JP3634165B2 - 低減された信号歪みのためのレーザ送信器 - Google Patents
低減された信号歪みのためのレーザ送信器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3634165B2 JP3634165B2 JP29795498A JP29795498A JP3634165B2 JP 3634165 B2 JP3634165 B2 JP 3634165B2 JP 29795498 A JP29795498 A JP 29795498A JP 29795498 A JP29795498 A JP 29795498A JP 3634165 B2 JP3634165 B2 JP 3634165B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguide
- region
- signal
- laser
- output signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0265—Intensity modulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
- H01S5/06255—Controlling the frequency of the radiation
- H01S5/06258—Controlling the frequency of the radiation with DFB-structure
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
- H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
- H04B10/2513—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion
- H04B10/25137—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion using pulse shaping at the transmitter, e.g. pre-chirping or dispersion supported transmission [DST]
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/50—Transmitters
- H04B10/501—Structural aspects
- H04B10/503—Laser transmitters
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/50—Transmitters
- H04B10/58—Compensation for non-linear transmitter output
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
- H01S5/124—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers incorporating phase shifts
- H01S5/1243—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers incorporating phase shifts by other means than a jump in the grating period, e.g. bent waveguides
Description
【関連する特許出願】
本出願は、「Broadband Tunable Semiconductor Laser Source」なる名称の米国特許出願第08/954305号、「広帯域光ネットワーク内でのサブキャリア多重」なる名称の平成10年特許願第297952号、および「刺激ブリユアン散乱(SBS)を低減するのに有効なレーザ送信器」なる名称の平成10年特許願第297953号と同時に出願されているため、これら特許出願についても参照されたい。
【0002】
【発明分野】
本発明は、一般的には、レーザ送信機、より詳細には、光ファイバシステム内で発生する信号の歪みを低減するのに有効な広帯域で調節可能な半導体レーザ送信機に関する。
【0003】
【従来の技術】
1992年、D.A.Fishmanは、将来の光ファイバ伝送システムにおいては、無中継ファイバ区間の距離並びに容量を増加するためにファイバ増幅器が活用されるであろうこと、および色分散が大きな場合でも信号を無中継に長い区間に渡って伝送することが可能な外部変調で狭ライン幅の調節可能なCWレーザが採用されるであろうことを予測した。彼は、さらに、将来の技術目標は、分散ペナルティを低減することによる無中継区間の距離並びに容量の増加、光増幅器の改善、ファイバの非線形性に起因する様々な制約の解決に向けられるであろうことを示唆した。詳しくは、「Journal of Lightwave Technology」, Vol.11,No.4,第624頁乃至第632頁(1993)を参照されたい。
【0004】
実際、現在でもファイバの非線形性および分散は、光ファイバ伝送システムにおける制約要因であり、この問題は、高ビット速度のデジタルシステムでは特に顕著である。これらはシステム内に信号の歪みを導入し、符号間干渉(intersymbol interference)が生成されたり、最大送信電力の低減、信号対雑音比の低減、無中継距離の低減等の原因になったりする。
【0005】
Y.Kodamaらは、理論的な分析により、非ゼロ復帰(non−return−to−zero:NRZ)デジタル信号を適当に予めチャープピング(chirping)する(あるいは先行的にひずませる(pre−distorting)する)ことで、ファイバの幾らかの非線形性(例えば、自己位相変調)およびファイバの分散(例えば、線形効果)が両方とも相殺できることを示す。適正な先行ひずみは(どんな歪みを予め与えたらよいかは)、入力電力のレベル、ファイバの形式、および考慮の対象となるファイバリンクの平均分散に依存する。これに関しては、例えば、「OFC’96 Technical Digest」Paper Tu16,第48頁乃至第49頁(1996)を参照されたい。ただし、Kodamaらは、彼らの理論を実証する実際の送信機設計は示しておらず、このため、信号の歪みの低減を達成するための実際のプレチャープ波形も明らかにしていない。当分野における他の研究者は、(正の)線形性の問題を、例えば、DFBレーザと一体化された外部電子吸収(external electroabsorption、EA)変調器に適当なバイアス電圧を加えることによって達成される負の波長チャープにて解決することを試みる。