JP2989842B2 - 非線形光増幅 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光増幅に係り、特に、レーザダイオードの
吸収非線形性及び双安定性に関する。

種々の吸収双安定レーザが知られており、それらは様
々な実験の目的で使用されている。そのような周知の装
置の一つであるInGaAsP埋め込み形ヘテロ構造レーザダ
イオードでは、互いに電気的に絶縁された２つの部分に
分割されたアッパーコンタクト層を有しており、各部分
は異なったバイアスが成されることができる。一方の部
分は、レーザ閾値より上で動作されるに十分なバイアス
電流が与えられ、他方の部分は、低注入電流が流れるよ
うにバイアスされる。この第２の部分は、非線形可飽和
吸収体として作動する。適切な温度で、閾値よりわずか
に下（例えば閾値の99％）で最初にバイアスされた第１
の部分で、レーザ光発生閾値より上への光学的あるいは
電気的にポンピングすることは、いくつかの場合に於い
て、大きなヒステリシス効果のために非線形性及び双安
定性を引き起こすということが見いだされている。比較
的高い、一般的には閾値より遥かに高いバイアス電流が
必要とされる。半導体注入レーザに於ける吸収双安定性
のための実際の研究及び理論的な計算の詳細は、多数の
研究者によって発表されている。それの有効な論評は、
J.Optical ＆ Quantum Electronics,Vol.19,（1987）S1
−36,H.Kawaguchiにより与えられる。

この明細書に於いては、「非線形」という用語は、い
くつかの点で、所定の動作状態のために出力にジャンプ
がある装置及びその動作を指すために使用される。「双
安定性」は、ヒステリシスがあるエンハンスされた非線
形効果（即ち、非線形性がより著しいということ）であ
る。双安定性の始まりで、不安定の領域があるもので、
この不安定領域に於いては、少しの双安定効果があり、
非常に小さな意図しない動作あるいは環境の変化（例え
ば温度）のために周期的なスイッチが出力に発生するこ
と（自己脈動）ができる。

吸収双安定レーザは、もちろんファブリ・ペロモード
での光ポンピングが無効果であるだろうとはいえ、利得
スペクトラム内の何れの波長でも閾値より上に光ポンピ
ングすることによりレーザ光を発生させられることがで
きる。どのようなポンピング波長が選択されても、（利
得カーブのピークによって定義される）装置のレーザ光
発生波長で（レーザキャビティのＱが最高である波長で
のレーザ共振で）レーザ光が発生される。通常のレーザ
は、数個の波長で多数の縦放射モードを有しており、故
に、しばしば好ましくない利得カーブのピークでマルチ
モード出力を与える。よって、吸収領域を有するDFBレ
ーザがこの問題を回避するために使用されており、単一
モードの動作を提供する。DFBあるいは他の狭帯域レー
ザは、高価になる傾向があるという問題点を有してい
る。

本発明は、新規且つ有効な非線形光学装置及び動作モ
ードを提供する。

まず、非線形効果を発生させるために、レーザ光発生
（即ち共振）を始めることが必要でないということが見
いだされている。意外なことに、同程度の非線形性は閾
値より下でさえ起こり、そのため、レーザよりもむしろ
増幅器としてその装置を動作することにより、出力（即
ち双安定性のレベル）に於いて同様の比例増加を成し遂
げることができる。一般的には、増幅器は、最初にバイ
アスされ、次に閾値バイアスより約10％乃至20％下で動
作されることができる。

さらに、それは利得カーブのピークによって定義され
たレーザ光発生波長での出力に限定されない。利得スペ
クトラム内の波長でのどの様な入力のためにも、同様の
波長で増幅出力が得られる。従って、出力波長の広い選
択幅がある。また、本発明では装置に対する入力が単一
モードの時は必ず装置から単一モードの出力が得られる
故に、可飽和吸収体を有する装置のために、DFBレーザ
のような高価な侠帯域レーザを使用することが必要では
ない。著しい反射切子面を有するそれらの装置に於いて
は、装置の利得スペクトラムのファブリ・ペロモードの
ピークに入力波長を同調させることにより、より低いス
イッチングエネルギが得られる。

