JP3351212B2 - Pulse light source - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、超高繰り返し周波
数の光パルス列を発生させるパルス光源に関する。この
パルス光源は、長距離超大容量光伝送システムや超高速
光信号処理に不可欠なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pulse light source for generating an optical pulse train having an extremely high repetition frequency. This pulse light source is indispensable for a long-distance ultra-large-capacity optical transmission system and an ultra-high-speed optical signal processing.
【０００２】[0002]
【従来の技術】入力信号の繰り返し周波数に等しい繰り
返し周波数の光パルス列を発生させる方法として、レー
ザの能動モード同期法がある。これは、レーザ共振器内
に発振光の振幅または位相を変調する光変調器を設置
し、この光変調器をレーザの共振周波数の近傍周波数で
駆動し、駆動周波数と等しい繰り返し周波数の短光パル
スを発生させる方法である。2. Description of the Related Art As a method of generating an optical pulse train having a repetition frequency equal to the repetition frequency of an input signal, there is an active mode locking method of a laser. In this method, an optical modulator that modulates the amplitude or phase of oscillating light is installed in a laser resonator, and this optical modulator is driven at a frequency near the laser resonance frequency. Is a method for generating
【０００３】しかし、この能動モード同期法では、光変
調器を駆動する入力信号の繰り返し周波数がレーザの共
振周波数からそのほぼ 0.1％を越して離調すると、出力
光パルスのパルス幅、ジッタ、スペクトル等の特性が劣
化する。そこで、レーザ共振器長を制御して入力信号の
繰り返し周波数に合致させることが考えられている。従
来、レーザ共振器長制御の一例として、入力信号が電気
信号の場合では、出力光パルスを受光素子で光電変換
し、その受光電流と入力電気信号の位相差をミキサ等の
位相比較器で検出し、それを誤差信号としてレーザ共振
器長を帰還制御する方法が検討されている。However, in the active mode locking method, when the repetition frequency of the input signal for driving the optical modulator detunes from the resonance frequency of the laser by more than approximately 0.1%, the pulse width, jitter, and spectrum of the output optical pulse are reduced. And other characteristics are degraded. Therefore, it has been considered that the laser resonator length is controlled to match the repetition frequency of the input signal. Conventionally, as an example of laser cavity length control, when an input signal is an electric signal, the output light pulse is photoelectrically converted by a light receiving element, and the phase difference between the received light current and the input electric signal is detected by a phase comparator such as a mixer. Then, a method of performing feedback control of the laser cavity length using the error signal as an error signal is being studied.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところが、入力信号の
繰り返し周波数が数十ＧHzを越えた超高周波領域になる
と、上述の方法には次のような問題が生じる。第一の問
題点は、出力光パルスを電気信号に変換するための受光
素子の帯域幅が現状では50ＧHz以下であり、50ＧHzを越
える繰り返し周波数のパルス光源に対しては帰還制御が
不可能となることである。したがって、高速の光電変換
を行わずにレーザ共振器長の帰還制御を行う方法が必要
になっている。However, when the repetition frequency of the input signal is in an extremely high frequency range exceeding several tens of GHz, the above-described method has the following problems. The first problem is that the bandwidth of the light receiving element for converting an output light pulse into an electric signal is 50 GHz or less at present, and feedback control becomes impossible for a pulse light source having a repetition frequency exceeding 50 GHz. That is. Therefore, there is a need for a method of performing feedback control of the laser resonator length without performing high-speed photoelectric conversion.
【０００５】第二の問題点は、50ＧHz以上の繰り返し周
波数を有する駆動信号は電気信号として与えられること
は少なく、本発明が適用される光通信または光信号処理
の分野では光信号によって与えられることが多い。この
場合に、安定に短光パルス列を発生させるためには、モ
ード同期レーザ共振器の基本周波数が50ＧHz以上、すな
わちレーザ共振器の実効長が３ｍｍ以下で、しかもレー
ザ共振器内の発振光を変調する光変調器は入力光信号に
よる能動モード同期が必要になる。しかし、現在このよ
うな能動モード同期レーザは存在しない。A second problem is that a drive signal having a repetition frequency of 50 GHz or more is rarely given as an electric signal, and is given by an optical signal in the field of optical communication or optical signal processing to which the present invention is applied. There are many. In this case, in order to generate a short optical pulse train stably, the fundamental frequency of the mode-locked laser resonator is 50 GHz or more, that is, the effective length of the laser resonator is 3 mm or less, and the oscillation light in the laser resonator is modulated. Such an optical modulator requires active mode locking by an input optical signal. However, there is currently no such active mode-locked laser.
【０００６】本発明は、50ＧHzを越える超高繰り返し周
波数の入力光信号に等しい超高繰り返し周波数の光パル
ス列を発生させることができるパルス光源を提供するこ
とを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a pulse light source capable of generating an optical pulse train having an ultra-high repetition frequency equal to an input optical signal having an ultra-high repetition frequency exceeding 50 GHz.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】能動モード同期パルスレ
ーザ光源では、上述したように入力光信号の繰り返し周
波数がレーザ共振器の同調範囲を越えたとき（離調した
とき）に、出力光パルスのパルス幅の増大、中心波長の
変移、タイミングジッタの増加、振幅雑音の増加等が生
じる。本発明のパルス光源は、このうち出力光パルスの
パルス幅に対応する２次高調波の平均光パワー、または
中心波長をモニタしてレーザ共振器長を帰還制御する構
成をとる。これらは、入力光信号の離調に対して敏感で
ありかつ検出が比較的容易である。According to the active mode-locked pulse laser light source, as described above, when the repetition frequency of the input optical signal exceeds the tuning range of the laser resonator (when detuning occurs), the output optical pulse is generated. The pulse width increases, the center wavelength shifts, the timing jitter increases, and the amplitude noise increases. The pulse light source of the present invention has a configuration in which the average optical power or the center wavelength of the second harmonic corresponding to the pulse width of the output light pulse is monitored, and the laser resonator length is feedback-controlled. They are sensitive to detuning of the input optical signal and are relatively easy to detect.