これら設計におけるEA変調器は、伝送信号内に、負の波長チャープと振幅変調の両方を導入するという二重の機能を果たす。これに関しては、例えば、Morito外の「IEEE Photonics Technology Letters」Vol.8,No.3,第431頁乃至433頁(1996)、およびY.K.Park外の「IEEE Photonics Letters」Vol.8,No.9,第1255頁乃至1257頁(1996)を参照されたい。報告によると、これらデバイスは、パルスの立ち上がりエッジが赤方偏移し(つまり、波長が若干増加し)、パルスの立ち下りエッジが青方偏移する(つまり、波長が若干減少する)チャープドNRZ出力信号を持つ。この方法では、10Gb/sの速度にて、通常のファイバで100km〜130kmの距離を分散ペナルティ無しに伝送できることが報告されてる。ただし、Moritoら、Parkらのいずれも、ファイバの非線形性の問題については触れていない。さらに、上述の二重の機能を持つEA変調器には一つの問題がある。これは、プレチャーピングプロセスとデータ符号化プロセスは、各機能を独立して制御できなければ、両方とも最適化できないためである。例えば、非常に高い吸光率での符号化の場合、変調波形のパラメータ(例えば、振幅、電圧オフセットおよび形状)を、同時に、フレチャープ分散の補償に対して最適化することは、通常は、不可能である。
【0006】
しかしながら、我々は、レーザ送信機の出力信号に適正な予備歪みを与えるように設計された(例えば、最適化された)プレチャープ波形を任意に生成することができれば、ファイバの非線形性および分散の両方の問題を解決でき、ファイバ伝送をさらに向上できるものと信じる。
【0007】
【発明の概要】
本発明によるWDM光ファイバ伝送システム内で用いられるデジタルレーザ送信機は、広帯域調節可能な半導体レーザから構成される。この半導体レーザは、調整電圧およびプレチャープ信号が加えられる一体化された内部空胴合成反射器(intracavity composite reflector)を含む。調整電圧は、WDMチャネル間の波長の粗い調整のために用いられ、プレチャープ信号は、ファイバの非線形性および分散によって生成される信号の歪みを低減するために用いられる。これを達成するために、プレチャープ信号の波形が、ファイバへの入力電力のレベル、ファイバのタイプ、およびファイバの平均分散の関数として適合化される。加えて、プレチャープ信号の周波数は、レーザ出力信号のビット速度と同一のオーダとされる。つまり、プレチャープ波長の偏差(変動)は、送信機の出力信号のビット周期(つまりビットの継続間隔)の時間スケールにて制御される。
【0008】
一つの好ましい実施例においては、この調節可能なレーザは、光出力信号を、N個の異なる縦モードの任意の一つにて、例えば、WDMシステムのN個のチャネルに対応する波長にて提供する。このレーザは、MQWのアクティブ領域、アクティブ領域によって生成された刺激放出(つまり、レーザ光)の公称波長を選択するためのDFB領域、およびアクティブ領域に光学的に結合されたレーザ出力信号が出るのを許す第1の導波路を含む。この調節可能なレーザは、第1の特徴として、第1の導波路の一端に結合された第2の合成反射器を含み、これによって、DFB領域との間に空胴共振器が形成される。この第2の合成反射器は、MQWのアクティブ領域に光学的に結合されたMQWの第2の領域、一端が第1の導波路に光学的に結合された第2の導波路、および第2の導波路の他端の所に配置された高い反射率を持つ誘電層を含む。レーザ光の搬送周波数を調整するために、調整電圧がMQWの第2の領域に加えられ、これにより、量子拘束シュタルク効果(Quantum Confined Stark Effect、QCSE)を通じて、屈折率の変化が引き起こされる。MQWの第2の領域には、さらに、FM−SCMを利用するためにFMディザー信号が加えられる。同様に、空胴外電子吸収変調器も利得セクションにおいてMQWのアクティブ領域に光学的に結合されたMQWの第3の領域を持ち、情報信号とAMディザー信号をこのMQWの第3の領域に加えることで、搬送波信号上に、それぞれ、情報とAM−SCMが印加される。
本発明および本発明の様々な特徴および長所が、以下のより詳細な説明を付録の図面を参照しながら読むことによって一層明らかになるものである。
【0009】
【発明の詳細な記述】
信号歪みの低減
図3に示すように、広帯域調節可能な半導体レーザ10は、利得セクション12と、これと一体化された内部空胴合成反射器セクション14を含み、これらが互いにタンデムに配置される。電流ドライバ16によって、電流を利得セクション12に加えることで、出力信号20が生成される。後により詳細に説明するように、バイアス源18によって反射器セクション14に加えられるDC電圧は、レーザ内部空胴の光場の位相を制御することで、出力信号の搬送周波数(中心波長)を粗く調整するために用いられる。加えて、出力信号は、典型的には、内部においてこの信号が非線形性(例えば、自己位相変調)や分散による歪みを受ける傾向を持つ伝送媒体(図示しないが、例えば、シリカ光ファイバ)に結合される。本発明の一面によると、信号の歪みを低減する目的で、さらに、反射器セクション14に、比較的高周波・低電圧のプレチャープ電圧が供給され、これにより、搬送波周波数を中心に比較的小さな波長のずれ(つまり、変動)が生成される。一般的には、このプレチャープ信号の波形は、送信機によってファイバに供給される入力電力、ファイバのタイプ(例えば、コア・クラッドの形状、ドーパント、ドーピング特性等)、およびファイバの平均分散の関数として決定される。任意の特定のシステム用途において用いる実際の波形は、光パルスが、非線形かつ分散性の媒体、例えば、シリカ光ファイバ内でどのうよう伝播するかを記述するシュレーディンガーの非線形方程式(Schroedinger’s nonlinear equations)を用いて計算する。これに関しては、例えば、G.V.Agrawlの「Nonlinear Fiber Optics」Academic Press,Inc.,Boston,Section2.3,第34頁乃至第44頁(1989)を参照されたい。加えて、プレチャープ信号の周波数は、デジタル用途における出力信号のビット速度と同一のオーダであること、つまり、波長の偏差(変動)は、ビット周期(つまり、ビットの継続期間)の時間スケールにて制御することが要求される。
【0010】
プレチャープ信号の波形
図4乃至図6は、本発明の一つの実施例に従って分散の補償がいかに達成されるかを詳細に示す。特定の動作条件、デバイスパラメータ、およびシステム仕様は、単に解説を目的に示すものであり、特に明言されない限り、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【0011】
