レーザの場合と異なる点は、第2の分布帰還型半導体レーザが、光吸収係数調整領域を具えていることである。この光吸収係数調整領域の光吸収係数の値を、光吸収係数調整領域側の共振器端面における反射光が分布反射鏡領域に到達しない十分な大きさに設定することが可能である。この状態が実現されると、第2の分布帰還型半導体レーザの発振縦モードを確定する境界条件は、第1の端面からの反射と分布反射鏡領域からの反射とによって確定され、第2の端面は、この第2の分布帰還型半導体レーザの発振縦モードの確定になんら影響を与えない。   The difference from the case of the first distributed feedback semiconductor laser is that the second distributed feedback semiconductor laser has a light absorption coefficient adjustment region. The value of the light absorption coefficient in the light absorption coefficient adjustment region can be set to a sufficient size so that the reflected light at the resonator end surface on the light absorption coefficient adjustment region side does not reach the distributed reflector region. When this state is realized, the boundary condition for determining the oscillation longitudinal mode of the second distributed feedback semiconductor laser is determined by the reflection from the first end face and the reflection from the distributed reflector region, and the second condition The end face has no influence on the determination of the oscillation longitudinal mode of the second distributed feedback semiconductor laser.

すなわち、反射光が分布反射鏡領域に到達しないということは、分布反射鏡領域側の共振器端面(劈開面)の反射率が0であることと等価となる。従って、分布反射鏡領域側の共振器端面の残留反射の影響を受けることなく、CS光パルス列を確実に発生させることができる。分布反射鏡領域側の共振器端面の残留反射が存在すると、規則正しい光パルスの列として、CS光パルス列を生成することが困難となる。従って、第2の分布帰還型半導体レーザでは、共振器端面(劈開面)の反射率を限りなく0に近づけるという高度な製造技術を必要としない。   That is, the fact that the reflected light does not reach the distributed reflector region is equivalent to the fact that the reflectance of the resonator end face (cleavage surface) on the distributed reflector region side is zero. Therefore, the CS optical pulse train can be reliably generated without being affected by the residual reflection of the resonator end face on the distributed reflector region side. If there is residual reflection at the cavity end face on the distributed reflector region side, it becomes difficult to generate a CS optical pulse train as a regular optical pulse train. Therefore, the second distributed feedback semiconductor laser does not require an advanced manufacturing technique for bringing the reflectance of the resonator end face (cleavage face) to 0 as much as possible.

この発明の多波長CS光パルス信号生成装置に、上述の第1あるいは第2の分布帰還型半導体レーザを利用する場合には、光パルス列の繰り返し周波数frepを基準クロック信号の周波数fCLKに等しく設定すればよい。 When the above-described first or second distributed feedback semiconductor laser is used in the multi-wavelength CS optical pulse signal generator of the present invention, the repetition frequency f rep of the optical pulse train is equal to the frequency f CLK of the reference clock signal. You only have to set it.

以下、図2から図17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、従って、何らこれらに限定されない。また、上述の図1を含め、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, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 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 preferred example, and are not limited to these. In addition, overlapping description of the same components in each drawing including FIG. 1 described above may be omitted.

<多波長CS光パルス信号生成装置>
図2を参照して、この発明の多波長CS光パルス信号生成装置の構成及びその動作について説明する。図2は、この発明の多波長CS光パルス信号生成装置の概略的ブロック構成図である。
<Multi-wavelength CS optical pulse signal generator>
With reference to FIG. 2, the configuration and operation of the multi-wavelength CS optical pulse signal generation device of the present invention will be described. FIG. 2 is a schematic block diagram of the multi-wavelength CS optical pulse signal generation device of the present invention.

この発明の多波長CS光パルス信号生成装置は、基準クロック信号発生器102と、2分岐電気分配器104と、光パルス列生成部134と、光パルス信号生成部136と、多波長光合波器122とを具えて構成される。基準クロック信号発生器102は、基準クロック信号103を発生する。2分岐電気分配器104は、基準クロック信号103を入力して、第1クロック信号105aと第2クロック信号105bとに2分岐して出力する。   The multi-wavelength CS optical pulse signal generator of the present invention includes a reference clock signal generator 102, a two-branch electrical distributor 104, an optical pulse train generator 134, an optical pulse signal generator 136, and a multi-wavelength optical multiplexer 122. And is composed. The reference clock signal generator 102 generates a reference clock signal 103. The two-branch electric distributor 104 receives the reference clock signal 103, branches it into a first clock signal 105a and a second clock signal 105b, and outputs them.

基準クロック信号発生器102は、パルスパターンジェネレータ等を利用して構成することができ、必要に応じて、この発明の多波長CS光パルス信号生成装置が利用される光通信システムにおける、基本クロック信号に同期したクロック信号を発生させる。   The reference clock signal generator 102 can be configured using a pulse pattern generator or the like, and if necessary, a basic clock signal in an optical communication system in which the multi-wavelength CS optical pulse signal generation device of the present invention is used. A clock signal synchronized with the signal is generated.

光パルス列生成部134は、発振周波数が互いに相異なるCS光パルス列を生成して出力する。具体的には、光パルス列生成部134は、第1クロック信号105aを入力して増幅する電気増幅器124を具える。電気増幅器124からは、第1クロック信号105aが増幅されたクロック信号125が出力される。クロック信号125は、第1電気分配器126に入力されて、N分岐(Nは2以上の整数である。)され、第(1-1)クロック信号(127-1)、第(1-2)クロック信号(127-2)、・・・、第(1-N)クロック信号(127-N)として出力される。第(1-1)クロック信号(127-1)、第(1-2)クロック信号(127-2)、・・・、第(1-N)クロック信号(127-N)は、それぞれ第1-MLLD (128-1)、第2-MLLD (128-2)、・・・、第N-MLLD (128-N)に、モード同期信号として入力される。   The optical pulse train generator 134 generates and outputs CS optical pulse trains having different oscillation frequencies. Specifically, the optical pulse train generator 134 includes an electric amplifier 124 that receives and amplifies the first clock signal 105a. The electric amplifier 124 outputs a clock signal 125 obtained by amplifying the first clock signal 105a. The clock signal 125 is input to the first electric distributor 126 and is divided into N branches (N is an integer of 2 or more), and the (1-1) th clock signal (127-1) and the (1-2th) ) The clock signal (127-2),... Is output as the (1-N) th clock signal (127-N). The (1-1) clock signal (127-1), the (1-2) clock signal (127-2),..., The (1-N) clock signal (127-N) are respectively the first This is input as a mode synchronization signal to the MLLD (128-1), the second MLLD (128-2),..., The N-MLLD (128-N).

第1-MLLD (128-1)、第2-MLLD (128-2)、・・・、第N-MLLD (128-N)のそれぞれの発振周波数の値は、f1、f2、・・・、fNである。以後の記述において、発振周波数f1、f2、・・・、fNを、それぞれ真空中の波長λ1、λ2、・・・、λNに換算して表すこともある。真空中の光速度をcとしてfi・λi=cの関係がある(iは1からNの全ての整数)。 The oscillation frequency values of the 1st-MLLD (128-1), 2nd-MLLD (128-2), ..., N-MLLD (128-N) are f 1 , f 2 , ...・, F N. In subsequent description, certain oscillation frequency f 1, f 2, · · ·, a f N, the wavelength lambda 1 in a vacuum, respectively, lambda 2, · · ·, also be expressed in terms of lambda N. A relationship of f i · lambda i = c the velocity of light in vacuum as c (all integers i from 1 N).

図2に示す多波長CS光パルス信号生成装置は、Nチャンネル波長多重光通信装置に利用して好適な多波長CS光パルス信号生成装置である。Nチャンネル波長多重光通信装置において、各チャンネルは、それぞれ異なる波長λ1、λ2、・・・、λNによって識別される。すなわち、図2に示す多波長CS光パルス信号生成装置を利用することによって、例えば、第1チャンネルに波長λ1を割り当て、第2チャンネルには波長λ2を割り当て、・・・・、第Nチャンネルには波長λNを割り当てることによって、Nチャンネル波長多重の光通信システムを構築することが可能である。 The multi-wavelength CS optical pulse signal generator shown in FIG. 2 is a multi-wavelength CS optical pulse signal generator suitable for use in an N-channel wavelength multiplexing optical communication device. In N-channel wavelength division multiplexed optical communication system, each channel, different wavelengths lambda 1, respectively, lambda 2, · · ·, identified by lambda N. That is, by using the multi-wavelength CS optical pulse signal generator shown in FIG. 2, for example, the wavelength λ 1 is assigned to the first channel, the wavelength λ 2 is assigned to the second channel,... By assigning a wavelength λ N to a channel, it is possible to construct an N-channel wavelength multiplexing optical communication system.

ここで、発振周波数の値f1、f2、・・・、fNについて、その意味するところを説明する。発振周波数の値がfiであるとは、発振縦モードスペクトルが周波数fiを中心として、周波数軸上でfi±q(frep/2)で与えられる(qは奇数である。)ことを意味する。以後、誤解の生じない範囲で、発振縦モードスペクトルが周波数fiを中心として、周波数軸上でfi±q(frep/2)で与えられることを、単に発振周波数の値がfiであるというものとする。 Here, the meanings of the oscillation frequency values f 1 , f 2 ,..., F N will be described. The oscillation frequency value f i means that the oscillation longitudinal mode spectrum is given by f i ± q (f rep / 2) on the frequency axis centered on the frequency f i (q is an odd number). Means. After that, within a range that does not cause misunderstanding, the oscillation longitudinal mode spectrum is given by f i ± q (f rep / 2) on the frequency axis centered on the frequency f i , and the oscillation frequency value is simply f i Suppose there is.

第(1-1)クロック信号(127-1)、第(1-2)クロック信号(127-2)、・・・、第(1-N)クロック信号(127-N)は、モード同期信号として、それぞれ第1-MLLD (128-1)、第2-MLLD (128-2)、・・・、第N-MLLD (128-N)に入力される。これによって、第1-MLLD (128-1)、第2-MLLD (128-2)、・・・、第N-MLLD (128-N)のそれぞれは、モード同期動作し、それぞれ、発振周波数がf1、f2、・・・、fNである第1-CS光パルス列(129-1)、第2-CS光パルス列(129-2)、・・・、第N-CS光パルス列(129-N)を生成して出力する。 The (1-1) th clock signal (127-1), the (1-2) th clock signal (127-2),..., The (1-N) th clock signal (127-N) is a mode synchronization signal. Are input to the 1st MLLD (128-1), the 2nd MLLD (128-2),..., And the Nth MLLD (128-N), respectively. As a result, each of the first 1-MLLD (128-1), the second 2-MLLD (128-2),..., The N-MLLD (128-N) operates in mode synchronization, and the oscillation frequency is f 1 , f 2 ,..., f N being the first 1-CS optical pulse train (129-1), the second 2-CS optical pulse train (129-2),..., the N-CS optical pulse train (129 -N) is generated and output.

例えば、図2に示すこの発明のCS光パルス信号生成装置によって、第1-CS光パルス列(129-1)が生成されて出力されるまでの工程を、図1に示す従来のCS光パルス信号生成装置によって生成される、CS光パルス列117-1(この第1-CS光パルス列(129-1)に対応する、)が、LN光強度変調器116-1から出力されるまでの工程と比較すると次のようになる。   For example, the process until the first 1-CS optical pulse train (129-1) is generated and output by the CS optical pulse signal generation device of the present invention shown in FIG. 2 is the same as the conventional CS optical pulse signal shown in FIG. Compared with the process until the CS optical pulse train 117-1 (corresponding to the first 1-CS optical pulse train (129-1)) generated by the generator is output from the LN optical intensity modulator 116-1. Then it becomes as follows.

CS光パルス列117-1の元になる、波長がλ1(周波数に換算してf1)のCW光がCW光源118-1から出力される。この波長がλ1であるCW光が、LN光強度変調器116-1に入力されてCS光パルス列117-1として生成されて出力される。すなわち、CS光パルス列117-1を生成して出力するために、CW光源118-1及びLN光強度変調器116-1が必要である。これに対して、第1-CS光パルス列(129-1)は、第1-MLLD (128-1)のみで生成され出力される。第2-CS光パルス列(129-2)、・・・、第N-CS光パルス列(129-N)が生成されて出力されるまでの工程についても同様である。 CW light having a wavelength of λ 1 (f 1 in terms of frequency) that is the basis of the CS optical pulse train 117-1 is output from the CW light source 118-1. The CW light having the wavelength λ 1 is input to the LN optical intensity modulator 116-1, and is generated and output as the CS optical pulse train 117-1. That is, in order to generate and output the CS optical pulse train 117-1, the CW light source 118-1 and the LN optical intensity modulator 116-1 are necessary. In contrast, the first 1-CS optical pulse train (129-1) is generated and output only by the first 1-MLLD (128-1). The same applies to the steps until the second-CS optical pulse train (129-2),..., The N-CS optical pulse train (129-N) is generated and output.

このため、従来のCS光パルス信号生成装置によってCS光パルス列を生成して出力するには、CW光源(118-1、118-2、・・・、118-N)を含めて、これらを駆動するための電源が必要である。また、LN光強度変調器(116-1、116-2、・・・、116-N)を含めて、これらを駆動するために電気増幅器112-1、112-2、...及び112-Nが必要である。電気増幅器が必要とされる理由は、LN光強度変調器の変調電圧が数十ボルトと高いためである。   For this reason, in order to generate and output a CS optical pulse train with a conventional CS optical pulse signal generator, drive these including the CW light sources (118-1, 118-2, ..., 118-N) A power supply is required to Also, including LN light intensity modulators (116-1, 116-2,..., 116-N), electric amplifiers 112-1, 112-2,. N is required. The reason why the electric amplifier is required is that the modulation voltage of the LN optical intensity modulator is as high as several tens of volts.

従って、従来のCS光パルス信号生成装置によれば、CW光源とLN光強度変調器との2つの構成要素が必要であるため、サイズが大型になる。波長多重度であるNが大きくなると、サイズの大型化という問題は、一層顕著となる。また、LN光強度変調器に必要とされる変調電圧を供給する為に電気増幅器が必要となることも、サイズの大型化の原因となる。また、電気増幅器を駆動するための電力が必要で、消費電力も大きく、また電気増幅器からの発熱に対する対策も必要となる。   Therefore, according to the conventional CS optical pulse signal generation device, two components, that is, the CW light source and the LN optical intensity modulator are necessary, and the size becomes large. As N, which is the wavelength multiplicity, increases, the problem of an increase in size becomes more prominent. In addition, the need for an electric amplifier to supply the modulation voltage required for the LN optical intensity modulator also causes an increase in size. Moreover, electric power for driving the electric amplifier is required, power consumption is large, and measures against heat generation from the electric amplifier are also required.

一方、この発明のCS光パルス信号生成装置によれば、CW光源及びLN光強度変調器用の電気増幅器が不要である上、CS光パルス列を生成するMLLDの駆動電力は、LN光強度変調器の駆動電力に比べて十分に小さい。MLLDのレーザ発振に必要な注入電力は、CW光源を駆動するための駆動電力とほぼ等しい。しかし、LN光強度変調器に必要な変調電圧Vppが、10 V〜20Vであるのと比べて、モード同期動作に必要な強度変調に要する変調電圧は、数V以下と十分に小さい。 On the other hand, according to the CS optical pulse signal generation device of the present invention, the CW light source and the electric amplifier for the LN optical intensity modulator are not required, and the driving power of the MLLD that generates the CS optical pulse train is the same as that of the LN optical intensity modulator. Small enough compared to driving power. The injection power required for laser oscillation of MLLD is almost equal to the drive power for driving the CW light source. However, compared with the modulation voltage V pp required for the LN optical intensity modulator being 10 V to 20 V, the modulation voltage required for intensity modulation required for the mode synchronization operation is sufficiently small, such as several volts or less.

光パルス信号生成部136には、複数のCS光パルス列のぞれぞれが入力されて、発振周波数が互いに相異なるキャリア抑圧光パルス信号が生成されて出力される。具体的には、光パルス信号生成部136には、発振周波数がλ1、λ2、・・・λNである第1-CS光パルス列(129-1)、第2-CS光パルス列(129-2)、・・・、第N-CS光パルス列(129-N)のぞれぞれが入力されて、発振周波数が互いに相異なるλ1、λ2、・・・λNである第1-CS光パルス信号(121-1)、第2-CS光パルス信号(121-2)、・・・、第N-CS光パルス信号(121-N)が生成されて出力される。 Each of the plurality of CS optical pulse trains is input to the optical pulse signal generation unit 136, and carrier-suppressed optical pulse signals having different oscillation frequencies are generated and output. More specifically, the optical pulse signal generation unit 136, first oscillation frequency is lambda, lambda 2, the 1-CS optical pulse train (129-1) is · · · lambda N, the 2-CS optical pulse train (129 -2), ..., a N-CS optical pulse train (129-N) of respective, respectively is input, the oscillation frequency is different from lambda 1 from each other, lambda 2, first a ... lambda N A -CS optical pulse signal (121-1), a second CS optical pulse signal (121-2), ..., an N-CS optical pulse signal (121-N) are generated and output.