従って、本発明は、増幅領域と可飽和吸収領域とを有
する光増幅器装置を上記増幅領域によって入力光信号が
受信可能であるように配置することと、上記光増幅器装
置のレーザ光発生閾値より低いレベルで選択された波長
λの前記光信号を入力することと、非線形なマナーで動
作するよう上記光増幅器装置を制御することと、上記入
力波長λで増幅出力信号を受けることとを含む光信号の
増幅方法を提供する。

本発明はまた、可飽和吸収領域を有し、閾値より下で
非線形に動作するよう適合され、そのために、該装置に
入力された波長λｉの光信号のために、波長λｉの出力
が発生される光増幅器を提供する。

本発明及びその意義の理解のために、レーザ増幅とレ
ーザ発振との間の差異がよく理解されることが重要であ
る。レーザ発振は、レーザに於いて、即ち利得を有する
物質が光共振器内に配置されているレーザ装置に於いて
発生するものであって、このレーザ発振は、十分な利得
とフィードバックの両方がある場合にのみ起こる。どの
ような共振器構造のためにも、レーザ光発生閾値（「閾
値」）は、それ以上になったときにレーザ発振が起こる
だろうポンピング限界値を定義する。レーザ増幅は、利
得はあるが、利得とフィードバックの組合せが共振を生
じないほど十分に低い装置に於いて発生する。それ故
に、フィードバックを有するレーザ増幅器は、（光学的
あるいは電気的に）必要なだけ激しくポンピングされた
ならば、発振を開始することができ、故に、増幅器であ
ることからレーザであることへと変化することができ
る。増幅動作からレーザとしての動作への変化は、閾値
より上へのポンピングに起因する。レーザ発振器（「レ
ーザ」）と光学的なレーザ増幅器との両方をポンピング
することが可能である。ポンピングの波長は、両方の場
合に於いて、利得スペクトラムの短い側の波長限界より
も短い波長を有している。あるいは、ポンピングの波長
がファブリ・ペロモードのレーザと一致するならば小さ
な吸収があり、しかしながらポンピングが小さいならば
増幅があるだろうとはいえ、このポンピングの波長は利
得カーブ内であることができる。

（利得カーブ内あるいはより短いλを有する）光入力
は、以下の２つのことの何れか一方を起こすことができ
るもので、２つのこととはすなわち、光入力が吸収され
ることができるということと光入力が増幅されることが
できるということである。光入力が吸収されたならば、
光学的ポンピングがあり、故に、キャリアが励起される
だろう。キャリアの励起は、自発放出を増加する。自発
放出が立ち上がったとき、吸収体は飽和を開始するだろ
う。吸収体が飽和されたとき、装置は利得カーブのピー
クで共振するだろう（即ち、レーザ光を発生するだろ
う）。

光入力が増幅されたならば、キャリア密度が減少され
るが、光子の密度は増大する。吸収体上の不当な光子密
度の増加は、結局、吸収体を飽和させ、出力が切り換え
られる。故に、増幅するときには、装置は閾値を越える
こと無しに（それ故に、レーザ光を発生すること無し
に）切り換えられる。

本発明は、以下のような添付図面を参照して、実施例
によって以下に述べられるだろう。即ち、添付図面は、 第１図は、本発明に従った装置の一実施例を示す図で
あり、 第２図は、第１図の装置のための種々の状態に於ける
出力パワーと増幅器バイアスとの関係を示すグラフであ
り、 第３図は、第１図の装置を含むコンポーネントの配置
の概略図であり、 第４図は、双安定動作のためのスイッチング閾値と周
波数との関係を示すグラフであり、第４（ａ）図は、伝
達特性のサンプルを示す図であり、 第５図は、第１図の装置が双安定動作を行なっている
ときの装置出力のスペクトラムであり、 第６図は、第１図に示されたタイプの装置のための一
般的な利得スペクトラムであり、 第７（ａ）図及び第７（ｂ）図は、第１図の装置が非
線形性動作を行なっているときに得られることができる
伝達特性及びパルスシェーピング効果を示す図であり、 第８図は、吸収体領域がバイアスされたときの非線形
性動作を行っている第１図の装置の入力のレンジのため
の伝達特性を示しており、そして、 第９図乃至第11図は、装置構造の他の実施例を示して
いる。

