JP4282573B2 - 半導体光増幅駆動装置 - Google Patents

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Description

この発明は、半導体光増幅デバイス、半導体光増幅駆動装置、および半導体光受信装置に関し、より特定的には、外部からの光信号を増幅する半導体光増幅デバイス、半導体光増幅駆動装置、および半導体光受信装置に関する。
現在の光通信システムは、強度変調された光信号を光ファイバの中に伝送させている。この光信号は、ファイバの中で幾度もファイバ内壁に反射しながら進むが、反射時の吸収損失や散乱損失により、反射するたびに信号強度は弱くなる。その結果、光信号の信号波形が崩れ、信号の品質を表す信号対雑音比（以下、Ｓ／Ｎ比）が低下し、信号の伝送品質が低くなる。この伝送損失は、反射の回数が多いほど、すなわち伝送距離が長いほど大きくなる。伝送損失の増大は、伝送距離を制限することにつながる。
さらに、光ファイバ内だけでなく、中継機やスイッチなど多くの装置を経由する過程で様々な要因により光信号は劣化してゆく。光信号の劣化は、ビット誤り率（ＢＥＲ：ビットエラーレート）が増大する大きな原因となる。ビットエラーレートの増大を防ぐため、劣化した微弱な信号を検知できる受信器の開発が行われてきた。
現在、光通信用の受信器には、長波長帯用のＩｎＧａＡｓ系半導体材料を用いたフォトダイオード（ＰＤ）が広く使用されている。フォトダイオードの空乏層を厚くすることで受信器の感度を向上することができる。しかし、フォトダイオードの空乏層を厚くすると応答の高速性が低下してしまうという課題があり、将来の大容量かつ超高速な光通信での使用は困難である。
また、最近では、単一走行キャリアフォトダイオード（Uni-Traveling-Carrier Photodiode：ＵＴＣ−ＰＤ）という新しいフォトダイオードも特許文献１において提唱されている。通常のフォトダイオードではホールおよび電子が走行キャリアとなるが、走行速度の遅いホールが高速応答を妨げる。そこで、ＵＴＣ−ＰＤではホールを使わず、走行速度の速い電子のみを使うことで、数百ＧＨｚ以上の高速応答を可能にしている。
しかし、走行キャリアを電子のみにすることで高速応答性および高出力性を向上させたＵＴＣ−ＰＤでは、微弱な信号を検知する性能そのものは従来のフォトダイオードと変わらない。そのため、ＵＴＣ−ＰＤは、伝送損失が生じて劣化した光信号には適さない。そこで、受信器の性能を上げる代わりに、劣化した信号を増幅することで伝送損失を解決する技術も開発されている。
従来からの一般的な信号増幅技術として、光−電気−光変換方法が用いられてきた。光−電気−光変換方法とは、光信号を一度フォトダイオードなどの受光素子で受けて電気信号に変換し、それを電気的アンプ（増幅器）やクロック抽出回路などを用いて増幅・整形し、それを光源に入力してもう一度光信号に変換するという信号増幅技術である。
しかし、通信の大容量化・超高速化に伴い、時間のロスとなる光−電気−光変換を行なわない全光信号処理の実現が推進されるようになってきた。光信号のままで信号増幅や波形整形を行なう全光信号処理の技術がいくつか提案されている。
例えば、半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）は、光活性層を持つ素子に光を注入し、誘導放出を起こして増幅された出力光を得る。ＳＯＡは、基本的に半導体レーザと同じ構造なので、半導体レーザの作製法を応用でき、小型で簡潔な構成になる利点がある。
しかし、ＳＯＡによって光強度を増幅する方法では、増幅された自然放出光（Amplified Spontaneous Emission）による雑音（ＡＳＥ雑音）の発生を避けられない。そのため、信号として使用できるレベル以下まで出力光のＳ／Ｎ比が悪化してしまう。また、増幅できる信号強度にも下限がある。たとえば、究極の安全な通信方法として将来を期待されている量子暗号通信では、光子単位の微弱な信号を用いるため、ＳＯＡ単体での使用は不可能である。
そこで、劣化した光信号を波形整形することで伝送損失を解決する技術が開発されている。一例として、可飽和吸収領域を有する双安定半導体レーザを利用した光信号再生について、以下に図面を参照して説明する。
図１７は、従来の可飽和吸収領域つき双安定半導体レーザの注入光−光出力特性曲線を示した図である。図１７において、横軸が光増幅領域への注入光、縦軸が注入光強度に応じて得られる光出力強度をそれぞれ示す。
図１７に示すように、従来の双安定半導体レーザでは、注入光と光出力との関係にヒステリシスの特性がみられる。以下では、Ａで示した実線の経路を辿る状態をヒステリシスの下部、Ｂで示した破線の経路を辿る状態をヒステリシスの上部とそれぞれ呼ぶ。
双安定半導体レーザの光増幅領域にのみ光を入力していくと、図１７に示すように、光出力はＡの経路であるＰ４からＰ１をたどって増大していく。このとき、光増幅領域で発生した光を吸収することにより、可飽和吸収領域でのキャリア濃度が増大していく。これに伴い、可飽和吸収領域の光吸収効果は減少していく。
さらに光増幅領域への注入光を増大させていくと、光吸収効果が飽和し、注入光強度がＰｔｈ１となったところで光出力がＰ１からＰ２へと急激に増大する。このＰｔｈ１を本明細書ではヒステリシスの立ち上がり閾値と呼ぶ。
一方、今度は光増幅領域への注入光を減らしていくと、可飽和吸収領域はすぐには光吸収効果を回復できないので、光出力は急激には減らず、Ｂの経路であるＰ２からＰ３をたどって緩やかに減少していく。このとき、キャリア濃度および光出力が減少していく。
さらに光増幅領域への注入光を減少させていくと、キャリア濃度および光出力の減少によって可飽和吸収領域の光吸収効果が回復し、注入光強度がＰｔｈ２となったところで光出力がＰ３からＰ４へと急激に減少する。このＰｔｈ２を本明細書ではヒステリシスの立下り閾値と呼ぶ。
上記のヒステリシスの形状は、双安定半導体レーザの可飽和吸収領域への光注入または電流注入によって影響を受ける。可飽和吸収領域に光が注入されると光子が発生する。可飽和吸収領域に電流が注入されるとキャリアの注入により光子が発生する。これらの結果として、可飽和吸収領域の光子が増加する。これにより、可飽和吸収領域の光吸収効果が減少し、ヒステリシス全体が注入電流値の低い側へ移動する。さらに、光または電流の注入量の変動によってヒステリシスの形状が変動する。
また、光増幅領域への光注入または電流注入によって、双安定半導体レーザにバイアスをかけることもできる。光増幅領域に光が注入されると光子の注入によりキャリアが発生する。光増幅領域に電流が注入されるとキャリアが発生する。これらの結果、光増幅領域のキャリアが増大し、双安定半導体レーザにバイアスがかかる。さらに、光または電流の注入量の変動によってバイアス量が変動する。
図１８は、可飽和吸収領域を有する双安定半導体レーザを用いた従来の光信号再生装置の動作特性を説明するための図である。図１８において、（ａ）は図１７に示した注入光−光出力特性曲線、（ｂ）は（ａ）の特性を有する双安定半導体レーザに注入される光信号ＰＩＮ、（ｃ）は（ａ）の特性を有する双安定半導体レーザに（ｂ）の光信号ＰＩＮを注入して得られる出力光ＰＯＵＴをそれぞれ表わす。
図１８（ａ）のような注入光−光出力特性を有する双安定半導体レーザに対して、図１８（ｂ）に示すように閾値Ｐｔｈ２以下の光強度と発振閾値Ｐｔｈ１以上の光強度との間で変調される光信号ＰＩＮを注入することにより、図１８（ｃ）に示すように増幅された双安定半導体レーザの出力光ＰＯＵＴが得られる。特許文献２は、双安定半導体レーザを利用して光増幅を行う光信号再生装置の一例について開示しており、以下に図面を参照して説明する。
図１９は、双安定状態の半導体レーザに注入される光がどのようにして作られるかを説明するための図である。図１９において、（ａ）は劣化した２値光信号ＰＳ、（ｂ）は（ａ）に印加されるクロックパルス光ＰＣＫ、（ｃ）は（ａ）の光信号ＰＳに（ｂ）のクロックパルス光ＰＣＫを印可して生成された注入光ＰＩをそれぞれ表わす。
図１９（ａ）の２値光信号ＰＳは、高レベル時においても双安定半導体レーザの発振閾値Ｐｔｈ１以下の弱い強度である。図１９（ｂ）のクロックパルス光ＰＣＫは、図１９（ａ）の光信号ＰＳと位相が完全に同期するように作られる。図１９（ｃ）の注入光ＰＩは、図１９（ｂ）のクロックパルス光ＰＣＫが印加されることで、クロックパルス光ＰＣＫ印可分の振幅が加算されている。そのため、図１９（ｃ）の注入光ＰＩは、光信号ＰＳの２値に従ってＰｔｈ１とＰｔｈ２との間を上下することができる。
図２０は、双安定半導体レーザ１２１を用いて光増幅を行う光信号再生装置１００の構成を示した図である。
図２０を参照して、双安定半導体レーザ１２１は、光増幅領域１２２と、可飽和吸収領域１２３と、活性層１２６とを備える。双安定半導体レーザ１２１は、一定のバイアス電流ＩＢ（ＩＢ＜双安定半導体レーザ１２１の発振電流閾値）が注入された状態で、図１９（ａ）に示された光信号ＰＳと、図１９（ｂ）に示されたクロックパルス光ＰＣＫとを活性層１２６から注入される。
これにより、光信号ＰＳがクロックパルス光ＰＣＫの印加を受けて双安定半導体レーザ１２１の発振閾値Ｐｔｈ１を上下するので、光信号再生装置１００は、大きな振幅を持つ出力光ＰＯを得ることができる。よって、発振閾値Ｐｔｈ１を超えられないほど強度が弱くなった光信号ＰＳでも、クロックパルス光ＰＣＫの印加によってヒステリシスの上部へ移行できる。その結果、増幅された出力光ＰＯが得られる。