第1-CS光パルス信号(121-1)、第2-CS光パルス信号(121-2)、・・・、第N-CS光パルス信号(121-N)は、それぞれこの光パルス信号生成部136が具える第1光強度変調器120-1、第2光強度変調器120-2、・・・、第N光強度変調器120-Nによって生成されて出力される。多波長光合波器122は、光パルス信号生成部136から出力される第1-CS光パルス信号(121-1)、第2-CS光パルス信号(121-2)、・・・、第N-CS光パルス信号(121-N)を合波し、波長多重数がNである波長多重CS-RZ信号123として生成して出力する。   The first 1-CS optical pulse signal (121-1), the second 2-CS optical pulse signal (121-2), ..., the N-CS optical pulse signal (121-N) are respectively generated by this optical pulse signal. Are generated and output by the first light intensity modulator 120-1, the second light intensity modulator 120-2,..., And the Nth light intensity modulator 120-N included in the unit 136. The multi-wavelength optical multiplexer 122 includes a first 1-CS optical pulse signal (121-1) output from the optical pulse signal generation unit 136, a second 2-CS optical pulse signal (121-2),. -CS optical pulse signal (121-N) is multiplexed and generated and output as wavelength multiplexed CS-RZ signal 123 with N wavelength multiplexing.

上述の機能を実現するために、光パルス信号生成部136は、図1に示した従来の多波長CS光パルス信号生成装置の光パルス信号生成部132と同一の構成である。すなわち、光パルス信号生成部136は、N分岐電気分配器である第2電気分配器110、N個の電気信号生成器114-1、114-2、・・・114-N、N個の光強度変調器120-1、120-2、・・・120-Nを具えて構成されている。従って、その動作は、従来の多波長CS光パルス信号生成装置の光パルス信号生成部132と同一であるので、その説明を省略する。   In order to realize the above function, the optical pulse signal generation unit 136 has the same configuration as the optical pulse signal generation unit 132 of the conventional multi-wavelength CS optical pulse signal generation device shown in FIG. That is, the optical pulse signal generation unit 136 includes the second electric distributor 110, which is an N-branch electric distributor, N electric signal generators 114-1, 114-2,... 114-N, N light Intensity modulators 120-1, 120-2,... 120-N are provided. Therefore, since the operation is the same as that of the optical pulse signal generation unit 132 of the conventional multi-wavelength CS optical pulse signal generation device, the description thereof is omitted.

<第1の分布帰還型半導体レーザ>
図3を参照して、この発明の多波長CS光パルス信号生成装置に利用して好適な第1の分布帰還型半導体レーザの構成及びそのモード同期動作原理について説明する。図3は、第1のモード同期半導体レーザの概略的構成図である。
<First distributed feedback semiconductor laser>
With reference to FIG. 3, the configuration of the first distributed feedback semiconductor laser suitable for use in the multi-wavelength CS optical pulse signal generation device of the present invention and the mode-locking operation principle thereof will be described. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the first mode-locked semiconductor laser.

図3に示す第1のモード同期半導体レーザは、位相調整領域及び分布反射鏡領域の光導波路の実効屈折率の変化をプラズマ効果あるいはポッケルス効果によって実現する方式を採用している。以後の説明において、位相調整領域あるいは分布反射鏡領域の光導波路の実効屈折率を、単に位相調整領域あるいは分布反射鏡領域の実効屈折率ということもある。   The first mode-locked semiconductor laser shown in FIG. 3 employs a method for realizing a change in the effective refractive index of the optical waveguide in the phase adjustment region and the distributed reflector region by the plasma effect or the Pockels effect. In the following description, the effective refractive index of the optical waveguide in the phase adjustment region or the distributed reflector region may be simply referred to as the effective refractive index of the phase adjustment region or the distributed reflector region.

第1の分布帰還型半導体レーザは、共振器周回周波数の自然数倍が、発生する光パルス列の繰り返し周波数frepに近似するモード同期半導体レーザである。ここで近似するとは、分布帰還型半導体レーザの共振器周回周波数の自然数倍と、光パルス列の繰り返し周波数frepとの差が、この分布帰還型半導体レーザをモード同期動作させるために必要な、周波数引き込みが生じる程度に小さいという意味である。この第1の分布帰還型半導体レーザをこの発明の多波長CS光パルス信号生成装置に利用する場合には、光パルス列の繰り返し周波数frepを基準クロック信号の周波数fCLKに等しく設定する。 The first distributed feedback semiconductor laser is a mode-locked semiconductor laser in which a natural number multiple of the resonator circulation frequency approximates the repetition frequency f rep of the generated optical pulse train. Approximation here means that the difference between the natural frequency multiple of the cavity frequency of the distributed feedback semiconductor laser and the repetition frequency f rep of the optical pulse train is necessary for mode-locking the distributed feedback semiconductor laser. This means that the frequency pulling is small enough to occur. When this first distributed feedback semiconductor laser is used in the multi-wavelength CS optical pulse signal generation apparatus of the present invention, the repetition frequency f rep of the optical pulse train is set equal to the frequency f CLK of the reference clock signal.

第1の分布帰還型半導体レーザ100は、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をこの順序に直列に接続して具えている。各領域はそれぞれ、p側クラッド層20およびn側クラッド層22で挟まれたダブルへテロ構造の光導波路10a、12a、14a及び16aが形成されている。分布帰還型半導体レーザにおいて、発振光は、光導波路10aを伝播することでその強度が変調(損失変調)され、光導波路12aを伝播することで誘導放出による増幅がなされ、光導波路14aを伝播することでその位相速度が変化を受け、光導波路16aにおいてブラッグ反射される。発振光の変調は、このように損失変調によって行えるが、光導波路12aにおいて利得変調することも可能である。   The first distributed feedback semiconductor laser 100 includes an optical modulation region 10, a gain region 12, a phase adjustment region 14, and a distributed reflector region 16 connected in series in this order. In each region, optical waveguides 10a, 12a, 14a and 16a having a double hetero structure sandwiched between the p-side cladding layer 20 and the n-side cladding layer 22 are formed. In the distributed feedback semiconductor laser, the intensity of oscillation light is modulated (loss modulated) by propagating through the optical waveguide 10a, and is amplified by stimulated emission by propagating through the optical waveguide 12a, and propagates through the optical waveguide 14a. As a result, the phase velocity is changed and Bragg reflected in the optical waveguide 16a. The oscillation light can be modulated by loss modulation as described above, but can also be gain-modulated in the optical waveguide 12a.

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とは、それぞれ、光導波路がp側クラッド層20およびn側クラッド層22に挟まれて構成され、p側及びn側の電極も含めた構造を意味する。すなわち、光変調領域10を例にして説明すると、光変調領域10とは、光変調領域のp側電極24、p側クラッド層20の光変調領域部分、光変調領域の光導波路10a、n側クラッド層22、及びn側共通電極32の光変調領域部分を含む全体を指す。利得領域12、位相調整領域14及び分布反射鏡領域16においても同様である。   The light modulation region 10, the gain region 12, the phase adjustment region 14, and the distributed reflector region 16 are each configured by sandwiching an optical waveguide between the p-side cladding layer 20 and the n-side cladding layer 22, and the p-side and n-side This means a structure including the electrode. That is, the light modulation region 10 will be described as an example. The light modulation region 10 includes the p-side electrode 24 in the light modulation region, the light modulation region portion of the p-side cladding layer 20, the optical waveguide 10a in the light modulation region, and the n side. It indicates the whole including the cladding layer 22 and the light modulation region portion of the n-side common electrode 32. The same applies to the gain region 12, the phase adjustment region 14, and the distributed reflector region 16.

利得領域12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ることによって、レーザ発振に必要な反転分布が形成されて利得が発生する。また、光変調領域10では、モード同期の発現に必要な光変調がなされる。光変調領域10の光変調を生じさせるには、この領域に電流を注入する方法と、電圧を印加する方法とがある。   A current is injected into the gain region 12 by the constant current source 38 via the p-side electrode 26 and the n-side common electrode 32, thereby forming an inversion distribution necessary for laser oscillation and generating a gain. In the light modulation region 10, light modulation necessary for the expression of mode synchronization is performed. In order to cause light modulation in the light modulation region 10, there are a method of injecting a current into this region and a method of applying a voltage.

電流を注入する方法を実施するには、p側電極24とn側共通電極32との間に、定電流源34から供給される定電流と、交流電源36から供給される周波数がfrepの交流電流とを結合器58で足し合わせた電流を流すことで行える。 In order to implement the method of injecting current, the constant current supplied from the constant current source 34 and the frequency supplied from the AC power source 36 are f rep between the p-side electrode 24 and the n-side common electrode 32. This can be done by supplying a current obtained by adding the AC current to the coupler 58.

また、光変調領域10において光変調を生じさせる方法として電圧を印加する方法を実施するには、p側電極24とn側共通電極32との間に、定電圧源34から供給される定電圧と、交流電源36から供給される周波数がfrepの交流電圧とを結合器58で足し合わせて、印加することで行える。 In order to implement a method of applying a voltage as a method of causing light modulation in the light modulation region 10, a constant voltage supplied from a constant voltage source 34 between the p-side electrode 24 and the n-side common electrode 32 is used. And an AC voltage having a frequency f rep supplied from the AC power supply 36 is added by the coupler 58 and applied.

位相調整領域14ならびに分布反射鏡領域16は、レーザ発振波長に対して透明な材料で構成される。例えば、レーザ発振波長が1.55μm帯のInGaAsP系半導体レーザの場合、位相調整領域14ならびに分布反射鏡領域16を、バンドギャップ波長が1.3μmのInGaAsP層で構成する。   The phase adjustment region 14 and the distributed reflector region 16 are made of a material that is transparent to the laser oscillation wavelength. For example, in the case of an InGaAsP semiconductor laser having a laser oscillation wavelength of 1.55 μm, the phase adjustment region 14 and the distributed reflector region 16 are configured by an InGaAsP layer having a band gap wavelength of 1.3 μm.

また、レーザ発振波長はこの例に限定されるものではなく、1.1μm、や1.48μmとすることも可能である。その場合にはこのレーザ発振波長に対応して透明となるようにInGaAsPの混晶比を選定して、位相調整領域14ならびに分布反射鏡領域16を形成する。また、分布帰還型半導体レーザ100の発振波長に応じて、InGaAsP以外の材料を用いることも可能である。分布帰還型半導体レーザ100の発振波長に応じて、その発振波長に対応するバンドギャップを有する材料を選択することで、必要とされる発振波長が得られる分布帰還型半導体レーザ100を構成することが可能である。   Further, the laser oscillation wavelength is not limited to this example, and may be 1.1 μm or 1.48 μm. In that case, the InGaAsP mixed crystal ratio is selected so as to be transparent corresponding to the laser oscillation wavelength, and the phase adjustment region 14 and the distributed reflector region 16 are formed. It is also possible to use a material other than InGaAsP according to the oscillation wavelength of the distributed feedback semiconductor laser 100. According to the oscillation wavelength of the distributed feedback semiconductor laser 100, by selecting a material having a band gap corresponding to the oscillation wavelength, it is possible to configure the distributed feedback semiconductor laser 100 that can obtain the required oscillation wavelength. Is possible.

分布反射鏡領域の光導波路16aとp側クラッド層20との界面近傍のp側クラッド層20側、あるいは分布反射鏡領域の光導波路16aとn側クラッド層22との界面近傍のn側クラッド層22側のいずれかには、回折格子18が形成される。図3では、回折格子18が分布反射鏡領域の光導波路16aとp側クラッド層20との界面近傍のp側クラッド層20側に形成されている例を示している。ここで、界面の近傍とは、分布反射鏡領域16を導波される光のエバネッセント場(evanescent field)が到達する範囲を意味する。   The p-side cladding layer 20 near the interface between the optical waveguide 16a and the p-side cladding layer 20 in the distributed reflector region, or the n-side cladding layer near the interface between the optical waveguide 16a and the n-side cladding layer 22 in the distributed reflector region A diffraction grating 18 is formed on either side of 22. FIG. 3 shows an example in which the diffraction grating 18 is formed on the p-side cladding layer 20 side in the vicinity of the interface between the optical waveguide 16a and the p-side cladding layer 20 in the distributed reflector region. Here, the vicinity of the interface means a range where an evanescent field of light guided through the distributed reflector region 16 reaches.

上述のように、光変調領域10および利得領域12を、電流あるいは電圧によって変調することで、分布帰還型半導体レーザ100はモード同期動作し、繰り返し周波数frepの光パルス列を生成する。図3に示すように、位相調整領域14ならびに分布反射鏡領域16に、それぞれ位相調整領域のp側電極28および分布反射鏡領域のp側電極30と、n側共通電極32を介して、それぞれ定電流源あるいは定電圧源40及び42を用いて、定電流の注入あるいは逆バイアス電圧を印加することができる。このことによって、定電流の注入の場合はプラズマ効果を用いて、位相調整領域14ならびに分布反射鏡領域16の実効屈折率を調整することができる。また、逆バイアス電圧印加の場合は、ポッケルス効果などを用いて、位相調整領域14ならびに分布反射鏡領域16の実効屈折率を調整することができる。 As described above, by modulating the light modulation region 10 and the gain region 12 with current or voltage, the distributed feedback semiconductor laser 100 operates in a mode-locked manner, and generates an optical pulse train with a repetition frequency f rep . As shown in FIG. 3, the phase adjustment region 14 and the distributed reflector region 16, respectively, via the p-side electrode 28 in the phase adjustment region, the p-side electrode 30 in the distributed reflector region, and the n-side common electrode 32, respectively. Constant current injection or reverse bias voltage can be applied using constant current sources or constant voltage sources 40 and 42. Thus, in the case of constant current injection, the effective refractive index of the phase adjustment region 14 and the distributed reflector region 16 can be adjusted using the plasma effect. In the case of applying a reverse bias voltage, the effective refractive index of the phase adjustment region 14 and the distributed reflector region 16 can be adjusted using the Pockels effect or the like.

分布帰還型半導体レーザ100の発振縦モードのうち、分布反射鏡領域16のブラッグ周波数f0に近接する2つの縦モード、f0+(frep/2)及びf0-(frep/2)、すなわち、両縦モードが周波数軸上でブラッグ周波数に対して対称な関係となるように、位相調整領域14ならびに分布反射鏡領域16の実効屈折率を調整することが可能である。 Of the oscillation longitudinal modes of the distributed feedback semiconductor laser 100, two longitudinal modes close to the Bragg frequency f 0 of the distributed reflector region 16 are f 0 + (f rep / 2) and f 0 − (f rep / 2). That is, it is possible to adjust the effective refractive indexes of the phase adjustment region 14 and the distributed reflector region 16 so that both longitudinal modes have a symmetrical relationship with the Bragg frequency on the frequency axis.

CS光パルス列は、分布帰還型半導体レーザ100の、分布反射鏡領域16側の共振器端面44、光変調領域10側の共振器端面46の何れからも出力されるので、どちらから出力されるCS光パルス列を実用に供してもよい。また、分布反射鏡領域16側の共振器端面44は、無反射膜を施しておくのが望ましい。   Since the CS optical pulse train is output from both the resonator end surface 44 on the distributed reflector region 16 side and the resonator end surface 46 on the light modulation region 10 side of the distributed feedback semiconductor laser 100, the CS output from either side The optical pulse train may be put to practical use. Further, it is desirable that the resonator end face 44 on the distributed reflector region 16 side is provided with a non-reflective film.

第1の分布帰還型半導体レーザの動作原理を説明するために、まず図4を参照してCS光パルス列の時間波形の特徴について説明する。図4は、CS光パルス列を形成している光搬送波の振幅包絡線の時間波形を示す図であり、横軸は時間を示しており、及び縦軸は光強度を示している。ただし、縦軸は、後述する第1光パルスの光強度を正の方向にとってあり、及び第1光パルス列を構成する光パルスと光搬送波としての位相がπずれている第2光パルス列の光強度を負の方向にとって示してある。   In order to explain the operating principle of the first distributed feedback semiconductor laser, the characteristics of the time waveform of the CS optical pulse train will be described first with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating a time waveform of an amplitude envelope of an optical carrier wave forming a CS optical pulse train, where the horizontal axis indicates time and the vertical axis indicates light intensity. However, the vertical axis indicates the light intensity of the first optical pulse, which will be described later, in the positive direction, and the optical intensity of the second optical pulse train whose phase as the optical carrier is shifted by π from the optical pulse constituting the first optical pulse train. Is shown for the negative direction.

光強度の変化として観測される光パルスは、光搬送波としての光の電場ベクトルの振幅波形の包絡線として表される。従って、以後の説明において、光パルスの時間波形という場合は、光の電場ベクトルの振幅波形の包絡線を表しているものとする。   An optical pulse observed as a change in light intensity is expressed as an envelope of an amplitude waveform of an electric field vector of light as an optical carrier wave. Accordingly, in the following description, the time waveform of the light pulse represents an envelope of the amplitude waveform of the electric field vector of light.

CS光パルス列とは、時間軸上に並ぶ隣接する光パルス間の、光搬送波としての位相が互いに反対位相の関係にある光パルス列である。すなわち、時間軸上に並ぶ隣接する光パルス間の光搬送波としての両者の位相差はπに等しい関係となっている。   The CS optical pulse train is an optical pulse train in which the phases as optical carrier waves between adjacent optical pulses arranged on the time axis are opposite to each other. That is, the phase difference between the two adjacent optical pulses arranged on the time axis as an optical carrier is equal to π.

