JP3720514B2 - 半導体レーザ装置の駆動方法、半導体レーザ装置及び光伝送システム - Google Patents
半導体レーザ装置の駆動方法、半導体レーザ装置及び光伝送システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波長多重通信などに用いられる波長可変半導体レーザなどの波長可変光源の駆動方法等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、励起状態に依存して出力光の偏光状態がＴＥモードとＴＭモードの間で切り換わる半導体レーザを、光波長多重通信などに用いる為の駆動方法としては、本出願人による先の出願（平成７年８月３０日出願の特許出願で、その後、この特許出願を含む先の出願に基づく優先権を主張した平成８年８月１７日出願の特許出願により取り下げ）に記載されているものがある。
【０００３】
半導体レーザとしては図３に示したものを用いる。以下、これの偏波変調特性と波長可変特性について説明する。図４は、典型的な２電極ＤＦＢ−ＬＤの偏波変調特性を示すグラフであり、２電極に加えるバイアス電流Ｉ１、Ｉ２とＴＥ／ＴＭ発振領域との関係を示している。各電極を含む領域の構成は対称でなく、例えば図３に示す様に、片端面をＡＲ（反射防止）コーティングしている。ここで、ＡＲコーティング５１８側の電極５１６ｂへのバイアス電流をＩ２、劈開面側の電極５１６ａへのバイアス電流をＩ１としている。図４に示す様に、ＡＲコーティング側の領域では変調電流で高電流注入状態となり、このとき活性層５１２へのキャリア注入状態が高いレベルとなる為、短波長側でのゲイン増大が顕著となり、ＴＭモードが支配的となる（この場合、下で説明する様に活性層５１２はＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰからなる量子井戸活性層であるとする）。
【０００４】
図４の２つの領域の境はＴＥ／ＴＭモード発振が競合する領域であり、２つのバイアス電流Ｉ１、Ｉ２のバランスを、競合領域を実現するバランスから変えることによって両発振偏波間のスイッチングが可能となる。例えば、２つの領域のはざまの適当な位置（×印のポイント）で示すＤＣバイアス電流を印加した状態で、片方の電極（両方でもよい）に矩形波変調電流（振幅△ｉ２）を重畳すると、ＴＥ／ＴＭモード間の変調が可能となる（図４において○印と●印のポイント）。変調電流の振幅△ｉ２は数ｍＡ以下であり、このとき、一方の発振偏波モードを選択することで高い消光比の変調出力が得られる。２つの偏波の発振出力間の波長差△λは１ｎｍ程度である。出力の波長可変を行なうには、図４におけるＤＣバイアス電流点（×印）を２つの偏波領域の遷移部分に沿って移動させることによって行なうことができる。本デバイスでは、ＤＣバイアス電流の増大によりＴＥ、ＴＭモードともに長波長側にシフトしていく傾向が見られる。従って、図５に示す様に、Ｉ１＋Ｉ２について上記のようなバイアス電流点の移動を行ない、変調電流を重畳して偏波変調することによって、２つの偏波に対応して２つの可変波長範囲を得ることができる。これら２つの波長可変領域を連結して利用することによって、レーザの出力の波長可変範囲を拡大できる。
【０００５】
具体的には、図５において、バイアス電流点をＰ１からＰ２に移動させるとき、まず、ＴＭ偏光を選択することによってレーザの出力の波長を図５のλＡからλＢまで可変とできる。次に、バイアス電流点をもう一度Ｐ１に戻し、図３の半導体レーザの出射端面の前に置かれた出力偏波切換え素子の偏光子を９０°回転させてＴＥ偏光が選択されるようにし、再びバイアス電流点をＰ２点まで移動させることによって、レーザの出力の波長を図５のλＣからλＤまで可変とするものである。この方式の採用により、通常の単一の固定偏波の出力波長範囲を、例えば、約２倍に拡大することが可能となり、光通信の波長多重度の増大などに極めて有効である。
【０００６】
ここで、図３を用いて実際のＤＦＢ型半導体レーザの構造と偏波変調特性について説明する。５１０はｎ−ＩｎＰ基板、５１１はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波層、５１２はＩｎＧａＡｓ（井戸層）／ＩｎＧａＡｓＰ（障壁層）からなる量子井戸活性層、５１３はｐ−ＩｎＧａＡｓＰ導波層、５１４はｐ−ＩｎＰクラッド層、５１５はｐ＋−ＩｎＧａＡｓキャップ層、５１６ａ、５１６ｂは上部電極、５１７は下部電極、５１８はＡＲコーティングとして堆積したＳｉＯｘ層、５１９は回折格子である。
【０００７】
量子井戸活性層５１２はＩｎＧａＡｓ井戸層、ＩｎＧａＡｓＰバリア層からなり、それ特有のゲインスペクトルを有している。長波長側には価電子帯の最低次レベルの重い正孔（ｈｈ）と伝導帯の電子間の遷移によるゲインピークが存在し、わずかに離れて短波長側には次の量子準位である軽い正孔（ｌｈ）と伝導帯の電子間の遷移によるゲインピークが存在している。前者は比較的低い電流注入状態でも起こりＴＥモードにゲインを有し、後者は比較的高い電流注入状態で起こりＴＥおよびＴＭモードにゲインを有しており、偏波依存性のあるゲインスペクトルが現れる。偏波変調を可能にする為、ゲインの低いＴＭモードの発振を助ける様に、ＴＭモードのゲインピークに合わせてブラッグ波長を選択し、それに基づいて回折格子５１９のピッチを決定する。活性層導波路の両モード間の伝搬定数差のために、ＴＥ／ＴＭモード間のブラッグ波長差Δλが生じる。
【０００８】
電流注入バランス（Ｉ１、Ｉ２）を変化させることにより、ゲインスペクトルが変化する。この際、高電流注入状態でＴＭモードのゲインはＴＥモードのゲインに比べて大きく変化し、ＴＥ／ＴＭモード間の発振の競合が起こり２つの偏波間でのスイッチングが生じる。ここで用いられる２つのＴＥ／ＴＭモード間の発振波長差Δλは両モード間の伝搬定数差によって決まるが、同一の量子井戸構造においては１〜２ｎｍ程度であることが認められる。
【０００９】
この発振波長差は、共振器方向に異なる周期の回折格子を形成したり、共振器方向に異なる導波構造、異なる量子井戸活性層を導入したり、また量子井戸構造に歪み超格子を導入することなどにより、種々の設計値を得ることができる。上記の波長可変領域を連結して利用する方式の特徴を生かす為の必要且つ十分な両モード間の偏波変調時の発振波長差は、図５の動作例からも明らかな如く、両方の偏波における波長可変範囲が余り重ならない様に、片方の偏波における波長可変範囲程度でよいことがわかる。
【００１０】
この様に、図４に示した特性を有する半導体レーザにおいて、２つの電極へ注入する電流を選ぶことによって、ＴＥ偏波或はＴＭ偏波の光を得ることができ、例えば、片方の電極へ流す電流を変調することにより、出力光の偏光状態が変調信号に応じて変化する光信号を得ることができるものである。このように偏光の切り換わる光信号から、偏光子などを用いて片方の偏光の光を取り出すと、変調信号に対応した強度変調光信号が得られる。そして、このような半導体レーザで波長を変化させるには、図５に示すように、バイアス点をＰ1からＰ2へ変化させる。このようにすると、ＴＭ偏波の光を選択している場合、波長がλAからλBまで可変となる。この提案例では、さらにこの状態でバイアス点をＰ2からＰ1へ戻し且つ偏光子がＴＥ偏波を選択するようにして、再びバイアス点をＰ1からＰ2へ変化させることにより、波長がλCからλDまで可変となる。
