JPH0317633A - 光インバータ - Google Patents

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，光通信や光情報処理において、光信号の強弱
を反転させる機能を有する光インパータに関するもので
ある． 〔従来の技術〕 光通信方式においては、光信号を遠距離に伝送する場合
に、従来、弱まった光信号を一度電気信号に戻して波形
整形を加えたのちに、再度強い光信号に変換して送信す
る方法の光中継を行っていた．これに対し、近年，半導
体レーザ増幅器が注目されてきた。例えば、アイ・イー
・イー・イー・ジャーナル・オブ・ライトウエーブ・テ
クノロジー、第６巻第１１号（１　９　８　８年）（Ｉ
ＥＥＥＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｖｏｌ．　６，Ｎｏ．　１　１
　（１　９　８　８））第１６５６頁から第１６６４頁
において、半導体レーザ増幅器を用いて直接，光信号を
増幅することにより、中継器の寸法が小さくなり、デー
タ速度が信号波形等によらないなどのメリットがあり、
増幅特性や雑音特性について論じられている．特に増幅
光出力が高くなると利得飽和がおこり、これが信号の歪
に結びつくために、より高い利得飽和を得る条件が述べ
られている．また、波長が異なる光を入力すると利得飽
和の影響で増幅出力が高い領域において，クロストーク
（漏話）を発生することが述べられている。

さらにエレクトロニクス・レターズ、第２３巻、第１２
号（１　９　８　７年）　（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　
Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．　２　３，　Ｎｏ．　１　２
　（１　９　８　７））第６４９頁から第６５１頁に記
載のように、半導体レーザ増幅器を一方向の光信号増幅
に利用するのではなく、再方向増幅器として利用する場
合には，やはり一定の光入力以上でクロストークが発生
する。

〔発明が解決しようとするｉｌＭ） 上記従来技術では、光信号を電気信号に変えたのちに増
幅を行っており、光信号を光のままで、直接光強度の変
換を行なうような配慮はされていなかった． 本発明は，光信号の強弱を逆転させ，光信号処理を光の
ままで行える機能をもたせるための光インバータを得る
ことを第１の目的とする．上記光インバータ機能を用い
、立上りおよび立下りが速い光信号発生器を得ることを
第２の目的とする。

また、上記光インバータ機能を利用して、光制御により
光信号出力を任意に下げる光信号消去器を得ることを第
３の目的とする。

また，上記光インバータの利用により、異なる波長への
信号を、信号強弱が反転する形で信号伝達できることを
第４の目的とする． さらに，上記光インバータを高い信頼性を有する構或で
小型化することを第５の目的とする．〔課題を解決する
ための手段〕 上記第１−の目的は、光入力信号が大きくなると光出力
信号が小さくなるという現象を、利用することによって
達成できる。

光増幅器では、通常、少なくとも１つの光信号入力を増
幅するために、光信号入力以外に増幅するためのエネル
ギーを注入する．上記エネルギーの注入量に応じて増幅
出力の上限が決まる。このため、第１の光入力に対して
別に第２の光入力を加えると、上記増幅出力の限界から
２つの総合した増幅出力が限定される．その結果、上記
第１の光信号の増幅出力が低下することになる．従来の
光通信における光増幅の応用では，この現象をクロスト
ークと呼び問題にしていた。

しかし、第２の光入力の増大に対し第１の光出力が減少
するため、これら２つの入出力関係を利用すると、入力
の強弱を反転させた光出力を容易に得ることができるが
、本発明は上記現象を積極的に利用したものである． 上記第２の目的を達或するためには、光増幅器における
光信号出力の増大が応答の速い誘導放出を利用している
ため、速い立上りの光入力を信号入力として用い，光増
幅出力を減少させる光インバータを用いることにより，
立下りと立上りとを同程度に速くした光パルスを容易に
発生させることができるものである．すなわち、光イン
バータに立上りが速い光信号を用いる．立上りが速い第
１の光入力として光増幅器に入射し、第２の光入力を所
望の時間ｔだけ遅らせて入射する．これにより、パルス
幅がｔ時間で、立下りも第２の光入力の立上りに対応す
る速さで立下る光パルスを，得ることができる． 第３の目的を達成するためには、光インバータへの第１
の光入力に第１の信号を乗せて、その信号を光出力とし
て取出したくない場合に第２の光入力を加える．光イン
バータは、上記第２の光入力が加えられると第１の光入
力の増幅度が減少するため、入力信号の強弱によらず、
光出力としては一定の光出力以下に下る。このようにし
て、光信号消去機能をもたせるようにする． 第４の目的を達成するためには、光インバータへの光入
力として波長が異なる複数の光を一定のパワーで入力す
る．上記波長に信号を移したり、さらに別の光信号を入
力することにより，それらの異なる波長の増幅率が低下
する，その結果．強弱が反転した信号を異なる波長に伝
達することが可能になる． 第５の目的を達或するためには、第１の光入力を与える
光源を、光増幅器とモノリシックに接合する． 〔作用〕 光増幅器への第１の光入力は、利用すべき光出力を与え
るものであり、第２の光入力は、上記利用すべき光出力
を消滅させる働きを持っている．第１の光入力を行って
いる状態で第２の光入力に強弱の信号をのせることによ
り、上記強弱の信号が反転した光出力を発生して光イン
バータ機能が得られる． 光インバータの立下りは速い．このことを利用して立下
りも速い光パルスを発生させることができる． 光インバータに第２の信号光を入射すると、第１の光入
力の増幅率が低下し、第１の信号を出力として消すこと
ができる。このため、光によって光信号を消去すること
ができる。