時間軸上におけるCS光パルス列の時間波形の周期Trepが1/frep(繰り返し周波数がfrep)であるとすると、このCS光パルス列の時間波形は、周期が2Trep(=2/frep)である第1光パルス列と、周期が2Trep(=2/frep)である第2光パルス列との合成波形であると考えることが出来る。 If the period T rep of the time waveform of the CS optical pulse train on the time axis is 1 / f rep (repetition frequency is f rep ), the time waveform of this CS optical pulse train has a period of 2T rep (= 2 / f rep ) And a second optical pulse train having a period of 2T rep (= 2 / f rep ).

ここで、図4に示すように、第1光パルス列とは、周期が2Trep(繰り返し周波数がfrep/2)で、隣接する光パルス間の光搬送波としての光位相が同相である光パルス列である。また、第2光パルス列とは、周期が同じく2Trepで、隣接する光パルス間の光搬送波としての光位相が同相であり、かつ第1光パルス列とTrep(=1/frep)だけずれた時間に発生し、かつその光搬送波としての光位相が第1光パルス列に対して反転した(位相差がπである)光パルス列である。 Here, as shown in FIG. 4, the first optical pulse train is an optical pulse train having a cycle of 2T rep (repetition frequency f rep / 2) and an optical phase as an optical carrier wave between adjacent optical pulses. It is. Also, the second optical pulse train has the same period of 2T rep , the optical phase as an optical carrier between adjacent optical pulses is in phase, and is shifted from the first optical pulse train by T rep (= 1 / f rep ) And the optical phase as the optical carrier wave is inverted with respect to the first optical pulse train (the phase difference is π).

図5(A)から(C)を参照して、CS光パルス列の周波数スペクトルについて説明する。図5(A)は、繰り返し周波数がfrep/2である第1光パルス列の周波数スペクトルを示す図であり、図5(B)は、繰り返し周波数がfrep/2であり、第1光パルス列に対して搬送波としての位相がπずれている第2光パルス列の周波数スペクトルを示す図であり、図5(C)は、第1光パルス列と第2光パルス列とを合成して得られる光パルス列の周波数スペクトルを示す図である。図5(A)から(C)において、横軸は光搬送波としての周波数を表している。また、縦軸は周波数スペクトル成分のそれぞれの振幅の大きさを示しており、第1光パルスの周波数スペクトル成分の振幅を正の方向にとってあり、この周波数スペクトル成分と位相がπずれている周波数スペクトル成分の振幅を負の方向にとって示してある。 The frequency spectrum of the CS optical pulse train will be described with reference to FIGS. Figure 5 (A) is a diagram showing a frequency spectrum of the first optical pulse train repetition frequency of f rep / 2, Fig. 5 (B), the repetition frequency is f rep / 2, the first optical pulse train FIG. 5C shows a frequency spectrum of a second optical pulse train whose phase as a carrier wave is shifted by π with respect to the optical pulse train obtained by combining the first optical pulse train and the second optical pulse train. It is a figure which shows the frequency spectrum. 5A to 5C, the horizontal axis represents the frequency as an optical carrier wave. The vertical axis indicates the magnitude of each amplitude of the frequency spectrum component, the amplitude of the frequency spectrum component of the first optical pulse is in the positive direction, and the frequency spectrum whose phase is shifted by π from this frequency spectrum component The amplitude of the component is shown for the negative direction.

第1光パルス列の周波数スペクトルの振幅波形は、図5(A)に示すように、光搬送波としての周波数をf0とすると、周波数f0の縦モードを中心として、振幅がEmの縦モードが、周波数軸上でfrep/2だけ離れて、全て同位相で離散的に存在する波形となる。ここで、mは整数であり、m=0とした振幅E0が、第1光パルス列の光搬送波としての周波数の振幅成分に相当する。ここで、周波数f0の縦モードあるいは振幅がEmの縦モードとは、それぞれ周波数がf0である周波数スペクトルの振幅成分あるいは振幅がEmである周波数スペクトルの振幅成分を意味している。 The amplitude waveform of the frequency spectrum of the first optical pulse train, as shown in FIG. 5 (A), when the frequency of the optical carrier to f 0, around the longitudinal modes of the frequency f 0, the longitudinal mode of the amplitude E m However, on the frequency axis, the waveforms are separated by f rep / 2 and all exist in the same phase and discretely. Here, m is an integer, and the amplitude E 0 where m = 0 corresponds to the amplitude component of the frequency as the optical carrier of the first optical pulse train. Here, the longitudinal mode or vertical mode of amplitude E m of the frequency f 0, the frequency respectively the amplitude component or amplitude of the frequency spectrum which is f 0 which means the amplitude component of the frequency spectrum is E m.

第2光パルス列の光スペクトルの振幅波形は、図5(B)に示すように、第1光パルス列のスペクトルと同様に、周波数f0の縦モードを中心として、振幅の絶対値がEmの縦モードが、周波数がfrep/2だけ離れて離散的に存在する波形となる。ここでも、mは整数であり、m=0とした振幅E0が、第2光パルス列の光搬送波としての周波数の振幅成分に相当する。ただし、第2光パルス列は、第1光パルス列とTrep(=1/frep)だけずれた時間に発生し(第1の要請)、かつその光搬送波としての位相が、第1光パルス列に対して反転している(第2の要請)。位相が反転するとは、両者の位相差がπであるということと同義である。 The amplitude waveform of the optical spectrum of the second optical pulse train, as shown in FIG. 5 (B), like the spectrum of the first optical pulse train, about a longitudinal mode frequency f 0, the absolute value of the amplitude is E m The longitudinal mode becomes a waveform in which the frequencies are discretely present with a frequency of f rep / 2. Here, m is an integer, and the amplitude E 0 where m = 0 corresponds to the amplitude component of the frequency as the optical carrier wave of the second optical pulse train. However, the second optical pulse train is generated at a time shifted from the first optical pulse train by T rep (= 1 / f rep ) (first request), and the phase as the optical carrier is changed to the first optical pulse train. On the other hand, it is reversed (second request). Reversing the phase is synonymous with the phase difference between the two being π.

第2光パルス列が第1光パルス列とTrep(=1/frep)だけずれた時間に発生するという第1の要請のために、第2光パルス列の各縦モードの位相は、mが奇数の縦モードに対しては、第1光パルス列の縦モードの位相に対してπだけずれる。すなわち、mが奇数の縦モードに対しては、振幅の正負が逆転する。また、第2光パルス列の光搬送波としての位相が、第1光パルス列に対して反転しているという第2の要請によって、第2光パルス列の全縦モードの位相は、第1光パルス列の縦モードの位相に対してπだけずれる。 Because of the first request that the second optical pulse train is generated at a time shifted by T rep (= 1 / f rep ) from the first optical pulse train, the phase of each longitudinal mode of the second optical pulse train is an odd m Is shifted by π with respect to the phase of the longitudinal mode of the first optical pulse train. That is, the positive / negative of the amplitude is reversed for the longitudinal mode where m is an odd number. Further, due to the second request that the phase of the second optical pulse train as the optical carrier is inverted with respect to the first optical pulse train, the phase of the entire longitudinal mode of the second optical pulse train is the longitudinal of the first optical pulse train. It is shifted by π with respect to the phase of the mode.

第1及び第2の要請が満足される結果、第2光パルス列の光スペクトルの振幅波形は、mが偶数の縦モードに関しては、第1光パルス列のスペクトルに対して、その振幅の正負が逆転した波形となる。従って、第1光パルス列と第2光パルス列の合成波形であるCS光パルス列の光スペクトルの振幅波形は、図5(C)に示すような波形となる。すなわち、光搬送波としての周波数成分を含む偶数次の縦モードが消失し、奇数次の縦モードのみが、周波数がfrepだけ離れて離散的に存在するスペクトル波形となる。 As a result of satisfying the first and second requirements, the amplitude waveform of the optical spectrum of the second optical pulse train is reversed in the magnitude of the amplitude of the longitudinal mode of the first optical pulse train with respect to the spectrum of the first optical pulse train. The resulting waveform. Accordingly, the amplitude waveform of the optical spectrum of the CS optical pulse train, which is a combined waveform of the first optical pulse train and the second optical pulse train, is a waveform as shown in FIG. That is, the even-order longitudinal mode including the frequency component as the optical carrier disappears, and only the odd-order longitudinal mode has a spectrum waveform in which the frequencies exist discretely with a frequency frep .

なお、CS光パルス列との名前は、この光パルス列の光搬送波としての周波数成分のうち特定次数の縦モード(ここでは、偶数次の縦モード)を消失させることによって、すなわちキャリア抑圧(carrier suppressed)することによって、生成される光パルス列であることに由来する。   The CS optical pulse train is named by eliminating a specific-order longitudinal mode (here, even-order longitudinal mode) from the frequency components of the optical pulse train as an optical carrier, that is, carrier suppressed. This is because the optical pulse train is generated.

以上説明したようにCS光パルス列の時間波形は、その時間波形及び周波数スペクトルが、図4及び図5(C)で与えられる関係にある。すなわち、図4に示すように、隣接する光パルス間の光搬送波としての両者の位相差がπに等しい関係で並ぶ光パルスである。また、CS光パルス列の周波数スペクトルを構成する縦モード成分は、図5(C)に示すように、周波数f0の縦モードを中心として、光搬送波としての周波数成分を含む偶数次の縦モードが消失し、奇数次の縦モードのみが、周波数がfrepだけ離れて離散的に存在する。すなわち、CS光パルス列の周波数スペクトルは、qを奇数としてf0±q(frep/2)で与えられる周波数成分(縦モード成分)から成っている。 As described above, the time waveform of the CS optical pulse train has a relationship in which the time waveform and the frequency spectrum are given in FIG. 4 and FIG. 5 (C). That is, as shown in FIG. 4, the optical pulses are arranged in a relationship in which the phase difference between them as an optical carrier between adjacent optical pulses is equal to π. Furthermore, longitudinal mode component constituting the frequency spectrum of the CS optical pulse train, as shown in FIG. 5 (C), around the longitudinal modes of the frequency f 0, the even-order longitudinal modes including the frequency components of the optical carrier Only the odd-order longitudinal mode disappears, and the frequencies exist discretely with a frequency of f rep . That is, the frequency spectrum of the CS optical pulse train is composed of frequency components (longitudinal mode components) given by f 0 ± q (f rep / 2) where q is an odd number.

次に、このような時間波形及び周波数スペクトルを有するCS光パルス列を生成するという視点で、以上説明したCS光パルスの時間波形と周波数スペクトル波形との関係を、説明すると次のようになる。   Next, from the viewpoint of generating a CS optical pulse train having such a time waveform and a frequency spectrum, the relationship between the time waveform and the frequency spectrum waveform of the CS optical pulse described above will be described as follows.

CS光パルス列の振幅の時間波形ecs(t)は、次式(1)で与えられる。 The time waveform e cs (t) of the CS optical pulse train amplitude is given by the following equation (1).

Figure 2008035265
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式(1)の第1項が第1光パルス列の振幅の時間波形を与え、第2項が第2光パルス列の振幅の時間波形を与える。ここで、隣接する光パルスの時間軸上での間隔である光パルスの周期をTrepで表してある。すなわち、Trepは、光パルス列の繰り返し周波数frepと互いに逆数の関係にあり、Trep=1/frepである。 The first term of equation (1) gives the time waveform of the amplitude of the first optical pulse train, and the second term gives the time waveform of the amplitude of the second optical pulse train. Here, the period of the optical pulse, which is the interval on the time axis between adjacent optical pulses, is represented by T rep . That, T rep is in inverse relationship to each other between the repetition frequency f rep of the optical pulse train, a T rep = 1 / f rep.

式(1)は次式(2)に変形することができる。   Equation (1) can be transformed into the following equation (2).

Figure 2008035265
Figure 2008035265

ここで、式(2)に現れる(1-exp(imπ))は、mが偶数のとき0となるから、式(2)においてmが偶数となる項は消滅し、その結果、CS光パルス列の振幅の時間波形を与えるecs(t)は、次式(3)で表される。 Here, (1-exp (imπ)) appearing in the equation (2) becomes 0 when m is an even number, and therefore, the term in which the m is an even number in the equation (2) disappears. As a result, the CS optical pulse train E cs (t) that gives a time waveform of the following amplitude is expressed by the following equation (3).

Figure 2008035265
Figure 2008035265

すなわち、図5(C)に示したスペクトル波形に対応した、偶数次の縦モードが消失し、奇数次の縦モードのみからなる時間波形が得られる。 That is, the even-order longitudinal mode corresponding to the spectrum waveform shown in FIG. 5C disappears, and a time waveform consisting only of the odd-order longitudinal mode is obtained.

ここで、図5(C)および式(3)で表される、CS光パルス列の光スペクトルおよび時間波形について、さらに考察する。   Here, the optical spectrum and time waveform of the CS optical pulse train represented by FIG. 5 (C) and Equation (3) will be further considered.

上述の式(3)を、次式(4)で与えられる関係で定義される数列Amを導入して、次式(5)の形に変形する。 The above equation (3), by introducing a sequence A m is defined by the relationship given by the following equation (4), deformed in the form of the following equation (5).

Figure 2008035265
Figure 2008035265

Figure 2008035265
Figure 2008035265

ここで、式(5)の第2項に対して(m+1)をnに置き換えるという変換を行うと、次式(6)が得られる。   Here, when conversion is performed to replace (m + 1) with n for the second term of Expression (5), the following Expression (6) is obtained.

Figure 2008035265
Figure 2008035265

式(6)は、次のように解釈することができる。以下、図6(A)から(C)及び図7(A)から(C)を参照して説明する。   Equation (6) can be interpreted as follows. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. 6 (A) to (C) and FIGS. 7 (A) to (C).

図6(A)から(C)は、後述する第3と第4光パルス列及び合波光パルス列の周波数スペクトルを示す図であり、(A)は第3光パルス列の周波数スペクトル、(B)は第4光パルス列の周波数スペクトル、(C)は第3光パルス列と第4光パルス列との合波光パルスの周波数スペクトルを示す図である。図6(A)から(C)において、横軸は周波数を縦軸は振幅の大きさを、それぞれ任意スケールで示してある。   FIGS. 6A to 6C are diagrams illustrating frequency spectra of third and fourth optical pulse trains and a combined optical pulse train, which will be described later, FIG. 6A is a frequency spectrum of the third optical pulse train, and FIG. FIG. 4C is a diagram showing the frequency spectrum of a combined optical pulse of a third optical pulse train and a fourth optical pulse train; FIG. 6 (A) to 6 (C), the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents amplitude magnitude on an arbitrary scale.

また、図7(A)から(C)は、第3と第4光パルス列及び合波光パルス列の時間波形を示す図であり、(A)は第3光パルス列の時間波形、(B)は第4光パルス列の時間波形、(C)は第3光パルス列と第4光パルス列との合波光パルスの時間波形を示す図である。図7(A)から(C)において、横軸は時間を縦軸は光強度を、それぞれ任意スケールで示してある。ただし、図7(C)の縦軸は、後述する第3及び第4光パルス列の光強度を正の方向にとってあり、第3及び第4光パルス列を構成する光パルスと光搬送波としての位相がπずれている光パルスの光強度を負の方向にとって示してある。   FIGS. 7A to 7C are diagrams showing time waveforms of the third and fourth optical pulse trains and the combined optical pulse train, FIG. 7A is a time waveform of the third optical pulse train, and FIG. FIG. 4C is a diagram showing a time waveform of a combined optical pulse of a third optical pulse train and a fourth optical pulse train; FIG. 7A to 7C, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents light intensity on an arbitrary scale. However, the vertical axis of FIG.7 (C) is that the light intensity of the third and fourth optical pulse trains to be described later is in the positive direction, and the phases of the optical pulses and the optical carrier waves constituting the third and fourth optical pulse trains are as follows. The light intensity of a light pulse that is shifted by π is shown for the negative direction.

式(6)によれば、CS光パルス列の光スペクトルは、第3光パルス列と第4光パルス列との合成波形で与えられる。ここで、第3光パルス列は、図6(A)に示すように、その光搬送波としての中心周波数がf0+(frep/2)であり、この周波数を起点として、m番目の縦モード(mは整数である。)の振幅が2Amであり、周波数がfrepだけ離れて離散的に周波数軸上に存在するスペクトル波形を有する。すなわち、振幅が2Amであるm番目の縦モードの周波数は、qを奇数としてf0+q(frep/2)である(ただし、q=2m+1である。)。また、第4光パルス列は、図6(B)に示すように、光搬送波としての中心周波数がf0-(frep/2)であり、この周波数を起点として、m番目の縦モードの振幅が2A-mであり、周波数がfrepだけ離れて離散的に存在するスペクトル波形を有する。振幅が2A-mであるm番目の縦モードの周波数は、qを奇数としてf0-q(frep/2)である(ただし、q=2m+1である。)。 According to Equation (6), the optical spectrum of the CS optical pulse train is given by a combined waveform of the third optical pulse train and the fourth optical pulse train. Here, as shown in FIG. 6 (A), the third optical pulse train has a center frequency of f 0 + (f rep / 2) as its optical carrier, and the m-th longitudinal mode starts from this frequency. (M is an integer) has an amplitude of 2A m and has a spectrum waveform whose frequencies are discretely present on the frequency axis by f rep apart. In other words, the frequency of the m-th longitudinal mode with an amplitude of 2A m is f 0 + q (f rep / 2) where q is an odd number (where q = 2m + 1). In addition, as shown in FIG. 6 (B), the fourth optical pulse train has a center frequency f 0- (f rep / 2) as an optical carrier, and the amplitude of the mth longitudinal mode starting from this frequency. there is a 2A -m, has a spectrum waveform frequency is present discretely separated by f rep. The frequency of the m-th longitudinal mode with an amplitude of 2A- m is f 0 -q (f rep / 2) where q is an odd number (where q = 2m + 1).

