JP2010212282A - 光増幅装置及び光増幅方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ＳＯＡの温度制御や補助光源のフィードバック制御を行わずに、温度変化による光利得の変動を抑制する光増幅装置を提供すること。
【解決手段】
半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器の光利得を制御する補助光を発生する補助光源と、前記補助光と信号光を合波し、前記半導体光増幅器に入射させる合波器を具備し、前記補助光源が、単一縦モードでレーザ発振する半導体レーザと、前記半導体レーザが発生するレーザ光を部分的に吸収し、前記レーザ光を前記補助光として出力する光吸収体とを有し、第１の温度に於いて前記光吸収体によって前記レーザ光が受ける第１の損失が、前記第１の温度より高い第２の温度に於いて前記光吸収体によって前記レーザ光が受ける第２の損失より小さい光増幅装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光増幅装置及び光増幅方法に関する。

伝送距離が数十kmを超える光ファイバ通信では、減衰した光信号が、光増幅器によって増幅される。

代表的な光増幅器としては、光ファイバ増幅器と半導体光増幅器（SOA; Semiconductor Optical Amplifier）がある。ＳＯＡは、光ファイバ増幅器に比べ、小型且つ低消費電力であるという利点を有している。

ところで、ＳＯＡの光利得を制御する方法には、ＳＯＡに供給する電流（駆動電流）を調整する方法と、ＳＯＡに制御光を注入する方法がある。

ＳＯＡの駆動電流を調整する方法は、簡便な光利得の制御方法である。しかし、この方法には、増幅光の強度が強くなると、パターン効果により増幅した信号光に歪が発生してしまうという問題がある。一方、ＳＯＡに注入する制御光の強度を調整して光利得を制御する光制御方法には、このような問題はない。

尚、光利得とは、ＳＯＡ等に入射する光の強度に対する出射光の強度の比のことである。

特開２００２−２０８７５８号公報 特開２００６−１８６２５３号公報

ＳＯＡの出力を大きくするためには、駆動電流を大きくすることが有効である。しかし、駆動電流が大きくすると、光利得は飽和する。

従って、高出力を得ると同時にＳＯＡの光利得を、駆動電流によって制御することは困難である。

一方、ＳＯＡに制御光（以下、補助光と呼ぶ）を注入する光制御方法によれば、高出力を得ながら、光利得を制御することは容易である。

また、「背景技術」で説明したように、光制御法には、パターン効果による信号の歪が発生し難いという利点もある。このように、光制御法は、優れた光利得の制御法である。

ところで、ＳＯＡの光利得は、ＳＯＡの温度によって変化する。光利得の温度変化を抑制するためには、ＳＯＡの温度を一定に制御することが有効である。或いは、光利得が一定になるように、補助光（制御光）の強度を制御することも有効である。

ＳＯＡの温度制御は、ＳＯＡの温度を検出する温度センサと、ＳＯＡを冷却する冷却器と、上記温度センサの出力に基づいて上記冷却器を制御するフィードバック制御回路によって実現される。

一方、補助光強度の制御は、ＳＯＡの入力光の強度を検出する入力光モニタと、ＳＯＡの出力光の強度を検出する出力光モニタと、ＳＯＡの光利得を帰還信号として補助光源の駆動電流を制御するフィードバック制御回路を用いて行われる。ここで、フィードバック制御回路は、上記入力光モニタが検出する入力光の強度と上記出力光モニタが検出する出力光の強度の比からＳＯＡの光利得を算出し、算出した光利得が一定値になるように、補助光源の駆動電流を制御する。

しかし、フィードバック制御回路等は、光増幅装置を大型化させ、同時に消費電力を増大させる。

そこで、本発明の目的は、補助光の注入によってＳＯＡの光利得を制御する光増幅装置であって、ＳＯＡの温度制御や補助光源のフィードバック制御を行わずに、温度変化による光利得の変動を抑制する光増幅装置を提供することである。

上記の目的を達成するために、本光増幅装置は、半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器の光利得を制御する補助光を発生する補助光源を具備している。

また、本光増幅装置は、前記補助光と信号光を合波し、前記半導体光増幅器に入射させる合波器を具備している。

そして、本光増幅装置では、前記補助光源が、単一縦モードでレーザ発振する半導体レーザと、前記半導体レーザが発生するレーザ光を部分的に吸収し、前記レーザ光を前記補助光として出力する光吸収体を有している。

更に、本光増幅装置では、第１の温度に於いて前記光吸収体によって前記レーザ光が受ける第１の損失が、前記第１の温度より高い第２の温度に於いて前記光吸収体によって前記レーザ光が受ける第２の損失より小さい。

本光増幅装置によれば、ＳＯＡの温度制御や補助光源のフィードバック制御を行わずに、光増幅装置の温度変化による光利得の変動を抑制することができる。

実施の形態の光増幅装置の構成を説明する構成図である。 実施の形態の光増幅装置に於ける補助光の強度と半導体光増幅器の光利得の関係を説明する図である。 単一縦モードが発生するレーザ光の波長と、光吸収体の吸収スペクトルの関係を説明する図である。 レーザ光が受ける損失の温度変化を説明する図である。 吸収体によってレーザ光が受ける損失と波長差の関係を、吸収体に印加される電圧をパラメータとして説明する図である。 波長差と損失の温度変化の関係を、光吸収体に印加される電圧をパラメータとして表した図である。 光吸収体に印加される電圧とレーザ光が受ける損失の温度変化の関係を、波長差をパラメータとして説明する図である。 実施例１の光増幅装置の構成を説明する図である。 実施例１のＳＯＡの平面図である。 図９のx-x線に於ける断面を矢印の方向から見た図である。 実施例１の補助光源の構成を説明する平面図である。 。図１１のxi-xi線に於ける断面を矢印の方向から見た図である。 ＥＡ吸収体に印加される電圧と、損失の温度変化の関係を説明する図である。 実施例1の光増幅装置の動作を説明するフローチャートである。 記録ユニットに記録された対応表である。 対応表の作成手順の概要を説明するフローチャートである。 ステップＳ１００の詳細を説明するフローチャートである。 ステップＳ２００の詳細を説明するフローチャートである。 ステップＳ３００の詳細を説明するフローチャートである。 実施例２の光増幅装置の構成を説明する図である。 本較例の光増幅装置の構成を説明する構成図である。 比較例の半導体レーザへ供給する電流と出力光強度の関係を説明する図である。

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。尚、図面が異なっても対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。

（１）構 成
図１は、本実施の形態の光増幅装置２の構成を説明する構成図である。

本光増幅器２は、図１に示すように、半導体光増幅器４と、半導体光増幅器４の光利得を制御する補助光６を発生する補助光源８を具備している。

また、本光増幅装置２は、補助光６と信号光１０を合波し、半導体光増幅器４に入射させる合波器１２を具備している。尚、「合波」とは、複数の入力光を合わせて出力することをいう。ここで、入力光の波長は、同一でも異なっていてもよい。また、合波器は、合岐器とも呼ばれることがある。

補助光６が入射すると、半導体光増幅器４の活性層に注入されたキャリアが誘導放出によって消費され光利得が低下する。従って、補助光６の強度を調整することによって、半導体光増幅器４の光利得を制御することができる。

ここで、補助光源８は、単一縦モードでレーザ発振する半導体レーザ１４を有している。また、補助光源８は、半導体レーザ１４が発生するレーザ光（以下、レーザ光と呼ぶ）を部分的に吸収し、このレーザ光を補助光６として出力する光吸収体１６を有している。

