JPH0356944A - Method and device for amplifying light - Google Patents

Method and device for amplifying light

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JPH0356944A
JPH0356944A JP19314689A JP19314689A JPH0356944A JP H0356944 A JPH0356944 A JP H0356944A JP 19314689 A JP19314689 A JP 19314689A JP 19314689 A JP19314689 A JP 19314689A JP H0356944 A JPH0356944 A JP H0356944A
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JP
Japan
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optical
light
semiconductor laser
wavelength
signal light
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Pending
Application number
JP19314689A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoya Henmi
直也 逸見
Mitsuhiro Kitamura
北村 光弘
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH0356944A publication Critical patent/JPH0356944A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/50Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/5063Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30 operating above threshold

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To recover a gain with a relaxation constant equal to or under a picosecond by inputting signal light which is within the amplification-enabled wavelength band of a light amplifying medium and has different wavelength from the oscillated wavelength of an optical oscillator in the light amplifying medium and obtaining the amplified light as output. CONSTITUTION:A semiconductor laser amplifier 1 having the gain in a constant wavelength band is used as the semiconductor amplifying medium, and an optical resonator constituted of two mirrors, which are (a) terminal 9 obtained by mirror-coating the end of an optical fiber and a wavelength selection mirror which reflects and returns constant light out of the light outputted from the end 17 of the fiber to the end 17 of the fiber by a lens 14 and a diffraction grating 15, is used as an outside optical resonator. Since the optical resonator has the semiconductor laser amplifier 1 functioning as a gain medium in itself, oscillation occurs by increasing an inrush current from a direct current source 30 and enhancing the amplification factor of the semiconductor laser amplifier. Thus, the relaxation time that an original state is restored from an amplification saturated state is accelerated to be equal to or under a picosecond.

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は光通信等に用いられる光増幅方法および装置に
関するものである. 《従来の技術) 従来、光通信用の光増幅器としては、半導体増幅媒質を
用いた半導体レーザ増幅器、光ファイバの非線形効果を
利用した光ファイバラマン増幅、エルビューム・ドープ
ト・ファイバ増幅等が期待されており、研究・開発が盛
んに行われている.一般に、光増幅装器においては、ボ
ンピング《半導体レーザ増幅器では注入電流、光ファイ
バ増幅器ではボンピング光に対応)により増幅器内に反
転分布を生じさせ、この反転分布によリ光増幅作用を実
現している。
[Detailed Description of the Invention] <<Industrial Application Field>> The present invention relates to an optical amplification method and device used in optical communications, etc. [Prior art] Conventionally, as optical amplifiers for optical communication, semiconductor laser amplifiers using semiconductor amplification media, optical fiber Raman amplification using the nonlinear effect of optical fibers, erbium-doped fiber amplification, etc. have been expected. Research and development is actively underway. Generally, in optical amplifiers, a population inversion is created in the amplifier by pumping (corresponding to injection current in semiconductor laser amplifiers and pumping light in optical fiber amplifiers), and this population inversion realizes the optical amplification effect. There is.

このような光増幅器では、信号光レベルがあるレベル<
no和レベル)以上に大きくなるとボンビングが不足し
、反転分布レベルが低下する現象が生じる.この現象を
出力パヮーの飽和現象と呼ぶ.この出力パワーの飽和が
生じると、信号光ゲインが低下してしまう.このゲイン
の低下は信号光レベルが飽和レベル以上に高いレベルの
時に生じるが、信号光を遮断するとゲインが信号光のな
いときのゲインまで回復する。この時、従来の光増幅器
においては、このゲインが回復するまでに必要とする時
間がボンピングの時定数で支配されるので、例えばエル
ビューム・ドープト・ファイバ・アンプでは数ミリセカ
ンド、半導体レーザ増幅器では数ナノセカンドと長い緩
和時間を必要とする(G.Eisenstein et
 at.,” Gain recovery inse
miconductor optical pulse
 alplifier,”Technical dig
est of OFC“89, tlouston, 
Texas1989)  。
In such an optical amplifier, the signal light level is lower than a certain level.
