JPH01143382A - 光増幅器 - Google Patents
光増幅器Info
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- JPH01143382A JPH01143382A JP30224587A JP30224587A JPH01143382A JP H01143382 A JPH01143382 A JP H01143382A JP 30224587 A JP30224587 A JP 30224587A JP 30224587 A JP30224587 A JP 30224587A JP H01143382 A JPH01143382 A JP H01143382A
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 32
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
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- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
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- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/50—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/50—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
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-
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、光通信、光情報処理等の光を信号として用い
るシステムにおける、半導体より成る光利得媒質を用い
た光増幅器に関する。
るシステムにおける、半導体より成る光利得媒質を用い
た光増幅器に関する。
従来の技術
光通信や光コンビューテング等の光を信号として用いる
通信及び情報処理は、光が高速であること、電磁誘導に
影響されにくいこと等から実用化2ヘー。
通信及び情報処理は、光が高速であること、電磁誘導に
影響されにくいこと等から実用化2ヘー。
が期待されている。しかしながら、信号光は伝送路中の
吸収や散乱等によって減衰を受けるので、伝送の途中で
増幅をする必要がある。この光増幅の一つの手段として
考えられているのが、半導体レーザ増幅器を用いた光増
幅である(例えば、エレクトロニクス・レターズ、第2
3 巻、 第20 号。
吸収や散乱等によって減衰を受けるので、伝送の途中で
増幅をする必要がある。この光増幅の一つの手段として
考えられているのが、半導体レーザ増幅器を用いた光増
幅である(例えば、エレクトロニクス・レターズ、第2
3 巻、 第20 号。
1052〜1o53頁)。
第4図に従来の光増幅器の一例を示す。401はファブ
リペロ−型の半導体レーザでありレーザ発振のためのキ
ャリア密度が変わるだめ、利得の飽和や共振器の光学長
の変化が生じ、光出力対光入力特性に非線形性がつきま
とった。
リペロ−型の半導体レーザでありレーザ発振のためのキ
ャリア密度が変わるだめ、利得の飽和や共振器の光学長
の変化が生じ、光出力対光入力特性に非線形性がつきま
とった。
そこで本発明者らは上記の非線形性を改善するだめに第
3図に示すような構成を用いた。すなわち、半導体レー
ザ301に電流源302からしきい値電流以上のバイア
ス電流を供給し、レーザ光へ303を生じさせる。しき
い値キャリア密度をNth とすると、レーザ発振を
している時の活性層内のキャリア密度はほぼNth に
等しく保たれる。この状態で光アイソレータ304を通
して光3ベーン 入力305を半導体レーザ301に入射させる。
3図に示すような構成を用いた。すなわち、半導体レー
ザ301に電流源302からしきい値電流以上のバイア
ス電流を供給し、レーザ光へ303を生じさせる。しき
い値キャリア密度をNth とすると、レーザ発振を
している時の活性層内のキャリア密度はほぼNth に
等しく保たれる。この状態で光アイソレータ304を通
して光3ベーン 入力305を半導体レーザ301に入射させる。
集光のためのレンズは図示していない。この時、半導体
レーザの他方の端面からは光出力306が出射される。
レーザの他方の端面からは光出力306が出射される。
光出力306は光入力305が半導体レーザ301の中
で増幅されたものであシ、双方の波長は同一である。し
たがって光入力305の波長をレーザ光303の波長と
ずらしておくことにより、波長フィルタ307を用いて
光出力306のみを選択的にとシ出すことができる。さ
て、光入力305の強度をしきい値電流を工thとおく
。402は、半導体レーザ401に供給されるバイアス
電流を示してお虱この値はIth より低く且つ、光
入力403に対して半導体レーザ401の活性層が利得
を持つように設定される。
で増幅されたものであシ、双方の波長は同一である。し
たがって光入力305の波長をレーザ光303の波長と
ずらしておくことにより、波長フィルタ307を用いて
光出力306のみを選択的にとシ出すことができる。さ
て、光入力305の強度をしきい値電流を工thとおく
。402は、半導体レーザ401に供給されるバイアス
電流を示してお虱この値はIth より低く且つ、光
入力403に対して半導体レーザ401の活性層が利得
を持つように設定される。