特開平９−２７５２２４号公報 特表平５−５０７１５６号公報
双安定状態の半導体レーザは、発振閾値程度の微弱な光信号を増幅できるものの、注入光の強度が閾値を上下しなければ光信号を増幅できないという制限がある。そのため、双安定半導体レーザによる光増幅は、振幅が小さかったり強度が閾値未満にまで減衰した光信号には使えない。
また、閾値以上の強度を持たないほど弱くなってしまった光信号にクロック信号を印可して閾値を上下させる方法では、光信号の位相とクロック信号の位相とを完全に同期させる必要がある。超高速通信においては、信号を同期させる調整が一般に困難である。
この発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、消費電力が小さく、伝送損失を受けた光信号を受信でき、光信号を増幅しビットエラーレートを低減できる半導体光増幅デバイス、半導体光増幅駆動装置、および半導体光受信装置を提供することである。
この発明のある局面によれば、光信号を増幅する半導体光増幅駆動装置であって、光増幅領域と可飽和吸収領域とを含む活性層を有する半導体光増幅デバイスを備え、活性層は、光信号を含む注入光を受けて、当該注入光が増幅された出力光を出射する。半導体光増幅駆動装置は、さらに、出力光の一部を検出して電気信号に変換する光電変換素子と、電気信号を受けて、光信号と該光信号に含まれる雑音とが確率的に同期するように出力光の状態をモニターするフィードバック制御回路と、フィードバック制御回路から出力される第１の制御信号に応じて、光増幅領域に第１の電流を供給する第１の電流供給回路と、フィードバック制御回路から出力される第２の制御信号に応じて、可飽和吸収領域に第２の電流を供給する第２の電流供給回路とを備える。
好ましくは、半導体光増幅デバイスは、第１の極性の電極と、第１の極性の電極に対して設けられる第２の電極とを備える。第１の極性の電極および第２の極性の電極の少なくとも一方は、光増幅領域と可飽和吸収領域とに対して独立に電流を注入できるように分割されている。
好ましくは、光増幅領域は、可飽和吸収領域の両側にそれぞれ配置される第１および第２の光増幅領域を含む。第１および第２の光増幅領域の一方の端面から注入光が入射され、第１および第２の光増幅領域の他方の端面から出力光が出射される。
好ましくは、可飽和吸収領域の共振器方向に占める長さの割合は、１％以上であり、かつ５０％未満である。
好ましくは、光増幅領域および可飽和吸収領域に注入される電流の強度は、出力光の振幅が増大し、光信号のビットエラーレートが低減するように調整されている。
好ましくは、半導体光増幅デバイスは、双安定状態の半導体レーザである。
この発明の他の局面によれば、光信号を増幅する半導体光増幅駆動装置であって、光増幅領域と可飽和吸収領域とを含む活性層を有する半導体光増幅デバイスを備え、活性層は、光信号を含む注入光を受けて、当該注入光が増幅された出力光を出射する。半導体光増幅駆動装置は、さらに、注入光の一部を検出して電気信号に変換する光電変換素子と、電気信号を受けて、光信号と該光信号に含まれる雑音とが確率的に同期するように注入光の状態をモニターするフィードバック制御回路と、フィードバック制御回路から出力される第１の制御信号に応じて、光増幅領域に第１の電流を供給する第１の電流供給回路と、フィードバック制御回路から出力される第２の制御信号に応じて、可飽和吸収領域に第２の電流を供給する第２の電流供給回路とを備える。
好ましくは、半導体光増幅デバイスは、第１の極性の電極と、第１の極性の電極に対して設けられる第２の電極とを備える。第１の極性の電極および第２の極性の電極の少なくとも一方は、光増幅領域と可飽和吸収領域とに対して独立に電流を注入できるように分割されている。
好ましくは、光増幅領域は、可飽和吸収領域の両側にそれぞれ配置される第１および第２の光増幅領域を含む。第１および第２の光増幅領域の一方の端面から注入光が入射され、第１および第２の光増幅領域の他方の端面から出力光が出射される。
好ましくは、可飽和吸収領域の共振器方向に占める長さの割合は、１％以上であり、かつ５０％未満である。
好ましくは、光増幅領域および可飽和吸収領域に注入される電流の強度は、出力光の振幅が増大し、光信号のビットエラーレートが低減するように調整されている。
好ましくは、半導体光増幅デバイスは、双安定状態の半導体レーザである。
この発明によれば、消費電力が小さく、伝送損失を受けた光信号を受信でき、光信号を増幅しビットエラーレートを低減することができる。
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１における半導体光増幅デバイス１の共振器側面の概略的な構成を示した断面図である。
図１を参照して、実施の形態１の半導体光増幅デバイス１は、活性層２と、ｎ型ＩｎＰ（インジウムリン）基板９と、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２と、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３と、ｐ電極２１〜２３と、ｎ電極２７〜２９とを備える。ｎ型ＩｎＰ基板９の上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２が形成されている。ｎ型ＩｎＰクラッド層１２の上に、活性層２が形成されている。
活性層２は、ＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウム砒素リン）から構成され、可飽和吸収領域４と、光増幅領域５，６とを含む。光増幅領域５，６は、半導体光増幅デバイス１の共振器側面から見て、可飽和吸収領域４の両側にそれぞれ設けられている。光増幅領域５は、注入光Ｐｉｎが入射される入射面７を有する。光増幅領域６は、出力光Ｐｏｕｔが出射される出射面８を有する。
活性層２の上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３が形成されている。ｐ型ＩｎＰクラッド層１３の上に、ｐ電極２１〜２３が設けられている。ｐ電極２１は、可飽和吸収領域４に対して設けられており、ｐ電極２２，２３は、光増幅領域５，６に対してそれぞれ設けられている。ｐ電極２１〜２３からは、注入電流がそれぞれ注入される。ｐ電極２１〜２３に対応して、ｎ型ＩｎＰ基板９の下にｎ電極２７〜２９がそれぞれ設けられている。
光増幅領域５，６には、ｐ電極２２，２３を介して、共通の変調電流がそれぞれ注入される。可飽和吸収領域４には、ｐ電極２１を介して、光増幅領域５，６とは独立に変調電流が注入される。
可飽和吸収領域４および光増幅領域５，６は、半導体光増幅デバイス１が双安定状態となる条件で構成されている。光増幅領域５，６へ直流電流を注入すると、半導体光増幅デバイス１は双安定状態となって動作する。共振器方向における可飽和吸収領域４の長さは、共振器長さ全体の約１０％としている。
実施の形態１の半導体光増幅デバイス１は、活性層２が可飽和吸収領域４と光増幅領域５，６との３つに分割されているのに合わせて、ｐ電極およびｎ電極もそれぞれ３つに分割されている。つまり、半導体光増幅デバイス１は、可飽和吸収領域４および光増幅領域５、６にそれぞれ注入される注入電流の制御をより独立に行いやすい構造となっている。
これにより、可飽和吸収領域４を流れる電流と光増幅領域５、６を流れる電流とが互いに干渉してしまうのを回避することができる。なお、図１ではｐ電極およびｎ電極がともに分割されている例を示しているが、これは一例であり、電流を独立に注入するには少なくとも一方の電極が分割されていれば十分である。
入射面７から入射される注入光Ｐｉｎは、「１」または「０」の２値からなる光信号に有色雑音の強度変化を示す雑音光を付加して生成されている。白色雑音が周波数帯域を持たないに対し、有色雑音は周波数帯域を有する。有色雑音の周波数帯域は、カットオフ周波数によって表わされる。
半導体光増幅デバイス１の活性層２のうち、可飽和吸収領域４の部分にはキャリア寿命を調整するために不純物を添加している。ここでは、不純物としてＳｉ（シリコン）を１×１０19ｃｍ-3添加している。
次に、半導体光増幅デバイス１の動作について説明する。以下では、非周期的でランダムな強度変化を持ち、光信号に対する雑音として活性層に意図的に注入する光を「付加雑音光」と称し、伝送路等に起因する雑音とは区別している。
図２〜４は、この発明の実施の形態１における半導体光増幅デバイス１の活性層２への注入光Ｐｉｎがどのように生成されるかを説明するための図である。
図２は、「１」または「０」の２値を持つ劣化した光信号Ｐ０の時間波形を示す。図３は、付加雑音光Ｐｎの時間波形を示す。以下では、付加雑音光Ｐｎの最大値と最小値との差分ΔＰｎを付加雑音光Ｐｎの雑音強度と呼ぶ。図４は、図２の光信号Ｐ０に図３の付加雑音光Ｐｎを付加した注入光Ｐｉｎ＝Ｐ０＋Ｐｎの時間波形を示している。こうして生成された注入光Ｐｉｎは、図１の半導体光増幅デバイス１の活性層２へと注入される。
図５は、この発明の実施の形態１における半導体光増幅デバイス１の動作特性を説明するための図である（図１７、図１８の説明も参照）。
図５において、（ａ）は図１の半導体光増幅デバイス１における注入光−光出力特性、（ｂ）は図４で説明した注入光Ｐｉｎの時間波形、（ｃ）は（ｂ）の注入光Ｐｉｎを半導体光増幅デバイス１に注入した結果得られる出力光Ｐｏｕｔの時間波形をそれぞれ示している。図５（ａ）において、横軸は注入光、縦軸は注入光に応じて得られる光出力をそれぞれ表わす。
