JP2695740B2 - All-optical regenerator - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光繊維通信および情報
電送システム、体型光学装置およびコンピュータ工学回
路(computer engineering circuit)のような分野に適
用され得る光信号形態のディジタル情報を処理すること
に関するもので、特に、光信号の再生、増幅およびスイ
ッチングを行い得る全光学(all-optical )半導体装置
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the processing of digital information in the form of optical signals applicable to fields such as fiber optic communication and information transmission systems, body optics and computer engineering circuits. More particularly, the present invention relates to an all-optical semiconductor device capable of reproducing, amplifying, and switching an optical signal.
【0002】[0002]
【従来の技術】途中に電子的な段階を経ないで、クロッ
ク回路(clock recovery)、パルス再整形(pulse resh
aping )、信号増幅と同じ機能を遂行する全光学素子に
対する要素が増大されてきた。全光学再生器を具現させ
るための一つの方法としては、全ての信号処理段階で光
信号のみ存在して高速遂行がなされ、望ましくは半導体
素子を採用して具現される簡単な構成を有するシステム
を構成することである。去る十年間、この方向にむけて
漸進的な開発がなされてきた。2. Description of the Related Art A clock circuit, a pulse reshuffling (pulse reshuff) without an electronic stage in the middle.
aping), elements for all optical elements that perform the same function as signal amplification have been increased. One method for realizing an all-optical regenerator is a system having a simple configuration in which only optical signals are present in all signal processing stages and high-speed execution is performed, and is preferably implemented using a semiconductor device. Is to configure. In the last decade, there has been a gradual development in this direction.
【0003】この様な、従来の装置の例が W.T,Tsangな
どによって1983年 Appl.phys.Lett,第43巻第4号 339
-341ページに掲載された "Mode-locked Semiconductor
Lasers With Gateable Output and Electrically Contr
ollable Optical Absorber"に開示されている。この装
置は、モードロック(mode-locked )半導体レーザー発
生のための三つの結合されたレーザーダイオードから構
成される。この装置において、第1レーザーダイオード
は光源として採用され、電気的に制御できる光吸収器
(Optical obsorber)と共に、可飽和(saturable abso
ber)を備えたモードロック光パルスを発生するレーザー
を形成する。第3ダイオードは電気的に制御され得るの
で、ピコセカンド(picosecond)(ps)光パルス出力へ
情報をコーティング(coding)できるモードロック半導
体レーザーを提供するための電子遮閉機として作用す
る。しかし、出力の制御に因る問題点はこの様な形態の
装置が全光学(completely opcal)処理をするのに障害
となる。また、この装置は、根本的に能動モードロッキ
ング(active modelocking)の為の外部グレーチング
(grating )を使用する実験室用の装置であるのでこの
装置の実用性は疑わしい。An example of such a conventional apparatus is disclosed in 1983, Appl. Phys. Lett, Vol. 43, No. 4, 339 by Tsang.
-Mode-locked Semiconductor on page 341
Lasers With Gateable Output and Electrically Contr
ollable Optical Absorber. This device consists of three coupled laser diodes for generating a mode-locked semiconductor laser. In this device, the first laser diode is used as a light source. The saturable abso together with the electrically controllable optical obsorber adopted
forming a laser that generates a mode-locked light pulse with ber). Since the third diode can be electrically controlled, it acts as an electronic shield to provide a mode-locked semiconductor laser that can code information into picosecond (ps) light pulse outputs. However, the problem of controlling the output hinders such an apparatus from performing completely opcal processing. Also, the utility of this device is questionable as it is essentially a laboratory device that uses external gratings for active modelocking.
【0004】多重電極半導体レーザーを使用してクロッ
ク周波数を選択できる他の装置がM.Jinno などによって
"All-Optical Timing Extraction Using a 1.59μm Se
lf-pulsating Multielectrode DFB LD" との題目の論文
でEL,Left.第24巻23号1426-1427 ページ(1988)に
提案された。これに記載されている装置は光注入ロッキ
ング(optical injection-locking )の条件で作動する
装置で入力パルスの影響下にクロック周波数に出力光パ
ルスを同期化させることができる。しかし、この装置も
信号を増幅させることができないし、信号の形状を再生
できないので光パルス(信号)の再生器ではない。[0004] Other devices that can select a clock frequency using a multi-electrode semiconductor laser are described by M. Jinno and others.
"All-Optical Timing Extraction Using a 1.59μm Se
LF-pulsating Multielectrode DFB LD ", which was proposed in EL, Left. Vol. 24, No. 23, pp. 1426-1427 (1988). The device described therein is optical injection-locking. ) Can synchronize the output light pulse to the clock frequency under the influence of the input pulse in a device that operates under the conditions described in item 2. However, this device also cannot amplify the signal and cannot reproduce the shape of the signal. It is not a pulse (signal) regenerator.
【0005】なお、使用するために考案されたまた他の
類型の装置としては M.JinnoおよびT.Nasumotoによって
"All-Optical Timing Extraction Using Optical Tank
Ci-rcuits" 題目の下で 100'89 Tecnical Pigest 会報
第4巻 96-97ページに掲載されたような一定な周波数を
調節するためのリング共振器(振動器)或いはファブリ
ーペロト(Fabry-Perot )干渉器を含み、この共振器は
リング共振器の一回往復にかかる時間(roundtrip tran
sit time)に一致する周期を有するパルスを発生する。
しかし、この様な装置も光信号の形および振幅をもって
情報信号の再整形ができないので、光信号の共振器では
ない。[0005] Other types of devices devised for use include those by M. Jinno and T. Nasumoto.
"All-Optical Timing Extraction Using Optical Tank
A ring resonator (vibrator) or Fabry-Perot (Fabry-Perot) for adjusting a constant frequency, as described in the 100'89 Tecnical Pigest Bulletin Vol.4, pages 96-97 under the title "Ci-rcuits" ) Including an interferometer, and the resonator takes one round trip time (roundtrip tran).
A pulse having a period corresponding to the sit time is generated.
However, such a device is not a resonator of an optical signal because the information signal cannot be reshaped with the shape and amplitude of the optical signal.
【0006】よく周知されている最近システムの一つと
しては、二つの光電伝効果装置(self-electro-optic e
ffect devices:SEED)に基盤を置いたもので、2dB の光
利得(optical gain)を有して信号を検出し、クロック
回復、デイタータイミング(timing)および信号クロッ
クイング(signal clocking)の様な、多様な機能の光信
号処理(optical signal processing)を遂行することが
できるが、前記SEEDは、並列LC回路を通じてバイアース
されている。C.R.Giles などの "All-Optic-alRegenera
tor"(El,Left.)第24巻、第24号、 848-850ページ
(1988)を参照するといい、しかし、実質的な観点から
見れば、この様な電気的素子等を備えたこの様な装置
は、全光(all-optical )最盛期として望ましくない。
更に、SEED自体の低い応答速度のために、この様な装置
からは回復可能なデイターのビット率に対する如何なる
向上も期待できない。この様な装置においては、約5キ
ロビット/秒のデータビット率が達成されたものと警告
されている。しかも、この装置は望む形状および/又は
パルスの幅を有する出力信号を発生させることができな
い。One of the more recent well-known systems is the use of two self-electro-optic devices.
It is based on ffect devices (SEED) and detects signals with 2dB optical gain, such as clock recovery, data timing (timing) and signal clocking (signal clocking). Although the SEED can perform various functions of optical signal processing, the SEED is grounded through a parallel LC circuit. "All-Optic-alRegenera" such as CRGiles
tor "(El, Left.) Vol. 24, No. 24, pp. 848-850 (1988), but from a practical point of view, such a device with such electrical elements and the like Such a device is not desirable as an all-optical heyday.
Furthermore, due to the low response speed of SEED itself, no improvement in the bit rate of recoverable data can be expected from such devices. In such devices, it has been warned that a data bit rate of about 5 kilobits / second has been achieved. Moreover, this device cannot generate an output signal having a desired shape and / or pulse width.