【００１１】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、上記提案例では、偏光子で取り出して利用している光の波長を変化させる為、従来の波長可変半導体レーザと同じように波長を変化させた後に、状態が安定するまで時間を必要としていた。すなわち、電流の注入量を変化させて、波長を変化させる場合、電流の注入量変化が大きいと、共振器内での温度や、キャリアの不均一な状態が一時的に生じる。こうして、定常的な状態になるまで発振波長や光出力が揺らいで、安定化するまで時間を必要としていた。
【００１２】
従って、本発明の目的は、通信等を行なっているときに波長を変えるのに際して、波長を変化させた後に、安定するまでの時間が無駄にならないようにするための波長可変半導体レーザ等の波長可変光源の駆動方法、波長可変光源装置及びこれを用いた光伝送システム等を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に、本発明では、第１の波長（このとき第１の励起状態における第１のモードになっており、モードは縦モードとも言える波長で規定される場合もあり、偏波状態で規定される場合もあり、また波長と偏波状態で規定される場合もある）の光を用いて通信等を行なっている間に、第２の波長（このとき第２の励起状態における第２のモードになっている）の光のモードを維持しつつその波長を、第１のモードにおける第１の波長の変動を抑制しつつ変化させて（例えば、徐々に変化させる）所望の値にもたらし、第１の波長を用いた通信等が終了した後に、モード選択手段で選択するモードを第２のモードに変化させ、変化後の第２の波長を用いて通信等を行なうことを特徴とする。
【００１４】
上記手順において、第１の波長を用いて通信等を行なっている間に第２の波長を所望の波長に変化させる方法により、波長を変化させた後に、第２の波長が安定するまで第１の波長を用いて通信等をすることが可能となり、波長を変化させている間も通信等を中断する必要がなくなる。
【００１５】
詳細には、本発明による波長可変光源である半導体レーザ装置の駆動方法は、少なくとも部分的に電流注入状態を変えることで、第１の励起状態における第１のモードでの発振と、第２の励起状態における第２のモードでの発振を切換え可能であり、かつ発振波長を変化可能である半導体レーザと、該レーザの前記第１のモードの発振光と前記第２のモードの発振光の内のいずれか一方を選択でき、かつ選択するモードを切換え可能であるモード選択手段とからなる半導体レーザ装置の駆動方法であって、前記レーザの発振光を変調電流信号に応じて前記第１のモードと第２のモードの間で変調し、前記モード選択手段により前記第１のモードの発振光と第２のモードの発振光の内のいずれか一方を選択して出力し、半導体レーザ装置に接続されている機器からの要求に応じて、少なくとも部分的に電流注入状態を変えることで、前記モード選択手段で選択しているモードの発振光の波長の変動を抑制しつつ、選択していない方のモードの発振波長を変化させて所望の値に設定し、波長の設定終了後、前記モード選択手段で選択するモードを前記所望の値に発振波長を設定したモードに切り換えることを特徴とする。
【００１６】
上記方法において、前記第１のモードと第２のモードは互いに直交する２つの直線偏光モードであるときがある（光源が偏波変調半導体レーザであるような場合）。この場合、前記モード選択手段は、典型的には、選択するモードに偏光依存性を有して、該偏光依存性によって前記２つのモードの内のいずれか一方を選択するものであり、偏光依存性を切り換えることで選択するモードを切り換え可能である。
【００１７】
また、上記方法において、前記第１のモードと第２のモードそれぞれにおける発振波長は常に異なるものであり（この場合、偏光状態は同じであってもよい）、前記モード選択手段は、選択するモードに波長依存性を有して、該波長依存性によって前記２つのモードの内のいずれか一方を選択するものであり、選択する波長（或は波長域）を変更することで選択するモードを切り換え可能であってもよい。この場合、例えば、光源は光周波数変調（ＦＳＫ変調）レーザを用いられ、その時にはモード選択手段はバンドパスフィルタやシャープカットフィルタなどである必要がある。
【００１８】
また、上記方法において、前記モード選択手段で選択しているモードの発振光の波長の変動を抑制しつつ、選択していない方のモードの発振波長を変化させる方法としては、前記光源に第１の制御量を与えて第１のモードで発振するようにし、第２の制御量を与えて第２のモードで発振するように制御しているときに、前記選択しているモードで発振するための制御量を、選択しているモードの発振波長の変化が抑制されるように制御して（この制御量を固定している場合も含む）、選択していない方のモードで発振するための制御量を、選択していないモードの発振波長が変化するように制御することによって実現する方法がある。
【００１９】
また、上記方法において、前記モード選択手段が選択するモードを切り換えるときに、前記光源を変調する変調信号を反転させてもよい。
【００２０】
更に、本発明による半導体レーザ装置は、少なくとも部分的に電流注入状態を変えることで、第１の励起状態における第１のモードでの発振と、第２の励起状態における第２のモードでの発振を切換え可能であり、かつ発振波長を変化可能である半導体レーザと、該レーザの前記第１のモードの発振光と前記第２のモードの発振光の内のいずれか一方を選択でき、かつ選択するモードを切換え可能であるモード選択手段と、前記レーザを制御して、供給される変調電流信号に応じて前記第１のモードと第２のモードの間で変調し、接続されている機器からの要求に応じて、少なくとも部分的に電流注入状態を変えることで、前記モード選択手段で選択しているモードの発振光の波長の変動を抑制しつつ、選択していない方のモードの発振波長を変化させて所望の値に設定するレーザ制御手段と、前記モード選択手段を制御して、前記選択していないモードの発振光の波長が所望の値に設定された後、前記モード選択手段で選択するモードを前記所望の値に発振波長を設定したモードに切り換えるモード選択制御手段とからなることを特徴とする。
【００２１】
上記の装置において、前記第１のモードと第２のモードは互いに直交する２つの直線偏光モードであり、前記モード選択手段は偏光選択手段であったり、前記第１のモードと第２のモードそれぞれにおける発振波長は常に異なるものであり、前記モード選択手段は選択波長を変更可能なバンドパスフィルタを用いた波長選択手段であったり、所定の波長以上の波長を選択する状態と所定の波長以下の波長を選択する状態との間で切り換えられる（この所定の波長は、例えば、図５のλBとλCの間の波長である）波長選択手段であったりする。
【００２２】
更に、本発明による光伝送システムは、上記の本発明による波長可変光源を有することを特徴とする。このシステムでは、前記モード選択手段で選択しているモードの発振光を用いて通信を行い、通信波長を変えるべく選択していない方のモードの発振波長を変化させている間も、選択しているモードの発振光を用いて通信を行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施例１
図１は本実施例の特徴を最も良く表わす図面である。同図において、１は、励起状態に依存して出力光の偏光をＴＥ光（ｐｎ接合に水平な方向だけに電界ベクトルがある光）とＴＭ光（光の電界ベクトルがＴＥ光と垂直な方向だけの光）のどちらか一方とすることができ、且つ発振波長を変化させることが可能な半導体レーザ、２は、半導体レーザ１から出力された光のＴＥ光またはＴＭ光のどちらか一方だけを選択する偏光選択手段、３は、半導体レーザ１を駆動する第１駆動回路、４は、偏光選択手段２を駆動する第２駆動回路、５は制御回路、６は波長選択信号、７は信号、８は第１制御信号、９は第２制御回路、１０は第１駆動信号、１１は第２駆動信号、１２は半導体レーザ１の光出力、１３は、偏光選択手段２を用いて光出力１２より一方の偏光を選択したものである光信号である。
