JPH0294489A

JPH0294489A - 光機能素子

Info

Publication number: JPH0294489A
Application number: JP24605088A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Fujiwara; 雅彦藤原
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-09-29
Filing date: 1988-09-29
Publication date: 1990-04-05
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: JP2527007B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、複合共振型半導体レーサ光増幅装置および光
機能素子に関するものである。

（従来の技術）半導体レーザ光増幅器（ＬＤ光増幅器）は単なる光増幅
だけでな（、光機能素子としての応用が司能であり、従
来次の２つのものが考えられていた。

（１）制御光による共振型ＬＤ光増幅器の利得スペクト
ラム変化を利用するもの、（２）ＬＤ光増幅器内での四光子混合を利用するもの、（１）は「レーザと電気光学に関する会議（Ｃｏｎｔｅ
ｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｌａ５ｅｒｓ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔ
ｒｏ−ｏｐｔｉｃｓ　：ＣＬＥＯ）　Ｊ　、１９８６年
テクニカル・ダイジェスト、論文番号ＦＨ３，３５４−
３５５頁に述べられている。

ＬＤ光増幅器の利得スペクトラムの形状は入射光強度に
依存する。つまり、ＬＤ光増幅器に２つの光を同時に入
射させた場合、一方の光の強度を変化させることにより
、他方の光の増幅度を制御することができる。この効果
は、用いる光増幅器が共振型で入射する光の波長が、そ
の共振ピーク波長のいずれか（必すしも同一ピークでな
くてもよい）に一致している場合、非常に顕著となる。

そのため、共振型ＬＤ光光幅幅器用いたものが考えられ
ている。

一方、ＬＤ光増幅器に波長の異なる複数の光を入射させ
ると、四光子混合が生じることが知られている。（雑誌
「アプライド・フィツクス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ
　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　）　Ｊ　、第５１
巻、１９８７年、１０５１〜１０５３頁）この効果によ
れば、発振光周波数ｆ＋　、ｆ２　（ｆ２＞ｆ、）の２
つの光を同時にＬＤ光増幅器に入射させると、ｆ３＝２
ｆ、−ｆ２、ｆ　４＝　２　ｆ　２−　ｆ　＋なる光周
波数の光パワーがχ３３′プロセスにより作り出される
。従ってこの結果を光制御光変長器、波長変換器に利用
することができる。このような４光子混合プロセスは進
行波型ＬＤ光増幅器の中でも生じるが、共振型ＬＤ光増
幅器を用い、入射光波長を共振ピーク波長に一致させた
場合、−更顕著となる。

（発明が解決しようとする課題）前述のように、これ迄考えられているＬＤ光増幅器を用
いた光機能光素子では、共振型ＬＤ光増幅器の共振ピー
ク波長に、入射光の波長を一致させて動作させるもので
あった。ＬＤ光増幅器の共振ピーク周波数間隔△ｆはＣ
を光速、ｎを媒質の屈折率、】を共振器長として、 △ｆ＝丁景丁と書ける。通常のＩ　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｐ糸材料に
よるＬＤ光増幅器の典型値としてｎ−１，１＝５００μ
ｍを用いると、Δｆは７５ＧＨｚ　（１，５５μｍ帯で
〜Ｅ３Ａ）となる。現在、研究の進められている高密度
波長多重光伝達／光交換では波長チャンネル間隔を１０
ＧＨｚ程度以下とすることが考えられている。従って、
このような狭い波長間隔の光をＬＤ光増幅器に入射させ
ても、ＬＤ光増幅器の共振ピーク間隔に一致させること
ができす、大きな効果を得ることができない。ＬＤ光増
幅器の共振ピーク周波数間隔Δｒは共振器長を長くする
ことにより小さくすることはできるが、その場合、・Ｌ
Ｄ光増幅器の発振を抑圧するのが困難、・動作電流値が
高（なる、という課題があり実際的ではない。また共振
ピーク周波数間隔は素子の共振器長で決まるため、素子
を特定すると変更できないという課題がある。

本発明の目的は上述のような問題点を除き、低光パワー
でかつ低動作電流で安定に動作し、入射させるべき光の
周波数間隔に応じて共振ピーク周波数間隔を設定可能な
光機能素子を実現できる複合共振型ＬＤ光増幅装置およ
びこれを用いた光機能素子を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明による複合共振型半導体レーザ光増幅装置は半導
体レーザ光増幅器と複合共振器を構成するための外部反
射鏡から成ることを特徴とする。