従って半導体レーザは自らのレーザ発振は起こさない。
光入力403の波長は半導体レーザの利得がほぼ最大と
なる波長に選ばれるのが普通である。
なる波長に選ばれるのが普通である。
404は光アイソレータとレンズより成る部品であり、
光入力403を集光して半導体レーザ401の活性層に
入射させる。このような状態の時、光入力403は半導
体レーザ401の中で約1o〜100倍程度の強度に増
幅され光出力405として取シ出される。
光入力403を集光して半導体レーザ401の活性層に
入射させる。このような状態の時、光入力403は半導
体レーザ401の中で約1o〜100倍程度の強度に増
幅され光出力405として取シ出される。
発明が解決しようとする問題点
ところが上記した構成によると、光増幅のために半導体
レーザ401の中で電子と正孔の再結合が起こる。その
ため、電子と正孔の密度が半導体レーザ401内部の光
子密度の増加と共に減少することになり、次のような2
つの問題点を誘起する。すなわち第1の問題点は第6図
の光出力対光入力特性中に示した10曲線のように、光
入力が大きくなると利得が飽和し、光出力の増加量が小
さくなってしまう。次に、第2の問題点は、正孔と電子
の密度の減少に伴う屈折率の増加によシ半導体レーザ4
01の共振器の光学長が変わり第5図の2,3の曲線の
ように特性が非線形になることである。これは、光学長
の変化により共振器内を往復する光が互いに強め合った
シ弱め合ったシするからである。
レーザ401の中で電子と正孔の再結合が起こる。その
ため、電子と正孔の密度が半導体レーザ401内部の光
子密度の増加と共に減少することになり、次のような2
つの問題点を誘起する。すなわち第1の問題点は第6図
の光出力対光入力特性中に示した10曲線のように、光
入力が大きくなると利得が飽和し、光出力の増加量が小
さくなってしまう。次に、第2の問題点は、正孔と電子
の密度の減少に伴う屈折率の増加によシ半導体レーザ4
01の共振器の光学長が変わり第5図の2,3の曲線の
ように特性が非線形になることである。これは、光学長
の変化により共振器内を往復する光が互いに強め合った
シ弱め合ったシするからである。
ところが増幅器の特性は、入力に対する出力の6 ベー
ジ 関係が線形であることが望まれるので、第6図のような
非線形応答はこの光増幅器の特性における大きな問題点
であった。
ジ 関係が線形であることが望まれるので、第6図のような
非線形応答はこの光増幅器の特性における大きな問題点
であった。
問題点を解決するだめの手段
本発明は上記のような問題点を解決するために、半導体
レーザを用いた光増幅器において、バイアス電流をしき
い値電流より大きく設定してレーザ発振を起こすことに
よシ、外部から注入される光入力の強度に関係なく半導
体レーザの活性層中の正孔と電子の密度を固定すること
を主眼としており、以上の構成のほかに半導体レーザに
対して光を一方的に注入するだめの手段と、半導体レー
ザ固有の発振によるレーザ光を遮断し且つ光入力を増幅
したことによって得られる光出力のみを選択的に通過さ
せる手段とを具備して成るものである。
レーザを用いた光増幅器において、バイアス電流をしき
い値電流より大きく設定してレーザ発振を起こすことに
よシ、外部から注入される光入力の強度に関係なく半導
体レーザの活性層中の正孔と電子の密度を固定すること
を主眼としており、以上の構成のほかに半導体レーザに
対して光を一方的に注入するだめの手段と、半導体レー
ザ固有の発振によるレーザ光を遮断し且つ光入力を増幅
したことによって得られる光出力のみを選択的に通過さ
せる手段とを具備して成るものである。
作 用
上記した構成によれば、光入力の変化による正孔と電子
の密度の変動がないため、利得及び共振器の光学長が一
定に維持できるので光出力対光入力特性の線形性が保た
れる。
の密度の変動がないため、利得及び共振器の光学長が一
定に維持できるので光出力対光入力特性の線形性が保た
れる。
6 ヘ一/゛
実施例
第1図に本発明による実施例の構成図を示す。
1o1は半導体レーザでしきい値電流が工th である
。これに電流源102からIth より高い値のバイ
アス電流を供給する。よって、活性層103より波長λ
1のレーザ光104が横電界姿態(以下、TEモードと
記す。)で出射される。さてとの状態において外部よシ
波長λ2の光入力106を注入する。107 、108
はそれぞれ光アイソレータ、レンズであシ、光入力10
6が活性層103に注入され、且つ半導体レーザー01
からの出射光が光入力104と逆方向に進行するのを防
いでいる。半導体レーザー01の右側の端面からはレー
ザ光104と、増幅光109、すなわち光入力106が
活性層103中で増幅されて出力される光の2種類の光
が出射される。これらの光はレンズ110で平行光線に
変換され、波長フィルター106に入射する。波長フィ
ルター105は波長λ を通さず波長λ2を通すように
作られている。よって、増幅光109のみが選択的に波
7ベーノ 長フィルター105から出力される。尚、λ2は、λ1
と等しくなく且つ半導体レーザ101が利得を有する
波長域内に設定される。
。これに電流源102からIth より高い値のバイ
アス電流を供給する。よって、活性層103より波長λ
1のレーザ光104が横電界姿態(以下、TEモードと
記す。)で出射される。さてとの状態において外部よシ
波長λ2の光入力106を注入する。107 、108
はそれぞれ光アイソレータ、レンズであシ、光入力10
6が活性層103に注入され、且つ半導体レーザー01
からの出射光が光入力104と逆方向に進行するのを防
いでいる。半導体レーザー01の右側の端面からはレー
ザ光104と、増幅光109、すなわち光入力106が
