JP2910145B2 - 光ファイバ分散補償方法 - Google Patents
光ファイバ分散補償方法Info
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- JP2910145B2 JP2910145B2 JP2100602A JP10060290A JP2910145B2 JP 2910145 B2 JP2910145 B2 JP 2910145B2 JP 2100602 A JP2100602 A JP 2100602A JP 10060290 A JP10060290 A JP 10060290A JP 2910145 B2 JP2910145 B2 JP 2910145B2
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- Japan
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- wavelength
- light
- signal light
- optical fiber
- waveguide
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- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光ファイバ通信に関する。
光ファイバ通信においては高速・大容量の伝送に対す
る要求が増大している。ところが、光源である半導体レ
ーザを高速で直接変調すると発振波長が時間的に長波長
側にずれるいわゆるチャーピング現象が顕著になる。こ
のようなチャーピングした光をファイバを通して伝播さ
せるとファイバの屈折率が波長によって変化する分散と
よばれる効果によって光の信号波形が崩れて、長距離の
伝送が不可能となる。ファイバの分散は通常のファイバ
では1.3μｍ帯では小さいが、伝播損失が最小となる1.5
5μｍ帯では大きく、分散による波形の劣化が伝送にお
ける速度距離積を制限する。
る要求が増大している。ところが、光源である半導体レ
ーザを高速で直接変調すると発振波長が時間的に長波長
側にずれるいわゆるチャーピング現象が顕著になる。こ
のようなチャーピングした光をファイバを通して伝播さ
せるとファイバの屈折率が波長によって変化する分散と
よばれる効果によって光の信号波形が崩れて、長距離の
伝送が不可能となる。ファイバの分散は通常のファイバ
では1.3μｍ帯では小さいが、伝播損失が最小となる1.5
5μｍ帯では大きく、分散による波形の劣化が伝送にお
ける速度距離積を制限する。
このようなファイバによる波形の劣化を補償するため
に、光の波長が時間と共に短波長側にずれるようにする
ことが考えられる。この方法では最大で、伝送距離を２
倍に延ばすことができる。短波長側にチャーピングした
光を作る方法として、半導体レーザアンプにおける自己
位相変調を用いる方法がオルソン等（Olsson N.A.,et a
l）によってエレクトロニクスレターズ誌（Electronics
Letters）25巻603頁（1989年）に報告されている。こ
の方法では半導体レーザアンプの屈折率ｎが入射光強度
Ｉにしたがって増大することから、（ｎ＝n0＋n2I,n2＞
０）光の位相φが半導体レーザアンプの長さをＬとして
φ＝−２πｎ（Ｉ）L/λのように変調を受け、この結果
の周波数がΔｆ＝（1/2π）ｄφ/dtで変化し、ほぼ時間
と共に増大する短波長側にチャーピングした光が得られ
る。
に、光の波長が時間と共に短波長側にずれるようにする
ことが考えられる。この方法では最大で、伝送距離を２
倍に延ばすことができる。短波長側にチャーピングした
光を作る方法として、半導体レーザアンプにおける自己
位相変調を用いる方法がオルソン等（Olsson N.A.,et a
l）によってエレクトロニクスレターズ誌（Electronics
Letters）25巻603頁（1989年）に報告されている。こ
の方法では半導体レーザアンプの屈折率ｎが入射光強度
Ｉにしたがって増大することから、（ｎ＝n0＋n2I,n2＞
０）光の位相φが半導体レーザアンプの長さをＬとして
φ＝−２πｎ（Ｉ）L/λのように変調を受け、この結果
の周波数がΔｆ＝（1/2π）ｄφ/dtで変化し、ほぼ時間