If it becomes larger than the sum level), bombing becomes insufficient and a phenomenon occurs in which the population inversion level decreases. This phenomenon is called the saturation phenomenon of output power. When this output power saturation occurs, the signal light gain decreases. This decrease in gain occurs when the signal light level is higher than the saturation level, but when the signal light is cut off, the gain is restored to the gain when there is no signal light. At this time, in conventional optical amplifiers, the time required for this gain to recover is controlled by the pumping time constant, so for example, it is several milliseconds in an erbium-doped fiber amplifier, and several milliseconds in a semiconductor laser amplifier. Requires nanoseconds and long relaxation times (G. Eisenstein et al.
at. ,” Gain recovery inse
microconductor optical pulse
alplifier,”Technical dig
est of OFC"89, tlouston,
Texas1989).

(発明が解決しようとする課題) 上述したように光増幅器においては、信号光を飽和レベ
ル以上とした後、信号光レベルが低下し、ゲインが回復
するまでに必要とする緩和時間が比較的長い.このため
、G b / s帯以上のシステムにおいてはマーク連
続後の増幅率に比較して、スペース連続後の増幅率が大
きくなり、出力光にパターン効果が現れる欠点があった
. 本発明の目的は、ゲインが回復するまでに必要とする緩
和時間が長くなる欠点を除去し、ピコセカンド以下の緩
和定数でゲインを回復する光増幅方法および装置を提供
することにある.(課題を解決ずるための手段) 前述の課題を解決するために本発明の光増幅方法は、光
発振器を楕或する光共振器内に配置された光増幅媒質に
前記光増幅媒質の増幅可能波長帯内にあり、しかも前記
光発振器の発振波長と異なる波長の信号光を入力し、前
記光増幅媒質を用いて前記信号光を光増幅して出力する
ことを特徴とした光増幅方法である. また本発明の光増幅装置の1つは、半尊体増幅媒質と外
付けの光共振器とから成る半導体レーザ発振器と、前記
半導体レーザ発振器の発振波長と異なる波長の信号光を
前記半導体増幅媒質に結合する手段と、前記半導体増幅
媒質の増幅出力光から前記信号光波長成分を取り出ず手
段を含み、前記信号光を前記半導体増幅媒質を用いて光
増幅することを特徴とした光増幅装置である.また本発
明のもう1つの光増幅装置は、半導体増幅媒質とn個の
共振周波数f1,f2,f3,・・・,fnを有する光
共振器とから成り、共振周波数r1で発振する半導体レ
ーザ発振器と、前記半導体レーザ発振器の発振周波数f
1と異なる前記光共振器の共振周波数f2,f3,・・
・,fnの周波数の信号光を前記半導体レーザ発振器に
入力し光増幅することを特徴とする光増幅装置である.