図4は、特定の信号の歪みを持つことを特徴とする光ファイバデジタルシステム内で伝搬される1mWの強度を持つ典型的な光NRZパルスを示す。パルスの継続期間τは、1Gb/sなるデータ速度に対応する1nsとされる。1mWなる発射電力とλiなる搬送周波数での動作という条件が与えられた場合、このシステムに対して結果としての平均経路分散と非線形性を計算することができる。周知の数値シミュレーション技法(これについても上述のAgrawlによる著作のSection2.4において示されている)を用いて、シュレーディンガーの方程式をこれら与えられた初期条件に対して解くことができる。加えて、これら方程式の解は、レーザ出力に対して、伝送信号の歪みを低減するために要求される必要なチャープ特性を決定する。図5は、このアプローチを用いて決定される一例としての理論的なチャープ特性(chirp profile)を示す。この図面は、1つのパルス期間(つまり、1ビット期間)の際の時間分解波長変動(例えば、±0.1nm)を示す。本発明による高速調節可能なレーザ送信機10(図1乃至3)は、これら高速な波長変動を送信機の出力信号上に印加する能力を持つ。より具体的には、本質的に計算チャープ特性(図5)と同一特性を持つ適当な電圧波形(図5)を送信機10の合成反射器セクション14に加えることで、内部空胴のレーザ光(放射線)が(QCSEを介して)位相変調され、これによって搬送波周波数が所望の量だけ変動される。後に例IIとの関連で説明するように、本発明によるレーザ送信機は、50psという短な時間ケールにて高速度にて波長をシフトする能力を持ち、この値は、図4のNRZパルスの1ns(1000ps)なるパルス期間より短い時間スケールにて波長の変動を制御することを要求する図5のチャープ特性に対する要件を優に満足する。勿論、この50psという送信機の波長シフト速度は、分散を補償する目的で、さらに高いビット速度のシステムに用いることもできる(例えば、最大約20Gb/sのシステムまで適用することができる)。
【0012】
広帯域調整
次に、図1および図2との関連で、図3の広帯域調節可能なレーザ源10の構造および動作についてより詳細に説明する。ただし、簡単のために、以下の説明においては、変調器40については割愛する。より詳細には、レーザ源10は、光出力信号20を、異なる波長λi(i=1、2、...、N)を持つ複数のN個の縦モードの任意の一つとして生成する。出力信号20は、例えば、WDMシステム(図示せず)の伝送軸22に沿って伝播する。ここで考慮するシステムは、低速用途(例えば、網の再構成が頻繁でない用途)、並びに比較的高速要素(例えば、光パケット交換用途)の両方を対象とする。いずれの場合も、調節可能なレーザ源10は、利得セクション12と合成反射器セクション14とによって形成される空胴共振器を含む。
【0013】
利得セクション12は、比較的広い有効バンドギャップを持つMQWのアクティブ領域12.1、アクティブ領域に光学的に結合された一様ピッチの格子を含むDFB領域12.2、およびこれもアクティブ領域に光学的に結合された比較的狭いバンドギャップを持つ第1の導波路12.3を含む。この第1の導波路12.3の出力は、比較的低い反射率を持つ誘電層(あるいは複数の層の合成、例えば、ARコーティング)12.7を通じて伝送軸22に結合される。電流ドライバ16によって閾値以上の順バイアス電流が、電極12.4、12.6を介して、アクティブ領域に加えると、レーザ源10は、MQW領域の組成および利得スペクトラムによって定まる波長の光(放射線)を生成する。これら調整メカニズムが不在の場合は、DFB格子のピッチによって利得スペクトラム内のどの縦モードが選択されるへきかが決定される。こうして選択されたモードが第1の導波路12.3に結合され、レーザ出力20となる。後に説明するように、異なる波長を持つ複数のN個の縦モードの任意の一つを、本発明の様々な特徴に従ってレーザ設計を修正することで選択することができる。
【0014】
本発明の第1の局面によると、レーザ源10に合成反射器セクション14が設けられる。これは、上述のように、利得セクション12(つまり、DFB領域12.2)と一体となって、空胴共振器を形成する。より詳細には、合成反射器セクション14は、MQWのアクティブ領域12.1に光学的に結合されたMQWの第2の領域14.1、一端が第1の導波路12.3に光学的に結合された第2の導波路14.3、および第2の導波路14.3の他端に配置された比較的高い反射率を持つ誘電層(あるいは複数の層の合成、例えば、HRコーティング)14.7を含む。
【0015】
本発明の第2の局面によると、図2に示すように、レーザ源10の第1の導波路12.3は、所定の形状(例えば、ライズドサイン(rised−sign:二乗正弦)形状)を持ち、これによって、導波路12.3の部分12.3b(つまり、電極12.4の下の部分)が、WDMシステムのN個の異なる波長(つまり、複数のチャネル波長)に対応するN個のゾーンにセグメント化される。図2にλi(i=1、2、...、N)として示されるこれらゾーンは、導波路12.3bが各ゾーンにおいて格子ラインに対して異なるスロープ(傾き)を持つために、異なる波長の光フィードバックを供給する。ただし、レンジλ1〜λNに渡っての連続的な調整は、これら波長に対応する全ての縦モードが、本質的に同一の閾値利得を持つ場合にのみ可能となる。この切実な要件は、導波路12.3bの形状(これはモードの利得スペクトラムの平坦さを決定する)と、ドライブ電流(これはMQWのアクティブ領域12.1の利得を決定する)との組合せによって達成される。これに加えて、導波路のスロープがより大きなゾーンに対応するモードはより大きな損失を受ける。この大きな波長スロープを持つ長い波長ゾーンλNにおける高い損失を補償するために、導波路12.3には、直線(つまり、線形)部分12.3sが、所定の形状を持つようにシェープされた部分12.3bと合成反射器セクション14の第2の導波路14.3との間に設けられる。電極12.4が直線部分12.3sと重複するために、N番目のモードには追加の利得が与えられ、こうして、より高い損失が相殺される。(つまり、図2に示すように、N番目のモードに対するゾーンは、λNとして示される電極12.3bの下の部分に加えて、λ’Nとして示される電極12.3sの下の部分も含む)。
導波路部分12.3bおよび12.3sの形状y(x)と、これらの対応する格子ピッチ関数Λ(x)は、以下のようにセットの式によって記述することができる。
レンジLs≦x≦L 内では、導波路12.3bの形状は、本質的に、以下の式(1)によって与えられるライズドサイン形状(raised−sine shape)に従う。
【0016】
【数1】
ここで、xは、光の伝播の方向に沿って(例えば伝送軸22に沿って)の距離を表し、Wは、直線部分12.3sが省かれたときのy(x)の伝送軸22からの最大変位を表し、Lsは、直線導波路部分12.3sの長さを表し、Lbは、シューピングされた導波路部分12.3bの長さを表す。そして、対応する格子ピッチは、以下の式(2)によって与えられる。