【００２４】
図２には、偏光選択手段２の具体的構成の一例を示した。図２において、１４は偏光ビームスプリッタ、１５は、偏光ビームスプリッタ１４からの２つの光入力のうち１つを選択する光スイッチ、１６はミラーである。
【００２５】
図２の構成を用いることにより、光出力１２（半導体レーザ１の励起状態によりＴＥ光であったりＴＭ光であったりする）は、偏光ビームスプリッタ１４によりＴＥ光とＴＭ光の２つの経路に分離され、この分離された光出力１２のうちの一方を光スイッチ１５で選択することにより、光出力１２のＴＥ光またはＴＭ光を光信号１３とする。光スイッチ１５は、プリズムやミラー或は光ファイバ自身等を可動する機械的方式のもの、ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果、磁気光学効果、熱光学効果などを利用したもの等、公知のものが用いられる。第２駆動信号１１はプリズムなどを機械的に動かしたりする為や、位相変調型光スイッチや方向性結合器型光スイッチなどの電極へ電力を印加する為のものである。図３には、既述した半導体レーザ１の具体的構成の一例を示した。
【００２６】
次に本実施例の動作について説明する。
波長選択信号６（例えば、波長λAで出力するように指示する信号）を受けた制御回路５は、対応する波長が出力できる半導体レーザ１の動作点を選択し、第１駆動回路３と第２駆動回路４へそれぞれ第１制御信号８と第２制御信号９を出力する。第１制御信号８を受けた第１駆動回路３は、図６の波長λA（ＴＭ偏波）と波長λC（ＴＥ偏波）の光を半導体レーザ１が出力するように電流値（バイアス電流）を設定する。また、第２制御信号９を受けた第２駆動回路４は、偏光選択手段２が半導体レーザ１の光出力１２のＴＭ偏光成分（すなわち波長λA）を選択し、光信号１３にするように、第２駆動信号１１を偏光選択手段２へ送る。この状態で、信号７に応じて半導体レーザ１を駆動することにより信号７に応じた光信号１３が得られる。
【００２７】
ここで、出力光の波長を変える場合について説明する。波長選択信号６により他の波長（例えば波長λC’）で光信号１３を出力することが要求されると、制御回路５は第１駆動回路３の駆動条件を変化させる。すなわち、図６に示してあるように、それまで波長λA（ＴＭ偏波）と波長λC（ＴＥ偏波）の間で変調されていたのを、波長λA（ＴＭ）と波長λC’（ＴＥ）の間で変調されるように駆動状態を変化させる。この動作は、最初バイアス電流Ｉ1が固定で電流Ｉ2が変調されていた状態から電流Ｉ1、Ｉ2ともに変調する状態に変化させることを意味している。この時の電流変化の具合は、一度にλＣからλＣ’に変化するような電流の変化を与えるのではなく（λＣとλＣ’の差が充分小さい場合は一度に変化させてもよい）、何段階かに区切って行なう。例えば、何段階かに区切って波長λＣ（ＴＥ偏波）を実現しているＩ１（今まで固定のバイアス電流）を変化させ、これに伴い非定常な状況が生じない様に電流変化を行なう。この際、λＣ（使っていない波長）変化の為のＩ１の変化により徐々にλＡ（使っている波長）が変化してしまう場合は、Ｉ２の変調電流を制御することなどによりλＡを一定の値とすればよい。波長λＣ（ＴＥ偏波）を実現している電流Ｉ１、Ｉ２の少なくとも一方が何段階かに区切って徐々に変化させないと、使用波長の変化を抑制しつつ、不使用波長を所望の波長に変化させられない場合は、そのようにする。この場合も、λＡ（使っている波長）が変動してしまいそうなら、そうならない様に波長λＡ（使っている波長）を実現している電流Ｉ１、Ｉ２も適当に制御する。
【００２８】
この到達状態で、変化させた波長λC’が安定するまで待った後に、偏光選択手段２が選択している偏光をそれまでのＴＭ偏光からＴＥ偏光に変えることにより、波長λC’の光を光信号１３とすることができる。
【００２９】
波長が所望の波長になったかどうかは、特に本発明に特有でないが、あらかじめ測定してある注入電流と発振波長や偏光の関係をもとに、注入電流（バイアス電流と変調電流）を設定したのち（必要ならば、上記の様に何段階かに分けて設定する）十分に時間をおく方法、また波長検知機構を内蔵させモニターする方法などがある。
【００３０】
以後は、上述のように、偏光選択手段２で選択していない偏波の波長だけを変化させる手順を繰り返す。図６では、波長の変化のさせ方が、λA、λC’と比較的近接した順に示してあるが、本発明の場合、波長の変化のさせ方は通信に用いていない方の偏光で出力可能な波長であれば、どの波長へ移すことも可能である。
【００３１】
次に本実施例を通信に適用した例を示す。
図７に光通信系の図を示した。図７において、１００は光送信機で、内部の構成は、例えば、図１に示したものとなっている。１０１は光送信機１００に接続されている端末機器、１０２は光受信機、１０３は光ファイバ、１０４はスターカプラ、１０５は、光受信機１０２に接続してある端末機器である。
【００３２】
図８には、光受信機１０２の構成を簡単に示してある。同図において、１３は光送信機１００から伝送されてくる光信号、１１０は光バンドパスフィルタ、１１１は光検出器、１１２は制御回路、１１３は光信号１３が電気に変換された信号である。
【００３３】
ここで示した光通信系は、通信の具合を説明する為のもので、簡略に示した。ここでの通信では、図５に示された範囲の波長の光を用いることができる。最初に光受信機１０２が固定の光バンドパスフィルタ１１０（透過する波長が固定のもの）を有する場合を説明する。
【００３４】
例えば、光送信機＃Ｎ（１００）に接続されている端末＃１（１０１）が、光受信機＃１（１０２）に接続されている端末＃１（１０５）へ信号を送出する場合を考える。送信端末＃１（１０１）は、光送信機＃Ｎ（１００）へ通信要求相手先を知らせる。光送信機＃Ｎ（１００）は、相手先の波長へ、現在使用していない偏光の光の波長が変えられるか否かを調べる（あらかじめ出力可能な波長範囲と偏光の関係およびその状態に必要な電流量は把握してある）。調べた結果、出力可能な波長であれば、上記のごとく光の波長を変化させ、波長が安定し、もう一方の偏光を用いた通信が終了した後に、偏光選択手段２により偏光を切り換えて、選択する波長へ切り換えて通信を開始する。
【００３５】
ここで使用する偏光状態により（ＴＥとかＴＭ）、半導体レーザ１の駆動法に工夫が必要であるが、例えば、次の様な方法が使用できる。
【００３６】
図９は、半導体レーザ１を駆動した時の光出力の説明をする為の図である。図９（ａ）は半導体レーザ１を駆動する為の信号（例えば、上述した変調電流）である。図９（ｂ）及び（ｃ）は半導体レーザ１の偏光モード別の光出力を示している。本例の場合、図９（ａ）の駆動信号に対して、ＴＥモードの光出力は図９（ｂ）のように同相（同じ信号）で、またＴＭモードの光出力は図９（ｃ）のように逆相（逆転した信号）で出力される。そこで、ＴＥモード及びＴＭモードの光出力波形を同じにする工夫をする。図１０には、ＴＥモード及びＴＭモードの光出力波形を同じにする為の駆動信号を説明する為の図を示した。
【００３７】
図１０（ａ）及び（ｂ）には、ＴＥ及びＴＭモード用の駆動信号を示した。図１０（ｃ）には、半導体レーザ１を図１０（ａ）或は（ｂ）の信号で駆動して得られた光出力１２を、偏光分離手段２によって図１０（ａ）或は（ｂ）に対応した偏光モードで選択した場合に得られた光信号１３を示した。図１０（ａ）及び（ｂ）に示した様に、ＴＥモード用の駆動信号とＴＭモード用の駆動信号は互いに相補的である。この様に工夫した信号（図１０（ａ）及び（ｂ））で駆動した場合、本実施例で用いた半導体レーザ１の特性により、光信号１３としては図１０（ｃ）に示した同一の信号が得られる（図１０（ａ）の信号で駆動した場合は偏光分離手段２で光出力１２のＴＥモード成分だけを選択して光信号１３とし、図１０（ｂ）の信号で駆動した場合は偏光分離手段２で光出力１２のＴＭモード成分を選択して光信号１３とする）。
