JP7513589B2 - モノリシックに集積された多重量子井戸レーザ及び位相変調器を用いた光電子発振器 - Google Patents
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Description
本願は、2018年7月25日に出願された米国仮特許出願第62/702,970号の出願日の利益を主張するものであり、その開示内容は引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
[例1]
調整された波長のマルチモード光信号を生成する波長可変マルチモードレーザと、
前記波長可変レーザに接続され前記光信号を受信し、少なくとも1つの遅延線を有するフィードバックループであって、前記遅延線の出力は、前記波長可変マルチモードレーザにフィードバックされて、前記マルチモード波長可変レーザのための自己注入同期ループ及び自己位相同期ループの少なくとも一方がもたらされる、フィードバックループと
を備え、
前記マルチモード波長可変レーザは、
前記マルチモード波長可変レーザの第1の端部にある半導体光利得領域と、
前記マルチモード波長可変レーザの第2の端部にあり、モード間分離周波数によって分離された複数の波長の光信号を維持するフィードバックミラーを備えるフィードバック領域と、
前記半導体光利得領域と前記フィードバック領域との間にある位相変調領域であって、前記位相変調領域は前記位相変調領域を通じて送られる前記光信号の位相を制御する、位相変調領域と
を有し、
前記レーザにフィードバックされる前記遅延線の出力は、前記光利得領域及び前記位相変調領域の各々にバイアスをかけ、前記光信号の位相ドリフトが低減される、デバイス。
[例2]
前記マルチモード波長可変レーザは、p型半導体領域と、n型半導体領域と、前記p型半導体領域と前記n型半導体領域との間にある活性層とを有するPIN構造により形成され、
前記半導体光利得領域は、前記活性層に沿って形成された多重量子井戸構造を有する、例1に記載のデバイス。
[例3]
前記PIN構造は、リン化インジウムにより形成され、
前記多重量子井戸構造は、インジウムガリウムヒ素リン化物合金とインジウムアルミニウムヒ素合金とのいずれかにより形成される、例2に記載のデバイス。
[例4]
前記光信号における複数の波長の前記モード間分離周波数が、約40GHzである、例1~3のいずれかに記載のデバイス。
[例5]
前記フィードバック領域の前記フィードバックミラーは、分布ブラッグ反射鏡又はファブリ・ペロー共振器である、例1~4のいずれかに記載のデバイス。
[例6]
前記位相変調領域は、6ボルト~7ボルトの電圧が印加されたときに約15度/(V*mm)の感度を有する位相変調器を備える、例に記載のデバイス。
[例7]
前記フィードバックループは、前記遅延線を有する自己注入同期の部分であって、
前記遅延線の出力を増幅する半導体光増幅器と、
前記レーザにより生成された前記光信号と前記遅延線の出力との各々を受信し、前記遅延線出力の出力を前記レーザにフィードバックする光コンバイナと
を更に備える、例1~6のいずれかに記載のデバイス。
[例8]
前記レーザは、前記光利得領域における利得を制御するための第1の電流源と、前記位相変調領域における位相変調を制御するための第2の電流源とを備え、
前記第1の電流源及び前記第2の電流源の各々は、互いに電気的に絶縁され、
前記光コンバイナは、前記遅延線の出力を前記第1の電流源及び前記第2の電流源の各々に提供する、例7に記載のデバイス。
[例9]
前記半導体光増幅器は、約2dBの利得を有し、前記フィードバックループは、1時間の持続時間にわたる前記光信号の周波数ドリフトを11GHz超から8GHz未満へと低減させる、例7又は8に記載のデバイス。
[例10]
前記半導体光増幅器は、約5dBの利得を有し、前記フィードバックループは、1時間の持続時間にわたる前記光信号の周波数ドリフトを11GHz超から6GHz未満へと低減させる、例7又は8に記載のデバイス。
[例11]
前記フィードバックループは、
前記遅延線を有する光電子型の自己位相同期ループの部分であって、