【0007】なお、技術的観点から、本発明に最も接近
する先行技術装置は1991年 3月19日に公告された米国特
許第5,001,523号に掲載された“光トランジス
ター(Optical Transistor)”と命名され、この“光ト
ランジスター”はチャンネル等によって多くの周波数の
放射を選択するばかりでなく、光信号を制御および増幅
させる為のものである。[0007] From a technical point of view, the prior art device closest to the present invention is disclosed in US Pat. No. 5,001,523 issued March 19, 1991, entitled "Optical Transistor". The "optical transistor" is used to control and amplify an optical signal as well as to select radiation of many frequencies depending on a channel or the like.
【0008】なお、この様な装置の長点は、この装置は
高増幅率を有し、光信号を制御できると、小型にデザイ
ンすることができるとのことである。また、一体型光素
子として、共振リング(resonance ring)を使用するに
よって高い良好度(qualityfactor)を有する共振器の
使用が可能である。The advantages of such a device are that the device has a high amplification factor and can be designed to be compact if it can control optical signals. In addition, a resonator having a high quality factor can be used by using a resonance ring as an integrated optical device.
【0009】しかし、この装置は欠陥を持っていて、こ
れ等の欠陥は多様なクロック周波数発生のための素子が
ないということと、出力光信号をクロック周波数に同期
化させないため、光信号を完全に再生し得ないというこ
とを含んでいる。However, this device has defects. These defects have no elements for generating various clock frequencies, and do not synchronize the output optical signal with the clock frequency. Including that it cannot be played back.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
主目的は、全ての光処理段階に光学信号が存在する、い
わゆる、全光学再生器を提供するもので、この全光学再
生器は入力光信号によって制御され、例として、前記光
信号の形状と振幅を規定する予め設定のパラメーターを
有する光信号を発生する等の、多様な光信号処理機能を
行い、出力光信号をクロック周波数に同期化させる。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is a primary object of the present invention to provide a so-called all-optical regenerator in which optical signals are present in all optical processing stages, wherein the all-optical regenerator is provided with an input light. Performs various optical signal processing functions, such as generating an optical signal having predetermined parameters that define the shape and amplitude of the optical signal, and synchronize the output optical signal to a clock frequency. Let it.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明によると、少なく
とも一つ以上の導波管、非線形リング共振器および指向
性結合器を備え、前記一つ以上の導波管は各々入力およ
び出力光接点を有し、前記非線形リング共振器は、前記
少なくとも一つの導波管の各々に結合され、前記各々の
指向性結合器は前記非線形リング共振器と前記少なくと
も一つ以上の導波管の各々との間に位置して、これらの
間の光結合を調節する手段を有し、前記非線形リング共
振器は、光放射源として作用するソースレーザと、クロ
ック周波数を発生する多重ソースレーザと、前記ソース
レーザと前記多重セクションレーザに対する空胴を形成
し、各々前記二つのレーザと前記非線形リング共振器内
の前記レーザなどに隣接した部分などの間のインターフ
ェイスなどの各々に提供されたミラーと、前記二つのレ
ーザと前記指向性結合器との間に提供されて、前記クロ
ック周波数に出力光信号を同期化させるための多数の位
相変調器と、前記ソースレーザ、前記多重セクションレ
ーザおよび前記多重位相変調器を制御するための手段
と、を備えることを特徴とする全光学再生器が提供され
る。According to the present invention, there is provided at least one or more waveguides, a non-linear ring resonator and a directional coupler, wherein the one or more waveguides are respectively input and output optical contacts. Wherein the nonlinear ring resonator is coupled to each of the at least one waveguide, and each of the directional couplers is coupled to the nonlinear ring resonator and each of the at least one or more waveguides. And means for adjusting optical coupling therebetween, wherein the non-linear ring resonator comprises: a source laser acting as a source of optical radiation; a multi-source laser generating a clock frequency; Forming a cavity for the laser and the multi-section laser, each of the interfaces and the like between the two lasers and a portion of the nonlinear ring resonator adjacent to the laser and the like. A provided mirror; a plurality of phase modulators provided between the two lasers and the directional coupler for synchronizing an output optical signal to the clock frequency; and the source laser; An all-optical regenerator comprising a section laser and means for controlling the multi-phase modulator.
【0012】本発明の装置は、前述した米国特許第5,
001,523号に開示された装置を含む、いずれかの
公知の従来技術とも区分される特別でかつ著しく優れる
特性を表す。これらの特性に対する幾つかの例は、次の
通りである。The apparatus of the present invention is disclosed in US Pat.
It exhibits special and significantly superior properties that are distinguished from any known prior art, including the device disclosed in U.S. Pat. Some examples for these properties are as follows.
【0013】(1)予め決定されたか或いは所望のパル
スの幅と大きさを有する出力信号の発生。(1) Generation of an output signal having a predetermined or desired pulse width and magnitude.
【0014】これは、単一(共通の)共振器を形成する
マルチセクション半導体レーザおよび位相変調器の作動
により本発明によってなされる。This is achieved according to the invention by the operation of a multi-section semiconductor laser and a phase modulator forming a single (common) resonator.
【0015】(2)クロック周波数の発生。(2) Generation of clock frequency.
【0016】この様な性能は、モードクロッキング条件
において可飽和吸収器と共に作動するマルチセクション
半導体レーザーに起因する。Such performance is due to a multi-section semiconductor laser operating with a saturable absorber in mode clocking conditions.
【0017】(3)クロック周波数との出力光信号の同
期化。(3) Synchronization of the output optical signal with the clock frequency.
【0018】この様な結果は、本発明によってマルチセ
クション半導体レーザの光放射がリング共振器の共通
(単一)光フィルド(optical field )に結合され、こ
の位相変調器によって制御されるので収得される。Such a result is obtained because, according to the invention, the light emission of the multisection semiconductor laser is coupled to a common (single) optical field of the ring resonator and controlled by this phase modulator. You.
【0019】(4)6乃至10nmの同調範囲(tunig ra
nge )に固定された周波数で、クロック周波数光信号の
発生および放出。(4) A tuning range of 6 to 10 nm (tunig ra)
nge) The generation and emission of a clock frequency optical signal at a fixed frequency.
【0020】この様なフレキシビリティは、マルチセク
ション半導体レーザーのセル(cells)内に流れる電流の
制御によって得られる。Such flexibility is obtained by controlling the current flowing in the cells of the multi-section semiconductor laser.
【0021】本発明による装置の前記および他の長点
は、再生器を構成する構成要素などを用いることによっ
て実現される。特に指向性結合器はチャンネルからの放
射を選択することにし(IEEE Journal of Quantum Elec
tronics,第17巻、第6号945-957 ページ(1981)に掲
載されたRod C.Alferness の"Guided Wave Device forO
ptical Comm-unication" 参照)、正帰還による双安定
化モード有することにする(1981.3.1に公告されたフラ
ンス特許第2464498号に開示された"Bistable Op
tical Device" 参照)。本発明装置の光帰還は非線形リ
ング共振器を使用するによって遂行される。したがって
指向性結合器は本質的に光学的双安定化モードが内在さ
れている光信号増幅の第1段階を構成する(V.M.And-re
ev,V.A.Verbitsky, S.A.Loneshevitch, "Optical Blsta
ble Swiching Divice", Communication Equipment Seri
es: "Wire Communication Engineering,第6巻 116-121
ページ参照)。The above and other advantages of the device according to the present invention are realized by using components constituting a regenerator and the like. In particular, directional couplers chose radiation from the channel (IEEE Journal of Quantum Elec
Rod C. Alferness's "Guided Wave Device for O" published in tronics, Vol. 17, No. 6, pp. 945-957 (1981).
ptical Comm-unication ") and have a bistable mode with positive feedback (" Bistable Op. "disclosed in French Patent No. 2464498 published on 1981.3.1).
The optical feedback of the device of the present invention is accomplished by using a non-linear ring resonator. Thus, the directional coupler is essentially a means of amplifying the optical signal where an optical bistable mode is inherent. Configure one stage (VMAnd-re
ev, VAVerbitsky, SALoneshevitch, "Optical Blsta
ble Swiching Divice ", Communication Equipment Seri
es: "Wire Communication Engineering, Vol. 6, 116-121
Page).
