JP2716125B2 - 光増幅器 - Google Patents

光増幅器

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    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光通信交換システム等において用いられ、
光信号を増幅する光増幅器に関する。 (従来の技術) 光通信、光交換システムに於て、伝送距離の増大や光
スイッチ,光分岐等のデバイスの挿入損失の補償を考え
ると、光信号の増幅を行なう光増幅器は重要なデバイス
である。光増幅器としては光ファイバの非線形を利用し
たものも考えられるが、半導体レーザの利得機構を利用
した半導体レーザ光増幅器(以下LDアンプと略す)は小
型,高効率,高利得等の特徴を持ち、他の半導体デバイ
スとの集積化が可能なことから最も有望なものである。 LDアンプとしては、これ迄通常のファブリ・ペロー
(F.P)型または分布帰還(DFB)型LDの2つの出力端面
の一方を光入力、他方を光出力用に用いたF.B型,DFB型
と、F.P型の入出力端面に無反射コートを施した進行波
(TW)型が知られている。これらのうちF.P型,DFB型は
注入電流の増大により比較的容易に発振に至り、発振に
近づくにつれ共振器のQが高まるから、利得に鋭い波長
選択性が生じる。そこで、F.P型及びDFB型で高利得動作
を得るには、入力光の波長と利得のピーク波長とを正確
に合わせる必要があり、動作温度,電流を精密に制御し
なくてはならない。これに対し、TW型では平坦な利得波
長帯域特性が得られ、かつ高利得係数状態で動作させる
ことが可能であるから、安定に高い特性が得られる。実
際、端面反射率を0.01%程度に迄低減したTW型LDアンプ
では20dB以上の利得,1000Å近い波長帯域が得られてい
る(斎藤他:電子通信学会技術報告OQE86−114)。 (発明が解決しようとする問題点) しかしながら、TW型LDアンプでは信号光と共に自身の
出す自然放出光も広い波長帯域に渡り増幅されて出力さ
れる。この自然放出光はランダムな位相を持つ雑音源で
あり、TW型LDアンプの出力の信号対雑音比(S/N)を劣
化させる。この自然放出光の波長帯域は信号光に比べ非
常に広いので波長フィルタによりこの影響を除くことが
提案されている。しかし、このような目的で用いる波長
フィルタには非常に狭い通過波長帯域幅が要求される。
一例として、1.55μm帯の1Gb/S信号の受信系でPIN/FET
受信器の前置増幅器としてTW型LDアンプを用いることを
考えると、通過波長帯域幅0.8Å以下の波長フィルタを
用いないとInGaAs−APDに対して受信感度の上でメリッ
トは生じない(雑誌「アイ・イー・イー・イー・ジャー
ナル・オブ・ライトウェイブ・テクノロジィ(IEEE Jou
rnal of lightwave Technology)、第LT−2巻,頁403
〜406,1984年」)。このような波長フィルタの使用は実
質的でなはなく、TW型LDアンプ使用の上では雑音特性の
改善が大きな問題となっている。 本発明の目的は、このような問題を除き、雑音特性の
優れた光増幅器を提供することにある。 (問題点を解決するための手段) 前述の問題点を解決するために本発明が提供する手段
は、半導体レーザの共振器のミラーとなる2つの端面に
無反射コート膜を形成した進行波型半導体レーザ構造の
光増幅器であって、前記共振器の光軸の内の少なくとも
一部の領域に可飽和吸収体を含むことを特徴とする。 (作用) TW型LDアンプに於いては一般的な使用状態では増幅さ
れた信号光強度の方が雑音となる自然放出光強度に比べ
大きい。本発明はこの光強度の差を利用して可飽和吸収
体を用いることにより雑音源となる自然放出光の除去を
行なうものである。 第2図は本発明に用いる可飽和吸収体の機能を説明す
るための図である。可飽和吸収体は第2図(a)の特性
線を示すように入射光の光強度の増加に対し光吸収係数
が減少するような媒質である。このような現象は入射光
により電子が励起される準位が、光強度の増加により完
全に充てんされるような場合に現れるもので、色素や半
導体等で見られる。可飽和吸収体の光入出力特性は第2
図(b)のようになる。このような媒質に雑音光が重量
された信号パルス対が入力されると、第2図(b)に示
すように閾値特性により雑音光に対しより大きな吸収体
として働き、光強度の強い信号光に対しては吸収が小さ
くなるから、雑音光の抑圧が可能となる。ここで述べた
雑音抑圧効果は特に光パルスが入力されない零レベルで
の雑音に効果が大きい。光パルス入力がある所謂“1"レ
ベルでは光信号により雑音光に対しても可飽和吸収体の
光透過率が大きくなってくる。しかし信号光に比べ雑音
となる自然放出光は波長スペクトラムが広く拡がってい
る。可飽和吸収体は狭いスペクトラムを持つ信号光によ
り可飽和吸収性を生じるから、吸収飽和が生じる波長域
も自然放出光スペクトラムに比べ通常狭い。従って“1"
レベルの光信号に対しても、可飽和吸収体が自然放出光
に対し波長フィルタとして働くので、雑音抑圧効果があ
る。 このような可飽和吸収特性は先に述べたように色素等
でも生じるが、低励起状態の半導体活性層でも生じるこ
とが知られている。従ってLDアンプでは単に光軸方向の
一部分に電流非注入領域を設けることにより容易にLDア
ンプ内に可飽和吸収体を集積することができる。本発明
は、このような事実を利用したものである。本発明によ
り、LDアンプの小型,高利得等の利点を生かしたまま雑
音特性の優れた光増幅器が得られる。 (実施例) 以下、本発明の実施例につき図面を参照して説明す
る。 第1図は本発明の一実施例の光増幅器の断面図であ
る。本図の断面は実施例の光軸に沿い、かつ基板に垂直
な面にある。この実施例はプレーナ構造の二重ヘテロ
(DH)接合型半導体レーザ構造の光増幅器である。 第1図に示す構造は通常のDH構造半導体レーザを基本
としており以下のように製作できる。まず液相または気
相成長法により、n−InPバッファ層11,ノンドープのIn
GaAsP活性層12,p−InPクラッド層13,p−InGaAsPキャッ
プ層14を(100)n−InP基板10上に連続成長する。次に
p側にオーム性電極を前面に蒸着した後、通常のフォト
リソグラフィ法及びドライエッチング法によりp側電極
15,p−InGaAsPキャップ層14及びp−InPクラッド層13の
途中迄を光軸に垂直な方向にストライプ状に除去する。
図ではp側電極15のうちの広面積側を15a、狭面積側を1
5bとして符号を付している。次いでn側電極16を形成
し、へき開により入出力端面17a,17bを形成し、その上
に無反射コート膜となるSiN膜18a,18bをプラズマCVD法
により形成する。ここで述べたp側電極と半導体層の途
中迄の除去はp側電極を15a,15bに分割し電気的な分離
を行なうためのもので、半導体層の除去の代わりにイオ
ン打込等を用いてもよい。 次に本実施例の動作について説明する。増幅すべき信
号光19aは、光ファイバ等からレンズ系または先球ファ
イバ等の手段を経て入射端17aへ入射され、活性層12へ
結合される。ここで、電極15a,16間に順バイアス電圧を
加え電流を流すと、活性層12中で注入キャリア数に応じ
た利得が発生する。従って、入射光19aは増幅されなが
ら出射端17bへ向け進行する。この際に同時に雑音の元
となる自然放出光も増幅される。一方、電極15bは15aと
は電気的に分離されているので電極15aとは独立に15bへ
電流注入することができる。この部分(15b)に電流を
全く流さないか、極く低い励起レベルの電流を加える
と、電極15bの直下の活性層は可飽和吸収体として作用
する。従って先に述べたような光入出力特性に閾値特性
を持たせることが可能である。その結果、光パワーレベ
ルの高い信号光がより多く透過し、雑音源となる自然放
出光は除去され、光増幅器出力のS/N特性が大幅に改善
される。 第1図に示すようにタンデム電極構造により可飽和吸
収体を導入すると、電流注入量により可飽和吸収体の特
性を制御することが可能となる。可飽和吸収体は光軸方
向のどの位置にあっても、一応の効果は発揮するが、出
射端近傍に存在する方がより効果が大きい。 なお、実施例は説明を簡単にするためにプレーナ構造
の二重ヘテロ(DH)接合型半導体レーザ構造としたが、
実際には特願昭56−166666に開示されているような二重
チャンネル・プレーナ埋込(DC.PBH)構造等により横モ
ードの制御,漏れ電流の低減を行なう。また、本発明が
実施例のような1.3μm帯のInGaAsP/InP系材料に限定さ
れるものではないことは明らかである。 (発明の効果) 以上に詳しく説明したように本発明によれば雑音特性
に優れた光増幅器が得られる。そこで、本発明の光増幅
器は光通信交換システムの性能向上に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明による光増幅器の一実施例を示す断面
図、第2図は本発明に用いる可飽和吸収体の働きを説明
するための図である。 図に於いて、10,11,12,13,14は半導体、15a,15b,16は電
極、17a,17bは端面、18a,18bは無反射コート膜、19a,19
bは光信号である。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.半導体レーザの共振器のミラーとなる2つの端面に
    無反射コート膜を形成した進行波型半導体レーザ構造の
    光増幅器に於て、前記共振器の光軸の内の少なくとも一
    部の領域に可飽和吸収体を含むことを特徴とする光増幅
    器。 2.前記可飽和吸収体の領域が電流非注入領域または電
    流低注入領域から成ることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項に記載の光増幅器。 3.前記可飽和吸収体の光軸上の位置が出射端面近傍で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2
    項に記載の光増幅器。
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