【０００８】（２次高調波の平均光パワーに応じたレー
ザ共振器長制御）離調に対して平均出力光パワーは大き
く変化しないので、パルス幅が広がるとピークパワーが
減少する。一方、基本波長から２次高調波への変換効率
は基本波の瞬時パワーに比例しているので、ピークパワ
ーが減少すると基本波の平均光パワーが同一でも、２次
高調波の平均光パワーは減少する。したがって、２次高
調波の平均光パワーをモニタすることによりピークパワ
ーを検出することができ、さらに出力光パルスのパルス
幅の変化を検出することができる。(Laser Resonator Length Control According to Second Harmonic Average Optical Power) Since the average output optical power does not change significantly with detuning, the peak power decreases as the pulse width increases. On the other hand, since the conversion efficiency from the fundamental wavelength to the second harmonic is proportional to the instantaneous power of the fundamental, when the peak power decreases, the average optical power of the second harmonic is the same even if the average optical power of the fundamental is the same. Decrease. Therefore, the peak power can be detected by monitoring the average optical power of the second harmonic, and further, a change in the pulse width of the output optical pulse can be detected.
【０００９】本発明のパルス光源（請求項１）は、図１
(a) に示すように、能動モード同期パルスレーザ光源１
の出力光パルスの一部を分岐手段３で分岐し、非線形受
光部４がその２次高調波の平均光パワーを検出し、その
値が最大になるように制御回路５が能動モード同期パル
スレーザ光源１のレーザ共振器長調節機構２を帰還制御
する。The pulse light source of the present invention (Claim 1) is shown in FIG.
(a) As shown in FIG.
A part of the output light pulse is branched by the branching means 3, the nonlinear light receiving section 4 detects the average light power of the second harmonic, and the control circuit 5 controls the active mode-locked pulse laser so that the value becomes maximum. The laser cavity length adjusting mechanism 2 of the light source 1 is feedback controlled.
【００１０】非線形受光部４は、出力光パルスの一部を
２次高調波（ＳＨＧ）結晶を介して受光する構成とすれ
ばよい。ここでは、基本波（入力光信号）の繰り返し周
波数が数十ＧHz以上の超高周波であっても、２次高調波
を受光する素子はD.C.〜１ＭHzの帯域幅を有していれば
十分である。レーザ共振器長は、外部ミラーの位置を光
軸方向に移動する方法や、受動半導体導波路等の共振器
内部の媒体の屈折率を注入電流等により変化させる方法
がある。これにより、レーザ共振器長の帰還制御系に広
帯域幅の受光素子を用いなくても、超高繰り返し周波数
の入力光信号に同期した光パルス列を発生させることが
できる。The nonlinear light receiving section 4 may be configured to receive a part of the output light pulse via a second harmonic (SHG) crystal. Here, even if the repetition frequency of the fundamental wave (input optical signal) is a very high frequency of several tens of GHz or more, it is sufficient that the element that receives the second harmonic has a bandwidth of DC to 1 MHz. . The laser resonator length includes a method of moving the position of the external mirror in the optical axis direction and a method of changing the refractive index of a medium inside the resonator such as a passive semiconductor waveguide by an injection current or the like. Accordingly, an optical pulse train synchronized with an input optical signal having an extremely high repetition frequency can be generated without using a light receiving element having a wide bandwidth in a feedback control system having a laser resonator length.
【００１１】（中心波長に応じたレーザ共振器長制御）
入力光信号の繰り返し周波数が離調すると、レーザ共振
器内の分散性媒質による共振器内パルス周回遅延時間の
波長依存性により、発振波長を変移させて出力光パルス
の繰り返し周波数を入力光信号の繰り返し周波数に追随
させようとする。(Laser Resonator Length Control According to Center Wavelength)
When the repetition frequency of the input optical signal is detuned, the oscillation wavelength is shifted by the wavelength dependence of the pulse circulation delay time in the resonator due to the dispersive medium in the laser resonator, and the repetition frequency of the output optical pulse is changed to the input optical signal. Try to follow the repetition frequency.
【００１２】本発明のパルス光源（請求項２）は、図１
(b) に示すように、能動モード同期パルスレーザ光源１
の出力光パルスの一部を分岐手段３で分岐し、波長選択
部６が出力光パルスの中心波長の変動を検出し、その中
心波長が所定の値になるように制御回路７が能動モード
同期パルスレーザ光源１のレーザ共振器長調節機構２を
帰還制御する。A pulse light source according to the present invention (claim 2) is shown in FIG.
(b) As shown in FIG.
A part of the output light pulse is branched by the branching means 3, the wavelength selector 6 detects a change in the center wavelength of the output light pulse, and the control circuit 7 controls the active mode locking so that the center wavelength becomes a predetermined value. The feedback control of the laser resonator length adjusting mechanism 2 of the pulse laser light source 1 is performed.
【００１３】波長選択部６は、出力光パルスの一部を回
折格子や光波長フィルタなどの波長選択素子を介して受
光する構成とすればよい。レーザ共振器長は、外部ミラ
ーの位置を光軸方向に移動する方法や、受動半導体導波
路等の共振器内部の媒体の屈折率を注入電流等により変
化させる方法がある。これにより、レーザ共振器長の帰
還制御系に広帯域幅の受光素子を用いなくても、超高繰
り返し周波数の入力光信号に同期した光パルス列を発生
させることができる。The wavelength selector 6 may be configured to receive a part of the output light pulse via a wavelength selection element such as a diffraction grating or an optical wavelength filter. The laser resonator length includes a method of moving the position of the external mirror in the optical axis direction and a method of changing the refractive index of a medium inside the resonator such as a passive semiconductor waveguide by an injection current or the like. Accordingly, an optical pulse train synchronized with an input optical signal having an extremely high repetition frequency can be generated without using a light receiving element having a wide bandwidth in a feedback control system having a laser resonator length.