【数2】
ここで、Λ0は、DFB領域12.2の一様な格子のピッチを表す。
【0017】
これとは対照的に、レンジLb≦x≦( Lb+Ls)内では、導波路12.3sの形状は、以下の式(3)によって与えられる直線の関数に従う。
【数3】
そして、対応する格子のピッチは、以下の式(4)によって与えられる。
【数4】
2つの導波路セグメントに対して、このようにライズドサイン関数と直線関数の組合せを用いるのが好ましいが、ただし、考慮する個々の特定のアプリケーションに応じて他の関数を用いることもできる。
【0018】
本発明の第3の局面によると、レーザ源10に合成反射器14に電気制御信号を加える手段が設けられる。この制御信号は、第2の導波路14.3内を伝播する光の位相を変化させ、全体として、レーザ源の位相を変化させる。一例として、ソース18からの電気信号が、電極14.4および12.6を介して合成反射器セクション14に加えられる。この信号は、様々な形式(つまり、電流あるいは電圧)を取ることができるが、好ましくは、逆バイアス電圧を用いることで、MQWの第2の領域14.3内に量子拘束シュタルク効果(QCSE)が誘引される。すると、このQCSE効果によってMQWの第2の領域14.3の屈折率に変化が誘引され、このために、第2の導波路14.3内を伝播する光の位相に変化が誘引される。こうして、加える電圧を変化させることによって、レーザ源10を、第1の導波路12.3のN個のゾーンによってスパンされる比較的広いレンジの波長に渡って調整することが可能になる。
【0019】
一般的に、単一のパラメータ、例えば、合成反射器セクション14に加えられる制御電圧のレベルを変化させるのみで、レーザ源の波長をかなり広いレンジ(例えば、約2nm)に渡って、比較的高い速度(例えば、50乃至100ps)にて調整することができる。ただし、複数のパラメータ、例えば、制御電圧のレベル、ドライブ電流およびレーザの温度を変化させると、速度は幾分遅くなるが(例えば、ミリ秒〜ナノ秒のレンジとなるが)、より広い波長レンジ(例えば、10乃至12nm)に渡っての調整が可能になる。
【0020】
以下の例は、比較的低速の用途と比較的高速の用途の両方について、本発明の効果を示す。様々な材質、寸法、動作条件、その他のパラメータは、単に解説を目的として示されるものであり、改めて言明されない限り、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【0021】
例I:低速調整
レーザ源10が選択的エリア成長MOVPEを用いて製造された。つまり、この方法にて様々な半導体層を成長させ、続いて、通常の処理を用いて、エッチ整形、電極の堆積、その他が行なわれた。MQWの領域12.3および14.3は、ひずみInGaAsP(1.55μmのバンドギャップを持つ)と、障壁層としてのInGaAsP(1.28μmのバンドギャップを持つ)がインタリーブする7層から構成された。縦モードの制御は、1μm幅の周知のCMBH構造を形成することで達成された。CMBH構造の片側に、漏れ電流および寄生キャパシタンスを低減するために、厚さ3μmのInP:Fe電流阻止層が形成された。長さ約80μmの浅い溝19を用いて、電気的絶縁が強化された。この抵抗値は、典型的には、25kΩとされた。導波路12.3bと導波路12.3sの形状は、本質的に、それぞれ、上述の式(1)と式(3)に従うように形成され、これらは、WDMシステムの1549.4〜1560.7nmの波長レンジの8個のチャネル(各チャネルは約1.4nm幅)に対応する8個の縦モードに所定の利得を与えるように設計された。
バイアス電圧、ドライブ電流および温度を適当に選択することで、レーザ源を8個の全てのチャネルに渡って(11nm以上のレンジに渡って)調整することができた。シングルモードファイバに供給される電力は、典型的には、60mAのドライブ電流において10mWであった。平均サイドモード抑圧は、約36dBであった。以下のテーブルは、3つのパラメータを変動することで達成される比較的広い11nmレンジに渡っての調整の様子を示す。
【0022】
【表1】
低速調整の場合のこの11nmというレンジは、従来の技術の結果として報告されている最良の結果の二倍以上である(比較のためには、H.Hillmer et al.,IEEE J.Selected Topics in Quantum Electronics,Vol.1,No.2,pp.356〜362(1995)を参照されたい)。
【0023】
例II:高速調整
例Iとの関連で説明したのと類似するレーザ源を用いて、単一パラメータによる比較的広い波長レンジに渡っての高速調整の実証を試みた。単一パラメータとしては、合成反射器セクション14に加えられるバイアス電圧が選択された。350psなる周期を持つバイアス電圧にてドライブすることで、レーザ出力が、同一の速度にて、高波長(1551.7nm)と低波長(1550.0nm)との間で交互に調整された。出力は、短波長から長波長に向かっては、1.7nmのレンジを通じて、56psの速度にてスイッチされ、逆方向には、134psの速度にて戻された(10%から90%の上昇時間)。サイドモード抑圧比は、調整の際で約35dBであった。この高速調整レンジは、従来の技術において報告されている結果と比べてほぼ一桁良い(比較のためには、H.Nakajima et al.,OFC Technical Digest,p.276(1996)を参照されたい)。4つのレベルのバイアス電圧を用いての4つのチャネル(チャネル間隔約0.7nm)の間での高速スイッチングについても試みられたが、この結果、本発明による調節可能なレーザ源は複数のWDMチャネルにアドレスし、これらチャネルを非常に高速度にてスイッチできる能力を持ち、このため、このレーザ源をWDM網に用いることで、光信号をセルベースにて、大きな保護時間を必要とすることなく、ルーティングできることが実証された。
【0024】
理解できるように、上述の構成は、単に、本発明の原理が適用できると考えられる幾つかの具体的な実施例を示すことを目的として説明したものである。当業者においては、本発明の原理に従う多様な他の構成が本発明の精神および範囲から逸脱することなく考案できるものと思われる。例えば、長距離伝送システムにおいては、ファイバの分散がパルス幅と共に増加するために、通常は、狭いライン幅のレーザ源が用いられる。ただし、この場合でも、ドライブ電流が一様でない場合は、これに起因するレーザの空間ホールバーニングのために、ライン幅が増加する傾向がある。従って、MQWのアクティブ領域12.1に実質的に一様なドライブ電流を加えることは、非常に重要なことである。これを達成するために、好ましくは、電極12.4はセグメント化されていない単一の電極とされ、MQWのアクティブ領域12.1についても、セグメント化されてない単一の領域ととれる。本発明にこれら特徴を採用することで、1〜2MHzの帯域幅を達成することが可能となるが、この値は、従来の技術によるセグメント化された設計を用いる方法と比べて一桁の向上を意味する(比較のためには、上述のHillerらおよびNakajimaらの論文を参照されたい)。