また、本発明による光機能素子は半導体レーザ光増幅器
と複合共振器を構成するための外部反射鏡から成る複合
共振型半導体レーザ光増幅装置と、前記複合共振型半導
体レーザ光増幅装置へ、前記複合共振器の共振周波数ピ
ークの１つにそれぞれ一致した光周波数の第１、第２の
光を入射する手段と、前記第１、第２の光のうち少なく
とも一方の前記複合共振型半導体レーザ光増幅装置を透
過した光を分離して取り出す手段とから成ることを特徴
とするものである。

更に本発明による光機能素子半導体レーサ光増幅器と複
合共振器を構成するための外部反射鏡から成る複合共振
型半導体レーザ光増幅装置と前記複合共振型半導体レー
ザ光増幅装置へ、前記複合共振周波数ピークの１つに一
致した互いに発振周波数の異なる２つ以上の光を入射さ
せる手段と、前記、複合共振型半導体レーザ光増幅装置
から前記２つ以上の光とは光周波数の異なりかつ、前記
複合共振器の共振周波数ピークに一致した周波数の光を
分離して取り出す手段とから成ることを特徴とするもの
である。

（作用）本発明はＬＤ光増幅器の本来の共振器に外部の反射鏡を
加えた複合共振器構造をとっている。第５図は複合共振
器の効果を説明するための図である。ＬＤ光増幅器１１
の２つの端面１１ａ１１１ｂのうち、１１ｂのみに無反
射コーティングを施し、コーティングした而ｆｌｂに対
向して、共振器を構成するように、外部反射鏡１２を設
置した場合を考える。端面１１ｂにおける残留端面反射
率が完全に抑圧できれば第５図の系はＬＤ光増幅器１１
の１つの端面１１ａと、外部反射鏡１２で構成される共
振器により特性が決まる。端面１１ａと、外部反射鏡１
２の間の光学長を２ｃｍ程度にとれば共振ピーク周波数
間隔は７．５ＧＨｚとなる。第５図（ｂ）に示すような
共振器長５８０μｍのＬＤ光増幅器単独の場合に比べ、
第５図（Ｃ）のように共振周波数間隔をｌ／１０に小さ
くすることができる。従って高密度波長多重光伝送／光
交換で用いられる光周波数間隔と同じオーダの共振周波
数間隔が得られることになる。しかも、ＬＤ光増幅器の
長さを変えずに、受動的な外部共振器を付加した構成で
あるから動作電流の増大等を招くことはない。また、外
部鏡１２の設定位置を調整することにより共振周波数間
隔は自由に選ぶことができる。端面ｆｌｂの反射率の抑
圧が完全でない場合には、３枚の反射鏡による複合共振
器構成となり、多少複雑な振舞を示すが、この場合もＬ
Ｄ光増幅器の共振器単体の場合に比べ共振周波数間隔を
小さくすることが可能である。

このような外部反射鏡はレンズと反射鏡を用いて形成す
る他、ファイバ等の途中に反射点を設ける、片端を反射
率加工した受動導波路をモノリシックに集積する等によ
り実現できる。

（実施例１）第１回は本発明による複合共振型半導体レーザ光増幅装
置の第１の実施例の構成を示す図である。

１．５５μｍ帯半導体レーザ１の２つの端面１ａ１　ｌ
ｂのうち一方の端面１ｂに無反射コート膜２を形成した
半導体レーザ光増幅器１の端面１ｂ側に先球ロッド・レ
ンズ３を設置し、端面の発光パターンを半透鏡４上に結
像する。半透鏡４の位置、角度を調整することにより、
半導体レーザ光増幅器１へ光を帰還させることができる
。従って半導体レーザ光増幅器１の端面１ａと、半透鏡
４の間で複合共振器が形成される。ここでは半導体レー
ザ光増幅器１の共振器長を５００μｍ１端而１６と半透
鏡４の間の距＃（光学長）を２ｃｍとした。従って先に
述べたように複合共振器としての共振ピーク周波数間隔
は７．５ＧＨｚ程度となり、高密度ＦＤＭ伝送のチャネ
ル間隔と同程度にすることができる。