【0022】本装置の指向性結合器は、正常的な条件
(入力光信号なし)において、結合係数を最小限になる
よう調節される。入力信号が印加される場合、この様な
結合は帯形状の導波管と共に非線形指向性結合器を構成
する。非線形リング共振器の非線形特性によって増幅さ
れる。The directional coupler of the device is adjusted to minimize the coupling coefficient under normal conditions (no input optical signal). When an input signal is applied, such coupling forms a non-linear directional coupler with a band-shaped waveguide. It is amplified by the nonlinear characteristics of the nonlinear ring resonator.
【0023】指向性結合器に対する非線形リング共振器
においての光強度増加は、双安定非線形リング共振器内
のポンプイングの増加をもたらす。即ち、この様な固有
の特性は、図2に示された上部位置(upper position)
へ前記スイッチオン状態の遷移をなおさら加速する。こ
の場合、光結合は屈折率(結合導波管内の屈折率は結合
の係数および長さを決定する)の変化により増幅され
る。この結果は自己支持的(self supporting )であ
り、非線形リング共振器内の光強度が増加する方向に加
速される。The increase in light intensity in the nonlinear ring resonator relative to the directional coupler results in increased pumping in the bistable nonlinear ring resonator. That is, such a unique characteristic is the upper position shown in FIG.
Further, the transition of the switch-on state is further accelerated. In this case, optical coupling is amplified by changes in the refractive index (the refractive index in the coupling waveguide determines the coefficient and length of the coupling). The result is self supporting and is accelerated in the direction of increasing light intensity in the nonlinear ring resonator.
【0024】注入形半導体レーザーは、光放射のソース
として作用し、これらの共振器のミラーの中での一つを
通じて発生される光信号の強度を増加させるために使用
できるということは良く知られている(Optical and Qu
antum Electronics,21,Special Ampli-fiers,pp S-S25,
1989 参照)。It is well known that injection semiconductor lasers act as a source of light radiation and can be used to increase the intensity of the optical signal generated through one of the mirrors of these resonators. (Optical and Qu
antum Electronics, 21, Special Ampli-fiers, pp S-S25,
1989).
【0025】非線形共振器の応答は、非線形位相変調器
の屈折率nが変換されて非線形リング共振器が共振条件
に近くなるように転移され、それによって非線形リング
共振器内の光放射強度がもっと増加して、さらに位相変
調器の屈折率が変化される式に繰り返されてシステムが
共振条件になることにする特徴を有する。The response of the nonlinear resonator is shifted such that the index of refraction n of the nonlinear phase modulator is converted and the nonlinear ring resonator approaches the resonance condition, thereby increasing the light emission intensity within the nonlinear ring resonator. It has the characteristic that the system is brought into a resonance condition by repeating the equation in which the refractive index of the phase modulator is increased.
【0026】この様な共振条件のために前述した順序に
変化する光学システムは、段階的に上部位置に行く(K
h,Gibbs,Opticl Bistability,translated from Englis
Ed. by F.V.Karpus-hko,1988.)。Due to such resonance conditions, the optical system that changes in the order described above gradually goes to the upper position (K
h, Gibbs, Opticl Bistability, translated from Englis
Ed. By FVKarpus-hko, 1988.).
【0027】共振器の初期非同調(detuning)状態で、
発生された光信号の差動増幅が実現される。増幅係数
は、図2に示された特性曲線2の傾きにより決定され
る。増幅係数は実験的に示すように双安定システムの場
合、104 である(F.Tooley atal., "High Gain Signa
l Amplification in an InSb Transphasor at 77K",App
l,Phys.Lett.43,No.9,pp807-809. (1983))。本装置
を特徴とせしめる差等増幅は、次の様に三回に渡り遂行
される。即ち、 (1)非線形リング共振器に信号を印加するによって、
非線形リング共振器を通じての光帰還を有する指向性結
合器の双安定装置と; (2)入力信号と変調器内のクロック周波数との結合放
射および非線形リング共振器の共振調節(resonance ad
justment)により特性が左右される非線形位相変調器に
よって制御される非線形リング共振器と; (3)非線形リング共振器から信号が出力されるとき、
更に指向性結合器で行われる。In the initial detuning state of the resonator,
Differential amplification of the generated optical signal is realized. The amplification coefficient is determined by the slope of the characteristic curve 2 shown in FIG. The amplification factor is 10 4 for a bistable system as shown experimentally (F. Tooley atal., "High Gain Signa
l Amplification in an InSb Transphasor at 77K ", App
1, Phys. Lett. 43, No. 9, pp. 807-809. (1983)). The difference amplification which characterizes the present apparatus is performed three times as follows. (1) By applying a signal to the nonlinear ring resonator,
A directional coupler bistable device with optical feedback through the non-linear ring resonator; (2) coupling radiation of the input signal with the clock frequency in the modulator and resonance adjustment of the non-linear ring resonator
and (3) when a signal is output from the nonlinear ring resonator,
Further, it is performed by a directional coupler.
【0028】非線形リング共振器は、波長λに対して共
振特性を有するが、λは次の式によって定めることがで
きる。The nonlinear ring resonator has a resonance characteristic with respect to the wavelength λ, and λ can be determined by the following equation.
【0029】L=k(λ/2) (但し、kは定数;Lは共振器の長さ) レーザの光帰還を提供するこのような共振器は全システ
ムの共振器であり、図1に示された制御電極6の下に備
えられた非線形リング共振器導波管に形成された位相変
調器の補助によって制御および再調節される。L = k (λ / 2) (where k is a constant; L is the length of the resonator) Such a resonator that provides the optical feedback of the laser is the resonator of the entire system and is shown in FIG. It is controlled and readjusted with the aid of a phase modulator formed in a non-linear ring resonator waveguide provided below the control electrode 6 shown.
【0030】したがって、ソースレーザおよびマルチセ
クション半導体レーザからの放射と、全体システムの機
能素子および指向性結合器などとの間の結合は、非線形
リング共振器によって、また、位相変調器のパラメータ
ーなどを変化させて、制御できる。この制御は、非線形
リング共振器上に位置した電極6を通じて行われる。Therefore, the coupling between the radiation from the source laser and the multi-section semiconductor laser and the functional elements of the overall system and the directional coupler is controlled by the nonlinear ring resonator and the parameters of the phase modulator. It can be changed and controlled. This control is performed through the electrode 6 located on the nonlinear ring resonator.
【0031】可飽和吸収器(absorber)と共にモードロ
ック状態で作動する多重セクション半導体レーザは、数
分の一のPS(fraction of a PS)ないし数百のPSの
パルスの幅を有する周期的で、かつ連続的な光パルスが
得られることになる。この様な例えは、I.S.Goldobinに
よって1985年 Qantum Electronics 、第12巻第5号、
983-985ページに掲載された "Control of Generation
Spiking Mode of Two-component Heterolaser"とH.Kawa
guchi などによって1987年 Electron Lett,第23巻、
1088-1090ページに掲載された"Tunable Optical Wavel
ength Conversion Using a Multi-electrode DFB LB wi
th Saturable Absorber"に開示されている。多重半導体
レーザーによって発生した光パルスの往復所要時間は数
式2L1/cによって決定される。A multi-section semiconductor laser operating in mode-locked state with a saturable absorber is periodic, with a pulse width of a fraction of a PS to hundreds of PS, And a continuous light pulse is obtained. Such an analogy is given by ISGoldobin in 1985 Qantum Electronics, Vol. 12, No. 5,
"Control of Generation" published on pages 983-985
Spiking Mode of Two-component Heterolaser "and H. Kawa
guchi et al., 1987 Electron Lett, Vol. 23,
"Tunable Optical Wavel" on pages 1088-1090
length Conversion Using a Multi-electrode DFB LB wi
th Saturable Absorber. The reciprocation time of a light pulse generated by a multiple semiconductor laser is determined by the formula 2L 1 / c.
