JP3059625B2 - 光パルス列の発生方法及び光パルス発生装置 - Google Patents
光パルス列の発生方法及び光パルス発生装置Info
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- JP3059625B2 JP3059625B2 JP6005203A JP520394A JP3059625B2 JP 3059625 B2 JP3059625 B2 JP 3059625B2 JP 6005203 A JP6005203 A JP 6005203A JP 520394 A JP520394 A JP 520394A JP 3059625 B2 JP3059625 B2 JP 3059625B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば光計測や光通
信分野等で利用可能な光パルス列を発生するための方法
及びその実施に好適な光パルス発生装置に関するもので
ある。
信分野等で利用可能な光パルス列を発生するための方法
及びその実施に好適な光パルス発生装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザを用いパルス幅が短い光パ
ルス列を発生する装置の一例が、例えば文献Ｉ（アイ イーイ
ーイー シ゛ャナル オフ゛ クワンタム エレクトロニクス(IEEE JOURNAL OF QUANT
UM ELECTRONICS),VOL.28,No.10,OCT.1992 ，pp.2176-21
85）に開示されている。この文献Ｉに開示の装置は、同
一のＩｎＰ基板上に光の発生及び増幅を行なう利得領域
と、光パルスの短縮に寄与し受動モード同期を起させる
可飽和吸収領域とを、該可飽和吸収領域を利得領域で挟
みこむように具え（文献ＩのFig.3 ）、さらに、可飽和
吸収領域および利得領域各々に電気信号を印加する電極
を具えたものであった。この装置では、利得領域に順バ
イアス電流を、また、可飽和吸収領域に逆バイアス電圧
をそれぞれ印加することにより、受動モード同期の一種
であるところの衝突モード同期が生じて超高速の光パル
ス列が得られる。ここで得られる光パルス列の周波数
は、レーザの共振器長（主に利得領域及び可飽和吸収領
域の各領域の総長さ）で決まるラウンドトリップ周波数
の倍であるので、この装置は超高速の光パルス列を得る
装置として有効なものであった。文献Ｉの主に第2179頁
左欄には、共振器長を２５０μｍ（利得領域長２１５μ
ｍ、可飽和吸収領域長１５μｍ、電極分離部長１０μ
ｍ）とし構成した装置を用い、パルス幅６４０ｆｓ（フ
ェムト秒）、周波数３５０ＧＨｚの光パルス列を得た点
が開示されている。
ルス列を発生する装置の一例が、例えば文献Ｉ（アイ イーイ
ーイー シ゛ャナル オフ゛ クワンタム エレクトロニクス(IEEE JOURNAL OF QUANT
UM ELECTRONICS),VOL.28,No.10,OCT.1992 ，pp.2176-21
85）に開示されている。この文献Ｉに開示の装置は、同
一のＩｎＰ基板上に光の発生及び増幅を行なう利得領域
と、光パルスの短縮に寄与し受動モード同期を起させる
可飽和吸収領域とを、該可飽和吸収領域を利得領域で挟
みこむように具え（文献ＩのFig.3 ）、さらに、可飽和
吸収領域および利得領域各々に電気信号を印加する電極
を具えたものであった。この装置では、利得領域に順バ
イアス電流を、また、可飽和吸収領域に逆バイアス電圧
をそれぞれ印加することにより、受動モード同期の一種
であるところの衝突モード同期が生じて超高速の光パル
ス列が得られる。ここで得られる光パルス列の周波数
は、レーザの共振器長（主に利得領域及び可飽和吸収領
域の各領域の総長さ）で決まるラウンドトリップ周波数
の倍であるので、この装置は超高速の光パルス列を得る
装置として有効なものであった。文献Ｉの主に第2179頁
左欄には、共振器長を２５０μｍ（利得領域長２１５μ
ｍ、可飽和吸収領域長１５μｍ、電極分離部長１０μ
ｍ）とし構成した装置を用い、パルス幅６４０ｆｓ（フ
ェムト秒）、周波数３５０ＧＨｚの光パルス列を得た点
が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の装置構造で１ＴＨｚを超えるような超高速の光パ
ルス列を得るためには上記共振器長を１００μｍ以下と
短くしてラウンドトリップ周波数を高める必要がある。
しかし、共振器長を短くすると端面反射による共振器損
失が大きくなるのでレーザ発振が難しくなり、また、端
面光出力の高出力化も困難となるので、改善が望まれ
る。
従来の装置構造で１ＴＨｚを超えるような超高速の光パ
ルス列を得るためには上記共振器長を１００μｍ以下と
短くしてラウンドトリップ周波数を高める必要がある。
しかし、共振器長を短くすると端面反射による共振器損
失が大きくなるのでレーザ発振が難しくなり、また、端
面光出力の高出力化も困難となるので、改善が望まれ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、この出願に係る
発明者は以下の点に着目した。文献II（アプライドフィ
ジックス レターズ（Applied Physics Letters ），5
8,1991,pp.681-683の主に図３や図４）や、文献III
（アプライド フィジックス レターズ（Applied Phys
ics Letters ），51,1987,pp.895-897の主に図３）によ
れば、利得領域の非飽和利得を増加させると高次のモー
ド同期が安定に存在するようになるという。さらに、高
次モード同期の次数は非飽和利得を増加させると増加
し、さらにヒステリシスを示すという。従って、利得領
域及び可飽和吸収領域を具える系を用いて光パルス列を
発生させる場合、該系の利得領域の非飽和利得を高く設
定し、それに対して可飽和吸収領域の非飽和吸収の絶対
