JP3226061B2

JP3226061B2 - 偏光無依存な半導体光増幅器及びそれを用いた光通信システム

Info

Publication number: JP3226061B2
Application number: JP05498393A
Authority: JP
Inventors: 三千代西村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-02-19
Filing date: 1993-02-19
Publication date: 2001-11-05
Anticipated expiration: 2016-11-05
Also published as: DE69401442T2; JPH06244508A; EP0612129B1; DE69401442D1; US5388117A; EP0612129A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、偏光無依存な半導体光
増幅器及びそれを用いた光通信システムに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体光増幅器ないし装置と言
えば、活性層やクラッド層などを含む半導体レーザ構造
を備え、閾値以下のバイアス電流を与えて外部からの入
力光に対して光増幅を行うものを言い、光通信分野など
においては、光ファイバ内やファイバ間での接続の際な
どに生じる光損失を補うデバイスとして開発が進められ
ている。

【０００３】しかし、こうした半導体光増幅器を光ファ
イバ通信システムなどに用いる場合の問題点の１つとし
て、光増幅率の偏光依存性（異なる偏光モードに対して
増幅率が異なる性質）が挙げられる。一般に、光ファイ
バ内などを伝送されてきた出力光は偏光状態が時間的に
安定ではなく、従って、その様な光を偏光依存性のある
上記の如き光増幅器に入力すると、該光増幅器からの出
力光のレベルは一定とはならず時間的に変動してしま
う。よって、受信系に広いダイナミックレンジが必要と
なる等、多大な負担を与えることになり、通信システム
ないしネットワークの規模を制限する致命的な欠点とな
る。

【０００４】そのために、従来から偏光に無依存な光増
幅器を構成する各種の試みがなされている。その内で、
活性層の光学利得の偏光依存性を解消する方法として、
歪量子井戸構造を用いる方法がある。歪量子井戸構造
は、増幅器だけでなく半導体レーザの分野においては、
発振波長の制御や発振しきい利得の低減に用いられ、非
常に有用な技術となっている。

【０００５】そのような歪量子井戸構造を偏光に無依存
な光増幅器に利用するには、一般には、ＴＭ光の利得を
ＴＥ光の利得と等しいか、あるいは大きくする工夫がな
される。即ち、歪の効果により価電子帯の縮退を解いた
うえで重い正孔と軽い正孔のバンド構造をそれぞれシフ
トさせ、伝導帯の電子の基底準位と価電子帯の重い正孔
の準位間のエネルギーと、伝導帯の電子の基底準位と価
電子帯の軽い正孔の準位間のエネルギーとをほぼ等しい
か、後者を若干小さくする。両者を等しくするのは、光
学利得の他に利得の偏光依存性がない場合である。軽い
正孔に関するエネルギーを小さくするのは、光学利得の
他に利得の偏光依存性がある場合であり、一般に光閉じ
込めがＴＥ光の方が大きいため、その分を考慮してその
ような工夫がなされる。

【０００６】前述のような所望のエネルギー準位を得る
ための歪の与え方としては、いくつかの方法が考えられ
ている。

【０００７】まず、第１に、井戸層に面内引っぱり応力
を与える方法があり、特開平１−２５１６８５号明細書
に示されている。面内引っぱり応力は、基準となる第１
の半導体層（基板あるいはクラッド層）に、その半導体
層より格子定数の小さい第２の半導体層を積層させるこ
とで、第２の半導体層に与えられる。井戸層に面内引っ
ぱり応力を与えることで、価電子帯の軽い正孔に対する
バンド端がバンドギャップの縮まる方向にシフトし、そ
の結果、軽い正孔の価電子帯の準位が小さくなり、重い
正孔の準位に近づくために所望の準位が得られる。

【０００８】第２に、障壁層に面内引っぱり応力を与え
る方法があり、特開平４−２７１８３号明細書に示され
ている。第１の場合と同様に、歪の効果で、障壁層の価
電子帯の軽い正孔に対するバンド端が移動し、その結
果、軽い正孔に対する井戸が浅くなることでエネルギー
準位がシフトし、所望の準位になる。

【０００９】さらなる工夫例としては、歪のある（面内
引っぱり応力のある）井戸層と歪のない井戸層の２つの
井戸層を有する活性層とする方法があり、特開平１−２
５７３８６号明細書に示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法には一長一短があった。

【００１１】第１の井戸層に面内引っぱり応力を与える
従来方法では、わずかな歪量で大きなエネルギーシフト
量が得られ、比較的小さな歪量で所望の効果が得られる
という利点がある。一方、歪の効果は価電子帯だけでな
く伝導帯のエネルギーシフトを同時に起こしているた
め、利得の得られる波長が変わってしまうという欠点が
ある。また、第２の障壁層に面内引っぱり応力を与える
従来方法では、第１の方法とは逆に、利得の得られる波
長はほとんど変わらずにすむが、所望の効果を得るため
には第１の場合に比べ大きな歪量を必要とするという欠
点がある。

【００１２】第３の従来方法は、井戸層を２つ組み合わ
せることで設計の自由度は大きくなっていて所望の効果
を得やすくなっているのが利点である。しかし、歪量に
関していえば第１の従来方法の場合よりは大きくする必
要がある。

【００１３】半導体光増幅器は、半導体レーザを変調し
て発生した信号光の増幅に用いられ、通常は半導体レー
ザと類似の構造で代用できる。もし、歪の効果により増
幅器の利得の波長域が大きく変わると構成材料を変えな
くてはいけなくなり好ましくない。

【００１４】また、歪格子は膜厚を臨界厚さ未満に押さ
えることで転位を防ぐことができているが、長期間の駆
動状態における寿命は、歪量が大きくなるほど短くなる
と考えられている。また、歪格子を作製する成長条件
は、歪量が大きくなる程その条件がきびしくなる。従っ
て、むやみに歪量を増やすことは得策ではない。