【0032】(L1 :半導体レーザーの共振器長さ。c
は半導体レーザーに適用し得るギガヘルツ(gigahertz)
範囲に対応する光信号の速度) 従がって、多重セクション半導体レーザーおよび指向性
結合器単一信号(共用)自己整合システム内への合体
は、入力信号の光放射(radiation )と、半導体レーザ
ーのおよび多重セクション半導体レーザーの光放射が空
間的に単一素子、即ち、非線形リング共振器の共振リン
グに結合され得ることにする。この共振器において、光
放射が出力されて、例えば、図6に示された通り、光出
力接点IIIおよびIXへ伝送される。(L 1 : resonator length of semiconductor laser. C)
Is gigahertz applicable to semiconductor lasers
Accordingly, the integration of a multi-section semiconductor laser and a directional coupler into a single-signal (shared) self-aligned system involves the radiation of the input signal and the radiation of the semiconductor laser. It is assumed that the light emission of the conventional and multi-section semiconductor lasers can be spatially coupled to a single element, namely the resonant ring of a non-linear ring resonator. In this resonator, light radiation is output and transmitted to light output contacts III and IX, for example, as shown in FIG.
【0033】この場合、出力光信号などは既設定され
た、または所望の振幅およびパルス幅に発生するし、増
幅は光学的な双安定効果によって発生する。In this case, the output optical signal or the like is generated at a preset or desired amplitude and pulse width, and the amplification is generated by an optical bistable effect.
【0034】クロック周波数との出力光信号の同期化
は、位相変調器によって遂行されるし、この位相変調器
は入力とクロック周波数信号が同期化されて供給される
場合にだけ作動される。The synchronization of the output optical signal with the clock frequency is performed by a phase modulator, which is activated only when the input and the clock frequency signal are supplied in a synchronized manner.
【0035】非線形リング共振器は、ソースレーザーお
よび多重セクション半導体レーザーに対する外部共振器
であり、出力光信号発生の単一周波数モードを更に設定
可能ある。T.Tamir によって編集された"Guided-Wave O
ptoeiectronics, Springer-Velag, 第26巻、 270-272
ページ(1988)に掲載されたI.P.Kaminov,R.S.Tuckerに
よる"Mode-controlled Semiconductor Lasers"を参照さ
れたい。The nonlinear ring resonator is an external resonator for the source laser and the multi-section semiconductor laser, and can further set a single frequency mode for generating an output optical signal. "Guided-Wave O" edited by T.Tamir
ptoeiectronics, Springer-Velag, Vol. 26, 270-272
See "Mode-controlled Semiconductor Lasers" by IPKaminov, RSTucker, page 1988.
【0036】電圧を変化させて光電媒体の屈折率を変更
する電極は、Δβキーで幅広く使用される。K.Tadaなど
による1979年"Theory and Experiment on Coupled-wave
Gude Optical Modulators with Schottky Contacts"、
Japan J.Appl.Phys.第18巻、第1号 393-398ページ
(1979)を参照されたい。Electrodes that change the refractive index of the photoelectric medium by changing the voltage are widely used with the Δβ key. 1979 "Theory and Experiment on Coupled-wave by K. Tada and others
Gude Optical Modulators with Schottky Contacts ",
Japan J. Appl. Phys. Vol. 18, No. 1, pp. 393-398 (1979).
【0037】本発明装置において、非線形リング共振器
上に設けた電極はクロック周波数の再同調を遂行するよ
うにし、その結果、出力光の周波数を同調させる。In the device of the present invention, the electrodes provided on the non-linear ring resonator perform re-tuning of the clock frequency, and as a result, tune the frequency of the output light.
【0038】指向性結合器の電極は、線形導波管と非線
形リング共振器との間の光結合程度を調整する機能を行
う。The electrodes of the directional coupler perform the function of adjusting the degree of optical coupling between the linear waveguide and the nonlinear ring resonator.
【0039】[0039]
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説
明すると、次の通りである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0040】本発明による光信号の全光学再生器は図1
に示されており、この全光学再生器は、非線形リング共
振器1、非線形共振器を中心に両側に位置する一対の線
形導波管2、光信号の増幅器および光源として作動する
ソース半導体3および多重セクション半導体4を含んで
いる。The all-optical regenerator for optical signals according to the present invention is shown in FIG.
This all-optical regenerator includes a non-linear ring resonator 1, a pair of linear waveguides 2 located on both sides of the non-linear resonator, a source semiconductor 3 operating as an optical signal amplifier and a light source, and A multi-section semiconductor 4 is included.
【0041】電極5は、導波管2とリング共振器1との
間で電圧V1 により光結合を制御し、指向性結合器10
を形成する。The electrode 5 controls the optical coupling between the waveguide 2 and the ring resonator 1 by the voltage V 1, and controls the directional coupler 10.
To form
【0042】非線形リング共振器1は、電極5上の電圧
V2 により出力信号の特性を同調および調節する。前記
電圧V2 は、位相変調器8を構成する四つの分離された
セクションに印加される。参照番号9は、レーザー3と
多重セクション半導体4のミラーを示したものである。The nonlinear ring resonator 1 tunes and adjusts the characteristics of the output signal by the voltage V 2 on the electrode 5. Said voltage V 2 is applied to four separate sections constituting the phase modulator 8. Reference numeral 9 indicates a mirror of the laser 3 and the multi-section semiconductor 4.
【0043】図2を参照すれば、図1に記述した全光学
再生器の出力特性は、位相変調器8内の光放射を表示す
る座標iおよび出力光放射を表すIと共に示されてい
る。双安定光学装置の特性は点線で示される。曲線1
は、差動増幅の特性を例示したもので、曲線2は本発明
に採用された光トランジスターの特性を示したものであ
る。Referring to FIG. 2, the output characteristics of the all-optical regenerator described in FIG. 1 are shown with coordinates i representing the light emission in the phase modulator 8 and I representing the output light emission. The characteristics of the bistable optical device are shown by the dotted lines. Curve 1
Shows the characteristic of the differential amplification, and curve 2 shows the characteristic of the optical transistor employed in the present invention.
【0044】光学的双安全性は、媒体が光放射In(入射
光放射)の臨界値を有することによって、整帰還の影響
により媒体内の光強さが増加するという事実から明らか
になる。The optical bistability is evident from the fact that the medium has a critical value of the light emission In (incident light emission), so that the light intensity in the medium increases due to the effects of ternary feedback.
【0045】出力光−入力光の特性、即ち、Iout =f
(Iin)(Iin:入力端においての光放射の強度、Iou
t ;出力端においての光放射の強度)は、急激な増加、
または不安定な条件を有し、この特性は光放射電磁界
と、例えば、採用された半導体媒体の原子との相互作用
に起因する(D.Miller等の"Optical Bistability in Se
miconductors" 、IEEE Journal of Quantom Electronic
s 、第17巻、第3号、312-317 ページ、(1981)、参
照)。The characteristic of output light-input light, that is, Iout = f
(Iin) (Iin: intensity of light radiation at the input end, Iou
t: the intensity of light emission at the output end)
Or has unstable conditions, and this property is due to the interaction of the light-emitting electromagnetic field with, for example, the atoms of the employed semiconductor medium (D. Miller et al., "Optical Bistability in Sequencing").
miconductors ", IEEE Journal of Quantom Electronic
s, Vol. 17, No. 3, pp. 312-317, (1981)).
【0046】実験レベルにおいて、双安定システムを得
るための可能性と条件などは、理論および実験的に研究
されてきており、安定な“下部(lower )”および“上
部(upper )”の二つの位置値および3極管(triode)
モードの特性、即ち、図2においての曲線Iに例示され
ているような非線形性を有する色々の物質に対する光信
号増幅も研究されてきた(A,Miller,D.Miller,S.Smith
によって "Dynamic Nonlinear Optical Processes in S
emiconductors,Advances in Physics 第30巻、第6
号、 690-800ページ、(1981)に掲載されている)。At the experimental level, the possibilities and conditions for obtaining a bistable system, etc., have been studied theoretically and experimentally and have two stable "lowers" and "upper". Position value and triode
Mode signal characteristics, that is, optical signal amplification for various materials having non-linearity as exemplified by curve I in FIG. 2, have also been studied (A, Miller, D. Miller, S. Smith).
