JP4052578B2

JP4052578B2 - Multi-wavelength light generator

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Publication number: JP4052578B2
Application number: JP2003141312A
Authority: JP
Inventors: 勲富田; 広明三条; 英一山田; 裕三吉國
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2023-05-20
Also published as: JP2004347639A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光計測の分野において利用される多波長光発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信の波長分割多重伝送や光計測の高精度光周波数測定を行う上で、周波数間隔が高精度で等しく並んだ櫛型のスペクトルを持つ光を発生させる多波長光源の需要性が高まっている。櫛型スペクトルとして光パルス列のスペクトルを利用するパルス型多波長光源では、光源を駆動する高周波発振器の精度で光周波数間隔が決まり、その間隔精度は、例えばマイクロ波発振器を使用すれば、１ｋＨｚ以下となるため、上記の要求に応える多波長光源として注目されている。
【０００３】
多波長光源を波長分割多重伝送用光源、あるいは光周波数測定用基準光源として利用するためには、スペクトルの広帯域性も重要である。パルス型多波長光源の場合、そのスペクトル幅は光パルスの時間幅の逆数程度であり、この時間幅が狭い程、広帯域スペクトルとなる。実用レベルの通信用光源技術では、時間幅１０ｐｓの光パルスを発生させることは比較的容易であるが、１．５５μｍ帯でのそのスペクトル拡がりは０．３５ｎｍと狭い。
【０００４】
スペクトル幅を拡大させる方法としては、これまでに非線型光学効果の１つである自己位相変調効果を利用したスーパーコンティニウム発生が研究されている（例えば、特許文献１参照）。スーパーコンティニウム発生を利用した多波長光発生装置の典型的な構成は図１０のようになる。ここで、光パルス発生器０１から生成された光パルスは、高出力の光増幅器０２でピーク強度が増強される。その後、波長分散が特殊に制御された光非線型媒質０３を通ると自己位相変調効果のため、スペクトルが自発的に拡大する。
【０００５】
それらの高出力光増幅器０２、光非線型媒質０３は特殊であるため、極めて高額であり、多波長光源装置を構成する際の大きな問題であった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−２３４２４９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
周波数間隔の等しい櫛型のスペクトルを持つ光を広帯域化する従来のスーパーコンティニウム発生は、上述のような高出力の光増幅器や波長分散が特殊に制御された光非線型媒質を必要とし、高コストである。
【０００８】
本発明では、従来よりも一般的な光部品を使用して安価に構成できる多波長光発生装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１記載の多波長光発生装置によれば、光パルスを繰り返し発生する光パルス発生器と、光パルスを周回させるリング型光導波路と、前記光パルス発生器で発生した光パルスを前記リング型光導波路に入射させて周回させると共に、前記リング型光導波路を周回してきた光パルスを取り出して外部に射出する光カプラと、前記リング型光導波路中に設置されており、光パルスが通過する度にこの光パルスの周波数をシフトさせる少なくとも１つ以上の半導体光増幅器からなり、異なる回数の周波数シフトを受けた光パルスが前記光カプラにおいて時間的に一致して出力されるように前記リング型光導波路の周回長が調節されている多波長光発生装置であることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の多波長光発生装置によれば、光パルスを繰り返し発生する光パルス発生器と、光パルスを周回させるリング型光導波路と、前記光パルス発生器で発生した光パルスを前記リング型光導波路に入射させて周回させると共に、前記リング型光導波路を周回してきた光パルスを取り出して外部に射出する光カプラと、前記リング型光導波路中に設置されており、光パルスが通過する度にこの光パルスの周波数をシフトさせる少なくとも１つ以上の半導体光増幅器からなり、異なる回数の周波数シフトを受けた光パルスが前記光カプラにおいて時間的に一致して出力されるように、前記リング型光導波路に沿う周回長を調節する少なくとも１つ以上の光可変遅延線が、前記リング型光導波路中に設置されている多波長光発生装置であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の多波長光発生装置によれば、出力部分に多波長光変調装置を備え、多波長光を符号化して出力する多波長光発生装置であることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の多波長光発生装置によれば、前記リング型光導波路内に設けた少なくとも１つ以上の光ゲートと、前記リング型光導波路を周回中の光パルスに対して前記光ゲートが光パルス通過時のみ開くように制御するタイミング調節器とを備えている多波長光発生装置であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の多波長光発生装置によれば、前記リング型光導波路としてリング型半導体光導波路を使用し、前記光パルス発生器で発生した光パルスを前記光カプラに導くと共に前記光カプラから射出された光パルスを外部にまで導く光導波路として半導体光導波路を使用し、前記リング型半導体光導波路及び前記半導体光導波路を前記半導体光増幅器と共に半導体基板上に集積化する多波長光発生装置であることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の多波長光発生装置によれば、光パルス発生器として半導体パルス光源を使用し、多波長光変調装置として半導体多波長光変調器を使用し、前記半導体パルス光源及び前記半導体多波長光変調器を、前記半導体光増幅器、前記半導体光導波路と共に半導体基板上に集積化する多波長光発生装置であることを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の多波長光発生装置によれば、前記リング型光導波路としてリング型半導体光導波路を使用し、前記光パルス発生器で発生した光パルスを前記光カプラに導くと共に前記光カプラから射出された光パルスを外部にまで導く光導波路として半導体光導波路を使用し、前記光ゲートとして電界吸収型半導体光変調器を使用し、前記リング型半導体光導波路及び前記半導体光導波路を、前記電界吸収型半導体光変調器及び前記半導体光増幅器と共に半導体基板上に集積化する多波長光発生装置であることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の多波長光発生装置によれば、前記光パルス発生器として半導体パルス光源を使用し、前記多波長光変調装置として半導体多波長光変調器を使用し、前記半導体パルス光源及び前記半導体多波長光変調器を、前記電界吸収型半導体光変調器、前記半導体光増幅器、前記半導体光導波路と共に半導体基板上に集積化する多波長光発生装置であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を、図を参照して説明する。
