JP2951119B2

JP2951119B2 - モードロックダイオードレーザ及びそれを用いた光通信システム

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Publication number: JP2951119B2
Application number: JP4250278A
Authority: JP
Inventors: メイポール
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 1991-09-20
Filing date: 1992-09-18
Publication date: 1999-09-20
Anticipated expiration: 2014-09-20
Also published as: GB2260872A; GB2260872B; US5589968A; JPH05206987A; GB9120117D0

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、副搬送波多重光通信シ
ステムに関する。本発明は、また、第二高調波発生（Ｓ
ＨＧ）を通じての短波長レーザ源の製造に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムは、比較的帯域幅が広
く、サイズが小さく、電気干渉に対する感度が低いため
に、広く用いられている。図６は、光通信システムに基
本的に必要な構成要素を略図的に示したものである。図
示した配置では、トランスミッタＡから受信機Ｂへの一
方向データ通信が行われる。トランスミッタＡは、入力
ライン５０によって、送信される情報を搬送する電気的
入力信号を受け取り、ダイオードレーザ５４を駆動する
駆動信号を、入力電気信号から誘導するのに適切な電気
駆動回路５２を有している。ダイオードレーザ５４は、
情報に応じて変調され、第一光コネクタ５８を通して光
ファイバー送信ライン５６の一端へと結合される光を発
生する。その光は送信ライン５６を伝って受信機Ｂに到
達し、そこで第二光コネクタ６０を通して適切な光検出
器６２に照射され、電気信号に変換される。受信機回路
６４はこの信号を処理し、復調などの必要な工程を行
い、送信された情報を所望の形態で搬送する出力ライン
６６への出力信号を発生する。現在のところ、このよう
なシステムで達成できる帯域幅は、電話ネットワーク、
およびローカルエリアネットワーク（ＬＡＮｓ）におけ
る機械対機械の通信などのデータ通信には十分なもので
はあるが、広帯域総合サービスデジタルネットワーク
（Ｂ−ＩＳＤＮｓ）などのローカルループ加入者ネット
ワークにおける、音声、情報および映像の送信を総合す
る光通信システムの可能性に、大きな興味が寄せられて
いる。ギガヘルツ（ＧＨｚ）のオーダーの帯域幅を有す
る従来のケーブルテレビ通信システムに競合するこのよ
うなシステムを実現するためには、１０ＧＨｚを越え
る、好ましくは１００ＧＨｚほどの高い帯域幅を得るこ
とが望まれている。

【０００３】これまで提案されてきた光通信システム
は、小信号様式で操作するレーザダイオードを用いてき
た。このようなシステムでは、帯域幅は、光信号を得る
のに用いられるダイオードレーザの、副搬送波周波数レ
スポンスの減少によって限定される。

【０００４】さらに最近になって、副搬送波多重光通信
システムが研究され、いくつかのシステムが提案されて
いる。このようなシステムについての言及は米国特許第
４，９５３，１５６号およびＥＰ第０−３５９−２０５
号に示されている。このような種類のシステムにおいて
は、送信される信号はそれぞれ、マイクロ波局部発振器
で混合され、その後すべてのマイクロ波副搬送波がその
他の副搬送波と電気的に多重化されて、変調光信号を提
供するために、小信号方式での単一モノリシックダイオ
ードレーザを駆動するのに用いられる。使用するダイオ
ードレーザを慎重に選べば、２０ＧＨｚのオーダーの帯
域幅が得られるが、それでもダイオードレーザレスポン
スの減少によって、達成し得る帯域幅が限定される。ク
ロスチャンネル混合によっても問題は起こり得る。

【０００５】ダイオードレーザの小信号周波数レスポン
スの他にも、ダイオードキャビティーの寸法によって増
加するレスポンス周波数があることが知られている。こ
れは、さらに高い周波数において起こる。ダイオードキ
ャビティーのレスポンス周波数でパルスビームを発する
ように操作されるダイオードレーザは、モードロックダ
イオードレーザとして公知である。モードロックダイオ
ードレーザは、能動的にも受動的にもモードロックし得
る。

【０００６】図１は、キャビティー長４ｍｍのダイオー
ドレーザの信号レスポンスを示す略図である。この図か
らわかるように、小信号レスポンス（ｓｍａｌｌｓｉ
ｇｎａｌｒｅｓｐｏｎｓｅ）は数ＧＨｚで減少する。
しかし、約１０ＧＨｚに共振ピークがある。共振ピーク
の周波数は、レーザキャビティーの往復長に相関し、従
って、そのキャビティーの長さに依存する。光共振周波
数でレーザを伝搬させることによって、高い周波数の副
搬送波が生まれる。

【０００７】モノリシックモードロックダイオードレー
ザは、この光レスポンス周波数での変調を行う分割コン
タクトファブリ-ペローレーザを使用することによっ
て、近年開発されてきた。図７は、ダブルヘテロ構造量
子井戸ダイオードレーザ７０のためのある材料系の典型
的な構造の断面図および側面図である。ｎ⁺型ＧａＡｓ
基板７２は、その一方の面にｎ型オーミックコンタクト
７４を有して形成されている。基板７２の他面には、順
にｎ型ＡｌＧａＡｓ第一クラッド層７６、ＧａＡｓ活性
層７８およびｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層８０から
なる積層構造が形成されている。第二クラッド層８０の
上には、ｐ型オーミックコンタクト８２が形成されてい
る。この図からわかるように、第二クラッド層８０は、
活性層７８の中央ゾーン８６で光を生成し、光を活性層
７８の全平面に広げるのではなく縦のＸ−Ｘ方向に伝搬
する役割を果たす、縦型中央隆起部（リッジ）８４を有
して形成されている。