図５（ａ）において、ＰｔｈＯＮは、実線Ａ１で示したヒステリシス下部の状態から破線Ｂ１で示したヒステリシス上部へ光出力の状態が移行する光強度、すなわちヒステリシスの立ち上がり閾値を示している。また、ＰｔｈＯＦＦは、ヒステリシス上部からヒステリシス下部へ移行するときの光強度、すなわちヒステリシスの立下り閾値を示している。ヒステリシスの立ち上がり閾値ＰｔｈＯＮおよび立下り閾値ＰｔｈＯＦＦは、図２および図４においても示されている。
図２を参照して、付加雑音光Ｐｎを印加する前の光信号Ｐ０の強度は、最大値がヒステリシスの立ち上がり閾値ＰｔｈＯＮより小さくなるほど劣化している。そのため、図２の光信号Ｐ０を図１の半導体光増幅デバイス１の活性層２に注入しただけでは、光出力は図５（ａ）の注入光−光出力特性曲線上でヒステリシス下部に留まり、ヒステリシス上部へと移行することができない。
図２の光信号Ｐ０に図３の付加雑音光Ｐｎを印加した注入光Ｐｉｎは、図４に示すように、光信号Ｐ０の最大値「１」近傍で光強度がヒステリシスの立ち上がり閾値ＰｔｈＯＮを越える。そして、光信号Ｐ０の最大値を過ぎると再びＰｔｈＯＮ以下となり、さらに最小値「０」近傍ではＰｔｈＯＦＦ以下となって光出力はヒステリシスの下部へ移行する。
このように、注入光Ｐｉｎが立ち上がり／立ち下がり閾値を超えることによって、光出力がヒステリシスの上下を移行する。これにより、出力光Ｐｏｕｔの光強度が急激に増減する。その結果、図５（ｃ）に示すように、光信号Ｐ０の「１」および「０」が強調された、振幅の大きい出力光Ｐｏｕｔを得ることができる。付加雑音光Ｐｎは、光信号Ｐ０に印加される際、出力光Ｐｏｕｔが伝送路等に起因する雑音の低減効果を得られるような雑音強度とカットオフ周波数とを有するように適度に調整される。
なぜなら、付加雑音光Ｐｎの雑音強度が小さすぎると、光出力がヒステリシスの上部へ移行することが出来ず、伝送路等に起因する雑音を低減するために必要な大きさの振幅を持つ出力光Ｐｏｕｔを得られないからである。また、付加雑音光Ｐｎの雑音強度が大きすぎると、光信号Ｐ０の「１」または「０」とは無関係に光出力がヒステリシスの上部へ移行するため、出力光Ｐｏｕｔの強度変化がランダムになってしまい、ビットエラーレートを低減できないためである。
また、付加雑音光Ｐｎのカットオフ周波数が高くなると、それとともに雑音強度も大きくなり、ヒステリシス上下の移行に影響を及ぼす。なお、図２では光信号Ｐ０の２値の低い方である「０」に相当する強度がＰｔｈＯＦＦより大きくなっているが、ＰｔｈＯＦＦ以下であっても、付加雑音光Ｐｎの雑音強度とカットオフ周波数とを調整することで、伝送路等に起因する雑音の低減効果が得られる。
このように、付加雑音光Ｐｎは、ビットエラーレートの低減効果を得られるような雑音強度とカットオフ周波数とに適度に調整されて、光信号Ｐ０とともに、図１の半導体光増幅デバイス１の光増幅領域５，６に注入される。半導体光増幅デバイス１の立ち上がり閾値ＰｔｈＯＮの値は、光信号Ｐ０だけを光増幅領域５，６に注入しても伝送路等に起因する雑音を低減できない程度の値に調整される。すなわち、立ち上がり閾値ＰｔｈＯＮの値は、光信号Ｐ０だけを光増幅領域５，６に注入したときに得られる光出力が、ヒステリシス下部に対応した微小な値しか得られない程度に調整される。
また、付加雑音光Ｐｎの雑音強度とそのカットオフ周波数とを適度に調節して光信号Ｐ０に付加することにより、注入光Ｐｉｎの値を、光信号Ｐ０の値を中心値としてランダムに変化させている。
このとき、光信号Ｐ０の最大値および／または最小値と、光信号Ｐ０とともに光増幅領域５，６に注入される付加雑音光Ｐｎの強度とを確率的に同期させることで、光信号Ｐ０が「０」または「１」となるタイミングに光出力がヒステリシスの上下に移行する。これにより、ヒステリシス上下の強度差に応じて出力光の出力振幅が増大し、振幅の大きい出力光Ｐｏｕｔを得ることができる。
以上により、微弱な光信号Ｐ０を増幅させることができ、大きい振幅を持ちかつ高い光強度を有する出力光Ｐｏｕｔが得られる。これにより、出力光ＰｏｕｔのＳ／Ｎ比が向上し、伝送路等に起因する雑音の低減効果を得ることができる。その結果、出力光Ｐｏｕｔのビットエラーレートを低減することができる。
さらに、図１の半導体光増幅デバイス１は、光増幅領域５，６と可飽和吸収領域４とで独立に電流を注入しているので、電流注入によってヒステリシスを制御できる。これにより、立ち上がり閾値ＰｔｈＯＮを低くしてより低電流で駆動したり、出力光Ｐｏｕｔの振幅を調整したりできる。
このように、雑音を適度に付加することで信号のＳ／Ｎ比が向上する現象は「確率共鳴」と呼ばれている。
付加雑音光Ｐｎの代わりにクロック光または周期信号光を光信号Ｐ０に付加してヒステリシスの上部に移行させようとした場合、位相および周期が光信号Ｐ０と完全に同一か正確に倍数になっていて両者の最大値が同期しなければ、大きな振幅の出力光Ｐｏｕｔは得られない。よって、回路の熱雑音などで光信号Ｐ０の波形がゆらぐと、伝送路等に起因する雑音の低減効果は低減してしまう。
これに対し、ランダムな強度変化を持つ付加雑音光Ｐｎは様々な周波数成分を有するので、信号波形のゆらぎにも強くなり、伝送路等に起因する雑音の低減効果を維持できる。また、周期信号光を発生させるよりも付加雑音光Ｐｎを発生させるほうが消費電力が少なくてすむ利点がある。
図６は、付加雑音光Ｐｎの雑音強度を変化させたときの出力光Ｐｏｕｔのビットエラーレート（ＢＥＲ）を示した図である。
図６に示すように、ＢＥＲは、最適な雑音強度Ｄｍにおいて最小となる。実施の形態１では、この最適な雑音強度Ｄｍを有する付加雑音光Ｐｎを光信号Ｐ０に付加している。これにより、適度な付加雑音光Ｐｎが微小な光信号Ｐ０をヒステリシスの上部に押し上げ、振幅が大きくＳ／Ｎ比が向上した出力光Ｐｏｕｔの発生を可能にしている。実施の形態１では、出力光ＰｏｕｔのＢＥＲが最小である最適な雑音強度Ｄｍを有するように、付加雑音光Ｐｎを調整している。
このように、実施の形態１の半導体光増幅デバイス１を用いれば、デバイスの発振閾値以下にまで弱まった劣化した光信号Ｐ０も受信でき、さらに、増幅して２値が強調された出力光Ｐｏｕｔを得ることができる。これにより、出力光ＰｏｕｔのＳ／Ｎ比が向上し、伝送路等に起因する雑音が低減された出力光Ｐｏｕｔを低電力で得ることができる。
また、回路雑音や熱によって生じる信号の揺らぎにも強い付加雑音光Ｐｎを用いるので、駆動時のパラメータ設定を広く取ることができる。これにより、伝送路等に起因する雑音の低減を容易に行なうことができ、その結果、出力光Ｐｏｕｔのビットエラーレートを低減することが可能となる。
なお、図１において、入射面７と出射面８とを別個に作らずとも、ビットエラーレートが低減された出力光Ｐｏｕｔを得ることは可能である。しかしながら、図１のように入射面７と出射面８とを作り分けた方が、注入光Ｐｉｎと出力光Ｐｏｕｔとをそれぞれ制御しやすく、光学系の光軸の調整も容易となるので望ましい。
また、付加雑音光Ｐｎのカットオフ周波数は最適に調整せずとも、ビットエラーレートの低減効果を得ることは可能である。しかし、カットオフ周波数は雑音強度に影響するので、調整した方がより最適な雑音強度を得やすくなり、ビットエラーレートの低減効果も得られるため望ましい。
また、図１において、可飽和吸収領域４の共振器方向に占める長さは、約１０％でなくともビットエラーレートの低減効果を得ることは可能である。
しかし、可飽和吸収領域４の共振器方向に占める長さの割合が小さくなると、それにともなって半導体光増幅デバイス１の双安定状態が実現しにくくなる。特に、当該割合が１％未満で双安定状態の半導体素子を作製しようとすると、作製工程の手間や拡散材料の選定等が著しく困難となる。したがって、可飽和吸収領域４の共振器方向に占める長さの割合は、１％以上であることが望ましい。
逆に、可飽和吸収領域４の共振器方向に占める長さの割合が大きくなると、それにともなって発振閾値も上昇する。特に、当該割合が５０％より大きくなると、消費電力が著しく増大し、その結果、発熱が大きくなる。
また、可飽和吸収領域４の共振器方向に占める長さの割合が大きくなると、ヒステリシスの形状を最適にするために注入電流を増やす必要が生じる。特に、当該割合が５０％より大きくなると、消費電力が著しく増大し、その結果、発熱が大きくなる。さらに、ヒステリシスの形状が最適でない場合には、伝送路等に起因する雑音の低減効果が減少し、光出力の増幅も低減する。
これらの理由により、共振器方向における可飽和吸収領域４の長さの割合は、１％以上で、かつ５０％以下であることが望ましい。これにより、双安定状態を満足しやすくなり、かつ発振閾値を低くでき、またヒステリシスの形状も好適に決定できる。また、消費電力が少なくかつ少ない発熱で伝送路等に起因する雑音の低減効果を得やすくなり、さらに素子の作製条件を満たしやすくなるという利点がある。
また、図６を参照して、付加雑音光Ｐｎの強度は、ＢＥＲが最小である最適雑音強度Ｄｍとなるように調整されている。しかしながら、付加雑音光Ｐｎの強度はこれに限るものではなく、得られる出力光Ｐｏｕｔが、光通信で必要とされるＢＥＲの値を満たす範囲の雑音強度であればかまわない。その場合、付加雑音光Ｐｎの最大値と最小値との差が半導体光増幅デバイス１の注入光Ｐｉｎの振幅の１／１０以下であれば、ビットエラーレートが低減された出力光Ｐｏｕｔが得られる。