【００１８】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明における第１の実施の形態の多波長光発生装置の構成図である。光パルス発生器１から繰り返し生成される光パルス２のスペクトルは図２(a) のような櫛型スペクトルとなる。光パルス２は、光導波路３を通り、光カプラ４を介してリング型光導波路５に入射し、リング内を周回する。その光パルスが半導体光増幅器６に入射すると光周波数がシフトし、図２(b) のようなスペクトルを持つ光パルスとなる。ここで、半導体光増幅器６で光パルスの周波数がシフトする原因は、次の理由による。
【００１９】
即ち、光パルスが半導体光増幅器６に入射し、光増幅が開始されるとキャリアが消滅していき、キャリア密度が低下する。これによりキャリアのプラズマ効果で屈折率が増加し、光の位相φ(t) も図３のように増大する。この時、光パルス中心付近の位相変化はφ(t) ＝αｔ（α：定数）となるので、周波数ωの光の位相exp(−ｉωt)はexp(−ｉωt ＋ｉφ(t))＝exp(−i(ω−α)t）と変化し、周波数（ω−α）へシフトすることになる。
かかる現象（光パルスの周波数シフト現象）は、次に示す非特許文献にも示されており、特にこの文献のFig.３、Fig.１３に顕著に示されている。
【００２０】
G． P． Agrawal et al．， ”Self-phase modulation and spectral broadening of optical pulses in semiconductor laser amplifiers ”，ＩＥＥＥ journal of Quantum Electronics vol ．25，no．11，2297-2306，1989．
【００２１】
さて、半導体光増幅器６を通過した光パルスが光カプラ４に到達し、光パルス発生器１から生成された図２(a) と同じスペクトルを持つ次の光パルスと合成されると図２(c) のようなスペクトルになる。ここで、リングを周回した光パルスが、光パルス発生器１から生成された次の光パルスと光カプラ４で時間的に一致するようにリング（リング型光導波路５）の周回長を調節しておく。
【００２２】
なお、リング（リング型光導波路５）の周回長を調節する代わりに、リング型光導波路５に沿う周回長を調節する光可変遅延線を、リング型光導波路５中に設置するようにしてもよい。
【００２３】
図２(c) のようにスペクトルの合成された光パルスは再びリングを周回し、半導体光増幅器６で再度周波数シフトを受けると図２(d) のようなスペクトルになる。さらに、そのようなスペクトルを持つ光パルスが光カプラ４に達し、再びスペクトルの合成が行われると図２(e) のようなスペクトルになる。このようにしてスペクトルは光パルスがリングを周回する度に拡大されていき、図２(f) のようになる。そのようなスペクトルを持つ光は、光パルス７として光カプラ４を通して外部に取り出される。光パルス７が多波長光変調装置２４を通過すると符号化された多波長光となって出力される。
【００２４】
以上のような構成により、符号化された多波長光を生成する多波長光発生装置を構成することができる。
【００２５】
なお、半導体光増幅器６は、リング内で発振せず、リングの光損失を補償するように利得値を設定する。
光導波路３、リング型光導波路５は、線型光媒質で作製する。
また、光カプラ４、半導体光増幅器６の出力特性に偏波依存性がある場合は、光導波路３、リング型光導波路５を偏波保持光ファイバ、あるいは偏波コントローラを内蔵した光ファイバ、あるいは半導体光導波路で作製する。
また、本多波長光発生装置は、リング部分では発振しないため、温度上昇はほとんどなく、特別な温度調節装置を必要としない特徴を持つ。
【００２６】
＜第２の実施の形態＞
図４に第２の実施の形態にかかわる多波長光発生装置を示す。第１の実施の形態における多波長光発生装置において、リング中に光ゲート８を設置し、更に光パルス通過時のみ開くように光ゲート８を制御するタイミング調節器を備えることにより、第２の実施の形態にかかわる多波長光発生装置を構成することができる。
【００２７】
このタイミング調節器は、高周波信号を生成する高周波発振器９と、前記高周波信号を光ゲート８および光パルス発生器１に伝えて駆動する高周波ケーブル１０，１１と、前記高周波信号に従って開閉される光ゲート８と前記高周波信号に従った光パルス列を同期させるように位相関係を調節する位相調節器１２で構成される。位相調節器１２は、高周波ケーブル１０、または高周波ケーブル１１の上に設置することができる。または、位相調節のために高周波ケーブル１０あるいは高周波ケーブル１１の長さを調整してもよい。また、光ゲート８としては、電界吸収型半導体光強度変調器、あるいはマッハ−ツェンダ型ＬｉＮｂＯ₃光強度変調器を使用することができる。
【００２８】
図５に示すように周期的な高周波信号で生成された光パルス列と光ゲート８の開閉動作は共に周期的である。位相調節器１２により前記光パルス列と光ゲート８の開閉位置を図５のように調節すれば、光ゲート開放時には光パルスはリング内を周回し、それ以外の時には光ゲート８は閉鎖され、半導体光増幅器６から発生する自然放出光などの光雑音が削減された光パルスを得ることができる。そのため、リング内の自然放出光の蓄積による半導体光増幅器６の発振も同時に抑制することができる。
【００２９】
このようにして光雑音が少なく、半導体光増幅器６の発振が抑制できる多波長光発生装置を構成することができる。
【００３０】
＜第３の実施の形態＞
図６に第３の実施の形態にかかわる多波長光発生装置を示す。第１の実施の形態における図１の光導波路３、リング型光導波路５の代わりに、半導体光導波路１３、リング型半導体光導波路１４を備えて、第３の実施の形態にかかわる多波長光発生装置を構成することができる。また、直線部分（半導体光導波路）１３がリング部分（リング型半導体光導波路）１４に最接近する部分を光の波長程度離して設計すれば、モード結合が生じて光カプラ４ａとなる。また、直線部分１３とリング部分１４をモノリシックに接合し、ＭＭＩカプラとしてもよい。
【００３１】
半導体光導波路１３、リング型半導体光導波路１４を半導体光増幅器６と共に半導体基板１５の上に作製している。このため、異なる回数の周波数シフトを受けた光パルスが光カプラ４ａ（またはＭＭＩカプラ）で時間的に一致して出力されるように周回長を正確に作製できる小型の多波長光発生装置を構成することができる。
【００３２】
光パルス発生器１からの光パルスが半導体光導波路１３に入射する際、半導体端面での反射光を削減するために低反射膜１６，１７を設ける。また、半導体光導波路１３へ入射する光および半導体光導波路１３から射出される光は、光ファイバ１８で導波されるが、光ファイバ１８を用いずに直接入射、射出させることもできる。
【００３３】
図７に図６の多波長光発生装置の半導体部分の構成を示す。半導体光導波路１３、リング型半導体光導波路１４をＩｎＰクラッド層１９、ＩｎＧａＡｓＰコア層２０、ＩｎＰクラッド層２１で構成し、ＩｎＧａＡｓＰコア層２０のバンドギャップ波長を入射光に対して光導波路が透明になるように入射光波長よりも小さい値に設定する。また、半導体光増幅器６とリング型半導体光導波路１４は、バットジョイント接合することにより、光結合損失を低減することができる。これらの構造をＩｎＰの埋め込み層２５の中に作製すれば、導波路は保護、補強される。あるいは、半導体光導波路１３、リング型半導体光導波路１４をハイメサ構造にすると、光導波路の横方向の光閉じ込めが強くなり、リング型光導波路はさらに小さな半径を有する。これらの構造をガラスあるいは有機材料の埋め込み層２５に埋め込んでもよい。これにより光導波路を保護、補強することができる。