【００１４】図２は、本発明のパルス光源に用いられる
能動モード同期パルスレーザ光源１の基本構成を示す。
(a) は線形共振器構造のものであり、(b) はリング共振
器構造のものである。図において、能動モード同期パル
スレーザ光源１は、反射面１１で囲まれたレーザ共振器
内に、半導体光増幅媒質１２と、損失（利得）または屈
折率が入射光により変化する半導体光非線形媒質１３
と、半導体光増幅媒質１２と半導体光非線形媒質１３と
の間に挿入された光結合手段１４を有する。光結合手段
１４は、レーザ発振光と外部からの入力光信号とを合波
して入力光信号を半導体光非線形媒質１３へ結合させる
構成である。FIG. 2 shows a basic configuration of an active mode-locked pulse laser light source 1 used in the pulse light source of the present invention.
(a) has a linear resonator structure, and (b) has a ring resonator structure. In the figure, an active mode-locked pulse laser light source 1 includes a semiconductor optical amplification medium 12 and a semiconductor optical nonlinear medium 13 whose loss (gain) or refractive index changes with incident light in a laser resonator surrounded by a reflection surface 11.
And an optical coupling means 14 inserted between the semiconductor optical amplification medium 12 and the semiconductor optical nonlinear medium 13. The optical coupling means 14 is configured to combine the laser oscillation light and an external input optical signal and couple the input optical signal to the semiconductor optical nonlinear medium 13.
【００１５】能動モード同期パルスレーザ光源１では、
入力光信号により半導体光非線形媒質１３の吸収係数ま
たは屈折率を変調して能動モード同期を達成する。半導
体光非線形媒質１３は、入射光のパルスエネルギーが小
さいときは透過率が小さく、パルスエネルギーが大きく
なると誘導吸収により少数キャリアが蓄積されて吸収が
飽和し透過率が増加する可飽和吸収媒質の側面と、屈折
率が変化する非線形屈折率媒質の側面がある。前者は外
部から入力される光パルス列の繰り返し周波数で発振光
を強度変調し、後者は位相変調することになるので、各
発振可能縦モードの変調側帯波が他のモードに注入され
てモード同期が生じる。In the active mode-locked pulse laser light source 1,
The active mode locking is achieved by modulating the absorption coefficient or the refractive index of the semiconductor optical nonlinear medium 13 with the input optical signal. The semiconductor optical nonlinear medium 13 has a small transmittance when the pulse energy of incident light is small, and a minority carrier is accumulated by induced absorption when the pulse energy is large, the absorption is saturated, and the transmittance is increased. And the side surface of the nonlinear refractive index medium in which the refractive index changes. The former modulates the intensity of the oscillated light with the repetition frequency of the optical pulse train input from the outside, and the latter modulates the phase.Therefore, the modulation sideband of each oscillatable longitudinal mode is injected into the other mode, and mode synchronization is achieved. Occurs.
【００１６】半導体光増幅媒質１２と半導体光非線形媒
質１３は、ともに数百μｍ以下の素子長で構成できるの
で、全実効長１ｍｍ以下の極めて短いレーザ共振器を構
成することができる。これにより、数十ＧHz以上の繰り
返し周波数の入力光信号パルスへの同期が可能になる。
光結合手段１４は、図２に示すように偏波ビームスプリ
ッタを用いて偏波多重する方法と、後述する実施形態
（図４）で示すように波長選択ミラーを用いて波長多重
する方法がある。前者の方法では、入力光信号の偏波方
向を偏波ビームスプリッタが反射する方向に合わせて入
射すればよい。後者の方法では、レーザ発振光と入力光
信号の波長が異なるように設定すればよい。Since the semiconductor optical amplifying medium 12 and the semiconductor optical nonlinear medium 13 can both be formed with an element length of several hundred μm or less, a very short laser resonator having a total effective length of 1 mm or less can be formed. This enables synchronization with an input optical signal pulse having a repetition frequency of several tens of GHz or more.
The optical coupling means 14 includes a method of performing polarization multiplexing using a polarization beam splitter as shown in FIG. 2 and a method of performing wavelength multiplexing using a wavelength selection mirror as shown in an embodiment (FIG. 4) described later. . In the former method, the input optical signal may be incident in such a manner that the polarization direction of the input optical signal matches the direction in which the polarization beam splitter reflects. In the latter method, the laser oscillation light and the input optical signal may be set to have different wavelengths.
【００１７】[0017]
（第１の実施形態）図３は、本発明のパルス光源の第１
の実施形態を示す。図において、能動モード同期パルス
レーザ光源１の半導体光増幅媒質（１２）は、両面劈開
された半導体レーザ１２１である。半導体レーザ１２１
の片面は、反射率が0.01％以下に無反射コーティングさ
れている。モード同期を発生させる半導体光非線形媒質
（１３）は、半導体可飽和吸収体１３１である。レーザ
共振器は、半導体レーザ１２１の無反射コーティングさ
れていない劈開面に配置されたミラー１２２と、半導体
可飽和吸収体１３１の外側端面に配置されたミラー１３
２により形成される。(First Embodiment) FIG. 3 shows a first embodiment of the pulse light source of the present invention.