【００３８】
実施例２
図１１に本発明の他の実施例を示した。図１１において、図１と同一部材は同一番号で示してある。２０は光バンドパスフィルタである。光バンドパスフィルタ２０は、外部からの制御でその選択（透過）波長が変化可能な構成である。
【００３９】
本実施例では、図１の偏光選択手段２のかわりに光バンドパスフィルタ２０を用いた。半導体レーザ１のバイアス電流と波長の関係は図５に示したようになっている。１つの動作で、ＴＭ偏波のある波長（例えばλA）とＴＥ偏波の他の波長（例えばλC）が出力されている。波長λAが光バンドパスフィルタ２０で選択されているときに、もう一方の波長λC（ＴＥ偏波）の波長を変化させることが可能である。ただし、λAとλCの差が光バンドパスフィルタ２０の透過波長幅より大きい必要はある。この点を考慮することにより本構成で実施例１と同じ動作を行なうことができる。
【００４０】
また、このバンドパスフィルタの選択波長幅は、このレーザがファブリペロ型の共振器を持つレーザなどの時は、あるバイアス値に対して複数の波長が同時に発振する（マルチモード発振）場合があるので、その場合には、そのうちの１つのモードを選択できるように、同時に発振する２つのモードの波長間隔よりも狭いことが必要である。
【００４１】
また、レーザが、ＤＦＢ構造やＤＢＲ構造などで単一モード選択構造を有しておりマルチモード発振しないときや、マルチモード発振による他の波長が十分に離れている等で影響を無視できるときには、バンドパスフィルタではなく、所定の波長よりも大きい波長か、それよりも小さい波長かで波長選択を行うシャープカットフィルタを用いてもよい。この場合には、選択するモードの切り換えは該フィルタにおいて所定の波長よりも大きい波長を選択するか、小さい波長を選択するかを切り換えることにより行う事になる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、偏波変調ＬＤなどの可変波長光源の通信等に用いている方のモードの光の波長はそのままにしておいて、通信等に用いていないモードの光の波長を変化させて安定させ、その間にもう一方のモードの光で通信等を行なうことにより、波長を変化させる為の時間、また変化させた波長が安定するまでの時間も無駄なく、通信等を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施例のモード選択手段である偏光選択手段の構成を示すブロック図。
【図３】第１の実施例の半導体レーザの構造を示す図。
【図４】図３の半導体レーザの特性を示す図。
【図５】図３の半導体レーザのバイアス電流と波長の関係を示す図。
【図６】本発明の動作を説明する為の図。
【図７】本発明を通信系に適用した場合の構成を示すブロック図。
【図８】図７中の受信機の例を示すブロック図。
【図９】図１中の半導体レーザの動作ないし特性を説明する図。
【図１０】図１中の半導体レーザの動作ないし工夫した駆動方法を説明する図。
【図１１】モード選択手段として波長選択手段を用いた本発明の第２の実施例の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１ 偏波変調半導体レーザ
２ モード選択手段である偏光選択手段
３ 半導体レーザ１用の第１駆動回路
４ 偏光選択手段２用の第２駆動回路
５ 制御回路
６ 波長選択信号
７ 送信すべき信号
８ 第１駆動回路３用の第１制御信号
９ 第２駆動回路４用の第２制御信号
１０ 半導体レーザ１用の第１駆動信号
１１ 偏光選択手段２用の第２駆動信号
１２ 半導体レーザ１の光出力
１３ 光信号
１４ 偏光ビームスプリッタ
１５ 光スイッチ
１６ ミラー
２０ 波長選択手段である光バンドパスフィルタ
１００ 光送信機
１０１ 光送信機１００に接続された端末
１０２ 光受信機
１０３ 光ファイバ
１０４ 光スターカプラ
１０５ 光受信機１０２に接続された端末
１１０ 光受信機１０２の光バンドパスフィルタ
１１１ 光受信機１０２の光検出器
１１２ 光受信機１０２の制御回路
１１３ 信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波長多重通信などに用いられる波長可変半導体レーザなどの波長可変光源の駆動方法等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、励起状態に依存して出力光の偏光状態がＴＥモードとＴＭモードの間で切り換わる半導体レーザを、光波長多重通信などに用いる為の駆動方法としては、本出願人による先の出願（平成７年８月３０日出願の特許出願で、その後、この特許出願を含む先の出願に基づく優先権を主張した平成８年８月１７日出願の特許出願により取り下げ）に記載されているものがある。
【０００３】
半導体レーザとしては図３に示したものを用いる。以下、これの偏波変調特性と波長可変特性について説明する。図４は、典型的な２電極ＤＦＢ−ＬＤの偏波変調特性を示すグラフであり、２電極に加えるバイアス電流Ｉ１、Ｉ２とＴＥ／ＴＭ発振領域との関係を示している。各電極を含む領域の構成は対称でなく、例えば図３に示す様に、片端面をＡＲ（反射防止）コーティングしている。ここで、ＡＲコーティング５１８側の電極５１６ｂへのバイアス電流をＩ２、劈開面側の電極５１６ａへのバイアス電流をＩ１としている。図４に示す様に、ＡＲコーティング側の領域では変調電流で高電流注入状態となり、このとき活性層５１２へのキャリア注入状態が高いレベルとなる為、短波長側でのゲイン増大が顕著となり、ＴＭモードが支配的となる（この場合、下で説明する様に活性層５１２はＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰからなる量子井戸活性層であるとする）。
【０００４】
図４の２つの領域の境はＴＥ／ＴＭモード発振が競合する領域であり、２つのバイアス電流Ｉ１、Ｉ２のバランスを、競合領域を実現するバランスから変えることによって両発振偏波間のスイッチングが可能となる。例えば、２つの領域のはざまの適当な位置（×印のポイント）で示すＤＣバイアス電流を印加した状態で、片方の電極（両方でもよい）に矩形波変調電流（振幅△ｉ２）を重畳すると、ＴＥ／ＴＭモード間の変調が可能となる（図４において○印と●印のポイント）。変調電流の振幅△ｉ２は数ｍＡ以下であり、このとき、一方の発振偏波モードを選択することで高い消光比の変調出力が得られる。２つの偏波の発振出力間の波長差△λは１ｎｍ程度である。出力の波長可変を行なうには、図４におけるＤＣバイアス電流点（×印）を２つの偏波領域の遷移部分に沿って移動させることによって行なうことができる。本デバイスでは、ＤＣバイアス電流の増大によりＴＥ、ＴＭモードともに長波長側にシフトしていく傾向が見られる。従って、図５に示す様に、Ｉ１＋Ｉ２について上記のようなバイアス電流点の移動を行ない、変調電流を重畳して偏波変調することによって、２つの偏波に対応して２つの可変波長範囲を得ることができる。これら２つの波長可変領域を連結して利用することによって、レーザの出力の波長可変範囲を拡大できる。
【０００５】