【０００８】図示したレーザダイオードのｐ型オーミッ
クコンタクト８２は、中央利得領域の範囲を限定する第
一中央部位８２ａと、ＲＦ変調領域の範囲を限定する一
端の第二部位８２ｂと、可飽和吸収領域の範囲を限定す
る他端の第三部位８２ｃとに分割される。このようなレ
ーザダイオードを通常に用いると、適切なｄｃバイアス
が中央コンタクト部位８２ａに印加されて、中央領域の
ゾーン８６でレーザ光を発生し、ＲＦパルス信号が第二
コンタクト部位８２ｂに印加されて、所望の副搬送波周
波数でレーザをパルスにし、副搬送波に変調される信号
が、負のバイアス抑制パルスの形で第三コンタクト部位
８２ｃに印加される。

【０００９】このようなダイオードレーザを能動的にモ
ードロックするためには、ＲＦ周波数信号を、ダイオー
ドレーザキャビティーの光共振周波数で、ダイオードレ
ーザの分割コンタクト部位８２ｃに印加する。

【００１０】また、受動モードロックは、このようなＲ
Ｆ周波数入力信号を印加せずに、レーザからのパルス出
力を得る技術である。

【００１１】受動モードロックで出力パルスを生成する
ためには、可飽和吸収領域における活性層を通したｐｎ
接合でのエネルギーバンドギャップを、逆バイアスを印
加することによって減少させる。エネルギーバンドギャ
ップを減少させることによって、レーザの利得領域にお
いて発生する光子を吸収するためのエネルギーレベルが
高くなる。光の輝度が低い場合には、すべての光が吸収
されても伝導帯エネルギーレベルへの充分な励起は起こ
らない。輝度が高い場合には、伝導帯エネルギーレベル
への励起が充分に起こり、光の吸収が飽和する、つま
り、これらの伝導帯エネルギーレベルにある電子が基底
状態に戻るまで光子が吸収されることなく物質を通過す
る。これらの構造における、励起状態から基底状態に戻
るメカニズム（デポピュレートのメカニズム）は、電子
正孔再結合によってではなく、コンタクトへの逆バイア
ス電場におけるドリフトによって支配される。前者のプ
ロセスは、以下のドリフト速度によって特徴づけられ
る。

【００１２】Ｖ_d ＝ με この式において、εは電場の強さ（Ｖｃｍ^-1）であり、
μはｃｍ²／Ｖ．ｓ．の単位での移動度である。適切な
バイアス電圧（例えば２Ｖ）および物質の厚み（２μ
ｍ）でμ＝８５００ｃｍ²／Ｖ．ｓ．を用い、ＧａＡｓ
での電子については、Ｖ_dの値は、８．５１０⁷ｃｍ／
ｓとなる。これは飽和速度よりも大きく、飽和速度はこ
の電場の強さでは約１０⁷ｃｍ／ｓである。そこで、コ
ーナは、１０ｐｓ内の２μｍ領域から掃引される。従っ
て、モードロックパルスの反復速度が１００ＧＨｚ未満
である限り、可飽和吸収は回復する。０．５μｍの厚み
（モードを有するほぼ最低限の厚み）の光ガイド領域に
ついては、反復速度をさらに高くすることが可能であ
る。従って、ダイオードレーザキャビティーの共振周波
数で伝搬する輝度の高いパルスが送信される一方で、輝
度の低いパルスは吸収される傾向が生まれる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の受動モードロッ
クによれば、輝度の低いパルスが吸収されるため、大き
な逆バイアスを可飽和吸収に与えると、より安定した出
力が得られる。しかし、逆バイアスが大きくなるほど、
レーザパワーが吸収され、パルスの輝度が弱くなる。そ
のため、先行技術の受動モードロックダイオードレーザ
では、輝度か安定性かのどちらかを選ばなければならな
いという問題がある。

【００１４】受動モードロックモノリシックダイオード
レーザで、安定した出力が達成されたのはほんの最近の
ことである。衝突パルス変調（ＣＰＭ）として公知の技
術が使われてきた。（M. C. Wuら、IEDM 1990 pp 137-1
39参照）。この技術では、モノリシックダイオードレー
ザの可飽和吸収を、２つカウンター伝搬パルスがこの領
域で一致した時に、パルスの形を整えるためにダイオー
ドキャビティーのまん中に設置する。

【００１５】関連分野では、小型のブルーレーザ源を製
造するための研究活動が多く行われてきた。短い波長光
は光ディスクの記憶密度を増大する傾向があるため、こ
のようなレーザをデータ記憶に適応することが望まれて
いる。現在、興味を引き付けている１つの方法は、ブル
ー発光レーザダイオードを直接製造することである。あ
る程度の進歩はあったが、安定した室温装置を製造する
までには、まだ多くの問題が残っている。