【００１５】よって、本発明の目的は、歪みの効果によ
る利得の波長域の変化が少なくて済みまた所望の効果を
得るのに歪み量を左程大きくする必要のない構成を有す
る偏光無依存な半導体光増幅器、及びそれを用いた光通
信システムを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、井戸層
と障壁層とに面内引っぱり応力を与えることにより、良
好な性能の偏光無依存な半導体光増幅器を構成したもの
である。

【００１７】具体的には、半導体レーザ構造を備え、外
部からの光に利得を与える半導体光増幅器において、第
１の半導体層の上部に、第１の半導体層に比べ格子定数
の小さい第２の半導体層および第３の半導体層を有し、
第１の半導体層と第２および第３の半導体層との間の格
子不整合により、第２の半導体層と第３の半導体層とが
それぞれ面内引っぱり応力を受けており、第２の半導体
層が井戸層、第３の半導体層が障壁層となる量子井戸構
造を活性層としており、第１の半導体層がＧａＡｓ、第
２及び第３の半導体層がＧａＡｓＰであることを特徴と
する半導体光増幅器である。または、半導体レーザ構造
を備え、外部からの光に利得を与える半導体光増幅器に
おいて、第１の半導体層の上部に、第１の半導体層に比
べ格子定数の小さい第２の半導体層および第３の半導体
層を有し、第１の半導体層と第２および第３の半導体層
との間の格子不整合により、第２の半導体層と第３の半
導体層とがそれぞれ面内引っぱり応力を受けており、第
２の半導体層が井戸層、第３の半導体層が障壁層となる
量子井戸構造を活性層としており、第１の半導体層は基
板とは異なる該基板上に積層されたＩｎＧａＡｓＰであ
り、第２の半導体層がＩｎＧａＡｓ、第３の半導体層が
ＧａＡｓ、該基板がＧａＡｓであることを特徴とする半
導体光増幅器である。

【００１８】より具体的には、第１の半導体層が基板で
あったり、第２および第３の半導体層の第１の半導体層
に対する格子不整合が１％以下であったりする。

【００１９】

【作用】本発明の構造では、量子井戸構造の井戸層と障
壁層の両方が面内引っぱり応力を受けて歪んでいるの
で、シフトするピーク波長量および歪量は、第１の従来
法と第２の従来法の中間に設定される。従って、第１と
第２の従来法のそれぞれの利点を生かし、欠点を補うこ
とができる。

【００２０】

【実施例１】本発明の第１実施例を図１、図２に示す。
図１は、第１実施例を示す全体図、図２は、層構成及び
格子定数変化を示す断面図（右半分を示す）である。

【００２１】第１実施例では、ｎ−ＧａＡｓである（１
００）の基板１の上に、厚さ１μｍのｎ−ＧａＡｓバッ
ファ層２、厚さ１．５μｍのｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓク
ラッド層３、ＧＲＩＮ−ＳＣＨであるノンドープ歪量子
井戸活性層４、厚さ１．５μｍのｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａ
ｓクラッド層５、厚さ０．５μｍのｐ−ＧａＡｓキャッ
プ層６が、ＭＯＣＶＤ法を用いて順次積層されている。

【００２２】次に、３μｍの幅のストライプ部分を残し
て、エッチングによりｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド
層５の途中まで取り除く。さらに、窒化シリコンからな
る絶縁層７をいったん全面に形成した後、ストライプ上
方のみを取り除く。その後、Ａｕ−Ｃｒの上部電極８を
蒸着し、基板１底部にＡｕ−Ｇｅの下部電極９を蒸着す
る。これによりリッジ型レーザ構造が完成する。

【００２３】次に、ストライプと垂直な方向に５００μ
ｍの長さでへき開し、両側の端面にＺｒＯ₂をエレクト
ロンビーム法で塗布し、ここに無反射面となる無反射コ
ーティング膜１０を施す。この素子の両端面に、先端が
球形をした先球光ファイバ１１を接近させ、外部からの
信号光を入出力できるように光ファイバ１１を設置す
る。

【００２４】以上説明した如く図１の様に設置すれば、
進行波型の半導体光増幅器が構成でき、外部信号光に対
し、光ファイバ１１間で利得を与えることができる。

【００２５】次に、歪量子井戸活性層４の詳細を示すと
ともにその効果を示す。活性層４は、基板１側より、厚
さ０．２μｍのＧＲＩＮ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層（ｘ＝
０．５→０．２５に次第に変化）１２、厚さ７ｎｍのＧ
ａＡｓ_0.75Ｐ_0.25障壁層１３、厚さ６ｎｍのＧａＡｓ
_0.9Ｐ_0.1井戸層１４、厚さ７ｎｍのＧａＡｓ_0.75Ｐ_0.25
障壁層１３、厚さ０．２μｍのＧＲＩＮ−Ａｌ_xＧａ_1-x
Ａｓ層（ｘ＝０．２５→０．５に次第に変化）１２の順
で構成されている。

【００２６】本実施例では、障壁層１３及び井戸層１４
は基板１であるＧａＡｓより格子定数が小さいＧａＡｓ
_1-yＰ_yで構成されているため、両者１３，１４とも面内
引っぱり応力を受けている。井戸層１４はｙ＝０．１で
歪量−０．３％、障壁層１３はｙ＝０．２５で歪量−
０．９％である。

【００２７】本実施例の構成を従来法での構成と比べ
る。同様の効果を得るためには、井戸層のみに歪みを与
える第１の従来法では、井戸層の歪量は−０．５％、障
壁層のみに歪みを与える第２の従来法では、障壁層の歪
量は−１．５％である。

【００２８】さらに利得のピーク波長を比べる。本実施
例と同じ層厚の無歪の場合、即ち井戸層ＧａＡｓ、障壁
層Ａｌ_0.25Ｇａ_0.75Ａｓからなる構造と比べると、本実
施例ではピーク波長は長波長側に５ｎｍシフトした。同
様の比較を行うと、ピーク波長のずれ量は第１の従来法
では長波長側に１５ｎｍ、第２の従来法では長波長側に
３ｎｍとなる。

【００２９】以上のように、本実施例の方法では、シフ
トするピーク波長量および歪量は、第１の従来法と第２
の従来法の中間に設定される。従って、第１と第２の従
来法のそれぞれの利点を生かし、欠点を補うという効果
がある。