ここで、光吸収体８は、例えば、多重量子井戸で形成された光吸収層が、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層によって挟まれた電界吸収型光変調器で形成されている。

そして、本光増幅装置２では、第１の温度（例えば、２５℃）に於いて光吸収体１６によってレーザ光が受ける第１の損失は、第１の温度より高い第２の温度（例えば、５０℃）に於いて光吸収体１６によってレーザ光が受ける第２の損失より小さい。

ここで、光吸収体１６によってレーザ光が受ける損失とは、光吸収体１６に入射するレーザ光の強度Ｉ_ｉｎに対する、光吸収体１６から出射するレーザ光の強度Ｉ_ｏｕｔの比（Ｉ_ｏｕｔ/Ｉ_ｉｎ）のことである。尚、以下の説明では、損失は、対数表示（＝−１０×ｌｏｇ(Ｉ_ｏｕｔ/Ｉ_ｉｎ))によって表される。

また、上記「第１の温度」及び上記「第２の温度」とは、光吸収体１６の温度のことである。そして、光吸収体１６を含む各部材（ＳＯＡ４、半導体レーザ１６等）の温度は、光増幅装置２が置かれた環境の温度と、光増幅装置２の動作状態によって決まる。

尚、ＳＯＡ４、半導体レーザ１４、及び光吸収体１６の構造は、後述する実施例１の光増幅装置を形成するＳＯＡ、半導体レーザ、及び光吸収体と略同じである。

（２）動 作
図２は、本半導体光増幅器（ＳＯＡ）４に於ける、補助光の強度と光利得の関係を説明する図である。横軸は、補助光の強度である。縦軸は、ＳＯＡ４の光利得である。図２には、ＳＯＡ４の温度が２５℃の場合の関係１８と、ＳＯＡ４の温度が５０℃の場合の関係２０が示されている。

図２の関係１８に示すように、２５℃に於いて補助光６の強度が−３ｄＢｍの場合、ＳＯＡ４の光利得は１６ｄＢになる。また、図２の関係２０に示すように、５０℃に於いて補助光６の強度が−７ｄＢｍの場合も、光利得は１６ｄＢになる。

ところで、上述したように、２５℃に於いて光吸収体１６によってレーザ光が受ける損失は、５０℃に於いて光吸収体１６によってレーザ光が受ける損失より小さくなる。また、半導体レーザの出力は、一般的に、素子温度が低くなるほど大きくなる。

従って、２５℃に於ける補助光６の強度は、５０℃に於ける補助光６の強度より大きくなる。本光増幅装置２では、例えば、光吸収体１６に印加する電圧が−１.０Ｖの場合、５０℃に於ける補助光６の強度は、２５℃に於ける補助光６の強度より４ｄＢ小さくなる。

従って、半導体レーザ１６に供給する電流を調整して、２５℃に於ける補助光６の強度を−３ｄＢｍにしておけば、５０℃に於ける補助光６の強度は、自動的に−７ｄＢｍになる。

このため、本光増幅装置２では、装置温度が２５℃から５０℃に変化しても、ＳＯＡ４の光利得は、一定値１６ｄＢｍに保たれる（図２参照）。

このように、本光増幅装置２では、装置温度の変化に合わせて補助光６の強度が自動的に調整されて、光利得が一定値に保たれる。

（３）補助光源
（i）基本動作
上述したように、補助光源８では、温度が上昇すると、光吸収体１６によってレーザ光が受ける損失が増加し、その結果、補助光６の強度が低下する。

このような、光吸収体１６によるレーザ光損失の増大は、以下のように説明することができる。

図３は、単一縦モードで発振する半導体レーザ１４が発生するレーザ光の波長と、光吸収体１６の吸収スペクトルの関係を説明する図である。ここで、横軸は、波長である（横軸の右側ほど、波長は長い。）。縦軸は、光吸収体１６の吸収係数である（縦軸の上側ほど、吸収係数は大きい。）。

図３には、２５℃に於ける光吸収体１６の吸収スペクトル２２と、５０℃に於ける光吸収体１６の吸収スペクトル２４が示されている。また、図３には、２５℃に於けるレーザ光の発振波長２６と５０℃に於けるレーザ光の発振波長２８が示されている。

図３に示すように、光吸収体１６の吸収スペクトル２２、２４は、温度が上昇すると長波長側に移動する。

本光増幅装置２では、光吸収体１６は、半導体によって形成されている。従って、吸収スペクトル２２、２４の光吸収端の温度変化率は、半導体の吸収端の温度変化率(すなわち、半導体のエネルギーギャップの温度変化率)で決まり、約０.６ｎｍ／Ｋである。

同様に、レーザ光の発振波長２６、２８も、温度が上昇すると長波長側に移動する。但し、その変化率は約０.１ｎｍ／Ｋと小さい（図３参照）。

このように小さなレーザ光波長の温度変化率は、半導体屈折率の小さな温度変化率に起因する。本半導体レーザ１４のように単一縦モードでレーザ発振する半導体レーザには、回折格子が設けられている。このような半導体レーザのレーザ発振波長は、回折格子が形成された半導体層の屈折率の温度変化に従って変化する。ここで、半導体の屈折率の温度変化率は、約０.１ｎｍ／Ｋである。故に、レーザ光の発振波長２６、２８の温度変化率は、約０.１ｎｍ／Ｋという小さな値になる。

以上の説明から明らかなように、吸収スペクトルの温度変化３０は、レーザ発振波長の温度変化３２より格段に大きくなる。

このため、補助光源の温度が上昇すると、レーザ発振波長２８に於けるレーザ光が受ける損失が上昇する。

例えば、図３に示した例では、使用温度が２５℃から５０℃に上昇すると、レーザ光が受ける損失は、α_２５℃からα_５０℃に上昇する。

（ii）レーザ光損失の温度変化の調整
図４は、レーザ光が受ける損失の温度変化を説明する図である。尚、図４に示された温度変化は、光吸収体１６に−１.０Ｖを印加して測定したものである。

横軸は、２５℃に於ける上記光吸収層のバンドギャップ波長λ_ＥＧに対する、２５℃に於ける半導体レーザ１４のレーザ発振波長λ_ＬＤの波長差Δλ（＝λ_ＬＤ−λ_ＥＧ）を表している。ここで、バンドギャップ波長λ_ＥＧは、補助光源８に加工する前の半導体成長層を、フォトルミネセンスによって測定して求められる。

一方、図４の縦軸は、２５℃に於ける損失α_２５℃に対する、５０℃に於ける損失α_５０℃の比（以下、損失の温度変化と呼ぶ）である（図３参照）。

図４から明らかなように、波長差Δλ（＝λ_ＬＤ−λ_ＥＧ）を調整することによって、損失の温度変化Δα（＝１０×log(α_５０℃/α_２５℃)）を、０ｄＢから６ｄＢの範囲で調整できることができる。

尚、図４に示された損失の温度変化には、半導体レーザ１４の出力光強度の温度変化が取り込まれている。すなわち、図４には、光吸収体１６によって損失を受けたレーザ光（補助光６）の強度の温度変化が示されている。下記図６及び７に示す損失の温度変化にも、同様に、半導体レーザ１４の出力光強度の温度変化が取り込まれている。

但し、説明が複雑にならないように、以下の説明では、半導体レーザ１４の特性温度が高く、レーザ光強度は、温度によって殆ど変化しないものとする。この場合、図４等に示された温度変化は、吸収体１６によってレーザ光が受ける損失の温度変化そのものになる。