付加雑音光Ｐｎの強度が強すぎると、出力光Ｐｏｕｔの波形が崩れるので雑音の低減は起こらなくなる。少なくとも、付加雑音光Ｐｎの雑音強度ΔＰｎが光信号Ｐ０の振幅より大きい場合、光信号Ｐ０の波形および周期を再現できなくなるため、光信号Ｐ０の検出ができなくなる。これに対し、付加雑音光Ｐｎの雑音強度が注入光Ｐｉｎの振幅の１／１０以下であれば、さらに出力光Ｐｏｕｔの振幅を大きくでき、ＢＥＲの値を向上することができる。これにより、伝送路等に起因する雑音の低減効果を向上できるため、好ましい。
また、付加雑音光Ｐｎとして有色雑音を用いたが、強度変化が非周期的でランダムであれば、有色雑音でなくともビットエラーレートの低減効果を得ることは可能である。しかし、有色雑音を用いた場合、カットオフ周波数によって有色雑音の周波数帯域を調整することができる。そのため、光信号Ｐ０の周波数に合わせて有色雑音の周波数帯域を調整することで、ビットエラーレートの低減効果をより得やすくなるというメリットがある。
また、光信号Ｐ０として周期信号光を用いたが、非周期信号光であっても、ビットエラーレート低減効果を得ることが可能である。
なお、図１ではｐ電極およびｎ電極をそれぞれ３つ設ける場合について説明したが、電極の数はこれに限るものではなく、ｐ電極およびｎ電極をそれぞれ２つ以上用いた、双安定状態を有する他の半導体光増幅デバイスについても、同様に伝送路等に起因する雑音の低減効果を得ることが可能である。しかし、図１に示した半導体光増幅デバイス１のように、光増幅領域を２つ設け、それぞれに対応した電極を作る方が、注入光Ｐｉｎと出力光Ｐｏｕｔとをそれぞれ制御しやすくなるというメリットがある。
また、図１において、光増幅領域５，６ではなく可飽和吸収領域４に付加雑音光Ｐｎを注入しても、ビットエラーレートが低減された光出力を得ることができる。この場合、可飽和吸収領域４が飽和しやすくなるので光注入量の上限が低くなり、付加雑音光Ｐｎの雑音強度を好適に決定しづらくなるものの、可飽和吸収領域４への付加雑音光Ｐｎの注入によってヒステリシス形状を調整しやすくなる。付加雑音光Ｐｎの注入量を変えることによって、半導体光増幅デバイス１の立ち上がり閾値ＰｔｈＯＮおよび立ち下がり閾値ＰｔｈＯＦＦを変動させ、ヒステリシス形状を調整することも可能である。
したがって、付加雑音光Ｐｎの雑音強度およびそのカットオフ周波数を、注入光Ｐｉｎの「０」または「１」に応じて立ち上がり閾値ＰｔｈＯＮが上下するように最適に調整することで、大きい振幅を持ち、かつＳ／Ｎ比が向上した出力光Ｐｏｕｔが得られる。
また、付加雑音光Ｐｎは、光信号Ｐ０に付加してから半導体光増幅デバイス１の光増幅領域５，６に注入せずとも、別々の回路を介して独立に光増幅領域５，６に注入してもよい。その場合、回路が余分に必要になり光軸の調整を要するものの、雑音強度の調整がやりやすくなるという利点がある。
また、半導体光増幅デバイス１は、ＩｎＧａＡｓＰ系の半導体だけでなく、たとえば、ＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウム砒素）系、ＩｎＰ（インジウムリン）系、ＧａＩｎＮＡｓ（ガリウム窒化インジウム砒素）系、ＧａＮ（窒化ガリウム）系、またはＩＩ−ＶＩ系の半導体など、他の材料を用いた半導体レーザであってもよい。
また、半導体光増幅デバイス１の活性層２のうち可飽和吸収領域４の部分にはキャリア寿命を調整するために不純物としてＳｉを１×１０19ｃｍ-3添加しているが、半導体光増幅デバイス１が双安定状態となる条件を満たすのであれば、この値に限るものではない。
また、光信号Ｐ０は２値信号としているが、ＮＲＺ（Non-Return to Zero）符号の信号など、その他の方式の信号であってもよい。
また、半導体光増幅デバイス１から出力される光出力Ｐｏｕｔを受光素子で受光してもよい。この場合、受光した光出力Ｐｏｕｔの一部を光電変換素子などで電気信号に変換して利用できるというメリットがある。さらに、半導体光増幅デバイス１と上記の受光素子とを同一基板上に集積すれば、個別に配置するよりもコストダウンとなり、半導体光増幅デバイス１と当該受光素子との光軸合わせを行なう必要もなくなる。
以上のように、実施の形態１によれば、光信号Ｐ０に付加雑音光Ｐｎを印加した注入光Ｐｉｎを双安定状態の半導体光増幅デバイス１に注入することによって、消費電力が低く、回路への負担が少なく、かつ雑音特性にも優れた高い出力光Ｐｏｕｔを得ることができる。これにより、伝送路等に起因した出力光Ｐｏｕｔの雑音を低減でき、その結果、ビットエラーレートを低減することが可能となる。
（実施の形態１の変形例１）
実施の形態１における半導体光増幅デバイス１の変形例である半導体光増幅デバイス１Ａは、付加雑音光Ｐｎとして有色雑音の代わりに白色雑音を用いた以外は、実施の形態１の半導体光増幅デバイス１と同じである。半導体光増幅デバイス１Ａにおいても、劣化した信号を増幅し、ビットエラーレートが低減された光出力を得られる。
半導体光増幅デバイス１Ａは、ビットエラーレート低減効果を最大に得られるように付加雑音光のカットオフ周波数によって調整することができず、確率共鳴現象を起こしにくくなるが、構成が簡潔で実装がコンパクトになるという利点がある。
（実施の形態１の変形例２）
実施の形態１における半導体光増幅デバイス１の他の変形例である半導体光増幅デバイス１Ｂは、可飽和吸収領域４に注入する電流を変調電流から一定電流に変更した以外は、実施の形態１の半導体光増幅デバイス１と同じである。半導体光増幅デバイス１Ｂにおいても、劣化した信号を増幅し、ビットエラーレートが低減された光出力を得られる。
半導体光増幅デバイス１Ｂは、ビットエラーレート低減効果を最大に得られるように調整しにくくなるが、変調回路がひとつで済み、可飽和吸収領域４の飽和量が一定に保てるので注入光出力光特性を安定させやすいという利点がある。なお、半導体光増幅デバイス１Ｂでは付加雑音光として有色雑音を用いたが、半導体光増幅デバイス１Ａと同じく白色雑音を用いても、振幅が増幅されビットエラーレートが低減された光出力が得られる。
（実施の形態１の変形例３）
実施の形態１における半導体光増幅デバイス１の他の変形例である半導体光増幅デバイス１Ｃは、光増幅領域５，６に注入する変調電流を一定電流に変更した以外は、実施の形態１の半導体光増幅デバイス１と同じである。半導体光増幅デバイス１Ｃにおいても、劣化した信号を増幅し、ビットエラーレートが低減された光出力を得られる。
半導体光増幅デバイス１Ｃは、ビットエラーレート低減効果を最大に得られるように調整しにくくなるが、可飽和吸収領域４へ注入する変調電流は閾値を直接変動させるので、振幅が小さくても光出力を大きく変動させやすく、光増幅領域５，６に変調電流を注入した場合よりも消費電力が小さくて済むという利点がある。
なお、半導体光増幅デバイス１Ｃに一定電流を注入するのは、光増幅領域５，６のいずれかであっても、ビットエラーレート低減効果および光増幅効果が得られる。また、半導体光増幅デバイス１Ｃでは付加雑音光として有色雑音を用いたが、半導体光増幅デバイス１Ａと同じく白色雑音を用いても、振幅が増幅されビットエラーレートが低減された光出力が得られる。
（実施の形態１の変形例４）
実施の形態１における半導体光増幅デバイス１の他の変形例である半導体光増幅デバイス１Ｄは、光増幅領域５，６および可飽和吸収領域４に注入する変調電流を一定電流に変更した以外は、実施の形態１の半導体光増幅デバイス１と同じである。半導体光増幅デバイス１Ｄにおいても、劣化した信号を増幅し、ビットエラーレートが低減された光出力を得られる。
半導体光増幅デバイス１Ｄは、ビットエラーレート低減効果を最大に得られるように調整しにくくなるが、変調回路が不要になるので、構成が簡潔で消費電力が少なくなる。なお、半導体光増幅デバイス１Ｄでは付加雑音光として有色雑音を用いたが、半導体光増幅デバイス１Ａと同じく白色雑音を用いても、振幅が増幅されビットエラーレートが低減された光出力を得られる。
［実施の形態２］
図７は、この発明の実施の形態２における半導体光増幅駆動装置１０Ａの概略的な構成を示した図である。
図７を参照して、実施の形態２の半導体光増幅駆動装置１０Ａは、半導体光増幅デバイス１とその駆動装置とから構成される。具体的には、半導体光増幅駆動装置１０Ａは、半導体光増幅デバイス１と、ビームスプリッタ５２と、光電変換素子５３と、結合コンデンサ５４と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５５と、基準電流源５６と、プリアンプ５７と、抵抗５８と、光源５９とを備える。
図７に示す半導体光増幅デバイス１は、実施の形態１（変形例１〜４を含む）で説明した、可飽和吸収領域を有する双安定状態の半導体光増幅デバイスである。したがって、実施の形態１と重複する部分の説明は、ここでは繰り返さない。半導体光増幅デバイス１のｐ電極を介して注入される注入電流は、実施の形態１で説明したのと同じである。
半導体光増幅デバイス１は、光信号Ｐ０に光源５９から出力される付加雑音光Ｐｎが付加された注入光Ｐｉｎを受けて、出力光Ｐｏｕｔを出力する。光信号Ｐ０は、伝送路等に起因する雑音によって劣化しているものとする。ビームスプリッタ５２は、出力光Ｐｏｕｔの一部を光電変換素子５３に分岐する。
光電変換素子５３は、電源ノードとノードＮ５１との間に接続され、ビームスプリッタ５２によって分岐された出力光Ｐｏｕｔの一部を検出する。抵抗５８は、ノードＮ５１と接地ノードとの間に接続される。