前記レーザによる前記光信号の遅延のないバージョンを受信し、受信した信号を光領域から電気領域へと変換する第1の光電気変換器と、
前記第1の光電気変換器から前記変換後の遅延のない信号を受信する第1の電路と、
前記遅延線から前記光信号の遅延のあるバージョンを受信し、受信した信号を光領域から電気領域へと変換する第2の光電気変換器と、
前記第2の光電気変換器から前記変換後の遅延のある信号を受信する第2の電路と、
前記第1の電路及び前記第2の電路の各々に接続され、前記変換後の遅延のない信号と前記変換後の遅延のある信号とを合成して合成後の信号とする位相ミキサと
を更に備え、
前記デバイスは更に、前記合成後の信号が前記レーザにフィードバックされるように構成されている、例1~6のいずれかに記載のデバイス。
[例12]
前記ミキサの出力に接続され前記合成後の信号を増幅する増幅器を更に備え、
前記デバイスは、増幅された合成後の信号が前記レーザにフィードバックされるように構成されている、例11に記載のデバイス。
[例13]
前記第1の電路及び前記第2の電路の各々は、前記変換後の遅延のない信号及び前記変換後の遅延のある信号をそれぞれフィルタリングする狭帯域フィルタを備え、
各狭帯域フィルタは、前記モード間分離周波数に基づいて選択される周波数と同じ周波数を中心とする、例11又は12に記載のデバイス。
[例14]
前記フィードバックループは、
光電子型の自己注入同期・自己位相同期ループによるフィードバックループであり、
前記遅延線の出力を増幅する半導体光増幅器と、
前記レーザにより生成された前記光信号と前記遅延線の出力との各々を受信し、前記遅延線出力の出力を前記レーザにフィードバックする光コンバイナと
を備える自己注入同期の部分と、
前記レーザから前記光信号の遅延のないバージョンを受信し、受信した信号を光領域から電気領域へと変換する第1の光電気変換器と、
前記第1の光電気変換器から前記変換後の遅延のない信号を受信する第1の電路と、
前記遅延線から前記光信号の遅延のあるバージョンを受信し、受信した信号を光領域から電気領域へと変換する第2の光電気変換器と、
前記第2の光電気変換器から前記変換後の遅延のある信号を受信する第2の電路と、
前記第1の電路及び前記第2の電路の各々に接続され、前記変換後の遅延のない信号と前記変換後の遅延のある信号とを合成し、合成後の信号とする位相ミキサと
を備える自己位相同期ループの部分と
を有し、
前記デバイスは更に、前記合成後の信号が前記レーザにフィードバックされるように構成されている、例1~6のいずれかに記載のデバイス。
[例15]
前記レーザの出力に接続され、前記レーザにより生成された前記光信号を分配する光カプラを更に備え、前記レーザにより生成された前記光信号の一部のみが前記遅延線に送られる、例1~4のいずれかに記載のデバイス。
[例16]
前記レーザ及び前記遅延線がモノリシックに集積されている、例1~15のいずれかに記載のデバイス。
[例17]
前記遅延線は、トロイダルマイクロ共振器とリングマイクロ共振器とのいずれかとして選択される遅延要素を備える、例16に記載のデバイス。
[例18]
前記遅延要素は、半径が約60ミクロンのトロイダルマイクロ共振器である、例17に記載のデバイス。
[例19]
前記遅延要素は、直径が約10ミクロンのリング状マイクロ共振器である、例17に記載のデバイス。
[例20]
前記遅延要素は、レーザが約1550nmの波長で動作する場合に、1011のオーダーの品質係数を有する、例17~19のいずれかに記載のデバイス。
[例21]
前記遅延要素は約250μsの遅延を生じさせる、例17~20のいずれかに記載のデバイス。
[例22]
前記遅延線は、1つ以上のフォトニックバンドギャップファイバを含む、例16に記載のデバイス。
[例23]
前記フィードバックループは複数の遅延線を有し、各遅延線は、前記マルチモード波長可変レーザに対し、注入同期フィードバックと位相同期ループフィードバックとの少なくともいずれかを提供する、例1~22のいずれかに記載のデバイス。
[例24]