本光増幅装置２では、波長差Δλが５２.５ｎｍに設定されている。従って、損失の温度変化Δαは、４ｄＢになる（図４参照）。故に、補助光強度の温度変化も４ｄＢになり、光利得は一定値１６ｄＢに保たれる（上記「（２）動 作」参照）。

このように、本光増幅装置２では、波長差の調整によって、損失の温度変化が所望の値（４ｄＢ）に調整されている。

（iii）印加電圧による光利得の変更
ところで、図２を参照すれば明らかなように、光利得を変更するためには、補助光の強度を変更すればよい。その際、装置温度（光増幅装置内部の温度）によって光利得が変化しないようにするためには、保持しようとする光利得が高くなるほど、高温時の補助光強度と低温時の補助光強度の差が大きくなればよい。

例えば、図２の示した例では、２５℃から５０℃への装置温度の変化に対して光利得を１１ｄＢに保つためには、２５℃で５ｄＢｍの補助光強度が、５０℃で４ｄＢｍに変化すればよい。この時の補助光強度の変化は、１ｄＢ（＝５ｄＢｍ−４ｄＢｍ）である。

一方、２５℃から５０℃への使用温度の変化に対して光利得を１６ｄＢに保つためには、２５℃で−３ｄＢｍの補助光強度が、５０℃で−７ｄＢｍに変化すればよい。この時の補助光強度の変化は、４ｄＢ（＝（−３ｄＢｍ）−（−７ｄＢｍ））である。

図４を参照して説明したように、光吸収体１６によるレーザ光の損失の温度変化は、レーザ発振波長λ_ＬＤと光吸収層のバンドギャップ波長λ_ＥＧの波長差Δλ（＝λ_ＬＤ−λ_ＥＧ）によって調整することができる。

しかし、光吸収層のバンドギャップ波長λ_ＥＧは、光吸収体１６を形成する吸収層の構造が決まれば、一つに定まってしまう。このため、波長差Δλの調整だけによって温度変化の抑制が可能な光利得は、一通りしかない（例えば、上記光利得１６ｄＢ）。

ところで、光吸収体１６を形成する光吸収層は、上述したように、半導体によって形成されている。よく知られているように、半導体に電圧を印加すると、その吸収スペクトルは変化する。

図５は、吸収体１６によってレーザ光が受ける損失αと、波長差Δλ（＝λ_ＬＤ−λ_ＥＧ）の関係を、吸収体１６に印加される電圧をパラメータとして説明する図である。横軸は、波長差Δλである。縦軸は、レーザ光が受ける損失である。図５の中には、夫々の曲線が表すデータを測定した際に光吸収体１６に印加されていた電圧が、引き出し線の先に示されている。尚、測定温度は、２５℃である。

図５から明らかなように、光吸収体１６によってレーザ光が受ける損失αは、吸収体１６に印加する電圧によって変化する。

図５に示した関係は２５℃で測定したデータであるが、５０℃に於いても同様に、レーザ光の損失は印加電圧に従って変化する。

図６は、波長差Δλ（＝λ_ＬＤ−λ_ＥＧ）と損失の温度変化Δα（＝１０×log（α_５０℃/α_２５℃））の関係を、光吸収体１６に印加される電圧をパラメータとして表した図である。横軸は、波長差Δλ（＝λ_ＬＤ−λ_ＥＧ）である。縦軸は、損失の温度変化Δα（＝１０×log（α_５０℃/α_２５℃）＝１０×logα_５０℃−１０×logα_２５℃）である。尚、α_５０℃及びα_２５℃は、夫々、レーザ光が５０℃及び２５℃で受ける損失である。

図６には、夫々の曲線が表すデータを測定した際に光吸収体１６に印加されていた電圧が、引き出し線の先に示されている。

図６に示すように、損失の温度変化Δαは、光吸収体１６に印加される電圧によって変化する。

図７は、図６に示した関係を、光吸収体１６に印加される電圧とレーザ光が受ける損失の温度変化Δαの関係に変換したものである。

すなわち、図７は、光吸収体に印加される電圧（以下、印加電圧と呼ぶ）と損失の温度変化Δαの関係を、波長差Δλをパラメータとして説明する図である。横軸は、印加電圧である。縦軸は、損失の温度変化Δαである。

図７の中には、夫々の曲線が表すデータを測定した光吸収体１６の波長差Δλが、引き出し線の先に示されている。

図７に示すように、損失の温度変化Δαは、印加電圧によって変化する。また、印加電圧と損失の温度変化Δαの関係は、波長差Δλの大きさによって種々変化する。

従って、図７を参照すれば、損失の温度変化Δαが印加電圧に対して希望通りに変化する光吸収体を、波長差によって特定することができる。

例えば、印加電圧が０.５Ｖの時に損失の温度変化Δαが１ｄＢになり、印加電圧が−１.０Ｖの時に損失の温度変化Δαが４ｄＢになる光吸収体の波長差Δλは、５２.５ｎｍである。

このような波長差Δλを有する光吸収体１６で補助光源８を形成すれば、以下に説明するように、光増幅装置２の光利得を、１１ｄＢと１６ｄＢの間で装置温度の変化に対して一定値に保つことができる。

上記「（ii）波長差によるレーザ光損失の制御」で説明したように、２５℃から５０℃への温度変化に対して光利得を１６ｄＢに保つためには、損失の温度変化Δαが４ｄＢであればよい。このような損失の温度変化Δαは、波長差Δλが５２.５ｎｍである光吸収体によって補助光源８を形成し、吸収体１６の印加電圧を−１.０Ｖに設定すれば実現できる（図７参照）。

また、２５℃から５０℃への温度変化に対して、光利得を１１ｄＢに保つためには、損失の温度変化Δαが１ｄＢであればよい。このような損失の温度変化Δαは、上記光吸収体の印加電圧を、０.５Ｖに変更すればよい（図７参照）。

上述したように本光増幅装置２を形成する光吸収体１６の波長差は、５２.５ｎｍである。従って、本光増幅装置２によれば、光吸収体１６に印加する電圧を調整することによって、一定範囲内（１１ｄＢ〜１６ｄＢ）で光利得を、温度変化に対して一定値に保つことができる。

以上の説明から明らかなように、本光増幅装置２では、第１の使用温度（例えば、２５℃）に於いて光吸収体１６によってレーザ光が受ける損失が、光吸収体１６に印加される電圧に応じて変化する。また、第２の使用温度（例えば、５０℃）に於いて光吸収体１６によってレーザ光が受ける損失も、吸収体に印加される電圧に応じて変化する。

そして、本光増幅装置２では、このような光吸収体を用いることによって、一定範囲内の光利得（１１ｄＢ〜１６ｄＢ）を、温度変化（２５℃〜５０℃）に対して一定値に保する。

（１）構 成
図８は本実施例の光増幅装置３４の構成を説明する図である。

（i）ＳＯＡ
本光増幅装置３４は、ＳＯＡ４を具備している(図８参照)。

図９は、ＳＯＡ４の平面図である。図１０は、図９のx-x線に於ける断面を矢印の方向から見た図である。

ＳＯＡ４は、ｎ型ＩｎＰ基板３６と、ｎ型ＩｎＰ基板３６の上に形成されたｎ型ＩｎＰ製の下部クラッド層４０を有している（図１０参照）。

また、ＳＯＡ４は、ＧａＩｎＡｓＰ量子井戸構造によって、下部クラッド層４０の上に形成された活性層３８を有している。

このＧａＩｎＡｓＰ量子井戸構造は、層厚６ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ量子井戸層と、層厚１０ｎｍのＧａＩｎＡｓＰバリア層が交互に積層された量子井戸構造である。また、ＧａＩｎＡｓＰ量子井戸層の層数は６層である。尚、活性層３８は、波長１.５３μｍでフォトルミネセンス発光する。

