JPH02133976A - Wave length variable light source - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、コヒーレント光通信の局部発振用光源、多チ
ャネル・コヒーレント光伝送系の局発光源、多チヤネル
光伝送系の信号光源等に用いられるもので、半導体レー
ザの発振波長を連続的に変えることのできる波長可変光
源に関するものである。Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention is applicable to local oscillation light sources for coherent optical communication, local light sources for multi-channel coherent optical transmission systems, signal light sources for multi-channel optical transmission systems, etc. This invention relates to a wavelength tunable light source that can continuously change the oscillation wavelength of a semiconductor laser.
（従来の技術）
半導体レーザは、光出力が大きく、コヒーレント性も良
く、小型である等の利点を有するため、光通信等の光源
として適している。そこで、半導体レーザを用いて発振
波長を連続的に変えられる波長可変光源の提案が種々行
われている。(Prior Art) Semiconductor lasers have advantages such as large optical output, good coherence, and small size, and are therefore suitable as light sources for optical communications and the like. Therefore, various proposals have been made for wavelength tunable light sources that can continuously change the oscillation wavelength using semiconductor lasers.
従来、この種の波長可変光源の技術としては、例えば日
経エレクトロニクス、［４２３］ （１９８７−６−
１５）日経マグロウヒル社、小林・水戸著「半導体レー
ザの波長を連続的に変えるＪＰ。Conventionally, this type of wavelength tunable light source technology has been disclosed, for example, by Nikkei Electronics, [423] (1987-6-
15) Nikkei McGraw-Hill, Kobayashi/Mito, “JP Continuously Changing the Wavelength of a Semiconductor Laser.
１４９−１６１に記載されるものがあった。There was one described in 149-161.
半導体レーザの基本構造は、光に対して増幅利得のある
領域と共振器からなる。半導体レーザの発振波長は、０
発光スペクトル、■縦モード波長、及び■共振器損失の
波長特性という３要素により決定される。発振する波長
は、前記■の利得から■の共振器損失を引いた値が最大
となる■の縦モード波長である。前記■、■、■のいず
れかを変化させれば、発振波長は変わるが、単独に変化
さぜな時には発振縦モード間のジャンプ、つまりが起こ
ってしまって連続波長可変が行えない。そこで、前記文
献に記載された連続波長可変半導体レーザでは、前記■
の利得があまり変化しない範囲で、■の縦モード波長と
■の共振器損失波長特性を同時に調整して、同−縦モー
ドを維持しながら波長を連続的に変えるようにしている
。The basic structure of a semiconductor laser consists of a region that provides amplification gain for light and a resonator. The oscillation wavelength of a semiconductor laser is 0
It is determined by three factors: emission spectrum, (1) longitudinal mode wavelength, and (2) wavelength characteristics of resonator loss. The oscillation wavelength is the longitudinal mode wavelength (2) at which the value obtained by subtracting the resonator loss (2) from the gain (2) is the maximum. If any one of (1), (2), and (2) is changed, the oscillation wavelength changes, but if only one of them is changed, a jump or blockage occurs between the oscillation longitudinal modes, and continuous wavelength tuning cannot be performed. Therefore, in the continuously variable wavelength semiconductor laser described in the above-mentioned document, the above-mentioned
The longitudinal mode wavelength (2) and the resonator loss wavelength characteristics (2) are simultaneously adjusted within a range where the gain of (2) does not change much, so that the wavelength is continuously changed while maintaining the same longitudinal mode.
即ち、この半導体レーザでは、１．５μｍ波長帯の分布
反射（以下、ＤＢＲという）型半導体レーザを用い、注
入電流領域を、発光領域と位相制御領域とＤＢＲ領域の
３領域に分割し、位相制御領域とＤＢＲ領域に電流を注
入し、各々の領域の屈折率を変化させることにより、波
長を連続的に変えるようにしている。That is, this semiconductor laser uses a distributed reflection (hereinafter referred to as DBR) type semiconductor laser with a wavelength band of 1.5 μm, and divides the injection current region into three regions: a light emitting region, a phase control region, and a DBR region, and performs phase control. The wavelength is continuously changed by injecting current into the region and the DBR region to change the refractive index of each region.