【００１６】別の方法では、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓレ
ーザダイオードによって発生される可視レーザ光の周波
数を２倍にするために、第二高調波発生器を用いてい
る。これまで試みられてきた方法のうち２つは、ダイオ
ードポンプＮｄ：ＹＡＧレーザのキャビティー内周波数
を倍増することと、周波数の安定した外部共振器を用い
てＧａＡｌＡｓダイオードレーザの周波数を直接倍増す
ることである。しかし、最初の方法は必ずしも小型では
なく、第二の方法は安定化のために高度な電子装置が必
要である。

【００１７】本発明の目的は、上述の先行技術の問題点
のうち少なくともいくつかを解決する、光通信システム
を提供することである。本発明の別の目的は、第二高調
波発生のためのシステムを提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの局面によ
ると、複数のモードロックダイオードレーザと、副搬送
波を変調する手段とを有する光通信システムであって、
該モードロックダイオードレーザはそれぞれのダイオー
ドレーザキャビティーの寸法によって決定される光共振
周波数で、異なったそれぞれの副搬送波周波数を発生す
るために用いられ、該変調手段は、送信するための複数
の光信号を提供する各入力信号に応じて、各副搬送波を
変調する、光通信システムが提供される。

【００１９】情報送信用の広い帯域幅を得るための副搬
送波多重化は、マイクロ波副搬送波を変調することによ
って達成された。本願発明は、少なくとも部分的には、
モードロックダイオードレーザの高周波数のパルス出力
ビームを、光副搬送波チャンネルとして用いることがで
きるという認識に帰するものである。異なった周波数の
副搬送波をいくつか用いることによって、より高い帯域
幅が達成され得る。副搬送波チャンネルは周波数変調、
またはデジタル変調され得る。

【００２０】複数のモードロックダイオードレーザは、
それぞれの副搬送波周波数を発生するために、それぞれ
異なったダイオードキャビティー寸法を有していること
が好ましい。

【００２１】多重化用の複数の副搬送波周波数を発生す
るために、受動、能動のどちらのタイプのモードロック
レーザを用いてもよいが、各モードロックダイオードレ
ーザは、受動モードロックモノリシックダイオードレー
ザであることが好ましい。それによって、副搬送波チャ
ンネルの発生に必要な電子装置を減少させ、より正確な
周波数の副搬送波を提供することもできる。

【００２２】発生された副搬送波チャンネルは、アナロ
グでもデジタルでも、周波数変調でも振幅変調でもよ
い。デジタル振幅変調を行うためには、第三コンタクト
に導入された大きな逆バイアスを、レーザによって生成
されたパルスを抑制するために選択的に用いて、デジタ
ル情報を副搬送波に付与する。パルスを抑制する際に伴
うタイムラグのため、各副搬送波の全帯域幅をデジタル
データの伝搬に用いることはできにくいが、閾値検出を
用いると、つまり、パルスを特定の閾値より下または上
に振幅変調すると、おそらくデジタルデータ接続に伴う
寄生振動によって、変調帯域幅は限定されることにな
る。いくつかの副搬送波チャンネルを設けることによっ
て、高い帯域デジタル信号を光通信に用いることができ
る。アナログ振幅変調については、可変性の逆バイアス
を第三コンタクトに印加し得る。

【００２３】周波数変調については、隣接する副搬送波
チャンネルの間隔は、予測される信号帯域幅に適応する
のに適切なものである。副搬送波の変調は、発生された
パルス光ビームを、ニオブ酸リチウム結晶などの光モジ
ュレーターに結合することによって行われる。しかし、
その他のアナログおよびデジタルの周波数変調技術も構
想されている。

【００２４】好ましい実施態様の１つにおいては、シス
テムの受信ターミナルの局部発振器が、１つまたはそれ
以上の副搬送波によって送信される情報を検出するため
に用いられている。

【００２５】本発明の第一の局面による光通信システム
によって可能になる高い周波数のため、所望の周波数で
操作可能な検出電子装置を設けることは難しいかもしれ
ない。

【００２６】この問題を解決するために、本発明の第二
の局面は、複数の信号搬送副搬送波チャンネルを発生す
る手段と、参照副搬送波を提供する手段とを有している
光通信システムであって、該信号搬送副搬送波チャンネ
ル発生手段は、それぞれ所定の間隔を空けて互いに他の
すべてのチャンネルの周波数から分離された、それぞれ
異なる周波数で該信号搬送副搬送波チャンネルを発生
し、該参照副搬送波は、該参照副搬送波周波数と各信号
搬送副搬送波チャンネル周波数との間の間隔が、該所定
の間隔からそれぞれ区別し得るような周波数を有してい
る、光通信システムを提供する。

【００２７】このようなシステムを高い周波数（数ＧＨ
ｚ以上）で用いた時でも、従来の民正電子装置を検出器
および局部発振器に用いることができる。光学媒体での
送信の間にほんのわずかながら搬送波が混合するもの
の、各信号搬送副搬送波は検出器で参照副搬送波と混合
し、検出可能で復調可能な低周波数の差動信号が得られ
る。従って、送信に用い得る帯域幅は、現在用いられて
いる復調電子装置を用いている間に増加され得る。本発
明のこの局面は、本発明の第一の局面を簡単に実行し得
る手段を提供するが、その使用は、本発明の第一局面の
光通信システムでの操作に限定されない。その他の高周
波数光および電気システムの検出も、同様の方法によっ
て行い得る。このシステムは、ドリフトによる副搬送波
と参照周波数との周波数の変動を抑えるというさらなる
利点を有している。従って、受信機での低周波数局部発
振器の周波数における、対応する変動が減少される。