また、光インバータは光出力を反転させるとき、光入力
の波長依存性が緩い．このため、反転動作を別の波長の
光へも行うことができる．光増幅器と同じような結晶層
から構成される半導体レーザを、簡単な作製工程でモノ
リシックに形成することができる。

〔実施例〕

つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する．第１図
は本発明による光インバータの第１実施例および第３、
第４実施例の構或をそれぞれ示す図、第２図は光インバ
ータ動作の入出力関係を示す図，第３図は本発明の第２
実施例を示す構或図，第４図は立下りが立上りと同様に
鋭いパルス発生のための入出力関係図，第５図は光信号
消去のための入出力関係を示す図、第６図は本発明の第
５実施例における波長間信号伝達の構或図、第７図は半
導体レーザと光増幅器と逆方向の信号光入力用光カップ
ラを示す図である． 第１実施例 第１図において，発振波長が１．５７μ一のファブリペ
口半導体レーザの２つの出射面に、無反射コーティング
３７を行った進行波形半導体レーザ光増幅器３３に，第
１の信号光入力Ｐ．を入射する．上記半導体レーザ光増
幅器３３の反対の端面には光カップラ３９が接続されて
いる．上記光力ップラ３９のｌつの入力端から第２の信
号光入力Ｐ．を入射し，半導体レーザ光増幅器３３内を
上記第１の入射光Ｐ０とは逆方向に伝搬するように設定
する．光信号出力Ｐ２は光カップラ３９の別の出射端か
ら取出す．上記設定において、光増幅器の長さを４００
μ重とし注入電流を１００ｍＡ流した時、１．５５μ一
の光に対して線型利得領域のパワー人力では〜２０ｄＢ
の利得が得られる．この利得値が線型領域の値から３ｄ
Ｂ下った光出力値を飽和出力とする．この値は第１の入
力光Ｐ０の波長により多少異なるが数ｍＷ程度である。

まず，単純な光出力インバータの作動例を述べる．第２
図に光入出力の信号関係を示す．第１の信号入力光Ｐ０
としては（ａ）に示すように直流入力とし、その値は飽
和出力が得られる程度とする．この場合．〜８０μＷを
設定するが、この状態で第２の信号光として１．５５μ
鳳近傍の波長の光を入射する．上記第２の信号光Ｐ１に
，第２図（ｂ）に示すように強弱の信号を加えると、光
入力Ｐ０の増幅光出力である光出力Ｐ２は数ｌｌＷ程度
から１００μＷ程度に変調され、第２図（ｃ）に示すよ
うな信号光Ｐエの強弱を反転した光出力になる．その結
果、入力信号Ｐ．に対し、その強弱が反転したＰ２の光
出力を得ることができる。

本構或では光入力Ｐ０、Ｐ１の伝搬方向が異なるため，
波長が異なっても同じ波長の光を入射しても、第２図に
示すような出力関係が得られる。

第２実施例 本発明の第２実施例を第３図を用いて説明する．発振波
長が１．５７μｍのファブリペ口型半導体レーザの２つ
の端面に無反射コーティング３７を行った進行波型半導
体レーザ光増幅器３３の入射端に，光カップラ３９の１
出力端を接合する。上記光カソプラ３９の２人力端に波
長が１．５４μ運である第１の信号光Ｐ０と、該信号光
Ｐ０とは異なる波長１．５５μｍである第２の信号光Ｐ
１とを入射する。第１の信号光Ｐ０は半導体レーザ光増
幅器３３の光出力がほぼ飽和点に達するように設定して
ある。上記半導体レーザ光増幅器３３の出力側には，入
力光ＰＱの波長の光は透過するが、入力？Ｐｉの波長の
光は遮断する波長フィルタ４０が設定してある。この状
態で強弱の光信号を含む入力光Ｐエを入射すると、入射
光Ｐ０よりＰ４の入射光が大きいと光の増幅率が減少す
るため．強弱を反転した光出力Ｐ２が得られ、その関係
は第２図に示したのと同様である。