値を低く設定すると、該系では、高次の受動モード同期
により、レーザ共振器長によって決まるラウンドトリッ
プ周波数の整数倍（２倍に限らない）の周波数を持つ高
速光パルス列を発生させることが可能になる。例えば、
可飽和吸収領域の飽和エネルギを利得領域の飽和エネル
ギよりも小さくし、しかもその比を、受動モード同期の
繰り返し周波数を高くしようとすればするほど大きくす
るとことで、高次の受動モード同期を生じさせることが
でき、この結果ラウンドトリップ周波数の整数倍（２倍
に限らない）の周波数を持つ高速光パルス列を発生させ
ることが可能になる。しかしここで留意すべきことは、
文献II，III に示されているように、一定の非飽和利
得、非飽和吸収に対し取り得る高次モード同期の次数は
２つ以上存在するということである。したがって、単
に、利得領域の非飽和利得を高く設定し、かつ、可飽和
吸収領域の非飽和吸収の絶対値を低く設定したのでは光
パルス列の周波数の安定化が難しい。これを防ぐために
この出願の第一及び第二の各発明では所定の波長フィル
タを用いる対策をとっている。
発明者は以下の点に着目した。文献II（アプライドフィ
ジックス レターズ（Applied Physics Letters ），5
8,1991,pp.681-683の主に図３や図４）や、文献III
（アプライド フィジックス レターズ（Applied Phys
ics Letters ），51,1987,pp.895-897の主に図３）によ
れば、利得領域の非飽和利得を増加させると高次のモー
ド同期が安定に存在するようになるという。さらに、高
次モード同期の次数は非飽和利得を増加させると増加
し、さらにヒステリシスを示すという。従って、利得領
域及び可飽和吸収領域を具える系を用いて光パルス列を
発生させる場合、該系の利得領域の非飽和利得を高く設
定し、それに対して可飽和吸収領域の非飽和吸収の絶対
値を低く設定すると、該系では、高次の受動モード同期
により、レーザ共振器長によって決まるラウンドトリッ
プ周波数の整数倍（２倍に限らない）の周波数を持つ高
速光パルス列を発生させることが可能になる。例えば、
可飽和吸収領域の飽和エネルギを利得領域の飽和エネル
ギよりも小さくし、しかもその比を、受動モード同期の
繰り返し周波数を高くしようとすればするほど大きくす
るとことで、高次の受動モード同期を生じさせることが
でき、この結果ラウンドトリップ周波数の整数倍（２倍
に限らない）の周波数を持つ高速光パルス列を発生させ
ることが可能になる。しかしここで留意すべきことは、
文献II，III に示されているように、一定の非飽和利
得、非飽和吸収に対し取り得る高次モード同期の次数は
２つ以上存在するということである。したがって、単
に、利得領域の非飽和利得を高く設定し、かつ、可飽和
吸収領域の非飽和吸収の絶対値を低く設定したのでは光
パルス列の周波数の安定化が難しい。これを防ぐために
この出願の第一及び第二の各発明では所定の波長フィル
タを用いる対策をとっている。
【０００５】したがって、この出願の第一発明である光
パルス列発生方法によれば、光の発生及び増幅を行なう
利得領域と、光パルスの短縮に寄与し受動モード同期を
起こさせる可飽和吸収領域とを具える系により光パルス
列を発生するに当たり、利得領域の非飽和利得と可飽和
吸収領域の非飽和吸収の絶対値とを、利得領域及び可飽
和吸収領域を具える系において高次の受動モード同期を
生じさせる得るようにそれぞれ設定する。しかも、該設
定による高次の受動モード同期によって生じる複数次数
の光パルス列の周波数を、複数の反射ピーク波長を有
し、これらピークの反射率が同等または近似した反射率
であり、かつこれらピークの間隔が同等な、波長フィル
タによって安定化して、所望の光パルス列を発生させ
る。
パルス列発生方法によれば、光の発生及び増幅を行なう
利得領域と、光パルスの短縮に寄与し受動モード同期を
起こさせる可飽和吸収領域とを具える系により光パルス
列を発生するに当たり、利得領域の非飽和利得と可飽和
吸収領域の非飽和吸収の絶対値とを、利得領域及び可飽
和吸収領域を具える系において高次の受動モード同期を
生じさせる得るようにそれぞれ設定する。しかも、該設
定による高次の受動モード同期によって生じる複数次数
の光パルス列の周波数を、複数の反射ピーク波長を有
し、これらピークの反射率が同等または近似した反射率
であり、かつこれらピークの間隔が同等な、波長フィル
タによって安定化して、所望の光パルス列を発生させ
る。
【０００６】またこの出願の第二発明によれば、光の発
生及び増幅を行なう利得領域と、光パルスの短縮に寄与
し受動モード同期を起こさせる可飽和吸収領域と、前記
利得領域に電気信号を印加するための手段と、前記可飽
和吸収領域に電気信号を印加するための手段とを具える
光パルス発生装置において、利得領域に接続された波長
フィルタであって、複数の反射ピーク波長を有し、これ
らピークの反射率が同等または近似した反射率であり、
かつこれらピークの間隔が同等な、波長フィルタを具え
たことを特徴とする。
生及び増幅を行なう利得領域と、光パルスの短縮に寄与
し受動モード同期を起こさせる可飽和吸収領域と、前記
利得領域に電気信号を印加するための手段と、前記可飽
和吸収領域に電気信号を印加するための手段とを具える
光パルス発生装置において、利得領域に接続された波長
フィルタであって、複数の反射ピーク波長を有し、これ
らピークの反射率が同等または近似した反射率であり、
かつこれらピークの間隔が同等な、波長フィルタを具え
たことを特徴とする。
【０００７】この第二発明の実施に当たり、可飽和吸収
領域、利得領域及び波長フィルタをこの順に具え、可飽
和吸収領域の利得領域側とは反対側の端面に高反射膜を
具えた構成とするのが好適である。さらに、波長フィル
タと利得領域との間に受動導波路領域を具え、該受動導
波路領域に電気信号を印加するための手段を具えた構成
とするのが好適である。