と共に増大する短波長側にチャーピングした光が得られ
る。
上のような半導体レーザアンプの自己位相変調をもち
いる方法では動作速度が半導体のキャリア寿命で制限さ
れるため高速動作が難しいという欠点がある。
いる方法では動作速度が半導体のキャリア寿命で制限さ
れるため高速動作が難しいという欠点がある。
本発明の目的は高速で変調された半導体レーザの時間
的に長波長側にずれていく光を動作速度の制限なしに時
間的に短波長側に波長がずれていく光に変換して光ファ
イバの分散を補償する方法を提供することである。
的に長波長側にずれていく光を動作速度の制限なしに時
間的に短波長側に波長がずれていく光に変換して光ファ
イバの分散を補償する方法を提供することである。
本発明はバンドギャップ波長が信号光の波長λｓの1/
2以下の混晶または、最低励起子遷移波長がλs/2以下の
多重量子井戸構造を導波層とし、導波層の、波長λｓ付
近の光に対する実効屈折率をn1、波長λs/2付近の光に
対する実効屈折率をn2とする時、導波層の上部または下
部に周期ΛがΛ＝λs/（n2−n1）の回折格子が形成され
ている導波路に、中心波長λｓの信号光と、信号光の波
長の1/2とは数nm異なる波長λｐを持つポンプ光とを入
射し、差周波混合によって生じる中心波長がλ０＝1/
（1/λｐ−1/λｓ）で波長の時間的な変化が信号光とは
反対になる出力光を波長フィルタで取り出して光ファイ
バを伝播させることを特徴としている。
2以下の混晶または、最低励起子遷移波長がλs/2以下の
多重量子井戸構造を導波層とし、導波層の、波長λｓ付
近の光に対する実効屈折率をn1、波長λs/2付近の光に
対する実効屈折率をn2とする時、導波層の上部または下
部に周期ΛがΛ＝λs/（n2−n1）の回折格子が形成され
ている導波路に、中心波長λｓの信号光と、信号光の波
長の1/2とは数nm異なる波長λｐを持つポンプ光とを入
射し、差周波混合によって生じる中心波長がλ０＝1/
（1/λｐ−1/λｓ）で波長の時間的な変化が信号光とは
反対になる出力光を波長フィルタで取り出して光ファイ
バを伝播させることを特徴としている。
２次の非線形光学結晶に、波長がλｓ、例えば、1.55
μｍ帯の信号光と信号光のほぼ1/2の波長を持つポンプ
光を入射すると、信号光とポンプ光の振動数の差に等し
い振動数を持つ出力光が差周波混合によって生じる。信
号光の振動数νｓがνｓ＝νｏ＋δν（ｔ）のように時
間的に変動する時、ポンプ光の振動数をνｐとすると、
出力光の振動数νｏは、νｏ＝νｐ−νｓ＝νｐ−νｏ
−δν（ｔ）となって、信号光とは反対の時間変化を示
すことになる、もし、信号光が高速で変調された半導体
レーザの、時間的に長波長側にずれていく光である時、
出力光は時間的に短波長側に波長がずれていく光になっ
て光ファイバの分散を補償することができる。
μｍ帯の信号光と信号光のほぼ1/2の波長を持つポンプ
光を入射すると、信号光とポンプ光の振動数の差に等し
い振動数を持つ出力光が差周波混合によって生じる。信
号光の振動数νｓがνｓ＝νｏ＋δν（ｔ）のように時
間的に変動する時、ポンプ光の振動数をνｐとすると、
出力光の振動数νｏは、νｏ＝νｐ−νｓ＝νｐ−νｏ
−δν（ｔ）となって、信号光とは反対の時間変化を示
すことになる、もし、信号光が高速で変調された半導体
レーザの、時間的に長波長側にずれていく光である時、
出力光は時間的に短波長側に波長がずれていく光になっ
て光ファイバの分散を補償することができる。
ポンプ光の波長が信号光の波長のl/2から数nm異なっ
ていれば信号光と出力光は適当な特性を持つ波長フィル
タで分離できる。
ていれば信号光と出力光は適当な特性を持つ波長フィル
タで分離できる。
導波路の分散のために、ポンプ光と信号光、出力光の
位相速度が異なる。波数の違いΔｋは導波層の、波長λ
ｓ付近の光に対する実効屈折率をn1、波長λs/2付近の
光に対する実効屈折率をn2とすると、Δｋ＝２πν
ｏ（n2−n1）/cとなって、コヒーレント長1oはπ／Δｋ
である。Δｋだけの波数を回折格子によって補うことで
位相整合をとることができる。回折格子の周期Λは21o
とすれば良い。すなわち、Λ＝λs/（n2−n1）である。
位相速度が異なる。波数の違いΔｋは導波層の、波長λ
ｓ付近の光に対する実効屈折率をn1、波長λs/2付近の
光に対する実効屈折率をn2とすると、Δｋ＝２πν