活性層103中で増幅されて出力される光の2種類の光
が出射される。これらの光はレンズ110で平行光線に
変換され、波長フィルター106に入射する。波長フィ
ルター105は波長λ を通さず波長λ2を通すように
作られている。よって、増幅光109のみが選択的に波
7ベーノ 長フィルター105から出力される。尚、λ2は、λ1
と等しくなく且つ半導体レーザ101が利得を有する
波長域内に設定される。
さて、発明者らは、上記した構成によると、半導体レー
ザの共振器内の光入力の光子密度が成る値以下の時、活
性層103の正孔と電子の密度が光入力106の値に関
係なく一定に保たれることを、実験的及び理論的に確か
めた。以下にその機構について説明する。
ザの共振器内の光入力の光子密度が成る値以下の時、活
性層103の正孔と電子の密度が光入力106の値に関
係なく一定に保たれることを、実験的及び理論的に確か
めた。以下にその機構について説明する。
第2図A、Bはそれぞれ、共振器内のレーザ光の光子密
度と共振器内の光入力の光子密度の関係、及び活性層1
03中の電子密度と共振器内の光入力の光子密度の関係
を示す。光入力が零の時、半導体し〜ザはTEモードで
発振をしている。この時の共振器内のレーザ光の光子密
度をP。とする。
度と共振器内の光入力の光子密度の関係、及び活性層1
03中の電子密度と共振器内の光入力の光子密度の関係
を示す。光入力が零の時、半導体し〜ザはTEモードで
発振をしている。この時の共振器内のレーザ光の光子密
度をP。とする。
第2図B中のNthはしきい値キャリア密度である。供
給される電流が”th より大きいときのキャリア密
度はNth に固定される。次に、光入力106を注
入して、共振器内の光入力の光子密度を上げていくと、
光入力に対する光増幅とし=ザ発振とが共存する。しか
しながら、バイアス電流が一定なので総利得は一定であ
るから、光入力の光子密度が上昇すると光増幅が盛んに
なり、レーザ発振に費せる利得が減少する。従って第2
図Aのような関係になシ、光入力の光子密度がP工のと
きにレーザ光の光子密度はほぼ零になる。ところが、光
入力の光子密度がPlより小さいときは、第2図Aに示
したようにレーザ発振が維持されているから、第2図B
に示しだように電子密度はNthに保たれる。ここが本
発明の要点である。
給される電流が”th より大きいときのキャリア密
度はNth に固定される。次に、光入力106を注
入して、共振器内の光入力の光子密度を上げていくと、
光入力に対する光増幅とし=ザ発振とが共存する。しか
しながら、バイアス電流が一定なので総利得は一定であ
るから、光入力の光子密度が上昇すると光増幅が盛んに
なり、レーザ発振に費せる利得が減少する。従って第2
図Aのような関係になシ、光入力の光子密度がP工のと
きにレーザ光の光子密度はほぼ零になる。ところが、光
入力の光子密度がPlより小さいときは、第2図Aに示
したようにレーザ発振が維持されているから、第2図B
に示しだように電子密度はNthに保たれる。ここが本
発明の要点である。
電子密度が一定に保たれるから、利得は常に一定に保た
れ、且つ光学長も一定に保たれる。第3図A、Bはそれ
ぞれ外部からの光入力の強度に対する透過率すなわち光
入力に対する増幅光の強度の比と、増幅光の強度を示す
。E、は、共振器内の光入力の光子密度がPエ になる
時の光入力の値である。光入力がEi以下のときは第3
図Aのように透過率は一定に保たれている。従って、増
幅光と光入力の関係は第3図Bに示すように線形になる
。従ってE0以下の光入力が入射するような条9ベーノ 外下では、線形応答のできる光増幅器が構成できる。
れ、且つ光学長も一定に保たれる。第3図A、Bはそれ
ぞれ外部からの光入力の強度に対する透過率すなわち光
入力に対する増幅光の強度の比と、増幅光の強度を示す
。E、は、共振器内の光入力の光子密度がPエ になる
時の光入力の値である。光入力がEi以下のときは第3
図Aのように透過率は一定に保たれている。従って、増
幅光と光入力の関係は第3図Bに示すように線形になる
。従ってE0以下の光入力が入射するような条9ベーノ 外下では、線形応答のできる光増幅器が構成できる。
尚、本実施例では、光入力の偏波方向は指定せず、レー
ザ光との波長の違いを利用して増幅光とレーザ光とを分
離したが、光入力の偏波方向を半導体レーザ101内部
で横磁界モードになるように設定すれば、波長フィルタ
ー105のかわシに偏光子を用いることによシ、増幅光
とレーザ光を容易に分離できる。この場合、2つの光の
波長は同一でもかまわない。
ザ光との波長の違いを利用して増幅光とレーザ光とを分
離したが、光入力の偏波方向を半導体レーザ101内部
で横磁界モードになるように設定すれば、波長フィルタ
ー105のかわシに偏光子を用いることによシ、増幅光
とレーザ光を容易に分離できる。この場合、2つの光の
波長は同一でもかまわない。
発明の効果
本発明によれば、信号光に対する強度の増幅を線形に行
なうことのできる光増幅器が容易に構成できる。また電
子と正孔の濃度を従来例と比べて高く設定するので、そ
れらの寿命を短くすることができ、高速動作に適してい
る。
なうことのできる光増幅器が容易に構成できる。また電
子と正孔の濃度を従来例と比べて高く設定するので、そ
れらの寿命を短くすることができ、高速動作に適してい
る。
第1図は本発明の光増幅器の一実施例の構成図、第2図
Aは本発明による実施例の共振器内のレーザ光の光子密
度と共振器内の光入力の光子密度の1oヘ−7 関係を示す図、第2図Bは本発明による実施例の活性層
中の電子密度と共振器内の光入力の光子密度の関係を示
す図、第3図Aは本発明による実施例の光入力の透過率