第３実施例 第３実施例の構或は第１図に示す第１実施例と同様であ
る。本実施例では光パルスの立下りを鋭くする方法につ
いて説明する。通常、半導体レーザに数Ｇビットの高速
変調電流を加えると、立上りに対し立下りの応答が悪い
波形を発生する。この立上りが鋭い信号光を入力光Ｐ０
に加える．つぎに、この立上りが鋭い信号光の一部をＰ
エにｔｌの時間遅れを持たせて入射する。この時の入出
力光の関係を第４図に示す。入力光Ｐ。に対応する増幅
出力Ｐ２は同様の鋭い立上りをもつ．ｔ■時間後には他
方の入力光Ｐ１に同様の鋭い立上りを持つ信号が入射す
るため．増幅率は一気に低下する。

この低下は入力光Ｐ１の立上りをそのまま反映す？ため
、立上りが速い信号光を用いただけで、立下りが速い光
パルスを形或できる。

第４実施例 本実施例は、光信号消去のために使用するときの入出力
関係を示し、構成は第１図に示す第１実施例と同様であ
る。入力光Ｐ０に強弱の信号を含んだ信号を，第５図（
ａ）に示すように入力する。

半導体レーザ光増幅器３３の光出力Ｐ２は、上記入力信
号を増幅した形になる。光出力Ｐ２として光信号を出力
したくない場合には、光入力Ｐ■を第５図（ｂ）に示す
ように入射すると、光信号人力Ｐ０の増幅率が光入力Ｐ
エの入射とともに低下するために，その間の信号出力は
第５図（ｃ）に示すように消去されて出力する。

第５実施例 波長間信号伝達を行う第５実施例の構或図を第６図に示
す。複数の波長が異なる光入力Ｐ。１〜Ｐｏ，ｌをｎ本
の光カップラ３８の入力光ファイバに入射し，ｎＸｌの
光カップラ３８で１つの光ファイバに集光する．このと
き、光入力Ｐ０■〜Ｐ．ｎは？べて直流入力である。あ
る波長の光入力Ｐ１に信号が乗っているとき、この波長
の光を全体で利得飽和を起す以上のパワーで、半導体レ
ーザ光増幅器３３に光カップラ３９を介して逆方向から
入射する。光入力Ｐ■の強度が強くなると、光入力ｐ　
ａｔ〜ＰＯｎの増幅出力Ｐ２において、それぞれの波長
の出力が低下する。その結果、光入力Ｐ８の波長の信号
を別のＰ０、〜Ｐａｎの入力の波長に強弱を反転するが
，複写することができる。