ｏ（n2−n1）/cとなって、コヒーレント長1oはπ／Δｋ
である。Δｋだけの波数を回折格子によって補うことで
位相整合をとることができる。回折格子の周期Λは21o
とすれば良い。すなわち、Λ＝λs/（n2−n1）である。
第１図は本発明の実施例を示す概念図である。GaAsの
基板111上に、厚さ２μｍのGa0.5Al0.5Asのクラッド層1
12,厚さ0.25μｍのGa0.8Al0.2Asの導波層113,厚さ0.1μ
ｍのGa0.65Al0.35Asからなる回折格子層114をMOVPEで積
層する。導波層113のバンドギャップ波長は0.741μｍで
ある。
基板111上に、厚さ２μｍのGa0.5Al0.5Asのクラッド層1
12,厚さ0.25μｍのGa0.8Al0.2Asの導波層113,厚さ0.1μ
ｍのGa0.65Al0.35Asからなる回折格子層114をMOVPEで積
層する。導波層113のバンドギャップ波長は0.741μｍで
ある。
化学エッチングにより回折格子層114をエッチングし
て周期7.75μｍの回折格子を形成した後、厚さ２μｍの
Ga0.5Al0.5Asのクラッド層115を再びMOVPEで積層する。
長さ1mm,幅５μｍの導波路部分を残して基板111までエ
ッチングして導波路11を形成する。この導波路11に波長
1550nmの半導体レーザ12を直接変調した信号光13を入射
させて、同時に、出力100mWのGaAlAsレーザ14からの波
長774nmのポンプ光15を信号光13と垂直な偏光で同じ方
向に入射する。信号光とポンプ光はレンズ16でスポット
に絞って入射される。回折格子の周期は導波層113の屈
折率n13.35,n23.55から1.55/（3.55−3.35）＝7.75
μｍとして求めた。
て周期7.75μｍの回折格子を形成した後、厚さ２μｍの
Ga0.5Al0.5Asのクラッド層115を再びMOVPEで積層する。
長さ1mm,幅５μｍの導波路部分を残して基板111までエ
ッチングして導波路11を形成する。この導波路11に波長
1550nmの半導体レーザ12を直接変調した信号光13を入射
させて、同時に、出力100mWのGaAlAsレーザ14からの波
長774nmのポンプ光15を信号光13と垂直な偏光で同じ方
向に入射する。信号光とポンプ光はレンズ16でスポット
に絞って入射される。回折格子の周期は導波層113の屈
折率n13.35,n23.55から1.55/（3.55−3.35）＝7.75
μｍとして求めた。
波長が1/（1/774−1/1550）＝1546nmの出力光17が差
周波混合によって生じ、パラメトリック増幅される。干
渉型の波長フィルタ18で信号光を分離して、出力光だけ
をレンズ19を通して光ファイバ20に入射する。出力光17
の強度Ioは信号光13の強度Isを使うと Io＝Is・sinh2（gL/2） で表わされる。ただし、Ｌは結晶の長さで、パラメトリ
ック利得係数ｇは真空中の誘電率εと誘電率μを用いて ｇ＝〔（μ／ε）（νｓ・νo/no1 2）〕1/2ｄ・Ep とかける。ただし、ｄは２次の非線形光学定数、Epはポ
ンプ光15の電場の強さである。
周波混合によって生じ、パラメトリック増幅される。干
渉型の波長フィルタ18で信号光を分離して、出力光だけ
をレンズ19を通して光ファイバ20に入射する。出力光17
の強度Ioは信号光13の強度Isを使うと Io＝Is・sinh2（gL/2） で表わされる。ただし、Ｌは結晶の長さで、パラメトリ
ック利得係数ｇは真空中の誘電率εと誘電率μを用いて ｇ＝〔（μ／ε）（νｓ・νo/no1 2）〕1/2ｄ・Ep とかける。ただし、ｄは２次の非線形光学定数、Epはポ
ンプ光15の電場の強さである。
導波層113のバンドギャップ波長はポンプ光の波長775
nmに近いため、非線形光学定数は共鳴して増大し変換効
率が高められる。それでも、導波層113のバンドギャッ
プ波長はポンプ光の波長より短波長側にあたるため、キ
ャリアの実励起はおきず応答速度はfs以下であり、Tb/s
以上の高速動作も可能である。
nmに近いため、非線形光学定数は共鳴して増大し変換効
率が高められる。それでも、導波層113のバンドギャッ
プ波長はポンプ光の波長より短波長側にあたるため、キ
ャリアの実励起はおきず応答速度はfs以下であり、Tb/s
以上の高速動作も可能である。