と光入力の関係を示す図、第3図Bは本発明による実施
例の増幅光対光入力の関係を示す図、第4図は従来の増
幅器の構成図、第5図は従来例の光出力対光入力の関係
を示す図である。 101・・・・・・半導体レーザ、102・・・・・・
電流源、103・・・・・・活性層、104・・・・・
・レーザ光、105・・・・・・波長フィルター、10
6・・・・・・光入力、107・・・・・・光マイソレ
ータ、108・・・・・・レンズ、1o9・・・・・・
増幅光、110・・・・・・レンズ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第3
図 4θ/−一一手導イ木ンーブ 第5図
Aは本発明による実施例の共振器内のレーザ光の光子密
度と共振器内の光入力の光子密度の1oヘ−7 関係を示す図、第2図Bは本発明による実施例の活性層
中の電子密度と共振器内の光入力の光子密度の関係を示
す図、第3図Aは本発明による実施例の光入力の透過率
と光入力の関係を示す図、第3図Bは本発明による実施
例の増幅光対光入力の関係を示す図、第4図は従来の増
幅器の構成図、第5図は従来例の光出力対光入力の関係
を示す図である。 101・・・・・・半導体レーザ、102・・・・・・
電流源、103・・・・・・活性層、104・・・・・
・レーザ光、105・・・・・・波長フィルター、10
6・・・・・・光入力、107・・・・・・光マイソレ
ータ、108・・・・・・レンズ、1o9・・・・・・
増幅光、110・・・・・・レンズ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第3
図 4θ/−一一手導イ木ンーブ 第5図
Claims (1)
- 半導体レーザと、前記半導体レーザにしきい値電流以上
のバイアス電流を供給する電流源と、前記半導体レーザ
に外部からの光を一方的に入射させる手段と、前記半導
体レーザが発生するレーザ光を選択的に遮断し且つ前記
半導体レーザの内部を通過してきた前記外部から光を選
択的に通過させる手段とを持つことを特徴とする光増幅
器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30224587A JPH0817259B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 光増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30224587A JPH0817259B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 光増幅器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01143382A true JPH01143382A (ja) | 1989-06-05 |
JPH0817259B2 JPH0817259B2 (ja) | 1996-02-21 |
Family
ID=17906698
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30224587A Expired - Lifetime JPH0817259B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 光増幅器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0817259B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0493776A2 (en) * | 1990-12-31 | 1992-07-08 | Gte Laboratories Incorporated | Semiconductor optical amplifier with wideband electrical response |
EP0639876A1 (fr) * | 1993-08-20 | 1995-02-22 | Alcatel N.V. | Amplificateur optique à semi-conducteur, présentant une non-linéarité réduite |
WO1996013084A1 (de) * | 1994-10-21 | 1996-05-02 | Besse Pierre Andre | Verfahren zur bekämpfung der sättigung und der nichtlinearen effekte in optischen halbleiterverstärkern |
EP0812041A2 (en) * | 1996-06-05 | 1997-12-10 | Kokusai Denshin Denwa Kabushiki Kaisha | Optical short pulse reshaping device |
FR3114887A1 (fr) | 2020-10-06 | 2022-04-08 | Marc Grosman | Amplificateur optique a ondes progressives dont l'amplification est commandee par des transistors a effet de champ |
-
1987
- 1987-11-30 JP JP30224587A patent/JPH0817259B2/ja not_active Expired - Lifetime
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