【００２８】信号搬送副搬送波の間の干渉の結果、検出
器で潜在的に発生されるノイズと信号情報を搬送する差
動信号を区別するためには、参照副搬送波は、信号搬送
副搬送波よりずっと大きな振幅を有していることが好ま
しい。

【００２９】信号搬送副搬送波は、それぞれ、単一の所
定の間隔によって、隣接する副搬送波から分離している
ことが好ましい。すると、この所定の間隔より小さな間
隔で、信号搬送副搬送波の１つから分離された参照搬送
波は、各信号搬送副搬送波チャンネルと混合するのに必
要な特性を持ち、信号搬送差動信号を提供する。

【００３０】参照副搬送波チャンネルを用いた、本発明
の第二の局面の光通信システムは、特に、小数の高帯域
幅チャンネルを越えるデータ通信を行うシステムに適し
ている。

【００３１】本発明の第三の局面によると、駆動レーザ
および受動モードロック従属レーザと、種パルスを該従
属レーザのダイオードキャビティーに送達する手段とを
有する受動モードロックダイオードレーザであって、該
駆動レーザは、該受動モードロック従属レーザの共振の
周波数と実質的に等しい周波数の種パルスを供給するた
めに操作され、該共振のパルスが該種パルスと同期して
発生される、受動モードロックダイオードレーザが提供
される。

【００３２】このような配置では、従属レーザのダイオ
ードキャビティーに伝達される種パルスを用いて、駆動
レーザの出力パルスと同期した出力パルスを発生させて
いる。安定したパルス信号を従属レーザダイオードキャ
ビティーに導入して、輝度を落とすことなく安定したパ
ルス出力ビームを発することができる。

【００３３】従属レーザは、受動モードロックモノリシ
ックダイオードであることが好ましい。駆動レーザも、
可飽和吸収コンタクトと利得領域コンタクトとを備えた
受動モードロックモノリシックダイオードであることが
好ましい。非常に安定した、輝度の低い出力パルスを発
生するためには、可飽和吸収領域を、大きな逆バイアス
の下で操作することが好ましい。

【００３４】従属レーザは、可飽和吸収コンタクトと利
得領域コンタクトとを備えていることが好ましい。駆動
レーザが安定した種パルスを提供するため、安定した出
力パルスを発生し、このパルスの輝度をより高くするた
めには、可飽和吸収の逆バイアスはわずかに低いもので
ある必要がある。

【００３５】従属レーザは、変調信号をパルス出力信号
に提供するための第三コンタクトを備えていることが好
ましいが、従属ダイオードレーザとは別に、信号をパル
ス出力信号に導入するその他の手段を用いることもでき
る。

【００３６】このような配置では、主レーザは半導体レ
ーザ増幅器の代わりとして作用し、特に進行波増幅器
（Ｒ＜０．１％）について、およびコーティングの必要
ないファブリ-ペロー増幅器（Ｒ＜１０％）について利
点を有している。ファブリ-ペロー増幅器は、入力波長
を有する共振に（温度等によって）調節しなければなら
ず、同様の考え方が本発明の主／従属配列に適応され
る。これは、周波数領域においては、モードロックパル
スが、多くの同相したファブリ-ペローキャビティーモ
ードロックからなり得るためである。しかし、キャビテ
ィーが主／従属配列で結合するため、共振状態はいくら
か弱まる。

【００３７】本発明の第四の局面によると、実質的にレ
ーザダイオードキャビティーと同じ共振周波数でハイパ
ワーパルスビームを発生するためのモードロックレーザ
ダイオードと、非線形媒体と、該ハイパワーパルスビー
ムを該非線形媒体に結合してパルスビームの高調波を発
生する手段と、を備えた高調波発生器が提供される。パ
ルス出力を発するためには、ｄ．ｃ．バイアスだけを可
飽和吸収に付与すればよいので、ブルーレーザ源が小型
になるため、モードロックダイオードレーザは、受動モ
ードロックダイオードレーザであることが好ましい。し
かし、モードロックダイオードレーザが能動モードロッ
クダイオードレーザである場合には、パルス出力を発す
るためには安定化したｒ．ｆ．信号を提供しなければな
らない。

【００３８】モードロックダイオードからのパルス出力
ビームは、輝度の高いピークを提供する。第二高調波発
生器を通して発生された信号のピークの輝度は、基本振
動波のピークの輝度の二乗に比例するため、非常にハイ
パワーの第二高調波の出力ビームが、本発明の第二高調
波発生器を用いて発生される。第二高調波発生器からの
出力ビームはパルス化されるが、その振動周波数は比較
的高く、ブルーレーザ源を用いたデータ記憶のためには
無視できる程度である。

【００３９】本発明の第三局面の主／従属配列は、本発
明の第四の局面の第二高調波発生器に用いるには、理想
的に安定したパルス出力ビームを提供するが、これは、
この応用例で用いるのに適した唯一の受動モードロック
ダイオードレーザ配置ではない。受動モードロックレー
ザからの、あらゆる安定したハイパワーのパルス出力ビ
ームを用い得る。