【0025】
加えて、調節可能なレーザの出力を変調することもできる。これを実現するために、図3に示すような集積光回路が製造された。この光回路は、外部(つまり、空胴外)変調器40を含み、これには一例として電子吸収変調器が用いられる。加えて、この光回路は前述のタイプの調節可能なレーザを含む。ソース42からのデータがレーザ出力にAMの形式(つまり、オンオフキーイング)にて印加される。このようにして、歪みの低減、データの変調、および複数のWDMチャネルの間の波長の調整という3つの機能が単一の集積デバイスにて実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一つの実施例による調節可能な半導体レーザの略断面図である。
【図2】図1のレーザの略正面図である。
【図3】図1のレーザの略図であり、信号の歪みを低減するために合成反射器セクション14に結合されたプレチャープ信号源30を示す。
【図4】分散性光ファイバシステム内を伝播する光NRZパルス(図4)を示す図である。
【図5】分散性光ファイバシステム内を伝播する光NRZパルス(図4)の分散を補償するための理論的なチャープ特性(図5)を示す図である。
【図6】分散性光ファイバシステム内を伝播する光NRZパルス(図4)の分散を補償する、実際に合成反射器に加えられる電圧波形(図6)を示す。尚簡潔および明快さのため図面は実寸では描かれていない。
【符号の簡単な説明】
10 広帯域調節可能な半導体レーザ
12 利得セクション
14 一体化された内部空胴合成反射器セクション
16 電流ドライバ
18 バイアス源
20 出力信号
30 プレチャープ信号源
42 データ
Claims (8)
- レーザ送信機であって、このレーザ送信機が、
デジタル光出力信号をN個の異なる縦モードの任意の一つにて光ファイバに供給するための調節可能なレーザ源を含み、このレーザ源が
MQWのアクティブ領域、該アクティブ領域に光学的に結合されたこれがレージングする縦モードの公称波長を選択するDFB領域、および該アクティブ領域に光学的に結合されたレーザ出力信号が出ることを許す第1の導波路を含む利得セクション、および
該第1の導波路の一端に光学的に結合された該DFB領域との間で空胴共振器を形成する合成反射器を含み、この合成反射器が、該MQWのアクティブ領域に光学的に結合されたMQWの第2の領域、一端が該第1の導波路に光学的に結合された第2の導波路、および該第2の導波路の他端の所に配置された比較的高い反射率を持つ誘電層を含み、このレーザ源がさらに
該MQWの第2の領域に調整電圧を加えることでこの中に量子拘束シュタルク効果を誘引し、これによって該出力信号の搬送周波数をN個のWDMチャネルに渡って変化させるためのチューナ手段、および該アクティブ領域にドライブ電流を加えるドライバ手段を含み、
該N個の縦モードが本質的に同一の閾値利得を持ち、かつ該第1の導波路が延びる、該DFB領域の一部分がN個のゾーンにセグメント化されるように、該アクティブ領域に加えられる電流と該第1の導波路の形状とが互いに適合されており、各ゾーンが光信号光フィードバックを該複数の縦モードの異なる一つに対応する一つの異なる波長にて供給しており、このレーザ源がさらに
光ファイバの非線形性及び色分散に関連する信号歪みを低減するのに有効なプレチャープ電圧信号を該MQWの第2の領域に加えるプレチャープ源を含むことを特徴とするレーザ送信機。 - 該プレチャープ信号の波形が、該送信機によって該ファイバに供給される入力電力、ファイバのタイプ、および該ファイバの平均分散によって決定され、該プレチャープ信号の周波数が、該出力信号のビット速度のオーダとされることを特徴とする請求項1のレーザ送信機。
- 該プレチャープ信号が、該搬送周波数に変化を該出力信号のビット期間の時間スケールにて引き起こすことを特徴とする請求項1のレーザ送信機。
- さらに、該出力信号上にデジタル信号を印加する変調器を含むことを特徴とする請求項1のレーザ送信機。
- 該変調器が該レーザ源と一体化された電子吸収変調器であることを特徴とする請求項4のレーザ送信機。
- 該アクティブ領域がセグメント化されていない単一の領域から成り、さらに、該ドライブ電流をこの領域に実質に一様に加えるセグメント化されていない単一の電極が含まれることを特徴とする請求項1のレーザ送信機。
- WDM光システムであって、このシステムが
自身に結合されるレーザ信号内に非線形を示しかつ色分散を生成する光ファイバ、および該光網に結合された光出力信号をこのWDMシステムのN個のチャネルに対応するN個の異なる縦モードの任意の一つにて供給する調節可能なレーザ源を含み、このレーザ源が
セグメント化されていない単一のInGaAsP MQWのアクティブ領域、該アクティブ領域に光学的に結合されたこれがレージングする縦モードの公称波長を選択するための一様ピッチの格子を含むDFB領域、該アクティブ領域に光学的に結合された第1のInGaAsP導波路、および該第1の導波路の一端に光学的に結合されたレーザ出力信号が出ることを許す比較的低い反射率を持つ第1の誘電体反射器を含む利得セクション、および
該第1の導波路の他端に光学的に結合された該DFB領域との間に空胴共振器を形成する合成反射器を含み、この合成反射器が、該MQWのアクティブ領域に光学的に結合されたInGaAsPの第2の領域、一端が該第1の導波路に光学的に結合された第2のInGaAsP導波路、および該第2の導波路の他端に光学的に結合された比較的高い反射率を持つ第2の誘電層反射器を含み、
該第1の導波路が、第1の部分と、第1の部分を該合成反射器に光学的に結合する第2の部分とを含み、該第1の部分の形状が本質的に次式のライズドサイン関数に対応し、
該MQWの第2の領域に電圧を加えることでこの中に量子拘束シュタルク効果を誘引し、これによって該出力信号の搬送周波数を変化させるチューナ手段、および該第1の導波路に光学的に結合された該アクティブ領域の少なくとも幾つかのセクションにドライブ電流を加えるためのドライバ手段を含み、このドライバ手段が、電流を該アクティブ領域に実質的に一様に加えるセグメント化されていない単一の電極を含み、
該アクティブ領域に加えられる電流と該第1の導波路の形状が互いに該N個の縦モードが本質的に同一の閾値利得を持ち、かつ、該DFB領域の該第1の導波路がその間を延びる部分がN個のゾーンにセグメント化されるように適合され、各ゾーンが光フィードバックを、該複数の縦モードの異なる一つおよび該N個のチャネルの異なる一つに対応する異なる波長にて供給し、このレーザ源がさらに、このレーザ源と一体化された該出力信号上にデジタル信号を印加する電子吸収変調器、および