具体的には、図５において、バイアス電流点をＰ１からＰ２に移動させるとき、まず、ＴＭ偏光を選択することによってレーザの出力の波長を図５のλＡからλＢまで可変とできる。次に、バイアス電流点をもう一度Ｐ１に戻し、図３の半導体レーザの出射端面の前に置かれた出力偏波切換え素子の偏光子を９０°回転させてＴＥ偏光が選択されるようにし、再びバイアス電流点をＰ２点まで移動させることによって、レーザの出力の波長を図５のλＣからλＤまで可変とするものである。この方式の採用により、通常の単一の固定偏波の出力波長範囲を、例えば、約２倍に拡大することが可能となり、光通信の波長多重度の増大などに極めて有効である。
【０００６】
ここで、図３を用いて実際のＤＦＢ型半導体レーザの構造と偏波変調特性について説明する。５１０はｎ−ＩｎＰ基板、５１１はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波層、５１２はＩｎＧａＡｓ（井戸層）／ＩｎＧａＡｓＰ（障壁層）からなる量子井戸活性層、５１３はｐ−ＩｎＧａＡｓＰ導波層、５１４はｐ−ＩｎＰクラッド層、５１５はｐ＋−ＩｎＧａＡｓキャップ層、５１６ａ、５１６ｂは上部電極、５１７は下部電極、５１８はＡＲコーティングとして堆積したＳｉＯｘ層、５１９は回折格子である。
【０００７】
量子井戸活性層５１２はＩｎＧａＡｓ井戸層、ＩｎＧａＡｓＰバリア層からなり、それ特有のゲインスペクトルを有している。長波長側には価電子帯の最低次レベルの重い正孔（ｈｈ）と伝導帯の電子間の遷移によるゲインピークが存在し、わずかに離れて短波長側には次の量子準位である軽い正孔（ｌｈ）と伝導帯の電子間の遷移によるゲインピークが存在している。前者は比較的低い電流注入状態でも起こりＴＥモードにゲインを有し、後者は比較的高い電流注入状態で起こりＴＥおよびＴＭモードにゲインを有しており、偏波依存性のあるゲインスペクトルが現れる。偏波変調を可能にする為、ゲインの低いＴＭモードの発振を助ける様に、ＴＭモードのゲインピークに合わせてブラッグ波長を選択し、それに基づいて回折格子５１９のピッチを決定する。活性層導波路の両モード間の伝搬定数差のために、ＴＥ／ＴＭモード間のブラッグ波長差Δλが生じる。
【０００８】
電流注入バランス（Ｉ１、Ｉ２）を変化させることにより、ゲインスペクトルが変化する。この際、高電流注入状態でＴＭモードのゲインはＴＥモードのゲインに比べて大きく変化し、ＴＥ／ＴＭモード間の発振の競合が起こり２つの偏波間でのスイッチングが生じる。ここで用いられる２つのＴＥ／ＴＭモード間の発振波長差Δλは両モード間の伝搬定数差によって決まるが、同一の量子井戸構造においては１〜２ｎｍ程度であることが認められる。
【０００９】
この発振波長差は、共振器方向に異なる周期の回折格子を形成したり、共振器方向に異なる導波構造、異なる量子井戸活性層を導入したり、また量子井戸構造に歪み超格子を導入することなどにより、種々の設計値を得ることができる。上記の波長可変領域を連結して利用する方式の特徴を生かす為の必要且つ十分な両モード間の偏波変調時の発振波長差は、図５の動作例からも明らかな如く、両方の偏波における波長可変範囲が余り重ならない様に、片方の偏波における波長可変範囲程度でよいことがわかる。
【００１０】
この様に、図４に示した特性を有する半導体レーザにおいて、２つの電極へ注入する電流を選ぶことによって、ＴＥ偏波或はＴＭ偏波の光を得ることができ、例えば、片方の電極へ流す電流を変調することにより、出力光の偏光状態が変調信号に応じて変化する光信号を得ることができるものである。このように偏光の切り換わる光信号から、偏光子などを用いて片方の偏光の光を取り出すと、変調信号に対応した強度変調光信号が得られる。そして、このような半導体レーザで波長を変化させるには、図５に示すように、バイアス点をＰ1からＰ2へ変化させる。このようにすると、ＴＭ偏波の光を選択している場合、波長がλAからλBまで可変となる。この提案例では、さらにこの状態でバイアス点をＰ2からＰ1へ戻し且つ偏光子がＴＥ偏波を選択するようにして、再びバイアス点をＰ1からＰ2へ変化させることにより、波長がλCからλDまで可変となる。
【００１１】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、上記提案例では、偏光子で取り出して利用している光の波長を変化させる為、従来の波長可変半導体レーザと同じように波長を変化させた後に、状態が安定するまで時間を必要としていた。すなわち、電流の注入量を変化させて、波長を変化させる場合、電流の注入量変化が大きいと、共振器内での温度や、キャリアの不均一な状態が一時的に生じる。こうして、定常的な状態になるまで発振波長や光出力が揺らいで、安定化するまで時間を必要としていた。
【００１２】
従って、本発明の目的は、通信等を行なっているときに波長を変えるのに際して、波長を変化させた後に、安定するまでの時間が無駄にならないようにするための波長可変半導体レーザ等の波長可変光源の駆動方法、波長可変光源装置及びこれを用いた光伝送システム等を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に、本発明では、第１の波長（このとき第１の励起状態における第１のモードになっており、モードは縦モードとも言える波長で規定される場合もあり、偏波状態で規定される場合もあり、また波長と偏波状態で規定される場合もある）の光を用いて通信等を行なっている間に、第２の波長（このとき第２の励起状態における第２のモードになっている）の光のモードを維持しつつその波長を、第１のモードにおける第１の波長の変動を抑制しつつ変化させて（例えば、徐々に変化させる）所望の値にもたらし、第１の波長を用いた通信等が終了した後に、モード選択手段で選択するモードを第２のモードに変化させ、変化後の第２の波長を用いて通信等を行なうことを特徴とする。
【００１４】
上記手順において、第１の波長を用いて通信等を行なっている間に第２の波長を所望の波長に変化させる方法により、波長を変化させた後に、第２の波長が安定するまで第１の波長を用いて通信等をすることが可能となり、波長を変化させている間も通信等を中断する必要がなくなる。
【００１５】
詳細には、本発明による波長可変光源である半導体レーザ装置の駆動方法は、少なくとも部分的に電流注入状態を変えることで、第１の励起状態における第１のモードでの発振と、第２の励起状態における第２のモードでの発振を切換え可能であり、かつ発振波長を変化可能である半導体レーザと、該レーザの前記第１のモードの発振光と前記第２のモードの発振光の内のいずれか一方を選択でき、かつ選択するモードを切換え可能であるモード選択手段とからなる半導体レーザ装置の駆動方法であって、前記レーザの発振光を変調電流信号に応じて前記第１のモードと第２のモードの間で変調し、前記モード選択手段により前記第１のモードの発振光と第２のモードの発振光の内のいずれか一方を選択して出力し、半導体レーザ装置に接続されている機器からの要求に応じて、少なくとも部分的に電流注入状態を変えることで、前記モード選択手段で選択しているモードの発振光の波長の変動を抑制しつつ、選択していない方のモードの発振波長を変化させて所望の値に設定し、波長の設定終了後、前記モード選択手段で選択するモードを前記所望の値に発振波長を設定したモードに切り換えることを特徴とする。
【００１６】
上記方法において、前記第１のモードと第２のモードは互いに直交する２つの直線偏光モードであるときがある（光源が偏波変調半導体レーザであるような場合）。この場合、前記モード選択手段は、典型的には、選択するモードに偏光依存性を有して、該偏光依存性によって前記２つのモードの内のいずれか一方を選択するものであり、偏光依存性を切り換えることで選択するモードを切り換え可能である。
【００１７】