【００４０】

【実施例】図２は、それぞれ異なるキャビティー長を有
する、ダイオードレーザ１８のアレイの略図である。従
って、各レーザダイオード１８は、それぞれ異なった周
波数に共振ピークを有している（ｆ₁〜ｆ_n）。レーザダ
イオード１８をそれぞれの共振周波数で動作させること
によって、データ信号の送信に用いることのできる複数
の副搬送波が提供される。

【００４１】図２に示されたアレイの隣接するダイオー
ドレーザ１８のダイオードキャビティーは、一定の増分
で増加する長さを有している。ダイオードレーザ１８に
よって発生された副搬送波周波数は、対応する固定量で
分離される。長さの増分を慎重に選択することによっ
て、隣接する副搬送波の周波数を、予測される信号帯域
幅に適応するのに適切な周波数で分離することができ
る。

【００４２】実施例として、９．８、９．９、１０．
０、１０．１、１０．２．．．ＧＨｚ等の周波数を有す
る副搬送波を用い得る。各副搬送波は５０ＭＨｚの帯域
幅信号を搬送し得る。高調波が存在するため、副搬送波
の１オクターブだけが用い得る。しかし、約１０ＧＨｚ
の周波数では、これはかなりの帯域幅である。副搬送波
チャンネルは、適切な光コネクタ（集束レンズ２０とし
て図示）を通して、光ファイバー２２に結合される。こ
の光ファイバー２２は分散を抑えるために単一モード光
ファイバーであることが好ましい。しかし、光信号を送
信するその他の適切な方法も用い得、たとえば、短距離
通信では、多重モード光ファイバーを用いることができ
る。

【００４３】図示した特定の実施態様では、副搬送波を
発生するのに受動モードロックレーザダイオードを用い
ている。しかし、本発明では、それぞれの副搬送波を得
るために、能動モードロックダイオードレーザも用いる
ことができる。しかし、この場合には、それぞれの副搬
送波周波数を能動的に発生するために、一連のｒ．ｆ．
発振器を用いる必要がある。この方法では、受動モード
ロックダイオードレーザを用いた好ましい実施態様より
多くの補助的電子装置が必要となる。

【００４４】モードロックダイオードレーザの適切なア
レイを得るために、衝突パルスモードロック（ＣＰＭ）
技術を用いることができる。図３に、ダイオードレーザ
の共振周波数で安定したパルス出力を得るために、この
実施態様で用いられた駆動／従属ダイオードレーザを示
す。

【００４５】受動モードロックダイオードレーザ１８
は、駆動レーザ２４と従属レーザ２６からなる。駆動レ
ーザ２４も従属レーザ２６もキャビティーの長さがｘで
あり、約１％の誤差はあるものの、それぞれが同じ周波
数で共振を有する。駆動レーザ２４はモノリシックであ
り、長い利得コンタクト３０と短い可飽和吸収コンタク
ト３２とを有する、分割コンタクト２８を持っている。
利得コンタクト３０は、正のバイアス電圧Ｖ_g1に保たれ
る。可飽和吸収コンタクト３２には、大きな負のｄ．
ｃ．バイアス電圧Ｖ_sat1が印加され、この電圧が、駆動
レーザによって発生される低い輝度のレーザパルスの吸
収を促す。ｄ．ｃ．バイアス電圧は、発生される安定し
た出力パルスが十分に吸収されるように設定される。駆
動レーザ２４からの出力パルスは、駆動レーザ２４から
距離ｄだけ隔てられた従属ダイオードレーザ２６のダイ
オードキャビティーに伝達される。

【００４６】従属レーザ２６も分割コンタクト３４を備
えているが、こちらは３つに分割されている。長い利得
コンタクト３６には正のバイアス電圧が印加される。短
い可飽和吸収コンタクト３８には、小さな負のバイアス
電圧Ｖ_sat2が印加され、第三コンタクト４０には発生さ
れた副搬送波を変調するための信号が付与されるが、こ
の時｜Ｖ_sat1｜＞｜Ｖ_sat2｜である。従属レーザ２６に
伝達される種（シード）パルスが、従属レーザ２６内で
強められたパルスが種パルスと確実に同期するのに十分
であるために、これが可能なのである。従って、安定し
た出力を得るために、可飽和吸収コンタクト３８に大き
な逆バイアスを印加する必要はない。従属レーザの利得
領域は、光パルスの輝度を増加させ、その結果、高い輝
度の安定した出力パルスが得られる。

【００４７】第三コンタクト４０に印加される変調信号
Ｖ_modは、アナログ信号の形でもデジタル信号の形でも
よく、大きな負のバイアスを導入することによって、選
択的にパルスの振幅を抑制または減少させる。システム
の慣性とは、パルスが１０ＧＨｚの１サイクルでは消え
ないという意味である。そこで、１つのデジタルビット
を得るためには、多くのサイクル、たとえば１０サイク
ルを用いる必要がある。このためにデータの送信に用い
得る帯域幅は減少するが、本発明では、帯域幅が減少す
る代わりに、対応して副搬送波の数が増加する。しか
し、受信機に閾値技術を用いると、デジタルビットは特
定の信号の振幅によって（つまり、閾値より上か下かに
よって）検出される。これは、反復速度１サイクルの内
に行える。