By "Dynamic Nonlinear Optical Processes in S
emiconductors, Advances in Physics Vol. 30, No. 6
Issue, pages 690-800, (1981)).
【0047】半導体サンプルの超短(ultrashot)パルス
(例えば,ps以下)はモードロッキング方式、即ち、可
飽和吸収器により、レーザーの一定な反復度を維持する
によって得ることができる。多重セクション半導体レー
ザー4のセル等の中で一つは、本発明の望ましい実施例
によってかかる吸収器として作用し得る。Ultra short pulses (eg, sub-ps) of a semiconductor sample can be obtained by mode-locking, ie, by maintaining a constant repetition rate of the laser with a saturable absorber. One of the cells or the like of the multi-section semiconductor laser 4 can act as such an absorber according to a preferred embodiment of the present invention.
【0048】故に、本装置は、調節されたレーザのパル
ス幅とレーザーの周波数を有する一定で、かつ連続的な
短いパルスが発生されるようにし得る。前記パルス幅と
周波数は用いられた物質、幾何学的大きさ、電気信号お
よび可飽和吸収器に印加された電圧と多重セクション半
導体レーザーの活性部分においての電波などのような他
の要因子により左右される。Thus, the apparatus may be adapted to generate short, constant and continuous pulses having an adjusted laser pulse width and laser frequency. The pulse width and frequency may be affected by other factors such as the material used, the geometric size, the electrical signal and the voltage applied to the saturable absorber and the radio waves in the active part of the multi-section semiconductor laser. Is done.
【0049】図1に示された装置を作動する特殊な方法
はこれから記述する。The specific method of operating the device shown in FIG. 1 will now be described.
【0050】外部からの入力光信号がない場合、多重セ
クション半導体レーザー4などの電流は、第1セクショ
ンが可飽和吸収器(I′2 <0)として作用し、他の二
つのセクションなどの注入電流は、臨界値よりさらに大
きな値を有し、即ち、I″2およびI″2 >Ith(図
1)からなって、これらの二つのセクションが放射モー
ドにおいて作動する活性セクションになるように選択さ
れる。ソースレーザー3の電流値は臨界値より小さい。
即ち、I1 <Ithになる。When there is no external input optical signal, the current of the multi-section semiconductor laser 4 or the like is applied to the first section acting as a saturable absorber (I ′ 2 <0) and the injection of the other two sections. current has further a larger value than the critical value, i.e., I "2 and I"2> made of I th (Figure 1), so that these two sections is active sections operating in emission mode Selected. The current value of the source laser 3 is smaller than the critical value.
That is, I 1 <I th .
【0051】このように、非線形効果が現れはじめる臨
界値以下に位相変調器8の光放射の強度を調節する。即
ち、非線形リング共振器は、共振条件から外れており、
このような状態は図2の曲線1上の“下部”位置として
示される。As described above, the intensity of light emission of the phase modulator 8 is adjusted to be equal to or less than the critical value at which the nonlinear effect starts to appear. That is, the nonlinear ring resonator is out of the resonance condition,
Such a condition is shown as the "lower" position on curve 1 of FIG.
【0052】位相モードレーター8から光放射の強度が
臨界値(Ith)より大きい場合、光放射の急激な増加が
なされ、非線形リング共振器1は共振されるように同調
される。When the intensity of the light radiation from the phase mode modulator 8 is greater than the critical value (I th ), the light radiation increases sharply and the nonlinear ring resonator 1 is tuned to resonate.
【0053】実際、位相変調器に用いられた物質の屈折
率がn=n0 +nIr(n0 は光放射がない時の屈折率
であり、n2 は媒体非線形性係数である)のように、光
の強度Irに依存する場合、非線形リング共振器は、光
放射の強度が閾値に至り、屈折率が“下部”状態に対応
する値から変化する時の光双安定性効果の結果として、
“上部”位置または状態(図2のカーブ1で図示)に置
かれるようになる。この変化は、帰還およびレーザスイ
ッチングから起因する光強度の増加により影響を受け
る。明らかに規定されたリング共振器の性質により急に
発生する。In fact, the refractive index of the substance used in the phase modulator is n = n0 + nIr (n0 is the refractive index when there is no light emission, and n2 is the medium nonlinearity coefficient). When dependent on the intensity Ir, the nonlinear ring resonator will have the effect of optical bistability when the intensity of the light emission reaches a threshold and the refractive index changes from a value corresponding to the "low" state,
It will be placed in the "up" position or state (illustrated by curve 1 in FIG. 2). This change is affected by the increase in light intensity resulting from feedback and laser switching. It occurs abruptly due to the clearly defined nature of the ring resonator.
【0054】共振器内の光放出は共振器の光長さnLを
共振の方向へ変化させる。共振器内部の光フィールドの
増加は、共振周波数をさらに入力磁界の周波数へ行くこ
とにし、完全共振が起こるまで進行される。Light emission in the resonator changes the light length nL of the resonator in the direction of resonance. Increasing the optical field inside the resonator will proceed until the resonance has occurred, further shifting the resonance frequency to the frequency of the input magnetic field.
【0055】共振器1内部の光強度が増加することによ
って、光の注入により半導体レーザ3内の光フィールド
も増加し、電荷密度は減少して、レーザ活性領域内の屈
折率が増加することになり、ソースレーザ3は誘導放出
モードに転換することになり、これはさらにシステム内
の光フィールドの強度をさらに増大させて共振器1の作
用点を図2に曲線で示した通り、共振点に転換(jump)
させることになる。これは典型的な光トランジスタのモ
ードに対応する(Yu,L.Bystrov.S.A.Lomashevitch, Y
u.V.Svetikov により1992年 "Optical Transistor New
Fuctional Element of Engineering", Electrical Comm
unication,第1巻 22-25ページ参照) したがって、共振器における光フィールド強度の増加と
屈折率の変化は、図2に示された通り、公知の双安定性
装置と比較して、さらに大きい動的な領域と少ない臨界
値を持たせる。As the light intensity inside the cavity 1 increases, the light field in the semiconductor laser 3 also increases due to light injection, the charge density decreases, and the refractive index in the laser active region increases. Thus, the source laser 3 is switched to the stimulated emission mode, which further increases the intensity of the light field in the system and causes the point of action of the resonator 1 to become a resonance point as shown by the curve in FIG. Conversion
Will be. This corresponds to a typical phototransistor mode (Yu, L. Bystrov. SALomashevitch, Y
1992 "Optical Transistor New" by uVSvetikov
Fuctional Element of Engineering ", Electrical Comm
unication, Vol. 1, pp. 22-25) Therefore, the increase in the optical field strength and the change in the refractive index in the resonator, as shown in FIG. With a critical region and few critical values.
【0056】共振器の正常的な状態は、“下部”に位置
しており、これはスイッチ−オン状態に置かれることに
なる。この場合、多重セクション半導体レーザ4から発
生されるクロック周波数パルスと入力光パルスが同時に
作用する時にだけ、共振器内部に強度が臨界値を超過す
ることになる。The normal state of the resonator is located in the “bottom”, which will be put in the switched-on state. In this case, the intensity exceeds the critical value inside the resonator only when the clock frequency pulse generated from the multi-section semiconductor laser 4 and the input optical pulse act simultaneously.
【0057】図5は、入力IおよびIIを通じた入力光
信号の経路を表したものである。参照番号1,2および
10は、リンク共振器、線形導波管および指向性結合器
を表わし、図1示したことと同一である。FIG. 5 illustrates the path of an input optical signal through inputs I and II. Reference numerals 1, 2, and 10 represent a link resonator, a linear waveguide, and a directional coupler, and are the same as those shown in FIG.