An embodiment will be described. In the figure, the semiconductor optical amplification medium (12) of the active mode-locked pulse laser light source 1 is a semiconductor laser 121 cleaved on both sides. Semiconductor laser 121
Is coated with an anti-reflection coating having a reflectance of 0.01% or less. The semiconductor optical nonlinear medium (13) that generates mode locking is a semiconductor saturable absorber 131. The laser resonator includes a mirror 122 disposed on a cleavage plane of the semiconductor laser 121 that is not coated with an anti-reflection coating, and a mirror 13 disposed on an outer end surface of a semiconductor saturable absorber 131.
2 formed.
【００１８】外部からの入力光信号は、レーザ共振器内
に挿入された偏波ビームスプリッタ１４１で反射されて
半導体可飽和吸収体１３１に注入される。入力光信号
は、偏波ビームスプリッタ１４１で反射されるように偏
波方向が調整されているので、半導体レーザ１２１には
注入されず半導体可飽和吸収体１３１のみに注入され、
ミラー１３２による反射光も偏波ビームスプリッタ１４
１で反射してレーザ共振器外部に取り出される。一方、
レーザ発振光は偏波ビームスプリッタ１４１を通過する
偏波で発振するので、偏波ビームスプリッタ１４１の損
失は被らない。図では、偏波ビームスプリッタ１４１に
より入力光信号とレーザ発振光を偏波多重する構成のた
めに、レンズ１４２を用いた空間光ビームに変換されて
いるが、光ファイバや光導波路を用いた偏波多重も可能
である。なお、入力光信号の強度が小さい場合には、図
のように光増幅器１４３を用いて増幅してもよい。An input optical signal from the outside is reflected by a polarization beam splitter 141 inserted into a laser resonator and injected into a semiconductor saturable absorber 131. Since the polarization direction of the input optical signal is adjusted so as to be reflected by the polarization beam splitter 141, the input optical signal is injected only into the semiconductor saturable absorber 131 without being injected into the semiconductor laser 121,
The light reflected by the mirror 132 is also reflected by the polarization beam splitter 14.
The light is reflected at 1 and taken out of the laser resonator. on the other hand,
Since the laser oscillation light oscillates with the polarized wave passing through the polarization beam splitter 141, the loss of the polarization beam splitter 141 does not occur. In the figure, since the input optical signal and the laser oscillation light are polarization-multiplexed by the polarization beam splitter 141, the input optical signal is converted into a spatial light beam using the lens 142. However, the polarization beam is converted using the optical fiber or the optical waveguide. Wave multiplexing is also possible. When the intensity of the input optical signal is low, the input optical signal may be amplified using the optical amplifier 143 as shown in the figure.
【００１９】半導体レーザ１２１として素子長 300μｍ
の1.5μｍ−ＩnＧaＡsＰレーザ、半導体可飽和吸収体１
３１として素子長50μｍの1.5μｍ−ＩnＧaＡsＰレー
ザ、レンズ１４２として半径 300μｍの球レンズを用
い、共振器実効長を３ｍｍとして縦モード間隔50ＧHzの
レーザ共振器が構成できる。入力光信号の波長は、可飽
和吸収特性を示す 1.5μｍ体で30ｎｍの波長帯域内であ
ればよい。また、繰り返し周波数の同調範囲は、従来の
能動モード同期の検討結果が適用でき、繰り返し周波数
の 0.1％である30ＭHz程度である。この半導体可飽和吸
収体１３１は、１ｐＪのパルスエネルギーで吸収飽和を
起こすので、パルス幅10ｐｓ、繰り返し周波数30ＧHzと
すると、入力光信号として必要な平均光パワーは約30ｍ
Ｗである。このとき、パルス幅が数ｐｓから１ｐｓの出
力光パルスが得られる。The semiconductor laser 121 has an element length of 300 μm.
1.5 μm-InGaAsP laser, semiconductor saturable absorber 1
A 1.5 μm-InGaAsP laser having an element length of 50 μm is used as 31, a spherical lens having a radius of 300 μm is used as a lens 142, and a laser resonator having an effective resonator length of 3 mm and a longitudinal mode interval of 50 GHz can be constructed. The wavelength of the input optical signal may be within a wavelength band of 30 nm in a 1.5 μm body exhibiting saturable absorption characteristics. The tuning range of the repetition frequency is about 30 MHz, which is 0.1% of the repetition frequency, to which the study result of the conventional active mode locking can be applied. Since the semiconductor saturable absorber 131 absorbs and absorbs at a pulse energy of 1 pJ, if the pulse width is 10 ps and the repetition frequency is 30 GHz, the average optical power required as an input optical signal is about 30 m.
W. At this time, an output light pulse having a pulse width of several ps to 1 ps is obtained.
【００２０】能動モード同期パルスレーザ光源１のレー
ザ共振器長は、本実施形態では出力光パルスのピークパ
ワーをモニタして帰還制御する構成になっている。出力
光パルスの一部は、分岐手段（３）として用いられるフ
ァイバカプラ３１で分岐して非線形受光部４の２次高調
波（ＳＨＧ）結晶４１に入力される。２次高調波結晶４
１は、ｃ−軸を周期的に反転させて位相整合領域を拡大
させた素子長１ｃｍの疑似位相整合リチウムナイオベー
ト（ＬiＮbＯ3)を用いることができる。２次高調波結晶
４１から出力される２次高調波光は、高調波に変換され
ない基本波成分を除去する短波長透過光フィルタ４２を
介して受光器４３に受光され、２次高調波の平均光パワ
ーが検出される。In this embodiment, the laser resonator length of the active mode-locked pulse laser light source 1 is configured to monitor the peak power of the output light pulse and perform feedback control. A part of the output light pulse is branched by the fiber coupler 31 used as the branching means (3), and is input to the second harmonic (SHG) crystal 41 of the nonlinear light receiving unit 4. Second harmonic crystal 4
For 1, quasi phase matching lithium niobate (LiNbO 3 ) having a device length of 1 cm and having a phase matching region enlarged by periodically inverting the c-axis can be used. The second-harmonic light output from the second-harmonic crystal 41 is received by the photodetector 43 via the short-wavelength transmitted light filter 42 for removing a fundamental wave component that is not converted to a higher harmonic, and is averaged as the second-harmonic light. Power is detected.