【００３０】具体的にいうと、１．波長シフト量が少な
くてすむ。従って、類似組成の他の光素子、例えば半導
体レーザとの整合性がよく、集積化に適している。２．
歪量を比較的小さく抑えられる。従って、寿命が長く、
長期信頼性確保に有利である。また、成長条件を緩くで
き、生産性に有利である。

【００３１】第１実施例の構成は、本発明における効果
が最も期待される場合であり、実際には、井戸層および
障壁層に与える歪量の組み合わせは、いくつも考えられ
る。その設計は、本発明における大きな上記の２つの効
果のうち、どちらの効果を重視するかで決定すればよ
く、第１実施例のものに限られるものではない。

【００３２】

【実施例２】図３に本発明の示す第２実施例を示す。本
実施例は第１実施例と積層構造が異なっている。

【００３３】第２実施例では、ｎ−ＧａＡｓ基板３１の
上に、まずｎ−Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ_1-yＰ_yバッファ層３２
を積層する。このバッファ層は、ｘとｙの値をｘ＝０、
ｙ＝０からそれぞれｘ＝０．２、ｙ＝０．１まで変化さ
せ、その後、約２μｍの厚さまでｘ＝０．２、ｙ＝０．
１のまま積んだものである。これにより、最上面の格子
定数は、ＧａＡｓより約１％大きくなっている。さら
に、Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ_0.28Ｐ_0.72とＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａ
ｓ_0.9Ｐ_0.1を３０Åずつ交互に１０層積層した超格子層
３３を積層する。この層３３は直前のバッファ層３２と
格子定数はそろい、バンドギャップが異なる２つの層を
積み重ねたものである。

【００３４】さらに、厚さ１．５μｍのｎ−Ｉｎ_0.5Ｇ
ａ_0.5Ａｓ_0.28Ｐ_0.72クラッド層３４、厚さ０．２μｍ
のＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ_0.9Ｐ_0.1ＳＣＨ層３５、厚さ７ｎ
ｍのＧａＡｓ障壁層３６と厚さ６ｎｍのＩｎ_0.07Ｇａ
_0.93Ａｓ井戸層３７とを交互に３回積層した３ＭＱＷ
（多重量子井戸）歪格子活性層、厚さ０．２μｍのＩｎ
_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ_0.9Ｐ_0.1ＳＣＨ層３５、厚さ１．５μｍ
のｐ−Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ_0.28Ｐ_0.72クラッド層３８、
厚さ０．５μｍのｐ−Ｉｎ_0.14Ｇａ_0.86Ａｓキャップ層
３９を順次積層する。

【００３５】その後、第１実施例と同様の方法でリッジ
型に加工し、絶縁層４０、上部電極４１、下部電極４２
を取り付け、さらに図１に示す様に無反射コーティング
１０の作製を行い、光ファイバ１１の設置を行なう。

【００３６】第２実施例の特徴は基板３１ではなく、基
板３１より上部に積層された層が歪を受けない基準とな
る層になっている点である。そのために、バッファ層３
２が格子定数の変換の役割をしている。バッファ層３２
は、薄くては歪を内在してしまうので、１μｍ以上の膜
厚にする必要がある。ＳＬ（超格子）層３３は、格子定
数の変換のために生じた転移が、それより上部の層に貫
通しないように、ストッパ層として働いている。

【００３７】活性層は、第１実施例と組成は違うもの
の、歪量は、ほぼ同等の設計となっている。従って、第
１実施例と同様の効果が得られる。また、多重量子井戸
構造になっているため、単一量子井戸である第１実施例
より高利得が得られる。

【００３８】本実施例のように、基板ではなく、その上
部に積層された層、主にクラッド層を基準の層として用
いれば、歪量子井戸の設計範囲（材料など）が広がり有
用である。ただし、その場合、発振波長の制御が比較的
簡単となり、井戸層のみに歪を加える第１の従来例に対
する優位性が小さくなってしまうという嫌いはある。

【００３９】しかし、本実施例では、歪量子井戸の設計
の自由度をあげる効果は失われるわけではなく、偏光無
依存な光増幅器の有用な構成法の１つであることに変わ
りはない。

【００４０】以上は、リッジ型レーザ構造で説明した
が、本発明ではレーザ構造は何であってもかまわない。
逆に、レーザ構造によって生じる他の偏光特性（端面反
射率の偏光依存性など）をカバーするように利得を制御
すればよく、使われる構造によって、歪量あるいは井戸
層や障壁層の膜厚を設計すればよい。

【００４１】また、ここでは基板をＧａＡｓとしたが特
に材料を限定するものではなく、基板及び他の層はＩｎ
Ｐを含む他のＩＩＩ−Ｖ族化合物であってもよく、ＩＩ
−ＶＩ族化合物でもよい。

【００４２】

【実施例３】次に、図４に上記光増幅装置を備えた光通
信システムを示す。図４において、１０１、１０２は送
信端局、１１５、１１７は分岐合流器、１０６は中継装
置、１０３、１０４は受信端局、１１８、１１９は光伝
送路である。送信端局１０１、１０２は、夫々、信号処
理部と電気−光変換部を含む光送信部１１１、１２１
と、光送信部１１１、１２１からの光信号出力を増幅す
る為の光増幅器１１２、１２２より構成される。中継装
置１０６は光増幅器１１６で構成されている。受信端局
１０３、１０４は、夫々、入力光信号を増幅する為の光
増幅器１３２、１４２と、光−電気変換部と信号処理部
を含む光受信部１３１、１４１より構成されている。

【００４３】図４の構成の光通信システムにおいて、送
信端局１０１、１０２の光送信部１１１、１２１より出
力された光信号は、光増幅器１１２、１２２により、夫
々、増幅されて、送信端局１０１、１０２より出力され
る。その出力光信号は、時分割多重、波長多重、或はＣ
ＳＭＡ（ｃａｒｒｉｅｒｓｅｎｓｅｍｕｌｔｉｐｌ
ｅａｃｃｅｓｓ）／ＣＤ（ｃｏｌｌｉｓｉｏｎｄ
ｅｔｅｃｔｉｏｎ）等の予め決められた多重化方式を用
いて、光伝送路１１８上で衝突しない様に制御されて、
分岐合流器１１５を通って光伝送路１１８に送出され
る。光伝送路１１８中を光信号が伝送されると、光量が
減衰する為、中継装置１０６でこの光信号を増幅させ
る。図４の構成では、中継装置１０６が１か所にのみ配
置してあるが、必要に応じて数カ所配置してもよく、ま
た中継装置が必要なければ用いなくてもよい。