前記複数の遅延線のうちの少なくとも1つは、前記光信号の発振を同期させるために外部基準信号を有する位相同期ループフィードバック要素を備える、例23に記載のデバイス。
[例25]
前記波長可変マルチモードレーザの前記利得領域と前記フィードバック領域と前記位相変調領域との各々が、モノリシックに集積されている、例24に記載のデバイス。
[例26]
あるRF周波数帯においてモード間分離周波数を有する複数のモードを有し、調整された波長の光信号を生成する波長可変レーザと、
前記波長可変レーザに接続され前記光信号を受信する光電子フィードバックループであって、前記光電子フィードバックループは、前記光信号が蓄積される少なくとも1つの遅延部を備え、前記光電子フィードバックループの出力は前記波長可変レーザに接続され、前記光信号が前記レーザにフィードバックされる、光電子フィードバックループと
を備え、
前記波長可変レーザは、
p型半導体領域とn型半導体領域との間にある活性層を有するPIN構造と、
分布ブラッグ反射鏡又はファブリ・ペロー共振器を有し、選択された光波長において放出を行うフィードバックミラーと、
前記光信号の位相を制御する位相変調器と、
前記PIN構造における前記活性層に沿って形成された多重量子井戸構造と、
を備え、
前記光電子フィードバックループは、前記光信号の前記モード間分離周波数を安定させるために、前記光信号の自己注入同期ループ及び自己位相同期ループを提供する、
光電子デバイス。
[例27]
光電子フィードバックループは、前記光信号の前記モード間分離周波数を安定させるべく、バルクハウゼンの発振条件を満たす位相の状態となるように前記位相変調器を制御する、例26に記載の光電子デバイス。
Claims (27)
- 調整された波長のマルチモード光信号を生成する波長可変マルチモードレーザと、
前記波長可変マルチモードレーザに接続され前記マルチモード光信号を受信し、少なくとも1つの遅延線を有するフィードバックループであって、前記少なくとも1つの遅延線の出力は、前記波長可変マルチモードレーザにフィードバックされて、前記波長可変マルチモードレーザのための自己注入同期ループ及び自己位相同期ループの少なくとも一方がもたらされる、フィードバックループと
を備え、
前記波長可変マルチモードレーザは、
前記波長可変マルチモードレーザの第1の端部にある半導体光利得領域と、
前記波長可変マルチモードレーザの第2の端部にあり、モード間分離周波数によって分離された複数の波長の光信号を維持するフィードバックミラーを備えるフィードバック領域と、
前記半導体光利得領域と前記フィードバック領域との間にある位相変調領域であって、前記位相変調領域は前記位相変調領域を通じて送られる前記マルチモード光信号の位相を制御する、位相変調領域と
を有し、
前記波長可変マルチモードレーザにフィードバックされる前記少なくとも1つの遅延線の出力は、前記半導体光利得領域及び前記位相変調領域の各々に送られ、前記半導体光利得領域及び前記位相変調領域の各々にバイアスがかけられて、前記マルチモード光信号の位相ドリフトが低減される、デバイス。 - 前記波長可変マルチモードレーザは、p型半導体領域と、n型半導体領域と、前記p型半導体領域と前記n型半導体領域との間にある活性層とを有するPIN構造により形成され、
前記半導体光利得領域は、前記活性層に沿って形成された多重量子井戸構造を有する、請求項1に記載のデバイス。 - 前記PIN構造は、リン化インジウムにより形成され、
前記多重量子井戸構造は、インジウムガリウムヒ素リン化物合金とインジウムアルミニウムヒ素合金とのいずれかにより形成される、請求項2に記載のデバイス。 - 前記マルチモード光信号における複数の波長の前記モード間分離周波数が、約40GHzである、請求項1に記載のデバイス。
- 前記フィードバック領域の前記フィードバックミラーは、分布ブラッグ反射鏡又はファブリ・ペロー共振器である、請求項1に記載のデバイス。
- 前記位相変調領域は、6ボルト~7ボルトの電圧が印加されたときに約15度/(V*mm)の感度を有する位相変調器を備える、請求項1に記載のデバイス。
- 前記フィードバックループは、前記少なくとも1つの遅延線を有する自己注入同期の部分であって、