【００２１】制御回路５は、２次高調波の平均光パワー
が最大になるように、能動モード同期パルスレーザ光源
１のレーザ共振器長調節機構２を制御する。レーザ共振
器長調節機構２は、ここではミラー１３２を光軸方向に
移動させるピエゾ素子２１が用いられる。２次高調波の
光パワーが低下したときのレーザ共振器長の制御方向の
判定には、公知のディザリング法（常時、制御対象を周
波数ｆd で駆動し、入力信号中のｆd の周波数成分のみ
を位相検波する方法）を用いることができる。The control circuit 5 controls the laser cavity length adjusting mechanism 2 of the active mode-locked pulse laser light source 1 so that the average optical power of the second harmonic is maximized. The laser resonator length adjusting mechanism 2 here uses a piezo element 21 for moving the mirror 132 in the optical axis direction. The determination of the control direction of the laser cavity length when the optical power of the second harmonic is lowered, a known dithering method (always the controlled object driven by the frequency f d, the frequency of f d in the input signal Phase detection of only the component).
【００２２】（第２の実施形態）図４は、本発明のパル
ス光源の第２の実施形態を示す。本実施形態は、 100Ｇ
Hz以上の超高繰り返し周波数領域で同期パルスを得るの
に適する。図において、能動モード同期パルスレーザ光
源１の半導体光増幅媒質（１２）および半導体光非線形
媒質（１３）は、第１の実施形態と同様の半導体レーザ
１２１および半導体可飽和吸収体１３１である。半導体
可飽和吸収体１３１の外側端面に配置された誘電体多層
膜ミラー１３３は、レーザ発振波長λ1 で反射し、入力
光波長λ2 で透過する。半導体レーザ１２１と半導体可
飽和吸収体１３１との間に配置された誘電体多層膜ミラ
ー１４４は、レーザ発振波長λ1 で透過し、入力光波長
λ2 で反射する光結合手段（１４）として機能する。(Second Embodiment) FIG. 4 shows a pulse light source according to a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, 100G
Suitable for obtaining a synchronization pulse in the ultra-high repetition frequency range above Hz. In the figure, the semiconductor optical amplification medium (12) and the semiconductor optical nonlinear medium (13) of the active mode-locked pulse laser light source 1 are the same semiconductor laser 121 and semiconductor saturable absorber 131 as in the first embodiment. The dielectric multilayer mirror 133 disposed on the outer end face of the semiconductor saturable absorber 131 reflects at the laser oscillation wavelength λ 1 and transmits at the input light wavelength λ 2 . The dielectric multilayer mirror 144 disposed between the semiconductor laser 121 and the semiconductor saturable absorber 131 functions as an optical coupling unit (14) that transmits at the laser oscillation wavelength λ 1 and reflects at the input light wavelength λ 2. I do.
【００２３】レーザ共振器は、半導体レーザ１２１の無
反射コーティングされていない劈開面に配置されたミラ
ー１２２と、半導体可飽和吸収体１３１の外側端面に配
置された誘電体多層膜ミラー１３３により形成される。
外部からの入力光信号は、誘電体多層膜ミラー１３３と
誘電体多層膜ミラー１４４との間を往復して半導体可飽
和吸収体１３１で吸収され、吸収されない余分は外部へ
放出される。したがって、入力光信号が半導体レーザ１
２１に注入されることはない。The laser resonator is formed by a mirror 122 disposed on a cleavage plane of the semiconductor laser 121 which is not coated with an anti-reflection coating, and a dielectric multilayer mirror 133 disposed on an outer end surface of the semiconductor saturable absorber 131. You.
The input optical signal from the outside reciprocates between the dielectric multilayer mirror 133 and the dielectric multilayer mirror 144 and is absorbed by the semiconductor saturable absorber 131, and the excess that is not absorbed is emitted to the outside. Therefore, the input optical signal is
21 is not injected.
【００２４】本構成では、レーザ共振器の実効長として
約１ｍｍが可能であり、このときの共振器縦モード間隔
は約 150ＧHzとなる。繰り返し周波数が高いので、半導
体可飽和吸収体１３１は、吸収が飽和して再び吸収が回
復するまでの時間が速いことが要求される。低温成長し
たＢe 添加ＩnＧaＡs 歪多重量子井戸（ＭＱＷ）半導体
を使用すると、吸収回復時間１ｐｓ以下が可能であるの
で、 150ＧHzの繰り返し周波数に十分追随して、サブピ
コ秒のパルス幅の 150ＧHz光パルス列を出力することが
できる。In this configuration, the effective length of the laser resonator can be about 1 mm, and the cavity longitudinal mode interval at this time is about 150 GHz. Since the repetition frequency is high, the semiconductor saturable absorber 131 is required to have a fast time until the absorption is saturated and the absorption is restored again. If a Be-doped InGaAs strained multiple quantum well (MQW) semiconductor grown at low temperature is used, an absorption recovery time of 1 ps or less can be achieved. can do.