【００３４】
また、光パルス発生器１として半導体パルス光源を、多波長光変調装置２４として半導体多波長光変調器を使用することにより、半導体光導波路１３、リング型半導体光導波路１４、半導体光増幅器６と併せて半導体基板１５の上に作製することができ、装置を小型にすることができる。なお、半導体パルス光源としては、ＥＡ−ＤＦＢレーザあるいは半導体モード同期レーザを、半導体多波長光変調器としてはモノリシック集積型多チャネル変調器（ＡＷＧ−ＥＡ−ＳＯＡ）を使用することができる。
【００３５】
図７では、半導体材料としてＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰを使用したが、ＩｎＰの代わりにＡｌＧａＡｓを、ＩｎＧａＡｓＰの代わりにＧａＡｓを使用して同様の構造を作製してもよい。これにより使用波長λの範囲を、λ＞λ₁（λ₁：ＩｎＧａＡｓＰのバンドギャップ波長）から、λ＞λ₂（λ₁＞λ₂、λ₂：ＧａＡｓのバンドギャップ波長）と拡大することができる。
以上のような構成により、図６のような多波長光発生装置を構成することができる。
【００３６】
＜第４の実施の形態＞
図８に第４の実施の形態にかかわる多波長光発生装置を示す。第２の実施の形態における図４の光導波路３、リング型半導体光導波路５の代わりに、半導体光導波路１３、リング型半導体光導波路１４を備えて、第４の実施の形態にかかわる多波長光発生装置を構成することができる。また、リング部分１４が直線部分１３に再接近する部分を光の波長程度離して設計すれば、モード結合が生じて光カプラ４ａとなる。または、ＭＭＩカプラとしてもよい。
【００３７】
さらに、図４における光ゲート８の代わりに、電界吸収型半導体光変調器２２を備える構成とすることにより半導体光導波路１３、リング型半導体光導波路１４、半導体光増幅器６と併せて半導体基板１５の上に作製できるようになるため、小型で周回長の正確な多波長光発生装置を構成することができる。なお、電界吸収型半導体光変調器２２は、リング型半導体光導波路１４にバットジョイント接合し、光結合損失を低減することができる。
このような構成により、図８のような多波長光発生装置を構成することができる。
【００３８】
＜第５の実施の形態＞
図９に第５の実施の形態にかかわる多波長光発生装置を示す。第４の実施の形態における図８の光パルス発生器１の代わりに半導体パルス光源２３を備えて、第５の実施の形態にかかわる多波長光発生装置を構成することができる。また、多波長光変調装置２４を半導体多波長光変調器２６とすることにより、電界吸収型半導体光変調器２２、半導体光導波路１３、リング型半導体光導波路１４、半導体光増幅器６と併せて半導体基板１５の上に作製できるため、小型で周回長の正確な多波長光発生装置を構成することができる。なお、半導体パルス光源２３としては、ＥＡ−ＤＦＢレーザあるいは半導体モード同期レーザを、半導体多波長光変調器としてはモノリシック集積型多チャンネル変調器（ＡＷＧ−ＥＡ−ＳＯＡ）を使用することができる。
このような構成により、図９のような多波長光発生装置を構成することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、周波数間隔の等しい櫛型スペクトルを持つ光の広帯域化のために、従来よりも一般的な光部品である光ファイバ、半導体光増幅器、半導体光導波路、電界吸収型半導体光変調器などを使用し、安価に構成できる多波長光発生装置を提供することができる。
つまり、従来の多波長の光発生装置であるコヒーレント白色光源と比較して、本発明では安価な光部品を用いて構成できるという特徴を有する。
【００４０】
また本発明では、リング型光導波路内に光ゲートを設け、リング型光導波路内を周回する光パルスが光ゲートを通過するタイミングで、光ゲートを開くように調整することで、光雑音を抑制することができる。
【００４１】
さらに本発明では、構成要素の一部を半導体で形成し、半導体で形成した構成要素を集積化することにより、小型な多波長光発生装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の多波長光発生装置を示す構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の多波長光発生装置におけるスペクトル拡大原理を示す説明図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の多波長光発生装置に用いた半導体光増幅器での光パルスの位相変化を示す説明図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の多波長光発生装置を示す構成図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の多波長光発生装置に用いた光ゲートの機能を示す説明図。
【図６】本発明の第３の実施の形態の多波長光発生装置を示す構成図。
【図７】本発明の第３の実施の形態の多波長光発生装置に用いた半導体部分の構成を示す構成図。
【図８】本発明の第４の実施の形態の多波長光発生装置を示す構成図。
【図９】本発明の第５の実施の形態の多波長光発生装置を示す構成図。
【図１０】従来の多波長光発生装置を示す構成図。
【符号の説明】
１光パルス発生器
２光パルス
３光導波路
４，４ａ光カプラ
５リング型光導波路
６半導体光増幅器
７光パルス
８光ゲート
９高周波発振器
１０高周波ケーブル
１１高周波ケーブル
１２位相調節器
１３半導体光導波路
１４リング型半導体光導波路
１５半導体基板
１６低反射膜
１７低反射膜
１８光ファイバ
１９ＩｎＰクラッド層
２０ＩｎＧａＡｓＰコア層
２１ＩｎＰクラッド層
２２電界吸収型半導体光変調器
２３半導体パルス光源
２４多波長光変調装置
２５埋め込み層
２６半導体多波長光変調装置
０１光パルス発生器
０２光増幅器
０３光非線型媒質[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-wavelength light generator used in the fields of optical communication and optical measurement.
[0002]
[Prior art]
In recent years, there has been an increasing demand for multi-wavelength light sources that generate light having comb-shaped spectrums with equal frequency intervals and high accuracy in wavelength division multiplexing transmission for optical communication and high-precision optical frequency measurement for optical measurement. ing. In a pulse-type multi-wavelength light source that uses the spectrum of an optical pulse train as a comb-shaped spectrum, the optical frequency interval is determined by the accuracy of the high-frequency oscillator that drives the light source. Therefore, it has attracted attention as a multi-wavelength light source that meets the above requirements.