第１図を参照すると、0.15×1.6×400μｍのアクティ
ブエリア寸法と0.3の閉じ込めファクタとを有するInGaA
sP埋め込み形ヘテロ構造レーザダイオードである長波長
ダイオード11が示されている。

この装置は、写真石版術的に制御されたウェットエッ
チングプロセスによって（装置のセクション14,16に関
連する）２つの電気的に絶縁された部分13,15に分割さ
れたアッパーＰコンタクト層を有している。２つの部分
間の間隔距離は、２つのAu/Ti金属被覆部分間の抵抗値
を約450Ωとすれば、10μｍである。部分13は120μｍの
長さであり、部分15は270μｍの長さである。ペルティ
エクーラ（図示せず）上にホール装置がマウントされて
おり、プラチナ抵抗器（図示せず）を使用する上記クー
ラの温度を変えることにより装置の温度が調整可能とな
っている。

それぞれの金製ボンディングパッド17,19は、部分13,
15上のAu/Ti金属被覆上に圧着され、そのため装置の２
つの端が差動的にバイアスされることができる。

部分14は動作の間バイアスされないまま残り、従って
装置のこの端のアクティブ層は非線形可飽和吸収体とし
て作動する。可飽和吸収領域は、異なった環境下で放射
される周波数の放射線を吸収する。有限量の放射線のみ
が吸収され、よってこの吸収領域は飽和され、その後は
さらなる吸収は提供しない。前述したKawaguchiの論文
のような従来の刊行物は、一方のコンタクト部分が閾値
レベルにバイアスされ且つ他方がバイアスされない時
に、一つ以上の吸収体領域を有する組み立てられた装置
がどの様に作動するかということを、量子力学用語で説
明している。

第２図は、この既知のモードの動作を示すグラフであ
る。ペルティエクーラの温度変化のために、増幅器バイ
アス電流に対して出力パワーがプロットされている。29
1Kで、閾値（16mA）より上で非線形放射があるというこ
とに注意されたい。299Kでは、閾値で不安定領域があ
り、312Kでは、最初のヒステリシス効果が見え、325Kで
完全なヒステリシス効果となる。温度がさらに高くなる
につれ、双安定性がより顕著になる。非常に高い温度で
は、高くなった温度のために利得が落ちる故に、非線形
性が見えなくなり、吸収が増加する。電気的なパワーの
代わりに光学的なパワーがバイアスのために使用される
ことができるということが認められるだろう。例えば、
閾値まで電気的にバイアスし、双安定（ヒステリシス）
領域に於けるスイッチングのために光学的パワーを使用
することが好ましいものであることができる。温度と同
様に（あるいはその代わりに）（光学的あるいは電気的
又はその両方の）バイアスを変更することにより、特性
を越える制御が成し遂げられることができる。

我々は、装置がバイアスされレーザ光発生閾値より下
で動作されることができ、且つ吸収体の低順方向バイア
スでさえもなお非線形性及び双安定性が観測できるとい
うことを発見した。吸収体の逆方向バイアスは、吸収体
の回復時間を短くすることによりスピードを上げる。し
かしながら、印加されることができる逆方向バイアスの
量は、部分13と15とに関するコンタクト間の抵抗によっ
て制限され、過度の逆バイアスは電極間のギャップを横
切る表面漏れ電流に帰着する。本発明の一実施例に従っ
た動作のために使用される各コンポーネントの配置が第
３図に図示されている。変調周波数のレンジでの動作の
結果が第４図に示されている。サンプル伝達特性（10MH
z三角波）が挿入画として示されている。