光電変換素子５３によって検出された出力光Ｐｏｕｔの一部は、結合コンデンサ５４を介してローパスフィルタ５５に電気信号として出力される。ローパスフィルタ５５は、当該電気信号のうち、光信号Ｐ０のビットエラーレートの低減効果が得られる適度なカットオフ周波数以下の成分のみを抽出する。
プリアンプ５７は、ローパスフィルタ５５で抽出された周波数成分の電流と、基準電流源５６からの電流との差分をとって強度を調整する。光源５９は、プリアンプ５７から出力される調整された電流を受けて、付加雑音光Ｐｎを半導体光増幅デバイス１の光増幅領域に注入する。
光源５９としては、たとえば半導体レーザが用いられる。光源５９に半導体レーザを用いた場合、半導体レーザの入力電流と光出力との関係は線形であるため、付加雑音光Ｐｎの調整が容易となる。この結果、プリアンプ５７からの電流に応じて光出力Ｐｏｕｔを変調できる。付加雑音光Ｐｎの雑音強度は、実施の形態１の場合と同様に、光信号Ｐ０のビットエラーレートが最低となるよう調整されている。
このように、実施の形態２の半導体光増幅駆動装置１０Ａは、雑音光源を用いる代わりに、出力光Ｐｏｕｔの一部を光電変換素子５３で検出し、その帯域の一部をローパスフィルタ５５で抽出する。半導体光増幅駆動装置１０Ａは、ローパスフィルタ５５で抽出された周波数成分の電流と、基準電流源５６からの電流との差分をもとに、光信号Ｐ０に付加する付加雑音光Ｐｎを生成する。光信号Ｐ０と付加雑音光Ｐｎとの協同効果により、振幅が増幅されビットエラーレートが低減された出力光Ｐｏｕｔが得られる。
半導体光増幅デバイス１の出力光Ｐｏｕｔの一部を光電変換素子５３で検出した場合、利用できる出力光Ｐｏｕｔの強度は弱まるものの、雑音光源が不要なので消費電力が小さくなるという利点がある。また、半導体光増幅デバイス１の出力光Ｐｏｕｔの一部を用いて付加雑音光Ｐｎを作り出しているため、簡単な装置構成により付加雑音光Ｐｎを発生させることができる。
なお、図７ではローパスフィルタ５５を用いたが、付加雑音光Ｐｎのカットオフ周波数を適度に調整できるのであれば、ローパスフィルタに限らずとも、ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタ等を用いてもかまわない。ただし、ローパスフィルタを用いた方が、付加雑音光Ｐｎを有色雑音として使用でき、確率共鳴現象を起こしやすくなるので、ビットエラーレートの低減効果をより得やすくなるというメリットがある。
以上のように、実施の形態２によれば、雑音光源を用いる代わりに、半導体光増幅デバイス１の出力光Ｐｏｕｔの一部を光電変換素子５３で検出して、それをもとに付加雑音光Ｐｎを生成することによって、消費電力が低く回路への負担が少なく、かつＳ／Ｎ比も良好な高い出力光Ｐｏｕｔを得ることができる。これにより、出力光Ｐｏｕｔのビットエラーレートが低減される。
［実施の形態３］
図８は、この発明の実施の形態３における半導体光増幅駆動装置１０Ｂの概略的な構成を示した図である。
図８を参照して、実施の形態３の半導体光増幅駆動装置１０Ｂは、半導体光増幅デバイス１とその駆動装置とから構成される。具体的には、半導体光増幅駆動装置１０Ｂは、半導体光増幅デバイス１と、変調電流供給回路６８，６９と、ビームスプリッタ７７と、光電変換素子７８と、フィードバック制御回路７９とを備える。
図８に示す半導体光増幅デバイス１は、実施の形態１（変形例１〜４を含む）で説明した、可飽和吸収領域を有する双安定状態の半導体光増幅デバイスである。したがって、実施の形態１と重複する部分の説明は、ここでは繰り返さない。半導体光増幅デバイス１の動作特性は、実施の形態１の図５に示されている。
変調電流供給回路６８は、ｐ電極２２，２３に接続されている。変調電流供給回路６９は、ｐ電極２１に接続されている。ビームスプリッタ７７は、半導体光増幅デバイス１の出力光Ｐｏｕｔの一部を光電変換素子７８に分岐する。光電変換素子７８は、ビームスプリッタ７７によって分岐された出力光Ｐｏｕｔの一部を検出し、それをフィードバック制御回路７９に出力する。フィードバック制御回路７９は、変調電流供給回路６８，６９に接続されている。
次に、半導体光増幅駆動装置１０Ｂの動作について説明する。
半導体光増幅デバイス１は、光増幅領域５の入射面７から光信号Ｐ０が注入される。光信号Ｐ０は、実施の形態１の図２で説明した光信号である。変調電流供給回路６８は、ｐ電極２２，２３を介して、光増幅領域５，６にそれぞれ変調電流を注入する。変調電流供給回路６９は、ｐ電極２１を介して、可飽和吸収領域４に変調電流を注入する。
フィードバック制御回路７９は、ビームスプリッタ７７を介して光電変換素子７８から得られる出力光Ｐｏｕｔの状態をモニターしている。フィードバック制御回路７９は、出力光Ｐｏｕｔにおけるビットエラーレートの低減効果が最大に得られるように調整された制御信号を、変調電流供給回路６８，６９にそれぞれ供給する。
変調電流供給回路６８，６９がｐ電極２１〜２３を介して供給する変調電流は、光信号Ｐ０が半導体光増幅デバイス１の立ち上がり閾値ＰｔｈＯＮを越えない程度の強度に調整されている。また、当該変調電流は、光信号Ｐ０の「０」または「１」と、伝送路等に起因した雑音とが確率的に同期して、光信号Ｐ０が「０」または「１」の値に対応してヒステリシスの上下を飛び移るように調整されている。これにより、ビットエラーレートの低減効果が得られる。
実施の形態３では、図３の付加雑音光Ｐｎの代わりに、光信号Ｐ０に含まれる雑音を利用している。半導体光増幅駆動装置１０Ｂは、雑音強度を調整する代わりに半導体光増幅デバイス１に注入する変調電流を調整することで、光信号Ｐ０の２値と光信号Ｐ０に含まれる雑音との協同によって出力光Ｐｏｕｔがヒステリシスの上下を移行するように制御している。これにより、光信号Ｐ０を増幅して出力光ＰｏｕｔのＳ／Ｎ比を向上させることができ、その結果、ビットエラーレートが低減する。
つまり、半導体光増幅駆動装置１０Ｂは、光増幅領域５，６および可飽和吸収領域４へ変調電流を注入することによって、半導体光増幅デバイス１の立ち上がり閾値ＰｔｈＯＮおよびヒステリシス形状を制御する。このとき、光信号Ｐ０に含まれる雑音に応じてヒステリシス形状を調整せねばならないので、出力光Ｐｏｕｔをモニタして変調電流をフィードバック制御する。
半導体光増幅駆動装置１０Ｂは、光増幅領域５，６および可飽和吸収領域４に対して独立に電流を注入している。そのため、光信号Ｐ０に含まれる雑音と光信号Ｐ０とに応じて注入電流を最適な状態に調整することができ、出力光Ｐｏｕｔのビットエラーレート低減効果を得やすくなる。
すなわち、半導体光増幅駆動装置１０Ｂは、出力光Ｐｏｕｔをモニターして変調電流を調整し、半導体光増幅デバイス１のヒステリシス形状を出力光Ｐｏｕｔの状態に合わせて調整することで、振幅が増幅されＳ／Ｎ比が向上された出力光Ｐｏｕｔを得ることができる。これにより、出力光Ｐｏｕｔのビットエラーレートが低減される。
なお、出力光Ｐｏｕｔの一部を抽出してモニターせずに変調電流を調整しても、光信号Ｐ０のビットエラーレートを低減することは可能である。この場合、ビームスプリッタおよびフィードバック制御回路などを用いずに済むが、ビットエラーレートの低減効果を最大に得るための調整が困難になる。
実施の形態３では、光信号Ｐ０の最大値または最小値と光信号Ｐ０に含まれる雑音とが確率的に同期して、光信号Ｐ０が最大値または最小値となるときに出力光Ｐｏｕｔがヒステリシスの上下を飛び移る。また、半導体光増幅駆動装置１０Ｂは、雑音を付加せず光信号Ｐ０自体に含まれている雑音を利用するため、小さい変調電流の付加で済むとともに、雑音光供給回路を用いる必要がなくなる。半導体光増幅駆動装置１０Ｂは、クロック信号電流の付加などによってヒステリシスの上下を移行させる場合よりも、低消費電力で光信号Ｐ０の受信および増幅ができ、しかもビットエラーレートを低減できる。
以上のように、実施の形態３によれば、付加雑音光Ｐｎの代わりに、光信号Ｐ０に含まれる雑音を利用して光増幅領域５，６および可飽和吸収領域４に対して独立に変調電流を注入することにより、振幅が増幅されＳ／Ｎ比が向上された出力光Ｐｏｕｔを得ることができる。これにより、出力光Ｐｏｕｔのビットエラーレートが低減される。
（実施の形態３の変形例１）
実施の形態３における半導体光増幅駆動装置１０Ｂの変形例である半導体光増幅駆動装置１０Ｂａは、出力光Ｐｏｕｔの代わりに光信号Ｐ０をモニターし、ビットエラーレートの低減効果を得られる条件をあらかじめ入力した制御回路によって変調電流を調整する以外は、実施の形態３の半導体光増幅駆動装置１０Ｂと同じである。
具体的には、半導体光増幅駆動装置１０Ｂａは、図８の半導体光増幅駆動装置１０Ｂにおいて、ビームスプリッタ７７を光増幅領域５の入射面７の前面に配置して光信号Ｐ０の一部を光電変換素子７８に分岐する構成を有する。半導体光増幅駆動装置１０Ｂａにおいても、劣化した信号を増幅し、ビットエラーレートが低減された光出力を得られる。
半導体光増幅駆動装置１０Ｂａは、光信号Ｐ０の平均光強度とＳ／Ｎ比とをモニタし、それぞれの値に応じて注入する最適な変調電流の値を決定することで、光信号Ｐ０に応じた最適な変調電流となるように調整している。
この場合、伝送損失によって低下した光信号Ｐ０の光強度がさらに弱くなって半導体光増幅デバイス１に注入されるものの、光信号Ｐ０の変動を直接モニターすることが可能である。そのため、伝送路等に起因した雑音と光信号Ｐ０の状態とに応じて変調電流をすばやく調整することが容易になるという利点がある。