前記少なくとも1つの遅延線の出力を増幅する半導体光増幅器と、
前記波長可変マルチモードレーザにより生成された前記マルチモード光信号と前記少なくとも1つの遅延線の出力との各々を受信し、前記少なくとも1つの遅延線の出力を前記波長可変マルチモードレーザにフィードバックするサーキュレータと
を更に備える、請求項1に記載のデバイス。 - 前記波長可変マルチモードレーザは、前記半導体光利得領域における利得を制御するための第1の電流源と、前記位相変調領域における位相変調を制御するための第2の電流源とを備え、
前記第1の電流源及び前記第2の電流源の各々は、互いに電気的に絶縁され、
前記サーキュレータは、前記少なくとも1つの遅延線の出力を前記第1の電流源及び前記第2の電流源の各々に提供する、請求項7に記載のデバイス。 - 前記半導体光増幅器は、約2dBの利得を有し、前記フィードバックループは、1時間の持続時間にわたる前記マルチモード光信号の周波数ドリフトを11GHz超から8GHz未満へと低減させる、請求項7又は8に記載のデバイス。
- 前記半導体光増幅器は、約5dBの利得を有し、前記フィードバックループは、1時間の持続時間にわたる前記マルチモード光信号の周波数ドリフトを11GHz超から6GHz未満へと低減させる、請求項7又は8に記載のデバイス。
- 前記フィードバックループは、
前記少なくとも1つの遅延線を有する光電子型の自己位相同期ループの部分であって、
前記波長可変マルチモードレーザによる遅延されていない前記マルチモード光信号を受信し、受信した、遅延されていない前記マルチモード光信号を光領域から電気領域へと変換する第1の光電気変換器と、
前記第1の光電気変換器から前記変換後の、遅延されていない前記マルチモード光信号を受信する第1の電路と、
前記少なくとも1つの遅延線から遅延された前記マルチモード光信号を受信し、受信した、遅延された前記マルチモード光信号を光領域から電気領域へと変換する第2の光電気変換器と、
前記第2の光電気変換器から前記変換後の、遅延された前記マルチモード光信号を受信する第2の電路と、
前記第1の電路及び前記第2の電路の各々に接続され、前記変換後の、遅延されていない前記マルチモード光信号と、前記変換後の、遅延された前記マルチモード光信号とを合成して合成後の信号とする位相ミキサと
を更に備え、
前記デバイスは更に、前記合成後の信号が前記波長可変マルチモードレーザにフィードバックされるように構成されている、請求項1に記載のデバイス。 - 前記位相ミキサの出力に接続され前記合成後の信号を増幅する増幅器を更に備え、
前記デバイスは、増幅された合成後の信号が前記波長可変マルチモードレーザにフィードバックされるように構成されている、請求項11に記載のデバイス。 - 前記第1の電路及び前記第2の電路の各々は、前記変換後の、遅延されていない前記マルチモード光信号及び前記変換後の、遅延された前記マルチモード光信号をそれぞれフィルタリングする狭帯域フィルタを備え、
各狭帯域フィルタは、前記モード間分離周波数に基づいて選択される周波数と同じ周波数を中心とする、請求項11又は12に記載のデバイス。 - 前記フィードバックループは、
光電子型の自己注入同期・自己位相同期ループによるフィードバックループであり、
前記少なくとも1つの遅延線の出力を増幅する半導体光増幅器と、
前記波長可変マルチモードレーザにより生成された前記マルチモード光信号と前記少なくとも1つの遅延線の出力との各々を受信し、前記少なくとも1つの遅延線の出力を前記波長可変マルチモードレーザにフィードバックするサーキュレータと
を備える自己注入同期の部分と、
前記波長可変マルチモードレーザから遅延されていない前記マルチモード光信号を受信し、受信した、遅延されていない前記マルチモード光信号を光領域から電気領域へと変換する第1の光電気変換器と、
前記第1の光電気変換器から前記変換後の、遅延されていない前記マルチモード光信号を受信する第1の電路と、
前記少なくとも1つの遅延線から遅延された前記マルチモード光信号を受信し、受信した、遅延された前記マルチモード光信号を光領域から電気領域へと変換する第2の光電気変換器と、