領域、利得領域及び波長フィルタをこの順に具え、可飽
和吸収領域の利得領域側とは反対側の端面に高反射膜を
具えた構成とするのが好適である。さらに、波長フィル
タと利得領域との間に受動導波路領域を具え、該受動導
波路領域に電気信号を印加するための手段を具えた構成
とするのが好適である。
【０００８】
【作用】この出願の第一発明の光パルス列の発生方法に
よれば、利得領域及び可飽和吸収領域を具える系におい
て高次の受動モード同期を生じさせる。このため、この
系ではレーザ共振器長によって決まるラウンドトリップ
周波数の２倍に限られないより高次の整数倍の周波数を
持つ光パルス列が複数次数発生する。そして、この第一
発明では所定の波長フィルタを用いるので、これら複数
次数の光パルス列の中の任意の特定の周波数の光パルス
列を選択出来る。即ち、波長フィルタはその長さに応じ
て固有の自由スペクトル領域をもつ。波長フィルタに入
射する光パルスのうちこの自由スペクトル領域と一致し
た周波数成分のみが強く反射され、一致しない周波数成
分は減衰するため、光パルス列の周波数は波長フィルタ
の自由スペクトル領域によって決まることになる。ま
た、複数の反射ピーク波長で各ピークの反射率が同等ま
たは近似している波長フィルタを用いるので、高次モー
ド同期をとり易い。
よれば、利得領域及び可飽和吸収領域を具える系におい
て高次の受動モード同期を生じさせる。このため、この
系ではレーザ共振器長によって決まるラウンドトリップ
周波数の２倍に限られないより高次の整数倍の周波数を
持つ光パルス列が複数次数発生する。そして、この第一
発明では所定の波長フィルタを用いるので、これら複数
次数の光パルス列の中の任意の特定の周波数の光パルス
列を選択出来る。即ち、波長フィルタはその長さに応じ
て固有の自由スペクトル領域をもつ。波長フィルタに入
射する光パルスのうちこの自由スペクトル領域と一致し
た周波数成分のみが強く反射され、一致しない周波数成
分は減衰するため、光パルス列の周波数は波長フィルタ
の自由スペクトル領域によって決まることになる。ま
た、複数の反射ピーク波長で各ピークの反射率が同等ま
たは近似している波長フィルタを用いるので、高次モー
ド同期をとり易い。
【０００９】また、この出願の第二発明の光パルス発生
装置によれば、利得領域及び可飽和吸収領域に設けられ
た電気信号を印加する手段へ印加する信号を工夫するこ
とにより、利得領域及び可飽和吸収領域を具える系の状
態を該系で高次の受動モード同期が生じるに好適な状態
にできるから、ラウンドトリップ周波数の２倍に限られ
ないより高次の整数倍の周波数を持つ光パルス列を複数
次数発生させることができる。さらにこの光パルス発生
装置は、所定の波長フィルタを具えているので、これら
複数次数の光パルス列の中の任意の特定の周波数の光パ
ルス列を選択出来る。
装置によれば、利得領域及び可飽和吸収領域に設けられ
た電気信号を印加する手段へ印加する信号を工夫するこ
とにより、利得領域及び可飽和吸収領域を具える系の状
態を該系で高次の受動モード同期が生じるに好適な状態
にできるから、ラウンドトリップ周波数の２倍に限られ
ないより高次の整数倍の周波数を持つ光パルス列を複数
次数発生させることができる。さらにこの光パルス発生
装置は、所定の波長フィルタを具えているので、これら
複数次数の光パルス列の中の任意の特定の周波数の光パ
ルス列を選択出来る。
【００１０】また、この第二発明の光パルス発生装置に
おいて、所定位置に高反射膜を設ける構成では、例えば
発振しきい値の低減が図れる。また、利得領域で生じた
光で高反射膜までいって反射された光と利得領域で生じ
た光とが可飽和吸収領域で衝突するので衝突同期モード
を生じさせることができる。
おいて、所定位置に高反射膜を設ける構成では、例えば
発振しきい値の低減が図れる。また、利得領域で生じた
光で高反射膜までいって反射された光と利得領域で生じ
た光とが可飽和吸収領域で衝突するので衝突同期モード
を生じさせることができる。
【００１１】また、この第二発明の光パルス発生装置に
おいて、受動導波路領域及びこれに電気信号を印加する
手段を具える構成の場合、該可動導波路領域領域への電
気信号の印加具合で当該光パルス発生装置での実効共振
器長を変化させることができる。
おいて、受動導波路領域及びこれに電気信号を印加する
手段を具える構成の場合、該可動導波路領域領域への電
気信号の印加具合で当該光パルス発生装置での実効共振
器長を変化させることができる。
【００１２】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の光パルス
列の発生方法及び光パルス発生装置の実施例について併
せて説明する。なお、説明に用いる各図はこの発明を理
解出来る程度に各構成成分の形状、寸法及び配置関係を
概略的に示してあるにすぎない。また、各図において、
同様な構成成分については同一の符号を付して示しその
重複説明を省略する。また、以下の実施例で述べる使用
材料や導電型、さらに膜厚、長さ及び屈折率などの数値
的条件はこの発明の範囲内の一例にすぎない。
列の発生方法及び光パルス発生装置の実施例について併
せて説明する。なお、説明に用いる各図はこの発明を理
解出来る程度に各構成成分の形状、寸法及び配置関係を
概略的に示してあるにすぎない。また、各図において、
同様な構成成分については同一の符号を付して示しその
重複説明を省略する。また、以下の実施例で述べる使用
材料や導電型、さらに膜厚、長さ及び屈折率などの数値
的条件はこの発明の範囲内の一例にすぎない。
【００１３】１．構造の説明 図１は実施例の光パルス発生装置の構造を概略的に示し
た側面図である。この実施例の光パルス発生装置では、
可飽和吸収領域１１及び利得領域１３をバンドギャップ
波長が例えば１．５５μｍ近傍であるような半導体多重
歪み量子井戸構造１５のそれぞれ一部で構成し、複数の
反射ピーク波長を有しこれらピークの反射率が同等また
は近似した反射率である波長フィルタ１７を回折格子構