【００４８】副搬送波も、アナログ的にでも、デジタル
的に周波数変調されてもよい。そして、副搬送波周波数
に加えられた情報信号は、低い周波数の信号の形をと
る。副搬送波によって伝達され得る情報信号の帯域幅
は、副搬送波チャンネルの間の間隔によって決定され
る。この特定のシステムにおいて、副搬送波チャンネル
は０．１ＧＨｚ分離され、そのため５０ＭＨｚまでの帯
域幅のアナログ信号が搬送され得る。

【００４９】アレイのそれぞれの駆動／従属モードロッ
クモノリシックレーザダイオードによって得られる副搬
送波チャンネルは、トランスミッタから１つまたはそれ
以上の受信ステーションに大きな帯域幅信号を送信する
のに説明した方法のいずれかによって変調することがで
きる。どちらの方法によって変調された副搬送波も、１
つの送信ラインで一緒に伝達される。

【００５０】本発明で用いられる、受動モードロックモ
ノリシックレーザダイオードのアレイの、それぞれのダ
イオードのキャビティー長は、インシトゥ（ｉｎｓｉ
ｔｕ）ファセットエッチング技術を用いて範囲を限定す
ることができる。この方法は、アレイ内の駆動レーザ２
４と従属レーザ２６との各組が、実質的に、つまり誤差
１％内で確実に同じ長さになるよう、高精度に行わねば
ならない。隣接する周波数共振をレーザに与えるための
増分の長さも、副搬送波チャンネルが規則正しく間隔を
おくよう、正確に限定されねばならない。インシトゥフ
ァセットエッチングを用いる場合には、レーザキャビテ
ィーの対向端に形成されるレーザ鏡は、へき開からでは
なく加工工程から作られる。

【００５１】レーザキャビティー長の範囲を限定するも
う１つの方法として、等しい長さのダイオードレーザを
ウェーハーからへき開するという方法がある。図４は、
へき開されたウェーハー４２を略図的に示したものであ
り、このウェーハー４２の上に分離レーザ４４のアレイ
が形成されている。その後、破線４６に沿って（わずか
な角度だけ）傾いた鏡ファセットを、各キャビティーの
一端に同時に設置するために、アレイに研磨技術を用い
る。この技術は、ＣＰＭ受動モードロックレーザダイオ
ードのアレイに対して特に適切である。しかし、図３
の、好ましい駆動／従属モードロックダイオードレーザ
配列では、対応するように傾けられたファセットを、駆
動レーザと従属レーザとのアレイに備えなければならな
い。隣接するレーザの長さの差と対応する共振周波数の
差とは、アレイ内のレーザの間隔と研磨角度に依存す
る。

【００５２】従って、本発明で用いられる異なるキャビ
ティー長の受動モードロックモノリシックダイオードの
アレイを得るには、上述の技術のいずれでも、またはそ
の他の適切な技術でも用いることができる。しかし、駆
動／従属レーザのアレイに用いるには、インシトゥファ
セットエッチングがおそらく最も実用的である。

【００５３】本発明のような高帯域幅の光通信システム
は、様々な多くの方法で用い得るが、特に関心が集まる
のはビデオ加入者システムにおいて用いることである。
本発明で可能となる、３５０ＧＨｚのオーダーの帯域幅
では、何千ものビデオチャンネルを、末端加入者がいく
つのチャンネルでも受信できるように、または、おそら
く何千もの放送から継続的にそれぞれのフィルムを選択
できるように、同時に送信することができる。

【００５４】現在可能な技術を用いると、１００ミクロ
ンほどの小さなレーザダイオードを正確に製造すること
ができる。この大きさのダイオードキャビティーは約３
５０ＧＨｚの共振周波数を有している。このような帯域
幅では、何千ものテレビチャンネルが１つの光ファイバ
ーで搬送され得る。現在使用できる検出電子装置は５０
ＧＨｚのオーダーの周波数までのみ操作可能であるた
め、高周波数副搬送波を用いることそのものから、送信
された信号を検出する際の問題が生じてくる。前述のよ
うに、このような高周波数の電子装置は、技術の最先端
にあり、そのため高価である。従って、当面は、約１０
ＧＨｚの周波数の副搬送波を得ることが望まれている。
それによって、大半の適用例において十分な約１０ＧＨ
ｚという帯域幅が得られるためである。

【００５５】帯域幅の範囲を限定するもう１つの方法
は、図５に示したシステムを用いることである。これ
は、大きな帯域幅信号を検出し、現在用いられている民
生電子装置を用いて復調できるようにするシステムであ
る。図５に示した副搬送波チャンネルは、９ＧＨｚから
始まり、隣接するチャンネルから０．１ＧＨｚ分離され
た副搬送波周波数を有している。各チャンネルはアナロ
グ周波数変調されている。従来のシステムでは、信号は
副搬送波周波数で検出され、それぞれのチャンネルの周
波数での局部発振器を用いて、搬送した信号を回収す
る。本発明のこの局面によると、中間周波数信号を導入
して、復調部位に送信しやすい差動信号の検出を可能に
し、それによって送信周波数ほどの周波数を有する局部
発振器を用いる必要がなくなる。