(作用〉 一般に光増幅器は、光増幅媒質にボンビングを行い反転
分布状態を作り、この反転分布を用いて信号光を増幅し
て出力する。光増幅の速度は誘導放出に支配されている
のでピコセカンド以下の高速応答が可能である.しかし
、信号光がある場合にも光の増幅率を一定に保つために
は、反転分布状態を一定値にしておく必要がある.この
ためには、反転分布へのボンピングを高速で行う必要が
ある. 本発明の光増幅方法では、光増幅器を外付けの光共振器
を用いて発振させ、その発振器の発振波長と異なる信号
光を入力して光増幅して出力している. このような光増幅器では信号光が入射されていない場合
には、光増幅器内に発振光パワーが蓄積されているので
、光増幅器内では発振光パワーに対応した反転分布密度
が保たれて定常状態となっている.この状態の光増幅器
内に、発振波長と異なる波長の信号光を入射すると信号
光は増幅され出力される.この時、光増幅器から出力さ
れる光出力パワーは、発振光パワーと信号光の増幅され
た出力光パワートとの和となる.一方レート方程式( 
fg III光一、矢島達夫著、′゛量子エレクトロニ
クス(上)゜′、裳華房、昭和47年)に基つくと、こ
の光増幅器からの出力光パワーは光増幅器への信号光が
ない時の発振光パワーに等しいことが容易に求められる
.このことは、信号光のない場合と信号光のある場合と
で定常状態の反転分布密度が等しいことを示している。
(Problems to be Solved by the Invention) As mentioned above, in an optical amplifier, after the signal light is raised to a saturation level or higher, the signal light level decreases and the relaxation time required for the gain to recover is relatively long. .. For this reason, in a system for the Gb/s band or above, the amplification factor after a continuous space becomes larger than the amplification factor after a continuous mark, resulting in a drawback that a pattern effect appears in the output light. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical amplification method and apparatus that eliminates the drawback that the relaxation time required for gain recovery is long and recovers gain with a relaxation constant of less than picoseconds. (Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned problems, the optical amplification method of the present invention includes an optical amplification medium disposed in an optical resonator having an optical oscillator, which is capable of amplifying the optical amplification medium. The optical amplification method is characterized in that a signal light of a wavelength within a wavelength band and different from the oscillation wavelength of the optical oscillator is input, and the signal light is optically amplified using the optical amplification medium and output. .. Further, one of the optical amplification devices of the present invention includes a semiconductor laser oscillator including a semiconductor amplification medium and an external optical resonator, and a signal light having a wavelength different from the oscillation wavelength of the semiconductor laser oscillator. and means for removing the signal light wavelength component from the amplified output light of the semiconductor amplification medium, and optically amplifies the signal light using the semiconductor amplification medium. It is. Another optical amplification device of the present invention includes a semiconductor amplification medium and an optical resonator having n resonant frequencies f1, f2, f3, ..., fn, and a semiconductor laser oscillator that oscillates at the resonant frequency r1. and the oscillation frequency f of the semiconductor laser oscillator.
Resonant frequencies f2, f3,... of the optical resonator different from 1
An optical amplification device characterized in that signal light having a frequency of .fn is input to the semiconductor laser oscillator and optically amplified.
(Operation) Generally, an optical amplifier performs bombing on an optical amplification medium to create a population inversion state, and uses this population inversion to amplify and output signal light.Since the speed of optical amplification is controlled by stimulated emission, A high-speed response of less than 2 seconds is possible. However, in order to keep the optical amplification factor constant even when signal light is present, it is necessary to keep the population inversion state at a constant value. It is necessary to perform pumping to the distribution at high speed.In the optical amplification method of the present invention, an optical amplifier is oscillated using an external optical resonator, and a signal light different from the oscillation wavelength of the oscillator is input to perform optical amplification. When no signal light is input to such an optical amplifier, the oscillation optical power is accumulated in the optical amplifier, so the population inversion corresponding to the oscillation optical power occurs within the optical amplifier. The density is maintained and it is in a steady state.When a signal light with a wavelength different from the oscillation wavelength is input into the optical amplifier in this state, the signal light is amplified and output.At this time, the light output from the optical amplifier The output power is the sum of the oscillation light power and the amplified output light power of the signal light.On the other hand, the rate equation (
fg III Koichi, Yajima Tatsuo, 'Quantum Electronics (Part 1)', Shokabo, 1972), the output optical power from this optical amplifier is the same as when there is no signal light to the optical amplifier. It can be easily determined that the power is equal to the oscillation optical power. This shows that the population inversion density in the steady state is the same when there is no signal light and when there is signal light.