式(6)で与えられるように、あるいは図6(A)及び図6(B)に示すように、第3光パルス列の光スペクトルと、第4光パルス列の光スペクトルとは、その縦モード振幅が、周波数に対して互いに反対称なスペクトル形状を有する。また、第3及び第4光パルス列のそれぞれにおいて、mの値で指定される各縦モードの位相は同相である。   As given by Equation (6), or as shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B), the optical spectrum of the third optical pulse train and the optical spectrum of the fourth optical pulse train have their longitudinal mode amplitudes. Have spectral shapes that are anti-symmetric with respect to frequency. In each of the third and fourth optical pulse trains, the phases of the longitudinal modes specified by the value of m are in phase.

このことは、第3光パルス列を構成する光パルス間で位相が揃っており、また、第4光パルス列を構成する光パルス間で位相が揃っていることを意味する。また、第3光パルス列と第4光パルス列とを比較すると、それぞれの光搬送波としての成分の位相も互いに同位相である。このことは、第3光パルス列と第4光パルス列とをそれぞれ構成している光パルスは、同時に発生することを意味している。   This means that the phases are aligned between the optical pulses constituting the third optical pulse train, and that the phases are aligned between the optical pulses constituting the fourth optical pulse train. Further, when the third optical pulse train and the fourth optical pulse train are compared, the phases of the components as the respective optical carriers are also in phase with each other. This means that the optical pulses constituting the third optical pulse train and the fourth optical pulse train are generated simultaneously.

従って、第3及び第4光パルス列の合波光パルス列の周波数スペクトルは、図6(C)に示すようになる。   Accordingly, the frequency spectrum of the combined optical pulse train of the third and fourth optical pulse trains is as shown in FIG.

以上説明した内容を、時間波形の関係として示すと、図7(A)から(C)に示す関係となる。図7(A)から(C)は、光パルス列の時間波形を示している。すなわち、図7(A)に示す光キャリア周波数がf0+(frep/2)であり、繰り返し周波数がfrepである通常のRZ光パルス列である第3光パルス列と、図7(B)に示す光キャリア周波数がf0-(frep/2)であり、繰り返し周波数がfrepである通常のRZ光パルス列である第4光パルス列とが、同じタイミングで発生していると、その合成時間波形は、図7(C)に示すCS-RZ光パルス列となる。 When the contents described above are shown as time waveform relationships, the relationships shown in FIGS. 7A to 7C are obtained. 7A to 7C show time waveforms of the optical pulse train. That is, the optical carrier frequency shown in FIG. 7 (A) is f 0 + (f rep / 2), the third optical pulse train that is a normal RZ optical pulse train with a repetition frequency of f rep , and FIG. 7 (B) f light carrier frequencies shown in 0 - (f rep / 2) a and, when the repetition frequency is the fourth and the optical pulse train is a normal RZ optical pulse train is f rep, occurring at the same timing, a synthesis The time waveform is a CS-RZ optical pulse train shown in FIG.

この発明では、上記のような状況を、分布反射鏡領域を有する分布帰還型半導体レーザをモード同期動作させることによって実現する。以下、上記のような状況を実現するために主要な役割を果たす分布反射鏡領域の特性と、分布帰還型半導体レーザの縦モード(共振器モードと呼ばれることもある。)との関係について、図8を参照して説明する。   In the present invention, the above situation is realized by mode-locking a distributed feedback semiconductor laser having a distributed reflector region. Hereinafter, the relationship between the characteristics of the distributed reflector region, which plays a major role in realizing the above situation, and the longitudinal mode (sometimes referred to as a resonator mode) of the distributed feedback semiconductor laser is shown in FIG. This will be described with reference to FIG.

図8は、分布反射鏡領域の反射率スペクトル(太い実線)、侵入長(破線)及び縦モード(細い実線)の関係の説明に供する図であり、横軸に波長を任意スケールで目盛って表示してある。また、縦軸は省略してあるが、縦軸方向に、実線で示す反射率スペクトル及び縦モードについては光強度を、破線で示す侵入長については長さを、それぞれ任意スケールで表示している。   FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the reflectance spectrum of the distributed reflector region (thick solid line), the penetration depth (broken line), and the longitudinal mode (thin solid line), with the horizontal axis indicating the wavelength on an arbitrary scale. It is displayed. In addition, although the vertical axis is omitted, in the vertical axis direction, the reflectance spectrum and the vertical mode indicated by the solid line are indicated by light intensity, and the penetration length indicated by the broken line is indicated by an arbitrary scale. .

ここでは、分布反射鏡領域16側の共振器端面44での端面反射率が0である理想的な状況を仮定して説明する。共振器端面44での端面反射率が0であれば、分布帰還型半導体レーザの発振動作について、共振器端面44での端面反射についての影響を考慮する必要がなく、純粋に回折格子による反射特性のみで決定される状況となる。また、侵入長とは、分布反射鏡領域16からの反射光の位相Φを次式(7)で定義したときのLeffのことを意味する。
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8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、ブラッグ波長λBに対して対称となる。
Here, an explanation will be given assuming an ideal situation where the end face reflectance at the resonator end face 44 on the distributed reflector region 16 side is zero. If the end face reflectivity at the resonator end face 44 is 0, there is no need to consider the influence of the end face reflection at the resonator end face 44 for the oscillation operation of the distributed feedback semiconductor laser, and the reflection characteristics by the pure diffraction grating The situation will be determined only by. The penetration length means L eff when the phase Φ of the reflected light from the distributed reflector region 16 is defined by the following equation (7).
Φ = 2n DBR k 0 L eff (7)
Here, n DBR is the effective refractive index of the distributed reflector region, and k 0 is the wave number. As shown in FIG. 8, if the end face reflectivity at the resonator end face 44 is 0, the reflectivity and penetration length profile (wavelength dependence) is symmetric with respect to the Bragg wavelength λ B.

ここで、分布帰還型半導体レーザの縦モードのうち、ブラッグ波長λB(周波数に換算してf0)に最近接する2つの縦モード(波長に換算した値)が、図6に示す波長軸に関してブラッグ波長λBに対称な位置に存在する場合を考える。二つの縦モードの周波数間隔は、共振器周回周波数に一致し、かつそれは、発生するCS光パルス列の繰り返し周波数(frep)に近似する。ここで近似するとは、二つの縦モードの共振器周回周波数のそれぞれと、frepとの差が、分布帰還型半導体レーザに対してモード同期動作を生じさせた場合に、周波数引き込みが生じる程度に小さいという意味である。 Here, of the longitudinal modes of the distributed feedback semiconductor laser, the two longitudinal modes (values converted to wavelengths) closest to the Bragg wavelength λ B (converted to frequency f 0 ) are related to the wavelength axis shown in FIG. Consider a case where the light beam exists at a position symmetrical to the Bragg wavelength λ B. The frequency interval between the two longitudinal modes matches the resonator circular frequency, and it approximates the repetition frequency (f rep ) of the generated CS optical pulse train. The approximation here is that the difference between each of the two resonator frequencies in the longitudinal mode and f rep is such that frequency pull-in occurs when mode-locked operation occurs in the distributed feedback semiconductor laser. It means small.

この状態で、分布帰還型半導体レーザが、レーザ発振しているものとする。この場合、上記の二つの縦モードは、分布反射鏡領域での反射率の極大および侵入長の極小が、ブラッグ波長に対して対称の位置にあり、しかも両極値はブラッグ波長に近似していることから、二つの縦モードは、共にレーザ発振条件が同一であり、この分布帰還型半導体レーザは、上記二つの縦モードでレーザ発振が生じる。この状態でモード同期動作を生じさせた場合、このレーザは、それぞれ上記の二つの縦モードのそれぞれの波長に相当する周波数を有する、2波長のモード同期動作が生じる。   In this state, it is assumed that the distributed feedback semiconductor laser oscillates. In this case, in the above two longitudinal modes, the maximum of the reflectance in the distributed reflector region and the minimum of the penetration length are located symmetrically with respect to the Bragg wavelength, and both extreme values approximate the Bragg wavelength. Therefore, the laser oscillation conditions are the same in the two longitudinal modes, and this distributed feedback semiconductor laser generates laser oscillation in the two longitudinal modes. When mode-locking operation is caused in this state, this laser has two-wavelength mode-locking operation having a frequency corresponding to the wavelength of each of the two longitudinal modes.

さらにまた、分布反射鏡領域での反射率及び侵入長の周波数プロファイルは、その反射率の極大及び侵入長の極小が、ブラッグ波長を周波数に換算した周波数に対して、互いに対称な位置に存在し、プロファイル自身は同一の形状となる。また、モード同期動作が生じた場合、これら二つの波長の光(上述の二つの縦モードに対応する周波数の光)の間には、変調サイドバンドを介して互いに周波数引き込みが生じる。その結果、これら二つの光の光搬送波としての周波数間隔は、変調周波数、すなわち、frepに固定されると共に、その位相同期も実現する。従って、これら2波長のモード同期パルス列は、その波長差がちょうど繰り返し周波数(frep)と一致し、かつ、位相同期している為、発生する時間も一致している。 Furthermore, the frequency profile of the reflectivity and penetration depth in the distributed reflector region shows that the maximum of the reflectivity and the minimum of the penetration length exist at positions symmetrical to each other with respect to the frequency converted from the Bragg wavelength. The profile itself has the same shape. In addition, when mode-locking operation occurs, frequency pull-in occurs between the light of these two wavelengths (light of the frequency corresponding to the above-described two longitudinal modes) via the modulation sideband. As a result, the frequency interval as the optical carrier wave of these two lights is fixed to the modulation frequency, that is, f rep and also the phase synchronization is realized. Therefore, these two-wavelength mode-locked pulse trains have the same wavelength difference with the repetition frequency (f rep ) and are phase-synchronized, so that the generated time also matches.

以上説明したように、図8に示した共振器端面44での端面反射率が0であるという条件でモード同期動作をさせた分布帰還型半導体レーザは、先に図6(A)から(C)及び図7(A)から(C)を参照して説明したCS光パルス列発生条件を満足するため、CS光パルス列を発生することになる。   As described above, the distributed feedback semiconductor laser that has been mode-locked under the condition that the end face reflectivity at the resonator end face 44 shown in FIG. 8 is 0 is shown in FIGS. ) And the CS optical pulse train generation condition described with reference to FIGS. 7A to 7C, the CS optical pulse train is generated.

CS光パルス列を発生させるには、ブラッグ波長に最近接する2つの縦モードが、ブラッグ波長に対称に配置するように設定しなければならない。レーザの縦モード波長は、図3に示した構造の分布帰還型半導体レーザについては、次式で決定される。
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。
In order to generate a CS optical pulse train, the two longitudinal modes closest to the Bragg wavelength must be set to be arranged symmetrically with respect to the Bragg wavelength. The longitudinal mode wavelength of the laser is determined by the following equation for the distributed feedback semiconductor laser having the structure shown in FIG.
mλ = 2n mod L mod + 2n gain L gain + 2n pc L pc + 2n DBR L eff (8)
Here, n mod , n gain , n pc , and n DBR are effective refractive indexes of the light modulation region 10, the gain region 12, the phase adjustment region 14, and the distributed reflector region 16, respectively. L mod , L gain , and L pc are the lengths of the light modulation region 10, the gain region 12, and the phase adjustment region 14, respectively. L eff is the penetration depth of the distributed reflector region 16.

式(8)に示すように、npc及びnDBRの少なくとも何れか一方を変化させることで、縦モード波長を変化させることが可能である。 As shown in Expression (8), it is possible to change the longitudinal mode wavelength by changing at least one of n pc and n DBR .

図3に示した構成の分布帰還型半導体レーザからCS光パルス列を発生させるには、位相調整領域14ならびに分布反射鏡領域16に、それぞれp側電極28および30とn側共通電極32を介して、それぞれ定電流源あるいは定電圧源40及び42を用いて、定電流あるいは逆バイアス電圧を印加して、npc及びnDBRを変化させる。すなわち、定電流印加の場合はプラズマ効果によって、また、逆バイアス電圧印加の場合はポッケルス効果によって、npc及びnDBRの実効屈折率を、分布反射鏡領域16のブラッグ波長に近接する2つの縦モードが、ブラッグ周波数に対称に配置するように調整することが可能である。ブラッグ周波数に対称に配置するとは、2つの縦モードに対応する周波数の一方がブラッグ周波数より小さく、もう一方がブラッグ周波数より大きく、かつ両者の周波数とブラッグ周波数との差が等しいことを意味する。 In order to generate a CS optical pulse train from the distributed feedback semiconductor laser having the configuration shown in FIG. 3, the phase adjustment region 14 and the distributed reflector region 16 are respectively connected via the p-side electrodes 28 and 30 and the n-side common electrode 32. Then, a constant current or a reverse bias voltage is applied using a constant current source or a constant voltage source 40 and 42, respectively, and n pc and n DBR are changed. That is, the effective refractive index of n pc and n DBR is set to two longitudinally close to the Bragg wavelengths of the distributed reflector region 16 by a plasma effect when a constant current is applied and by a Pockels effect when a reverse bias voltage is applied. It is possible to adjust the mode so that it is placed symmetrically to the Bragg frequency. Arranging symmetrically with respect to the Bragg frequency means that one of the frequencies corresponding to the two longitudinal modes is smaller than the Bragg frequency, the other is larger than the Bragg frequency, and the difference between both frequencies is equal to the Bragg frequency.

光変調領域10へ直流電圧をバイアス電圧として印加し、かつ変調電圧を重ねて印加することで、パルス幅可変なCS光パルス列が容易に発生できる。すなわち、光変調領域10を、半導体電界吸収型変調器(Electro-absorption Modulator、EA変調器ということもある。)として機能させることによって、パルス幅可変なCS光パルス列が容易に発生できる。この理由を図9(A)から(C)を参照して説明する。   By applying a DC voltage as a bias voltage to the optical modulation region 10 and applying the modulation voltage in an overlapping manner, a CS optical pulse train having a variable pulse width can be easily generated. That is, by making the optical modulation region 10 function as a semiconductor electroabsorption modulator (also referred to as an EA modulator), a CS optical pulse train having a variable pulse width can be easily generated. The reason for this will be described with reference to FIGS. 9 (A) to 9 (C).

図9(A)から(C)は、EA変調器の特性と光ゲート波形との関係の説明に供する図であり、図9(A)はEA変調器の電圧に対する透過率を示す図であり、図9(B)は印加する直流電圧を順バイアス側に設定し、変調電圧を重畳したときの光ゲート特性の説明に供する図であり、図9(C)は印加する直流電圧を逆バイアス側に設定し、変調電圧を重畳したときの光ゲート特性の説明に供する図である。   9A to 9C are diagrams for explaining the relationship between the characteristics of the EA modulator and the optical gate waveform, and FIG. 9A is a diagram illustrating the transmittance with respect to the voltage of the EA modulator. Fig. 9 (B) is a diagram for explaining the optical gate characteristics when the applied DC voltage is set to the forward bias side and the modulation voltage is superimposed, and Fig. 9 (C) is the reverse bias applied to the applied DC voltage. It is a figure where it uses for the description of the optical gate characteristic when it sets to the side and a modulation voltage is superimposed.

図9(A)から(C)において、横軸はEA変調器に印加する電圧を任意スケールで示してあり、(+)とあるのは順方向電圧であることを示し、(-)とあるのは逆電圧であることを示す。縦軸は透過率を任意スケールで示してある。また、図9(B)及び(C)において、EA変調器をゲート素子として捉えた場合の、EA変調器から出力される出力光の強度の時間波形をゲート波形として、それぞれ右側に示してある。   9 (A) to (C), the horizontal axis indicates the voltage applied to the EA modulator on an arbitrary scale, (+) indicates that it is a forward voltage, and (-) Indicates a reverse voltage. The vertical axis shows the transmittance on an arbitrary scale. In FIGS. 9B and 9C, when the EA modulator is regarded as a gate element, the time waveform of the intensity of the output light output from the EA modulator is shown on the right side as a gate waveform. .

図9(A)に示すように、EA変調器に逆バイアス電圧を印加した場合、EA変調器を構成する半導体のバンドギャップ波長が長波長側にシフトする効果が発現し、吸収が増加する。その吸収増加は、印加した電圧に対して線形ではなく、より急激に増加し、従って、EA変調器は、逆バイアス電圧が印加された場合、印加された電圧に対して透過率が急激に変化するという特性を示す。一方、EA変調器に順バイアス電圧を印加した場合は、EA変調器を構成する半導体のバンドギャップ波長が使用波長より50nm〜100nm短波長に設定されている為、透過率の変化は微小である。   As shown in FIG. 9 (A), when a reverse bias voltage is applied to the EA modulator, the effect of shifting the band gap wavelength of the semiconductor constituting the EA modulator to the long wavelength side appears, and the absorption increases. The absorption increase is not linear with the applied voltage, but increases more rapidly, so the EA modulator has a sudden change in transmittance with respect to the applied voltage when a reverse bias voltage is applied. It shows the characteristic that On the other hand, when a forward bias voltage is applied to the EA modulator, the band gap wavelength of the semiconductor constituting the EA modulator is set to a wavelength shorter by 50 nm to 100 nm than the operating wavelength, so the change in transmittance is minute. .

ここで、EA変調器に印加する直流電圧を順バイアス側に設定し、変調電圧を重畳したときのEA変調器のゲート素子としての光ゲート特性は図9(B)のようになり、光強度がONとなっている時間(光が透過している時間)がOFFとなっている時間(光が遮断されている時間)よりも長いという特性を持つパルス幅の広い光ゲート特性が得られる。この駆動条件で、光変調領域10としてEA変調器構造とした分布帰還型半導体レーザを駆動させれば、パルス幅の広いCS光パルス列を発生することが可能となる。光ゲート特性は、直流電圧および変調電圧を変化させれば変化するので、発生するCS光パルス列のパルス幅を可変にできる。   Here, when the DC voltage applied to the EA modulator is set to the forward bias side and the modulation voltage is superimposed, the optical gate characteristics as the gate element of the EA modulator are as shown in FIG. It is possible to obtain an optical gate characteristic with a wide pulse width that has a characteristic that the time during which is turned on (time during which light is transmitted) is longer than the time during which light is turned off (time during which light is blocked). If a distributed feedback semiconductor laser having an EA modulator structure is driven as the light modulation region 10 under this driving condition, a CS optical pulse train having a wide pulse width can be generated. Since the optical gate characteristics change when the DC voltage and the modulation voltage are changed, the pulse width of the generated CS optical pulse train can be made variable.

一方、EA変調器に印加する直流電圧を逆バイアス側に設定し、変調電圧を重畳したときのEA変調器のゲート素子としての光ゲート特性は図9(C)のようになり、光強度がOFFとなっている時間がONとなっている時間よりも長いという特性を持つパルス幅の狭い光ゲート特性が得られる。この駆動条件で、光変調領域部10としてEA変調器構造とした分布帰還型半導体レーザを駆動させればパルス幅の狭いCS光パルス列を発生することが可能となる。また、直流電圧および変調電圧を変化させることで、発生するCS光パルス列のパルス幅を可変にできる。   On the other hand, when the DC voltage applied to the EA modulator is set to the reverse bias side and the modulation voltage is superimposed, the optical gate characteristics as the gate element of the EA modulator are as shown in FIG. An optical gate characteristic with a narrow pulse width having a characteristic that the OFF time is longer than the ON time can be obtained. Under this driving condition, a CS optical pulse train having a narrow pulse width can be generated by driving a distributed feedback semiconductor laser having an EA modulator structure as the optical modulation region section 10. Further, the pulse width of the generated CS optical pulse train can be varied by changing the DC voltage and the modulation voltage.

モード同期半導体レーザにおいては、モード同期光パルスがレーザ共振器内を周回するという特性があるために、光変調領域で生じる利得あるいは吸収変調効果が、一つの光パルスに対して複数回生じる。従って、一回の利得あるいは吸収変調が強くなくても、上述した多重変調効果によって共振器内を周回するたびに、光パルスが成長していく。能動モード同期半導体レーザの場合、利得あるいは吸収変調の強さは、印加する変調電圧に応じて変化する。このことは、能動モード同期半導体レーザにおいては、多重変調効果のために、変調電圧が小さくても、光パルスが生成されるに十分な利得あるいは吸収変調効果が担保し得ることを意味する。   Since the mode-locked semiconductor laser has a characteristic that the mode-locked light pulse circulates in the laser resonator, the gain or absorption modulation effect generated in the light modulation region occurs multiple times for one light pulse. Therefore, even if the gain or absorption modulation is not strong once, an optical pulse grows every time it circulates in the resonator due to the multiple modulation effect described above. In the case of an active mode-locked semiconductor laser, the gain or the intensity of absorption modulation changes according to the applied modulation voltage. This means that in an active mode-locked semiconductor laser, a sufficient gain or absorption modulation effect for generating an optical pulse can be secured even if the modulation voltage is small due to the multiple modulation effect.

次に、分布帰還型半導体レーザをモード同期動作させてCS光パルス列が発生されることを実証するための実験及びその結果について説明する。実証実験は、文献(S. Arahira and Y. Ogawa, “40 GHz actively mode-locked distributed Bragg reflector laser diode module with an impedance-matchingcircuit for efficient RF signal injection,” Jpn. J. Appl. Phys., vol. 43, No. 4B, pp. 1960-1964, 2004.)に開示されている、分布帰還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行った。この分布帰還型半導体レーザは、光変調領域にEA変調器構造が採用されている。   Next, experiments and results for demonstrating that a CS optical pulse train is generated by mode-locking a distributed feedback semiconductor laser will be described. The demonstration experiment was performed in the literature (S. Arahira and Y. Ogawa, “40 GHz actively mode-locked distributed Bragg reflector laser diode module with an impedance-matching circuit for efficient RF signal injection,” Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 43, No. 4B, pp. 1960-1964, 2004.) was performed by operating the distributed feedback semiconductor laser in an active mode synchronization. This distributed feedback semiconductor laser employs an EA modulator structure in the light modulation region.

実証実験で用いた分布帰還型半導体レーザは、光変調領域の長さが165μm、利得領域の長さが610μm、位相調整領域の長さが110μm、分布反射鏡領域の長さが50μmである、InP系の多電極半導体レーザ素子である。共振器長は1065μmであり、共振器周回周波数は約40 GHzである。利得領域は、量子井戸構造であって、量子井戸層を0.6%の圧縮歪InGaAsP層とし、障壁層を無歪のInGaAsP層で形成した多重量子井戸構造である。この多重量子井戸構造のフォトルミネッセンスピーク波長が1562 nmになるように、量子井戸層及び障壁層のそれぞれの組成比及び厚さが設定されている。   The distributed feedback semiconductor laser used in the demonstration experiment has a light modulation region length of 165 μm, a gain region length of 610 μm, a phase adjustment region length of 110 μm, and a distributed reflector region length of 50 μm. This is an InP-based multi-electrode semiconductor laser device. The resonator length is 1065 μm, and the resonator circular frequency is about 40 GHz. The gain region has a quantum well structure in which the quantum well layer is a 0.6% compressive strained InGaAsP layer and the barrier layer is a non-strained InGaAsP layer. The composition ratios and thicknesses of the quantum well layer and the barrier layer are set so that the photoluminescence peak wavelength of this multiple quantum well structure is 1562 nm.

光変調領域、位相調整領域、分布反射鏡領域の導波層には、そのフォトルミネッセンスピーク波長が1465 nmになるように、各層の組成比及びそれぞれの厚さが設定されているバルクInGaAsP層を用いた。また、分布反射鏡領域側の共振器端面は、Al2O3薄膜を用いて、反射率が約2%となる無反射膜コートを施した。分布帰還型半導体レーザの利得領域に電流を注入してレーザ発振をさせるための発振閾値は約30 mA、注入電流に対する出力光強度の比であるスロープ効率は0.1 W/A程度であった。これら発振閾値及びスロープ効率の値は、半導体レーザとして典型的な値である。 A bulk InGaAsP layer in which the composition ratio and thickness of each layer are set so that the photoluminescence peak wavelength is 1465 nm is applied to the waveguide layer in the light modulation region, phase adjustment region, and distributed reflector region. Using. In addition, the resonator end face on the distributed reflector region side was coated with a non-reflective coating with an reflectance of about 2% using an Al 2 O 3 thin film. The oscillation threshold for laser oscillation by injecting current into the gain region of the distributed feedback semiconductor laser was about 30 mA, and the slope efficiency, which is the ratio of the output light intensity to the injection current, was about 0.1 W / A. These oscillation threshold values and slope efficiency values are typical values for a semiconductor laser.

図10(A)及び(B)を参照して、第1のモード同期半導体レーザのCS光パルス列発生の実験結果を説明する。図10(A)及び(B)は、第1のモード同期半導体レーザのCS光パルス列発生の実験結果の説明に供する図であり、図10(A)は発生したCS光パルス列の時間波形を示す図であり、図10(B)はスペクトル波形を示す図である。図10(A)の横軸は時間を1目盛り10 psにとって示してあり、縦軸は光強度を任意単位で示してある。図10(B)の横軸は波長をnm単位で目盛って示してあり、縦軸はレーザ発振スペクトル強度をdBm単位で目盛って示してある。   With reference to FIGS. 10A and 10B, an experimental result of CS optical pulse train generation of the first mode-locked semiconductor laser will be described. FIGS. 10A and 10B are diagrams for explaining the experimental results of the CS optical pulse train generation of the first mode-locked semiconductor laser, and FIG. 10A shows the time waveform of the generated CS optical pulse train. FIG. 10 (B) is a diagram showing a spectrum waveform. In FIG. 10 (A), the horizontal axis indicates time for one scale of 10 ps, and the vertical axis indicates light intensity in arbitrary units. In FIG. 10B, the horizontal axis indicates the wavelength in units of nm, and the vertical axis indicates the laser oscillation spectrum intensity in units of dBm.

図10(A)及び(B)に、それぞれCS 光パルス列の時間波形及び発振光の光スペクトル波形を示す。この時間波形及び発振光の光スペクトルは、次の条件下で、観測されたものである。すなわち、利得領域に71 mAの電流を注入し、また、位相調整領域に3.25 mAの電流を注入し、光変調領域に、+0.39 Vの順バイアス電圧と、繰り返し周波数が39.81312GHzで、変調電圧強度が+2.4 dBmである変調電圧を印加させた。   10A and 10B show the time waveform of the CS optical pulse train and the optical spectrum waveform of the oscillation light, respectively. The time waveform and the optical spectrum of the oscillation light are observed under the following conditions. That is, a current of 71 mA is injected into the gain region, a current of 3.25 mA is injected into the phase adjustment region, a forward bias voltage of +0.39 V, a repetition frequency of 39.81312 GHz, and a modulation voltage into the optical modulation region A modulation voltage having an intensity of +2.4 dBm was applied.

まず、図10(B)に示すように、発振光の光スペクトルは、中心のスペクトル成分(スペクトル曲線のブラッグ波長λBに対応する部分)が極小となっており、かつブラッグ波長を中心として左右対称であって、CS光パルス列に特有な光スペクトル形状を示している。このことから、CS光パルス列が発生している様子がわかる。すなわち、ブラッグ波長λBを中心にして、左右対称に縦モードスペクトルピークが並んでいる。 First, as shown in FIG. 10 (B), the optical spectrum of the oscillation light has a minimum center spectral component (the part corresponding to the Bragg wavelength λ B of the spectrum curve), and left and right with the Bragg wavelength as the center. It is symmetrical and shows an optical spectrum shape peculiar to the CS optical pulse train. From this, it can be seen that the CS optical pulse train is generated. That is, longitudinal mode spectrum peaks are arranged symmetrically about the Bragg wavelength λ B.

また、図10(A)に示すCS光パルス列の時間波形から、パルス幅は14.9 psと見積もられた。パルス幅をパルス周期で除した値であるデューティ比は、この場合、59.3%(14.9/25.1=0.593)と見積もられた。このような高いデューティ比にもかかわらず、光強度は連続する光パルス間で0(隣接する光パルスのピーク位置の中間で光強度が0となっている。)まで落ちているこれもまた、CS光パルス列の特徴の一つであり、すなわち、連続する光パルス間で位相が反転しているため、連続する光パルスの中間では、干渉して強度が0になることを示している。   From the time waveform of the CS optical pulse train shown in FIG. 10 (A), the pulse width was estimated to be 14.9 ps. In this case, the duty ratio, which is a value obtained by dividing the pulse width by the pulse period, was estimated to be 59.3% (14.9 / 25.1 = 0.593). Despite such a high duty ratio, the light intensity falls to 0 between successive light pulses (light intensity is 0 in the middle of the peak position of adjacent light pulses). This is one of the features of the CS optical pulse train, that is, since the phase is inverted between successive optical pulses, it indicates that the intensity becomes 0 due to interference in the middle of successive optical pulses.

図11を参照して、光変調領域に印加する、バイアス電圧と変調電圧強度を変化させた場合の、パルス幅可変特性の実験結果について説明する。図11は、第1の分布帰還型半導体レーザから出力されるCS光パルス列の光パルス幅の、変調器バイアス電圧及び変調電圧依存性を示す図である。図11において、横軸は変調器バイアス電圧をV単位で目盛って示してあり、縦軸は分布帰還型半導体レーザから出力される光パルス列を構成する光パルスの半値幅をps(ピコ秒)単位で目盛って示してある。図11において、(a)は、RF(Radio Frequency)信号強度が-1.1 dBm、(b)はRF信号強度が+2.4 dBm、(c)はRF信号強度が+7.4 dBm、(d)はRF信号強度が+15.9 dBm、(e)はRF信号強度が+18.1 dBmである場合を、それぞれ示している。   With reference to FIG. 11, an experimental result of the variable pulse width characteristic when the bias voltage and the modulation voltage intensity applied to the light modulation region are changed will be described. FIG. 11 is a diagram showing the dependence of the optical pulse width of the CS optical pulse train output from the first distributed feedback semiconductor laser on the modulator bias voltage and the modulation voltage. In FIG. 11, the horizontal axis shows the modulator bias voltage scaled in V units, and the vertical axis shows the half-value width of the optical pulse constituting the optical pulse train output from the distributed feedback semiconductor laser, ps (picoseconds). Scaled in units. In FIG. 11, (a) shows the RF (Radio Frequency) signal strength of -1.1 dBm, (b) shows the RF signal strength of +2.4 dBm, (c) shows the RF signal strength of +7.4 dBm, and (d) shows the RF signal strength. The signal intensity is +15.9 dBm, and (e) shows the case where the RF signal intensity is +18.1 dBm.

図11に示した例では、光パルスの半値幅をを3.3 psから15.9 psまでの範囲で可変することができた。図11に示す結果から、CS光パルス列を変調して生成されるRZフォーマットの光パルス信号を用いた光通信システムにおいて一般的に用いられる、デューティ比50%(この場合、パルス幅12.55ps)のCS光パルス列を発生させることを想定した場合、光変調領域の透過率を変調するために必要とされるRF信号強度は+7.4 dBm以下である。図11(a)から(c)に示すように、パルス幅12.55psのCS光パルス列を発生させるには、RF信号強度は+7.4 dBm以下で十分であることがわかる。   In the example shown in FIG. 11, the half width of the optical pulse could be varied in the range from 3.3 ps to 15.9 ps. From the results shown in FIG. 11, a duty ratio of 50% (in this case, a pulse width of 12.55 ps) generally used in an optical communication system using an optical pulse signal in an RZ format generated by modulating a CS optical pulse train is obtained. Assuming that a CS optical pulse train is generated, the RF signal intensity required to modulate the transmittance of the light modulation region is +7.4 dBm or less. As shown in FIGS. 11 (a) to 11 (c), it can be seen that +7.4 dBm or less is sufficient for generating a CS optical pulse train having a pulse width of 12.55 ps.

これは、従来例である非特許文献1に開示のLN光強度変調器を用いたCS光パルス列発生方法での値(24 dBm-30 dBm)に比べ、おおよそ1/50〜1/200の値である。すなわち、ここで説明したCS光パルス発生方法によれば、従来のLN光強度変調器を用いたCS光パルス列発生方法消費電力が低いことを意味している。   This is a value approximately 1/50 to 1/200 compared with the value (24 dBm-30 dBm) in the CS optical pulse train generation method using the LN optical intensity modulator disclosed in Non-Patent Document 1, which is a conventional example. It is. That is, according to the CS optical pulse generation method described here, the CS optical pulse train generation method using the conventional LN optical intensity modulator means low power consumption.

図12(A)及び(B)を参照して、第1の分布帰還型半導体レーザがモード同期動作することによって出力される、CS光パルス列の時間波形及び波長スペクトル波形の特性について説明する。図12(A)及び(B)は、光パルス幅3.3 psのCS光パルス列を示す図であり、図12(A)は時間波形を示し、図12(B)は波長スペクトルを示す図である。図12(A)の横軸は時間をps単位で目盛って示してあり、縦軸は光強度を任意担任で目盛って示してある。また、図12(B)の横軸は波長をnm単位で目盛って示してあり、縦軸は波長スペクトルの強度をdBm単位で目盛って示してある。   With reference to FIGS. 12A and 12B, the characteristics of the time waveform and wavelength spectrum waveform of the CS optical pulse train output by the mode-locked operation of the first distributed feedback semiconductor laser will be described. 12 (A) and 12 (B) are diagrams showing a CS optical pulse train having an optical pulse width of 3.3 ps, FIG. 12 (A) shows a time waveform, and FIG. 12 (B) shows a wavelength spectrum. . The horizontal axis of FIG. 12A shows the time scaled in units of ps, and the vertical axis shows the light intensity scaled arbitrarily. In addition, the horizontal axis of FIG. 12B shows the wavelength scaled in nm units, and the vertical axis shows the wavelength spectrum intensity scaled in dBm units.

図12(B)に示すように、波長スペクトルは、中心(図12(B)で上向きの矢印で示す波長位置)のスペクトル成分がなく、かつ、左右対称な形状となっている。すなわち、図12(B)で上向きの矢印で示す波長位置で波長スペクトルの強度が極小を示しており、この極小位置を中心に波長スペクトルが左右対称の形となっている。このことから、分布帰還型半導体レーザからは、図12(A)に示す時間波形を有するCS光パルス列が発生している様子がわかる。   As shown in FIG. 12B, the wavelength spectrum has no spectral component at the center (wavelength position indicated by an upward arrow in FIG. 12B) and has a symmetrical shape. That is, the intensity of the wavelength spectrum is minimal at the wavelength position indicated by the upward arrow in FIG. 12B, and the wavelength spectrum is symmetrical with respect to this minimal position. From this, it can be seen that the CS optical pulse train having the time waveform shown in FIG. 12A is generated from the distributed feedback semiconductor laser.

以上説明したように、多電極型の分布帰還型半導体レーザを用いることによって、光パルス幅が可変であるCS光パルス列を発生させることが可能である。また、CS光パルス列を発生させるために必要とされる、光変調領域の透過率を変調するために必要とされる変調電圧も、従来の方法に比べて低くてすむ。すなわち、多電極型の分布帰還型半導体レーザを用いることによって、装置そのものをコンパクト化でき、低消費電力で駆動させることが可能であり、しかも発生させるCS光パルス列を構成する光パルスの幅を調整することが可能である。   As described above, a CS optical pulse train having a variable optical pulse width can be generated by using a multi-electrode type distributed feedback semiconductor laser. Further, the modulation voltage required for modulating the transmittance of the light modulation region, which is required for generating the CS optical pulse train, can be lower than that of the conventional method. In other words, by using a multi-electrode type distributed feedback semiconductor laser, the device itself can be made compact, it can be driven with low power consumption, and the width of the optical pulse constituting the CS optical pulse train to be generated is adjusted. Is possible.

<第2の分布帰還型半導体レーザ>
図13を参照して、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、及び、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13は、分布帰還型半導体レーザ300の概略的拡大断面図である。
<Second distributed feedback semiconductor laser>
With reference to FIG. 13, the configuration of the distributed feedback semiconductor laser 300, which is the second distributed feedback semiconductor laser, and the mode-locked operation principle of the distributed feedback semiconductor laser 300 will be described. FIG. 13 is a schematic enlarged cross-sectional view of the distributed feedback semiconductor laser 300. FIG.

分布帰還型半導体レーザ300の、上述の分布帰還型半導体レーザ100との相違点は、分布反射鏡領域16の共振器端面側に、更に光吸収係数調整領域60が集積化されている点である。その他の部分の構成は、図3に示した分布帰還型半導体レーザ100と同一であるので、重複する説明を省略する。   The difference between the distributed feedback semiconductor laser 300 and the distributed feedback semiconductor laser 100 described above is that a light absorption coefficient adjustment region 60 is further integrated on the resonator end face side of the distributed reflector region 16. . The configuration of the other parts is the same as that of the distributed feedback semiconductor laser 100 shown in FIG.

分布帰還型半導体レーザ300の共振器を構成する2つの共振器端面は、光変調領域10の左側端面46と光吸収係数調整領域60側の共振器端面66とで構成される。光吸収係数調整領域60側の共振器端面66は、分布帰還型半導体レーザ100とは異なり、無反射膜コーティングが施されていない劈開面を利用することができる。   The two resonator end faces constituting the resonator of the distributed feedback semiconductor laser 300 are constituted by a left end face 46 of the light modulation region 10 and a resonator end face 66 on the light absorption coefficient adjustment region 60 side. Unlike the distributed feedback semiconductor laser 100, the resonator end surface 66 on the light absorption coefficient adjustment region 60 side can use a cleaved surface that is not coated with an antireflection coating.

分布帰還型半導体レーザ300で発生するCS光パルス列は、光変調領域10側の共振器端面46から出力される。光吸収係数調整領域60には、p側電極62とn側共通電極32を介して、定電圧源64より逆バイアス電圧が印加される。   The CS optical pulse train generated by the distributed feedback semiconductor laser 300 is output from the resonator end face 46 on the optical modulation region 10 side. A reverse bias voltage is applied to the light absorption coefficient adjustment region 60 from the constant voltage source 64 via the p-side electrode 62 and the n-side common electrode 32.

上述の分布帰還型半導体レーザ100によってCS光パルス列を発生させる場合は、分布帰還型半導体レーザ100の分布反射鏡領域16の反射率及び侵入長の波長依存性が、ブラッグ波長に対して対称な特性を有していることが条件となっている。この条件が厳密に満たされるためには、分布反射鏡領域16側の共振器端面66での端面反射率が0であることが必要である。   When the CS optical pulse train is generated by the distributed feedback semiconductor laser 100 described above, the wavelength dependence of the reflectance and penetration length of the distributed reflector region 16 of the distributed feedback semiconductor laser 100 is symmetric with respect to the Bragg wavelength. It is necessary to have In order to satisfy this condition strictly, the end face reflectivity at the resonator end face 66 on the distributed reflector region 16 side needs to be zero.

一般に、分布帰還型半導体レーザの共振器端面を構成する劈開面の反射率は0ではなく有限な大きさを有している。劈開面をコーティングしても、反射率を十分に小さくすることは容易でない。分布帰還型半導体レーザの共振器端面の反射率が0でない場合には、その反射率及び侵入長の波長依存性は、以下で説明されるように、形成される回折格子の初期位相、および端面反射率に非常に大きな影響を及ぼす。   In general, the reflectance of the cleavage plane constituting the cavity end face of the distributed feedback semiconductor laser is not zero but has a finite size. Even if the cleaved surface is coated, it is not easy to make the reflectance sufficiently small. When the reflectivity of the cavity end face of the distributed feedback semiconductor laser is not 0, the wavelength dependence of the reflectivity and the penetration length depends on the initial phase of the formed diffraction grating and the end face, as will be described below. It has a very large effect on reflectivity.

図14を参照して、回折格子の初期位相について説明する。図14は、回折格子の初期位相の説明に供する図であり、分布反射鏡領域16を拡大して示してある。回折格子の初期位相とは、図14に示されるように、分布反射鏡領域16の光入力端(分布反射鏡領域16の左端)での、回折格子の位相のことである。   The initial phase of the diffraction grating will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a diagram for explaining the initial phase of the diffraction grating, and shows the distributed reflector region 16 in an enlarged manner. The initial phase of the diffraction grating is the phase of the diffraction grating at the light input end of the distributed reflector region 16 (left end of the distributed reflector region 16), as shown in FIG.

回折格子の周期は、発振波長1.55μm 帯のInP系半導体レーザの場合に例をとれば、240 nmである。従って、回折格子の初期位相を正確に設定するためには、数十nmよりも短い寸法を再現よく加工できる作製技術が必要であり、現状では非常に難しい。従って、回折格子の初期位相を設計値に従って設定された分布帰還型半導体レーザを加工することは、現状では不可能である。すなわち、分布帰還型半導体レーザを加工する上で、回折格子の初期位相を設計パラメータとすることはできない。   The period of the diffraction grating is 240 nm, for example, in the case of an InP semiconductor laser with an oscillation wavelength of 1.55 μm. Therefore, in order to accurately set the initial phase of the diffraction grating, a manufacturing technique capable of reproducibly processing dimensions shorter than several tens of nanometers is necessary, which is very difficult at present. Therefore, it is currently impossible to process a distributed feedback semiconductor laser in which the initial phase of the diffraction grating is set according to the design value. That is, when processing a distributed feedback semiconductor laser, the initial phase of the diffraction grating cannot be used as a design parameter.

一方、端面反射率が0でない分布反射鏡の反射率特性は、回折格子によるブラッグ反射と、分布反射鏡領域16の端面によるフレネル反射の干渉により決定される。ブラッグ反射による反射光の位相の特性は、回折格子の初期位相の関数である。このため、ブラッグ反射光とフレネル反射光との干渉光を確定させる両者の合成反射率は、回折格子の初期位相ならびに端面反射率に強く依存する。   On the other hand, the reflectance characteristics of the distributed reflector whose end face reflectance is not 0 are determined by interference between Bragg reflection by the diffraction grating and Fresnel reflection by the end face of the distributed reflector region 16. The phase characteristic of the reflected light due to Bragg reflection is a function of the initial phase of the diffraction grating. For this reason, the combined reflectance of both of the interference light between the Bragg reflected light and the Fresnel reflected light strongly depends on the initial phase and the end face reflectance of the diffraction grating.

有限な端面反射率を有する分布反射鏡の振幅反射率rDBRは、次式(9)から(13)によって与えられる(例えば、末松安晴編著“半導体レーザと光集積回路”オーム社第1版を参照)。 The amplitude reflectivity r DBR of a distributed reflector having a finite end-surface reflectivity is given by the following equations (9) to (13) (for example, “Semiconductor laser and optical integrated circuit” written by Ohharu Suematsu edited by Ohmsha 1st edition) reference).

Figure 2008035265
Figure 2008035265

ここで、nDBR、LDBRはそれぞれ分布反射鏡領域の実効屈折率および領域長、λBraggはブラッグ波長、αは吸収係数、κは回折格子の結合係数、φは回折格子の初期位相、r0は端面反射率(振幅反射率)である。 Where n DBR and L DBR are the effective refractive index and region length of the distributed reflector region, λ Bragg is the Bragg wavelength, α is the absorption coefficient, κ is the coupling coefficient of the diffraction grating, φ is the initial phase of the diffraction grating, r 0 is the end face reflectance (amplitude reflectance).

ちなみに、端面反射率が0のときのrDBRは、次式(13)で与えられる。 Incidentally, r DBR when the end face reflectance is 0 is given by the following equation (13).

Figure 2008035265
Figure 2008035265

図15(A)から(E)を参照して、上述の式(9)から(13)を用いて計算される、分布反射鏡のエネルギー反射率|rDBR2について説明する。図15(A)から(E)は、分布反射鏡のエネルギー反射率を示す図であり、図15(A)から(E)はそれぞれ、劈開面の反射率R0及び劈開端面のエネルギー反射率を、回折格子の初期位相φをパラメータとして変化させた場合について示している。それぞれの図において、横軸は波長をnm単位で目盛って示してあり、縦軸はエネルギー反射率を任意単位で示してある。 With reference to FIGS. 15A to 15E, the energy reflectivity | r DBR | 2 of the distributed reflector calculated using the above-described equations (9) to (13) will be described. FIGS. 15 (A) to (E) are diagrams showing the energy reflectivity of the distributed reflector, and FIGS. 15 (A) to (E) are the reflectivity R 0 of the cleavage plane and the energy reflectivity of the cleavage end face, respectively. Is shown for the case where the initial phase φ of the diffraction grating is changed as a parameter. In each figure, the horizontal axis indicates the wavelength in units of nm, and the vertical axis indicates the energy reflectivity in arbitrary units.

ここで、図15(A)から(E)に示すエネルギー反射率は、nDBR=3.2、LDBR=50μm、λBragg=1550 nm、α=10cm-1、κ=100cm-1として計算した結果である。この計算条件は、典型的な分布帰還型半導体レーザが有している特性である。 Here, the energy reflectivity shown in FIGS. 15 (A) to 15 (E) is calculated as n DBR = 3.2, L DBR = 50 μm, λ Bragg = 1550 nm, α = 10 cm −1 , κ = 100 cm −1 It is. This calculation condition is a characteristic of a typical distributed feedback semiconductor laser.

図15(A)に示す結果は、劈開端面のエネルギー反射率R0(|r0|2)が0のときの計算結果であり、図15(B)から(E)に示す結果は、劈開端面のエネルギー反射率R0(=|r0|2)が0.274(|r0|2=0.274)である場合において、それぞれ、回折格子の初期位相φを0から1.5πまで0.5πおきに変化させた時の計算結果である。 The results shown in FIG. 15 (A) are the calculation results when the energy reflectivity R 0 (| r 0 | 2 ) of the cleavage end face is 0, and the results shown in FIGS. 15 (B) to (E) are the cleavage results. When the energy reflectivity R 0 (= | r 0 | 2 ) of the end face is 0.274 (| r 0 | 2 = 0.274), the initial phase φ of the diffraction grating changes from 0 to 1.5π every 0.5π. This is the calculation result when

劈開端面のエネルギー反射率が0である場合には、回折格子の初期位相φを変化させても、分布反射鏡のエネルギー反射率|rDBR2に変化はない。同じく、侵入長Leffにも変化はない。分布反射鏡のエネルギー反射率|rDBR2及び侵入長Leffの波長依存性は、図8を参照して説明したようにブラッグ波長に対称な特性となり、従って、この条件を満たす分布帰還型半導体レーザによれば、CS光パルス列を発生させることが可能である。 When the energy reflectivity of the cleavage end face is 0, the energy reflectivity | r DBR | 2 of the distributed reflector does not change even if the initial phase φ of the diffraction grating is changed. Similarly, there is no change in the penetration length L eff . The wavelength dependence of the energy reflectivity | r DBR | 2 and the penetration length L eff of the distributed reflector is symmetric with respect to the Bragg wavelength as described with reference to FIG. According to the semiconductor laser, it is possible to generate a CS optical pulse train.

一方、劈開端面は、劈開端面のエネルギー反射率R0は0ではないので、分布反射鏡のエネルギー反射率|rDBR2は回折格子の初期位相φに依存して変化する。一般に、分布反射鏡領域の反射率及び侵入長のプロファイル(波長依存性)は非対称であると共に、分布反射鏡領域の反射率が最大になる波長、およびその波長での侵入長も大きく変化する。侵入長の波長依存性も、分布反射鏡領域の反射率の波長依存性と同様、非対称になる。 On the other hand, since the energy reflectivity R 0 of the cleaved end face is not 0, the energy reflectivity | r DBR | 2 of the distributed reflector changes depending on the initial phase φ of the diffraction grating. In general, the reflectance and penetration length profile (wavelength dependence) of the distributed reflector region is asymmetric, and the wavelength at which the reflectance of the distributed reflector region is maximized and the penetration length at that wavelength also vary greatly. The wavelength dependence of the penetration length is also asymmetric, similar to the wavelength dependence of the reflectance of the distributed reflector region.

すなわち、劈開端面のエネルギー反射率R0が十分に小さくなければ、CS光パルス列を発生させることができない。従って、分布帰還型半導体レーザの劈開端面(分布反射鏡領域16側の共振器端面44)の反射率を下げる為に、低反射コーティングをする必要が生じる。この場合、実用上問題となるのは、どの程度まで劈開端面のエネルギー反射率R0を下げれば、十分に小さいエネルギー反射率であるといえるのかという点である。すなわち、分布反射鏡領域16側の共振器端面44でのフレネル反射の影響を十分抑えて、図8及び図15(A)に示すような、ブラッグ波長に対して対称な反射特性が、制御不能なパラメータφ(回折格子の初期位相)に依存することなく得ることが可能であるかという点が技術的問題である。 That is, the CS optical pulse train cannot be generated unless the energy reflectivity R0 of the cleavage end face is sufficiently small. Therefore, in order to reduce the reflectance of the cleaved end face of the distributed feedback semiconductor laser (resonator end face 44 on the distributed reflector region 16 side), it is necessary to apply a low reflection coating. In this case, a problem in practical use is how much the energy reflectivity R 0 of the cleavage end face can be reduced to a sufficiently small energy reflectivity. That is, the influence of Fresnel reflection at the resonator end face 44 on the distributed reflector region 16 side is sufficiently suppressed, and the reflection characteristics symmetric with respect to the Bragg wavelength as shown in FIGS. 8 and 15A are uncontrollable. It is a technical problem whether it can be obtained without depending on a certain parameter φ (initial phase of the diffraction grating).

図16(A)から(D)を参照して、分布反射鏡領域からの最大反射率、ピーク波長シフト量及び侵入長の、初期位相φ依存性について説明する。図16(A)から(D)は、分布帰還型半導体レーザ100における、劈開面の反射率R0をパラメータとして変化させた場合の、分布反射鏡領域からの最大反射率、ピーク波長シフト量及び侵入長の初期位相φ依存性を示す図である。 With reference to FIGS. 16A to 16D, the initial phase φ dependency of the maximum reflectance, the peak wavelength shift amount, and the penetration length from the distributed reflector region will be described. FIGS. 16A to 16D show the maximum reflectivity from the distributed reflector region, the peak wavelength shift amount, and the cleaved surface reflectivity R 0 in the distributed feedback semiconductor laser 100 when changed as a parameter. It is a figure which shows the initial phase (phi) dependence of penetration | invasion length.

図16(A)は分布反射鏡領域からの最大反射率、図16(B)はピーク波長シフト量、図16(C)は侵入長を分布反射鏡領域の長さが50μmであるときについてそれぞれ示しており、図16(D)は分布反射鏡領域の長さが50μmであるときのピーク波長シフト量を示している。各図とも、横軸は回折格子の初期位相φを示している。また、図16(A)の縦軸は最大反射率を示してあり、図16(B)及び図16(D)の縦軸はピーク波長シフト量をGHz単位で目盛って示してあり、図16(C)の縦軸は侵入長をμm単位で目盛って、それぞれ示してある。   Fig. 16 (A) shows the maximum reflectance from the distributed reflector region, Fig. 16 (B) shows the peak wavelength shift amount, Fig. 16 (C) shows the penetration depth when the distributed reflector region length is 50μm. FIG. 16 (D) shows the peak wavelength shift amount when the length of the distributed reflector region is 50 μm. In each figure, the horizontal axis indicates the initial phase φ of the diffraction grating. In addition, the vertical axis of FIG.16 (A) indicates the maximum reflectance, and the vertical axis of FIG.16 (B) and FIG.16 (D) indicates the peak wavelength shift amount in units of GHz. The vertical axis of 16 (C) indicates the penetration length in units of μm, respectively.

図16(B)におけるピーク波長シフト量は、周波数の差(Δfpeak)として示してある。すなわち、周波数の差(Δfpeak)は、ピーク波長をλpeakとして、次式(14)で与えられる。 The peak wavelength shift amount in FIG. 16 (B) is shown as a frequency difference (Δf peak ). That is, the frequency difference (Δf peak ) is given by the following equation (14), where the peak wavelength is λ peak .

Figure 2008035265
Figure 2008035265

ここで、cは真空中の光速である。 Here, c is the speed of light in vacuum.

図16(A)から(C)に示すように、分布反射鏡領域16側の共振器端面44のエネルギー反射率が0である場合の分布反射鏡領域からの反射特性(図中で0%としてある点線で示してある。)とほぼ一致した反射特性を実現する為には、R0が0.1%でも不十分であり、0.001%ないしはそれ以下に低減しなければならない。このような小さな反射率を、低反射コーティングによって実現するのは非常に困難である。すなわち、図3に示した分布反射鏡の端面を一方の共振器端面として有する分布帰還型半導体レーザ100を用いて、CS光パルス列を発生させる場合、次のような課題が生じると予想される。 As shown in FIGS. 16A to 16C, the reflection characteristics from the distributed reflector region when the energy reflectivity of the resonator end face 44 on the distributed reflector region 16 side is 0 (as 0% in the figure) In order to realize a reflection characteristic almost identical to that indicated by a dotted line), R 0 of 0.1% is insufficient and must be reduced to 0.001% or less. Such small reflectivity is very difficult to achieve with a low reflection coating. That is, when the CS optical pulse train is generated using the distributed feedback semiconductor laser 100 having the end face of the distributed reflector shown in FIG. 3 as one end face of the resonator, the following problems are expected to occur.

分布反射鏡領域16側の共振器端面44のエネルギー反射率R0が0でないことによって発生する反射光や、回折格子の初期位相(φ)により、分布反射鏡領域の反射特性が大きく変化する。その結果、発生するCS光パルス列のパルス特性が、用いられる分布帰還型半導体レーザ素子によって大きくばらつき、あるいはCS光パルス列の発生そのものが困難となる。 The reflection characteristics of the distributed reflector region vary greatly depending on the reflected light generated when the energy reflectance R 0 of the resonator end face 44 on the distributed reflector region 16 side is not 0 and the initial phase (φ) of the diffraction grating. As a result, the pulse characteristics of the generated CS optical pulse train vary greatly depending on the distributed feedback semiconductor laser element used, or the generation of the CS optical pulse train itself becomes difficult.

劈開端面において発生する反射光の影響を抑制する一つの手段は、分布反射鏡領域の長さLDBRを十分に長くして、分布反射鏡領域に入力された光が分布反射鏡の端面に到達する前に、ブラッグ反射で反射してしまう構造にすることである。図16(D)は、分布反射鏡領域の長さLDBRを500μmと長くした場合の、ピーク波長のシフト量を計算した結果を示している。ここでは、R0=27.4%として計算している。分布反射鏡の一方の端面が劈開面であり、反射率を低減していないにもかかわらず、ピーク波長シフト量は回折格子の初期位相にほとんど依然せずほぼ0であり、最大反射率を与える波長がブラッグ波長にほぼ一致した状態を維持している。すなわち、この場合、分布反射鏡領域16側の共振器端面44の端面反射率が0の場合の反射特性とほぼ一致した反射特性が実現されている。 One means of suppressing the influence of the reflected light generated at the cleaved end face is to make the length L DBR of the distributed reflector area sufficiently long so that the light input to the distributed reflector area reaches the end face of the distributed reflector. It is to make the structure which reflects with Bragg reflection before doing. FIG. 16 (D) shows the result of calculating the shift amount of the peak wavelength when the length L DBR of the distributed reflector region is increased to 500 μm. Here, R 0 is calculated as 27.4%. Despite the fact that one end face of the distributed reflector is a cleaved surface and the reflectivity is not reduced, the peak wavelength shift amount is almost 0 regardless of the initial phase of the diffraction grating, giving the maximum reflectivity. The state where the wavelength substantially matches the Bragg wavelength is maintained. That is, in this case, a reflection characteristic that substantially matches the reflection characteristic when the end face reflectance of the resonator end face 44 on the distributed reflector region 16 side is 0 is realized.

しかしながら、よく知られているように、分布反射鏡の領域長LDBRを長くすると、反射率プロファイルのバンド幅(反射が生じる波長帯域)は狭くなる。これは、レーザ発振し得る縦モード数を制限することになる。その結果、モード同期動作が生じたときのスペクトル幅が制限されることになる。スペクトル幅とパルス幅のフーリエ変換の関係から、レーザ発振し得る縦モード数が制限されると、モード同期動作が生じたときに得られる光パルス幅の最短値が制限されれることになる。従って、この結果、光パルス幅の可変幅が制限されるという不利益が生じる。 However, as is well known, when the region length L DBR of the distributed reflector is increased, the bandwidth of the reflectance profile (the wavelength band in which reflection occurs) becomes narrower. This limits the number of longitudinal modes that can oscillate. As a result, the spectrum width when the mode synchronization operation occurs is limited. If the number of longitudinal modes capable of laser oscillation is limited due to the Fourier transform between the spectrum width and the pulse width, the shortest value of the optical pulse width obtained when the mode synchronization operation occurs is limited. Therefore, this results in a disadvantage that the variable width of the optical pulse width is limited.

そこで、分布帰還型半導体レーザ300は、分布反射鏡領域の長さを長くすることなく、劈開端面において発生した反射光や回折格子の初期位相に依存しないモード同期動作が可能である、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は、分布帰還型半導体レーザ100における分布反射鏡領域16側の共振器端面44に接続して、さらに光吸収係数調整領域60が設けられている。また、光吸収係数調整領域60側の共振器端面66は、低反射膜コーティングを施す必要がない。   Therefore, the distributed feedback semiconductor laser 300 is capable of mode-locking operation that does not depend on the reflected light generated at the cleaved end face or the initial phase of the diffraction grating without increasing the length of the distributed reflector region. It is a semiconductor laser. The distributed feedback semiconductor laser 300 is connected to the resonator end face 44 on the distributed reflector region 16 side in the distributed feedback semiconductor laser 100, and is further provided with a light absorption coefficient adjustment region 60. Further, the resonator end face 66 on the light absorption coefficient adjustment region 60 side does not need to be coated with a low reflection film.

光吸収係数調整領域60には、p側電極62とn側共通電極32を介して、定電圧源64より逆バイアス電圧が施される。逆バイアス電圧印加により、光吸収係数調整領域60のバンドギャップ波長が長波長側にシフトし、その結果、光吸収係数調整領域60の吸収係数が増加する。分布反射鏡領域16を左端から右端へと通過してきた光は、光吸収係数調整領域60を通過し、光吸収係数調整領域60側の共振器端面66で反射され、その後、再び、光吸収係数調整領域60を通過した後、再度、分布反射鏡領域16に入力される。分布反射鏡領域16に再入力される光の強度は、光吸収係数調整領域60を往復するときの光の減衰量と、光吸収係数調整領域60側の共振器端面66の端面反射率の積で決定される。   A reverse bias voltage is applied from the constant voltage source 64 to the light absorption coefficient adjustment region 60 via the p-side electrode 62 and the n-side common electrode 32. By applying the reverse bias voltage, the band gap wavelength of the light absorption coefficient adjustment region 60 is shifted to the longer wavelength side, and as a result, the absorption coefficient of the light absorption coefficient adjustment region 60 is increased. The light that has passed through the distributed reflector region 16 from the left end to the right end passes through the light absorption coefficient adjustment region 60 and is reflected by the resonator end surface 66 on the light absorption coefficient adjustment region 60 side, and then again the light absorption coefficient. After passing through the adjustment region 60, it is input to the distributed reflector region 16 again. The intensity of light re-input to the distributed reflector region 16 is the product of the amount of light attenuation when reciprocating the light absorption coefficient adjustment region 60 and the end face reflectance of the resonator end surface 66 on the light absorption coefficient adjustment region 60 side. Determined by

したがって、光吸収係数調整領域60を通過するときの光の減衰量が大きければ、すなわち、光吸収係数調整領域60の光吸収係数の値を、光吸収係数調整領域側の共振器端面66における反射光が分布反射鏡領域16に到達しない十分な大きさに設定することによって、分布反射鏡領域16に再入力される光の強度を十分低減することが出来る。これは、分布帰還型半導体レーザ100において、分布反射鏡領域16側の共振器端面44の端面反射率を十分低下した場合と等価である。したがって、光吸収係数調整領域60を通過するときの光の減衰量が十分大きければ、光吸収係数調整領域60側の共振器端面66の端面反射率がある程度大きくとも、分布帰還型半導体レーザ100における、分布反射鏡領域16側の共振器端面44の端面反射率を0とした場合に得られる反射率特性に極めて一致した反射率特性を実現することが出来る。その結果、共振器端面66の端面反射率がある程度大きくとも、分布帰還型半導体レーザ300から、CS光パルス列を発生することが可能となる。   Therefore, if the amount of attenuation of light when passing through the light absorption coefficient adjustment region 60 is large, that is, the value of the light absorption coefficient of the light absorption coefficient adjustment region 60 is reflected on the resonator end surface 66 on the light absorption coefficient adjustment region side. By setting the size so that light does not reach the distributed reflector region 16, the intensity of the light re-input to the distributed reflector region 16 can be sufficiently reduced. This is equivalent to the case where the end face reflectance of the resonator end face 44 on the distributed reflector region 16 side is sufficiently lowered in the distributed feedback semiconductor laser 100. Therefore, if the amount of attenuation of light when passing through the light absorption coefficient adjustment region 60 is sufficiently large, even if the end face reflectance of the resonator end surface 66 on the light absorption coefficient adjustment region 60 side is large to some extent, in the distributed feedback semiconductor laser 100 Thus, it is possible to realize a reflectance characteristic that is very similar to the reflectance characteristic obtained when the end face reflectance of the resonator end face 44 on the distributed reflector region 16 side is zero. As a result, a CS optical pulse train can be generated from the distributed feedback semiconductor laser 300 even if the end face reflectivity of the resonator end face 66 is large to some extent.

図17(A)から(C)を参照して、図13に示す光吸収係数調整領域を具える分布帰還型半導体レーザ300における、回折格子初期位相依存性に対する、分布反射鏡領域からの反射光の、最大反射率、ピーク波長シフト量、及び侵入長依存性について説明する。図17(A)から(C)は、光吸収係数調整領域の吸収係数αEAをパラメータとして、分布反射鏡領域からの最大反射率、ピーク波長シフト量及び侵入長の初期位相φ依存性を示しており、図17(A)は分布反射鏡領域からの最大反射率、図17(B)はピーク波長シフト量、図17(C)は侵入長についてそれぞれ示している。図17(A)から(C)において、横軸は回折格子の初期位相φを示している。また、図17(A)の縦軸は最大反射率を示してあり、図17(B)の縦軸はピーク波長シフト量をGHz単位で示してあり、図17(C)の縦軸は侵入長をμm単位で、それぞれ示してある。 Referring to FIGS. 17A to 17C, the reflected light from the distributed reflector region with respect to the diffraction grating initial phase dependence in the distributed feedback semiconductor laser 300 including the light absorption coefficient adjustment region shown in FIG. The maximum reflectance, peak wavelength shift amount, and penetration length dependency will be described. FIGS. 17A to 17C show the initial phase φ dependency of the maximum reflectance from the distributed reflector region, the peak wavelength shift amount, and the penetration depth with the absorption coefficient α EA of the light absorption coefficient adjustment region as a parameter. FIG. 17 (A) shows the maximum reflectance from the distributed reflector region, FIG. 17 (B) shows the peak wavelength shift amount, and FIG. 17 (C) shows the penetration length. In FIGS. 17A to 17C, the horizontal axis represents the initial phase φ of the diffraction grating. In addition, the vertical axis of FIG. 17 (A) shows the maximum reflectance, the vertical axis of FIG. 17 (B) shows the peak wavelength shift amount in GHz, and the vertical axis of FIG. Each length is shown in μm.

図17(A)から(C)に示す計算結果は、図15(A)から(E)、及び、図16(A)から(D)と同一のパラメータを仮定して得られたものである。すなわち、nDBR=3.2、LDBR=50μm、λBragg=1550 nm、α=10 cm-1、κ=100 cm-1として、計算されている。また、光吸収係数調整領域60側の共振器端面66の端面反射率は、共振器端面66が劈開面であるとして、27.4%とした。また、光吸収係数調整領域60の光吸収係数(αEA)は、それぞれ230cm-1及び345cm-1とし、光吸収係数調整領域60の領域長は300μmであるとした。 The calculation results shown in FIGS. 17A to 17C are obtained assuming the same parameters as in FIGS. 15A to 15E and FIGS. 16A to 16D. . That is, n DBR = 3.2, L DBR = 50 μm, λ Bragg = 1550 nm, α = 10 cm −1 , and κ = 100 cm −1 are calculated. Further, the end face reflectivity of the resonator end surface 66 on the light absorption coefficient adjustment region 60 side was set to 27.4% assuming that the resonator end surface 66 is a cleavage plane. Further, the light absorption coefficient of the optical absorption coefficient adjustment region 60 (alpha EA), respectively and 230 cm -1 and 345cm -1, the area length of the optical absorption coefficient adjustment region 60 was assumed to be 300 [mu] m.

吸収係数αEAが230cm-1及び345cm-1を長さ100μm当たりの光減衰量に換算すると、それぞれ-10dB、-15dBに相当し、光吸収係数調整領域60の機能と同一の機能を有する一般的な電界吸収型光変調器であれば、十分実現可能な値である。また、比較のために、光吸収係数調整領域60を具えず、共振器端面44の端面反射率R0の値が0である、第1の分布帰還型半導体レーザに対する計算結果を、図中の点線(r0=0)で示す。 When the absorption coefficient α EA is converted from 230cm -1 and 345cm -1 to light attenuation per 100μm in length, it corresponds to -10dB and -15dB respectively, and has the same function as the function of the light absorption coefficient adjustment region 60 If it is a typical electroabsorption optical modulator, the value is sufficiently realizable. For comparison, the calculation results for the first distributed feedback semiconductor laser, which does not include the light absorption coefficient adjustment region 60 and the value of the end face reflectivity R 0 of the resonator end face 44 is 0, are shown in the figure. Shown with a dotted line (r 0 = 0).

図17(A)から(C)に示すように、光吸収係数調整領域60の吸収係数αEAが345cm-1と大きい場合には、最大反射率、ピーク波長シフト量、侵入長は、回折格子初期位相にほぼ依存せず一定量となることがわかる。またそれらは、点線(r0=0)で示される、端面反射率R0の値が0である理想的な分布帰還型半導体レーザ100の分布反射鏡の特性とほぼ一致している。このときの分布反射鏡領域の反射特性は、反射率、侵入長ともその波長依存性がブラッグ波長に対して対称である、CS光パルス列発生に必要とされる望ましい反射特性が得られることがわかった。 As shown in FIGS. 17A to 17C, when the absorption coefficient α EA of the light absorption coefficient adjustment region 60 is as large as 345 cm −1 , the maximum reflectance, the peak wavelength shift amount, and the penetration length are It can be seen that the amount is constant regardless of the initial phase. Further, they almost coincide with the characteristics of the distributed reflector of the ideal distributed feedback semiconductor laser 100 indicated by the dotted line (r 0 = 0) and having the end face reflectance R 0 of 0. The reflection characteristics of the distributed reflector region at this time are found to provide the desired reflection characteristics required for CS optical pulse train generation, in which the wavelength dependence of both reflectance and penetration length is symmetrical with respect to the Bragg wavelength. It was.

図13に示す、光吸収係数調整領域60を具える分布帰還型半導体レーザ300によれば、分布反射鏡領域の回折格子の初期位相や、共振器端面の端面反射率に依存することなく、図8に示すようなブラッグ波長に対して対称な反射特性を有する分布反射鏡を実現できる。その結果、回折格子の初期位相や、共振器端面44からの反射光に起因する、分布反射鏡の反射特性のばらつきを抑制でき、素子間の特性ばらつきを抑制できる。また、光吸収係数調整領域60を具える分布帰還型半導体レーザによれば、CS光パルス列発生をより確実に実現できる。   According to the distributed feedback semiconductor laser 300 including the light absorption coefficient adjustment region 60 shown in FIG. 13, without depending on the initial phase of the diffraction grating in the distributed reflector region or the end face reflectivity of the resonator end face, As shown in FIG. 8, a distributed reflector having reflection characteristics symmetric with respect to the Bragg wavelength can be realized. As a result, variations in the reflection characteristics of the distributed reflector caused by the initial phase of the diffraction grating and the reflected light from the resonator end face 44 can be suppressed, and variations in characteristics between elements can be suppressed. In addition, according to the distributed feedback semiconductor laser including the light absorption coefficient adjustment region 60, the CS optical pulse train can be generated more reliably.

従来の多波長キャリア抑圧光パルス信号生成装置の概略的ブロック構成図である。It is a schematic block diagram of a conventional multi-wavelength carrier-suppressed optical pulse signal generation device. この発明の多波長キャリア抑圧光パルス信号生成装置の概略的ブロック構成図である。1 is a schematic block configuration diagram of a multiwavelength carrier-suppressed optical pulse signal generation device according to the present invention. 第1のモード同期半導体レーザの概略的構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a first mode-locked semiconductor laser. CS光パルス列の時間波形を示す図である。It is a figure which shows the time waveform of CS optical pulse train. CS光パルス列の周波数スペクトルの説明に供する図であり、(A)は、繰り返し周波数がfrep/2である第1光パルス列の周波数スペクトルを示し、(B)は、繰り返し周波数がfrep/2であり、第1光パルス列に対して搬送波としての位相がπずれている第2光パルス列の周波数スペクトルを示し、(C)は、第1及び第2光パルス列を合成して得られる光パルス列の周波数スペクトルを示す図である。Is a diagram for explaining a frequency spectrum of the CS optical pulse train, (A) shows a frequency spectrum of the first optical pulse train repetition frequency of f rep / 2, (B), the repetition frequency f rep / 2 Shows the frequency spectrum of the second optical pulse train whose phase as a carrier wave is shifted by π with respect to the first optical pulse train, and (C) shows the optical pulse train obtained by synthesizing the first and second optical pulse trains. It is a figure which shows a frequency spectrum. 第3と第4光パルス列及び合波光パルス列の周波数スペクトルを示す図であり、(A)は第3光パルス列の周波数スペクトル、(B)は第4光パルス列の周波数スペクトル、(C)は合波光パルス列の周波数スペクトルを示す図である。It is a figure showing the frequency spectrum of the third and fourth optical pulse train and the combined optical pulse train, (A) is the frequency spectrum of the third optical pulse train, (B) is the frequency spectrum of the fourth optical pulse train, (C) is the combined light It is a figure which shows the frequency spectrum of a pulse train. 第3と第4光パルス列及び合波光パルス列の時間波形を示す図であり、(A)は第3光パルス列の時間波形、(B)は第4光パルス列の時間波形、(C)は合波光パルス列の時間波形を示す図である。It is a figure which shows the time waveform of the 3rd and 4th optical pulse train, and the combined optical pulse train, (A) is the time waveform of the 3rd optical pulse train, (B) is the time waveform of the 4th optical pulse train, (C) is the combined light It is a figure which shows the time waveform of a pulse train. 分布反射鏡領域の反射率スペクトル、侵入長及び縦モードの関係の説明に供する図である。It is a figure where it uses for description of the relationship between the reflectance spectrum of a distributed reflector area | region, penetration | invasion length, and a longitudinal mode. EA変調器の特性と光ゲート波形との関係の説明に供する図であり、(A)はEA変調器の電圧に対する透過率を示す図であり、(B)は印加する直流電圧を順バイアス側に設定し、変調電圧を重畳したときの光ゲート特性の説明に供する図であり、(C)は印加する直流電圧を逆バイアス側に設定し、変調電圧を重畳したときの光ゲート特性の説明に供する図である。It is a figure used for explanation of the relation between the characteristic of the EA modulator and the optical gate waveform, (A) is a diagram showing the transmittance with respect to the voltage of the EA modulator, (B) is a DC voltage to be applied on the forward bias side (C) is a diagram for explaining the optical gate characteristics when the applied DC voltage is set to the reverse bias side and the modulation voltage is superimposed. FIG. 第1のモード同期半導体レーザのCS光パルス列発生の実験結果の説明に供する図であり、(A)は発生したCS光パルス列の時間波形を示す図であり、(B)はスペクトル波形を示す図である。It is a diagram for explaining the experimental results of CS optical pulse train generation of the first mode-locked semiconductor laser, (A) is a diagram showing the time waveform of the generated CS optical pulse train, (B) is a diagram showing the spectrum waveform It is. 第1のMLLDから出力されるCS光パルス列の光パルス幅の、変調器バイアス電圧及び変調電圧依存性を示す図である。It is a figure which shows the modulator bias voltage and modulation voltage dependence of the optical pulse width of the CS optical pulse train output from the first MLLD. 第1のMLLDから出力される光パルス幅3.3 psのCS光パルス列を示す図であり、(A)は時間波形を示し、(B)は波長スペクトルを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a CS optical pulse train with an optical pulse width of 3.3 ps output from the first MLLD, (A) shows a time waveform, and (B) shows a wavelength spectrum. 第2のMLLDの概略的構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a second MLLD. 回折格子の初期位相の説明に供する図である。It is a figure where it uses for description of the initial phase of a diffraction grating. 分布反射鏡のエネルギー反射率を示す図である。(A)から(E)はそれぞれ、劈開面の反射率R0及び回折格子の初期位相φをパラメータとして変化させた場合について示している。It is a figure which shows the energy reflectivity of a distributed reflector. (A) to (E) show cases where the reflectance R 0 of the cleavage plane and the initial phase φ of the diffraction grating are changed as parameters. 第1のモード同期半導体レーザにおける、劈開面の反射率R0をパラメータとして変化させた場合の、分布反射鏡領域からの最大反射率、ピーク波長シフト量及び侵入長の、初期位相φ依存性を示す図であり、(A)は分布反射鏡領域からの最大反射率、(B)はピーク波長シフト量、(C)は侵入長を分布反射鏡領域の長さが50μmであるときについてそれぞれ示しており、(D)は分布反射鏡領域の長さが50μmであるときのピーク波長シフト量を示している。In the first mode-locked semiconductor laser, when the reflectance R 0 of the cleavage plane is changed as a parameter, the maximum reflectance from the distributed reflector region, the peak wavelength shift amount, and the penetration length depend on the initial phase φ. (A) shows the maximum reflectivity from the distributed reflector region, (B) shows the peak wavelength shift amount, (C) shows the penetration depth when the length of the distributed reflector region is 50 μm. (D) shows the peak wavelength shift when the length of the distributed reflector region is 50 μm. 第2のモード同期半導体レーザにおける、光吸収係数調整領域の吸収係数αEAをパラメータとして変化させた場合の、分布反射鏡領域からの最大反射率、ピーク波長シフト量及び侵入長の初期位相φ依存性を示す図であり、(A)は分布反射鏡領域からの最大反射率、(B)はピーク波長シフト量、(C)は侵入長についてそれぞれ示している。In the second mode-locked semiconductor laser, when the absorption coefficient α EA of the light absorption coefficient adjustment region is changed as a parameter, the maximum reflectance from the distributed reflector region, the peak wavelength shift amount, and the penetration length depend on the initial phase φ (A) shows the maximum reflectance from the distributed reflector region, (B) shows the peak wavelength shift amount, and (C) shows the penetration length.

符号の説明Explanation of symbols

10:光変調領域
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
100、300:分布帰還型半導体レーザ
102:基準クロック信号発生器
104:2分岐電気分配器
106:1/2分周器
108、126:第1電気分配器
110:第2電気分配器
112-1、112-2、...112-N、124:電気増幅器
114-1、114-2、...114-N:電気信号生成器
116-1、116-2、...116-N:LN光強度変調器
118-1、118-2、...118-N:連続波光源
120-1、120-2、...120-N:光強度変調器
122:多波長光合波器
128-1、128-2、...128-N:MLLD
130、134:光パルス列生成部
132、136:光パルス信号生成部
10: Light modulation area
12: Gain region
14: Phase adjustment area
16: Distributed reflector area
18: Diffraction grating
20: p-side cladding layer
22: n-side cladding layer
24: p-side electrode in the light modulation region
26: p-side electrode in gain region
28: p-side electrode in phase adjustment region
30: p-side electrode in the distributed reflector region
32: n-side common electrode
34, 40, 42: Constant current source (or constant voltage source)
36: AC power supply
38: Constant current source
44: Resonator end face on the distributed reflector region side
46: Resonator end face on the light modulation region side
48: Insulating film
50, 54: Resistance heating film
52, 56: Constant current source
58: Coupler
60: Light absorption coefficient adjustment area
62: p-side electrode in light absorption coefficient adjustment region
64: Constant voltage source
66: Resonator end face on the light absorption coefficient adjustment region side
100, 300: Distributed feedback semiconductor laser
102: Reference clock signal generator
104: 2-branch electric distributor
106: 1/2 divider
108, 126: 1st electric distributor
110: Second electrical distributor
112-1, 112-2, ... 112-N, 124: Electrical amplifier
114-1, 114-2, ... 114-N: Electric signal generator
116-1, 116-2, ... 116-N: LN light intensity modulator
118-1, 118-2, ... 118-N: Continuous wave light source
120-1, 120-2, ... 120-N: Light intensity modulator
122: Multiwavelength optical multiplexer
128-1, 128-2, ... 128-N: MLLD
130, 134: Optical pulse train generator
132, 136: Optical pulse signal generator

Claims (4)

基準クロック信号を発生する基準クロック信号発生器と、
該基準クロック信号を入力して、第1クロック信号と第2クロック信号とに2分岐して出力する2分岐電気分配器と、
発振周波数が互いに相異なるキャリア抑圧光パルス列を発生させて出力する複数のモード同期レーザを具える光パルス列生成部と、
複数の前記キャリア抑圧光パルス列のぞれぞれを入力して、発振周波数が互いに相異なるキャリア抑圧光パルス信号を生成して出力する複数の光強度変調器を具える光パルス信号生成部と、
発振周波数が互いに相異なる前記キャリア抑圧光パルス信号を合波して出力する多波長光合波器と
を具えることを特徴とする多波長キャリア抑圧光パルス信号生成装置。
A reference clock signal generator for generating a reference clock signal;
A two-branch electrical distributor that inputs the reference clock signal and branches and outputs the first clock signal and the second clock signal;
An optical pulse train generation unit comprising a plurality of mode-locked lasers that generate and output carrier-suppressed optical pulse trains having different oscillation frequencies from each other;
An optical pulse signal generation unit including a plurality of optical intensity modulators that input each of the plurality of carrier-suppressed optical pulse trains and generate and output carrier-suppressed optical pulse signals having different oscillation frequencies.
A multi-wavelength carrier-suppressed optical pulse signal generation device comprising: a multi-wavelength optical multiplexer that combines and outputs the carrier-suppressed optical pulse signals having different oscillation frequencies.
基準クロック信号を発生する基準クロック信号発生器と、
該基準クロック信号を入力して、第1クロック信号と第2クロック信号とに2分岐して出力する2分岐電気分配器と、
発振周波数が互いに相異なるキャリア抑圧光パルス列を発生させて出力する光パルス列生成部と、
複数の前記キャリア抑圧光パルス列のぞれぞれを入力して、発振周波数が互いに相異なるキャリア抑圧光パルス信号を生成して出力する光パルス信号生成部と、
発振周波数が互いに相異なる前記キャリア抑圧光パルス信号を合波して出力する多波長光合波器とを具える多波長キャリア抑圧光パルス信号生成装置であって、
前記光パルス列生成部は、前記第1クロック信号を入力して、第(1-1)〜第(1-N)クロック信号にN分岐(Nは2以上の整数である。)して出力する第1電気分配器と、
発振周波数が互いに相異なる、第1〜第NのN個のモード同期半導体レーザと
を具えており、
前記第(1-1)〜第(1-N)クロック信号を、それぞれ前記第1〜第Nモード同期半導体レーザに入力することによって、該第1〜第Nモード同期半導体レーザをそれぞれモード同期動作させて、該第1〜第Nモード同期半導体レーザから、それぞれ第1〜第Nキャリア抑圧光パルス列を発生させて出力し、
前記光パルス信号生成部は、前記第2クロック信号を入力して、第(2-1)〜第(2-N)クロック信号にN分岐して出力する第2電気分配器と、
該第(2-1)〜第(2-N)クロック信号をそれぞれ入力して第1〜第N電気信号をそれぞれ出力する第1〜第N電気信号生成器と、
第1〜第NのN個の光強度変調器と
を具えており、
前記第1〜第Nキャリア抑圧光パルス列及び前記第1〜第N電気信号をそれぞれ前記第1〜第N光強度変調器に入力して、前記第1〜第N電気信号によって前記第1〜第Nキャリア抑圧光パルス列をそれぞれ光変調し、前記第1〜第NのN個の光強度変調器から、それぞれ第1〜第Nキャリア抑圧光パルス信号を生成して出力し、
前記多波長光合波器は、前記第1〜第Nキャリア抑圧光パルス信号を入力して、該第1〜第Nキャリア抑圧光パルス信号を合波して多波長キャリア抑圧光パルス信号を生成して出力する
ことを特徴とする多波長キャリア抑圧光パルス信号生成装置。
A reference clock signal generator for generating a reference clock signal;
A two-branch electrical distributor that inputs the reference clock signal and branches and outputs the first clock signal and the second clock signal;
An optical pulse train generator that generates and outputs carrier-suppressed optical pulse trains having different oscillation frequencies, and
An optical pulse signal generation unit that inputs each of the plurality of carrier-suppressed optical pulse trains, generates and outputs carrier-suppressed optical pulse signals having different oscillation frequencies, and
A multi-wavelength carrier-suppressed optical pulse signal generator comprising a multi-wavelength optical multiplexer that combines and outputs the carrier-suppressed optical pulse signals having different oscillation frequencies,
The optical pulse train generation unit inputs the first clock signal, and outputs an N-branch (N is an integer of 2 or more) for the (1-1) to (1-N) clock signals. A first electrical distributor;
The first to Nth N mode-locked semiconductor lasers having different oscillation frequencies are provided.
By inputting the (1-1) to (1-N) clock signals to the first to Nth mode-locked semiconductor lasers, respectively, the first to Nth mode-locked semiconductor lasers are mode-locked. Then, the first to Nth mode-locked semiconductor lasers generate and output the first to Nth carrier-suppressed optical pulse trains, respectively,
The optical pulse signal generation unit is configured to input the second clock signal, N branch to (2-1) to (2-N) clock signal and output the second electrical distributor,
First to Nth electrical signal generators that respectively input the (2-1) to (2-N) clock signals and output the first to Nth electrical signals;
1st to Nth N light intensity modulators,
The first to N-th carrier suppression optical pulse trains and the first to N-th electrical signals are respectively input to the first to N-th optical intensity modulators, and the first to N-th electrical signals are used to input the first to N-th electrical signals. Each of the N carrier-suppressed optical pulse trains is optically modulated, and the first to Nth N light intensity modulators respectively generate and output the first to Nth carrier suppressed optical pulse signals,
The multi-wavelength optical multiplexer receives the first to N-th carrier-suppressed optical pulse signals and combines the first to N-th carrier-suppressed optical pulse signals to generate a multi-wavelength carrier-suppressed optical pulse signal. A multi-wavelength carrier-suppressed optical pulse signal generator.
前記第1〜第Nモード同期半導体レーザが、
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、ブラッグ周波数が互いに相異なるfi(iは1からNまでの全ての整数である。)である回折格子が形成されている分布反射鏡領域を具え、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、
前記第1〜第Nモード同期半導体レーザのそれぞれの発振縦モードがfi±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分布帰還型半導体レーザである
ことを特徴とする請求項2に記載の多波長キャリア抑圧光パルス信号生成装置。
The first to Nth mode-locked semiconductor lasers are
A light modulation region having a function of modulating the light intensity, the gain region population inversion is formed, and the phase control region effective refractive index is variable, different f i (i Bragg frequency from each other from 1 to N And a distributed reflector region in which a diffraction grating is formed, and the light modulation region, the gain region, the phase adjustment region, and the distributed reflector region are connected in series. A distributed feedback semiconductor laser arranged and housed in a resonator, under the condition of outputting an optical pulse train having a repetition frequency of f rep ,
The resonator length is adjusted so that each oscillation longitudinal mode of the first to Nth mode-locked semiconductor lasers is f i ± q (f rep / 2) (q is an odd number).
A distributed feedback semiconductor capable of mode-locking operation by modulating the transmittance of the light modulation region with a frequency f rep and outputting an optical pulse train whose carrier is suppressed and whose repetition frequency is f rep 3. The multi-wavelength carrier-suppressed optical pulse signal generation device according to claim 2, wherein the multi-wavelength carrier suppressed optical pulse signal generation device is a laser.
前記第1〜第Nモード同期半導体レーザが、
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、ブラッグ周波数が互いに相異なるfi(iは1からNまでの全ての整数である。)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、
前記第1〜第Nモード同期半導体レーザのそれぞれの発振縦モードがfi±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分布帰還型半導体レーザである
ことを特徴とする請求項2に記載の多波長キャリア抑圧光パルス信号生成装置。
The first to Nth mode-locked semiconductor lasers are
A light modulation region having a function of modulating the light intensity, the gain region population inversion is formed, and the phase control region effective refractive index is variable, different f i (i Bragg frequency from each other from 1 to N A distributed reflector region in which a diffraction grating is formed, a light absorption coefficient adjustment region for adjusting a light absorption coefficient, the light modulation region, the gain region, A distributed feedback semiconductor laser in which the phase adjustment region, the distributed reflector region, and the light absorption coefficient adjustment region are arranged in series and housed in a resonator, and a repetition frequency is f rep Under the condition of outputting an optical pulse train,
The value of the light absorption coefficient of the light absorption coefficient adjustment region is set to a sufficient size so that the reflected light reflected from the resonator end face on the light absorption coefficient adjustment region side does not reach the distributed reflector region,
The resonator length is adjusted so that each oscillation longitudinal mode of the first to Nth mode-locked semiconductor lasers is f i ± q (f rep / 2) (q is an odd number).
A distributed feedback semiconductor capable of mode-locking operation by modulating the transmittance of the light modulation region with a frequency f rep and outputting an optical pulse train whose carrier is suppressed and whose repetition frequency is f rep 3. The multi-wavelength carrier-suppressed optical pulse signal generation device according to claim 2, wherein the multi-wavelength carrier suppressed optical pulse signal generation device is a laser.
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