JP2616206B2 - 集積化光源装置 - Google Patents
集積化光源装置Info
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- JP2616206B2 JP2616206B2 JP2286138A JP28613890A JP2616206B2 JP 2616206 B2 JP2616206 B2 JP 2616206B2 JP 2286138 A JP2286138 A JP 2286138A JP 28613890 A JP28613890 A JP 28613890A JP 2616206 B2 JP2616206 B2 JP 2616206B2
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- integrated light
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- laser
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0265—Intensity modulators
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- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体レーザと電界吸収型半導体光変調器と
が集積化された集積化光源装置に関する。
が集積化された集積化光源装置に関する。
〔従来の技術〕 分布帰還型半導体レーザ（DFB−LD）等の単一波長半
導体レーザと電界吸収型光変調器を集積化した光源は、
レーザ発振部と変調器部とが分離されているため、変調
動作の際にも発振波長が変動しないという特徴を有して
いる。これは、従来のDFB−LDを直接変調する光通信シ
ステムにおいて、伝送後の波形劣化を招くとして大きな
問題となる変調時の波長変動（波長チャーピングと言
う）を克服できるという利点となる。特に、DFB−LDを
直接変調する方式の伝送限界と思われる2Gb/s以上のシ
ステムにおいて、上記の集積化光源は極めて魅力的な存
在であり、現在各所で研究開発が行なわれている（例え
ば、雙田他、電子情報通信学界、光量子エレクトロニク
ス研究会予稿集、OQE89−30 1989年発行など）。前記
文献では集積化光源を用いた5Gb/s−69kmの高速・長距
離伝送実験について報告している。
導体レーザと電界吸収型光変調器を集積化した光源は、
レーザ発振部と変調器部とが分離されているため、変調
動作の際にも発振波長が変動しないという特徴を有して
いる。これは、従来のDFB−LDを直接変調する光通信シ
ステムにおいて、伝送後の波形劣化を招くとして大きな
問題となる変調時の波長変動（波長チャーピングと言
う）を克服できるという利点となる。特に、DFB−LDを
直接変調する方式の伝送限界と思われる2Gb/s以上のシ
ステムにおいて、上記の集積化光源は極めて魅力的な存
在であり、現在各所で研究開発が行なわれている（例え
ば、雙田他、電子情報通信学界、光量子エレクトロニク
ス研究会予稿集、OQE89−30 1989年発行など）。前記
文献では集積化光源を用いた5Gb/s−69kmの高速・長距
離伝送実験について報告している。
ところで集積化光源からの光出力は、レーザ光が光変
調器を通過した分だけ、単体DFB−LDに比べて低い。一
方、高ビットレートの伝送では、受信側の感度が低下す
るため、送信側ではより高い光出力が必要とされる。そ
こで、パワーマージンに余裕のある光伝送を実現するた
めに、光変調器とは反対側のレーザ端面に高反射膜コー
ティングを施すことによって、光変調器側から高光出力
を得る試みが行なわれている（例えば、須藤他、1990年
春季応用物理学関係連合講演会、30a−SA−15）。上記
文献では、高反射膜コーティングにより、光変調器側か
らの注入電流−光出力の効率が、コーティング前の状態
の約1.4倍に改善されたことを述べている。
調器を通過した分だけ、単体DFB−LDに比べて低い。一
方、高ビットレートの伝送では、受信側の感度が低下す
るため、送信側ではより高い光出力が必要とされる。そ
こで、パワーマージンに余裕のある光伝送を実現するた
めに、光変調器とは反対側のレーザ端面に高反射膜コー
ティングを施すことによって、光変調器側から高光出力
を得る試みが行なわれている（例えば、須藤他、1990年
春季応用物理学関係連合講演会、30a−SA−15）。上記
文献では、高反射膜コーティングにより、光変調器側か
らの注入電流−光出力の効率が、コーティング前の状態
の約1.4倍に改善されたことを述べている。
集積化光源を実際のシステムに適用する際、従来のDF