光ファイバの非線形性および色分散に関連する、該ファイバ内で発生する該出力信号の歪みを低減するのに有効なプレチャープ信号を該MQWの第2の領域に加えるプレチャープ源を含み、該プレチャープ信号の波形が該送信機によって該ファイバに供給される入力電力、ファイバのタイプ、および該ファイバの平均分散によって決定され、該プレチャープ信号の周波数が該出力信号のビット速度のオーダとされ、該プレチャープ信号が該搬送周波数に変化を該出力信号のビット期間の時間スケールにて引き起こすことを特徴とするWDM光システム。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/954,022 US5991323A (en) | 1997-10-20 | 1997-10-20 | Laser transmitter for reduced signal distortion |
US08/954022 | 1997-10-20 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11195844A JPH11195844A (ja) | 1999-07-21 |
JP3634165B2 true JP3634165B2 (ja) | 2005-03-30 |
Family
ID=25494838
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29795498A Expired - Fee Related JP3634165B2 (ja) | 1997-10-20 | 1998-10-20 | 低減された信号歪みのためのレーザ送信器 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5991323A (ja) |
EP (1) | EP0911921B1 (ja) |
JP (1) | JP3634165B2 (ja) |
DE (1) | DE69826088T2 (ja) |
Families Citing this family (31)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5991061A (en) * | 1997-10-20 | 1999-11-23 | Lucent Technologies Inc. | Laser transmitter for reduced SBS |
US6233082B1 (en) * | 1999-10-12 | 2001-05-15 | Lucent Technologies Inc. | Optical transmitter for WDM systems |
US6331908B1 (en) * | 1999-11-22 | 2001-12-18 | Lucent Technologies Inc. | Optical system for reduced SBS |
JP4569064B2 (ja) * | 2001-09-27 | 2010-10-27 | 住友電気工業株式会社 | 光送信機及び波長分割多重伝送システム |
US20040076199A1 (en) * | 2002-08-22 | 2004-04-22 | Agility Communications, Inc. | Chirp control of integrated laser-modulators having multiple sections |
US7613401B2 (en) * | 2002-12-03 | 2009-11-03 | Finisar Corporation | Optical FM source based on intra-cavity phase and amplitude modulation in lasers |
US8792531B2 (en) | 2003-02-25 | 2014-07-29 | Finisar Corporation | Optical beam steering for tunable laser applications |
US7351241B2 (en) | 2003-06-02 | 2008-04-01 | Carl Zeiss Meditec Ag | Method and apparatus for precision working of material |
WO2008080171A1 (en) | 2006-12-22 | 2008-07-03 | Finisar Corporation | Optical transmitter having a widely tunable directly modulated laser and periodic optical spectrum reshaping element |
US7941057B2 (en) | 2006-12-28 | 2011-05-10 | Finisar Corporation | Integral phase rule for reducing dispersion errors in an adiabatically chirped amplitude modulated signal |
US8131157B2 (en) | 2007-01-22 | 2012-03-06 | Finisar Corporation | Method and apparatus for generating signals with increased dispersion tolerance using a directly modulated laser transmitter |
WO2008097928A1 (en) | 2007-02-02 | 2008-08-14 | Finisar Corporation | Temperature stabilizing packaging for optoelectronic components in a transmitter module |
US8027593B2 (en) | 2007-02-08 | 2011-09-27 | Finisar Corporation | Slow chirp compensation for enhanced signal bandwidth and transmission performances in directly modulated lasers |
US7991291B2 (en) | 2007-02-08 | 2011-08-02 | Finisar Corporation | WDM PON based on DML |
US8204386B2 (en) | 2007-04-06 | 2012-06-19 | Finisar Corporation | Chirped laser with passive filter element for differential phase shift keying generation |