また、上記方法において、前記第１のモードと第２のモードそれぞれにおける発振波長は常に異なるものであり（この場合、偏光状態は同じであってもよい）、前記モード選択手段は、選択するモードに波長依存性を有して、該波長依存性によって前記２つのモードの内のいずれか一方を選択するものであり、選択する波長（或は波長域）を変更することで選択するモードを切り換え可能であってもよい。この場合、例えば、光源は光周波数変調（ＦＳＫ変調）レーザを用いられ、その時にはモード選択手段はバンドパスフィルタやシャープカットフィルタなどである必要がある。
【００１８】
また、上記方法において、前記モード選択手段で選択しているモードの発振光の波長の変動を抑制しつつ、選択していない方のモードの発振波長を変化させる方法としては、前記光源に第１の制御量を与えて第１のモードで発振するようにし、第２の制御量を与えて第２のモードで発振するように制御しているときに、前記選択しているモードで発振するための制御量を、選択しているモードの発振波長の変化が抑制されるように制御して（この制御量を固定している場合も含む）、選択していない方のモードで発振するための制御量を、選択していないモードの発振波長が変化するように制御することによって実現する方法がある。
【００１９】
また、上記方法において、前記モード選択手段が選択するモードを切り換えるときに、前記光源を変調する変調信号を反転させてもよい。
【００２０】
更に、本発明による半導体レーザ装置は、少なくとも部分的に電流注入状態を変えることで、第１の励起状態における第１のモードでの発振と、第２の励起状態における第２のモードでの発振を切換え可能であり、かつ発振波長を変化可能である半導体レーザと、該レーザの前記第１のモードの発振光と前記第２のモードの発振光の内のいずれか一方を選択でき、かつ選択するモードを切換え可能であるモード選択手段と、前記レーザを制御して、供給される変調電流信号に応じて前記第１のモードと第２のモードの間で変調し、接続されている機器からの要求に応じて、少なくとも部分的に電流注入状態を変えることで、前記モード選択手段で選択しているモードの発振光の波長の変動を抑制しつつ、選択していない方のモードの発振波長を変化させて所望の値に設定するレーザ制御手段と、前記モード選択手段を制御して、前記選択していないモードの発振光の波長が所望の値に設定された後、前記モード選択手段で選択するモードを前記所望の値に発振波長を設定したモードに切り換えるモード選択制御手段とからなることを特徴とする。
【００２１】
上記の装置において、前記第１のモードと第２のモードは互いに直交する２つの直線偏光モードであり、前記モード選択手段は偏光選択手段であったり、前記第１のモードと第２のモードそれぞれにおける発振波長は常に異なるものであり、前記モード選択手段は選択波長を変更可能なバンドパスフィルタを用いた波長選択手段であったり、所定の波長以上の波長を選択する状態と所定の波長以下の波長を選択する状態との間で切り換えられる（この所定の波長は、例えば、図５のλBとλCの間の波長である）波長選択手段であったりする。
【００２２】
更に、本発明による光伝送システムは、上記の本発明による波長可変光源を有することを特徴とする。このシステムでは、前記モード選択手段で選択しているモードの発振光を用いて通信を行い、通信波長を変えるべく選択していない方のモードの発振波長を変化させている間も、選択しているモードの発振光を用いて通信を行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施例１
図１は本実施例の特徴を最も良く表わす図面である。同図において、１は、励起状態に依存して出力光の偏光をＴＥ光（ｐｎ接合に水平な方向だけに電界ベクトルがある光）とＴＭ光（光の電界ベクトルがＴＥ光と垂直な方向だけの光）のどちらか一方とすることができ、且つ発振波長を変化させることが可能な半導体レーザ、２は、半導体レーザ１から出力された光のＴＥ光またはＴＭ光のどちらか一方だけを選択する偏光選択手段、３は、半導体レーザ１を駆動する第１駆動回路、４は、偏光選択手段２を駆動する第２駆動回路、５は制御回路、６は波長選択信号、７は信号、８は第１制御信号、９は第２制御回路、１０は第１駆動信号、１１は第２駆動信号、１２は半導体レーザ１の光出力、１３は、偏光選択手段２を用いて光出力１２より一方の偏光を選択したものである光信号である。
【００２４】
図２には、偏光選択手段２の具体的構成の一例を示した。図２において、１４は偏光ビームスプリッタ、１５は、偏光ビームスプリッタ１４からの２つの光入力のうち１つを選択する光スイッチ、１６はミラーである。
【００２５】
図２の構成を用いることにより、光出力１２（半導体レーザ１の励起状態によりＴＥ光であったりＴＭ光であったりする）は、偏光ビームスプリッタ１４によりＴＥ光とＴＭ光の２つの経路に分離され、この分離された光出力１２のうちの一方を光スイッチ１５で選択することにより、光出力１２のＴＥ光またはＴＭ光を光信号１３とする。光スイッチ１５は、プリズムやミラー或は光ファイバ自身等を可動する機械的方式のもの、ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果、磁気光学効果、熱光学効果などを利用したもの等、公知のものが用いられる。第２駆動信号１１はプリズムなどを機械的に動かしたりする為や、位相変調型光スイッチや方向性結合器型光スイッチなどの電極へ電力を印加する為のものである。図３には、既述した半導体レーザ１の具体的構成の一例を示した。
【００２６】
次に本実施例の動作について説明する。
波長選択信号６（例えば、波長λAで出力するように指示する信号）を受けた制御回路５は、対応する波長が出力できる半導体レーザ１の動作点を選択し、第１駆動回路３と第２駆動回路４へそれぞれ第１制御信号８と第２制御信号９を出力する。第１制御信号８を受けた第１駆動回路３は、図６の波長λA（ＴＭ偏波）と波長λC（ＴＥ偏波）の光を半導体レーザ１が出力するように電流値（バイアス電流）を設定する。また、第２制御信号９を受けた第２駆動回路４は、偏光選択手段２が半導体レーザ１の光出力１２のＴＭ偏光成分（すなわち波長λA）を選択し、光信号１３にするように、第２駆動信号１１を偏光選択手段２へ送る。この状態で、信号７に応じて半導体レーザ１を駆動することにより信号７に応じた光信号１３が得られる。
【００２７】
ここで、出力光の波長を変える場合について説明する。波長選択信号６により他の波長（例えば波長λC’）で光信号１３を出力することが要求されると、制御回路５は第１駆動回路３の駆動条件を変化させる。すなわち、図６に示してあるように、それまで波長λA（ＴＭ偏波）と波長λC（ＴＥ偏波）の間で変調されていたのを、波長λA（ＴＭ）と波長λC’（ＴＥ）の間で変調されるように駆動状態を変化させる。この動作は、最初バイアス電流Ｉ1が固定で電流Ｉ2が変調されていた状態から電流Ｉ1、Ｉ2ともに変調する状態に変化させることを意味している。この時の電流変化の具合は、一度にλＣからλＣ’に変化するような電流の変化を与えるのではなく（λＣとλＣ’の差が充分小さい場合は一度に変化させてもよい）、何段階かに区切って行なう。例えば、何段階かに区切って波長λＣ（ＴＥ偏波）を実現しているＩ１（今まで固定のバイアス電流）を変化させ、これに伴い非定常な状況が生じない様に電流変化を行なう。この際、λＣ（使っていない波長）変化の為のＩ１の変化により徐々にλＡ（使っている波長）が変化してしまう場合は、Ｉ２の変調電流を制御することなどによりλＡを一定の値とすればよい。波長λＣ（ＴＥ偏波）を実現している電流Ｉ１、Ｉ２の少なくとも一方が何段階かに区切って徐々に変化させないと、使用波長の変化を抑制しつつ、不使用波長を所望の波長に変化させられない場合は、そのようにする。この場合も、λＡ（使っている波長）が変動してしまいそうなら、そうならない様に波長λＡ（使っている波長）を実現している電流Ｉ１、Ｉ２も適当に制御する。