第３図に於いて、DFBレーザ21は、レーザの動作温度
を調節することにより2nmに亙って同調可能である。35d
Bの絶縁を有するテールドファラデー回転絶縁器23を使
用して、レーザ21は装置11から絶縁されている。レーザ
21からの光を偏光コントローラ27を介してTEモードで閾
値（45mA）より下の選択された値（例えば40mA）でバイ
アスされた増幅器セクション16へ結合するためにテーパ
されたレンズドファイバ25が使用される。バイアスされ
ていない吸収体セクション14の出力は、検出器29に第２
のテーパされたレンズドファイバを介して結合されてい
る。13.5GHzの帯域幅を有する30μmPINホトダイオード
である検出器29は、２つの増幅器（図示せず）を介して
サンプリングオシロスコープ31に接続されている。

変調周波数のレンジのための閾値（45mA）より低くバ
イアスされている間の光入力に対する装置11の応答が第
４図に示されている。装置の双安定動作に於いて、335K
で、装置11の出力は、1.556μｍの入力波長で、８μＷ
のロー状態から約200psの立ち上がり時間を有して35μ
Ｗのハイ状態に切り替わる。ヒステリシスの幅、即ちヒ
ステリシスステップのトップとボトムの間のバイアス電
流に於ける差は、1mAであった。結果として、正弦波入
力が方形波出力に変換される。装置11と検出器29の間に
レーザ21（図示せず）の放射波長に同調された1nm帯域
通過フィルタ33を配置することにより、上記ロー状態が
１μＷに減ぜられ、ハイ状態が30μＷ（15dBの減光率）
に減ぜられる。サンプル伝達特性（10MHz三角波）が第
４（ａ）図に示されている。

閾値より十分に低くバイアスされた双安定光増幅器と
して動作するときの装置11のスイッチング速度は、上記
吸収体領域の回復時間によって制限される。前述したよ
うに、吸収体領域の逆方向バイアスは、吸収体の回復時
間を減ずる。最大のスイッチ繰り返し速さは約0.25GHz
である。

完全にバイアスされた上記吸収体セクション14では、
上記最大スイッチ繰り返し速さは約0.25GHzに制限され
る。吸収体領域をわずかに正バイアスすることにより、
ヒステリシスの幅が減少し、吸収体領域の約0.6mAのバ
イアスで、装置はその双安定性を失い、単なる非線形性
になるということが発見されている。回復時間が減少す
るということが他の効果である。これは、非線形動作が
述べられるときに、詳細に後述される。

装置11が反射切子面を持つ故に、最小スイッチングパ
ワーは、ファブリ・ペロモードの装置の一つのピークに
入力を同調することにより成し遂げられる。第５図は、
モードピーク41と谷を示す装置11のためのモードスペク
トラムである。ピークを選択することにより、改善され
た利得及びより低いスイッチング閾値が得られる。装置
11の応答は変調周波数に依存するが、ファブリ・ペロモ
ードの一つのピークに同調することにより、最適な利得
が成し遂げられる。この特定の装置では、約36μＷの出
力パワーが成し遂げられ、状態を変化させるのに必要と
される最小パワーが２μＷであり、150MHzの最大繰り返
し周波数で繰り返される状態変化の閾値は36μＷであっ
た（これらはパルスエネルギではないということに注意
されたい）。従って、増幅器の正味の利得は、双安定動
作（不飽和の利得）の間、０と12dBの間で変化した。こ
の利得は非常に低く、スイッチング閾値はレーザ光発生
閾値を越えて動作されている装置のためには非常に高い
が、減光率は変化しない。

バイアス電流は40mAから減ぜられはするが、温度が33
5Kに維持されるならば（閾値は45mAである）、ヒステリ
シスが減ぜられ、スイッチング閾値が増大される。25mA
のバイアス電流では、スイッチング閾値は100μＷであ
り、この100μＷは入力レーザ21から得ることができる
最大パワーであり、故に、より低いバイアス電流のため
にスイッチング閾値を決定することは不可能であった。

入力レーザ21からの入力波長は、装置11とコンパチブ
ルなどのような適当な波長であることもできる。この特
定の装置のためには、可能な波長のレンジは、レーザ光
発生波長1.57μｍを中心として約30nmである。一般的に
は、このレンジは、レーザ光発生波長を中心として30nm
−50nmである。閾値より低く動作された装置の或る重要
な特徴は、入力と同じ波長（あるいは広い波長）を出力
光が持つように入射光が増幅されるということである。
DFBレーザ入力では、有効な単一モード出力が得られ
る。