【００２５】図４に示す同様の構成において、半導体可
飽和吸収体１３１として用いたＭＱＷ半導体を光屈折率
非線形媒質として使用することができる。ＭＱＷ半導体
のバンドギャップエネルギーを若干大きくして基礎吸収
端の波長を短くすることにより、レーザ発振波長λ1 で
吸収をなくし、外部からの入力光波長λ2 で吸収させる
ようにすることができる。ただし、λ1 ＞λ2 である。
このとき、ＭＱＷ半導体は、入力光信号の吸収によりレ
ーザ発振光に対する屈折率が変化することから位相変調
器として動作し、ＦＭモード同期が実現する。位相変調
器では、入力光信号が符号変調されスペースの同符号連
続が長く続いた場合でも、強度変調の場合と異なってレ
ーザ発振光に対する損失が増加することはないので、レ
ーザ発振が中断することなくクロック周波数に等しい繰
り返し周波数の光パルス列を出力させることができる。
すなわち、符号変調された入力光信号のクロック抽出が
可能となる。In the similar configuration shown in FIG. 4, the MQW semiconductor used as the semiconductor saturable absorber 131 can be used as a photorefractive index nonlinear medium. By slightly increasing the bandgap energy of the MQW semiconductor to shorten the wavelength at the fundamental absorption edge, absorption can be eliminated at the laser oscillation wavelength λ 1 and absorbed at the external input light wavelength λ 2 . Here, λ 1 > λ 2 .
At this time, the MQW semiconductor operates as a phase modulator because the refractive index of the laser oscillation light changes due to absorption of the input optical signal, and FM mode locking is realized. In the phase modulator, even if the input optical signal is code-modulated and the continuation of the same code in the space continues for a long time, the loss to the laser oscillation light does not increase unlike the case of the intensity modulation, so that the laser oscillation is interrupted. And an optical pulse train having a repetition frequency equal to the clock frequency can be output.
That is, it is possible to extract the clock of the input modulated optical signal.
【００２６】能動モード同期パルスレーザ光源１のレー
ザ共振器長は、本実施形態では出力光パルスの波長をモ
ニタして帰還制御する構成になっている。出力光パルス
の一部は、分岐手段（３）として用いられるファイバカ
プラ３１で分岐して波長選択部６のアレイ導波路回折格
子６１に入力される。アレイ導波路回折格子６１では、
入力光の波長が出力光ビーム位置に変換されるので、入
力光（能動モード同期パルスレーザ光源１の出力光パル
ス）の波長が変動すれば出力光ビームの位置が変動す
る。最適パルス発振時におけるアレイ導波路回折格子６
１の出力光ビームを挟む位置に２つの受光器６２−１，
６２−２を配置し、２つの受光器の受光電流が等しくな
るように設定する。２つの受光器６２−１，６２−２の
出力は差動増幅器６３に入力され、入力光信号の繰り返
し周波数がレーザ共振器実効長で決まる最適繰り返し周
波数から離調したときの出力光パルスの波長変移が検出
される。差動増幅器６３は、波長変移方向を含む誤差信
号を制御回路７にフィードバックする。In the present embodiment, the laser resonator length of the active mode-locked pulse laser light source 1 is configured to monitor the wavelength of the output light pulse and perform feedback control. A part of the output light pulse is branched by the fiber coupler 31 used as the branching means (3) and input to the arrayed waveguide diffraction grating 61 of the wavelength selector 6. In the array waveguide diffraction grating 61,
Since the wavelength of the input light is converted to the position of the output light beam, the position of the output light beam changes if the wavelength of the input light (the output light pulse of the active mode-locked pulse laser light source 1) changes. Arrayed waveguide diffraction grating 6 during optimal pulse oscillation
The two light receivers 62-1 and 62-1 are located at positions sandwiching one output light beam.
62-2 is set and the light receiving currents of the two light receiving devices are set to be equal. The outputs of the two light receivers 62-1 and 62-2 are input to the differential amplifier 63, and the wavelength of the output light pulse when the repetition frequency of the input optical signal is detuned from the optimum repetition frequency determined by the effective length of the laser resonator. A transition is detected. The differential amplifier 63 feeds back an error signal including the wavelength shift direction to the control circuit 7.
【００２７】制御回路７は、差動増幅器６３からの誤差
信号が最小になるように、能動モード同期パルスレーザ
光源１のレーザ共振器長調節機構２を制御する。レーザ
共振器長調節機構２は、ここでは誘電体多層膜ミラー１
３３を光軸方向に移動させるピエゾ素子２１が用いられ
る。なお、第１の実施形態および第２の実施形態で示し
た能動モード同期パルスレーザ光源１と帰還制御系の組
み合わせは任意であり、例えば第２の実施形態におい
て、帰還制御系は第２高調波の平均光パワーをモニタす
る構成でもよい。The control circuit 7 controls the laser cavity length adjusting mechanism 2 of the active mode locked pulse laser light source 1 so that the error signal from the differential amplifier 63 is minimized. Here, the laser cavity length adjusting mechanism 2 comprises a dielectric multilayer mirror 1
A piezo element 21 for moving the element 33 in the optical axis direction is used. The combination of the active mode-locked pulse laser light source 1 and the feedback control system shown in the first and second embodiments is arbitrary. For example, in the second embodiment, the feedback control system is the second harmonic. May be monitored.
【００２８】（第３の実施形態）図５は、本発明のパル
ス光源の第３の実施形態を示す。本実施形態は、第２の
実施形態を 1.5μｍ−ＩnＰ 基板上にモノリシックに集
積化し、さらに符号変調のための電界吸収型光変調器も
集積化したものである。半導体基板２００に、利得部分
２０１、回折格子２０２，２０３、可飽和吸収部分２０
４、受動導波路２０５、電界吸収型光変調器２０６、コ
ーティング面２０７が集積化されている。利得部分２０
１、回折格子２０２，２０３、可飽和吸収部分２０４に
は、必要に応じて電流注入ができるように電極が設けら
れている。回折格子２０２はレーザ発振波長λ1 で反射
する。回折格子２０３は、レーザ発振波長λ1 で透過
し、入力光波長λ2 で反射する。右端のコーティング面
２０７は、レーザ発振波長λ1 で反射し、入力光波長λ
2 で透過する。この波長関係を図６に示す。(Third Embodiment) FIG. 5 shows a pulse light source according to a third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the second embodiment is monolithically integrated on a 1.5 μm-InP substrate, and an electro-absorption optical modulator for code modulation is also integrated. The semiconductor substrate 200 includes a gain portion 201, diffraction gratings 202 and 203, and a saturable absorption portion 20.