【００２８】
この到達状態で、変化させた波長λC’が安定するまで待った後に、偏光選択手段２が選択している偏光をそれまでのＴＭ偏光からＴＥ偏光に変えることにより、波長λC’の光を光信号１３とすることができる。
【００２９】
波長が所望の波長になったかどうかは、特に本発明に特有でないが、あらかじめ測定してある注入電流と発振波長や偏光の関係をもとに、注入電流（バイアス電流と変調電流）を設定したのち（必要ならば、上記の様に何段階かに分けて設定する）十分に時間をおく方法、また波長検知機構を内蔵させモニターする方法などがある。
【００３０】
以後は、上述のように、偏光選択手段２で選択していない偏波の波長だけを変化させる手順を繰り返す。図６では、波長の変化のさせ方が、λA、λC’と比較的近接した順に示してあるが、本発明の場合、波長の変化のさせ方は通信に用いていない方の偏光で出力可能な波長であれば、どの波長へ移すことも可能である。
【００３１】
次に本実施例を通信に適用した例を示す。
図７に光通信系の図を示した。図７において、１００は光送信機で、内部の構成は、例えば、図１に示したものとなっている。１０１は光送信機１００に接続されている端末機器、１０２は光受信機、１０３は光ファイバ、１０４はスターカプラ、１０５は、光受信機１０２に接続してある端末機器である。
【００３２】
図８には、光受信機１０２の構成を簡単に示してある。同図において、１３は光送信機１００から伝送されてくる光信号、１１０は光バンドパスフィルタ、１１１は光検出器、１１２は制御回路、１１３は光信号１３が電気に変換された信号である。
【００３３】
ここで示した光通信系は、通信の具合を説明する為のもので、簡略に示した。ここでの通信では、図５に示された範囲の波長の光を用いることができる。最初に光受信機１０２が固定の光バンドパスフィルタ１１０（透過する波長が固定のもの）を有する場合を説明する。
【００３４】
例えば、光送信機＃Ｎ（１００）に接続されている端末＃１（１０１）が、光受信機＃１（１０２）に接続されている端末＃１（１０５）へ信号を送出する場合を考える。送信端末＃１（１０１）は、光送信機＃Ｎ（１００）へ通信要求相手先を知らせる。光送信機＃Ｎ（１００）は、相手先の波長へ、現在使用していない偏光の光の波長が変えられるか否かを調べる（あらかじめ出力可能な波長範囲と偏光の関係およびその状態に必要な電流量は把握してある）。調べた結果、出力可能な波長であれば、上記のごとく光の波長を変化させ、波長が安定し、もう一方の偏光を用いた通信が終了した後に、偏光選択手段２により偏光を切り換えて、選択する波長へ切り換えて通信を開始する。
【００３５】
ここで使用する偏光状態により（ＴＥとかＴＭ）、半導体レーザ１の駆動法に工夫が必要であるが、例えば、次の様な方法が使用できる。
【００３６】
図９は、半導体レーザ１を駆動した時の光出力の説明をする為の図である。図９（ａ）は半導体レーザ１を駆動する為の信号（例えば、上述した変調電流）である。図９（ｂ）及び（ｃ）は半導体レーザ１の偏光モード別の光出力を示している。本例の場合、図９（ａ）の駆動信号に対して、ＴＥモードの光出力は図９（ｂ）のように同相（同じ信号）で、またＴＭモードの光出力は図９（ｃ）のように逆相（逆転した信号）で出力される。そこで、ＴＥモード及びＴＭモードの光出力波形を同じにする工夫をする。図１０には、ＴＥモード及びＴＭモードの光出力波形を同じにする為の駆動信号を説明する為の図を示した。
【００３７】
図１０（ａ）及び（ｂ）には、ＴＥ及びＴＭモード用の駆動信号を示した。図１０（ｃ）には、半導体レーザ１を図１０（ａ）或は（ｂ）の信号で駆動して得られた光出力１２を、偏光分離手段２によって図１０（ａ）或は（ｂ）に対応した偏光モードで選択した場合に得られた光信号１３を示した。図１０（ａ）及び（ｂ）に示した様に、ＴＥモード用の駆動信号とＴＭモード用の駆動信号は互いに相補的である。この様に工夫した信号（図１０（ａ）及び（ｂ））で駆動した場合、本実施例で用いた半導体レーザ１の特性により、光信号１３としては図１０（ｃ）に示した同一の信号が得られる（図１０（ａ）の信号で駆動した場合は偏光分離手段２で光出力１２のＴＥモード成分だけを選択して光信号１３とし、図１０（ｂ）の信号で駆動した場合は偏光分離手段２で光出力１２のＴＭモード成分を選択して光信号１３とする）。
【００３８】
実施例２
図１１に本発明の他の実施例を示した。図１１において、図１と同一部材は同一番号で示してある。２０は光バンドパスフィルタである。光バンドパスフィルタ２０は、外部からの制御でその選択（透過）波長が変化可能な構成である。
【００３９】
本実施例では、図１の偏光選択手段２のかわりに光バンドパスフィルタ２０を用いた。半導体レーザ１のバイアス電流と波長の関係は図５に示したようになっている。１つの動作で、ＴＭ偏波のある波長（例えばλA）とＴＥ偏波の他の波長（例えばλC）が出力されている。波長λAが光バンドパスフィルタ２０で選択されているときに、もう一方の波長λC（ＴＥ偏波）の波長を変化させることが可能である。ただし、λAとλCの差が光バンドパスフィルタ２０の透過波長幅より大きい必要はある。この点を考慮することにより本構成で実施例１と同じ動作を行なうことができる。
【００４０】
また、このバンドパスフィルタの選択波長幅は、このレーザがファブリペロ型の共振器を持つレーザなどの時は、あるバイアス値に対して複数の波長が同時に発振する（マルチモード発振）場合があるので、その場合には、そのうちの１つのモードを選択できるように、同時に発振する２つのモードの波長間隔よりも狭いことが必要である。
【００４１】
また、レーザが、ＤＦＢ構造やＤＢＲ構造などで単一モード選択構造を有しておりマルチモード発振しないときや、マルチモード発振による他の波長が十分に離れている等で影響を無視できるときには、バンドパスフィルタではなく、所定の波長よりも大きい波長か、それよりも小さい波長かで波長選択を行うシャープカットフィルタを用いてもよい。この場合には、選択するモードの切り換えは該フィルタにおいて所定の波長よりも大きい波長を選択するか、小さい波長を選択するかを切り換えることにより行う事になる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、偏波変調ＬＤなどの可変波長光源の通信等に用いている方のモードの光の波長はそのままにしておいて、通信等に用いていないモードの光の波長を変化させて安定させ、その間にもう一方のモードの光で通信等を行なうことにより、波長を変化させる為の時間、また変化させた波長が安定するまでの時間も無駄なく、通信等を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施例のモード選択手段である偏光選択手段の構成を示すブロック図。
【図３】第１の実施例の半導体レーザの構造を示す図。
【図４】図３の半導体レーザの特性を示す図。
【図５】図３の半導体レーザのバイアス電流と波長の関係を示す図。
【図６】本発明の動作を説明する為の図。
【図７】本発明を通信系に適用した場合の構成を示すブロック図。
【図８】図７中の受信機の例を示すブロック図。
【図９】図１中の半導体レーザの動作ないし特性を説明する図。
【図１０】図１中の半導体レーザの動作ないし工夫した駆動方法を説明する図。
【図１１】モード選択手段として波長選択手段を用いた本発明の第２の実施例の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１ 偏波変調半導体レーザ
２ モード選択手段である偏光選択手段
３ 半導体レーザ１用の第１駆動回路