対比に於いて、閾値を越えて動作するならば、装置は
波長シフタとして動作し、出力は常にレーザ光発生波長
である（装置11がマルチモードレーザとして構成されて
いれば、DFBレーザからの入力光でさえマルチモードで
あるだろう）。

第６図に示されているように、0.08％の切子面反射率
を有する装置にあっては、閾値よりも十分下（閾値の70
％）では、利得スペクトラムは、ワイドレンジの波長が
増幅されることができ且つ同調が比較的容易であるよう
に、少量（3dB）の残余リップルのみを有して比較的平
坦である。高バイアス（95％）では、スペクトラムはよ
り尖り（ここでは約10dB）、その3dB幅はより狭く、モ
ード帯域幅は減ぜられる。この傾向は、それらの切子面
の反射率に係わらず全てのレーザ増幅器に当てはまり、
最適動作ポイントは常に利用できる利得と必要とされる
帯域幅との間の中間物である。増幅されるべき入力信号
のためには、この入力信号の帯域幅は、ファブリ・ペロ
ピークの帯域幅よりも狭くなければならない。さらに、
入力信号帯域幅と結合された入力信号の中心周波数の変
化性は、ファブリ・ペロモードの幅よりも狭くなければ
ならない。故に、ファブリ・ペロモードが狭いならば、
入力信号の中心周波数を制御することが必要であり、伝
送帯域幅に限界がある。最も多くの目的のために最良の
トレードオフは、利得が妥当である閾値の約70％で得ら
れ、増幅されることができる波長のレンジは許容できる
幅であり、同調は簡単である。

前述されたように、入力波長は、最良の利得のために
は、装置11のためのモードスペクトラムのピークに同調
されることを必要とする。これは、例えば回折格子を有
するソースを同調することにより、あるいはペルティエ
クーラの温度を調節することでその温度を変えることに
より成し遂げられることができる。装置閾値よりも十分
に下で、あまり正確でない制御がモードピークに同調す
るために必要とされるように、より低いピーク対谷比を
有して、モードピークはより広い。

双安定領域に於ける装置11の動作が以上に述べられ
た。次に、ヒステリシス効果の無い非線形性のみの（こ
こでは、単純非線形性として参照される）領域に於ける
低い温度での動作を述べる。単純非線形性領域に於いて
閾値より低く動作された装置11のための或る応用は、パ
ルスのリシェーピング及び増幅のためである。得られる
パルスシェーピング効果の一例が第７（ｂ）図に示され
ている。伝達特性が第７（ａ）図に示されている。正弦
波状の入力パルスが第７（ｂ）図の上方に示されてお
り、そのリシェープされた方形波出力が下方に示されて
いる。この出力の精密な形状は、吸収体セクション14の
温度又はバイアスの変更により変えられることができる
もので、バイアスを上げれば吸収が減ぜられ、また温度
を上げれば吸収が増大する（しかし、双安定効果を導く
ほどには高くならない）。

従って、単純非線形性領域に於いては、装置は再生式
増幅器として有用である。装置の他の応用は、光リミッ
タとして、パルス圧縮器として、及び低雑音増幅器とし
てである。

該装置が双安定制度で動作するときに吸収体領域をバ
イアスすることにより、該装置がその双安定性を失うと
いうことが前述されている。次に、バイアスされた吸収
体領域を有する第１図の装置の使用の一例が与えられる
だろう。増幅器11は、18℃では、増幅器領域16に於いて
は16mAのバイアスで動作され、吸収体領域14に於いては
0.6mAのバイアスで動作される。光送信機21は前の通り
増幅器11の利得カーブのピークに整列されたDFBレーザ
である。他の回路の細部も前の通りである。