また、信号光のある定常状態から信号光のない定常状態
へ移行時の緩和速度は、従来の光増幅器で7は内部に発
振光パワーがないため反転分布のボンビング速度で制限
され、数ナノセカンドと長かった.しかし発振光パワー
が光増幅器内にある場合には誘導放出によって緩和され
るためピコセカンド以下の高速応答が可能となる. 本発明の第1の光増幅装置は、半専体増幅媒質と外付け
の光増幅器とからなる半導体レーザ発振器と、半導体増
幅媒質にレーザ発振器の発振波長と異なる波長の信号光
を入力する手段と半導体増幅媒質で増幅された信号光を
取り出す手段を有する.以下の説明では半導体増幅媒質
として半導体レーザ増幅器を用いた場合について説明す
る.この時、半導体レーザ増幅器のキャリア密度N(反
転分布に相当)、レーザ発振器の発振波長に相当する光
バワーSl、増幅された信号光パワーを82とすると、
これら3つのパラメータは次の3つのレート方程式に従
う. dN a t一一J  a N ( S 1 +S 2 ) 
  ’   ( ’ )τ 1 ニレユーaNs1−−”−’− d t                     f
21τ il1 」』ユーaNs2− −”− d j                      
f3)τ 82 J :注入電流(ボンピング) τ.:キャリア寿命(数ns) τs1:共振器内でのレーザ発振波長の寿命(数ps> τs2:半導体レーザ増幅器内での信号光の寿命(<<
ps> a :利得パラメータ 従来の半導体レーザ増幅器では、外付けの光共振器を備
えつけていないので81=0の状態で動作している.こ
のためキャリア密度Nはキャリア寿命τ.で緩和する.
したがって、ゲインの飽和現象が起こった後のゲインの
回復に必要な緩和時間はキャリア寿命で支配されナノセ
カンド程度となる. 本発明の光増幅器においては、半導体レーザ増幅器内に
発振光S1が存在している.この時には式(1)中でキ
ャリアの緩和時間を決定するのは誘導放出に起囚ずるa
N (S1+S2)とキャリアの寿命に起囚ずるN/τ
.の2項であるが、発振状態では以下の関係が或り立っ
ている.aN(S1+S2)>>  ’      (
4)τ したがって、キャリアの緩和は主に誘導放出に起因する
項によって支配され、u!していない場合に比較して緩
和時間は1/1000倍以下に高速化され、緩和時間と
してビコセカンド以下の高速応答を得ることができる. 本発明の第2の光増幅装置は、半導体増幅媒質とnaの
光共振周波数f1,f2,・・・,fnを持つ光共振器
とからなり、半導体レーザとして周波数f1で発振して
いる.この半導体レーザにf1以外の周波数の光fk(
k=2  3  ・・・n)を入力する。この場合、こ
の半導体レーザに対するレート方程式は、第1の発明で
説明に用いた式(1)一《3)中の信号光S2の寿命τ
。を共振器内での信号光の寿命τI12に代えることで
記述される.この場合にも第1の発明と同様、式(1)
中でキャリアの緩和時間を決定するのは誘専放出に起因
するaN (31+32)の項である。このため、キャ
リアの緩和に必要な時間はビコセカント以下とすること
ができる. また本発明においては、τs2はτ旧と同程度の数ピコ
セカントの寿命となっている,このため、光共振器のキ
ャビティー効果が現われ信号光に対してのゲインが第1
の光増幅装置に比較して大きくなること、また同時に光
フィルタ効果も有するので自然放出光レベルを低下させ
られる特徴を持つ。
In addition, the relaxation speed when transitioning from a steady state with signal light to a steady state without signal light is limited to the bombing speed of population inversion in conventional optical amplifiers because there is no internal oscillation light power, and is several nanoseconds. It was long. However, when the oscillation light power is inside the optical amplifier, it is relaxed by stimulated emission, making it possible to achieve a high-speed response of less than picoseconds. A first optical amplification device of the present invention includes a semiconductor laser oscillator comprising a semi-dedicated amplification medium and an external optical amplifier, and means for inputting a signal light having a wavelength different from the oscillation wavelength of the laser oscillator into the semiconductor amplification medium. It has a means for extracting signal light amplified by a semiconductor amplification medium. In the following explanation, we will explain the case where a semiconductor laser amplifier is used as the semiconductor amplification medium. At this time, if the carrier density N of the semiconductor laser amplifier (corresponding to population inversion), the optical power Sl corresponding to the oscillation wavelength of the laser oscillator, and the amplified signal light power are 82, then
These three parameters follow the following three rate equations. dN at 11 J a N (S 1 + S 2 )
' ( ' ) τ 1 Nireyu aNs1--"-'- d t f
21τ il1”” u aNs2− −”− d j
f3) τ 82 J: Injection current (bumping) τ. : Carrier life (several ns) τs1: Life of laser oscillation wavelength in the resonator (several ps>) τs2: Life of signal light in the semiconductor laser amplifier (<<
ps> a: Gain parameter A conventional semiconductor laser amplifier is not equipped with an external optical resonator, so it operates in a state where 81=0. Therefore, the carrier density N is the carrier lifetime τ. It is alleviated by
Therefore, the relaxation time required for gain recovery after gain saturation occurs is controlled by the carrier lifetime and is on the order of nanoseconds. In the optical amplifier of the present invention, oscillation light S1 exists within the semiconductor laser amplifier. In this case, the carrier relaxation time in equation (1) is determined by stimulated emission a.