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、」二層構成の光源では、電流によって屈
折率を変えているなめ、波長可変の範囲は数ｎｍ（例え
ば、光出力が２ｍＷで、５．８ｎｍ）が限界であり、波
長可変範囲が数１０ｎｍ以上（例えば、３０ｎｍ以上）
で、かつ光出力が数ｍＷ以上（例えば、５ｍＷ以上）と
いう２つの条件を同時に満たす波長可変光源を実現する
ことが困難で、技術的に満足のゆくものではなかった。(Problem to be solved by the invention) However, in a light source with a two-layer structure, the refractive index is changed by electric current, so the wavelength tunable range is only a few nanometers (for example, 5.8 nm when the optical output is 2 mW). This is the limit, and the wavelength tunable range is several tens of nm or more (for example, 30 nm or more)
It has been difficult to realize a wavelength tunable light source that simultaneously satisfies the two conditions of having an optical output of several mW or more (for example, 5 mW or more), and it has been technically unsatisfactory.
本発明は前記従来技術が持っ′Ｃいた課題として、波長
可変範囲が狭く、かつ光出力が小さい点について解決し
た波長可変光源を提供するものである。The present invention provides a wavelength tunable light source that solves the problems of the prior art in that the wavelength tunable range is narrow and the optical output is small.
（課題を解決するための手段）
本発明は前記課題を解決するために、波長可変光源を少
なくとも、半導体レーザで構成されループ伝送損失より
も大きな信号利得を有する進行波型光増幅器と、前記進
行波型光増幅器の出力を入力しレーザ発振波長帯域内の
所定の発振波長をｊハ釈する波長選択部と、前記波長選
択部の出力を分岐して前記進行波型光増幅器へフィード
バックすると共に出力端からレーザ光を出力する光分岐
部とで、構成したものである。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention provides a wavelength tunable light source that includes at least a traveling wave optical amplifier that is composed of a semiconductor laser and has a signal gain larger than the loop transmission loss, and a wavelength selection section that inputs the output of the wave-type optical amplifier and divides a predetermined oscillation wavelength within the laser oscillation wavelength band; and a wavelength selection section that branches the output of the wavelength selection section and feeds it back to the traveling-wave optical amplifier and outputs it. It is composed of an optical branching section that outputs laser light from the end.
前記波長選択部は、例えば狭帯域多層膜フィルタ、また
は弾性表面波を利用した波長可変フィルタで構成される
。The wavelength selection section is configured of, for example, a narrowband multilayer filter or a variable wavelength filter using surface acoustic waves.
（作用）
本発明によれば、以上のように波長可変光源を構成した
ので、進行波型光増幅器は、内部で生じた光を波長選択
部及び光分岐部からなるフィードバックループを通して
順次増幅していく。そして、波長選択部で波長の選択を
することにより、進行波型光増幅器の利得の波長帯域内
の任意の波長でレーザ発振が起こる。これにより、光分
岐部を通して出力端から、数１０ｎｍ以上の波長可変範
囲で、かつ数ｍＷ以上のレーザ光の出力が可能となる。(Operation) According to the present invention, since the wavelength tunable light source is configured as described above, the traveling wave optical amplifier sequentially amplifies the light generated internally through the feedback loop consisting of the wavelength selection section and the optical branching section. go. Then, by selecting a wavelength in the wavelength selection section, laser oscillation occurs at an arbitrary wavelength within the wavelength band of the gain of the traveling wave optical amplifier. This makes it possible to output laser light of several mW or more with a wavelength variable range of several tens of nanometers or more from the output end through the optical branching section.