4. The passive waveguide 205, the electro-absorption optical modulator 206, and the coating surface 207 are integrated. Gain part 20
1. Electrodes are provided on the diffraction gratings 202 and 203 and the saturable absorbing portion 204 so that current can be injected as needed. Diffraction grating 202 is reflected by the laser oscillation wavelength lambda 1. The diffraction grating 203 transmits at the laser oscillation wavelength λ 1 and reflects at the input light wavelength λ 2 . The rightmost coating surface 207 reflects at the laser oscillation wavelength λ 1 and
Transmit at 2 FIG. 6 shows this wavelength relationship.
【００２９】レーザ共振器は、回折格子２０２とコーテ
ィング面２０７により構成され、レーザ発振波長は回折
格子２０２で最大反射率が得られる波長λ1 に設定され
る。回折格子２０２の反射波長帯域幅を３ｎｍとする
と、パルス幅約１ｐｓの短光パルスが得られる。外部か
らの入力光信号は、コーティング面２０７と回折格子２
０３との間を往復して可飽和吸収部分２０４で吸収さ
れ、吸収されない余分は外部へ放出される。The laser resonator is constituted by the diffraction grating 202 and the coating surface 207, the laser oscillation wavelength maximum reflectance is set to the wavelength lambda 1 obtained by the diffraction grating 202. Assuming that the reflection wavelength bandwidth of the diffraction grating 202 is 3 nm, a short optical pulse having a pulse width of about 1 ps is obtained. An input optical signal from the outside is applied to the coating surface 207 and the diffraction grating 2.
03, the excess is absorbed by the saturable absorbing portion 204 while being not absorbed, and is discharged outside.
【００３０】利得部分２０１と可飽和吸収部分２０４の
長さを 300μｍと 150μｍに設定すると、共振器実効長
はほぼ 600μｍとなり、繰り返し周波数として約70ＧHz
が得られる。図の左へ出力した光パルスは、電界吸収型
光変調器２０６で符号変調されて外部へ放出される。帰
還制御系は、第２の実施形態と同様に出力光パルスの波
長をモニタする構成になっている。レーザ共振器長の調
整は、受動導波路２０５への注入電流により行う。共振
器長の制御範囲は全共振器長の 0.1％程度であるが、応
答速度が速いので 100ＭHz以上の広帯域での共振器長の
制御が可能である。なお、第１の実施形態と同様に第２
高調波の平均光パワーをモニタする構成でもよい。When the length of the gain portion 201 and the length of the saturable absorption portion 204 are set to 300 μm and 150 μm, the effective length of the resonator is approximately 600 μm, and the repetition frequency is about 70 GHz.
Is obtained. The light pulse output to the left in the figure is code-modulated by the electro-absorption optical modulator 206 and emitted to the outside. The feedback control system is configured to monitor the wavelength of the output light pulse as in the second embodiment. Adjustment of the laser cavity length is performed by an injection current into the passive waveguide 205. The control range of the resonator length is about 0.1% of the total resonator length, but since the response speed is fast, it is possible to control the resonator length over a wide band of 100 MHz or more. The second embodiment is similar to the first embodiment.
A configuration for monitoring the average optical power of the harmonics may be used.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のパルス光
源は、出力光パルスのピークパワーまたは波長をモニタ
してレーザ共振器長を制御することにより、広帯域幅の
受光素子を必要とせずに入力光信号に同期した光パルス
列を得ることができる。また、入力光信号で駆動される
半導体光非線形媒質と半導体光増幅媒質を用いることに
より小型のレーザ共振器を構成することができ、数十Ｇ
Hz以上の繰り返し周波数の入力光信号に同期した光パル
ス列を生成することができる。また、繰り返し周波数の
同調範囲が広いので、安定性が必要とされるクロック光
パルス再生としても利用することができる。As described above, the pulse light source of the present invention controls the laser cavity length by monitoring the peak power or wavelength of the output light pulse, thereby eliminating the need for a light-receiving element having a wide bandwidth. An optical pulse train synchronized with the input optical signal can be obtained. Further, by using a semiconductor optical nonlinear medium driven by an input optical signal and a semiconductor optical amplifying medium, a small laser resonator can be constructed, and
An optical pulse train synchronized with an input optical signal having a repetition frequency of not less than Hz can be generated. Further, since the tuning range of the repetition frequency is wide, it can be used for clock light pulse reproduction requiring stability.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明のパルス光源の基本構成を示すブロック
図。FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a pulse light source according to the present invention.
【図２】本発明のパルス光源に用いられる能動モード同
期パルスレーザ光源１の基本構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a basic configuration of an active mode-locked pulse laser light source 1 used in the pulse light source of the present invention.
【図３】本発明のパルス光源の第１の実施形態を示す
図。FIG. 3 is a diagram showing a pulse light source according to a first embodiment of the present invention.
【図４】本発明のパルス光源の第２の実施形態を示す
図。FIG. 4 is a diagram showing a pulse light source according to a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明のパルス光源の第３の実施形態を示す
図。FIG. 5 is a diagram showing a pulse light source according to a third embodiment of the present invention.