B−LD直接変調方式と同様に、光ファイバへの入力光強
度を一定に保つ（この機能をAuto Power Control:APCと
呼ぶ）必要がある。従来のシステムではAPC動作を実現
するために、DFB−LDの裏端面からの光出力をPINフォト
ダイオードでモニタし、フォトダイオードの受光パワー
が一定となるようにLDのバイアス電流を調整していた。
集積化光源を用いたシステムでも、裏端面からの光出力
があれば同様の方式によりAPC動作が可能である。しか
し、前記したように、裏面に高反射コートを施して高出
力化を図った素子では、裏面からのモニタ光を得ること
ができないため、従来の方式に変わる新たなAPC方式を
開発する必要が生じた。
B−LD直接変調方式と同様に、光ファイバへの入力光強
度を一定に保つ（この機能をAuto Power Control:APCと
呼ぶ）必要がある。従来のシステムではAPC動作を実現
するために、DFB−LDの裏端面からの光出力をPINフォト
ダイオードでモニタし、フォトダイオードの受光パワー
が一定となるようにLDのバイアス電流を調整していた。
集積化光源を用いたシステムでも、裏端面からの光出力
があれば同様の方式によりAPC動作が可能である。しか
し、前記したように、裏面に高反射コートを施して高出
力化を図った素子では、裏面からのモニタ光を得ること
ができないため、従来の方式に変わる新たなAPC方式を
開発する必要が生じた。
本発明の目的は、光源の裏面に光出力モニタ用のPIN
フォトダイオードを配置する必要がなく、APC動作が可
能な集積化光源装置を提供することにある。
フォトダイオードを配置する必要がなく、APC動作が可
能な集積化光源装置を提供することにある。
本発明による集積化光源装置は、半導体レーザと電界
吸収型光変調器とが１つの半導体基板に集積化された集
積化光源と、前記半導体レーザにレーザ発振のための直
流電源を注入する電気回路と、前記変調器に光の強度変
調を行うための信号電圧を加える電気回路と、前記光変
調器において光の吸収によって生じる光電流の平均値を
測定し、この光電流が常に一定となるように前記半導体
レーザに注入する直流電流を制御する機能とを備えた構
成である。
吸収型光変調器とが１つの半導体基板に集積化された集
積化光源と、前記半導体レーザにレーザ発振のための直
流電源を注入する電気回路と、前記変調器に光の強度変
調を行うための信号電圧を加える電気回路と、前記光変
調器において光の吸収によって生じる光電流の平均値を
測定し、この光電流が常に一定となるように前記半導体
レーザに注入する直流電流を制御する機能とを備えた構
成である。
集積化光源において、電界吸収型光変調器の吸収層に
形成されたpn接合部に、逆方向の信号電圧を加えると、
吸収層内部の吸収係数が変調され、その結果透過光の強
度が変調される。この時、変調信号のパルスのデューテ
ィを一定（通常は1/2）とすると、光変調器において吸
収によって生じる光電流は、レーザ部から光変調器に導
かれた全光出力に比例する。このことは、即ち光変調器
で発生する光電流と、光変調器を通過して出力される光
出力とが比例関係にあることを意味する。この原理を応
用すれば、光変調器で発生する光電流が常に一定となる
ように、レーザ部への注入電流を制御することによりAP
C動作が容易に得られる。
形成されたpn接合部に、逆方向の信号電圧を加えると、
吸収層内部の吸収係数が変調され、その結果透過光の強
度が変調される。この時、変調信号のパルスのデューテ
ィを一定（通常は1/2）とすると、光変調器において吸
収によって生じる光電流は、レーザ部から光変調器に導
かれた全光出力に比例する。このことは、即ち光変調器
で発生する光電流と、光変調器を通過して出力される光
出力とが比例関係にあることを意味する。この原理を応
用すれば、光変調器で発生する光電流が常に一定となる
ように、レーザ部への注入電流を制御することによりAP
C動作が容易に得られる。
〔実施例１〕 以下に本発明の実施例を図面に用いて詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明の第１の実施例である集積化光源装置
の構成を示すものである。まず集積化光源素子の構造に
ついては、前述した文献等に示されているため、ここで
は簡単に説明する。ｎ−Inp半導体基板１の表面のレー
ザ領域100に相当する部分に回折格子２が形成されてお
り、基板１の上全面に波長組成1.3μｍのｎ−InGaAsPガ
イド層３（厚さ0.1μｍ）が形成されている。ガイド層
３の上には、レーザ領域100に相当する部分にゲインピ
ーク波長1.55μｍのInGaAs/InGaAsP多重量子井戸活性層
４が、また光変調器部200に相当する部分に波長組成1.4
0μｍのInGaAsP光吸収層５（厚さ0.3μｍ）が互いに横