【００５６】図５に示したシステムにおいて、８．８５
ＧＨｚの参照副搬送波Ｒｅｆは信号搬送副搬送波チャン
ネルＣｈ１、Ｃｈ２、Ｃｈ３などと共に伝達される。参
照副搬送波は信号を搬送しない。この参照信号は、検出
器４８（図２）で信号搬送副搬送波と混合し、０．１
５、０．２５、０．３５ＧＨｚなどの周波数の異なった
信号が得られる。これらの周波数の信号は、従来の電子
装置を用いて簡単に検出し得る。参照信号を、副搬送波
に比べて大きな振幅にすることによって、検出器でのク
ロスチャンネル混合の結果生じるノイズと異なった信号
とを区別し得る。０．１５、０．２５、０．３５ＧＨｚ
などの周波数を持つ局部発振器４９も、送信された信号
Ｖ_modを回収するのに用い得る。信号と参照副搬送波と
の間の相対ドリフトは（これらは同一のチップ上に発生
するため、抑制せねばならないものだが）、低周波数レ
ベルの発振器での対応する変動によって補わねばならな
い。

【００５７】ビデオ加入者システムに適切であるばかり
でなく、各チャンネルでの信号を検出する電子装置が比
較的安価であるため、この種のシステムでは、１つのタ
ーミナルが、多くのチャンネルによって送信された広い
帯域幅信号を回収することができる。１つまたはそれ以
上のターミナルが、１つまたはそれ以上の副搬送波周波
数に変調された光信号を送信する、地域コンピュータネ
ットワークで、このようなシステムを用いることもでき
る。

【００５８】上述の型の、安定した受動モードロックダ
イオードレーザのその他の適用例としては、高輝度ブル
ーレーザ光源を製造するための第二高調波発生器が挙げ
られる。このような高周波数レーザビームは、光ディス
クにより高密度でデータを記憶できるため、データ記憶
の分野で特に興味が集まっている。本発明の主／従属レ
ーザでは、特に、安定した高出力を得られるが、高輝度
パルス出力を提供するその他のダイオードレーザを代わ
りに用いてもよい。

【００５９】受動モードロックダイオードレーザは、そ
れぞれが高出力の、一連の出力パルスを提供する。パル
ス出力を非線形バルク結晶または導波第二高調波発生
（ＳＨＧ）結晶に通すことによって、出力光の周波数は
二倍になり、さらにもっと高い高調波を発生し得る。

【００６０】このような変換において、第二高調波出力
ビームのピーク電力は、基本波、つまり入力ビームのピ
ークパワーの二乗に比例する。従って、安定した受動モ
ードロックダイオードレーザからハイパワーの基本波を
提供することによって、発生する第二高調波のピークパ
ワーを大きく増加することができる。

【００６１】出力がパルス化されると、発生される第二
高調波の平均パワーは、１反復サイクル内のパルス間隔
に相関する。基本波のパルス間隔が１／Ｎとすると、第
二高調波の平均パワーＰ_SHG(av)は、以下の関係によっ
てピークパワーＰ_f(av)に相関する：Ｐ_SHG(av)αＰ² _f(av) ｘＮつまり、システムの効率は、基本波のピークパワーにデ
ューティーサイクル（Ｎ）を掛けたものに比例する。

【００６２】（Ｐ_SHG(av)／Ｐ_f(av)）αＰ_f(av) ｘ
Ｎ故に、二倍変換の効率はデューティーサイクル（Ｎ）に
よって直接変動する。ピークの間隔を狭めることによっ
て、変換効率を増加することができる。

【００６３】典型的な受動モードロックダイオードレー
ザとしては、パルス間隔は約１０ｐｓであり、デューテ
ィーサイクルは約１０から約１００までで変動する。受
動モードロックダイオードのデューティーサイクルは、
ｄ．ｃ．バイアスを受動モードロックダイオードレーザ
に適切に印加して、少なくとも２０の係数によって効率
を向上させることによって増加され得る。従って、変換
の効率は、係数Ｎによって、連続的レーザ源を用いて発
生することにより向上し得る。この時、Ｎは２０と等し
いか、または２０より大きくてもよい。

【００６４】第二高調波は、バルク結晶または導波ＳＨ
Ｇ結晶において発生し得る。効率の約２０倍の向上は、
第二高調波発生器として、バルク結晶の代わりに導波Ｓ
ＨＧを用いることにより可能になる。本発明の第四の局
面では、導波ＳＨＧを第二高調波を発生するのに用い
る。

【００６５】ブルーレーザ光をＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
レーザから発生するためのこのようなシステムの例を図
８に示す。キャビティーの長さ４ｍｍ、および厚さ５μ
ｍのレーザストライプ９２を有する、受動モードロック
ダイオードＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓレーザ９０によっ
て、８６０ｎｍのパルス出力ビームが発生される。ダイ
オードレーザのコンタクトは、図７に示したものに類似
している。このようなダイオードレーザは、一般には、
継続時間１０ｐｓの出力パルスを発生する。従って、簡
単に１０のデューティーサイクルを作り出すことができ
る。ｄ．ｃ．バイアスを適切に印加することによって、
Ｎ＝２０およびそれ以上の高さのデューティーサイクル
を得ることができる。ダイオードレーザ９０によって発
生させられる８６０ｎｍのレーザ光が、結合レンズ９６
を通して、ＫＮｂＯ₃（ニオブ酸カリウム）からなる導
波ＳＨＧ９４へと結合される。しかし、その他の非線形
材料もＫＮｂＯ₃の代わりに用い得る。このような材料
で適切なものの１つにＬｉＮｂＯ₃がある。導波ＳＨＧ
９４は、長さが５ｍｍで、側面の寸法が４μｍｘ４μｍ
である。導波ＳＨＧ９４は、より高い屈折率ガイド領域
を作るか、またはより低い屈折率クラッド領域を作るこ
とによって形成され得る。上述の配列では、導波ＳＨＧ
９４から４３０ｎｍの出力が発生される。現存する非線
形結晶を用いて、約５０％の変換効率が得られる。