【００４４】中継装置１０６で増幅された光信号は、光
伝送路１１９を通って分岐合流器１１７に入力され、多
重化方式に応じた分離方法で分離されて受信端局１０
３、１０４に入力される。各受信端局１０３、１０４に
入力された光信号は、光伝送路１１９や分岐合流器１１
７でのロスを補うべく、光増幅器１３２、１４２で増幅
されて、光受信部１３１、１４１に入力される。この様
にして送信端局１０１から受信端局１０３への通信と、
送信端局１０２から受信端局１０４への通信が、１本の
光伝送路１１８、１１９を通して行なわれる。

【００４５】図４においては、送信端局２台、受信端局
２台の例を示したが、分岐合流器１１５、１１７の分岐
数を増やして、送信端局Ｎ台、受信端局Ｎ台でＮ体Ｎの
通信も可能である。また、分岐合流器１１５、１１７を
用いず、１対１の通信もできる。図４に示す光増幅器
は、図示の全箇所に配置する必要はなく、各部の光信号
の減衰を補償する必要のある所に配置すればよい。

【００４６】本発明による偏光無依存型光増幅装置をこ
の様な光通信システムに用いれば、たとえ偏光状態など
が安定でない信号光が増幅装置に入ってきても常にそこ
からの出力光は一定のレベルに増幅されて出てくるの
で、光受信部にダイナミックレンジなどに関して多大な
負担をかけることがなくなり、良好な光通信システムを
構成できると共に、光信号のパワー変動がないからシス
テムの規模を制限する必要がなくなる。従って、良好な
通信システムが構成できる。また、上記の如き偏光無依
存型光増幅装置を用いるので、図４のシステムで使われ
る信号処理手段、光−電気及び電気−光変換手段、光伝
送路などには、伝搬モード状態が変化することについて
特別の工夫が施されたものを使う必要はなく、通常の公
知のものを用いることができる。

【００４７】

【実施例４】次に、図５に本発明による偏光無依存型光
増幅器を用いた双方向光通信システムの実施例を示す。

【００４８】図５の構成の光通信システムにおいて、２
０１、２０２は端局装置、２０３は中継装置、２１８、
２１９は光伝送路である。端局装置２０１、２０２は、
夫々、送信部と受信部を持っており、送信部は、信号処
理部と電気−光変換部を含む光送信部２１１、２４１
と、光送信部２１１、２４１からの光信号出力を増幅す
る為の光増幅器２１２、２４２より構成される。受信部
は、入力光信号を増幅する為の光増幅器２２２、２３２
と、光−電気変換部と信号処理部を含む光受信部２２
１、２３１より構成されている。端局装置２０１、２０
２において、送信部と受信部は、夫々、分岐合流器２１
５、２１７で接続されている。中継装置２０３は光増幅
器２１３で構成されており、各端局装置２０１、２０１
と光伝送路２１８、２１９で接続されている。

【００４９】図５の構成において、端局装置２０１の光
送信部２１１及び端局装置２０２の光送信部２４１より
出力された光信号は、光増幅器２１２、２４２により、
夫々、増幅されて、分岐合流器２１５、２１７を通って
各端局装置２０１、２０１より出力される。その出力光
信号は、光伝送路２１８、２１９を夫々逆方向に伝送さ
れる。光伝送路２１８、２１９中を光信号が伝送される
と、光量が減衰される為、中継装置２０３で光信号を増
幅させる。

【００５０】図５においては、中継装置２０３を１か所
にのみ配置してあるが、必要に応じて数カ所配置しても
よく、また中継装置が必要なければ用いなくてもよい。
中継装置２０３で増幅された光信号は、更に光伝送路２
１９、２１８を通って相手側の端局装置２０２、２０１
に入力される。光入力信号は、分岐合流器２１７、２１
５により光受信部２３１、２２１の方向に分岐され、光
増幅器２３２、２２２で光伝送路２１８、２１９と分岐
合流器２１５、２１７のロスを補うべく増幅されて、光
受信部２３１、２２１に入力される。この様にして、端
局装置２０１、２０２の間で、１本の伝送路２１８、２
１９を通して双方向の通信が行なわれる。

【００５１】図５においては、送信部と受信部を１つず
つ持つ端局装置２台の双方向通信の例を示したが、端局
装置内に複数の送信部と受信部を持つ構成又は複数の端
局装置を分岐合流器で接続した構成も可能である。図５
に示す光増幅器は、図示の全箇所に配置する必要はな
く、各部の光信号の減衰を補償する必要のある所に配置
すればよい。その他の点については、図５のシステムも
図４のシステムと同様なことが言える。

【００５２】

【実施例５】図６、図７は、本発明の偏光無依存型光増
幅装置を用いた本発明のバス型光通信ネットワークの実
施例を説明する図である。図６は本実施例のシステム全
体構成を示し、図７は本実施例における端局装置の構成
を示すブロック図を示す。

【００５３】図６において、３００は光ファイバ等の光
伝送路、３２１〜３２９はこの光伝送路３００を用いて
通信を行なう端末、３１１〜３１９は、夫々、端末３２
１〜３２９からの電気信号を光信号に変換して光伝送路
３００に送出し、光伝送路上の光信号を電気信号に変換
して端末へ伝達し、更には、光伝送路３００上の通信状
態を検出して他の端末からの信号と自端末からの信号が
伝送路上で衝突しない様に通信を制御する端局装置であ
る。また、３３１〜３３９は前記光ファイバ等の光伝送
路３００に接続され、光伝送路上の信号の一部を取り出
して端局装置３１１〜３１９に伝達し、或は、端局装置
３１１〜３１９からの光信号を光伝送路３００へと送り
出す光カップラである。更に、３４１〜３４２は光伝送
路３００上の光信号を増幅して伝送する為の光増幅器で
あり、この光増幅器には偏光無依存型光増幅装置を用い
る。