また、半透鏡４を用いているので、端面ｌａ１半透鏡４
の両方の側から光の入出力を行うことかできる。端面１
ａｓ半透鏡４の反射率を変えることにより複合共振器の
Ｑは自由に制御できる。

（実施例２）第２図は本発明による複合共振型半導体レーザ光増幅装
置を用いた光機能素子の第１の実施例の構成を示す図で
ある。

まず第２図に示す実施例の構成について説明する。本実
施例はＬＤ光増幅器１１と外部反射鏡１２から成る複合
共振器型ＬＤ光増幅装置１３と、それに被変調光１４を
入射させるための光ファイバ１５、複合共振器型ＬＤ光
増幅器１３に制御光１６を入射させ、かつ被制御光１４
をとり出すためのファイバ・カプラ１７から成っている
。

ＬＤＤ増幅器１１に直流電源（図では省略）により直流
の電流を注入し、発振しきい値以下にバイアスしてお（
。この状態で複合共振器型ＬＤ光増幅装置１３の共振ピ
ークの１つに一致した発振波長の被変調光１４を光ファ
イバ１５を介して注入する。一方、複合共振型ＬＤ光増
幅装置１３の一方の入射端からはファイバ・カブラ１つ
を介して制御光１６を注入する。

制御光１６の光周波数は複合共振型ＬＤＤ増幅装置共振
ピークのうち被変調光１４のとなりのピークに一致させ
である。ここで制御光１６の強度を増加させていくとＬ
Ｄ光増幅器１１内部で利得飽和が生じ、利得の減少、屈
折率変化に伴う共振ピーク周波数のシフトが起き、被変
調光１４に対する増幅度が低下する。したがって、ファ
イバ・カプラの出力端１７ａからは制御光信号１６の反
転された光信号１４ａが得られる。しかもこの時、制御
光信号１６と得られる出力光信号１４ａの光周波数は複
合共振型ＬＤ光増幅装置１３の共振周波数間隔分だけ異
なっているので、この過程により光制御光変調かつ、波
長変換作用が得られる。

次に本実施例に用いた複合共振型ＬＤ光増幅装置につい
て説明する。ここで用いたＬＤ光増幅器は１．５５μｍ
帯Ｄ　Ｃ−Ｐ　Ｂ　Ｈ（Ｄｏｂｌｅ　ＣｈａｎｎｅｌＰ
ｌａｎｅｒ　Ｂｅｒｌｅｄ−Ｈｅｔｅｒｏ　５ｔｒｕｃ
ｔｕｒｅ）　Ｌ　Ｄの片端面にＡＲコートを施したもの
であり、素子長は５００μｍ５ＡＲコート前の発振しき
い値は２０ｍＡである。ＤＣ−ＰＢＨ、ＬＤについては
雑誌「エレクトロニクスレターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）」第１８巻、１９８２年、９５
３〜９５４頁に詳　しい。

第３図は本発明に用いた複合共振型ＬＤ光増幅装置の構
成を説明するための図である。この構成はＬＤ光光増幅
モモジュール利用したものである。ＬＤＤ増幅器１１の
２つの端面１１ａ、１１ｂのうちｌｌｂのみにＡＲコー
トが施されている。ＬＤ光増幅姦１１の２つの端面１１
ａ、１１ｂからの出力はそれぞれ先球ロソドレンド２１
により光ファイバ２／ａ、２／ｂに結合されている。通
常光ファイバの端面は反射光抑圧のため２２ａのように
先端を斜めに研磨している。しかし、ここではＡＲコー
トを施した端１１ｂに対向する例の光ファイバ２１ｂの
端面２２は垂直なままにしてあり、この端面２２が外部
反射鏡として働く。各部品はパッケージ上にはんだ付、
溶接により固定されており、機械的に安定な複合共振型
ＬＤ光増幅装置が得られている。この複合共振器の共振
周波数間隔は約８ＧＨｚであった。

以上の構成で１．５５３μｍ近傍で８ＧＨｚ発振周波数
の異なる被変調光、制御光を用いて実験を行ったところ
、１０μＷの制御光パワーにより被変調光の変調度に１
０ｄＢが得られた。

（実施例３）第４図は本発明による複合共振型半導体レーザ光増幅装
置を用いた光機能素子の第２の実施例の構成を示す図で
ある。本実施例はＬＤ光増幅内の四光子混合過程を利用
している。