波長選択部を狭帯域多層膜フィルタで構成した場合には
、そのフィルタの面と光軸との角度を変えることにより
、波長の選択が行える。また、波長可変フィルタで構成
した場合には、弾性表面波の周波数により、波長の選択
が行える。When the wavelength selection section is composed of a narrow band multilayer filter, the wavelength can be selected by changing the angle between the surface of the filter and the optical axis. Furthermore, when configured with a wavelength tunable filter, the wavelength can be selected depending on the frequency of the surface acoustic wave.
従って、前記課題を解決できるのである。Therefore, the above problem can be solved.
（実施例）
第１図は本発明の実施例を示す波長可変光源の構成図で
ある。(Embodiment) FIG. 1 is a configuration diagram of a wavelength tunable light source showing an embodiment of the present invention.
この波長可変光源は、例えば両端面に反射防止膜をコー
ティング（被着）した半導体レーザ素子を有する進行波
型光増幅器１を有し、その光増幅器１の出射側には、光
ファイバ２を介して波長選択部３の入射側が接続されて
いる。波長選択部３は、レーザ発振波長帯域内の任意の
発振波長をｊハ釈するもので、例えば狭帯域多層膜フィ
ルタや、弾性表面波を利用した波長可変フィルタ等で構
成されている。This wavelength tunable light source has a traveling wave optical amplifier 1 having a semiconductor laser element coated (deposited) with an antireflection film on both end faces, for example, and an optical fiber 2 is connected to the output side of the optical amplifier 1. The input side of the wavelength selection section 3 is connected to the wavelength selection section 3. The wavelength selection unit 3 converts any oscillation wavelength within the laser oscillation wavelength band, and is composed of, for example, a narrow band multilayer filter, a wavelength variable filter using surface acoustic waves, or the like.
波長選択部３の出射側は、光ファイバ４を介して例えば
３ｄＢカツプラからなる光分岐部５の入射側に接続され
、さらにその光分岐部５の出射側には、光ファイバ６を
介して光増幅器１の入射側が接続されると共に、レーザ
光出射用の出力端７ａを有する光ファイバ７が接続され
ている。光分岐部５を構成する３ｄＢカツプラは、入射
した光をほぼ等分く約５０％）、つまり３ｄＢに分割し
て出射側の２本の光ファイバ６・７へ送る機能を有して
いる。The output side of the wavelength selection section 3 is connected via an optical fiber 4 to the input side of an optical branching section 5 made of, for example, a 3 dB coupler. The input side of the amplifier 1 is connected to the optical fiber 7 having an output end 7a for emitting laser light. The 3 dB coupler constituting the optical branching section 5 has the function of dividing the incident light into approximately equal parts (approximately 50%), that is, 3 dB, and sending it to the two optical fibers 6 and 7 on the output side.
第２図は、第１図中の進行波型光増幅器１の一構成例を
示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the traveling wave optical amplifier 1 in FIG. 1.
この光増幅器１は、モジュール化されており、両端面に
反射防止膜をコーティングした半導体レーザ素子１１を
備えている。半導体レーザ素子１１の出射側は、コリメ
ータ用のレンズ１２、光アイソレータ１３、及び収束用
のレンズ１４を介して光ファイバ２と光結合されている
。さらに、半導体レーザ素子１１の入射側は、収束用の
レンズ１５、光アイソレータ１６、及びコリメータ用の
レンズ１７を介して光フィバ６と光結合されている。レ
ンズ１２，１４，１５．１７は、半導体レーザ素子１１
と光ファイバ２，６との結合を改善する機能を有してい
る。光アイソレータ１３゜１６は、光ビームに方向性を
もなせ、反射波を阻止する機能を有し、例えばファラデ
ー効果（磁気光学効果）による偏光を利用して実現され
ている。This optical amplifier 1 is modularized and includes a semiconductor laser element 11 coated with an antireflection film on both end faces. The emission side of the semiconductor laser element 11 is optically coupled to the optical fiber 2 via a collimator lens 12, an optical isolator 13, and a convergence lens 14. Furthermore, the incident side of the semiconductor laser element 11 is optically coupled to the optical fiber 6 via a converging lens 15, an optical isolator 16, and a collimator lens 17. Lenses 12, 14, 15.17 are semiconductor laser elements 11
It has a function of improving the coupling between the optical fibers 2 and 6. The optical isolators 13 and 16 have the function of imparting directionality to a light beam and blocking reflected waves, and are realized, for example, by utilizing polarization due to the Faraday effect (magneto-optical effect).