また、ＳＯＡ４は、活性層３８の上に形成された、ｐ型ＩｎＰ製の上部クラッド層４２を有している。

また、ＳＯＡ４は、下部クラッド層４０と、活性層３８と、上部クラッド層４２を含むメサストライプ４４の両脇に形成された下部ｐ型ＩｎＰ層４６と、下部ｐ型ＩｎＰ層の上に形成されたｎ型ＩｎＰ層４８を有している。尚、図９には、メサストライプ４４が、ＳＯＡ４の内部を透視した状態で記載されている。

また、ＳＯＡ４は、メサストライプ４４とｎ型ＩｎＰ層４８の上に形成された上部ｐ型ＩｎＰ層５０を有している。

また、ＳＯＡ４は、上部ｐ型ＩｎＰ層５０の上に形成されたＧａＩｎＡｓＰ製の電極層５２を有している。

また、ＳＯＡ４は、電極層５２の上に形成された電極５４と、ｎ型ＩｎＰ基板５６の裏面に形成された電極５６を有している。

ここで、下部ｐ型ＩｎＰ層４６、ｎ型ＩｎＰ層４８、及び上部ｐ型ＩｎＰ層５０はｐｎｐ電流ブロック構造を形成している。尚、ＳＯＡ４の素子長は、６００μｍである。

また、ＳＯＡ４の光入射面５７及び光出射面５８には、夫々、反射防止膜６０が形成されている。

上記電極５４、５６には、電源（図示せず）が接続される。この電源からＳＯＡ４に供給される電流は、活性層３８に集中して、光利得を発生させる。そして、この光利得によって、光入射面５７から入射した信号光は活性層３８で増幅されて、光出射面５８から出射する。

ここで、光入射面５７及び光出射面５８で発生する光の反射を小さくするため、メサストライプ４４は、光入射面５７及び光出射面５８に対して斜めに形成されている。

（ii）補助光源
図８に示すように、本光増幅器３４は、補助光源８を有している。

補助光源８は、単一縦モードでレーザ発振する半導体レーザ１４を有している。また、補助光源８は、半導体レーザ１４が発生するレーザ光を部分的に吸収し、このレーザ光を補助光６として出力する光吸収体１６を有している。

図１１は、補助光源８の平面図である。図１２は、図１１のxi-xi線に於ける断面を矢印の方向から見た図である。

本実施例の半導体レーザ１４は、分布帰還型（Distributed Feedback; DFB）半導体レーザ６２である（図１１及び１２参照）。一方、光吸収体１６は、電界吸収（Electro-absorption; EA）型光変調器６４である。

ここで、分布帰還型半導体レーザ６２（以下、ＤＦＢレーザと呼ぶ）と電界吸収型光変調器６４（以下、ＥＡ吸収体と呼ぶ）は、夫々の活性層６６と光吸収層６８がバットジョイント接合によって連結されている（図１１及び１２参照）。

図１２に示すように、分布帰還型半導体レーザ６２は、ｎ型ＩｎＰ基板７０の上に形成された、ｎ型ＩｎＰ製の下部クラッド層７２と、下部クラッド層７２の上面に形成された回折格子７４を埋め込むＧａＩｎＡｓＰ製の光ガイド層７６を有している。

また、分布帰還型半導体レーザ６２は、ＧａＩｎＡｓＰ多重量子井戸によって形成された活性層６６を有している。

更に、分布帰還型半導体レーザ６２は、ｐ型ＩｎＰ製の上部クラッド層７８と、ｐ型ＧａＩｎＡｓＰ製の電極層８０を有している。ここで、ＧａＩｎＡｓＰ多重量子井戸とは、ＧａＩｎＡｓＰ製の井戸層とＧａＩｎＡｓＰ製の障壁層が積層された多重量子井戸のことである。

一方、ＥＡ吸収体６４は、ｎ型ＩｎＰ基板７０の上に形成された、ｎ型ＩｎＰ製の下部クラッド層８２を有している。

また、ＥＡ吸収体６４は、ＧａＩｎＡｓＰ多重量子井戸によって形成された光吸収層６８を有している。

更に、ＥＡ吸収体６４は、ｐ型ＩｎＰ製の上部クラッド層８４と、ｐ型ＧａＩｎＡｓＰ製の電極層８６を有している。

ＤＦＢレーザ６２の電極層８０及びＥＡ吸収体６４の電極層８６には、夫々、レーザ側上部電極９０と吸収体側上部電極９２が形成されている。ここで、レーザ側上部電極９０と吸収体側上部電極９２は分離している。

そして、ｎ型ＩｎＰ基板７０の裏面には、下部電極８８が形成されている。

ここで、下部クラッド層７２、光ガイド層７６、活性層６６、上部クラッド層７８、及び電極層８０は順次積層され、ＤＦＢレーザ側のメサストライプを形成している。

また、下部クラッド層８２、光吸収層６８、上部クラッド層８４、及び電極層８６は順次積層され、ＥＡ吸収体側のメサストライプを形成されている。そして、両メサストライプは、端面が突き合わされた状態（バットジョイント）で接続している。

また、ＤＦＢレーザ側のメサストライプ及びＥＡ吸収体側のメサストライプは、両脇がＦｅのドーピングされた半絶縁性ＩｎＰ層９４によって埋め込まれている（図１１参照）。

以上のように形成されたＤＦＢレーザ６２は、レーザ側上部電極９０と下部電極８８の間に接続された電源９５から供給される電流によって、単一縦モードで発振する。

一方、ＥＡ吸収体６４には、吸収体側上部電極９２と下部電極８８の間に接続された電源９７によって、電圧が印加される。この電圧は、光吸収層６８に電界を発生して、光吸収層６８の吸収スペクトルを変化させる。

（iii）合波器
本光増幅装置３４は、補助光６と信号光１０を合波し、半導体光増幅器４に入射させる合波器１２を具備している。ここで、合波器１２は、ハーフミラーで形成されている。

（iv）筐体
本光増幅装置３４では、ＳＯＡ４、補助光源８、及び合波器１２は、同一の箱型筐体９６の内部に格納されている（図８参照）。従って、ＳＯＡ４、補助光源８、及び合波器１２の温度は、略同じになる。尚、ＳＯＡ４、補助光源８、及び合波器１２に対する温度制御は行われない。

また、筐体９６の光出射口には、光学フィルタ９８が配置されている。この光学フィルタ９８は、ＳＯＡ４によって増幅された光から、選択的に信号光だけを透過し、補助光を除去する。

（v）制御装置及び記録ユニット
本光増幅装置３４は、ＳＯＡ４及び補助光源８の動作を制御する制御装置１００と、記録ユニット１０２を有している。

記録ユニット１０２には、後述する対応表が記録されている。制御装置１００は、この対応表を参照して、補助光源８の動作を制御する。

（２）特 性
（i）ＳＯＡ
先に説明した図２は、本ＳＯＡ４に１５０ｍＡの電流を供給して駆動した時のＳＯＡ４の光利得と、補助光６の強度の関係を説明する図である。従って、本ＳＯＡ４の特性は、上記実施の形態で図２を参照して説明したとおりのものである。