造１９で構成している。さらに、これら可飽和吸収領域
１１、利得領域１３及び波長フィルタ１７を同一の半導
体基板２１上に集積化している。詳細には次のような構
造となっている。半導体基板２１は一方のクラッド層を
兼ねている。この半導体基板２１としてこの実施例では
ｎ型ＩｎＰ基板を用いている。そして、該半導体基板２
１の一部分上に上記半導体多重歪み量子井戸構造１５を
設けてあり、さらに、この半導体多重歪み量子井戸構造
１５上に光ガイド層２３を設けてある。また、基板２１
の光ガイド層２３を設けてある以外の部分上に受動導波
路２５を設けてある。そして、受動導波路２５の一部に
回折格子構造１９を設けてある。ただし、回折格子構造
１９を設ける位置は、受動導波路２５の、半導体多重歪
み量子井戸構造１５からやや離れた部分としてある。受
動導波路２５の、回折格子構造１９を設けていない部分
２５ａが、受動導波路領域となる。また、光ガイド層２
３及び受動導波路２５上に他方のクラッド層２７を設け
てある。そして、半導体基板２１の裏面に電気信号印加
手段の一構成成分である共通電極２９を設けてあり、ま
た、クラッド層２７の、可飽和吸収領域１１、利得領域
１３、回折格子構造１９及び受動導波路領域２５ａに対
応する各部分上に、各領域への電気信号印加手段の一構
成成分である電極３１ａ，３１ｂ，３１ｃまたは３１ｄ
をそれぞれ設けてある。これら電極３１ａ〜３１ｄは、
電気信号印加手段の一構成成分である電源３３ａ、３３
ｂ或は図示しない電源に接続してある。また、可飽和吸
収領域１１の、利得領域１３側とは反対側の端面に高反
射膜３５を設けてある。
た側面図である。この実施例の光パルス発生装置では、
可飽和吸収領域１１及び利得領域１３をバンドギャップ
波長が例えば１．５５μｍ近傍であるような半導体多重
歪み量子井戸構造１５のそれぞれ一部で構成し、複数の
反射ピーク波長を有しこれらピークの反射率が同等また
は近似した反射率である波長フィルタ１７を回折格子構
造１９で構成している。さらに、これら可飽和吸収領域
１１、利得領域１３及び波長フィルタ１７を同一の半導
体基板２１上に集積化している。詳細には次のような構
造となっている。半導体基板２１は一方のクラッド層を
兼ねている。この半導体基板２１としてこの実施例では
ｎ型ＩｎＰ基板を用いている。そして、該半導体基板２
１の一部分上に上記半導体多重歪み量子井戸構造１５を
設けてあり、さらに、この半導体多重歪み量子井戸構造
１５上に光ガイド層２３を設けてある。また、基板２１
の光ガイド層２３を設けてある以外の部分上に受動導波
路２５を設けてある。そして、受動導波路２５の一部に
回折格子構造１９を設けてある。ただし、回折格子構造
１９を設ける位置は、受動導波路２５の、半導体多重歪
み量子井戸構造１５からやや離れた部分としてある。受
動導波路２５の、回折格子構造１９を設けていない部分
２５ａが、受動導波路領域となる。また、光ガイド層２
３及び受動導波路２５上に他方のクラッド層２７を設け
てある。そして、半導体基板２１の裏面に電気信号印加
手段の一構成成分である共通電極２９を設けてあり、ま
た、クラッド層２７の、可飽和吸収領域１１、利得領域
１３、回折格子構造１９及び受動導波路領域２５ａに対
応する各部分上に、各領域への電気信号印加手段の一構
成成分である電極３１ａ，３１ｂ，３１ｃまたは３１ｄ
をそれぞれ設けてある。これら電極３１ａ〜３１ｄは、
電気信号印加手段の一構成成分である電源３３ａ、３３
ｂ或は図示しない電源に接続してある。また、可飽和吸
収領域１１の、利得領域１３側とは反対側の端面に高反
射膜３５を設けてある。
【００１４】この実施例の光パルス発生装置は、多電極
分布反射（distributed bragg reflector ）型のレーザ
ダイオードと同様な構造となる。
分布反射（distributed bragg reflector ）型のレーザ
ダイオードと同様な構造となる。
【００１５】ここで、半導体多重歪み量子井戸構造１５
は、この実施例では、井戸層を厚さ４０Åの歪みＩｎＧ
ａＡｓ層で構成し、障壁層を厚さ１３０ÅのＩｎＧａＡ
ｓ層で構成した歪み量子井戸を３層有したものとしてい
る。また、光ガイド層２３は厚さ４００ÅのＩｎＧａＡ
ｓＰ層で構成し、受動導波路２５はバンドギャップ波長
１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ層で構成し、クラッド層２
７は厚さ２μｍ程度のｐ型ＩｎＰ層で構成している。ま
た、回折格子構造１９は、振り幅が１０００Åで周期が
２４００Åの正弦波状の凹凸を受動導波路２５上に形成
することで構成している。また、可飽和吸収領域１１の
軸方向の長さはこの場合７５μｍ、利得領域１３の同長
さはこの場合７５０μｍ、受動導波路領域２５ａの同長
さは１５０μｍ、回折格子構造１９の同長さはこの場合
１００μｍとしている。
は、この実施例では、井戸層を厚さ４０Åの歪みＩｎＧ
ａＡｓ層で構成し、障壁層を厚さ１３０ÅのＩｎＧａＡ
ｓ層で構成した歪み量子井戸を３層有したものとしてい
る。また、光ガイド層２３は厚さ４００ÅのＩｎＧａＡ
ｓＰ層で構成し、受動導波路２５はバンドギャップ波長
１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ層で構成し、クラッド層２
７は厚さ２μｍ程度のｐ型ＩｎＰ層で構成している。ま
た、回折格子構造１９は、振り幅が１０００Åで周期が
２４００Åの正弦波状の凹凸を受動導波路２５上に形成
することで構成している。また、可飽和吸収領域１１の
軸方向の長さはこの場合７５μｍ、利得領域１３の同長
さはこの場合７５０μｍ、受動導波路領域２５ａの同長
さは１５０μｍ、回折格子構造１９の同長さはこの場合
１００μｍとしている。
【００１６】この実施例の光パルス発生装置では、利得
領域１３及び波長フィルタ１７を同一半導体基板２１上
に集積化してあるので、そうしない場合に比べ、結合損