前記第2の光電気変換器から前記変換後の、遅延された前記マルチモード光信号を受信する第2の電路と、
前記第1の電路及び前記第2の電路の各々に接続され、前記変換後の、遅延されていない前記マルチモード光信号と、前記変換後の、遅延された前記マルチモード光信号とを合成し、合成後の信号とする位相ミキサと
を備える自己位相同期ループの部分と
を有し、
前記デバイスは更に、前記合成後の信号が前記波長可変マルチモードレーザにフィードバックされるように構成されている、請求項1に記載のデバイス。 - 前記波長可変マルチモードレーザの出力に接続され、前記波長可変マルチモードレーザにより生成された前記マルチモード光信号を分配する光カプラを更に備え、前記波長可変マルチモードレーザにより生成された前記マルチモード光信号の一部のみが前記少なくとも1つの遅延線に送られる、請求項1に記載のデバイス。
- 前記波長可変マルチモードレーザ及び前記少なくとも1つの遅延線がモノリシックに集積されている、請求項1に記載のデバイス。
- 前記少なくとも1つの遅延線は、トロイダルマイクロ共振器とリングマイクロ共振器とのいずれかとして選択される遅延要素を備える、請求項16に記載のデバイス。
- 前記遅延要素は、半径が約60ミクロンのトロイダルマイクロ共振器である、請求項17に記載のデバイス。
- 前記遅延要素は、直径が約10ミクロンのリング状マイクロ共振器である、請求項17に記載のデバイス。
- 前記遅延要素は、レーザが約1550nmの波長で動作する場合に、減衰量として1011のオーダーのQ値を有する、請求項17~19のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記遅延要素は約250μsの遅延を生じさせる、請求項17~19のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記少なくとも1つの遅延線は、1つ以上のフォトニックバンドギャップファイバを含む、請求項16に記載のデバイス。
- 前記フィードバックループは複数の遅延線を有し、各遅延線は、前記波長可変マルチモードレーザに対し、注入同期フィードバックと位相同期ループフィードバックとの少なくともいずれかを提供する、請求項1に記載のデバイス。
- 前記複数の遅延線のうちの少なくとも1つは、前記マルチモード光信号の発振を同期させるために外部基準信号を有する位相同期ループフィードバック要素を備える、請求項23に記載のデバイス。
- 前記波長可変マルチモードレーザの前記半導体光利得領域と前記フィードバック領域と前記位相変調領域との各々が、モノリシックに集積されている、請求項1に記載のデバイス。
- 高周波(RF)の或る周波数帯においてモード間分離周波数を有する複数のモードを有し、調整された波長の光信号を生成する波長可変レーザと、
前記波長可変レーザに接続され前記光信号を受信する光電子フィードバックループであって、前記光電子フィードバックループは、前記光信号が蓄積される少なくとも1つの遅延部を備え、前記光電子フィードバックループの出力は前記波長可変レーザに接続され、前記光信号が前記波長可変レーザにフィードバックされる、光電子フィードバックループと
を備え、
前記波長可変レーザは、
p型半導体領域とn型半導体領域との間にある活性層を有するPIN構造と、
分布ブラッグ反射鏡又はファブリ・ペロー共振器を有し、選択された光波長において放出を行うフィードバックミラーと、
前記光信号の位相を制御する位相変調器と、
前記PIN構造における前記活性層に沿って形成された多重量子井戸構造と、
を備え、
前記光電子フィードバックループは、前記光信号の前記モード間分離周波数を安定させるために、前記光信号の自己注入同期ループ及び自己位相同期ループを提供する、
光電子デバイス。 - 前記光電子フィードバックループは、前記光信号の前記モード間分離周波数を安定させるべく、バルクハウゼンの発振条件を満たす位相の状態となるように前記位相変調器を制御する、請求項26に記載の光電子デバイス。
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