また、波長が異なるＰ０、〜Ｐｏｎの光入力において、
信号を含む光入力Ｐ。東（ここで、ｉはＯ　”　ｎの任
意の１つ）以外の光入力を直流光としてＰ０１に強弱信
号を含み、全体で半導体レーザ光増幅器３３の利得飽和
を起す以上の出力強度とすることで、同様に反転した信
号の複写を別の波長の光出力に行うこともできる．さら
に、光出力Ｐ■それぞれの入力光の波長でフィルタリン
グすると波長変換器が構成できる． 第６実施例 本発明の第６実施例を第７図を用いて説明する．本実施
例の基本構或は第７図に示すように、平坦な活性領域を
有する光増幅器３３に，回折格子４４を有する分布帰還
型半導体レーザ４１が、活性層を共通にしてモノリシッ
クに形威された集積型光インバータ４２と，光カップラ
３９とにより構或されている。上記集積型光インバータ
４２の形或法は、ｎ型ＩｎＰ基板４３上の一部に回折格
子４４を刻む。その後、ＩｎＧａＡｓＰよりなる活性層
等４５を結晶させ、さらにｐ型ＩｎＰとバンドギャップ
波長が上記活性Ｍ４５よりも短いＩｎＧａＡｓＰよりな
るキャップ層４６を結晶或長させる６その後、活性層下
が平坦な領域と回折格子４４がある領域との間を電気的
に分離するために溝を設け、分布帰還型半導体レーザの
ｐ電極４７，増幅領域のｐ電極４８と、ｎ電ｔｉｉｉ４
９とをそれぞれ形威する．特に活性層下が平坦な領域側
のへき開端面には無反射コーティングを行い、この端面
がレーザ発振に影響しないようにする。回折格子４４を
有する領域が分布帰還型半導体レーザ４ｌになる．そし
て活性層下の平坦な領域が増幅領域３３になる．上記分
布反射型半導体レーザ４１は回折格子４４が存在するた
め、この領域だけでレーザ発振する。上記分布帰還型半
導体レーザを直流でレーザ発振させると，その増幅出力
が無反射コーティング端面に出射し、光カップラ３９を
介して出力光Ｐ２になる．このレーザ発振光のパワーＰ
０を調節して増幅器の飽和点になるように設定する．光
カップラ３９を介して，別の強弱を含む光入力Ｐ１を集
積型光インバータ４２に入射すると，分布帰還型半導体
レーザ４１の出力光Ｐ６にその強弱を反転した信号が伝
達され，出力光Ｐ２として取り出される．本実施例の構
或のように第１の光の光源を集積化することにより、光
インバータの構成を容易にし、信頼性を高めることがで
きる。さらに，光カップラをモノリシックに形成し結合
することにより、より信頼性を高めることができる．上
記実施例ではいずれも光カップラを用いたが、その機能
からはビームスプリッタを用いてもよい． 〔発明の効果〕 上記のように本発明による光インバータは，光増幅器と
、少なくともｌつの所望波長を有する第１の入力光，お
よび上記光増幅器の増幅作用を示す波長域内の波長を有
し，少なくとも１つの強弱信号を有する第２の入力光を
、上記光増幅器に結合し、上記第１の入力光により光増
幅器から出射する光出力の一部を上記第２の入力光の光
路から分離する手段とを備えたことにより、光の信号強
弱が反転できるので、光通信や光情報処理の分野に新し
い機能を提供することができる。すなわち，パルス特性
を良くしたり、光一光信号処理を可能にしたり、波長変
換機能等をもたらすことができ、高速性を高め、波長多
重通信の自由度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光インバータの第１実施例および
第３、第４実施例の構或をそれぞれ示す図，第２図は光
インバータ動作の入出力関係を示す図、第３１！ｌは本
発明の第２実施例を示す構成図、第４図は立下りが立上
りと同様に鋭いパルスを発生するための入出力関係図，
第５図は光信号消去のための入出力関係を示す図、第６
図は本発明の第５実施例における波長間信号伝達の構或
図、第７図は半導体レーザと光増幅器と逆方向の信号光
入力用光カップラの接続を示す図である．３３・・・半
導体レーザ増幅器 ３８、３９・・・光カップラ ４１・・・分布反射型半導体レーザ Ｐｏ・・・第１の入力光　　Ｐエ・・・第２の入力光Ｐ
２・・・出力光

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光増幅器と、少なくとも１つの所望波長を有する第
   １の入力光、および上記光増幅器の増幅作用を示す波長
   域内の波長を有し、少なくとも１つの強弱信号を有する
   第２の入力光を、上記光増幅器に結合し、上記第１の入
   力光により光増幅器から出射する光出力の一部を上記第
   ２の入力光の光路から分離する手段とを備えた光インバ
   ータ。 ２、光増幅器と、少なくとも１つの所望波長を有する第
   １の入力光、および上記光増幅器で増幅された第１の入
   力光とは異なる波長を有し光強度の信号を含む、少なく
   とも１つの第２の入力光を、同一光路を経て光増幅器に
   入力する手段と、上記光増幅器から所望の波長の光出力
   を取出す光フィルタとを備えた光インバータ。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項において、上記
   第１の入力光と第２の入力光との光路をそれぞれ分離す
   る手段としては、光カップラまたはビームスプリッタを
   用いたことを特徴とする光インバータ。 ４、光増幅器に立ち上りが速い第１の光信号を入力し、
   所望の時間経過後に立ち上りが速い第２の光信号を入力
   することにより、立ち上りおよび立ち下りが速い光パル
   スを発生する光インバータ。 ５、信号を含む第１の入力光を入射した光増幅器に、第
   ２の入力光を入射して、上記第１の入力光の光出力を低
   下させる光インバータ。 ６、光増幅器と、入力光の１つの光源として上記光増幅
   器とモノリシックに結合した半導体レーザとからなる光
   インバータ。