【0058】外部からの入力信号iは、例えば、分割器
を用いて、装置の入力Iおよび入力IIに同時に印加さ
れる。入力Iを通じて通過する光信号は、指向性結合器
10を通じて非線形リング共振器(図5)に印加され、
ミラー9(図1)通じてかかる光信号の影響を受けてレ
ーザ放射モードに転換される半導体レーザ3に印加され
る。An external input signal i is applied simultaneously to the inputs I and II of the device, for example, using a divider. The optical signal passing through the input I is applied to the nonlinear ring resonator (FIG. 5) through the directional coupler 10,
The mirror 9 (FIG. 1) is applied to the semiconductor laser 3 which is converted into a laser emission mode under the influence of the optical signal.
【0059】装置が信頼性よく動作するために、外部か
らの入力パルスと多重セクション半導体レーザ4により
発生されたクロック周波数パルスを同期化することが必
要である。In order for the device to operate reliably, it is necessary to synchronize an external input pulse with a clock frequency pulse generated by the multi-section semiconductor laser 4.
【0060】したがって、入力光信号などは、また入力
IIを通じ、かつ指向性結合8を経て多重セクション半
導体レーザ4のミラー9に印加され、可飽和吸収器の光
強度を追加的に増加させて、図4cに示されたように、
多重セクション半導体レーザ4に印加されたパネル流れ
により光モード同期化が行われる。図4のa,bおよび
cは、入力パルスiのシーケンス(11001)へのク
ロック周波数パルスiT の同期化が行われる過程を示し
たものである。Accordingly, an input optical signal or the like is also applied to the mirror 9 of the multi-section semiconductor laser 4 through the input II and via the directional coupling 8 to additionally increase the light intensity of the saturable absorber, As shown in FIG. 4c,
Optical mode synchronization is performed by the panel flow applied to the multi-section semiconductor laser 4. FIGS. 4a, 4b and 4c show the process of synchronizing the clock frequency pulse i T to the sequence (11001) of the input pulse i.
【0061】クロック周波数パルスと入力パルスとの同
期化の結果、そのパルスは同時に位相変調器に印加され
る。非線形リング共振器の空胴は、位相変調器に印加さ
れた光放射強度が臨界値を超過する場合、光フィールド
によりスイッチ−オン状態に置かれることになる。かか
る臨界値の超過は、クロック周波数パルスと入力パルス
との間の同期化条件が満たされる時、即ち、二つの連続
したパルスが位相変調器8に同期化されて印加される
時、行われる。この場合、図3の出力パルスの発生モー
ドは、"Unity"(1)に対応する。図3は、また、シーケン
ス(11001)の出力光信号の発生を例示したのであ
り、I0 は光ポンピング、iは入力パルスの強度,iT
はクロック周波数パルスの強度を表わす。As a result of the synchronization between the clock frequency pulse and the input pulse, the pulse is simultaneously applied to the phase modulator. The cavity of the nonlinear ring resonator will be switched on by the light field if the light radiation intensity applied to the phase modulator exceeds a critical value. Exceeding the critical value occurs when the synchronization condition between the clock frequency pulse and the input pulse is satisfied, that is, when two consecutive pulses are synchronized and applied to the phase modulator 8. In this case, the output pulse generation mode in FIG. 3 corresponds to "Unity" (1). FIG. 3 also illustrates the generation of the output optical signal of the sequence (11001), where I 0 is optical pumping, i is the input pulse intensity, and i T
Represents the intensity of the clock frequency pulse.
【0062】図6は、出力光接点IIIおよびIVを通
じた出力光信号の経路を例示したものである。残りの参
照番号などは図5に示されたものと同一である。光信号
は指向結合器を通じて非線形リング共振器1から出力光
接点IIおよびIVへ伝送される。FIG. 6 illustrates the path of the output optical signal through the output optical contacts III and IV. The remaining reference numerals and the like are the same as those shown in FIG. The optical signal is transmitted from the nonlinear ring resonator 1 through the directional coupler to the output optical contacts II and IV.
【0063】出力パルスの幅は、多重セクション半導体
レーザのパルス幅と同一である。即ち、出力パルスの幅
は多重セクション半導体レーザ4のセルから注入された
電源の不均一度と材料および設計パラメータにより数分
の一のpsから数百のpsまでの範囲内にある。したが
って、半導体レーザ4の大きさおよび材料の選択は、再
発生された出力パルスの要求されるパルス幅を得るため
に、戦略的に行われる。The width of the output pulse is the same as the pulse width of the multi-section semiconductor laser. That is, the width of the output pulse is in the range from a fraction of ps to hundreds of ps depending on the non-uniformity of the power supply injected from the cells of the multi-section semiconductor laser 4 and the material and design parameters. Therefore, the selection of the size and material of the semiconductor laser 4 is made strategically in order to obtain the required pulse width of the regenerated output pulse.
【0064】出力光信号Iの大きさは、図2および図3
に示された光トランジスタの曲線2の線形部分の傾きに
より決定される値に増幅される。曲線2の傾きは、材料
および設計パラメータにより調節され、この装置の製造
の時、既設定されるか、位相変調器8に電圧を印加する
ことによって、または屈折率の注入された電荷量に対す
る依存度によりマルチセクション半導体レーザ4および
ソースレーザ3(図1)に印加された電波を制御するこ
とによって変更され得る。したがって、同期化された入
力光パルスiおよびクロック周波数パルスiT (図3)
を位相変調器8に印加することによって、非線形リング
共振器1が位相変調器8内の媒体にアバランシ形変化を
起こす、前述の過程を開示するに十分な光強度を持たせ
て、非線形共振器の光長さの変化および媒体内の共振条
件を招いて、結果的に、非線形リング共振器の共振同調
の変化、光放射強度の急激な増加をもたらして全システ
ムが上部条件位置へ転移する。The magnitude of the output optical signal I is shown in FIGS.
Is amplified to a value determined by the slope of the linear portion of curve 2 of the phototransistor shown in FIG. The slope of curve 2 is adjusted by the material and design parameters and is preset at the time of manufacture of this device, or by applying a voltage to the phase modulator 8 or by the dependence of the refractive index on the amount of injected charge. The degree can be changed by controlling the radio waves applied to the multi-section semiconductor laser 4 and the source laser 3 (FIG. 1). Therefore, the synchronized input light pulse i and clock frequency pulse i T (FIG. 3)
Is applied to the phase modulator 8 so that the nonlinear ring resonator 1 causes an avalanche change in the medium in the phase modulator 8 so that the nonlinear resonator 1 has sufficient light intensity to disclose the above-described process. Changes in the optical length and resonant conditions in the medium, resulting in a change in the resonance tuning of the nonlinear ring resonator, a sharp increase in light emission intensity, and a transition of the entire system to the upper condition position.
【0065】非同調θ0 (非線形リング共振器1の非同
調位相角)およびθ1 (光双安定性モードにおける指向
性結合器10の非同調位相角)パラメータに対する制限
条件などが満たされる場合に、光トランジスタ、即ち、
非線形リング共振器の差動増幅特性が実現される。(図
3)。When the limiting conditions for the non-tuning θ 0 (non-tuning phase angle of the nonlinear ring resonator 1) and θ 1 (non-tuning phase angle of the directional coupler 10 in the optical bistability mode) parameters are satisfied, , An optical transistor, ie,
The differential amplification characteristics of the nonlinear ring resonator are realized. (FIG. 3).
【0066】図1に示された電流I1 およびI2 (即ち
I2 ′,I2 ″およびI2 ″′)による光信号増幅モー
ドにおける動作中、図3と係わって規定された強さI0
は特性曲線I=f(i)の動作点に対応して調節され
る。During operation in the optical signal amplification mode with the currents I 1 and I 2 (ie, I 2 ′, I 2 ″ and I 2 ″ ″) shown in FIG. 1, the intensity I defined in connection with FIG. 0
Is adjusted corresponding to the operating point of the characteristic curve I = f (i).
【0067】光信号の増幅され再発生されたパルスなど
は、クロック周波数に一致して出力光接点IIIおよび
IV(図6)から狭いスペクトラム領域(非線形リング
共振器の共振点における、高い良好感度はかかる過程を
促進する)へ出力される。The amplified and regenerated pulses of the optical signal are output from the output optical contacts III and IV (FIG. 6) in a narrow spectral region (high resonance sensitivity at the resonance point of the nonlinear ring resonator) in accordance with the clock frequency. To facilitate this process).
【0068】3元素(例として、GaAlAs)または
4元素(例として、InGaAsP)からなったIII
−V族化合物半導体などは、本発明による装置を製造す
るために用いられ、この装置の組成は光の波長により選
択される。前述のような半導体構造などは液状エピタク
シー、気状エピタクシー、分子ビームエピタクシー(M
BE)および有機金属化学気相蒸着(MOCVD)のよ
うなエピタキシャル技法を用いて成長される。かかる技
法などは、文献に記述されており、当業者に公知されて
いる。III made of three elements (for example, GaAlAs) or four elements (for example, InGaAsP)
-V compound semiconductors and the like are used for manufacturing the device according to the present invention, and the composition of the device is selected according to the wavelength of light. Semiconductor structures such as those described above include liquid epitaxy, gas epitaxy, and molecular beam epitaxy (M
It is grown using epitaxial techniques such as BE) and metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). Such techniques and the like are described in the literature and are known to those skilled in the art.
【0069】再発生器の内の活性セルなどの設計および
構造は、前述のような任意の方法により具現され得、こ
のセルは非線形リング共振器内の対応する食刻された井
などに挿入される。この挿入は、インジウム接着物を用
いることによって行われる。The design and structure of the active cell, etc., of the regenerator can be embodied in any of the ways described above, which cells are inserted into the corresponding etched wells, etc., in the nonlinear ring resonator. You. This insertion is performed by using an indium adhesive.
【0070】次のような構造などは、本発明を製造する
ためには望ましく用いられる。The following structure and the like are preferably used for manufacturing the present invention.
【0071】1.二重ヘテロ構造は、ソースレーザ3お
よびマチセクション半導体レーザー4で用いられる。1. The double heterostructure is used in the source laser 3 and the multisection semiconductor laser 4.
【0072】2.簡単な構造は、リング共振器全体に亘
って分布活性層を合体することによって行われる。かか
る活性層の形成は垂直方向に沿ってヘテロ構造を成長さ
せることによって行われる。図7aはリング共振器の平
面図を示し、図7bは図7aのライン(A−A)の断面
を示している。図7aに示された参照番号11は、金属
接点を表わす。図7bは金属接点11、分離層12、バ
ッファ層13、導波管層14、活性層15、他の導波管
層16および下部接点17を備える帯形状の構造を例示
する。平面上の活性層の規定は、図7aのリング状の接
点および図7bに示されたような帯形状の構造からな
る。2. A simple structure is achieved by combining a distributed active layer over the entire ring resonator. The formation of such an active layer is performed by growing a heterostructure along a vertical direction. FIG. 7a shows a plan view of the ring resonator, and FIG. 7b shows a cross section along line (AA) of FIG. 7a. Reference numeral 11 shown in FIG. 7a represents a metal contact. FIG. 7b illustrates a band-shaped structure comprising a metal contact 11, a separation layer 12, a buffer layer 13, a waveguide layer 14, an active layer 15, another waveguide layer 16 and a lower contact 17. The definition of the active layer on the plane consists of the ring-shaped contacts of FIG. 7a and the band-shaped structure as shown in FIG. 7b.
【0073】図8に示されたような埋立されたヘテロ構
造内に狭い活性層を作ることは、活性層を限らせる他の
方法を表す。図8には、n−GaAs接続層21、n−
AlGaAs保護層22、AlGaAs活性層23、p
−AlGaAs保護層24、n−AlGaAs埋立層2
5、n−GaAs接続層26オーム接点27、基盤層2
8およびZn拡散領域29を示す。これらは図1のミラ
ー9を用いなくとも可能な構造である。Making a narrow active layer in a buried heterostructure as shown in FIG. 8 represents another way to limit the active layer. FIG. 8 shows an n-GaAs connection layer 21 and an n-
AlGaAs protective layer 22, AlGaAs active layer 23, p
-AlGaAs protective layer 24, n-AlGaAs buried layer 2
5, n-GaAs connection layer 26 ohmic contact 27, base layer 2
8 and the Zn diffusion region 29 are shown. These are possible structures without using the mirror 9 of FIG.
【0074】3.超高速情報伝送の実現は、活性セルな
どの間の電磁界を通じた光学的な通信を通じて可能であ
る。非常に速い速度で光信号を発生し得る装置を製造す
るために、一体型光学装置内にレーザ用ミラーなどを提
供することが要求される。3. Realization of ultra-high-speed information transmission is possible through optical communication through an electromagnetic field between active cells and the like. In order to manufacture a device capable of generating an optical signal at a very high speed, it is required to provide a laser mirror or the like in an integrated optical device.
【0075】図9は、波長が1.5ないし1.6μmで
ある範囲内で作動し得るInGaAsPシステムからな
る第2構造を示したものてある。矢印は光放射方向を表
し、また、基盤層31、導波管層32、活性層33、他
の導波管層34、制限層35、オーム接点36、分離層
37、他のオーム接点38、及びブラググリッド39が
示されている。かかる構造を作るために、液状エピタク
シ、MBE、MOCVD、湿式食刻およびホログラフィ
ー石販術のような技法が用いられる。FIG. 9 shows a second structure consisting of an InGaAsP system that can operate in the wavelength range of 1.5 to 1.6 μm. Arrows indicate the direction of light emission, and indicate the base layer 31, the waveguide layer 32, the active layer 33, the other waveguide layer 34, the limiting layer 35, the ohmic contact 36, the separation layer 37, the other ohmic contact 38, And a Bragg grid 39 are shown. Techniques such as liquid epitaxy, MBE, MOCVD, wet etching and holographic lithography are used to make such structures.
【0076】通常、次のパラメータなどが望ましく用い
られる。Usually, the following parameters are desirably used.
【0077】−活性領域:60μmないし250μm −帯形状接点の幅:2μmないし5μm −活性層厚さ:0.3μmないし0.7μm 分布ブラグミラーなどは、活性領域などの間の空間に望
ましく配置されており、300ないし400μmで大き
さが制限されている。Active area: 60 μm to 250 μm Band-shaped contact width: 2 μm to 5 μm Active layer thickness: 0.3 μm to 0.7 μm Distributed Bragg mirrors are desirably arranged in the space between the active areas. And the size is limited to 300 to 400 μm.
【0078】前述のような設計は、例えば、図10に示
された量子井の構造によっても実現され得る。図10
は、この装置で用いられる半導体などの代表的な量子井
の構造を示し、その構造内の層などの典型的な組成、電
荷密度および厚さを表す。The above-described design can be realized by, for example, the quantum well structure shown in FIG. FIG.
Indicates the structure of a typical quantum well, such as a semiconductor, used in this device, and represents the typical composition, charge density, and thickness of the layers, etc. within that structure.
【0079】[0079]
【発明の効果】本発明によると、いろいろの長所が得ら
れるが、この長所の中、一部を要約すると、次の通りで
ある。According to the present invention, various advantages are obtained. Some of the advantages are summarized as follows.
【0080】1.光繊維の経路に沿って通過する過程で
形状が歪曲されて持続時間が長くなった光信号再生; 2.クロック周波数パルスなどの発生およびクロック周
波数などと情報信号のシーケンスとの同期化; 3.6ないし10nm波長の同調範囲内の光発生器モー
ドで作動する能力; 4.動作モードを光トランジスタモードで選択し、光チ
ャンネルなどの間に出力信号を分布または選択し得る能
力。1. 1. Reproduction of an optical signal whose duration is prolonged due to distortion in the process of passing along the optical fiber path; 3. Generation of clock frequency pulses and the like and synchronization of the clock signal and the sequence of information signals; 3.6 Ability to operate in a light generator mode within the tuning range of 6-10 nm wavelength; The ability to select the operating mode in the phototransistor mode and to distribute or select the output signal between optical channels and the like.