【００６６】上述したシステムは、本発明の様々な局面
を用い得る多くの方法の内のいくつかにすぎない。高帯
域幅通信システムを提供することで、情報伝達における
用途はますます広がる。ハイパワーの安定した受動モー
ドロックダイオードレーザは、この通信システムおよび
その他の多くの通信システムで用いることができる。ま
た、従来の低周波数電子装置を検出部で用いることがで
きる、信号搬送副搬送波と共に参照副搬送波を送信する
システムは、多くの高周波数通信システムで用いること
ができる。

【００６７】

【発明の効果】本発明によれば、異なった周波数の副搬
送波をいくつか用いることによって高帯域幅の通信シス
テムが提供される。また、本発明によれば、駆動レーザ
および受動モードロック従属レーザを備えることによ
り、ハイパワーの安定したブルーレーザビームを出力す
る受動モードロックダイオードレーザが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】約４ｍｍのダイオードキャビティー長を有する
ダイオードレーザの小信号レスポンスを示す図。

【図２】本発明の電気的通信システムの略図。

【図３】受動モードロック出力を提供するための、駆動
／従属レーザダイオード配列の略図。

【図４】異なったダイオードキャビティー長を有するダ
イオードレーザのアレイを提供するための、へき開され
たウェーハーの略図。

【図５】本発明によるデータ通信に用いられる、副搬送
波チャンネルと参照周波数とを示すグラフ。

【図６】基本的な従来の光通信システムの略図。

【図７】公知のリッジ型分割コンタクトファブリ-ペロ
ーダイオードレーザの側面および断面を示す図。

【図８】本発明の第四の局面の小型ブルーレーザ源の断
面図。

【符号の説明】

１８ダイオードレーザ２０集束レンズ２２光ファイバー２４駆動レーザ２６従属レーザ２８、３４分割コンタクト３０、３６利得コンタクト３２、３８可飽和吸収コンタクト４０第三コンタクト４２ウェーハー４４分離レーザ４８検出器４９局部発振器９０受動モードロックダイオードＧａＡｓ／ＡｌＧａ
Ａｓレーザ９２レーザストライプ９４導波ＳＨＧ９６結合レンズ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04B 10/00 - 10/28 H04J 14/00 - 14/08 H01S 3/00 - 3/30 G02F 1/29 - 7/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のモードロックダイオードレーザ
と、副搬送波を変調する手段とを有する光通信システム
であって、該モードロックダイオードレーザはそれぞれのダイオー
ドレーザキャビティーの寸法によって決定される光共振
周波数で、異なったそれぞれの副搬送波周波数を発生す
るために用いられ、該変調手段は、送信するための複数の光信号を提供する
各入力信号に応じて、各副搬送波を変調する、光通信シ
ステム。
【請求項２】前記モードロックダイオードレーザが、
それぞれ異なる共振周波数を有する受動モードロックダ
イオードレーザである、請求項１に記載の光通信システ
ム。
【請求項３】前記変調手段が、デジタル情報を、副搬
送波のうちの少なくとも１つに付与するために用いられ
ている、請求項１または２に記載の光通信システム。
【請求項４】複数の信号搬送副搬送波チャンネルを発
生する手段と、参照副搬送波を提供する手段とを有して
いる光通信システムであって、該信号搬送副搬送波チャンネル発生手段は、それぞれ所
定の間隔を空けて互いに他のすべてのチャンネルの周波
数から分離された、それぞれ異なる周波数で該信号搬送
副搬送波チャンネルを発生し、該参照副搬送波は、該参照副搬送波周波数と各信号搬送
副搬送波チャンネル周波数との間隔が、該所定の間隔か
らそれぞれ区別される周波数を有している、光通信シス
テム。
【請求項５】前記参照副搬送波が、前記信号搬送副搬
送波より振幅が大きく、参照信号と信号搬送副搬送波の
いずれかとの混合の結果生成された異なる信号が、いか
なるクロスチャンネルノイズからも区別される、請求項
４に記載の光通信システム。
【請求項６】駆動レーザおよび受動モードロック従属
レーザと、種パルスを該従属レーザのダイオードキャビ
ティーに送達する手段とを有する受動モードロックダイ
オードレーザであって、該駆動レーザは、該受動モード
ロック従属レーザの共振の周波数と等しい周波数の種パ
ルスを供給するために操作され、該共振のパルスが該種
パルスと同期して発生される、受動モードロックダイオ
ードレーザ。
【請求項７】前記駆動レーザが受動モードロックレー
ザである、請求項６に記載の受動モードロックダイオー
ドレーザ。
【請求項８】前記従属レーザが、信号を前記副搬送波
チャンネルに付与するための第３分割コンタクトをさら
に有する、請求項６又は７に記載の受動モードロックダ
イオードレーザ。