三角波入力のための該装置11のサンプル伝達特性が第
８図に示されている。この特性は強い非線形性であり
（しかし双安定ではない）、この非線形性は200psの検
出器制限立ち上がり時間を持っている。最大繰り返し速
さは、双安定動作での0.25GHzの最大スイッチングレー
トに比較して、非線形性動作のために1GHz−4GHzであ
る。この非線形性は光利得に依存し、従って、入力波長
とファブリ・ペロモードの装置11との間の離調に依存す
る。一般に、より短い波長に入力を離調することは、既
に説明したように、利得の減少並びに光出力パワーの減
少に帰着する。非線形利得のために必要とされる最小入
力パワーは−51dBmであり、10dBのコントラストレート
のための最小入力パワーは−30dBmであった。パルスシ
ェーピングが行なわれた最大入力変調周波数は、700ps
の最小繰り返し時間に相当する700MHzであった。

第９図及び第10図は、別の装置構成を示している。第
９図の実施例に於いては、３つの電極部分51,53,55があ
る。部分51と53は数mAではあるが装置閾値より低くバイ
アスされ、部分53はゼロバイアスされ、あるいは少し、
例えば1mAより低くバイアスされ、それによって可飽和
吸収体セクション57を作る。部分51,53は、付加的な制
御のために、差動的にバイアスされることができる。

増幅領域と吸収領域がそれらの間の「ジグザグ」キャ
ップによって定義されている第10図に示されたような装
置構成は、特に好ましい。そのような構成にあっては、
吸収領域のためのボンディングパッドをマウントするの
に利用できる長さ及び／又はエリアが増大される。吸収
領域が短い、できる限り15μｍよりも短い故に、一般的
な配列は固着することが難しい。もちろん、上記２つの
領域のコンタクト層間のギャップがアクティブ層導波管
に垂直に交差するが、そのような図示された配列は特に
好ましいものであるということは必須のものではない。

望まれるだけ多くの電極部分が提供されることがで
き、実際には、吸収体及び増幅器領域は、第11図に概略
的に示されるように、ストリップ部分中に、装置の長さ
に沿って分配されることができる。我々は、そのような
構成が本発明に従って使用されることができるとはい
え、それらの性能は第１図を参照して述べられたような
単純な装置の性能よりも一般的に悪くなるということを
見いだしている。特に、我々は、分配された吸収及び増
幅領域を有する装置は、第１図のタイプの装置よりも高
い閾値と低いスイッチング速度とを有するということを
見いだしている。そのような「分配型」装置が製作され
たならば、増幅領域63は吸収領域65よりも約２倍長いこ
とができる。吸収領域は、増幅領域がバイアスされるこ
とができるのに対して、それらがバイアスされることが
できないようにドープされることができ、例えば導電性
を提供するために亜鉛がそれらの領域に拡散されること
ができる。

吸収領域対増幅領域の比は、所望の特性に依存して選
択されることができ、同様に装置の全長に依存して選択
されることができる。InGaAsPに於ては、装置の全長は
好ましくは、（典型的に30％の反射率の）コートされて
いない装置のために200μｍ−500μｍの範囲であること
ができる。吸収領域は一般的に、増幅領域よりも顕著に
短く、例えば2:3乃至1:3の比である。過度に長い吸収領
域（あるいは分配された吸収がある場合には長い全長）
は、非線形性に制限し、吸収が増幅領域の利得を越える
場合には、吸収体は飽和せず、非線形効果は見られな
い。

異なってバイアスされた領域間の間隔は、幾らか注意
して選択されることが必要である。第１図の例では、こ
の間隔は約10μｍであり、相互接続抵抗は400Ωであっ
た。抵抗が非常に小さいならば、バイアスが吸収体にリ
ークするので非線形性が失われ、吸収が減じられる。反
対に、ギャップが非常に大きいと、さらされたアクティ
ブ層からの導波管損失の結果として上記２つの領域の間
にロスが導かれ、効果的に利得が減ぜられる。