【００５４】図７は、図６の端局装置３１２の構成を一
例として示し、同図において、３５０は端末３２２から
の信号を光信号に変換し、他端末からの信号と光伝送路
３００上で衝突しない様に制御して光伝送路上へ送出す
る光送信部、３６０は光送信部３５０からの光信号を増
幅する光増幅器、３７０は光伝送路３００を伝送されて
きた光信号を電気信号に変換し、この信号が自端局装置
３１２に接続された端末（この例の場合３２２）へのも
のであれば、信号をこの端末へと伝達する光受信部、３
８０は光伝送路３００を伝達されてきた信号を増幅して
光受信部３７０へと伝達する光増幅器、３９０は光増幅
器３６０からの光信号を光カップラ（この場合３３２）
へと送出し、また光カップラからの光信号を光増幅器３
８０へと伝達する分岐合流素子である。光増幅器３６
０、３８０には前記伝搬モードないし偏光無依存型光増
幅装置を用いる。ここでは、端局装置３１２を例にこの
装置の構成を示したが、他の端局装置３１１〜３１９も
同様の構成となっている。

【００５５】今、端末３２２と端末３２９との間で通信
を行なう場合を想定して本実施例の動作を説明する。端
末３２２から信号を送出する場合、先ず光送信部３５０
は時分割多重、波長多重、或はＣＳＭＡ／ＣＤなどの予
め決められた多重化方式を好適に用いて、他の端末から
の信号と、端末３２２からの信号が光伝送路３００上で
衝突しない様に制御して、端末３２２からの信号を光信
号に変換して光増幅器３６０へと送出する。この信号は
光増幅器３６０で増幅され、分岐合流素子３９０を通
り、光カップラ３３２によって光伝送路３００上に双方
向に送出される。この光信号は、光カップラ３３３、・
・・、３３８を通り、中継光増幅器３４２へと到達す
る。この時、各光カップラでこの光信号のパワーの一部
は分岐されて、端局装置３１３、・・・、３１８へと伝
達されるが、これらの端局装置は、この信号が自端局装
置に接続された端末３２３、・・・、３２８へ宛てたも
のでないことを識別し、これらの光信号は捨てられる。
中継光増幅器３４２へと到達した光信号は、各光カップ
ラを通ってパワーの一部を分岐された為、光信号強度が
低下しているが、光中継増幅器３４２によって増幅され
て再び強度が大きくなって光伝送路３００上を光カップ
ラ３３９の方向へと送出される。

【００５６】光カップラ３３９では、この光信号の一部
は分岐されて端局装置３１９へ伝達され、図７に示した
光分岐合流素子３９０、光増幅器３８０と同様の素子を
介して光受信部へ伝達される。この光受信部は、伝達さ
れてきた光信号を電気信号に変換し、この信号が端末３
２９へ宛てたものであることを認識して、端末３２９へ
と信号を伝達する。

【００５７】端末３２９から端末３２２へ信号を伝送す
る場合も、今説明したのと同様の手順で光伝送路３００
上を逆方向に信号が伝送されて通信が行なわれる。この
時、端局装置３１２へ到達する光信号は、光カップラ３
３８、・・・、３３３、３３２を通過し、その後、この
信号は光分岐合流素子３９０も通るので、各部において
光信号が減衰し、強度が弱くなっているが、光受信部３
７０へ入射する前に光増幅器３８０で増幅され十分な強
度となって光受信部３７０に伝達される。

【００５８】この様に、光増幅器３６０は光送信部３５
０からの信号を増幅して伝送路３００上へ送出し、光増
幅器３４１、３４２や３８０は光ノード等の光信号の経
路での光パワーの減衰を補償して、受信に十分なパワー
を持つ様に光信号を増幅する。この時、前記偏光無依存
型光増幅装置は、たとえ偏光状態が安定でない信号光が
増幅装置に入ってきても常にそこからの出力光は一定の
レベルに増幅されて出てくるので、光受信部に検出ダイ
ナミックレンジなどに関して多大な負担をかけることが
なくなり、質の良い良好な光通信システムを構成できる
と共に、光信号の強度の変動がないので端局を何台でも
繋げられてシステムの規模を制限する必要がなくなる。
従って、良好な通信システムが構成できる。また、上記
の如き偏光無依存型光増幅装置を用いるので、図６のシ
ステムで使われる信号処理手段、光電気及び電気光変換
手段、光伝送路などには、偏光状態が変化することにつ
いて特別の工夫が施されたものを使う必要はなく、通常
の公知のものを用いることができる。

【００５９】本実施例では、光送信部３５０の直後、光
受信部３８０の直前、及び、光伝送路３００上の全てに
光増幅器を設けた場合について説明したが、例えば光送
信部３５０が十分なパワーの光信号を送出できるならば
光増幅器３６０は必要なく、また、光受信部３７０が受
信するのに充分なパワーが分岐合流素子３９０の出力で
得られるならば、光増幅器３８０を省略することが可能
である。或は、光伝送路３００上の光カップラ数が少な
く、光カップラでの減衰が問題にならなければ、伝送路
３００上の光増幅器３４１、３４２を省くことができ
る。

【００６０】また、図６のシステムでは、中継光増幅器
３４１、３４２が、光カップラ３３１、・・・、３３９
とは独立に光伝送路３３０上に設置されている場合を例
示してあるが、各光カップラに、中継光増幅器を内蔵し
た場合でも、光増幅器に本発明によって構成された偏光
無依存型光増幅装置を用いていれば上記の効果を達成で
きる。

【００６１】更に、本実施例では、単一の光伝送路３０
０を用いたときの形態で説明を行なったが、光伝送路と
して、例えば、光ファイバを複数本用いて、双方向伝送
や多重化伝送を行なう場合でも、各光伝送路に上記偏光
無依存型光増幅装置を用いれば、上記効果が得られる。