失や散乱損失が小さくなるため、光パルスが高い光電場
を保ったまま、共振器（領域１１、１３、２５ａ及び１
７で構成される部分）内を周回できるという利点が得ら
れる。さらに、半導体歪み量子井戸構造を採用している
ので次のような利点も得られる。すなわち、半導体歪み
量子井戸構造においては、その誘導放出及び吸収断面積
は注入キャリア密度によって大きく変化する。そして、
低キャリア密度においては大きな吸収断面積が、また、
高キャリア密度においては絶対値が低キャリア密度での
吸収断面積に比べて小さな誘導放出断面積が実現され
る。飽和エネルギは吸収断面積（誘導放出断面積）に反
比例するので、従って、利得領域へ大きな注入電流を加
え、逆バイアス電圧を与え（または接地して）可飽和吸
収領域１１を低注入状態（低キャリア密度状態）にする
ことで、可飽和吸収領域１１の飽和エネルギを利得領域
１３の飽和エネルギよりも小さくすることができ、受動
モード同期が実現される。また、歪み量子井戸構造は一
般に高い利得を持ち、また本実施例では量子井戸を多重
化しているため、光閉じ込め係数が大きくなり、量子井
戸の利得と光閉じ込め係数との積で与えられるところの
実際の光電場が感じるネットゲインも大きくなる。これ
らのことから、高次の受動モード同期に必要な高い非飽
和利得をとれる。さらに、高反射膜３５を設けてあるの
で、そうしない場合に比べ、衝突モード同期を生じ易く
出来、かつ、発振閾値の低減が図れる。
領域１３及び波長フィルタ１７を同一半導体基板２１上
に集積化してあるので、そうしない場合に比べ、結合損
失や散乱損失が小さくなるため、光パルスが高い光電場
を保ったまま、共振器（領域１１、１３、２５ａ及び１
７で構成される部分）内を周回できるという利点が得ら
れる。さらに、半導体歪み量子井戸構造を採用している
ので次のような利点も得られる。すなわち、半導体歪み
量子井戸構造においては、その誘導放出及び吸収断面積
は注入キャリア密度によって大きく変化する。そして、
低キャリア密度においては大きな吸収断面積が、また、
高キャリア密度においては絶対値が低キャリア密度での
吸収断面積に比べて小さな誘導放出断面積が実現され
る。飽和エネルギは吸収断面積（誘導放出断面積）に反
比例するので、従って、利得領域へ大きな注入電流を加
え、逆バイアス電圧を与え（または接地して）可飽和吸
収領域１１を低注入状態（低キャリア密度状態）にする
ことで、可飽和吸収領域１１の飽和エネルギを利得領域
１３の飽和エネルギよりも小さくすることができ、受動
モード同期が実現される。また、歪み量子井戸構造は一
般に高い利得を持ち、また本実施例では量子井戸を多重
化しているため、光閉じ込め係数が大きくなり、量子井
戸の利得と光閉じ込め係数との積で与えられるところの
実際の光電場が感じるネットゲインも大きくなる。これ
らのことから、高次の受動モード同期に必要な高い非飽
和利得をとれる。さらに、高反射膜３５を設けてあるの
で、そうしない場合に比べ、衝突モード同期を生じ易く
出来、かつ、発振閾値の低減が図れる。
【００１７】２．使用方法の説明 上述の実施例の光パルス発生装置は以下に説明するよう
な方法で使用する。順バイアス電源３３ａから電極３１
ｂに電流注入することにより利得領域１３で発光と増幅
とを行なわせる。また電極３１ａを接地するか或は該電
極３１ａに電源３３ｂを通して逆バイアス電圧を印加す
ることにより可飽和吸収領域１１を可飽和吸収体として
働かせ受動モード同期を起こさせる。また、回折格子構
造（ブラッグ領域ともいう）１９で波長選択を行わせ
る。利得領域１３を高電流注入状態にし、非飽和利得を
大きくすると上位文献IIに説明されるように高次の受動
モード同期が達成される。その際、ブラッグ領域１９
は、このような高波長パルスの周波数フィルタとして働
き、ブラッグ領域１９の反射特性のピーク波長間隔と一
致した周波数成分のみがブラッグ領域１９から強くフィ
ードバックされ、光パルスの周波数の安定化に寄与す
る。また、本発明においては、高次の受動モード同期を
用いているため、波長フィルタ１７のピーク波長間隔は
レーザの共振器長によって決まる基本ラウンドトリップ
周波数の整数倍でないと、安定な高次モード同期の光パ
ルス列は得られない。このマッチングは電極３１ｃや電
極３１ｄを通して、受動導波領域２５ａおよびブラッグ
領域１９に電流を加えると、プラズマ効果により各領域
の屈折率が変化する。受動導波領域２５ａの屈折率が変
化すると光パルス発生装置の実効共振器長が変化し基本
ラウンドトリップ周波数が変化する。また、ブラッグ領
域１９の屈折率が変化すると波長フィルタのピーク波長
間隔が変化する。したがって、受動導波領域２５ａおよ
びブラッグ領域１９の注入電流量を適当に調整すること
で、波長フィルタのピーク波長間隔を基本ラウンドトリ
ップ周波数の整数倍にうまく合わせ込むことができ、安
定な高次受動モード同期が達成される。
な方法で使用する。順バイアス電源３３ａから電極３１
ｂに電流注入することにより利得領域１３で発光と増幅
とを行なわせる。また電極３１ａを接地するか或は該電
極３１ａに電源３３ｂを通して逆バイアス電圧を印加す
ることにより可飽和吸収領域１１を可飽和吸収体として
働かせ受動モード同期を起こさせる。また、回折格子構
造（ブラッグ領域ともいう）１９で波長選択を行わせ
る。利得領域１３を高電流注入状態にし、非飽和利得を
大きくすると上位文献IIに説明されるように高次の受動
モード同期が達成される。その際、ブラッグ領域１９
は、このような高波長パルスの周波数フィルタとして働
き、ブラッグ領域１９の反射特性のピーク波長間隔と一
致した周波数成分のみがブラッグ領域１９から強くフィ
ードバックされ、光パルスの周波数の安定化に寄与す
る。また、本発明においては、高次の受動モード同期を
用いているため、波長フィルタ１７のピーク波長間隔は
レーザの共振器長によって決まる基本ラウンドトリップ
周波数の整数倍でないと、安定な高次モード同期の光パ