【図６】第３の実施形態の各部の波長関係を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating a wavelength relationship of each unit according to the third embodiment.
１ 能動モード同期パルスレーザ光源 ２ レーザ共振器長調節機構 ３ 分岐手段 ４ 非線形受光部 ５，７ 制御回路 ６ 波長選択部 １１ 反射面 １２ 半導体光増幅媒質 １３ 半導体光非線形媒質 １４ 光結合手段 ２１ ピエゾ素子 ３１ ファイバカプラ ４１ ２次高調波結晶 ４２ 短波長透過光フィルタ ４３，６２ 受光器 ６１ アレイ導波路回折格子 ６３ 差動増幅器 １２１ 半導体レーザ １２２，１３２ ミラー １３１ 半導体可飽和吸収体 １３３，１４４ 誘電体多層膜ミラー １４１ 偏波ビームスプリッタ １４２ レンズ １４３ 光増幅器 ２００ 半導体基板 ２０１ 利得部分 ２０２，２０３ 回折格子 ２０４ 可飽和吸収部分 ２０５ 受動導波路 ２０６ 電界吸収型光変調器 ２０７ コーティング面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Active mode-locked pulse laser light source 2 Laser cavity length adjustment mechanism 3 Branching means 4 Nonlinear light receiving unit 5, 7 Control circuit 6 Wavelength selection unit 11 Reflection surface 12 Semiconductor optical amplification medium 13 Semiconductor optical nonlinear medium 14 Optical coupling unit 21 Piezo element 31 Fiber Coupler 41 Second Harmonic Crystal 42 Short Wavelength Transmitted Optical Filter 43,62 Light Receiver 61 Arrayed Waveguide Diffraction Grating 63 Differential Amplifier 121 Semiconductor Laser 122,132 Mirror 131 Semiconductor Saturable Absorber 133,144 Dielectric Multilayer Film Mirror 141 Polarization beam splitter 142 Lens 143 Optical amplifier 200 Semiconductor substrate 201 Gain part 202, 203 Diffraction grating 204 Saturable absorption part 205 Passive waveguide 206 Electroabsorption optical modulator 207 Coating surface
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 猿渡 正俊 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−121816（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−121815（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−99483（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−29606（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−108387（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−121842（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−38881（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/00 - 3/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Masatoshi Saruwatari 3-19-2 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Within Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) References JP-A-5-121816 (JP, A) JP-A-5-121815 (JP, A) JP-A-3-99483 (JP, A) JP-A-6-29606 (JP, A) JP-A-3-108387 (JP, A) JP-A-5-121842 (JP JP, A) JP-A-56-38881 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 3/00-3/30
Claims (3)
り与えられる入力光信号の繰り返し周波数に等しい繰り
返し周波数の光パルス列を出力する能動モード同期パル
スレーザ光源と、 前記能動モード同期パルスレーザ光源から出力される光
パルス列の一部を分岐する分岐手段と、 前記分岐手段で分岐された光パルス列を入力し、その２
次高調波の平均光パワーを検出する非線形受光部と、 前記２次高調波の平均光パワーの値が最大になるように
前記レーザ共振器長調節機構を制御する制御回路とを備
えたことを特徴とするパルス光源。An active mode-locked pulse laser light source including a laser resonator length adjusting mechanism for outputting an optical pulse train having a repetition frequency equal to the repetition frequency of an externally applied input optical signal; A branching means for branching a part of the output optical pulse train, and an optical pulse train branched by the branching means,
A nonlinear light receiving unit that detects an average optical power of a second harmonic; and a control circuit that controls the laser resonator length adjustment mechanism so that a value of the average optical power of the second harmonic is maximized. Characterized pulse light source.
り与えられる入力光信号の繰り返し周波数に等しい繰り
返し周波数の光パルス列を出力する能動モード同期パル
スレーザ光源と、 前記能動モード同期パルスレーザ光源から出力される光
パルス列の一部を分岐する分岐手段と、 前記分岐手段で分岐された光パルス列を入力し、その光
パルス列の繰り返し周波数がレーザ共振器実効長で決ま
る最適繰り返し周波数から離調したときの中心波長の変
動を検出する波長選択部と、 前記中心波長が所定の値になるように前記レーザ共振器
長調節機構を制御する制御回路とを備えたことを特徴と
するパルス光源。2. An active mode-locked pulse laser light source including a laser resonator length adjusting mechanism and outputting an optical pulse train having a repetition frequency equal to the repetition frequency of an externally supplied input optical signal; a branching means for branching a part of the optical pulse train output, enter the optical pulse train which is branched by the branching means, the light
The pulse train repetition frequency is determined by the effective length of the laser cavity.
And a control circuit for controlling the laser cavity length adjusting mechanism so that the center wavelength becomes a predetermined value when the center wavelength changes from the optimum repetition frequency. A pulsed light source.
光源において、 能動モード同期パルスレーザ光源は、半導体光増幅媒質
と、損失（利得）または屈折率が入射光により変化する
半導体光非線形媒質と、半導体光増幅媒質と半導体光非
線形媒質との間に挿入された光結合手段を含み、 前記光結合手段は、レーザ発振光と外部より与えられる
入力光信号とを合波して入力光信号を前記半導体光非線
形媒質へ結合させる構成であることを特徴とするパルス
光源。3. The pulsed light source according to claim 1, wherein the active mode-locked pulsed laser light source is a semiconductor optical amplifying medium and a semiconductor optical non-linear medium whose loss (gain) or refractive index is changed by incident light. And an optical coupling means inserted between the semiconductor optical amplifying medium and the semiconductor optical nonlinear medium, wherein the optical coupling means multiplexes the laser oscillation light and an input optical signal given from the outside to form an input optical signal. Is coupled to the semiconductor optical nonlinear medium.
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