【００６２】

【実施例６】図８、図９は、本発明による偏光無依存型
光増幅装置を用いたアクティブバス型光通信ネットワー
クの実施例を説明する図である。図８は本実施例のシス
テム全体構造を示し、同図において、４００、４０１は
光ファイバ等の光伝送路、４１１、・・・、４１９は通
信を行なう端末、４２１、・・・、４２９は、光送信、
光受信、及び通信制御を行なうアクティブ光ノード、４
８０は光信号を増幅する中継光増幅器である。この中継
光増幅器４８０には、前述の偏光無依存型光増幅装置を
用いる。図９は、前記アクティブ光ノードのうちの１つ
４２２を一例としてその構成を説明するブロック図であ
り、同図において、４５０、４５１は光信号を電気信号
に変換する光−電気変換（Ｏ／Ｅ）素子、４４０、４４
１は電気信号を光信号に変換する電気−光変換（Ｅ／
Ｏ）素子、４３０は通信制御部であり、伝送路４００、
４０１上を伝送されてきて、Ｏ／Ｅ素子４５０或は４５
１で電気信号に変換された信号が端末４１２に宛てられ
たものであるか否かを判別し、そうであればこの信号を
端末４１２へ伝達し、そうでなければこの信号をＥ／Ｏ
素子４４０、４４１を用いて再び光信号に変換して光伝
送路４００、４０１上に送出する。また、通信制御部４
３０は、端末４１２から信号が送られてきた場合、他の
端末からの光信号と衝突しない様に制御して、Ｅ／Ｏ素
子４４０、４４１を用いて光信号に変換し、光伝送路４
００、４０１上に送出する機能も備える。４９１〜４９
４は光増幅器であり、上記偏光無依存型光増幅装置が用
いられている。

【００６３】ここで、端末４１２から端末４１９へと信
号を伝送する場合を例にして本実施例の動作を説明す
る。端末４１２から信号が出されると、アクティブ光ノ
ードの通信制御部３０は、時分割多重、波長多重或はＣ
ＳＭＡ／ＣＤなどの予め決められた多重化方式を好適に
用いて、端末４１２からの信号が光伝送路４００、４０
１上で他端末からの信号と衝突しない様に制御して、端
末４１２からの信号を、Ｅ／Ｏ素子４４０、４４１によ
り光信号に変換し、光増幅器４９２、４９４によって増
幅して、双方向に光伝送路４００、４０１上に送出す
る。この信号は、アクティブ光ノード４２１、４２３に
入射し、一度電気信号に変換されてアクティブ光ノード
４２１、４２３の通信制御部に入力されるが、ここでは
この信号が端末４１１或は４１３へ宛てられたものでは
ないので、再び光信号へと変換されて光伝送路上へ送出
される。

【００６４】端末４２３と端末４２９はその距離が長
く、光伝送路に用いている光ファイバにより光信号の損
失が生じるが、この信号を増幅して損失を補償し、アク
ティブ光ノード４２９に充分な強度の光信号が入力され
る様に、中継光増幅器４８０が挿入されている。中継光
増幅器４８０で増幅された光信号は、アクティブ光ノー
ド４２９に設けられた光増幅器で増幅されＯ／Ｅ素子で
電気信号に変換されて通信制御部に達する。アクティブ
光ノード４２９の通信制御部は、この信号が端末４１９
に宛てられたものであることを識別して、該信号を端末
４１９へと送出する。

【００６５】一方、アクティブ光ノード４２２から、伝
送路４０１を介してアクティブ光ノード４２１の方向へ
と送出された信号は、次々とアクティブ光ノードを通過
し、光通信ネットワークの左端まで伝送されて捨てられ
る。

【００６６】上記の如く、光伝送路４００は図８におい
て右方向への信号伝送を、また光伝送路４０１は左方向
への信号伝送を行なっており、どの端末から送出された
信号も、両方向へ同時に伝送されて必ず宛先の端末へと
到達する。

【００６７】この様に、光増幅器４９２、４９４はＥ／
Ｏ素子４４０、４４１からの信号を増幅して光伝送路４
００、４０１上へ送出し、光増幅器４９１、４９３は光
伝送路での光パワーの減衰を補償して、受信に充分なパ
ワーを持つ様に光信号を増幅する。また、中継光増幅器
４８０は、アクティブ光ノード間の距離が長い場合に、
そこにおける光損失を補償する機能を有する。これらの
光増幅器は前記偏光無依存型光増幅器を用いている。こ
の時、前記偏光無依存型光増幅装置は、たとえ伝搬モー
ド状態が安定でない信号光が増幅装置に入ってきても常
にそこからの出力光は一定のレベルに増幅されて出てく
るので、光受信部にダイナミックレンジなどに関して多
大な負担をかけることがなくなり、良好な光通信システ
ムを構成できると共にその規模を制限する必要がなくな
る。また、上記の如き偏光無依存型光増幅装置を用いる
ので、図８のシステムで使われる信号処理手段、光電気
及び電気光変換手段、光伝送路などには、偏光状態が変
化することについて特別の工夫が施されたものを使う必
要はなく、通常の公知のものを用いることができる。

【００６８】本実施例では、Ｅ／Ｏ素子４４０、４４１
の直後、Ｏ／Ｅ素子４５０、４５１の直前、及び光伝送
路４００、４０１上の全てに光増幅器を設けた場合につ
いて説明したが、例えばＥ／Ｏ素子４４０、４４１が十
分なパワーの光信号を送出できるならば光増幅器４９
２、４９４は必要なく、また、Ｏ／Ｅ素子４５０、４５
１にが受信するのに充分なパワーが光アクティブ光ノー
ドに入射するならば、光増幅器４９１、４９３を省略す
ることが可能である。また、端末間の距離が、ファイバ
による損失が問題になる程長くない場合、中継光増幅器
４８０を省くことも出来る。この様に、図８、図９に示
した全ての光増幅器が必要と言う訳ではなく、このうち
の少なくとも１つに光増幅器を用いれば、上記の効果を
有するアクティブバス型光通信システムが実現できる。