前述したように、装置の両端の反射率は通常、コート
されていないとすれば、約30％（一般的なレーザ反射
率）である。装置切子面の反射率を減ずることに於い
て、利点がある。一般に、切子面反射率を減ずるにつ
れ、伝送帯域幅は増加し、ヒステリシスの量は減少し、
最大スイッチングレートは増加する。しかしながら、こ
れらの一般的なレートの範囲内では、我々は、ヒステリ
シスの量が切子面反射率を落とすことで落ち、それより
下では単純非線形性があり且つヒステリシスがない30％
の反射率が限界値であることが見られるということを見
いだしている。また、最大スイッチングレートは切子面
反射率を落とすことで増大され、それより下では最大ス
イッチングレートが一定である約0.5％の限界値がある
ことが見られる。

スイッチとして動作されるときには、スイッチ立ち上
がり時間は、切子面反射率にもまた依存する。約0.1％
よりも下の反射率では、立ち上がり時間は吸収体ゾーン
の長さにより定義される。約120μｍの吸収体の長さ及
び0.1％より下の切子面反射率で、立ち上がり時間は約2
psであり、より高い切子面反射率のためには、立ち上が
り時間はより短くなる。

繰り返し時間は立ち上がり時間と立ち下がり時間との
関数であり、この立ち下がり時間は制限されている。立
ち下がり時間は２つの成分を有しており、即ち一つは立
ち上がり時間に於けるのと同様に光子密度の変化であ
り、もう一つは吸収体に回復時間である。切子面反射率
が落ちるにつれ、同程度の吸収のためにはより短い吸収
体が必要とされる。光子寿命は反射率が落ちるにつれて
落ち、それ故に、光子密度に於ける変化はより急速であ
り、故に、立ち上がり時間並びに立ち下がり時間は両方
とも減少する。より短い吸収体の使用はまた、より短い
回復時間に帰着する。

パルス圧縮もまた、本発明に従って動作される装置で
最小出力パルス幅を達成されることができるもので、こ
の最小出力パルス幅は切子面反射率に依存して達成され
ることができる。成し遂げられる最小パルス幅は、装置
中の光子寿命と装置内での利得の帯域幅とに依存する。
一般的に、切子面反射率を減ずることはまた、その関係
が単なる線形ではないとはいえ、成し遂げられる最小パ
ルス幅をも減ずる。低反射率のためにはそれは約１％で
あり、光子寿命は最小パルス幅の決定に於ける制限ファ
クタである。例えば、0.5％の切子面反射率では、第１
図の装置は7psの光子寿命を有すだろうし、成し遂げら
れる最小パルス幅は約10psであるだろう。長さ20psの入
力光パルスを受けるそのような装置は、ただ10psのみの
光パルスを出力するだろう。切子面反射率が増大するに
つれ、他の固定されたシステムのためには、光子寿命は
増加する。

約１％より上の反射率のためには、利得帯域幅は、ま
すます重要なファクタになる。コートされていない切子
面では、約100psの最小パルス継続時間を有する。３％
の反射率では、第１図の装置は約20psの最小パルス継続
時間を有する。

閾値より下で前述されたように装置を動作することの
或る大きな効果は、出力全般に亙った良好な波長制御で
あり、本質上、入力と同じ波長あるいはレンジを出力が
持つということである。入力波長は、利得カーブ内のど
の様な選択された波長をも持つことができる。これは、
許されたレンジ内の選択された波長が入力されることが
できるが、何れの所定の装置のためにも、レーザ光発生
波長ではたった一つの出力のみが可能であるという閾値
を越えて動作された装置の主な欠点を克服する。DFB装
置が成し遂げられるべき単一モード出力をイネーブルす
ることができるとはいえ、最大電流レーザのためにはこ
の出力はマルチモードである。本発明は、狭帯域出力の
ために（DFBレーザ21のような）狭帯域ソースのみが必
要とされるので、そのような困難性を回避する。

本発明に従って動作する装置のさらに重要な効果は、
それらの装置が低雑音増幅のために使用されることがで
きるということである。装置が光入力が無いときには低
い（本質上ゼロの）出力を持ち且つ光入力があるときに
はスイッチングのみを行なう故に、光入力が無いときに
は、一般的なレーザ増幅器での状況とは違って、増幅器
中の自然放出のために出力が無い。これは、それがシス
テムの前端で信号対雑音比の下落を有効に減ずるので、
送信機の出力をブーストするのに使用されるという特別
の効果である。