本実施例は第１の実施例で説明したものと同様の複合共
振型ＬＤ光増幅装置１３と、その入出力端に設置された
光波長多重・分離回路３１．３２から成っている。波長
多重分離回路３１．３２は、複合共振型ＬＤ光増幅装置
１３の共振周波数ピーク間隔と等しい波長間隔のＮ数の
光を多重分離するもので、マツハ・ツエンダ干渉型多重
分離素子を多段接続して構成している。マツハ・ツエン
ダ干渉型多重針１ｌｉｌＩ素子については雑誌「エレク
トロニクス・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ　）」第２３巻、１９８７年、７８８〜７８
９頁に詳しい。

波長多重回路３１のｎ個の入力端のうち、ここでは相隣
あった２つのボート２．３から周波数ｆ２、ｆ３の光３
３ａ、３３ｂを入力する場合を例に説明する。２つの光
３３ａ、３３ｂは波長多重回路３１の光周波数間隔およ
び複合共振型ＬＤ光増幅装置１３の共振ピーク周波数間
隔だけ互いの光周波数が異なっている。このような２の
光が同時にＬＤＤ増幅器１１に入射すると４光子混合プ
ロセスにより周波数ｆ＋　　ｆ４の光が構成される。し
かも、複合共振型ＬＤ光増幅装置１３の共振ピークにｆ
３、ｆ４は一致しているため、四光子混合プロセスが促
進される。例えば入射光３３ａの強度を１増加させると
それに応じ、波長分離回路３２の第１、第４のボート（
それぞれ光周波数ｆＩ％　ｆ４に対応）に出力光３３ｃ
、３３ｄが得られる。従って光制御部光変調動作、波長
変換動作が得られることになる。３つ以上の互いに周波
数の異なる光を入射した場合にはそれらの和、差の周波
数成分が発生する。ここでは２つの光周波数差を８ＧＨ
ｚ程度としたが、これを更に小さ（すると、ＬＤ光増幅
器内のキャリア密度変動を伴うため一層四光子混合プロ
セスがエンハンスされる。

（発明の効果）以上、詳細に説明したように本発明によれば低光パワー
でかつ低動作電流で安定に動作し、入射させるべき光の
周波数間隔に応じて共振ビーク周波数間隔を設定可能な
光機能素子およびこれに用いる複合共振型半導体レーザ
光増幅装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図は本発明による光制御
光素子の第１、第２、第３の実施例を説明するための図
、第５図は複合共振器の効果を説明するための図である
。図に於いて、１．１１はＬＤ光増幅器、４．１２は外部
反射鏡、１３は複合共振ＬＤ光増幅器、１５．２１ａ、
２１ｂは光ファイバ、１４．１４ａ１１６．３３ａ１３
３ｂ、３３ｃ、３３ｄは光、ｆａｔ　　ｌｂｘ　　ｆｌ
ａｌ　ｆｉｂｓ　２２は端面、１７ａは出力端、３．２
１は先球ロンドレンズ、２は無反射コート膜、４は半透
鏡である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体レーザ光増幅器と複合共振器を構成するた
めの外部反射鏡とから成る複合共振型半導体レーザ光増
幅装置。
（２）半導体レーザ光増幅器と複合共振器を構成するた
めの外部反射鏡とから成る複合共振型半導体レーザ光増
幅装置と、前記複合共振型半導体レーザ光増幅装置へ、
前記複合共振器の共振周波数ピークの１つにそれぞれ一
致した光周波数の第１、第２の光を入射する手段と、前
記第１、第２の光のうち少なくとも一方の前記複合共振
型半導体レーザ光増幅装置を透過した光を分離して取り
出す手段とから成ることを特徴とする光機能素子。
（３）半導体レーザ光増幅器と複合共振器を構成するた
めの外部反射鏡とから成る複合共振型半導体レーザ光増
幅装置と前記複合共振型半導体レーザ光増幅装置へ、前
記複合共振周波数ピークの１つに一致した互いに発振周
波数の異なる２つ以上の光を入射させる手段と、前記、
複合共振型半導体レーザ光増幅装置から前記２つ以上の
光とは光周波数の異なりかつ、前記複合共振器の共振周
波数ピークに一致した周波数の光を分離して取り出す手
段とから成ることを特徴とする光機能素子。