US8160455B2 (en) | 2008-01-22 | 2012-04-17 | Finisar Corporation | Method and apparatus for generating signals with increased dispersion tolerance using a directly modulated laser transmitter |
US8199785B2 (en) | 2009-06-30 | 2012-06-12 | Finisar Corporation | Thermal chirp compensation in a chirp managed laser |
US20110134957A1 (en) * | 2009-12-07 | 2011-06-09 | Emcore Corporation | Low Chirp Coherent Light Source |
JP5986519B2 (ja) * | 2013-02-21 | 2016-09-06 | 日本電信電話株式会社 | 光送信器 |
US9306372B2 (en) | 2013-03-14 | 2016-04-05 | Emcore Corporation | Method of fabricating and operating an optical modulator |
US9059801B1 (en) | 2013-03-14 | 2015-06-16 | Emcore Corporation | Optical modulator |
US9306672B2 (en) | 2013-03-14 | 2016-04-05 | Encore Corporation | Method of fabricating and operating an optical modulator |
US9564733B2 (en) | 2014-09-15 | 2017-02-07 | Emcore Corporation | Method of fabricating and operating an optical modulator |
US10074959B2 (en) | 2016-08-03 | 2018-09-11 | Emcore Corporation | Modulated laser source and methods of its fabrication and operation |
AT520300B1 (de) * | 2017-07-20 | 2019-03-15 | Ait Austrian Inst Tech Gmbh | Verfahren zum Empfangen eines modulierten Lasers sowie Empfangseinheit |
CN107910749A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-04-13 | 烽火通信科技股份有限公司 | 无啁啾的增益调制半导体激光器装置及激光强度调制方法 |
US10811837B2 (en) * | 2017-12-18 | 2020-10-20 | Northrop Grumman Systems Corporation | AM/FM seed for nonlinear spectrally compressed fiber amplifier |
CN112956091A (zh) * | 2018-11-05 | 2021-06-11 | 华为技术有限公司 | 一种抗反射激光器 |
US11539441B1 (en) * | 2020-01-29 | 2022-12-27 | Cable Television Laboratories, Inc. | Chirp-compensating transmitter and method |
US11546058B1 (en) | 2020-01-29 | 2023-01-03 | Cable Television Laboratories, Inc. | Systems and methods for chromatic dispersion pre-compensation |
WO2022261396A1 (en) * | 2021-06-10 | 2022-12-15 | Drexel University | Integrated opto-electronic oscillator chip as microwave and millimeter-wave frequency synthesizer |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0357286A (ja) * | 1989-07-26 | 1991-03-12 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
EP0430230B1 (en) * | 1989-11-30 | 1995-03-15 | Nec Corporation | Optical transmitting apparatus |
JP2959257B2 (ja) * | 1992-01-07 | 1999-10-06 | 日本電気株式会社 | 光ファイバ通信方法 |
US5303079A (en) * | 1992-04-09 | 1994-04-12 | At&T Bell Laboratories | Tunable chirp, lightwave modulator for dispersion compensation |
EP0641053A1 (en) * | 1993-08-30 | 1995-03-01 | AT&T Corp. | Method and apparatus for control of lasing wavelength in distributed feedback lasers |
FR2717330B1 (fr) * | 1994-03-11 | 1996-04-05 | Alcatel Nv | Modulateur semiconducteur électro-optique et liaison optique incluant ce modulateur. |
FR2738678B1 (fr) * | 1995-09-08 | 1997-10-17 | France Telecom | Dispositif d'emission semi-conducteur avec modulation rapide de longueur d'ondes |
US5699179A (en) * | 1996-02-23 | 1997-12-16 | General Instrument Corporation Of Delaware | Cancellation of distortion components in a fiber optic link with feed-forward linearization |