以上のように構成される波長可変光源の動作を第３図及
び第４図を参照しつつ説明する。The operation of the wavelength tunable light source configured as described above will be explained with reference to FIGS. 3 and 4.
なお、第３図は第２図の半導体レーザ素子１１における
入力パワーＰｉｎ＝２０ｄＢｍ、入力光波長用λ、＝１
２８０ｎｍの利得特性図であり、横軸に半導体レーザ素
子の注入電流（ｍＡ） 、縦軸に利得（ｄＢ）がとられ
ている。また、第４図は第２図の半導体レーザ素子１１
における入力パワーＰｉｎ＝−２０ｄＢｍ、注入電流＝
４０．６０．８０、ｌｏＯｍＡのときの波長特性図であ
り、横軸に入力光の波長（ｎｍ）、Ｎｊ軸に利得（ｄＢ
）がとられている。In addition, in FIG. 3, the input power Pin in the semiconductor laser element 11 of FIG. 2 is 20 dBm, and λ for the input light wavelength is 1.
This is a gain characteristic diagram of 280 nm, in which the horizontal axis represents the injection current (mA) of the semiconductor laser element, and the vertical axis represents the gain (dB). Further, FIG. 4 shows the semiconductor laser element 11 of FIG.
Input power Pin=-20dBm, injection current=
40.60.80, loOmA, the horizontal axis shows the input light wavelength (nm), and the Nj axis shows the gain (dB).
) is taken.
第１図の波長可変光源に電源を投入すると、光増幅器１
中の半導体レーザ素子１１から光が出射され、その光が
レンズ１２で平光光線に変換され、光アイソレータ１３
を通してレンズ１４で収束された後、光ファイバ２へ送
られる。光フアイバ２中の光は、波長選択部３、光ファ
イバ４．３ｄＢカツプラ５及びファイバ６というループ
を経由して光増幅器１ヘフイードバツクされる。When power is applied to the wavelength tunable light source shown in Figure 1, the optical amplifier 1
Light is emitted from the semiconductor laser element 11 inside, and the light is converted into a flat ray by the lens 12, and the optical isolator 13
After passing through the lens 14 and converging the light, the light is sent to the optical fiber 2. The light in the optical fiber 2 is fed back to the optical amplifier 1 via a loop consisting of a wavelength selection section 3, an optical fiber 4.3 dB coupler 5, and a fiber 6.
光増幅器１がレーザ発振をするための条件は、その光増
幅器１の信号利得がループの伝送損失より大きいことで
ある。A condition for the optical amplifier 1 to perform laser oscillation is that the signal gain of the optical amplifier 1 is greater than the transmission loss of the loop.