【００６９】また、図８のシステムでは、各アクティブ
光ノード間に２本の光伝送路を用いて双方向に信号を伝
送する形態で説明したが、図５の前記実施例の如く、光
分岐合流素子を用いて１本の光伝送路を双方向に信号が
伝搬する場合、或は、３本以上の光伝送路を用いて信号
を多重化して伝送する場合にも、各光伝送路に上記偏光
無依存型光増幅装置を用いれば、上記効果が得られる。

【００７０】

【実施例７】次に、図１０は本発明による偏光無依存型
光増幅装置を用いたスター型光通信ネットワークの実施
例の構成図である。本実施例は端局数は４であり、又各
光ファイバでは光信号が双方向に伝送している。図１０
中、６０１〜６０４は端末をネットワークに接続する端
局、６０５はネットワーク内の端局６０１〜６０４の入
出力をマトリクス的に接続するスターカップラ、６０６
〜６１３は伝送路となる光ファイバ、６１４〜６１７は
電気信号を光信号に変換しこれをネットワークに送出す
る送信部、６１８〜６２１はネットワークから入射する
光信号を電気信号に変換する受信部、６２２〜６２５は
端局の送、受信部６１４〜６１７、６１８〜６２１と光
ファイバ６１０〜６１３を接続する光分岐合流器、６２
６〜６３８は光信号を直接増幅する上記光増幅装置であ
る。光増幅器のうち、６２６〜６２９は送信部６１４〜
６１７のブースタ増幅器、６３０〜６３３は受信部６１
８〜６２１の前置増幅器、６３４はスターカップラ６０
５のブースタ増幅器、６３５〜６３８は伝送路の中継増
幅器として機能する。

【００７１】次に、端局６０１から端局６０３への通信
を想定して本実施例の動作を説明する。端局６０１の送
信部６１４において電気信号は光信号に変換され、これ
は光増幅器６２６で増幅され光分岐合流器６２２を経て
ネットワークの伝送路である光ファイバ６１０に入射す
る。光ファイバ６１０に入射した光信号は光増幅器６３
５で増幅され、光ファイバ６０６を経てスターカップラ
６０５に入射する。光信号はスターカップラ６０５の内
部の光増幅器６３４で増幅され、スターカップラ６０５
に接続された全ての光ファイバ６０６〜６０９に送出さ
れる。光ファイバ６０６〜６０９に入射した光信号は光
増幅器６３５〜６３８で増幅され、光分岐合流器６２２
〜６２５で分岐され、その光信号の一部は光増幅器６３
０〜６３３で増幅され、受信部６１８〜６２１に入射す
る。

【００７２】受信部６１８〜６２１はその光信号を電気
信号に変換する。端局６０１〜６０４はこの電気信号の
うち自局宛ての信号を識別する。この信号は端局６０３
宛てであるので、端局６０３はこの信号を識別後、受信
し通信は終了する。尚、スター型のシステムでも、どの
端局から送出された光信号も伝送路全体を伝搬する為、
時分割多重、波長分割多重方式等を用いて光信号が伝送
路上で衝突しない様に通信が行なわれる。

【００７３】本実施例では、ネットワーク内の光の伝送
される経路全てに本発明による光増幅器を備えた例を挙
げたが、その経路の一部に光増幅器を備えたシステムも
可能である。また、送信部と受信部を光分岐合流器で接
続し、１端局につき１本の光ファイバで双方向伝送する
様になっているが、送、受信を分け１端局につき２本の
光ファイバを用いるシステムも可能である。

【００７４】本実施例でも、本発明の光増幅装置を用い
ているので、図６、図８のネットワークと同様な効果を
得ることができる。

【００７５】

【実施例８】図１１は、本発明による偏光無依存型光増
幅装置を用いたループ型光通信ネットワークの実施例の
構成図である。この実施例では、端局数は４であり、ま
た光信号はループネットワークを時計回りに伝送してい
る。図１１中、７０１〜７０４は端末をネットワークに
接続する端局、７０５〜７１２は伝送路となる光ファイ
バ、７１３〜７１６は電気信号を光信号に変換しネット
ワークに送出する送信部、７１７〜７２０はネットワー
クから入射する光信号を電気信号に変換する受信部、７
２１〜７３２は光信号を直接増幅する上記実施例の光増
幅器である。光増幅器のうち、７２１〜７２４は送信部
７１３〜７１６のブースタ増幅器、７２５〜７２８は受
信部７１７〜７２０の前置増幅器、７２９〜７３２は伝
送路の中継増幅器として機能する。

【００７６】次に、端局７０１から端局７０３への通信
を想定して本実施例の動作を説明する。端局７０１の送
信部７１３において電気信号は光信号に変換され、光増
幅器７２１で増幅されネットワークの伝送路である光フ
ァイバ７０５に入射する。この光信号は光増幅器７２９
で増幅され、光ファイバ７０６を経て、端局７０２の光
増幅器７２６で増幅され、受信部７１８で電気信号に変
換される。この信号は端局７０３宛てである為、端局７
０２はこの信号を送信部７１４で光信号に変換し、光増
幅器７２２で増幅しネットワークの伝送路である光ファ
イバ７０７に入射する。この光信号は光増幅器７３０で
増幅され、光ファイバ７０８を経て端局７０３の光増幅
器７２７で増幅され、受信部７１９で電気信号に変換さ
れる。この信号は端局７３０宛てである為、端局７０３
はこの信号を識別後、受信し通信は終了する。

【００７７】本実施例では、ネットワーク内の光の伝送
される経路全てに光増幅器を備えた例を挙げたが、その
経路の一部に光増幅器を備えたシステムも可能である。
また、端局内での信号を再生、中継する能動型の例にな
っているが、光分岐合流器を用いて伝送路である光ファ
イバに端局を接続する受動型のシステムも可能である。

【００７８】本実施例でも、本発明の光増幅装置を用い
ているので、図６、図８のネットワークと同様な効果を
得ることができる。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
入力光の偏光状態が変化しても増幅利得が変化しない、
いわゆる偏光無依存な光増幅器とすることができる。