（実施の形態３の変形例２）
実施の形態３における半導体光増幅駆動装置１０Ｂの他の変形例である半導体光増幅駆動装置１０Ｂｂは、ｐ電極２１に接続されている変調電流供給回路６９を一定電流供給回路に変更した以外は、実施の形態３の半導体光増幅駆動装置１０Ｂと同じである。半導体光増幅駆動装置１０Ｂｂにおいても、劣化した信号を増幅し、ビットエラーレートが低減された光出力を得られる。
半導体光増幅駆動装置１０Ｂｂは、ビットエラーレート低減効果を最大に得られるように調整しにくくなるが、変調回路がひとつで済み、可飽和吸収領域４の飽和量が一定に保てるので注入光出力光特性を安定させやすいという利点がある。なお、半導体光増幅駆動装置１０Ｂｂでは出力光Ｐｏｕｔをモニターしているが、半導体光増幅駆動装置１０Ｂａと同じく光信号Ｐ０をモニターしても、振幅が増幅されビットエラーレートが低減された光出力を得られる。
（実施の形態３の変形例３）
実施の形態３における半導体光増幅駆動装置１０Ｂの他の変形例である半導体光増幅駆動装置１０Ｂｃは、ｐ電極２２，２３に接続されている変調電流供給回路６８を一定電流供給回路に変更した以外は、実施の形態３の半導体光増幅駆動装置１０Ｂと同じである。半導体光増幅駆動装置１０Ｂｃにおいても、劣化した信号を増幅し、ビットエラーレートが低減された光出力を得られる。
半導体光増幅駆動装置１０Ｂｃは、雑音低減効果を最大に得られるように調整しにくくなるが、可飽和吸収領域４への変調電流の注入は閾値を直接変動させるので、光信号Ｐ０の振幅が小さくても出力光Ｐｏｕｔを大きく変動させやすく、光増幅領域５，６に変調電流を注入した場合よりも消費電力が小さくて済むという利点がある。
なお、半導体光増幅デバイス１に一定電流を注入するのは、光増幅領域５，６のいずれかであっても、ビットエラーレート低減効果および光増幅効果が得られる。また、半導体光増幅駆動装置１０Ｂｃでは出力光Ｐｏｕｔをモニターしているが、半導体光増幅駆動装置１０Ｂａと同じく光信号Ｐ０をモニターしても、振幅が増幅されビットエラーレートが低減された光出力を得られる。
（実施の形態３の変形例４）
実施の形態３における半導体光増幅駆動装置１０Ｂの他の変形例である半導体光増幅駆動装置１０Ｂｄは、ｐ電極２１〜２３に接続されている変調電流供給回路６８，６９を一定電流供給回路に変更した以外は、実施の形態３の半導体光増幅駆動装置１０Ｂと同じである。半導体光増幅駆動装置１０Ｂｄにおいても、劣化した信号を増幅し、ビットエラーレートが低減された光出力を得られる。
半導体光増幅駆動装置１０Ｂｄは、ビットエラーレート低減効果を最大に得られるように調整しにくくなるが、変調回路が不要になるので、調整の必要が無く構成が簡潔で消費電力が少なくなる。なお、半導体光増幅駆動装置１０Ｂｄでは出力光Ｐｏｕｔをモニターしているが、半導体光増幅駆動装置１０Ｂａと同じく光信号Ｐ０をモニターしても、振幅が増幅されビットエラーレートが低減された光出力を得られる。
［実施の形態４］
図９は、この発明の実施の形態４における半導体光増幅駆動装置１０Ｃの概略的な構成を示した図である。
図９を参照して、実施の形態４の半導体光増幅駆動装置１０Ｃは、半導体光増幅デバイス１とその駆動装置とから構成される。具体的には、半導体光増幅駆動装置１０Ｃは、半導体光増幅デバイス１と、変調電流供給回路８８，９１と、付加雑音電流供給回路８９と、結合器９０とを備える。
図９に示す半導体光増幅デバイス１は、実施の形態１（変形例１〜４を含む）で説明した、可飽和吸収領域を有する双安定状態の半導体光増幅デバイスである。したがって、実施の形態１と重複する部分の説明は、ここでは繰り返さない。半導体光増幅デバイス１の動作特性は、実施の形態１の図５に示されている。
変調電流供給回路８８および付加雑音電流供給回路８９は、結合器９０に接続されている。結合器９０は、ｐ電極２２，２３に接続されている。変調電流供給回路９１は、ｐ電極２１に接続されている。付加雑音電流供給回路８９は、有色雑音の強度変化を有する付加雑音としての電流Ｉｎを供給する。
次に、半導体光増幅駆動装置１０Ｃの動作について説明する。以下では、非周期的でランダムな強度変化を持ち、変調電流に対する雑音として活性層に注入する光を「付加雑音電流」と称する。
図１０，１１は、半導体光増幅駆動装置１０Ｃにおける半導体光増幅デバイス１の活性層２へ注入する光信号Ｐ０および変調電流に付加される付加雑音電流Ｉｎについて説明するための図である。
図１０は、図９の半導体光増幅デバイス１に入射される光信号Ｐ０の時間波形を示す。図１０に示すように、光信号Ｐ０は、半導体光増幅デバイス１の立ち上がり閾値ＰｔｈＯＮ以下である。
図１１は、付加雑音電流供給回路８９によって生成される付加雑音電流Ｉｎの時間波形を示す。付加雑音電流Ｉｎは、変調電流供給回路８８から出力される変調電流と確率的に同期しており、当該変調電流と結合された後、ｐ電極２２を介して半導体光増幅デバイス１の活性層２へと注入される。
付加雑音電流Ｉｎは、出力光Ｐｏｕｔがビットエラーレートの低減効果を得られるような電流値とカットオフ周波数とに適度に調整されている。以下では、付加雑音電流Ｉｎの電流値の最大値と最小値との差分を、付加雑音電流Ｉｎの最大振幅ΔＩｎと呼ぶ。付加雑音電流Ｉｎの最大振幅ΔＩｎは、変調電流供給回路８８から出力される変調電流の電流値以下に調整されている。
図９に示すように、変調電流供給回路８８から出力される変調電流と、有色雑音の強度変化を有する付加雑音電流Ｉｎとは、結合器９０において結合される。当該結合された注入電流は、ｐ電極２２，２３を介して、光増幅領域５，６にそれぞれ注入される。変調電流供給回路９１から出力される変調電流は、上記の注入電流とは独立に、ｐ電極２１を介して、可飽和吸収領域４に注入される。
図１０を参照して、ヒステリシスの立ち上がり閾値ＰｔｈＯＮは、光信号Ｐ０の強度より高くなるように設定されている。そのため、光信号Ｐ０を活性層２に注入しただけでは、出力光Ｐｏｕｔは、図５（ａ）の注入光−光出力特性曲線上でヒステリシス下部に留まり、ヒステリシスの上部へと移行することはできない。
図９に示すように、光信号Ｐ０によって半導体光増幅デバイス１の活性層２に注入された光子に、付加雑音電流Ｉｎの注入により活性層２にキャリアが注入されて発生した光子が印加される。これにより、光増幅領域５，６の光子が増大し、出力光Ｐｏｕｔが立ち上がり閾値ＰｔｈＯＮを越えやすくなる。
このとき、付加雑音電流Ｉｎの変動に従ってキャリアの増加量も変動する。したがって、付加雑音電流Ｉｎの最大振幅ΔＩｎおよびカットオフ周波数を、光信号Ｐ０の「０」または「１」に応じて立ち上がり閾値ＰｔｈＯＮが上下するように最適に調整することで、大きい振幅を持ち、かつＳ／Ｎ比が向上した出力光Ｐｏｕｔが得られる。
実施の形態４では、付加雑音電流Ｉｎの最大振幅ΔＩｎおよびカットオフ周波数を、ビットエラーレートの低減効果が最大に得られるよう最適に調整している。その結果、伝送路等に起因する雑音を大きく低減することができる。このとき、光信号Ｐ０は半導体光増幅デバイス１の立ち上がり閾値ＰｔｈＯＮ以下で良いので、微弱な光信号Ｐ０であっても増幅させることができる。
さらに、図９に示すように、半導体光増幅駆動装置１０Ｃは、半導体光増幅デバイス１の光増幅領域５，６と可飽和吸収領域４とでそれぞれ独立に電流を注入している。そのため、半導体光増幅駆動装置１０Ｃは、電流注入によってヒステリシスを制御することができ、立ち上がり閾値ＰｔｈＯＮを低くしてより低電流で駆動したり、出力光Ｐｏｕｔの振幅を調整したりできる。
なお、半導体光増幅デバイス１の光増幅領域５，６ではなく可飽和吸収領域４に付加雑音電流Ｉｎを注入しても、ビットエラーレートが低減された出力光Ｐｏｕｔを得ることは可能である。この場合、可飽和吸収領域４が飽和しやすくなるので注入できる電流値の上限が低くなり、付加雑音電流Ｉｎの最大振幅ΔＩｎを好適に決定しづらいものの、可飽和吸収領域４への付加雑音電流Ｉｎの注入によってヒステリシス形状を調整しやすくなる。
可飽和吸収領域４への付加雑音電流Ｉｎの注入量に応じて、半導体光増幅デバイス１の閾値ＰｔｈＯＮまたはＰｔｈＯＦＦを変動させ調整することができる。したがって、付加雑音電流Ｉｎの最大振幅ΔＩｎおよびカットオフ周波数を、光信号Ｐ０の「０」または「１」に応じて立ち上がり閾値ＰｔｈＯＮが上下するように最適に調整することで、大きい振幅を持ち、かつＳ／Ｎ比が向上した出力光Ｐｏｕｔが得られる。
また、付加雑音電流Ｉｎは、光増幅領域５に注入する変調電流に結合器９０を用いて付加してから注入せずとも、ｐ電極２２に直接注入してもよい。その場合、光増幅領域５に注入する変調電流との調整が必要になるものの、付加雑音電流Ｉｎの電流値およびカットオフ周波数の調整がやりやすくなるという利点がある。
また、付加雑音電流Ｉｎの最大振幅ΔＩｎは、変調電流供給回路８８より供給される変調電流の電流値以下に調整したが、当該変調電流の電流値以上であってもビットエラーレートの低減効果が得られる。しかし、付加雑音電流Ｉｎが強すぎると、出力光Ｐｏｕｔの波形が崩れるため、Ｓ／Ｎ比の向上効果を得ることは困難になる。少なくとも、付加雑音電流Ｉｎの最大振幅ΔＩｎが変調電流の電流値より大きい場合、光信号Ｐ０の波形および周期を再現できないため、光信号Ｐ０の再生ができなくなる。
これに対し、付加雑音電流Ｉｎの最大振幅ΔＩｎが変調電流の電流値以下であれば、さらに出力光Ｐｏｕｔの振幅を大きくでき、伝送路等に起因する雑音の低減効果を向上できる。これにより、ビットエラーレートを低減することができるため、望ましい。