第３図に示すように、半導体レーザ素子１１の注入電流
を０〜１００ｍＡへと増加していけば、その利得も上昇
していき、はぼ１４ｄＢ付近のところで飽和する。また
第４図に示すように、半導体レーザ素子１１では、入力
光の波長に対して利得曲線が山形形状となり、しかもそ
の山形形状の高さは、注入電流が増加するほど高くなる
。ここで、注入電流を１００ｍＡまでとした場合、ルー
プの伝送損失が６ｄＢ、１０ｄＢのとき、レーザ発振す
る波長帯域はそれぞれ７０ｎｍ、４５ｎｍである。波長
選択部３でその波長帯域内の波長をｊ′セ択すれば、光
分岐部５及び光ファイバ７を通してその出力端７ａから
、選択した波長のレーザ光が得られる。その上、光出力
は５ｍＷ以上が得られる。As shown in FIG. 3, as the injection current of the semiconductor laser element 11 is increased from 0 to 100 mA, the gain also increases and is saturated at around 14 dB. Further, as shown in FIG. 4, in the semiconductor laser device 11, the gain curve has a chevron shape with respect to the wavelength of input light, and the height of the chevron shape increases as the injected current increases. Here, when the injection current is up to 100 mA, when the transmission loss of the loop is 6 dB and 10 dB, the wavelength bands for laser oscillation are 70 nm and 45 nm, respectively. When the wavelength selection section 3 selects a wavelength j' within the wavelength band, a laser beam of the selected wavelength is obtained from the output end 7a through the optical branching section 5 and the optical fiber 7. Moreover, a light output of 5 mW or more can be obtained.
第５図は、第１図中の他の進行波型光増幅器の構成図で
ある。FIG. 5 is a configuration diagram of another traveling wave optical amplifier in FIG. 1.
第１図の波長選択部３を例えば狭帯域多層膜フィルタ３
ａで構成した場合、モジュール化された進行波型光増幅
器１内に狭帯域多層膜フィルタ３ａを内蔵させれば、装
置の小型化が図れる。狭帯域多層膜フィルタ３ａは、そ
れを光軸に対して傾けることにより、その透過中心波長
が変わる。For example, the wavelength selection section 3 in FIG.
In the case of the configuration shown in FIG. 1, if the narrow band multilayer filter 3a is built into the modular traveling wave optical amplifier 1, the device can be made smaller. By tilting the narrowband multilayer filter 3a with respect to the optical axis, the center wavelength of transmission thereof changes.
そのため、マイクロメータ等で構成される機械的可動部
を用いて、狭帯域多層膜フィルタ３ａを所定角度傾ける
ことにより、３０ｎｍ以上の波長範囲で任意の発振波長
が得られる。Therefore, by tilting the narrowband multilayer filter 3a at a predetermined angle using a mechanically movable part composed of a micrometer or the like, any oscillation wavelength can be obtained in a wavelength range of 30 nm or more.
また、第１図の波長選択部３を、例えば弾性表面波を利
用した波長可変フィルタで構成した場合、弾性表面波の
周波数を変えることにより、その波長可変フィルタの中
心波長が変わる。この場合には、機械的可動部を必要と
ぜず、電気的に発振波長を可変できるため、装置の構造
が簡単になる。Further, when the wavelength selection section 3 in FIG. 1 is configured with a wavelength tunable filter using surface acoustic waves, for example, the center wavelength of the wavelength tunable filter changes by changing the frequency of the surface acoustic waves. In this case, the oscillation wavelength can be electrically varied without requiring any mechanically movable parts, which simplifies the structure of the device.
なお、本発明は上記実施例に限定されず、進行波型光増
幅器１を第２図及び第５図以外のもので構成したり、光
分岐部５を他の分割比のカップラ等で構成したり、その
光分岐部５を前記光増幅器１内に設けたり、あるいは波
長選択部３を平行平板からなるファブリペロ型フィルタ
等で構成する等、種々の変形が可能である。Note that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and the traveling wave optical amplifier 1 may be configured with a device other than those shown in FIGS. Various modifications are possible, such as providing the optical branching section 5 within the optical amplifier 1, or configuring the wavelength selection section 3 with a Fabry-Perot filter made of parallel plates.
（発明の効果）
以上詳細に説明したように、本発明によれば、進行波型
光増幅器の出力を、狭帯域多層膜フィルタあるいは波長
可変フィルタ等で構成される波長選択部と、光分岐部と
を通して該進行波型光増幅器の入射側にフィードバック
し、レーザ発振が起るように設定して出力端から光出力
を得るようにしたので、例えば３０ｎｍ以上の波長可変
範囲にわたり、波長を連続的に変えられ、かつ５ｍＷ以
上のコヒーレント性の良いレーザ光出力を簡易、的確に
得ることができる。(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, the output of a traveling wave optical amplifier is transmitted to a wavelength selection section composed of a narrowband multilayer filter or a variable wavelength filter, and an optical branching section. Feedback is fed back to the incident side of the traveling wave optical amplifier through It is possible to easily and accurately obtain a laser light output of 5 mW or more with good coherence.