４ 偏光選択手段２用の第２駆動回路
５ 制御回路
６ 波長選択信号
７ 送信すべき信号
８ 第１駆動回路３用の第１制御信号
９ 第２駆動回路４用の第２制御信号
１０ 半導体レーザ１用の第１駆動信号
１１ 偏光選択手段２用の第２駆動信号
１２ 半導体レーザ１の光出力
１３ 光信号
１４ 偏光ビームスプリッタ
１５ 光スイッチ
１６ ミラー
２０ 波長選択手段である光バンドパスフィルタ
１００ 光送信機
１０１ 光送信機１００に接続された端末
１０２ 光受信機
１０３ 光ファイバ
１０４ 光スターカプラ
１０５ 光受信機１０２に接続された端末
１１０ 光受信機１０２の光バンドパスフィルタ
１１１ 光受信機１０２の光検出器
１１２ 光受信機１０２の制御回路
１１３ 信号
Claims (16)
- 少なくとも部分的に電流注入状態を変えることで、第１の励起状態における第１のモードでの発振と、第２の励起状態における第２のモードでの発振を切換え可能であり、かつ発振波長を変化可能である半導体レーザと、該レーザの前記第１のモードの発振光と前記第２のモードの発振光の内のいずれか一方を選択でき、かつ選択するモードを切換え可能であるモード選択手段とからなる半導体レーザ装置の駆動方法であって、前記レーザの発振光を変調電流信号に応じて前記第１のモードと第２のモードの間で変調し、前記モード選択手段により前記第１のモードの発振光と第２のモードの発振光の内のいずれか一方を選択して出力し、半導体レーザ装置に接続されている機器からの要求に応じて、少なくとも部分的に電流注入状態を変えることで、前記モード選択手段で選択しているモードの発振光の波長の変動を抑制しつつ、選択していない方のモードの発振波長を変化させて所望の値に設定し、波長の設定終了後、前記モード選択手段で選択するモードを前記所望の値に発振波長を設定したモードに切り換えることを特徴とする半導体レーザ装置の駆動方法。
- 前記第１のモードと第２のモードは互いに直交する２つの直線偏光モードである請求項１に記載の半導体レーザ装置の駆動方法。
- 前記モード選択手段は、選択するモードに偏光依存性を有するものであり、該偏光依存性によって前記２つのモードの内のいずれか一方を選択するものである請求項１もしくは２に記載の半導体レーザ装置の駆動方法。
- 前記第１のモードと第２のモードそれぞれにおける発振波長は常に異なるものであり、前記モード選択手段は、選択するモードに波長依存性を有するものであり、該波長依存性によって前記２つのモードの内のいずれか一方を選択するものである請求項１もしくは２に記載の半導体レーザ装置の駆動方法。
- 前記モード選択手段で選択しているモードの発振光を用いて通信を行い、選択していない方のモードの発振波長を変化させている間も選択しているモードの発振光を用いて通信を行う請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体レーザ装置の駆動方法。
- 前記モード選択手段で選択しているモードの発振光の波長の変動を抑制しつつ、選択していない方のモードの発振波長を変化させるのは、前記レーザに第１の電流制御量を与えて第１のモードで発振するようにし、第２の電流制御量を与えて第２のモードで発振するように制御しているときに、前記選択しているモードで発振するための電流制御量を、選択しているモードの発振波長の変化が抑制されるように制御して、選択していない方のモードで発振するための電流制御量を、選択していないモードの発振波長が変化するように制御する事によって実現する請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体レーザ装置の駆動方法。
- 前記選択していない方のモードで発振するための電流制御量の制御は、複数段階に分けて徐々に行なう請求項６記載の半導体レーザ装置の駆動方法。
- 前記モード選択手段が選択するモードを切り換えるときに、前記レーザを変調する変調電流信号を反転させる請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体レーザ装置の駆動方法。
- 少なくとも部分的に電流注入状態を変えることで、第１の励起状態における第１のモードでの発振と、第２の励起状態における第２のモードでの発振を切換え可能であり、かつ発振波長を変化可能である半導体レーザと、該レーザの前記第１のモードの発振光と前記第２のモードの発振光の内のいずれか一方を選択でき、かつ選択するモードを切換え可能であるモード選択手段と、前記レーザを制御して、供給される変調電流信号に応じて前記第１のモードと第２のモードの間で変調し、接続されている機器からの要求に応じて、少なくとも部分的に電流注入状態を変えることで、前記モード選択手段で選択しているモードの発振光の波長の変動を抑制しつつ、選択していない方のモードの発振波長を変化させて所望の値に設定するレーザ制御手段と、前記モード選択手段を制御して、前記選択していないモードの発振光の波長が所望の値に設定された後、前記モード選択手段で選択するモードを前記所望の値に発振波長を設定したモードに切り換えるモード選択制御手段とからなる半導体レーザ装置。
- 前記第１のモードと第２のモードは互いに直交する２つの直線偏光モードであり、前記モード選択手段は偏光選択手段である請求項９に記載の半導体レーザ装置。
- 前記第１のモードと第２のモードそれぞれにおける発振波長は常に異なるものであり、前記モード選択手段は選択する波長を変更できる波長選択手段である請求項９に記載の半導体レーザ装置。
- 前記レーザ制御手段は、前記モード選択手段が選択するモードを切り換えるときに、前記レーザを変調する変調電流信号を反転させるものである請求項９乃至１１のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
- 光送信装置から光信号を出力して信号を伝送する光伝送システムであって、前記光送信装置が、少なくとも部分的に電流注入状態を変えることで、第１の励起状態における第１のモードでの発振と、第２の励起状態における第２のモードでの発振を切換え可能であり、かつ発振波長を変化可能であるレーザと、該レーザの前記第１のモードの発振光と前記第２のモードの発振光の内のいずれか一方を選択でき、かつ選択するモードを切換え可能であるモード選択手段と、前記レーザを制御して、供給される変調電流信号に応じて前記第１のモードと第２のモードの間で変調し、接続されている機器からの要求に応じて、少なくとも部分的に電流注入状態を変えることで、前記モード選択手段で選択しているモードの発振光の波長の変動を抑制しつつ、選択していない方のモードの発振波長を変化させて所望の値に設定するレーザ制御手段と、前記モード選択手段を制御して、前記選択していないモードの発振光の波長が所望の値に設定された後、前記モード選択手段で選択するモードを前記所望の値に発振波長を設定したモードに切り換えるモード選択制御手段とからなる半導体レーザ装置を有する光伝送システム。
- 前記第１のモードと第２のモードは互いに直交する２つの直線偏光モードであり、前記モード選択手段は偏光選択手段である請求項１３に記載の光伝送システム。
- 前記第１のモードと第２のモードそれぞれにおける発振波長は常に異なるものであり、前記モード選択手段は選択する波長を変更できる波長選択手段である請求項１３に記載の光伝送システム。
- 前記レーザ制御手段は、前記モード選択手段が選択するモードを切り換えるときに、前記レーザを変調する変調電流信号を反転させるものである請求項１３乃至１５のいずれかに記載の光伝送システム。
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