また、付加雑音電流Ｉｎのカットオフ周波数は、最適に調整せずともビットエラーレート低減効果を得ることは可能である。しかし、カットオフ周波数は付加雑音電流Ｉｎの最大振幅ΔＩｎに影響するので、カットオフ周波数を調整した方がより最適な付加雑音電流Ｉｎを得やすくなる。これにより、ビットエラーレートを低減することができるため、望ましい。
なお、付加雑音電流Ｉｎとして有色雑音を用いたが、強度変化が非周期的でランダムであれば、有色雑音でなくともビットエラーレートの低減効果を得ることは可能である。しかし、有色雑音を用いた場合、カットオフ周波数によって有色雑音の周波数帯域を調整することができる。そのため、光信号Ｐ０の周波数に合わせて有色雑音の周波数帯域を調整することで、ビットエラーレートの低減効果をより得やすくなるというメリットがある。
以上のように、実施の形態４によれば、付加雑音光の代わりに、付加雑音電流Ｉｎを変調電流供給回路８８から出力される変調電流と結合して半導体光増幅デバイス１の活性層２へと注入することにより、振幅が増幅されＳ／Ｎ比が向上された出力光Ｐｏｕｔを得ることができる。これにより、出力光Ｐｏｕｔのビットエラーレートが低減される。
（実施の形態４の変形例１）
実施の形態４における半導体光増幅駆動装置１０Ｃの変形例である半導体光増幅駆動装置１０Ｃａは、付加雑音電流として有色雑音の代わりに白色雑音を用いた以外は、実施の形態４の半導体光増幅駆動装置１０Ｃと同じである。半導体光増幅駆動装置１０Ｃａにおいても、劣化した信号を増幅し、ビットエラーレートが低減された光出力を得られる。
半導体光増幅駆動装置１０Ｃａは、ビットエラーレート低減効果を最大に得られるように付加雑音電流のカットオフ周波数によって調整することができず、確率共鳴現象を起こしにくくなるが、構成が簡潔で実装がコンパクトになるという利点がある。
（実施の形態４の変形例２）
実施の形態４における半導体光増幅駆動装置１０Ｃの他の変形例である半導体光増幅駆動装置１０Ｃｂは、ｐ電極２１に接続されている変調電流供給回路９１を一定電流供給回路に変更した以外は、実施の形態４の半導体光増幅駆動装置１０Ｃと同じである。半導体光増幅駆動装置１０Ｃｂにおいても、劣化した信号を増幅し、ビットエラーレートが低減された光出力を得られる。
半導体光増幅駆動装置１０Ｃｂは、ビットエラーレート低減効果を最大に得られるように調整しにくくなるが、変調回路がひとつで済み、可飽和吸収領域４の飽和量が一定に保てるので注入光出力光特性を安定させやすいという利点がある。なお、半導体光増幅駆動装置１０Ｃｂでは付加雑音電流として有色雑音を用いたが、半導体光増幅駆動装置１０Ｃａと同じく白色雑音を用いても、振幅が増幅されビットエラーレートが低減された光出力が得られる。
（実施の形態４の変形例３）
実施の形態４における半導体光増幅駆動装置１０Ｃの他の変形例である半導体光増幅駆動装置１０Ｃｃは、結合器９０を介してｐ電極２２，２３に接続されている変調電流供給回路８８を一定電流供給回路に変更した以外は、実施の形態４の半導体光増幅駆動装置１０Ｃと同じである。半導体光増幅駆動装置１０Ｃｃにおいても、劣化した信号を増幅し、ビットエラーレートが低減された光出力を得られる。
半導体光増幅駆動装置１０Ｃｃは、雑音低減効果を最大に得られるように調整しにくくなるが、可飽和吸収領域４への変調電流の注入は閾値を直接変動させるので、光信号Ｐ０の振幅が小さくても出力光Ｐｏｕｔを大きく変動させやすく、光増幅領域５，６に変調電流を注入した場合よりも消費電力が小さくて済むという利点がある。
なお、半導体光増幅デバイス１に一定電流を注入するのは、光増幅領域５，６のいずれかであっても、ビットエラーレート低減効果および光増幅効果が得られる。また、半導体光増幅駆動装置１０Ｃｃでは付加雑音電流として有色雑音を用いたが、半導体光増幅駆動装置１０Ｃａと同じく白色雑音を用いても、振幅が増幅されビットエラーレートが低減された光出力が得られる。
（実施の形態４の変形例４）
実施の形態４における半導体光増幅駆動装置１０Ｃの他の変形例である半導体光増幅駆動装置１０Ｃｄは、変調電流供給回路８８，９１を一定電流供給回路に変更した以外は、実施の形態４の半導体光増幅駆動装置１０Ｃと同じである。半導体光増幅駆動装置１０Ｃｄにおいても、劣化した信号を増幅し、ビットエラーレートが低減された光出力を得られる。
半導体光増幅駆動装置１０Ｃｄは、ビットエラーレート低減効果を最大に得られるように調整しにくくなるが、変調回路が不要になるので、調整の必要が無く構成が簡潔で消費電力が少なくなる。なお、半導体光増幅駆動装置１０Ｃｄでは付加雑音電流として有色雑音を用いたが、半導体光増幅駆動装置１０Ｃａと同じく白色雑音を用いても、振幅が増幅されビットエラーレートが低減された光出力が得られる。
［実施の形態５］
図１２は、この発明の実施の形態５における半導体光増幅駆動装置１０Ｄの概略的な構成を示した図である。
図１２を参照して、実施の形態５の半導体光増幅駆動装置１０Ｄは、光源５９が付加雑音電流供給回路９３に置き換えられた点以外は、実施の形態２の半導体光増幅駆動装置１０Ａと同じである。したがって、実施の形態２と重複する部分の説明は、ここでは繰り返さない。
付加雑音電流供給回路９３は、プリアンプ５７から出力される調整された電流を受けて、付加雑音電流Ｉｎを半導体光増幅デバイス１の光増幅領域に注入する。付加雑音電流Ｉｎの雑音強度は、出力光Ｐｏｕｔのビットエラーレートを低減できる適度な強度に調節されている。また、付加雑音電流Ｉｎの最大振幅ΔＩｎは、半導体光増幅デバイス１の光増幅領域に注入される変調電流の電流値以下となるように調整されている。
光信号Ｐ０と付加雑音電流Ｉｎとの協同効果により、振幅が増幅されビットエラーレートが低減された出力光Ｐｏｕｔが得られる。実施の形態１において説明したように、半導体光増幅デバイス１の光増幅領域および可飽和吸収領域には、付加雑音電流Ｉｎとは別に、それぞれ独立に変調電流が注入される。
このように、実施の形態５の半導体光増幅駆動装置１０Ｄは、出力光Ｐｏｕｔを利用して付加雑音電流Ｉｎを作り出しているので、雑音電流源を用いる必要がなく、簡単な装置構成により付加雑音電流Ｉｎを発生させることができる。その結果、半導体光増幅駆動装置１０Ｄは、消費電力が低く、回路への負担が少なく、かつ伝送路等に起因する雑音が低減された高い出力光Ｐｏｕｔを得ることができる。これにより、出力光Ｐｏｕｔのビットエラーレートを低減することができる。
なお、付加雑音電流Ｉｎの最大振幅ΔＩｎは、半導体光増幅デバイス１に注入される変調電流の電流値以下としたが、ビットエラーレートの低減効果が得られる値であれば、当該変調電流の電流値以上であってもかまわない。しかし、付加雑音電流Ｉｎの最大振幅ΔＩｎが変調電流の電流値以下であれば、さらにＳ／Ｎ比の向上効果を高めることができ、ビットエラーレートを低減できるため、望ましい。
また、半導体光増幅デバイス１の光増幅領域および／または可飽和吸収領域に注入される変調電流は、一定電流であってもよい。一定電流であっても、振幅が増幅されビットエラーレートが低減された光出力を得ることができる。
また、半導体光増幅デバイス１の光増幅領域ではなく可飽和吸収領域に付加雑音電流Ｉｎを注入しても、ビットエラーレートが低減された光出力が得られる。この場合、可飽和吸収領域が飽和しやすくなるので注入できる電流値の上限が低くなり、付加雑音電流Ｉｎの最大振幅を好適に決定しづらくなるものの、可飽和吸収領域への付加雑音電流Ｉｎの注入によってヒステリシス形状を調整しやすくなる。
また、可飽和吸収領域への付加雑音電流Ｉｎの注入量に応じて、半導体光増幅デバイス１の閾値ＰｔｈＯＮおよびＰｔｈＯＦＦを変動させ調整することができる。よって、付加雑音電流Ｉｎの最大振幅ΔＩｎおよびカットオフ周波数を、光信号Ｐ０の「０」または「１」に応じて立ち上がり閾値ＰｔｈＯＮを上下するように最適に調整することで、大きい振幅を持ち、かつＳ／Ｎ比が向上した出力光Ｐｏｕｔが得ることができる。
以上のように、実施の形態５によれば、雑音電流源を用いる代わりに、半導体光増幅デバイス１の出力光Ｐｏｕｔの一部を光電変換素子５３で検出して、それをもとに付加雑音電流Ｉｎを生成することによって、消費電力が低く回路への負担が少なく、かつＳ／Ｎ比も良好な高い出力光Ｐｏｕｔを得ることができる。これにより、出力光Ｐｏｕｔのビットエラーレートが低減される。
［実施の形態６］
図１３は、この発明の実施の形態６における半導体光受信装置２０Ａの概略的な構成を示した図である。
図１３を参照して、実施の形態６の半導体光受信装置２０Ａは、実施の形態２の半導体光増幅駆動装置１０Ａに受光素子９５が付加された構成を有する。受光素子９５は、ビームスプリッタ５２から分岐される出力光Ｐｏｕｔの一部を受光する。
受光素子９５は、たとえば光電変換素子であってもよく、この場合、受光した出力光Ｐｏｕｔの一部を電気信号に変換する。これにより、増幅され波形整形された出力光Ｐｏｕｔを電気信号として受信できるというメリットがある。
また、半導体光増幅駆動装置１０Ａおよび受光素子９５は、同一基板上に集積化することができる。同一基板上に集積化した場合、個別に配置するよりもコストダウンとなり、半導体光増幅デバイス１と受光素子９５との光軸合わせを行なう必要もなくなる。
以上のように、実施の形態６によれば、半導体光増幅駆動装置１０Ａに受光素子９５を付加して半導体光受信装置を構成することにより、装置全体をコンパクト化できるためコストダウンとなり、かつ歩留まりも向上する。