（ii）補助光源
補助光源８のＤＦＢレーザ６２（半導体レーザ１４）の２５℃に於けるレーザ発振波長は、１５４０ｎｍある。一方、ＥＡ吸収体６４（光吸収体１６）を形成する光吸収層の２５℃に於けるバンドギャップ波長は、１４８７.５ｎｍである。従って、ＥＡ吸収体６４の波長差Δλは、５２.５ｎｍ（＝１５４０ｎｍ−１４８７。５ｎｍ）ある。

尚、波長差Δλとは、上述したように、ＥＡ吸収体６４を形成する吸収層６８の２５℃に於けるバンドギャップ波長λ_ＥＧに対する、ＤＦＢレーザ６２の２５℃に於ける発振波長λ_ＬＤの差（Δλ＝λ_ＬＤ−λ_ＥＧ）である。

図１３は、ＥＡ吸収体６４に印加される電圧とレーザ光が受ける損失の温度変化の関係を説明する図である。横軸は、ＥＡ吸収体６４に印加される電圧（印加電圧）である。縦軸は、レーザ光が受ける損失の温度変化である。

ここで、図１３に示されている関係は、図７に示した複数の損失の温度変化の内で、波長差が５２.５ｎｍとなっている温度変化である。図１３に示すように、印加電圧が０.５Ｖの時の損失の温度変化は１ｄＢである。また、印加電圧が−１.０Ｖの時の損失の温度変化は４ｄＢである。

尚、レーザ光が受ける損失の温度変化とは、ＤＦＢレーザ６２の発生するレーザ光がＥＡ吸収体６４によって受ける損失の温度変化のことである。図１３に示した関係は、補助光源８の温度が２５℃から５０℃に変化した場合の損失の温度変化である。但し、図１３に示す損失の温度変化には、ＤＦＢレーザ６２が出力するレーザ光の強度の温度変化も取り込まれている。

以上説明したように、本補助光源８は、単一縦モードでレーザ発振する半導体レーザ１４を有している。また、本補助光源８は、半導体レーザ１４が発生するレーザ光に及ぼす損失が印加される電圧に応じて変化し、且つ温度が高いほど損失が大きくなる光吸収体１６を有している。

そして、このような構成によって、本補助光源８は、半導体光増幅器３４の光利得を制御する補助光６を発生する。

（３）動 作
図１４は、本光増幅装置３４の動作を説明するフローチャートである。従って、図１４は、本実施例による光増幅方法の手順を説明する図である。

制御装置１００は、ある光利得を発生するように外部から命令されると、まず、ＳＯＡ４に駆動電流(例えば、１５０ｍＡ）を供給する。

この時、制御装置１００は、（信号光１０を増幅する）ＳＯＡ４に、ＳＯＡ４の温度によらず一定の電流を供給する（ステップＳ２）。

すると、ＳＯＡ４は、信号光１０及び補助光６を含む波長範囲で光利得を発生する。

次に、制御装置１００は、記録ユニット１０２に記録された対応表にアクセスして、外部から指定された光利得（以下、目標光利得と呼ぶ）に対応する、ＤＦＢレーザ６２の駆動電流とＥＡ吸収体６４への印加電圧を読み出す。

図１５は、記録ユニット１０２に記録された対応表である。第１列目には、本光増幅装置３４が発生する複数の光利得が記録されている。第２列目には、第１列目に記録された各光利得を発生するためにＤＦＢレーザ６２に供給する駆動電流（以下、レーザ駆動電流と呼ぶ）が記録されている。第３列目には、第１列目に記録された各光利得を発生するためにＥＡ吸収体６４に印加する電圧（以下、吸収体印加電圧と呼ぶ）が記録されている。尚、以下の説明で使用しないデータは、図１５の対応表には、記載されていない。

例えば、外部から光利得を１６ｄＢにするように命令を受けると、制御装置１００は、上記対応表にアクセスして第１列目の第２行目に記録された１６ｄＢに対応するレーザ駆動電流６０ｍＡ及び吸収体印加電圧−１.０Ｖを読み出す。

次に、制御装置１００は、対応表から読み出したデータに従って、補助光源８のＤＦＢレーザ６２に６０ｍＡを供給する。すなわち、補助光源８の半導体レーザ１４（ＤＦＢレーザ６２）に、補助光源８の温度によらず一定の電流を供給する（ステップＳ４)。

また、制御装置１００は、対応表から読み出したデータに従って、補助光源８のＥＡ吸収体６４に−１.０Ｖを印加する。すなわち、補助光源８の光吸収体１６（ＥＡ吸収体６４）に、補助光源８の温度によらず一定の電圧を供給する（ステップＳ６)。

駆動電流６０ｍＡが供給されると、ＤＦＢレーザ６２はレーザ光を発生する。一方、印加電圧−１.０Ｖが印加されると、ＥＡ吸収体６４の損失の温度変化は、４ｄＢになる（図１３参照）。

すると、補助光源８が発生する補助光６の強度は、装置温度が２５℃の時、−３ｄＢｍになる。一方、装置温度が５０℃の時は、補助光６の強度は−７ｄＢｍにある。このような補助光強度の変化は、ＥＡ吸収体６４の損失の温度変化が４ｄＢであることに起因する。

このため、本光増幅装置３４の光利得は、使用温度が２０℃から５０℃に変化しても、１６ｄＢに保たれる（図２参照）。装置温度が２０℃から５０℃の間にある場合にも、同様に、光利得は１６ｄＢに保たれる。

外部から光利得を１１ｄＢにするように命令を受けた場合にも、制御装置１００は、上記対応表にアクセスする。そして、制御装置１００は、対応表に従って、ＤＦＢレーザ６２に駆動電流２４０ｍＡを供給し、ＥＡ吸収体６４に電圧０.５Ｖを印加する(図１５参照）。

すると、補助光６の強度は、装置温度が２５℃の場合には５ｄＢｍになり、装置温度が５０℃の場合には４ｄＢｍになる。このため、本光増幅装置３４の光利得は、装置温度が２０℃から５０℃に変化しても１１ｄＢに保たれる（図２参照）。

光利得を１１ｄＢと１６ｄＢの間の値にするように命令を受けた場合にも、制御装置１００は同様の手順によって、命令された光利得を発生するよう、補助光源８を制御する。

このように、本光増幅装置３４では、装置温度が変化しても、補助光６の強度が自動的に変化するので、光利得は殆ど変動しない。このため、本光増幅装置３４では、補助光源８のフィードバック制御やＳＯＡ４の温度制御は行われない。従って、本光増幅装３４は小型化であり、しかも、本光増幅装３４の消費電力は小さい。

（４）対応表の作成手順
（i）手順の概要
図１６は、上記対応表の作成手順の概要を説明するフローチャートである。

まず、補助光強度に対するＳＯＡ４の光利得の関係を、複数の温度（例えば、２５℃と５０℃）で測定する（ステップＳ１００）。

本ステップにより、図２に示した、補助光の強度とＳＯＡの光利得の関係が得られる。この関係から、光利得を一定値（例えば、１６ｄＢ）保つ補助光６の強度比（例えば、４ｄＢ＝（−３ｄＢｍ）−（−７ｄＢｍ））が特定される。

ここで、上記光利得の一定値は、対応表の第１列に「光利得」として記録される値である。そして、本ステップは、対応表に記録する全ての光利得に対して実施される。

次に、補助光源８の出力光強度の温度変化を、ＥＡ吸収体に印加する複数の電圧に対して測定する（ステップＳ２００）。

ここで、補助光源８の出力光強度の温度変化とは、例えば、２５℃に於ける補助光６の強度と、５０℃に於ける補助光６の強度の比である。

本ステップにより、図１３に示した関係が得られる。尚、図１３の縦軸には「損失の温度変化」と記載されている。しかし、上述したように、「損失の温度変化」とは、光吸収体１６の損失の温度変化に、半導体レーザ１４の出力光強度の温度変化が取り込まれた物理量である。すなわち、図１３の「損失の温度変化」とは、本ステップで得られる補助光の強度比のことである。

上述したように、ステップＳ１００で得られる関係から、光利得を一定値（例えば、１６ｄＢ）に保つ補助光６の強度比（例えば、４ｄＢ）が特定される。

そして、本ステップで得られる関係から、このような補助光の強度比を実現するために、光吸収体１６に印加する電圧（例えば、−１Ｖ）が特定される。この印加電圧は、対応表の第３列目に「吸収体印加電圧」として記録される値である。

次に、以上のようにして特定される印加電圧（例えば、−１Ｖ）を光吸収体１６に印加した状態で、光利得を一定値（例えば、１６ｄＢ）に保つ補助光の強度比（例えば、４ｄＢ）を生成する半導体レーザ１４の駆動電流を探索する（ステップＳ３００）。

本ステップにより、対応表の第２列目に記録される「レーザ駆動電流」が得られる。

本ステップは、対応表に記録する全ての光利得に対して実施される。

最後に、以上の結果に基づいて、対応表を作成する（ステップＳ４００）。

（ii）補助光強度に対するＳＯＡ光利得特性の測定（ステップＳ１００）
図１７は、ステップＳ１００の詳細を説明するフローチャートである。

まず、ＳＯＡ４に、実際に使用する駆動電流（例えば、１５０ｍＡ）を供給する（ステップＳ１０２）。

次に、ＳＯＡ４の温度を、本光増幅装置３４を使用する温度の下限又はその近傍（例えば、２５℃）に設定する（ステップＳ１０４）。

次に、ＳＯＡ４に入射する補助光６の強度を設定する（ステップＳ１０６）。

次に、この状態で、ＳＯＡ４の光利得を測定する（ステップＳ１０８）。

次に、測定を予定していた全ての補助光強度に対して、ＳＯＡ４の光利得の測定が終了しているか判定する（ステップＳ１１０）。

測定が終了していない場合には、ステップＳ１０６に戻り、補助光強度を変更して、再度ＳＯＡ４の利得を測定する。測定が終了している場合には、次のステップに進む。

次に、測定を予定している全てのＳＯＡ４の温度に対して、ＳＯＡ４の光利得の測定が終了しているか判定する（ステップＳ１１２）。

測定が終了していない場合には、ステップＳ１０４に戻り、ＳＯＡ４の温度を変更して、ＳＯＡ４の光利得の測定を再開する。測定が終了している場合には、本ステップＳ１００を終了する。

本ステップにより、補助光強度に対するＳＯＡの光利得の関係が、複数の使用温度に対して得られる。

（iii）印加電圧に対する補助光源出力強度の温度変化特許の測定（ステップＳ２００）。

図１８は、ステップＳ２００の詳細を説明するフローチャートである。

まず、補助光源８のＤＦＢレーザ６２を駆動して、レーザ光を発生させる（ステップＳ２０２）。尚、駆動電流は、閾値近傍を避けることが好ましい。閾値近傍では、温度変化に対するレーザ光強度比の変化が激しいからである。

次に、補助光源８の温度を、本光増幅装置３４を使用する温度の下限又はその近傍（例えば、２５℃）に設定する（ステップＳ２０４）。

次に、ＥＡ吸収体６４に所定の電圧を設定する（ステップＳ２０６）。

次に、この状態で、補助光源８の出力（補助光強度）を測定する（ステップＳ２０８）。

次に、測定を予定している全ての印加電圧に対して、補助光強度の測定が終了しているか判定する（ステップＳ２１０）。

測定が終了していない場合には、ステップＳ２０６に戻り、印加を変更して、補助光強度を測定する。測定が終了している場合には、次のステップに進む。

次に、測定を予定している全ての温度で、補助光強度の測定が終了しているか判定する（ステップ２１２）。

測定が終了していない場合には、ステップ２０４に戻り、印加電圧を変更して、補助光強度の測定を再開する。測定が終了している場合には、本ステップ２００は終了する。

本ステップにより、ＥＡ吸収体に印加する複数に電圧に対する、補助光源の出力光強度の温度変化が得られる。

(iv)レーザ駆動電流の探知（ステップ３００）
図１９は、ステップＳ３００の詳細を説明するフローチャートである。

まず、半導体レーザ１４（ＤＦＢレーザ６２）をレーザ発振させ、補助光６をＳＯＡ４に導入する（ステップＳ３０２）。

次に、ステップＳ１００及びステップＳ２００で得られる結果に基づいて特定される、光利得を一定値（例えば、１６ｄＢ）に保つ一の電圧（例えば、−１.０Ｖ）を、光吸収体１６（ＥＡ吸収体６４）に印加する（ステップＳ３０４）。

次に、上記電圧が印加された状態の補助光源８を上記光利得（例えば、１６ｄＢ）で発光させる駆動電流を予測して、ＤＦＢレーザ６２に供給する（ステップＳ３０６）。

次に、この状態で複数の温度（例えば、２５℃及び５０℃）でＳＯＡ４の光利得を測定する（ステップＳ３０８）。

次に、上記複数の温度で測定したＳＯＡ４の光利得と上記光利得の差（光利得誤差）が、許容範囲内（例えば、０.５ｄＢ以内）であるか判定する（ステップＳ３１０）。

上記光利得誤差が、許容範囲を超えている場合には、ステップＳ３０６に戻り、ＤＦＢレーザ６２の駆動電流を変更して、複数の温度（例えば、２５℃と５０℃）に於ける光利得の測定を再度行う。上記光利得誤差が、許容範囲内の場合には、上記光利得（例えば、１６ｄＢ）、吸収体１６に印加した電圧（例えば、−１Ｖ）、ＤＦＢレーザ６２の駆動電流（例えば、60ｍＡ）を記録し、次のステップに進む。

次に、対応表に記録予定の全ての光利得に対して、ＤＦＢレーザ６２の駆動電流を探索し終えたか判定する（ステップＳ３１２）。

判定が終了していない場合には、ステップＳ３０４に戻り、光吸収体１６（ＥＡ吸収体）に印加する電圧を変更して、ＤＦＢレーザ６２を駆動する電流の探索を再開する。

判定が終了している場合には、本ステップＳ３００は終了する。

図２０は、本実施例の光増幅装置１０４の構成を説明する図である。

（１）構 成
本光増幅装置１０４は、第１の半導体光増幅器１０６と、第２の半導体光増幅器１０８を有している。第１の半導体光増幅器１０６及び第２の半導体光増幅器１０８の構成及び特性は、実施例１のＳＯＡ４と略同じである。

また、本光増幅装置１０４は、第１の半導体光増幅器１０６の光利得及び第２の半導体光増幅器１０８の光利得を制御する補助光６を、出力する補助光源８を有している。

また、本光増幅装置１０４は、第１の光導波路１１２を介して第１の光入力口に補助光源８が接続された分波器１１４を有している。

分波器１１４の第２の光入力口には、第２の光導波路１１６を伝搬して来た信号光１０が入射する。

また、光分波器１１４の第１の光出力口には、第１の半導体光増幅器１０６が接続され、分波器１１４の第２の光出力口には第２の半導体光増幅器１０８が接続されている。

そして、分波器１１４は、補助光６と信号光１０を夫々２分割して、第１の光出力口と第２の光出力口に出力する。尚、分波器とは、入力光を複数の出力光に分割して出力する光学部材のことである。複数の波長の光が多重化されて入力光となっている場合にも、波長の異なる夫々の光は、複数の出力に分割されて出力される。「分波器」は、分岐器とも呼ばれている。

ところで、分波器１１４の第１の光出力口及び第２の光出力口には、夫々、分割された補助光６と同じく分割された信号光１０が出力される。すなわち、分波器１１４は、補助光６と信号光１０を合波して、第１の半導体光増幅器１０６及び第１の半導体光増幅器１０８に入射させる合波器でもある。従って、分波器１１４は、分波器と合波器の機能を併せ持った合分波器であるいうこともできる。後述する合波器１１８も、分波器と合波器の機能を併せ持っており、合分波器であるいうこともできる。

ここで、分波器１１４は、マルチモード干渉（Multi Mode Interference; MMI）型の光カプラである。

また、本光増幅装置１０４は、第３の光入力口に第１の半導体光増幅器１０６が接続され、第４の光入力口に第２の半導体光増幅器１０８が接続された合波器１１８を有している。

合波器１１８は、第３の光出力口から増幅された補助光１１１を出力し、第４の光出力口から増幅された信号光１１０を出力する。

そして、増幅された信号光１１０は、第３の光導波路１２０を伝搬した後、本光増幅装置１０４から出力される。一方、増幅された補助光１１１は、第４の光導波路１２２を伝搬した後、本光増幅装置１０４から出力される。

ここで、合波器１１８は、マルチモード干渉（Multi Mode Interference; MMI）型の光カプラである。

ここで、分波器１１４と、第１の光導波路１０６と、第２の光導波路１０８と、合波器１１８は、マッハツェンダ型干渉計１２４を形成している。

そして、補助光源８は、単一縦モードでレーザ発振する半導体レーザ１４と、半導体レーザ１４が発生するレーザ光を部分的に吸収し、このレーザ光を補助光６として出力する光吸収体１６を有している。ここで、補助光源８の構成及び特性は、実施例１の補助光源と略同じである。

ここで、第１の温度（例えば、２５℃）に於いて光吸収体１６によって上記レーザ光が受ける第１の損失は、第１の温度より高い第２の温度（例えば、５０℃）に於いて光吸収体１６によってレーザ光が受ける第２の損失より小さい。

尚、本光増幅装置１０４では、図２０に示すように、光増幅器１０６、１０８及び補助光源８が、同一の半導体基板１２６の上に形成されている。このため、光増幅器１０６、１０８及び補助光源８の各温度は、略等しくなる。

（２）動 作
本光増幅装置１０４の基本的な動作は、実施例１の光増幅装置３４と略同じである。

実施例１の光増幅装置３４では、合波器１２が、信号光１０と補助光６を合波して、ＳＯＡ４に入射させる。そして、光フィルタ９８が、増幅された補助光を、増幅された信号光から分離する。

一方、本光増幅装置１０４では、マッハツェンダ型干渉計１２４が信号光１０と補助光６を合波し、半導体光増幅器１０６,１０８に入射させる。そして、マッハツェンダ型干渉計１２４が、増幅された補助光１１１を、増幅された信号光１１０から分離する。

ところで、本光増幅装置１０４でも、光増幅装置１０４の温度の変化に合わせて補助光６の強度が自動的に調整されるので、光利得は温度が変化しても殆ど変動しない。従って、本光増幅装置１０４でも、補助光源のフィードバック制御やＳＯＡの温度制御は行われない。このため、本光増幅装置１０４は小型化で、その消費電力は小さい。

（比較例）
図２１は、本比較例の光増幅装置１２８の構成を説明する構成図である。

本比較例の光増幅装置１２８の構成は、図１を参照して説明した光増幅装置２の構成と略同じである。但し、本比較例の光増幅装置１２８の補助光源８は、半導体レーザ１４のみによって形成されている。

図２２は、半導体レーザ１４へ供給する電流と出力光強度の関係を説明する図である。

横軸は、供給電流である。縦軸は、出力光強度である。

図２２には、動作温度が２５℃の場合の関係１３０と、動作温度が５０℃の場合の関係１３２が示されている。

動作温度によらずＳＯＡ４の光利得を、一定値例えば１６ｄＢに保つためには、補助光６の強度が、２５℃では−３ｄＢｍであり、５０℃では−７ｄＢｍであればよい。

図２２に示すように、このような補助光強度の温度変化を実現するためには、動作温度に応じて、半導体レーザ１４へ供給する電流を調整する必要がある。

従って、本比較例の光増幅装置１２８の光利得を、装置温度によらず一定値に保つためには、本光増幅装置１２８の温度を測定するセンサと、測定した温度に応じて補助光源８（半導体レーザ１４）に供給する電流を調整する制御装置を設ければよい。

しかし、これらの装置を設けると、光増幅装置１２８が大型し、またその消費電力は大きくなる。

本比較例の光増幅装置１２８では、補助光強度の調整に用いることのできるパラメータは、半導体レーザ１４へ供給する電流一つだけである。

一方、実施例１及び２の光増幅装置では、吸収体１６に印加する電圧も、補助光強度の調整に用いることができる。このように、実施例１及び２の光増幅装置では、補助光強度の調整に用いることのできるパラメータは、半導体レーザ１４へ供給する電流と光吸収体１６に印加する電圧の２つである。

従って、実施例１及び２の光増幅装置では、半導体レーザ１４の駆動電流を調整しなくても、光利得を一定値に保つことができる。

（変形例）
以上の例では、半導体光増幅器４の活性層３８は、GaInAsP量子井戸構造によって形成されている。しかし、活性層３８は、他の構造、例えばAlGaInAs量子井戸構造やバルク半導体層によって形成されてもよい。また、InP基板３６の代わりに、他の半導体基板、例えばGaAs基板が用いられもよい。

また、以上の例では、単一縦モードで発振する半導体レーザ１４は、DFBレーザである。しかし、半導体レーザ１４は、単一縦モードで発振する他の半導体レーザ、例えばブラッグ反射器（Distributed Bragg reflector; DBR）半導体レーザや波長可変レーザであってもよい。

ここで、波長可変レーザとしては、発振波長の異なるＤＦＢレーザやＤＢＲレーザが複数搭載された集積型波長可変レーザが好ましい。

また、以上の例では、半導体レーザ１４は、GaInAsP量子井戸構造によって形成されている。しかし、活性層６６は、他の構造、例えばAlGaInAs量子井戸構造やバルク半導体層によって形成されてもよい。また、InP基板７０の代わりに、他の半導体基板、例えばGaAs基板が用いられてもよい。

また、以上の例では、EA吸収体６４の吸収層６８は、GaInAsP量子井戸構造によって形成されている。しかし、吸収層６８は、他の構造、例えばAlGaInAs量子井戸構造やバルク半導体層によって形成されてもよい。また、InP基板７０の代わりに、他の半導体基板、例えばGaAs基板が用いられもよい。

以上の例では、半導体レーザ１４のレーザ発振波長、EA吸収体６４の光吸収層６８バンドギャップ波長、及び信号光の波長は、夫々、1540nm、1487.5nm、1550nmである。

この例では、EA吸収体６４の光吸収層６８のバンドギャップ波長は、半導体レーザ１４のレーザ発振波長より５２.５ｎｍ短い。しかし、光吸収層６８のバンドギャップ波長と半導体レーザ１４のレーザ発振波長の差は、このような値に限られない。

例えば、EA吸収体６４の光吸収層６８のバンドギャップ波長は、半導体レーザ１４のレーザ発振波長より２０ｎｍ以上短く且つ６０ｎｍ以下短いことが好ましい。この範囲内であれば、EA吸収体６４に印加する電圧を調整することにより、補助光の温度変化を２ｄＢ以上にすることができる（図６参照）。更に、EA吸収体６４のバンドギャップ波長は、半導体レーザ１４のレーザ発振波長より３５ｎｍ以上短く且つ５５ｎｍ以下短いことが好ましい。この範囲内であれば、EA吸収体６４に印加する電圧を調整することにより、補助光強度の温度変化を３ｄＢ以上にすることができる（図６参照）。

また、以上の例では、半導体レーザ１４のレーザ発振波長と信号光の波長の差は、１０ｎｍである。しかし、弁別できる限り、両波長は更に接近してもよい。

また、以上の例では、半導体レーザ１４と吸収体１６は、同一基板上に集積されている。しかし、半導体レーザ１４と吸収体１６は個別の素子であっても良い。

また、以上の例では、分波器１１４及び合波器１１８は、ハーフミラーで形成されている。しかし、分波器１１４及び合波器１１８は、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）カプラ又はＡＷＧ（arrayed waveguide grating）或いは偏光ビームスプリッタで形成してもよい。

２・・・光増幅装置 ４・・・半導体光増幅器
６・・・補助光 ８・・・補助光源
１０・・・信号光 １２・・・合波器
１４・・・半導体レーザ １６・・・光吸収体
１８・・・２５℃に於ける光利得 ２０・・・５０℃に於ける光利得
２２・・・２５℃に於けるレーザ光の波長
２４・・・５０℃に於けるレーザ光の波長
２６・・・２５℃に於けるレーザ光の発振波長
２８・・・５０℃に於けるレーザ光の発振波長
３０・・・吸収スペクトルの温度変化
３２・・・レーザ発振波長の温度変化
３４・・・実施例１の光増幅装置
３６・・・ｎ型ＩｎＰ基板 ３８・・・（ＳＯＡの）活性層
４０・・・（ＳＯＡの）下部クラッド層
４２・・・（ＳＯＡの）上部クラッド層
４４・・・メサストライプ ４６・・・下部ｐ型ＩｎＰ層
４８・・・ｎ型ＩｎＰ層 ５０・・・上部ｐ型ＩｎＰ層
５２・・・（ＳＯＡの）電極層
５４、５６・・・電極 ５７・・・光入射面
５８・・・光出射面 ６０・・・反射防止膜
６２・・・分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）
６４・・・電界吸収型光変調器（ＥＡ吸収体）
６６・・・（ＤＦＢレーザの）活性層
６８・・・光吸収層 ７０・・・ｎ型ＩｎＰ基板
７２・・・（ＤＦＢレーザの）下部クラッド層
７４・・・回折格子 ７６・・・ＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層
７８・・・（ＤＦＢレーザの）上部クラッド層
８０・・・（ＤＦＢレーザの）電極層
８２・・・（電界吸収型光変調器の）下部クラッド層
８４・・・（電界吸収型光変調器の）上部クラッド層
８６・・・（電界吸収型光変調器の）電極層
８８・・・下部電極 ９０・・・レーザ側上部電極
９２・・・吸収体側上部電極 ９４・・・半絶縁性ＩｎＰ層
９５・・・（ＤＦＢレーザに接続された）電源
９６・・・筐体 ９７・・・（ＥＡ吸収体に接続された）電源
９８・・・光学フィルタ
１００・・・制御装置 １０２・・・記録ユニット
１０４・・・実施例２の光増幅装置
１０６・・・第１の半導体光増幅器 １０８・・・第２の半導体光増幅器
１１０・・・増幅された信号光 １１１・・・増幅された補助光
１１２・・・第１の光導波路
１１４・・・分波器 １１６・・・第２の光導波路
１１８・・・合波器 １２０・・・第３の光導波路
１２２・・・第４の光導波路
１２４・・・マッハツェンダ型干渉計 １２６・・・半導体基板
１２８・・・比較例の光増幅装置
１３０・・・動作温度が２５℃の場合の関係
１３２・・・動作温度が５０℃の場合の関係

Claims (7)

1. 半導体光増幅器と、
   前記半導体光増幅器の光利得を制御する補助光を発生する補助光源と、
   前記補助光と信号光を合波し、前記半導体光増幅器に入射させる合波器を具備し、
   前記補助光源が、単一縦モードでレーザ発振する半導体レーザと、前記半導体レーザが発生するレーザ光を部分的に吸収し、前記レーザ光を前記補助光として出力する光吸収体とを有し、
   第１の温度に於いて前記光吸収体によって前記レーザ光が受ける第１の損失が、前記第１の温度より高い第２の温度に於いて前記光吸収体によって前記レーザ光が受ける第２の損失より小さい、
   光増幅装置。
2. 請求項１に記載の光増幅装置において、
   前記第１の損失及び前記第２の損失が、前記光吸収体に印加される電圧に応じて変化することを、
   特徴とする光増幅装置。
3. 請求項２に記載に光増幅装置において、
   前記光吸収体の２５℃に於けるバンドギャップに対応する波長が、前記半導体レーザの２５℃に於けるレーザ発振波長より２０ｎｍ以上短く且つ６０ｎｍ以下短いことを、
   特徴とする光増幅装置。
4. 請求項１に記載の光増幅装置において、
   前記半導体光増幅器及び前記補助光源が同一筐体内に格納され、且つ温度制御を受けないことを、
   特徴とする光増幅装置。
5. 請求項１に記載の光増幅装置において、
   前記半導体光増幅器と前記補助光源が、同一の半導体基板上に形成されていることを、
   特徴とする光増幅装置。
6. 第１の半導体光増幅器と、
   第２の半導体光増幅器と、
   前記第１の半導体光増幅器の光利得及び前記第２の半導体光増幅器の光利得を制御する補助光を発生する補助光源と、
   第１の光入力口に前記補助光源が接続され、第２の光入力口に信号光が入射し、第１の光出力口に前記第１の半導体光増幅器が接続され、第２の光出力口に前記第２の半導体光増幅器が接続され、前記補助光と前記信号光を夫々２分割して、前記第１の光出力口と前記第２の光出力口に出力する光分波器と、
   第３の光入力口に前記第１の半導体光増幅器が接続され、第４の光入力口に前記第２の半導体光増幅器が接続され、第３の光出力口から増幅された前記補助光を出力し、第４の光出力口から増幅された前記信号光を出力する光合波器を有し、
   前記補助光源が、単一縦モードでレーザ発振する半導体レーザと、前記半導体レーザが発生するレーザ光を部分的に吸収し、前記レーザ光を前記補助光として出力する光吸収体とを有し、
   第１の温度に於いて前記光吸収体によって前記レーザ光が受ける第１の損失が、第１の温度より高い第２の温度に於いて前記光吸収体によって前記レーザ光が受ける第２の損失より小さい、
   光増幅装置。
7. 信号光を増幅する半導体光増幅器に、前記半導体光増幅器の温度によらず一定の電流を供給し、
   単一縦モードでレーザ発振する半導体レーザと、前記半導体レーザが発生するレーザ光に及ぼす損失が印加される電圧に応じて変化し、且つ温度が高いほど前記損失が大きくなる光吸収体を有し、前記半導体光増幅器の光利得を制御する補助光を発生する補助光源の前記半導体レーザに、前記補助光源の温度によらず一定の電流を供給し、
   前記光吸収体に、前記補助光源の温度によらず一定の電圧を印加して、前記信号光を増幅する、
   光増幅方法。

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