第１図は本発明の実施例を示す波長可変光源の構成図、
第２図は第１図中の進行波型光増幅器の構成図、第３図
は第２図中の半導体レーザ素子の利得特性図、第４図は
第２図中の半導体レーザ素子の波長特性図、第５図は第
１図中の他の進行波型光増幅器の構成図である。
１・・・・・・進行波型光増幅器、２，４，６．７・・
・・・・光ファイバ、３・・・・・・波長選択部、３ａ
・・・・・・狭帯域多層膜フィルタ、５・・・・・・光
分岐部、７ａ・・・・・・出力端、１１・・・・・・半
導体レーザ素子。FIG. 1 is a configuration diagram of a wavelength tunable light source showing an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a configuration diagram of the traveling wave optical amplifier in Figure 1, Figure 3 is a gain characteristic diagram of the semiconductor laser element in Figure 2, and Figure 4 is a wavelength characteristic diagram of the semiconductor laser element in Figure 2. 5 is a block diagram of another traveling wave optical amplifier shown in FIG. 1. 1... Traveling wave optical amplifier, 2, 4, 6.7...
...Optical fiber, 3...Wavelength selection section, 3a
. . . Narrow band multilayer filter, 5 . . . Optical branching section, 7a . . . Output end, 11 .
Claims (1)
な信号利得を有する進行波型光増幅器と、前記進行波型
光増幅器の出力を入力しレーザ発振波長帯域内の所定の
発振波長を選択する波長選択部と、 前記波長選択部の出力を分岐して前記進行波型光増幅器
へフィードバックすると共に出力端からレーザ光を出力
する光分岐部と を備えたことを特徴とする波長可変光源。 ２、請求項１記載の波長可変光源において、前記波長選
択部は、狭帯域多層膜フィルタ、または弾性表面波を利
用した波長可変フィルタで構成した波長可変光源。[Claims] 1. A traveling wave optical amplifier configured with a semiconductor laser and having a signal gain larger than the loop transmission loss; A wavelength selection unit that selects a wavelength; and an optical branching unit that branches the output of the wavelength selection unit and feeds it back to the traveling wave optical amplifier and outputs a laser beam from an output end. Variable light source. 2. The wavelength tunable light source according to claim 1, wherein the wavelength selection section is comprised of a narrow band multilayer filter or a wavelength tunable filter using surface acoustic waves.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP28684788A JPH02133976A (en) | 1988-11-15 | 1988-11-15 | Wave length variable light source |
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| JP28684788A JPH02133976A (en) | 1988-11-15 | 1988-11-15 | Wave length variable light source |
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| JPH02133976A true JPH02133976A (en) | 1990-05-23 |
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ID=17709801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28684788A Pending JPH02133976A (en) | 1988-11-15 | 1988-11-15 | Wave length variable light source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02133976A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000025985A (en) * | 1998-10-16 | 2000-05-06 | 밍 루 | Absolute steering angle sensor |
| JP2005327881A (en) * | 2004-05-13 | 2005-11-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Wavelength variable semiconductor laser |
-
1988
- 1988-11-15 JP JP28684788A patent/JPH02133976A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000025985A (en) * | 1998-10-16 | 2000-05-06 | 밍 루 | Absolute steering angle sensor |
| JP2005327881A (en) * | 2004-05-13 | 2005-11-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Wavelength variable semiconductor laser |
| JP4648647B2 (en) * | 2004-05-13 | 2011-03-09 | 日本電信電話株式会社 | Tunable semiconductor laser |
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