ルス列は得られない。このマッチングは電極３１ｃや電
極３１ｄを通して、受動導波領域２５ａおよびブラッグ
領域１９に電流を加えると、プラズマ効果により各領域
の屈折率が変化する。受動導波領域２５ａの屈折率が変
化すると光パルス発生装置の実効共振器長が変化し基本
ラウンドトリップ周波数が変化する。また、ブラッグ領
域１９の屈折率が変化すると波長フィルタのピーク波長
間隔が変化する。したがって、受動導波領域２５ａおよ
びブラッグ領域１９の注入電流量を適当に調整すること
で、波長フィルタのピーク波長間隔を基本ラウンドトリ
ップ周波数の整数倍にうまく合わせ込むことができ、安
定な高次受動モード同期が達成される。
【００１８】３．実験結果の説明 次に、実験結果について説明する。図１に示した光パル
ス発生装置の可飽和吸収領域１１を、電極３１ａを電極
２９に接続することにより短絡し、一方、利得領域１３
に対す順バイアス電流を電源３３ａを用いて１４５ｍＡ
に増加させたところ、測定温度２０℃において繰り返し
周波数５００ＧＨｚでガウス型のパルス包絡線を持つパ
ルス幅７００ｆｓ、スペクトル幅６ｎｍの光パルス列が
得られた（図２、図３参照）。なお、図２において縦軸
はＳＨＧ（第二高調波）強度（任意単位）を示し、横軸
は遅延時間（ピコ秒）を示す。また、図３において縦軸
はスペクトル強度（ｄＢ：ただし対数表示）を示し、横
軸は波長を示す。レーザ共振器長から見積もられる基本
ラウンドトリップ周波数は約４０ＧＨｚであることから
５００ＧＨｚ／４０ＧＨｚとなるので、この実施例の装
置の場合１３次の高次の受動モード同期がかかっている
といえる。このときの時間帯域幅積は０．５１でガウス
波形の変換リミット値０．４４に非常に近いので、変換
リミットな光パルス列が得られているものと考えられ
る。また、図４に結合係数２０ｃｍ-1、損失１０ｃ
ｍ-1、長さ１００μｍ、図１の装置における右側の端面
すなわち波長フィルタ１７側の端面（へき開面）での反
射率２７．４％、ブラッグ波長１５６０ｎｍとした場合
の回折格子構造（ブラッグ領域）１９の反射特性を示
す。反射特性は約４ｎｍおきにピーク（図４中、例えば
ａ〜ｆを付したもの）を持ちかつ各ピークの反射率が近
似しているものである。これらピーク間隔は周波数にし
て約５００ＧＨｚに相当し、光パルスの繰り返し周波数
とよく一致するので、ブラッグ領域１９が周波数フィル
タとしてはたらき、光パルス列の周波数を決定している
ことが理解出来る。ここで、図４を示した特性は文献IV
（「半導体レーザと光集積回路」、末松 安晴 編著、
（株）オーム社（昭和５９年）、ｐｐ．３２５−３２８
の主に第３２７頁の（１１−４４）式）に開示の計算手
法により求めている。
ス発生装置の可飽和吸収領域１１を、電極３１ａを電極
２９に接続することにより短絡し、一方、利得領域１３
に対す順バイアス電流を電源３３ａを用いて１４５ｍＡ
に増加させたところ、測定温度２０℃において繰り返し
周波数５００ＧＨｚでガウス型のパルス包絡線を持つパ
ルス幅７００ｆｓ、スペクトル幅６ｎｍの光パルス列が
得られた（図２、図３参照）。なお、図２において縦軸
はＳＨＧ（第二高調波）強度（任意単位）を示し、横軸
は遅延時間（ピコ秒）を示す。また、図３において縦軸
はスペクトル強度（ｄＢ：ただし対数表示）を示し、横
軸は波長を示す。レーザ共振器長から見積もられる基本
ラウンドトリップ周波数は約４０ＧＨｚであることから
５００ＧＨｚ／４０ＧＨｚとなるので、この実施例の装
置の場合１３次の高次の受動モード同期がかかっている
といえる。このときの時間帯域幅積は０．５１でガウス
波形の変換リミット値０．４４に非常に近いので、変換
リミットな光パルス列が得られているものと考えられ
る。また、図４に結合係数２０ｃｍ-1、損失１０ｃ
ｍ-1、長さ１００μｍ、図１の装置における右側の端面
すなわち波長フィルタ１７側の端面（へき開面）での反
射率２７．４％、ブラッグ波長１５６０ｎｍとした場合
の回折格子構造（ブラッグ領域）１９の反射特性を示
す。反射特性は約４ｎｍおきにピーク（図４中、例えば
ａ〜ｆを付したもの）を持ちかつ各ピークの反射率が近
似しているものである。これらピーク間隔は周波数にし
て約５００ＧＨｚに相当し、光パルスの繰り返し周波数
とよく一致するので、ブラッグ領域１９が周波数フィル
タとしてはたらき、光パルス列の周波数を決定している
ことが理解出来る。ここで、図４を示した特性は文献IV
（「半導体レーザと光集積回路」、末松 安晴 編著、
（株）オーム社（昭和５９年）、ｐｐ．３２５−３２８
の主に第３２７頁の（１１−４４）式）に開示の計算手
法により求めている。
【００１９】４．変形例の説明 上述においては、この発明の光パルス列の発生方法およ
び光パルス発生装置の実施例について説明した。しか
し、これら発明は上述の実施例に限られない。以下のよ
うな各変形例の場合も実施例と同様な効果が期待出来
る。
び光パルス発生装置の実施例について説明した。しか
し、これら発明は上述の実施例に限られない。以下のよ
うな各変形例の場合も実施例と同様な効果が期待出来
る。
【００２０】上述の実施例では可飽和吸収領域１１、利
得領域１３及び波長フィルタを同一基板上に集積化して
装置の損失の低減等を図っていたが、設計によっては、
これらの全部または一部を分離しても良い。また、上述
の実施例では高反射膜３５を設けることにより該可飽和
吸収領域を利得領域で挟みこむ構造と等価な構造を得て
いた。しかし、図５に示したように可飽和吸収領域１１
を利得領域１３ａ，１３ｂによって挟むようにし、さら
に、可飽和吸収領域１１を挟むこれら利得領域１３ａ，
１３ｂ各々の可飽和吸収領域１１側とは反対側に、複数
の反射ピーク波長を有する波長フィルタ１７をそれぞれ
接続してパルス発生装置を構成しても良い。ただし、図
５の構造に比べ、高反射膜３５を用いる図１の構造の方
が、素子長の短縮が図れる。
得領域１３及び波長フィルタを同一基板上に集積化して