本発明によれば高速で変調された半導体レーザの時間
的に長波長側にずれていく光を動作速度の制限なしに時
間的に短波長側に波長がずれていく光に変換して光ファ
イバの分散を補償することができる。
的に長波長側にずれていく光を動作速度の制限なしに時
間的に短波長側に波長がずれていく光に変換して光ファ
イバの分散を補償することができる。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示す概念図である。図中、
11は導波路、12は半導体レーザ、13は信号光、14はGaAl
Asレーザ、15はポンプ光、16はレンズ、17は出力光、18
は波長フィルタ、19はレンズ、20は光ファイバである。 また、111は基板、112はクラッド層、113は導波層、114
は回折格子層、115はクラッド層である。
11は導波路、12は半導体レーザ、13は信号光、14はGaAl
Asレーザ、15はポンプ光、16はレンズ、17は出力光、18
は波長フィルタ、19はレンズ、20は光ファイバである。 また、111は基板、112はクラッド層、113は導波層、114
は回折格子層、115はクラッド層である。
Claims (1)
- 【請求項１】バンドギャップ波長が信号光の波長λｓの
1/2以下の混晶または、最低励起子遷移波長がλs/2以下
の多重量子井戸構造を導波層とし、導波層の、波長λｓ
付近の光に対する実効屈折率をn1、波長λs/2付近の光
に対する実行屈折率をn2とする時、導波層の上部または
下部に周期ΛがΛ＝λs/（n2−n1）の回折格子が形成さ
れている導波路に、中心波長λｓの信号光と、信号光の
波長の1/2と数nm異なる波長λｐを持つポンプ光を入射
し、差周波混合によって生じる中心波長がλ０＝1/（1/
λｐ−1/λｓ）で波長の時間的な変化が信号光とは反対
になる出力光を波長フィルタで取り出して光ファイバを
伝播させることを特徴とする光ファイバ分散補償方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2100602A JP2910145B2 (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | 光ファイバ分散補償方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2100602A JP2910145B2 (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | 光ファイバ分散補償方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03296729A JPH03296729A (ja) | 1991-12-27 |
| JP2910145B2 true JP2910145B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=14278416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2100602A Expired - Lifetime JP2910145B2 (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | 光ファイバ分散補償方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2910145B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6876487B1 (en) * | 2001-03-14 | 2005-04-05 | Lightbit Corporation, Inc. | Any-to-any all-optical wavelength converter |
-
1990
- 1990-04-17 JP JP2100602A patent/JP2910145B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03296729A (ja) | 1991-12-27 |
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