[0003]
In order to use a multi-wavelength light source as a wavelength-division multiplex transmission light source or an optical frequency measurement reference light source, a broadband spectrum is also important. In the case of a pulse type multi-wavelength light source, the spectrum width is about the reciprocal of the time width of the optical pulse, and the narrower the time width, the wider the spectrum. With a light source technology for communication at a practical level, it is relatively easy to generate an optical pulse with a time width of 10 ps, but its spectral broadening in the 1.55 μm band is as narrow as 0.35 nm.
[0004]
As a method for expanding the spectrum width, supercontinuum generation using a self-phase modulation effect which is one of nonlinear optical effects has been studied so far (see, for example, Patent Document 1). A typical configuration of a multi-wavelength light generator utilizing supercontinuum generation is as shown in FIG. Here, the peak intensity of the optical pulse generated from the optical pulse generator 01 is enhanced by the high-power optical amplifier 02. Thereafter, when the light passes through the optical nonlinear medium 03 whose wavelength dispersion is specially controlled, the spectrum spontaneously expands due to the self-phase modulation effect.
[0005]
Since the high-power optical amplifier 02 and the optical nonlinear medium 03 are special, they are very expensive, which is a big problem in constructing a multi-wavelength light source device.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-8-234249
[Problems to be solved by the invention]
Conventional supercontinuum generation that broadens light having comb-shaped spectrums with equal frequency intervals requires a high-power optical amplifier as described above and an optical nonlinear medium with specially controlled chromatic dispersion. Cost.
[0008]
An object of the present invention is to provide a multi-wavelength light generator that can be constructed at low cost by using optical components that are more general than conventional ones.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the multi-wavelength light generating apparatus of the first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, an optical pulse generator that repeatedly generates an optical pulse, a ring-type optical waveguide that circulates an optical pulse, and the optical pulse generator The optical pulse generated in the step is incident on the ring-type optical waveguide and circulated, and an optical coupler that takes out the optical pulse that has circulated around the ring-type optical waveguide and emits it to the outside, and is installed in the ring-type optical waveguide And at least one semiconductor optical amplifier that shifts the frequency of the optical pulse every time the optical pulse passes, and the optical pulses that have undergone a different number of frequency shifts coincide in time in the optical coupler. The multi-wavelength light generator is characterized in that the circumference of the ring-type optical waveguide is adjusted so as to be output.
[0010]
According to the multi-wavelength light generator of claim 2, an optical pulse generator that repeatedly generates an optical pulse, a ring-type optical waveguide that circulates the optical pulse, and an optical pulse generated by the optical pulse generator that is the ring An optical coupler that enters and circulates in the optical waveguide and takes out an optical pulse that has circulated through the ring optical waveguide and emits it to the outside, and is installed in the ring optical waveguide, through which the optical pulse passes. At least one semiconductor optical amplifier that shifts the frequency of the optical pulse each time, so that the optical pulse subjected to different frequency shifts is output in time coincidence in the optical coupler. A multi-wavelength light generating device in which at least one optical variable delay line for adjusting a circumferential length along the optical waveguide is installed in the ring optical waveguide And wherein the door.
[0011]
The multi-wavelength light generator according to claim 3 is a multi-wavelength light generator that includes the multi-wavelength light modulator in the output portion and encodes and outputs the multi-wavelength light.
[0012]
According to the multi-wavelength light generating device of claim 4, at least one optical gate provided in the ring optical waveguide, and the optical gate with respect to the optical pulse circulating around the ring optical waveguide. It is a multiwavelength light generator provided with a timing adjuster that is controlled to open only when the optical pulse passes.
[0013]
According to the multi-wavelength light generating device of claim 5, a ring-type semiconductor optical waveguide is used as the ring-type optical waveguide, and an optical pulse generated by the optical pulse generator is guided to the optical coupler and from the optical coupler. A multi-wavelength light generator that uses a semiconductor optical waveguide as an optical waveguide for guiding an emitted optical pulse to the outside, and integrates the ring-type semiconductor optical waveguide and the semiconductor optical waveguide together with the semiconductor optical amplifier on a semiconductor substrate. It is characterized by being.
[0014]
According to the multi-wavelength light generator of claim 6, a semiconductor pulse light source is used as the optical pulse generator, a semiconductor multi-wavelength light modulator is used as the multi-wavelength light modulator, and the semiconductor pulse light source and the semiconductor multi-wavelength light generator are used. It is a multi-wavelength light generator that integrates a wavelength optical modulator on a semiconductor substrate together with the semiconductor optical amplifier and the semiconductor optical waveguide.
[0015]
According to the multi-wavelength light generating device of claim 7, a ring-type semiconductor optical waveguide is used as the ring-type optical waveguide, and the optical pulse generated by the optical pulse generator is guided to the optical coupler and from the optical coupler. A semiconductor optical waveguide is used as an optical waveguide for guiding the emitted optical pulse to the outside, an electroabsorption semiconductor optical modulator is used as the optical gate, and the ring-type semiconductor optical waveguide and the semiconductor optical waveguide are connected to the electric field. It is a multiwavelength light generator integrated on a semiconductor substrate together with an absorption semiconductor optical modulator and the semiconductor optical amplifier.
[0016]
According to the multiwavelength light generator of claim 8, a semiconductor pulse light source is used as the optical pulse generator, a semiconductor multiwavelength light modulator is used as the multiwavelength light modulator, and the semiconductor pulse light source and the The semiconductor multi-wavelength light modulator is a multi-wavelength light generator that integrates the electro-absorption semiconductor light modulator, the semiconductor optical amplifier, and the semiconductor optical waveguide on a semiconductor substrate.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0018]
<First Embodiment>
FIG. 1 is a configuration diagram of a multi-wavelength light generator according to a first embodiment of the present invention. The spectrum of the optical pulse 2 repeatedly generated from the optical pulse generator 1 is a comb spectrum as shown in FIG. The optical pulse 2 passes through the optical waveguide 3 and enters the ring-type optical waveguide 5 via the optical coupler 4 and circulates in the ring. When the optical pulse is incident on the semiconductor optical amplifier 6, the optical frequency is shifted to become an optical pulse having a spectrum as shown in FIG. Here, the reason why the frequency of the optical pulse is shifted in the semiconductor optical amplifier 6 is as follows.
[0019]
That is, when an optical pulse is incident on the semiconductor optical amplifier 6 and optical amplification is started, carriers disappear and the carrier density decreases. As a result, the refractive index increases due to the plasma effect of the carriers, and the light phase φ (t) also increases as shown in FIG. At this time, since the phase change near the center of the optical pulse is φ (t) = αt (α: constant), the phase exp (−iωt) of the light of frequency ω is exp (−iωt + iφ (t)) = exp ( −i (ω−α) t) and shift to the frequency (ω−α).
Such a phenomenon (frequency shift phenomenon of an optical pulse) is also shown in the following non-patent document, and is particularly prominently shown in FIGS. 3 and 13 of this document.
[0020]
G. P. Agrawal et al. "Self-phase modulation and spectral broadening of optical pulses in semiconductor laser amplifiers", IEEE journal of Quantum Electronics vol. 25, no. 11, 2297-2306, 1989.
[0021]
When the optical pulse that has passed through the semiconductor optical amplifier 6 reaches the optical coupler 4 and is synthesized with the next optical pulse generated from the optical pulse generator 1 and having the same spectrum as that shown in FIG. The spectrum is as shown in c). Here, the circulation length of the ring (ring-type optical waveguide 5) is adjusted so that the optical pulse circulating around the ring coincides with the next optical pulse generated from the optical pulse generator 1 in time by the optical coupler 4. Keep it.
[0022]
Instead of adjusting the circumference of the ring (ring-type optical waveguide 5), an optical variable delay line for adjusting the circumference of the ring-type optical waveguide 5 may be installed in the ring-type optical waveguide 5. Good.
[0023]
The optical pulse with the synthesized spectrum as shown in FIG. 2 (c) goes around the ring again and undergoes a frequency shift again by the semiconductor optical amplifier 6, resulting in a spectrum as shown in FIG. 2 (d). Furthermore, when an optical pulse having such a spectrum reaches the optical coupler 4 and the spectrum is synthesized again, the spectrum shown in FIG. 2 (e) is obtained. In this way, the spectrum is expanded every time the light pulse goes around the ring, and becomes as shown in FIG. The light having such a spectrum is extracted to the outside through the optical coupler 4 as an optical pulse 7. When the optical pulse 7 passes through the multi-wavelength light modulator 24, it is output as encoded multi-wavelength light.
[0024]
With the configuration as described above, a multi-wavelength light generator that generates encoded multi-wavelength light can be configured.
[0025]
The semiconductor optical amplifier 6 does not oscillate in the ring and sets the gain value so as to compensate for the optical loss of the ring.
The optical waveguide 3 and the ring optical waveguide 5 are made of a linear optical medium.
When the output characteristics of the optical coupler 4 and the semiconductor optical amplifier 6 are polarization-dependent, the optical waveguide 3 and the ring optical waveguide 5 are polarization-maintaining optical fibers, or optical fibers incorporating a polarization controller, or Fabricated with a semiconductor optical waveguide.
In addition, since the multi-wavelength light generator does not oscillate in the ring portion, there is almost no temperature rise, and no special temperature adjusting device is required.
[0026]
<Second Embodiment>
FIG. 4 shows a multiwavelength light generating apparatus according to the second embodiment. In the multi-wavelength light generating apparatus according to the first embodiment, the optical gate 8 is installed in the ring, and further provided with a timing adjuster that controls the optical gate 8 so that it is opened only when the optical pulse passes. A multi-wavelength light generating apparatus according to the embodiment can be configured.
[0027]
The timing adjuster includes a high-frequency oscillator 9 that generates a high-frequency signal, high-frequency cables 10 and 11 that transmit the high-frequency signal to the optical gate 8 and the optical pulse generator 1, and an optical gate that is opened and closed according to the high-frequency signal. 8 and a phase adjuster 12 that adjusts the phase relationship so as to synchronize the optical pulse train according to the high-frequency signal. The phase adjuster 12 can be installed on the high-frequency cable 10 or the high-frequency cable 11. Alternatively, the length of the high-frequency cable 10 or the high-frequency cable 11 may be adjusted for phase adjustment. As the optical gate 8, an electroabsorption semiconductor light intensity modulator or a Mach-Zehnder LiNbO ₃ light intensity modulator can be used.
[0028]
As shown in FIG. 5, the optical pulse train generated by the periodic high-frequency signal and the opening / closing operation of the optical gate 8 are both periodic. When the optical pulse train and the open / close position of the optical gate 8 are adjusted by the phase adjuster 12 as shown in FIG. 5, the optical pulse circulates in the ring when the optical gate is opened, and the optical gate 8 is closed otherwise. An optical pulse in which optical noise such as spontaneous emission light generated from the optical amplifier 6 is reduced can be obtained. Therefore, the oscillation of the semiconductor optical amplifier 6 due to the accumulation of spontaneously emitted light in the ring can be suppressed at the same time.
[0029]
In this way, it is possible to configure a multi-wavelength light generator that can reduce the optical noise and suppress the oscillation of the semiconductor optical amplifier 6.
[0030]
<Third Embodiment>
FIG. 6 shows a multi-wavelength light generating apparatus according to the third embodiment. 1 is provided with a semiconductor optical waveguide 13 and a ring-type semiconductor optical waveguide 14 instead of the optical waveguide 3 and the ring-type optical waveguide 5 of FIG. 1, and multiwavelength light generation according to the third embodiment is performed. A device can be configured. Further, if the portion where the straight portion (semiconductor optical waveguide) 13 is closest to the ring portion (ring-type semiconductor optical waveguide) 14 is designed to be separated by about the wavelength of light, mode coupling occurs and the optical coupler 4a is obtained. Alternatively, the linear portion 13 and the ring portion 14 may be monolithically joined to form an MMI coupler.
[0031]
The semiconductor optical waveguide 13 and the ring-type semiconductor optical waveguide 14 are fabricated on the semiconductor substrate 15 together with the semiconductor optical amplifier 6. For this reason, a compact multi-wavelength light generating device that can accurately produce a loop length so that optical pulses that have undergone different frequency shifts are output in time coincidence by the optical coupler 4a (or MMI coupler) is configured. can do.
[0032]
When the optical pulse from the optical pulse generator 1 enters the semiconductor optical waveguide 13, low reflection films 16 and 17 are provided in order to reduce the reflected light on the semiconductor end face. The light incident on the semiconductor optical waveguide 13 and the light emitted from the semiconductor optical waveguide 13 are guided by the optical fiber 18, but can be directly incident and emitted without using the optical fiber 18.