-
1997
- 1997-10-20 US US08/954,022 patent/US5991323A/en not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-10-13 DE DE69826088T patent/DE69826088T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-10-13 EP EP98308327A patent/EP0911921B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-10-20 JP JP29795498A patent/JP3634165B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5991323A (en) | 1999-11-23 |
DE69826088D1 (de) | 2004-10-14 |
JPH11195844A (ja) | 1999-07-21 |
EP0911921B1 (en) | 2004-09-08 |
EP0911921A1 (en) | 1999-04-28 |
DE69826088T2 (de) | 2005-09-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3634165B2 (ja) | 低減された信号歪みのためのレーザ送信器 | |
US6166837A (en) | WDM system for reduced SBS | |
US6331908B1 (en) | Optical system for reduced SBS | |
JP4477273B2 (ja) | 集積変調器を有する同調可能なレーザダイオードアセンブリ | |
US20040076199A1 (en) | Chirp control of integrated laser-modulators having multiple sections | |
JPH06216467A (ja) | 半導体光分散補償器 | |
EP1102114A1 (en) | Raman amplification system and optical signal transmission method using the same | |
JP3591447B2 (ja) | 電界吸収型光変調器付き半導体レーザ及びその駆動回路並びに半導体レーザ装置 | |
US8306433B2 (en) | Optical modulation signal generating device and optical modulation signal generating method | |
JPH09311304A (ja) | 半導体光変調器及びその製造方法 | |
JP5100881B1 (ja) | 集積型半導体レーザ素子 | |
JP5373653B2 (ja) | 光変調信号生成装置及び光変調信号生成方法 | |
JP5189956B2 (ja) | 光信号処理装置 | |
US6108362A (en) | Broadband tunable semiconductor laser source | |
JP2000349713A (ja) | 波長可変型光送信器 | |
JP2001221985A (ja) | 半導体電界吸収光変調器集積型発光素子、発光素子モジュール、及び光伝送システム | |
Zielinski et al. | Monolithic multisegment mode-locked DBR laser for wavelength tunable picosecond pulse generation | |
Ishizaka et al. | The transmission capability of a 10-Gb/s electroabsorption modulator integrated DFB laser using the offset bias chirp reduction technique | |
Kimura | Factors affecting fiber-optic transmission quality | |
US6332048B1 (en) | Modulator and method for manufacturing of such a modulator | |
US20220360038A1 (en) | Systems and methods for external modulation of a laser | |
WO2022269848A1 (ja) | 半導体レーザ | |
JP2001290114A (ja) | 光送信モジュール | |
Kakitsuka et al. | Theoretical analysis of dispersion-tolerant single-drive mixed amplitude-frequency modulation lasers | |
JPH0685373A (ja) | 光伝送方式 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040507 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041129 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041222 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080107 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090107 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100107 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110107 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110107 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120107 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130107 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130107 Year of fee payment: 8 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |