JP2500604B2 - Ultra high speed optical oscillator - Google Patents

Ultra high speed optical oscillator

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JP2500604B2 JP13635393A JP13635393A JP2500604B2 JP 2500604 B2 JP2500604 B2 JP 2500604B2 JP 13635393 A JP13635393 A JP 13635393A JP 13635393 A JP13635393 A JP 13635393A JP 2500604 B2 JP2500604 B2 JP 2500604B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光通信,光情報処理に
有用な超高速繰り返しの超短光パルス列を発生させる超
高速光オシレータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrafast optical oscillator for generating ultrafast repeating ultrashort optical pulse trains useful for optical communication and optical information processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、超高速の光通信,光情報処理の基
本技術として、数十GHzから百GHzを越える繰り返
し周波数を有する光パルス列の発生を可能にする技術の
要求が高まっている。高速光パルス列を発生させる超高
速光オシレータの1つの例としては、2電極または3電
極構造の半導体レーザのモード周期動作を用いた超高速
光オシレータがあげられる。この素子では、電極によっ
て分離された1つのセクションに逆バイアスを印加し、
可飽和吸収領域として作用させることにより、100G
Hz以上の繰り返し周波数での自励パルス発振が実現さ
れることが報告されている。この技術については、例え
ばチェン(Y.K.Chen)らによるジャーナル・オ
ブ・カンタムエレクトロニクス誌,第28巻,10号の
P.2176からP.2185にわたって掲載された論
文の中に述べられている。この論文中では、最大350
GHzの繰り返し周波数で約0.6psの時間幅の光パ
ルスを得たという報告がなされている。
2. Description of the Related Art In recent years, as a basic technology for ultra-high-speed optical communication and optical information processing, there is an increasing demand for a technology capable of generating an optical pulse train having a repetition frequency exceeding several tens GHz to 100 GHz. One example of an ultrafast optical oscillator that generates a high-speed optical pulse train is an ultrafast optical oscillator that uses a mode periodic operation of a semiconductor laser having a two-electrode or three-electrode structure. In this device, a reverse bias is applied to one section separated by electrodes,
By acting as a saturable absorption region, 100G
It has been reported that self-pulsation is realized at a repetition frequency of Hz or higher. This technique is described, for example, in P. of Journal of Quantum Electronics, Vol. 28, No. 10, by YK Chen et al. 2176 to P.M. It is described in a paper published over 2185. Up to 350 in this paper
It is reported that an optical pulse having a time width of about 0.6 ps was obtained at a repetition frequency of GHz.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記の半導体レーザの
モード周期においては、短共振器化して光パルスの周回
時間を短くすることで、繰り返し周波数を高めている。
しかし、この半導体レーザは複数電極構造なので200
μm程度の共振器長がほぼ限界で、それより短共振器化
することは難しくなる。また、仮にさらに短くできたと
しても、動作機構の上から正常なモード周期動作をする
という確実性に欠ける。さらに、モード周期動作は利得
と可飽和吸収の微妙なバランスによって生じるので、半
導体レーザ素子からの平均光出力は通常1mW程度にと
どまっている。
In the mode period of the above semiconductor laser, the repetition frequency is increased by shortening the cavity and shortening the circulation time of the optical pulse.
However, since this semiconductor laser has a multi-electrode structure,
The resonator length of about μm is almost the limit, and it becomes difficult to make the resonator shorter than that. Further, even if the length can be further shortened, there is a lack of certainty that a normal mode cycle operation is performed on the operating mechanism. Further, since the mode cycle operation is caused by a delicate balance between gain and saturable absorption, the average light output from the semiconductor laser device is usually about 1 mW.

【0004】本発明の目的は、上述した従来の超高速光
オシレータの持つ欠点を除去した、さらに超高速動作が
可能で高出力が得られる超高速光オシレータを提供する
ことにある。
An object of the present invention is to provide an ultra-high-speed optical oscillator which can eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional ultra-high-speed optical oscillator and can operate at ultra-high speed and can obtain high output.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の超高速光オシレ
ータは、複数の電極を有する第1の半導体レーザ素子
と、この半導体レーザ素子の共振器長の整数分の1の共
振器長を有する第2の半導体レーザ素子と、第1および
第2の半導体レーザを光学的に結合させる手段とを備え
たことを特徴とする。
An ultrafast optical oscillator according to the present invention has a first semiconductor laser device having a plurality of electrodes and a resonator length which is a fraction of the resonator length of the semiconductor laser device. A second semiconductor laser device and means for optically coupling the first and second semiconductor lasers are provided.

【0006】[0006]

【作用】本発明は、第1の半導体レーザのモード同期発
振により得られた光パルス列を第2の半導体レーザによ
って共振増幅することを利用している。例えば第1の半
導体レーザの共振器長をLとして、周波数f=c/2η
L(cは光速、ηは群屈折率)のモード同期動作をした
とすると、この光出力をL/m(mは整数)の共振器長
を有する第2の半導体レーザに結合させて増幅すること
により、fのm倍の周波数の光パルス列が生成する。こ
の様子を図2の動作原理図を用いて周波数領域において
説明する。第1半導体レーザの光出力はモード同期状態
では、図2(a)に示すようにc/2ηLの周波数間隔
を有する第1の半導体レーザの周波数スペクトルを持
つ。この光出力が第2の半導体レーザに結合すると、光
出力の周波数スペクトルは、第2の半導体レーザの共振
器によりフィルタリングを受け、図2(b)に示すよう
にmc/2ηLの周波数間隔のモード構造を有する第2
の半導体レーザの周波数スペクトルを持つ。これに対応
して、当初2ηL/cの時間間隔で繰り返し周波数がf
であった第1の半導体レーザの光パルス列(図2
(c))は、第2の半導体レーザで増幅された後は、図
2(d)に示すように2ηL/mcの時間間隔で繰り返
し周波数がmfである第2の半導体レーザの光パルス列
となる。しかも、第2の半導体レーザではモード数は減
少するが、レーザ増幅により個々の発振モードの光強度
を増大させることができ、この結果平均光出力も増大さ
せることが可能となる。
The present invention utilizes the resonance amplification of the optical pulse train obtained by the mode-locked oscillation of the first semiconductor laser by the second semiconductor laser. For example, assuming that the cavity length of the first semiconductor laser is L, the frequency f = c / 2η
Assuming that a mode-locking operation of L (c is the speed of light and η is a group refractive index) is performed, this optical output is coupled to a second semiconductor laser having a cavity length of L / m (m is an integer) for amplification. As a result, an optical pulse train having a frequency of m times f is generated. This situation will be described in the frequency domain with reference to the operation principle diagram of FIG. In the mode-locked state, the optical output of the first semiconductor laser has the frequency spectrum of the first semiconductor laser having a frequency interval of c / 2ηL as shown in FIG. When this light output is coupled to the second semiconductor laser, the frequency spectrum of the light output is filtered by the resonator of the second semiconductor laser and, as shown in FIG. 2B, a mode with a frequency interval of mc / 2ηL Second with structure
Has the frequency spectrum of a semiconductor laser. Correspondingly, the repetition frequency is initially f at a time interval of 2ηL / c.
The optical pulse train of the first semiconductor laser (Fig.
After being amplified by the second semiconductor laser, (c) is an optical pulse train of the second semiconductor laser having a repetition frequency of mf at a time interval of 2ηL / mc as shown in FIG. 2 (d). . Moreover, although the number of modes decreases in the second semiconductor laser, the light intensity of each oscillation mode can be increased by laser amplification, and as a result, the average light output can also be increased.

【0007】[0007]

【実施例】次に本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0008】図1は本発明を適用した超高速光オシレー
タの構成の一例を模式的に表している。この例では、第
1の半導体レーザ1として2電極平行平面ファブリ・ペ
ロ型のGaAs/AlGaAs多重量子井戸埋め込みヘ
テロ半導体レーザを、第2の半導体レーザ2として1電
極平行平面ファブリ・ペロ型のGaAs/AlGaAs
多重量子井戸埋め込みヘテロ半導体レーザを用いた。第
1の半導体レーザ1は、1つの電極より順電流を注入し
て利得領域101として、他方の電極には逆バイアスを
印加して可飽和吸収領域として作用させた。
FIG. 1 schematically shows an example of the configuration of an ultrahigh-speed optical oscillator to which the present invention is applied. In this example, a two-electrode parallel-plane Fabry-Perot type GaAs / AlGaAs multiple quantum well buried hetero semiconductor laser is used as the first semiconductor laser 1, and a one-electrode parallel-plane Fabry-Perot type GaAs / AlGaAs is used as the second semiconductor laser 2. AlGaAs
A multiple quantum well buried hetero semiconductor laser was used. In the first semiconductor laser 1, a forward current was injected from one electrode to act as a gain region 101, and a reverse bias was applied to the other electrode to act as a saturable absorption region.

【0009】第1の半導体レーザ1と第2の半導体レー
ザ2との間には、コリメーションレンズ21,光アイソ
レータ22,集光レンズ23が設けられている。
A collimation lens 21, an optical isolator 22, and a condenser lens 23 are provided between the first semiconductor laser 1 and the second semiconductor laser 2.

【0010】本実施例では、第1の半導体レーザ1の共
振器長を約300μmとし、利得領域101の長さを約
240μm、可飽和吸収領域102の長さを約60μm
とした。また、第2の半導体レーザ2の共振器長は約7
5μmとし、第1の半導体レーザ1の共振器長の1/4
となるように設定した。
In this embodiment, the cavity length of the first semiconductor laser 1 is about 300 μm, the length of the gain region 101 is about 240 μm, and the saturable absorption region 102 is about 60 μm.
And The cavity length of the second semiconductor laser 2 is about 7
5 μm, 1/4 of the cavity length of the first semiconductor laser 1
It was set so that

【0011】次に、本実施例の動作を説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.

【0012】第1の半導体レーザ1において、利得領域
101に約60mAの順電流を注入し、可飽和吸収領域
102に1Vの逆バイアスを印加した。これにより、光
パルス幅が約1ps、約120GHz繰り返し周波数が
モード同期動作で平均出力約1mWが得られた。
In the first semiconductor laser 1, a forward current of about 60 mA was injected into the gain region 101, and a reverse bias of 1 V was applied to the saturable absorption region 102. As a result, an average output of about 1 mW was obtained in a mode-locked operation with an optical pulse width of about 1 ps and a repetition frequency of about 120 GHz.

【0013】第1の半導体レーザ1の光出力11をコリ
メーションレンズ21により平行ビームとした後、光ア
イソレータ22を通し、集光レンズ23によって第2の
半導体レーザ2に結合させる。
The light output 11 of the first semiconductor laser 1 is made into a parallel beam by the collimation lens 21, then passed through the optical isolator 22, and is coupled to the second semiconductor laser 2 by the condenser lens 23.

【0014】第2の半導体レーザ2の動作電流を約50
mAとすることで、光パルスの繰り返し周波数は約48
0GHzと4倍に増大し、平均光出力も約10mWとす
ることができた。
The operating current of the second semiconductor laser 2 is set to about 50.
By setting to mA, the repetition frequency of the optical pulse is about 48
The frequency was increased to 4 times at 0 GHz, and the average light output could be about 10 mW.

【0015】なお、本実施例では第1の半導体レーザ1
として2電極形のものを用いたが、要はモード同期によ
り光パルス列を生成できることであり、原理的な見地か
ら2電極形に限定されないことは明らかである。同様に
原理的な視点から、第1の半導体レーザ1,第2の半導
体レーザ2とも平行平面ミラーによるファブリ・ペロ型
の共振器に限定されるものではない。
In this embodiment, the first semiconductor laser 1
Although the two-electrode type is used as the above, the point is that an optical pulse train can be generated by mode locking, and it is clear that the two-electrode type is not limited from a theoretical viewpoint. Similarly, from a theoretical point of view, the first semiconductor laser 1 and the second semiconductor laser 2 are not limited to Fabry-Perot resonators using parallel plane mirrors.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上、本発明によれば従来の超高速光オ
シレータでは実現できない超高速の光パルス繰り返し周
波数と、高い平均光出力を得ることが可能となる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an ultrafast optical pulse repetition frequency and a high average optical output, which cannot be realized by the conventional ultrafast optical oscillator.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を適用した超高速光オシレータの一実施
例の模式的構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of an ultrafast optical oscillator to which the present invention is applied.

【図2】本発明による光オシレータの動作原理を示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing the operating principle of the optical oscillator according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1の半導体レーザ 2 第2の半導体レーザ 11 光出力 21 コリメーションレンズ 22 光アイソレータ 23 集光レンズ 101 利得領域 102 可飽和吸収領域 1 1st semiconductor laser 2 2nd semiconductor laser 11 optical output 21 collimation lens 22 optical isolator 23 condensing lens 101 gain area 102 saturable absorption area

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】複数の電極を有する第1の半導体レーザ素
子と、 この半導体レーザ素子の共振器長の整数分の1の共振器
長を有する第2の半導体レーザ素子と、 第1および第2の半導体レーザを光学的に結合させる手
段とを備えたことを特徴とする超高速光オシレータ。
1. A first semiconductor laser device having a plurality of electrodes, a second semiconductor laser device having a cavity length that is an integer fraction of the cavity length of the semiconductor laser device, and first and second semiconductor laser devices. And a means for optically coupling the semiconductor laser of 1. with an ultrahigh-speed optical oscillator.
【請求項2】前記第1および第2の半導体レーザを光学
的に結合させる手段は、コリメーションレンズと、光ア
イソレータと、集光レンズとから成ることを特徴とする
請求項1記載の超高速光オシレータ。
2. The ultrafast light as claimed in claim 1, wherein the means for optically coupling the first and second semiconductor lasers comprises a collimation lens, an optical isolator, and a condenser lens. Oscillator.
【請求項3】前記第1の半導体レーザは、2電極平行平
面ファブリ・ペロ型の多重量子井戸埋め込みヘテロ半導
体レーザであり、前記第2の半導体レーザは、1電極平
行平面ファブリ・ペロ型の多重量子井戸埋め込みヘテロ
半導体レーザであることを特徴とする請求項1または2
記載の超高速光オシレータ。
3. The first semiconductor laser is a two-electrode parallel plane Fabry-Perot type multiple quantum well buried hetero semiconductor laser, and the second semiconductor laser is a one-electrode parallel plane Fabry-Perot type multiplex semiconductor laser. 3. A quantum well-embedded hetero semiconductor laser.
The described ultrafast optical oscillator.
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