装置の損失の低減等を図っていたが、設計によっては、
これらの全部または一部を分離しても良い。また、上述
の実施例では高反射膜３５を設けることにより該可飽和
吸収領域を利得領域で挟みこむ構造と等価な構造を得て
いた。しかし、図５に示したように可飽和吸収領域１１
を利得領域１３ａ，１３ｂによって挟むようにし、さら
に、可飽和吸収領域１１を挟むこれら利得領域１３ａ，
１３ｂ各々の可飽和吸収領域１１側とは反対側に、複数
の反射ピーク波長を有する波長フィルタ１７をそれぞれ
接続してパルス発生装置を構成しても良い。ただし、図
５の構造に比べ、高反射膜３５を用いる図１の構造の方
が、素子長の短縮が図れる。
【００２１】また、上述の実施例においては利得領域及
び可飽和吸収領域それぞれを半導体多重歪み量子井戸構
造で構成する例を述べたがこれに限られない。利得領域
及び可飽和吸収領域は上記に述べたような高次モード同
期がかかる条件を満足していれば他の構造、例えば単層
あるいは多層の無歪み半導体量子井戸構造、バルク構
造、エキシントン準位や、あるいは色素といった他の構
造や物質でもかまわない。また、波長フィルタも波長選
択性と周波数フィルタとしての役割を持つ他の構造、例
えばファブリペロー型エタロンでもかまわない。また、
光ガイド層としてGrated index構造を採用するようにし
て該層での光の閉じ込め係数を高くし、光電場の感じる
正味の利得を増加させた構造も本発明に含まれる。
び可飽和吸収領域それぞれを半導体多重歪み量子井戸構
造で構成する例を述べたがこれに限られない。利得領域
及び可飽和吸収領域は上記に述べたような高次モード同
期がかかる条件を満足していれば他の構造、例えば単層
あるいは多層の無歪み半導体量子井戸構造、バルク構
造、エキシントン準位や、あるいは色素といった他の構
造や物質でもかまわない。また、波長フィルタも波長選
択性と周波数フィルタとしての役割を持つ他の構造、例
えばファブリペロー型エタロンでもかまわない。また、
光ガイド層としてGrated index構造を採用するようにし
て該層での光の閉じ込め係数を高くし、光電場の感じる
正味の利得を増加させた構造も本発明に含まれる。
【００２２】
【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
発明の光パルス発生方法および光パルス発生装置によれ
ば、光の発生及び増幅を行なう利得領域と、光パルスの
短縮に寄与し受動モード同期を起こさせる可飽和吸収領
域とを所定条件で駆動することによって高次の受動モー
ド同期を起こし、これにより、ラウンドトリップ周波数
の２倍に限られないより高次の整数倍の周波数を持つ光
パルス列を複数次数発生させる。そして、これら複数次
数の光パルス列のいずれかを所定の波長フィルタにより
安定化する。これは、共振器長を短くすることなく高い
周波数の光パルス列が得られることを意味するから、共
振器長を長くとることができ、そのため、共振器損失が
小さくなりレーザ発振および光出力の高出力化が容易と
なる。
発明の光パルス発生方法および光パルス発生装置によれ
ば、光の発生及び増幅を行なう利得領域と、光パルスの
短縮に寄与し受動モード同期を起こさせる可飽和吸収領
域とを所定条件で駆動することによって高次の受動モー
ド同期を起こし、これにより、ラウンドトリップ周波数
の２倍に限られないより高次の整数倍の周波数を持つ光
パルス列を複数次数発生させる。そして、これら複数次
数の光パルス列のいずれかを所定の波長フィルタにより
安定化する。これは、共振器長を短くすることなく高い
周波数の光パルス列が得られることを意味するから、共
振器長を長くとることができ、そのため、共振器損失が
小さくなりレーザ発振および光出力の高出力化が容易と
なる。
【００２３】また、所定位置に高反射膜を設ける構成で
は、利得領域で生じた光で高反射膜までいって反射され
た光と利得領域で生じた光とが可飽和吸収領域で衝突す
るので衝突同期モードを生じさせることができるから、
可飽和吸収領域を利得領域で挟むことなく衝突同期モー
ドを生じさせることが出来る。
は、利得領域で生じた光で高反射膜までいって反射され
た光と利得領域で生じた光とが可飽和吸収領域で衝突す
るので衝突同期モードを生じさせることができるから、
可飽和吸収領域を利得領域で挟むことなく衝突同期モー
ドを生じさせることが出来る。
【００２４】また、受動導波路領域及びこれに電気信号
を印加する手段を具える構成の場合、該可動導波路領域
領域への電気信号の印加具合で当該光パルス発生装置で
の実効共振器長を変化させることができ、これにより該
装置の基本ラウンドトリップ周波数を調整出来る。
を印加する手段を具える構成の場合、該可動導波路領域
領域への電気信号の印加具合で当該光パルス発生装置で
の実効共振器長を変化させることができ、これにより該
装置の基本ラウンドトリップ周波数を調整出来る。
【図１】実施例の光パルス発生装置の説明に供する図で
ある。
ある。
【図２】実施例の説明に供する図であり、実施例におい
て得られた光パルス列のＳＨＧ相関図である。
て得られた光パルス列のＳＨＧ相関図である。
【図３】実施例の説明に供する図であり、実施例の装置
から得られた光パルスの時間平均光スペクトルを示した
図である。
から得られた光パルスの時間平均光スペクトルを示した
図である。
【図４】実施例の装置に備わる回折格子構造の反射特性
を示した図である。
を示した図である。
【図５】変形例の説明に供する図である。