[0033]
FIG. 7 shows the configuration of the semiconductor portion of the multi-wavelength light generator of FIG. The semiconductor optical waveguide 13 and the ring-type semiconductor optical waveguide 14 are composed of an InP clad layer 19, an InGaAsP core layer 20, and an InP clad layer 21, and the optical waveguide is transparent with respect to incident light at the band gap wavelength of the InGaAsP core layer 20. Thus, it is set to a value smaller than the incident light wavelength. Further, the semiconductor optical amplifier 6 and the ring-type semiconductor optical waveguide 14 can reduce optical coupling loss by butt joint joining. If these structures are formed in the InP buried layer 25, the waveguide is protected and reinforced. Alternatively, when the semiconductor optical waveguide 13 and the ring-type semiconductor optical waveguide 14 have a high mesa structure, the optical confinement in the lateral direction of the optical waveguide becomes strong, and the ring-type optical waveguide has a smaller radius. These structures may be embedded in the embedded layer 25 of glass or organic material. Thereby, an optical waveguide can be protected and reinforced.
[0034]
Further, by using a semiconductor pulse light source as the optical pulse generator 1 and a semiconductor multi-wavelength optical modulator as the multi-wavelength light modulator 24, the semiconductor optical waveguide 13, the ring-type semiconductor optical waveguide 14, and the semiconductor optical amplifier 6 are combined. Thus, the device can be manufactured on the semiconductor substrate 15 and the apparatus can be downsized. Note that an EA-DFB laser or a semiconductor mode-locked laser can be used as the semiconductor pulse light source, and a monolithic integrated multi-channel modulator (AWG-EA-SOA) can be used as the semiconductor multi-wavelength optical modulator.
[0035]
Although InP and InGaAsP are used as semiconductor materials in FIG. 7, a similar structure may be fabricated using AlGaAs instead of InP and GaAs instead of InGaAsP. As a result, the usable wavelength λ can be expanded from λ> λ ₁ (λ ₁ : InGaAsP bandgap wavelength) to λ> λ ₂ (λ ₁ > λ ₂ , λ ₂ : GaAs bandgap wavelength). it can.
With the above configuration, a multi-wavelength light generator as shown in FIG. 6 can be configured.
[0036]
<Fourth embodiment>
FIG. 8 shows a multi-wavelength light generating apparatus according to the fourth embodiment. The multiwavelength light according to the fourth embodiment is provided with a semiconductor optical waveguide 13 and a ring-type semiconductor optical waveguide 14 instead of the optical waveguide 3 and the ring-type semiconductor optical waveguide 5 of FIG. 4 in the second embodiment. A generator can be constructed. Further, if the portion where the ring portion 14 approaches the straight portion 13 again is designed to be separated by about the wavelength of light, mode coupling occurs and the optical coupler 4a is obtained. Alternatively, an MMI coupler may be used.
[0037]
Further, instead of the optical gate 8 in FIG. 4, an electroabsorption semiconductor optical modulator 22 is provided so that the semiconductor optical waveguide 13, the ring-type semiconductor optical waveguide 14, and the semiconductor optical amplifier 6 are combined with the semiconductor substrate 15. Since it can be manufactured on the top, it is possible to configure a small-sized and accurate multi-wavelength light generator with a circular length. The electroabsorption semiconductor optical modulator 22 can be butt-jointed to the ring-type semiconductor optical waveguide 14 to reduce optical coupling loss.
With such a configuration, a multi-wavelength light generator as shown in FIG. 8 can be configured.
[0038]
<Fifth embodiment>
FIG. 9 shows a multi-wavelength light generating apparatus according to the fifth embodiment. A multi-wavelength light generation apparatus according to the fifth embodiment can be configured by including the semiconductor pulse light source 23 instead of the optical pulse generator 1 of FIG. 8 in the fourth embodiment. In addition, by using the multi-wavelength optical modulator 24 as the semiconductor multi-wavelength optical modulator 26, the electroabsorption semiconductor optical modulator 22, the semiconductor optical waveguide 13, the ring-type semiconductor optical waveguide 14, and the semiconductor optical amplifier 6 are combined. Since it can be fabricated on the substrate 15, it is possible to configure a multi-wavelength light generator that is small and has an accurate circumference. As the semiconductor pulse light source 23, an EA-DFB laser or a semiconductor mode-locked laser can be used, and as the semiconductor multi-wavelength optical modulator, a monolithic integrated multi-channel modulator (AWG-EA-SOA) can be used.
With such a configuration, a multi-wavelength light generator as shown in FIG. 9 can be configured.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, the present invention is an optical fiber, a semiconductor optical amplifier, a semiconductor optical waveguide, and an electroabsorption type, which are optical components that are more general than before, in order to broaden the bandwidth of light having comb-shaped spectra with equal frequency intervals. It is possible to provide a multi-wavelength light generator that can be configured at low cost using a semiconductor optical modulator or the like.
That is, as compared with a coherent white light source that is a conventional multi-wavelength light generator, the present invention has a feature that it can be configured using inexpensive optical components.
[0040]
In the present invention, an optical gate is provided in the ring optical waveguide, and the optical noise is suppressed by adjusting the optical gate to open at the timing when the optical pulse circulating in the ring optical waveguide passes through the optical gate. can do.
[0041]
Furthermore, in the present invention, a part of the constituent elements is formed of a semiconductor, and the constituent elements formed of the semiconductor are integrated, whereby a small multi-wavelength light generator can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a multi-wavelength light generator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the principle of spectrum expansion in the multi-wavelength light generator according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a phase change of an optical pulse in a semiconductor optical amplifier used in the multi-wavelength light generation apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram showing a multi-wavelength light generator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the function of an optical gate used in the multi-wavelength light generation apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram showing a multi-wavelength light generator according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a configuration of a semiconductor portion used in a multi-wavelength light generator according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram showing a multi-wavelength light generator according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram showing a multi-wavelength light generator according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram showing a conventional multi-wavelength light generator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical pulse generator 2 Optical pulse 3 Optical waveguide 4, 4a Optical coupler 5 Ring type optical waveguide 6 Semiconductor optical amplifier 7 Optical pulse 8 Optical gate 9 High frequency oscillator 10 High frequency cable 11 High frequency cable 12 Phase adjuster 13 Semiconductor optical waveguide 14 Ring Type semiconductor optical waveguide 15 semiconductor substrate 16 low reflection film 17 low reflection film 18 optical fiber 19 InP clad layer 20 InGaAsP core layer 21 InP clad layer 22 electroabsorption semiconductor light modulator 23 semiconductor pulse light source 24 multi-wavelength light modulator 25 embedded Layer 26 Semiconductor multi-wavelength light modulator 01 Optical pulse generator 02 Optical amplifier 03 Optical nonlinear medium

Claims

An optical pulse generator that repeatedly generates optical pulses;
A ring-type optical waveguide that circulates an optical pulse;
The optical pulse generated by the optical pulse generator is incident on the ring optical waveguide and circulated, and an optical coupler that takes out the optical pulse that has circulated through the ring optical waveguide and emits the optical pulse to the outside,
It is installed in the ring type optical waveguide, and comprises at least one semiconductor optical amplifier that shifts the frequency of the optical pulse every time the optical pulse passes,
A multi-wavelength light generating device characterized in that the circumference of the ring-type optical waveguide is adjusted so that optical pulses having undergone different frequency shifts are output in time coincidence in the optical coupler.

An optical pulse generator that repeatedly generates optical pulses;
A ring-type optical waveguide that circulates an optical pulse;
The optical pulse generated by the optical pulse generator is incident on the ring optical waveguide and circulated, and an optical coupler that takes out the optical pulse that has circulated through the ring optical waveguide and emits the optical pulse to the outside,
It is installed in the ring type optical waveguide, and comprises at least one semiconductor optical amplifier that shifts the frequency of the optical pulse every time the optical pulse passes,
At least one or more optical variable delay lines that adjust the circuit length along the ring optical waveguide so that optical pulses that have undergone different frequency shifts are output in time coincidence in the optical coupler, A multi-wavelength light generating apparatus, wherein the multi-wavelength light generating apparatus is installed in the ring-type optical waveguide.

The multi-wavelength light generator according to claim 1 or 2,
A multi-wavelength light generation apparatus comprising a multi-wavelength light modulation device in an output portion and encoding and outputting multi-wavelength light.

The multi-wavelength light generator according to any one of claims 1 to 3,
At least one optical gate provided in the ring-type optical waveguide;
A multi-wavelength light generator, comprising: a timing adjuster that controls the optical gate to open only when the optical pulse passes through the ring-shaped optical waveguide.

The multi-wavelength light generator according to any one of claims 1 to 4,
Using a ring-type semiconductor optical waveguide as the ring-type optical waveguide,
Using a semiconductor optical waveguide as an optical waveguide for guiding the optical pulse generated by the optical pulse generator to the optical coupler and guiding the optical pulse emitted from the optical coupler to the outside,
A multi-wavelength light generating apparatus, wherein the ring-type semiconductor optical waveguide and the semiconductor optical waveguide are integrated on a semiconductor substrate together with the semiconductor optical amplifier.

The multi-wavelength light generator according to claim 5,
Using a semiconductor pulse light source as an optical pulse generator,
Using a semiconductor multiwavelength light modulator as a multiwavelength light modulator,
A multi-wavelength light generating apparatus, wherein the semiconductor pulse light source and the semiconductor multi-wavelength optical modulator are integrated on a semiconductor substrate together with the semiconductor optical amplifier and the semiconductor optical waveguide.

The multi-wavelength light generator according to claim 4 or 5,
Using a ring-type semiconductor optical waveguide as the ring-type optical waveguide,
Using a semiconductor optical waveguide as an optical waveguide for guiding the optical pulse generated by the optical pulse generator to the optical coupler and guiding the optical pulse emitted from the optical coupler to the outside,
Using an electroabsorption semiconductor optical modulator as the optical gate,
A multi-wavelength light generating apparatus, wherein the ring-type semiconductor optical waveguide and the semiconductor optical waveguide are integrated on a semiconductor substrate together with the electroabsorption semiconductor optical modulator and the semiconductor optical amplifier.

The multi-wavelength light generator according to claim 7,
Using a semiconductor pulse light source as the optical pulse generator,
Using a semiconductor multi-wavelength light modulator as the multi-wavelength light modulator,
A multi-wavelength light generating device, wherein the semiconductor pulse light source and the semiconductor multi-wavelength optical modulator are integrated on a semiconductor substrate together with the electroabsorption semiconductor optical modulator, the semiconductor optical amplifier, and the semiconductor optical waveguide. .