方向に接続する形で形成されている。そして、それらの
上にｐ−InPクラッド層６（厚さ２μｍ）が全面に形成
されており、更にその上のレーザ領域100及び変調器部2
00のそれぞれの領域に独立にp+−InGaAsPキャップ層７
を有している。キャップ層７の上にはレーザ部100と光
変調器200のｐ側電極８が、また基板１の下にはｎ側電
極９が形成されている。光変調器側端面には無反射コー
ティング膜10が、またレーザ側端面には高反射コーティ
ング膜11が形成されている。この集積化光源に公知のバ
イアス回路300、ドライブ回路400、モニタ回路500を図
示のように接続して集積化光源装置ができ上る。
の構成を示すものである。まず集積化光源素子の構造に
ついては、前述した文献等に示されているため、ここで
は簡単に説明する。ｎ−Inp半導体基板１の表面のレー
ザ領域100に相当する部分に回折格子２が形成されてお
り、基板１の上全面に波長組成1.3μｍのｎ−InGaAsPガ
イド層３（厚さ0.1μｍ）が形成されている。ガイド層
３の上には、レーザ領域100に相当する部分にゲインピ
ーク波長1.55μｍのInGaAs/InGaAsP多重量子井戸活性層
４が、また光変調器部200に相当する部分に波長組成1.4
0μｍのInGaAsP光吸収層５（厚さ0.3μｍ）が互いに横
方向に接続する形で形成されている。そして、それらの
上にｐ−InPクラッド層６（厚さ２μｍ）が全面に形成
されており、更にその上のレーザ領域100及び変調器部2
00のそれぞれの領域に独立にp+−InGaAsPキャップ層７
を有している。キャップ層７の上にはレーザ部100と光
変調器200のｐ側電極８が、また基板１の下にはｎ側電
極９が形成されている。光変調器側端面には無反射コー
ティング膜10が、またレーザ側端面には高反射コーティ
ング膜11が形成されている。この集積化光源に公知のバ
イアス回路300、ドライブ回路400、モニタ回路500を図
示のように接続して集積化光源装置ができ上る。
この集積化光源のレーザ部100に、バイアス回路300に
より直流電流を注入することによりレーザ発振を得た。
発振しきい値は20mAであった。レーザ部100に約100mAの
電流を注入しドライブ回路400からの信号電圧により光
変調器200において5Gb/sのランダムパルス変調を行っ
た。その結果、良好な変調波形が得られている光変調器
200からの光出力の平均は2mWである。光変調器200で発
生した光電流をモニタ回路500により測定したところ約2
mAであった。この光電流を一定に保つように、フィード
バックループ600によりバイアス回路300からレーザ部10
0への注入電流を制御した。
より直流電流を注入することによりレーザ発振を得た。
発振しきい値は20mAであった。レーザ部100に約100mAの
電流を注入しドライブ回路400からの信号電圧により光
変調器200において5Gb/sのランダムパルス変調を行っ
た。その結果、良好な変調波形が得られている光変調器
200からの光出力の平均は2mWである。光変調器200で発
生した光電流をモニタ回路500により測定したところ約2
mAであった。この光電流を一定に保つように、フィード
バックループ600によりバイアス回路300からレーザ部10
0への注入電流を制御した。
第２図に周囲の温度を変えた時の、上記APC制御を行
った場合と、そうでない場合との光出力の変動の様子を
示す。本発明のAPC制御により、０℃〜60℃の広い温度
範囲にわたって光出力の変動±0.5dB以下の低出力動作
が得られた。
った場合と、そうでない場合との光出力の変動の様子を
示す。本発明のAPC制御により、０℃〜60℃の広い温度
範囲にわたって光出力の変動±0.5dB以下の低出力動作
が得られた。
尚、本実施例では、集積化光源の構造の詳細について
は触れなかったが、半導体レーザ100及び電界吸収型光
変調器200は共にいかなる構造のものであっても本発明
の一般性は失われない。例えば、前者は分布ブラッグ反
射型のレーザ（DBR−LD）であってもよい。後者は吸収
層５にMQWを用いた謂ゆる量子閉じ込めシュタルク効果
を利用したものであってもよい。
は触れなかったが、半導体レーザ100及び電界吸収型光
変調器200は共にいかなる構造のものであっても本発明
の一般性は失われない。例えば、前者は分布ブラッグ反
射型のレーザ（DBR−LD）であってもよい。後者は吸収
層５にMQWを用いた謂ゆる量子閉じ込めシュタルク効果
を利用したものであってもよい。
〔実施例２〕 第３図に本発明の第２の実施例である集積化光源装置
の構成図を示す。本装置は、アレイ上に並んだ複数の波
長可変半導体レーザ100と電界吸収型光変調器200、それ
にスターカップラー700とを同一半導体基板１の上に集