１１：可飽和吸収領域 １３，１３ａ，１３ｂ：利得領域 １５：半導体多重歪み量子井戸構造 １７：波長フィルタ １９：回折格子構造 ２１：半導体基板 ２３：光ガイド層 ２５：受動導波路 ２５ａ：受動導波路領域 ２７：クラッド層 ２９：共通電極 ３１ａ〜３１ｄ：電極 ３３ａ，３３ｂ：電源 ３５：高反射膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−2190（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−92588（ＪＰ，Ａ) Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ．Ｅｌｅｃｔｒｏ ｎ．28［10］（1992）ｐ．2176−2185 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．58 ［７］（1991）ｐ．681−683 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50
Claims (5)
- 【請求項１】 光の発生及び増幅を行なう利得領域と、
光パルスの短縮に寄与し受動モード同期を起こさせる可
飽和吸収領域とを具える系により光パルス列を発生する
に当たり、 利得領域の非飽和利得と可飽和吸収領域の非飽和吸収の
絶対値とを、利得領域及び可飽和吸収領域を具える系に
おいて高次の受動モード同期を生じさせ得るように設定
し、 該設定による高次の受動モード同期によって生じる複数
次数の光パルス列の周波数を、複数の反射ピーク波長を
有し、これらピークの反射率が同等または近似した反射
率であり、かつこれらピークの間隔が同等な、波長フィ
ルタによって安定化して、所望の光パルス列を発生させ
ることを特徴とする光パルス列の発生方法。 - 【請求項２】 光の発生及び増幅を行なう利得領域と、
光パルスの短縮に寄与し受動モード同期を起こさせる可
飽和吸収領域と、前記利得領域に電気信号を印加するた
めの手段と、前記可飽和吸収領域に電気信号を印加する
ための手段とを具える光パルス発生装置において、 利得領域に接続された波長フィルタであって、複数の反
射ピーク波長を有し、これらピークの反射率が同等また
は近似した反射率であり、かつこれらピークの間隔が同
等な、波長フィルタを具えたことを特徴とする光パルス
発生装置。 - 【請求項３】 請求項２に記載の光パルス発生装置にお
いて、 前記可飽和吸収領域、利得領域及び波長フィルタをこの
順に具え、 該可飽和吸収領域の該利得領域側とは反対側の端面に高
反射膜を具えたことを特徴とする光パルス発生装置。 - 【請求項４】 光の発生及び増幅を行なう利得領域と、
光パルスの短縮に寄与し受動モード同期を起こさせる可
飽和吸収領域と、前記利得領域に電気信号を印加するた
めの手段と、前記可飽和吸収領域に電気信号を印加する
ための手段とを具える光パルス発生装置において、 可飽和吸収領域を利得領域によって挟んであり、前記可
飽和吸収領域を挟むこれら利得領域各々の前記可飽和吸
収領域側とは反対側に、複数の反射ピーク波長を有し、
これらピークの反射率が同等または近似した反射率であ
り、かつこれらピークの間隔が同等な、波長フィルタを
それぞれ接続してあることを特徴とする光パルス発生装
置。 - 【請求項５】 請求項３または４に記載の光パルス発生
装置において、 前記波長フィルタと前記利得領域との間に受動導波路領
域を具え、 該受動導波路領域に電気信号を印加するための手段を具
えたことを特徴とする光パルス発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6005203A JP3059625B2 (ja) | 1994-01-21 | 1994-01-21 | 光パルス列の発生方法及び光パルス発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6005203A JP3059625B2 (ja) | 1994-01-21 | 1994-01-21 | 光パルス列の発生方法及び光パルス発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07211968A JPH07211968A (ja) | 1995-08-11 |
| JP3059625B2 true JP3059625B2 (ja) | 2000-07-04 |
Family
ID=11604645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6005203A Expired - Fee Related JP3059625B2 (ja) | 1994-01-21 | 1994-01-21 | 光パルス列の発生方法及び光パルス発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3059625B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3250428B2 (ja) * | 1995-09-28 | 2002-01-28 | 三菱電機株式会社 | 光増幅装置 |
| JP5233090B2 (ja) * | 2006-07-28 | 2013-07-10 | 沖電気工業株式会社 | キャリア抑圧光パルス列発生方法及びこの方法を実現するモード同期半導体レーザ |
| CN115313145A (zh) * | 2022-08-24 | 2022-11-08 | 南京大学 | 一种相干多波长激光器 |
-
1994
- 1994-01-21 JP JP6005203A patent/JP3059625B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５８［７］（１９９１）ｐ．６８１−６８３ |
| Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．２８［１０］（１９９２）ｐ．２１７６−２１８５ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07211968A (ja) | 1995-08-11 |
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