［実施の形態７］
図１４は、この発明の実施の形態７における半導体光受信装置２０Ｂの概略的な構成を示した図である。
図１４を参照して、実施の形態７の半導体光受信装置２０Ｂは、実施の形態３（変形例１〜４を含む）の半導体光増幅駆動装置１０Ｂに受光素子９５が付加された構成を有する。受光素子９５は、ビームスプリッタ７７から分岐される出力光Ｐｏｕｔの一部を受光する。
受光素子９５は、たとえば光電変換素子であってもよく、この場合、受光した出力光Ｐｏｕｔの一部を電気信号に変換する。これにより、増幅され波形整形された出力光Ｐｏｕｔを電気信号として受信できるというメリットがある。
また、半導体光増幅駆動装置１０Ｂおよび受光素子９５は、同一基板上に集積化することができる。同一基板上に集積化した場合、個別に配置するよりもコストダウンとなり、半導体光増幅デバイス１と受光素子９５との光軸合わせを行なう必要もなくなる。
以上のように、実施の形態７によれば、半導体光増幅駆動装置１０Ｂに受光素子９５を付加して半導体光受信装置を構成することにより、装置全体をコンパクト化できるためコストダウンとなり、かつ歩留まりも向上する。
［実施の形態８］
図１５は、この発明の実施の形態８における半導体光受信装置２０Ｃの概略的な構成を示した図である。
図１５を参照して、実施の形態８の半導体光受信装置２０Ｃは、実施の形態４（変形例１〜４を含む）の半導体光増幅駆動装置１０Ｃに受光素子９５が付加された構成を有する。受光素子９５は、半導体光増幅デバイス１から出力される出力光Ｐｏｕｔを受光する。
受光素子９５は、たとえば光電変換素子であってもよく、この場合、受光した出力光Ｐｏｕｔの一部を電気信号に変換する。これにより、増幅され波形整形された出力光Ｐｏｕｔを電気信号として受信できるというメリットがある。
また、半導体光増幅駆動装置１０Ｃおよび受光素子９５は、同一基板上に集積化することができる。同一基板上に集積化した場合、個別に配置するよりもコストダウンとなり、半導体光増幅デバイス１と受光素子９５との光軸合わせを行なう必要もなくなる。
以上のように、実施の形態８によれば、半導体光増幅駆動装置１０Ｃに受光素子９５を付加して半導体光受信装置を構成することにより、装置全体をコンパクト化できるためコストダウンとなり、かつ歩留まりも向上する。
［実施の形態９］
図１６は、この発明の実施の形態９における半導体光受信装置２０Ｄの概略的な構成を示した図である。
図１６を参照して、実施の形態９の半導体光受信装置２０Ｄは、実施の形態５の半導体光増幅駆動装置１０Ｄに受光素子９５が付加された構成を有する。受光素子９５は、ビームスプリッタ５２から分岐される出力光Ｐｏｕｔの一部を受光する。
受光素子９５は、たとえば光電変換素子であってもよく、この場合、受光した出力光Ｐｏｕｔの一部を電気信号に変換する。これにより、増幅され波形整形された出力光Ｐｏｕｔを電気信号として受信できるというメリットがある。
また、半導体光増幅駆動装置１０Ｄおよび受光素子９５は、同一基板上に集積化することができる。同一基板上に集積化した場合、個別に配置するよりもコストダウンとなり、半導体光増幅デバイス１と受光素子９５との光軸合わせを行なう必要もなくなる。
以上のように、実施の形態９によれば、半導体光増幅駆動装置１０Ｄに受光素子９５を付加して半導体光受信装置を構成することにより、装置全体をコンパクト化できるためコストダウンとなり、かつ歩留まりも向上する。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明の実施の形態１における半導体光増幅デバイス１の共振器側面の概略的な構成を示した断面図である。 「１」または「０」の２値を持つ劣化した光信号Ｐ０の時間波形を示した図である。 付加雑音光Ｐｎの時間波形を示した図である。 図２の光信号Ｐ０に図３の付加雑音光Ｐｎを付加した注入光Ｐｉｎの時間波形を示した図である。 この発明の実施の形態１における半導体光増幅デバイス１の動作特性を説明するための図である。 付加雑音光Ｐｎの雑音強度を変化させたときの出力光Ｐｏｕｔのビットエラーレートを示した図である。 この発明の実施の形態２における半導体光増幅駆動装置１０Ａの概略的な構成を示した図である。 この発明の実施の形態３における半導体光増幅駆動装置１０Ｂの概略的な構成を示した図である。 この発明の実施の形態４における半導体光増幅駆動装置１０Ｃの概略的な構成を示した図である。 図９の半導体光増幅デバイス１に入射される光信号Ｐ０の時間波形を示した図である。 付加雑音電流供給回路８９によって生成される付加雑音電流Ｉｎの時間波形を示した図である。 この発明の実施の形態５における半導体光増幅駆動装置１０Ｄの概略的な構成を示した図である。 この発明の実施の形態６における半導体光受信装置２０Ａの概略的な構成を示した図である。 この発明の実施の形態７における半導体光受信装置２０Ｂの概略的な構成を示した図である。 この発明の実施の形態８における半導体光受信装置２０Ｃの概略的な構成を示した図である。 この発明の実施の形態９における半導体光受信装置２０Ｄの概略的な構成を示した図である。 従来の可飽和吸収領域つき双安定半導体レーザの注入光−光出力特性曲線を示した図である。 可飽和吸収領域を有する双安定半導体レーザを用いた従来の光信号再生装置の動作特性を説明するための図である。 双安定状態の半導体レーザに注入される光がどのようにして作られるかを説明するための図である。 双安定半導体レーザ１２１を用いて光増幅を行う光信号再生装置１００の構成を示した図である。
符号の説明
１ 半導体光増幅デバイス、２，１２６ 活性層、４，１２３ 可飽和吸収領域、５，６，１２２ 光増幅領域、７ 入射面、８ 出射面、９ ｎ型ＩｎＰ基板、１０Ａ〜１０Ｄ 半導体光増幅駆動装置、２０Ａ〜２０Ｄ 半導体光受信装置、１２ ｎ型ＩｎＰクラッド層、１３ ｐ型ＩｎＰクラッド層、２１〜２３ ｐ電極、２７〜２９ ｎ電極、５２，７７ ビームスプリッタ、５３，７８ 光電変換素子、５４ 結合コンデンサ、５５ ローパスフィルタ、５６ 基準電流源、５７ プリアンプ、５８ 抵抗、５９ 光源、６８，６９，８８，９１ 変調電流供給回路、７９ フィードバック制御回路、８９，９３ 付加雑音電流供給回路、９０ 結合器、９５ 受光素子、１００ 光信号再生装置、１２１ 双安定半導体レーザ。

Claims (7)

  1. 光信号を増幅する半導体光増幅駆動装置であって、
    光増幅領域と可飽和吸収領域とを含む活性層を有する半導体光増幅デバイスを備え、前記活性層は、前記光信号を含む注入光を受けて、該注入光が増幅された出力光を出射し、
    前記出力光の一部を検出して電気信号に変換する光電変換素子と、
    前記電気信号を受けて、前記光信号と該光信号に含まれる雑音とが確率的に同期するように前記出力光の状態をモニターするフィードバック制御回路と、
    前記フィードバック制御回路から出力される第１の制御信号に応じて、前記光増幅領域に第１の電流を供給する第１の電流供給回路と、
    前記フィードバック制御回路から出力される第２の制御信号に応じて、前記可飽和吸収領域に第２の電流を供給する第２の電流供給回路とを備える、半導体光増幅駆動装置。
  2. 光信号を増幅する半導体光増幅駆動装置であって、
    光増幅領域と可飽和吸収領域とを含む活性層を有する半導体光増幅デバイスを備え、前記活性層は、前記光信号を含む注入光を受けて、該注入光が増幅された出力光を出射し、
    前記注入光の一部を検出して電気信号に変換する光電変換素子と、
    前記電気信号を受けて、前記光信号と該光信号に含まれる雑音とが確率的に同期するように前記注入光の状態をモニターするフィードバック制御回路と、
    前記フィードバック制御回路から出力される第１の制御信号に応じて、前記光増幅領域に第１の電流を供給する第１の電流供給回路と、
    前記フィードバック制御回路から出力される第２の制御信号に応じて、前記可飽和吸収領域に第２の電流を供給する第２の電流供給回路とを備える、半導体光増幅駆動装置。
  3. 前記半導体光増幅デバイスは、
    第１の極性の電極と、
    前記第１の極性の電極に対して設けられる第２の極性の電極とを備え、
    前記第１の極性の電極および前記第２の極性の電極の少なくとも一方は、前記光増幅領域と前記可飽和吸収領域とに対して独立に電流を注入できるように分割されている、請求項１または２に記載の半導体光増幅駆動装置。
  4. 前記光増幅領域は、前記可飽和吸収領域の両側にそれぞれ配置される第１および第２の光増幅領域を含み、
    前記第１および第２の光増幅領域の一方の端面から前記注入光が入射され、前記第１および第２の光増幅領域の他方の端面から前記出力光が出射される、請求項１または２に記載の半導体光増幅駆動装置。
  5. 前記可飽和吸収領域の共振器方向に占める長さの割合は、１％以上であり、かつ５０％未満である、請求項１または２に記載の半導体光増幅駆動装置。
  6. 前記光増幅領域および前記可飽和吸収領域に注入される電流の強度は、前記出力光の振幅が増大し、前記光信号のビットエラーレートが低減するように調整されている、請求項１または２に記載の半導体光増幅駆動装置。
  7. 前記半導体光増幅デバイスは、双安定状態の半導体レーザである、請求項１〜６のいずれかに記載の半導体光増幅駆動装置。
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