積化した集積化光源を用いている。波長可変半導体レー
ザ100は、活性領域101,位相制御領域102,DBR領域103の
３領域からなるDBR−LDである。スターカップラー700は
半導体光導波路から形成されている。光変調器200は実
施例１と同様の構造をなしている。スターカップラー70
0の出力端には無反射コート膜10が形成されている。
の構成図を示す。本装置は、アレイ上に並んだ複数の波
長可変半導体レーザ100と電界吸収型光変調器200、それ
にスターカップラー700とを同一半導体基板１の上に集
積化した集積化光源を用いている。波長可変半導体レー
ザ100は、活性領域101,位相制御領域102,DBR領域103の
３領域からなるDBR−LDである。スターカップラー700は
半導体光導波路から形成されている。光変調器200は実
施例１と同様の構造をなしている。スターカップラー70
0の出力端には無反射コート膜10が形成されている。
この集積化光源に、公知のバイアス回路300、ドライ
ブ回路400、モニタ回路500、波長制御回路800を図示の
ような接続して集積化光源装置ができ上る。なお、図で
は集積化光源の一部の素子にしか接続されていないが、
実際は他の素子にも接続している。全ての接続を描くと
煩雑になるので一部のみ表示して他は図示略してある。
ブ回路400、モニタ回路500、波長制御回路800を図示の
ような接続して集積化光源装置ができ上る。なお、図で
は集積化光源の一部の素子にしか接続されていないが、
実際は他の素子にも接続している。全ての接続を描くと
煩雑になるので一部のみ表示して他は図示略してある。
この集積化光源は、位相制御領域102及びDBR領域103
に注入する電流を波長制御回路800によって調整するこ
とによって、レーザの発振波長を任意にコントロールで
きる。そのため、各レーザの発振波長を少しづつずらす
ことによって、光波長多重伝送用の光源として使用でき
る。
に注入する電流を波長制御回路800によって調整するこ
とによって、レーザの発振波長を任意にコントロールで
きる。そのため、各レーザの発振波長を少しづつずらす
ことによって、光波長多重伝送用の光源として使用でき
る。
本集積化光源装置においても、実施例１と同様に、バ
イアス回路500によって活性領域101に電流注入すること
でレーザ発振が生じ、そのレーザ光を光変調器200にお
いて、ドライブ回路400からの信号電圧によって強度変
調することができる。光変調器において発生する光電流
をモニタ回路500により測定し、光電流が一定となるよ
うに活性領域101に注入する電流をバイアス回路300によ
って制御することにより、スターカップラ700からの光
出力は、周囲温度の変化（０℃〜60℃）によらずほぼ一
定に保つことができた。
イアス回路500によって活性領域101に電流注入すること
でレーザ発振が生じ、そのレーザ光を光変調器200にお
いて、ドライブ回路400からの信号電圧によって強度変
調することができる。光変調器において発生する光電流
をモニタ回路500により測定し、光電流が一定となるよ
うに活性領域101に注入する電流をバイアス回路300によ
って制御することにより、スターカップラ700からの光
出力は、周囲温度の変化（０℃〜60℃）によらずほぼ一
定に保つことができた。
本発明による集積化光源装置では、APC動作のための
光源の裏面からの光出力モニタを必要としないため、光
源の後方端面に高反射コーティング膜を形成することに
より高出力動作が容易に実現される利点を有している。
光源の裏面からの光出力モニタを必要としないため、光
源の後方端面に高反射コーティング膜を形成することに
より高出力動作が容易に実現される利点を有している。
また、実施例２で示した様なアレイデバイスでは、そ
れぞれのチャンネル毎に従来の様な出力モニタ用のPIN
フォトダイオードを備えつけることは実装上不可能であ
る。本発明はこれらの問題点をも容易に解決するもので
ある。
れぞれのチャンネル毎に従来の様な出力モニタ用のPIN
フォトダイオードを備えつけることは実装上不可能であ
る。本発明はこれらの問題点をも容易に解決するもので
ある。
第１図，第３図は本発明の第1,第２の実施例である集積
化光源装置の構成図である。 第２図は実施例１の集積化光源の低出力動作を示した図
である。図において、１はｐ−InP基板、２は回折格
子、３はｎ−InGaAsPガイド層、４はMQW活性層、５はIn
GaAsPキャップ層、8,9は電極、10は無反射コーティング
膜、11は高反射コーティング膜、100はレーザ部、101は
活性領域3102は位相制御領域、103はDBR領域、200は光
変調器、300はバイアス回路、400はドライブ回路、500
は光電流モニタ回路、600はフィ−ドバックループ、700
はスターカップラー、800は波長制御回路である。