入力切子面の反射率を同様に減ずることなしに出力切
子面の反射率を減ずることは、出力コントラスト比を増
大する傾向があるだろう。

入力切子面の反射率を減ずることは、入力信号帯域幅
の広いレンジ全体に亙って双安定性を維持するのに有効
である。

入力切子面と出力切子面が異なった反射率を持つ装置
では種々の有効な効果が実現可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーシヤル，イアン・ウイリアム イギリス国 アイ・ピー12，１エツチ・ エー，サフオーク，ウッドブリツジ，コ ツボルド・ロード ９ (56)参考文献 特開 昭62−155581（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−35847（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−117284（ＪＰ，Ａ)

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】増幅領域と可飽和吸収領域を有し、さらに
   それを介して上記増幅領域中に光信号が入力される入力
   切子面とこの切子面の反射率を減ずるための手段を有す
   る光増幅器装置を上記増幅領域で入力光信号が受信可能
   なように配置し、 レーザ発生閾値よりも下に上記増幅領域をポンピング
   し、 選択された波長λの上記光信号を上記増幅領域がそのレ
   ーザ発生閾値よりも下に維持するようなレベルで入力
   し、 非線形なマナーで動作するように上記光増幅器装置を制
   御し、そして、 上記入力波長λで増幅された出力信号を受けるようにし
   た光信号の増幅方法。
2. 【請求項２】増幅領域と可飽和吸収領域を有し、さらに
   それを介して上記増幅領域中に光信号が入力される入力
   切子面とこの切子面の反射率を減ずるための手段を有す
   る光増幅器装置を上記増幅領域で光入力信号が受信可能
   なように配置するステップと、 レーザー発生閾値よりも下に上記増幅領域をポンピング
   するステップと、 上記増幅領域がそのレーザ発生閾値よりも下に維持する
   ような波長及びレベルである選択された波長λの上記光
   信号を入力するステップであって、該入力された光信号
   は上記増幅領域を介して上記可飽和吸収領域に衝突し、 非線形なマナーで動作するように上記光増幅器装置を制
   御するステップと、及び、 上記入力波長λで増幅された出力を上記吸収領域を介し
   て受けるステップとを具備する光信号の増幅方法。
3. 【請求項３】入力された光信号が上記装置のための利得
   スペクトラムのファブリ・ペロモードのピークに同調さ
   れている請求の範囲第１項又は第２項に記載の光信号の
   増幅方法。
4. 【請求項４】上記入力切子面の反射率が20％以下である
   請求の範囲第３項に記載の光信号の増幅方法。
5. 【請求項５】上記増幅された出力の出力のために出力切
   子面が提供され、上記光増幅器装置は該出力切子面の反
   射率を減ずるための手段を含む請求の範囲第１項又は第
   ２項に記載の光信号の増幅方法。
6. 【請求項６】上記出力切子面の反射率が20％以下である
   請求の範囲第５項に記載の光信号の増幅方法。
7. 【請求項７】上記入力切子面が上記出力切子面とほぼ同
   一の反射率を有する請求の範囲第１項、第２項又は第５
   項の何れかに記載の光信号の増幅方法。
8. 【請求項８】上記入力切子面と上記出力切子面とが実質
   上異なる反射率を有する請求の範囲第１項、第２項又は
   第５項の何れかに記載の光信号の増幅方法。
9. 【請求項９】上記制御は上記光増幅器装置の温度を制御
   すること、及び／又は上記増幅器領域のバイアスを制御
   することを含む請求の範囲第１項乃至第８項の何れかに
   記載の光信号の増幅方法。
10. 【請求項１０】可飽和吸収領域を有し、供給される光信
    号入力に対し閾値より下で非線形動作するように適合さ
    れ、当該装置に入力される波長λｉの前記光信号入力に
    ついて波長λｉの増幅された出力を発生する光増幅器。
11. 【請求項１１】上記可飽和吸収領域は、当該装置の残り
    の部分よりも十分に低い電圧でバイアスされるように適
    合された一つ以上の部分を含む請求の範囲第10項に記載
    の光増幅器。