【図1】本発明の望ましい実施例による全光学再生器の
平面図である。FIG. 1 is a plan view of an all-optical regenerator according to a preferred embodiment of the present invention.
【図2】図1の全光学再生器における双安定性特徴を示
す図面である。FIG. 2 is a diagram illustrating a bistability feature of the all-optical regenerator of FIG. 1;
【図3】入力パルス(11001)とクロック周波数パ
ルス(1111)が一致する時の装置の信号増幅の作動
を示した図面である。FIG. 3 is a diagram illustrating an operation of signal amplification of the apparatus when an input pulse (11001) and a clock frequency pulse (1111) coincide with each other.
【図4】入力光信号に一致してクロック周波数パルスを
リクロックと同期化する手順を説明した図面である。FIG. 4 is a diagram illustrating a procedure for synchronizing a clock frequency pulse with a reclock in accordance with an input optical signal.
【図5】点線で直四角形に示した指向性結合器を通じ、
導波管からの入力光学信号の非線形共振器内への経路を
示す図面である。FIG. 5: Through a directional coupler shown as a rectangle by a dotted line,
5 is a diagram showing a path of an input optical signal from a waveguide into a nonlinear resonator.
【図6】導波管2の光接点III 及びIVへの非線形リング
共振器から発生した出力光信号の経路を示す図面であ
る。FIG. 6 is a diagram showing a path of an output optical signal generated from a nonlinear ring resonator to optical contacts III and IV of the waveguide 2.
【図7】a:一定に分布された活性媒体の場合の電気接
続配線図である。 b:本発明で用いられる典型的な半導体構造の断面図で
ある。FIG. 7a is an electrical connection wiring diagram for a uniformly distributed active medium. b: sectional view of a typical semiconductor structure used in the present invention.
【図8】AlGaAsの二重ヘテロ構造体(double het
erostructure)断面図である。FIG. 8 shows a double hetero structure of AlGaAs.
(erostructure) FIG.
【図9】分布ブレグ(Bregg )ミラーが提供された主要
装置要素の統合光学構造を示す図面である。FIG. 9 is a view showing an integrated optical structure of a main device element provided with a distributed Bregg mirror.
【図10】本実施例で用いられる典型的な半導体の量子
井の構造に関するデータ等を示すものである。FIG. 10 shows data related to the structure of a quantum well of a typical semiconductor used in the present embodiment.
1 非線形リング共振器 2 一対の線形導波管 3 ソースレーザ 4 多重セクショクン半導体レーザ 5,6 電極 8 位相変調器 9 ミラー 10 指向性結合器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Non-linear ring resonator 2 A pair of linear waveguides 3 Source laser 4 Multiple section semiconductor laser 5, 6 Electrode 8 Phase modulator 9 Mirror 10 Directional coupler
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04B 10/04 H04B 9/00 L 10/06 10/142 10/152 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Agency reference number FI Technical display location H04B 10/04 H04B 9/00 L 10/06 10/142 10/152
Claims (10)
ング共振器および指向性結合器を備え、前記一つ以上の
導波管は各々光信号に対する入力および出力光接点を有
し、前記非線形リング共振器は、前記少なくとも一つの
導波管の各々に結合され、前記各々の指向性結合器は前
記非線形リング共振器と前記少なくとも一つ以上の導波
管の各々との間に位置して、これらの間の光結合を調節
する手段を有し、 前記非線形リング共振器は、 光放射源として作用するソースレーザと、 クロック周波数を発生する多量セクションレーザと、 前記ソースレーザと前記多重セクションレーザに対する
空胴を形成し、各々前記二つのレーザと前記非線形リン
グ共振器内の前記レーザ等に隣接した部分などの間のイ
ンターフェイスなどの各々に提供されたミラーと、 前記二つのレーザと前記指向性結合器との間に提供され
て、前記クロック周波数に出力光信号を同期化させるた
めの多数の位相変調器と、 前記ソースレーザ、前記多重セクションレーザおよび前
記多重位相変調器を制御するための手段と、を備えるこ
とを特徴とする全光学再生器。The invention further comprises at least one waveguide, a non-linear ring resonator, and a directional coupler, the one or more waveguides each having an input and an output optical contact for an optical signal; A ring resonator is coupled to each of the at least one waveguide, and each of the directional couplers is located between the non-linear ring resonator and each of the at least one or more waveguides. Means for adjusting the optical coupling therebetween, the nonlinear ring resonator comprising: a source laser acting as a light radiation source; a mass section laser generating a clock frequency; the source laser and the multi-section laser. , And each is provided with an interface or the like between the two lasers and a portion adjacent to the laser or the like in the nonlinear ring resonator. A plurality of phase modulators provided between the two lasers and the directional coupler for synchronizing an output optical signal to the clock frequency; the source laser, the multi-section laser, and Means for controlling the multi-phase modulator, the all-optical regenerator.
ブラグミラー(Bragg mirrer) 形状から形成されるか又
はブラググリッド(Bragg grid)形状の分布帰還(dist
ributed feedback)構造により代替されたことを特徴と
する請求項1記載の全光学再生器。2. The mirrors of the two lasers,
Distributed feedback (dist) formed from a Bragg mirror shape or a Bragg grid shape
2. The all-optical regenerator according to claim 1, wherein the all-optical regenerator is replaced by a ributed feedback) structure.
レーザおよび前記多重位相変調器を制御する手段は、電
流および電圧を調節する手段を含んでいることを特徴と
する請求項1又は2記載の全光学再生器。3. The all-optical device according to claim 1, wherein the means for controlling the source laser, the multi-section laser, and the multi-phase modulator includes means for adjusting current and voltage. Regenerator.
ることを特徴とする請求項3記載の全光学再生器。4. The all-optical regenerator according to claim 3, wherein the phase modulator is a non-linear phase modulator.
異なる半導体物質から製造されたことを特徴とする請求
項4記載の全光学再生器。5. The all-optical regenerator according to claim 4, wherein the two lasers are manufactured from the same or different semiconductor materials.
収器として作用するセクションを有することを特徴とす
る請求項5記載の全光学再生器。6. The all-optical regenerator according to claim 5, wherein the multi-section laser has a section acting as a saturable absorber.
関係として、前記非線形リング共振器の外部に位置する
二つの線形導波管を備えたことを特徴とする請求項6記
載の全光学再生器。7. The all-optical reproduction according to claim 6, wherein two linear waveguides located outside the non-linear ring resonator are provided as a radially opposed relationship of the ring resonator. vessel.
手段は、電源および電圧を調節する手段を含んでいるこ
とを特徴とする請求項7記載の全光学再生器。8. The all-optical regenerator according to claim 7, wherein said adjusting means included in said directional coupler includes means for adjusting a power supply and a voltage.
形リング共振器へ入る時、前記非線形リング共振器を通
じる光帰還により前記指向性結合器で行われ、前記光信
号が前記非線形リング共振器内にある時、前記非線形リ
ング共振器で行われ、また、前記光信号が前記非線形リ
ング共振器から出て来る時、前記指向性結合器で遂行さ
れることを特徴とする請求項8記載の全光学再生器。9. The amplification of an optical signal is performed in the directional coupler by optical feedback through the nonlinear ring resonator when the optical signal enters the nonlinear ring resonator, and the optical signal is amplified by the nonlinear ring resonator. 9. The directional coupler according to claim 8, wherein the directional coupler is performed when the optical signal comes out of the non-linear ring resonator when in the resonator. All-optical regenerator as described.
活性層を有することを特徴とする請求項5記載の全光学
再生器。10. The all-optical regenerator according to claim 5, wherein the two lasers have a plurality of quantum well active layers.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP5167163A JP2695740B2 (en) | 1993-07-06 | 1993-07-06 | All-optical regenerator |
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JPH07287202A JPH07287202A (en) | 1995-10-31 |
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Family
ID=15844591
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JP5167163A Expired - Lifetime JP2695740B2 (en) | 1993-07-06 | 1993-07-06 | All-optical regenerator |
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-
1993
- 1993-07-06 JP JP5167163A patent/JP2695740B2/en not_active Expired - Lifetime
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