化光源装置の構成図である。 第２図は実施例１の集積化光源の低出力動作を示した図
である。図において、１はｐ−InP基板、２は回折格
子、３はｎ−InGaAsPガイド層、４はMQW活性層、５はIn
GaAsPキャップ層、8,9は電極、10は無反射コーティング
膜、11は高反射コーティング膜、100はレーザ部、101は
活性領域3102は位相制御領域、103はDBR領域、200は光
変調器、300はバイアス回路、400はドライブ回路、500
は光電流モニタ回路、600はフィ−ドバックループ、700
はスターカップラー、800は波長制御回路である。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体レーザと電界吸収型光変調器とが１
つの半導体基板に集積化された集積化光源と、前記半導
体レーザにレーザ発振のための直流電源を注入する電気
回路と、前記変調器に光の強度変調を行うための信号電
圧を加える電気回路と、前記光変調器において光の吸収
によって生じる光電流の平均値を測定し、この光電流が
常に一定となるように前記半導体レーザに注入する直流
電流を制御する機能とを備えたことを特徴とする集積化
光源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2286138A JP2616206B2 (ja) | 1990-10-24 | 1990-10-24 | 集積化光源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2286138A JP2616206B2 (ja) | 1990-10-24 | 1990-10-24 | 集積化光源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04162481A JPH04162481A (ja) | 1992-06-05 |
| JP2616206B2 true JP2616206B2 (ja) | 1997-06-04 |
Family
ID=17700429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2286138A Expired - Fee Related JP2616206B2 (ja) | 1990-10-24 | 1990-10-24 | 集積化光源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2616206B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8249465B2 (en) | 2007-03-30 | 2012-08-21 | Fujitsu Limited | Light transmitting apparatus and method for controlling the same |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4570319B2 (ja) * | 2001-09-28 | 2010-10-27 | 古河電気工業株式会社 | 半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよび半導体レーザ制御方法 |
| JP2008018190A (ja) * | 2006-07-14 | 2008-01-31 | Ge Medical Systems Global Technology Co Llc | 磁気共鳴イメージング装置 |
| WO2009008073A1 (ja) * | 2007-07-11 | 2009-01-15 | Fujitsu Limited | 光信号生成器および光信号生成方法 |
| JP6322154B2 (ja) * | 2015-03-23 | 2018-05-09 | 日本電信電話株式会社 | 光回路 |
-
1990
- 1990-10-24 JP JP2286138A patent/JP2616206B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8249465B2 (en) | 2007-03-30 | 2012-08-21 | Fujitsu Limited | Light transmitting apparatus and method for controlling the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04162481A (ja) | 1992-06-05 |
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