【００８０】それにより、光通信ネットワークないしシ
ステムで、質が良く規模の制限をうけない、比較的簡単
なシステム構成とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す図。

【図２】図１の断面詳細図。

【図３】本発明の第２実施例を示す断面詳細図。

【図４】送信端局と受信端局との間を光伝送路で接続し
た本発明による光通信システムの構成図。

【図５】端局装置間を光伝送路で接続した本発明による
双方向光通信システムの構成図。

【図６】光伝送路を介して複数の端末が端局装置を用い
て互いに光通信を行なう本発明によるバス型光通信ネッ
トワークの構成図。

【図７】図６の実施例における端局装置の構成を示す
図。

【図８】光伝送路を介して複数の端末がアクティブ光ノ
ードを用いて互いに光通信を行なう本発明によるバス型
光通信ネットワークの構成図。

【図９】図８のアクティブ光ノードの構成を示すブロッ
ク図。

【図１０】本発明によるスター型光通信ネットワークの
構成図。

【図１１】本発明によるループ型光通信ネットワークの
構成図。

【符号の説明】

１，３１基板２，３２バッファ層３，５，３４，３８クラッド層４歪量子井戸活性層６，３９キャップ層７，４０絶縁層８，４１上部電極９，４２下部電極１２ＧＲＩＮ−ＳＣＨ
層１３，３６障壁層１４，３７井戸層３５ＳＣＨ層３３ＳＬ層１０１，１０２送信端局１０３，１０４受信端局１０６，２０３中継装置１１５，１１７，２１５，２１９分岐合流器２０１，２０２端局装置３３１〜３３９光カップラ３９０分岐合流素子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザ構造を備え、外部からの光に
利得を与える半導体光増幅器において、第１の半導体層
の上部に、第１の半導体層に比べ格子定数の小さい第２
の半導体層および第３の半導体層を有し、該第１の半導
体層と該第２および該第３の半導体層との間の格子不整
合により、該第２の半導体層と該第３の半導体層とがそ
れぞれ面内引っぱり応力を受けており、該第２の半導体
層が井戸層、該第３の半導体層が障壁層となる量子井戸
構造を活性層としており、該第１の半導体層がＧａＡ
ｓ、該第２及び第３の半導体層がＧａＡｓＰであること
を特徴とする半導体光増幅器。
【請求項２】前記第１の半導体層が基板である請求項１
記載の半導体光増幅器。
【請求項３】半導体レーザ構造を備え、外部からの光に
利得を与える半導体光増幅器において、第１の半導体層
の上部に、第１の半導体層に比べ格子定数の小さい第２
の半導体層および第３の半導体層を有し、該第１の半導
体層と該第２および該第３の半導体層との間の格子不整
合により、該第２の半導体層と該第３の半導体層とがそ
れぞれ面内引っぱり応力を受けており、該第２の半導体
層が井戸層、該第３の半導体層が障壁層となる量子井戸
構造を活性層としており、該第１の半導体層は基板とは
異なる該基板上に積層されたＩｎＧａＡｓＰであり、該
第２の半導体層がＩｎＧａＡｓ、該第３の半導体層がＧ
ａＡｓ、該基板がＧａＡｓであることを特徴とする半導
体光増幅器。
【請求項４】前記第２および第３の半導体層の前記第１
の半導体層に対する格子不整合が１％以下である請求項
１または３記載の半導体光増幅器。
【請求項５】送信端局と受信端局との間を伝送路で接続
した光通信システムにおいて、送信端局と受信端局の少
なくとも１か所に請求項１乃至４の何れかに記載の光増
幅器を備えたことを特徴とする光通信システム。
【請求項６】中継装置を介して、送信端局と受信端局を
光伝送路で接続した光通信システムにおいて、送信端局
と受信端局及び中継装置の少なくとも１か所に請求項１
乃至４の何れかに記載の光増幅器を備えたことを特徴と
する光通信システム。
【請求項７】端局装置間を光伝送路で接続した双方向光
通信システムにおいて、端局装置の少なくとも１か所に
請求項１乃至４の何れかに記載の光増幅器を備えたこと
を特徴とする双方向光通信システム。
【請求項８】中継装置を介して、端局装置間を光伝送路
で接続した双方向光通信システムにおいて、端局装置と
中継装置の少なくとも１か所に請求項１乃至４の何れか
に記載の光増幅器を備えていることを特徴とする双方向
光通信システム。
【請求項９】少なくとも１本の光伝送路を介して、複数
の端末が該端末に夫々接続された端局装置を用いて互い
に光通信を行なうバス型光通信ネットワークにおいて、
いずれかの端局装置の光送信部から、他のいずれかの端
局装置の光受信部までの、光の伝送される経路上の少な
くとも１か所に請求項１乃至４の何れかに記載の光増幅
器を設けたことを特徴とするバス型光通信ネットワー
ク。
【請求項１０】少なくとも、複数の光信号を送信する手
段と、複数の光信号を受信する手段と、通信を制御する
手段とを備える光ノードに端末が接続され、該光ノード
が光伝送路によって他の同様の光ノードに接続されて成
るアクティブバス型光通信ネットワークにおいて、或る
光ノードの前記光信号を送信する手段と、他の光ノード
の前記光信号を受信する手段との間の光の伝送される経
路上の少なくとも１か所に請求項１乃至４の何れかに記
載の光増幅器を設けたことを特徴とするアクティブバス
型光通信ネットワーク。
【請求項１１】送信部及び受信部を有する複数の端局と
スターカップラと該端局と該スターカップラを接続する
光伝送路からなるスター型光通信ネットワークにおい
て、光の伝送される経路上の少なくとも１か所に請求項
１乃至４の何れかに記載の光増幅器を備えることを特徴
とするスター型光通信ネットワーク。
【請求項１２】送信部及び受信部を有する複数の端局と
該端局を接続する光伝送路からなるループ型光通信ネッ
トワークにおいて、光の伝送される経路上の少なくとも
１か所に請求項１乃至４の何れかに記載の光増幅器を備
えることを特徴とするループ型光通信ネットワーク。