N (S1+S2) and N/τ caused by carrier lifetime
.. However, in the oscillation state, the following relationship holds. aN(S1+S2)>>' (
4) τ Therefore, carrier relaxation is mainly dominated by the term due to stimulated emission, and u! The relaxation time is accelerated to less than 1/1000 times compared to the case without it, and a high-speed response of less than a bicosecond can be obtained as a relaxation time. The second optical amplification device of the present invention includes a semiconductor amplification medium and an optical resonator having optical resonance frequencies f1, f2, . . . , fn of na, and oscillates at a frequency f1 as a semiconductor laser. This semiconductor laser emits light fk (of a frequency other than f1) (
Input k=2 3...n). In this case, the rate equation for this semiconductor laser is the lifetime τ of the signal light S2 in equation (1)-<3) used for the explanation in the first invention.
. It is described by replacing τI12 with the lifetime of the signal light inside the resonator. In this case, as in the first invention, formula (1)
Among them, it is the term aN (31+32) resulting from stimulated exclusive emission that determines the relaxation time of carriers. Therefore, the time required for carrier relaxation can be less than bicosecant. In addition, in the present invention, τs2 has a lifetime of several picoseconds, which is about the same as τold. Therefore, the cavity effect of the optical resonator appears and the gain for the signal light becomes the first
It has the characteristic that it is larger than the optical amplification device of 2008, and also has an optical filter effect, which allows it to reduce the level of spontaneous emission light.

(実方拒例) 次に本発明について図面を参照しながら説明する. 本発明の第lの光増幅装置の典型的な実施例を第1図に
示す. 本実施例においては、半導体増幅媒質として、波長1.
5μmから1.55μmの波長帯でゲインを有ずる半導
体レーザ増幅器lを、外付けの光共振器としては光ファ
イバ端をミラーコートした端末9と、レンズ14と回折
格子15によりファイバ端17から出力された光の内1
.51μmの光をファイバ端17に反射して戻す波長選
択ミラーの2つのミラーによって横成される光共振器を
用いている. 信号光8の波長は1.54μmである.また半導体レー
ザ増幅器1へ入力する手段としては、波長選択型のファ
イバカップラ2を用いている.この波長選択型のファイ
バカップラ2は、ボート4から入力された1.54μm
の光と、ボート5から入力された1.51μmの光を合
波し、ボート7に出力し、ボート6への出力がない波長
選択特性を有している.更に半導体増幅媒質からの増幅
出力光から信号光波長戒分を取り出す手段としては、波
長選択型ファイバカップラ3を用いている。
(Actual Rejection) Next, the present invention will be explained with reference to the drawings. A typical embodiment of the first optical amplification device of the present invention is shown in FIG. In this example, wavelength 1.
A semiconductor laser amplifier l having a gain in the wavelength band from 5 μm to 1.55 μm is output from the fiber end 17 using an external optical resonator, a terminal 9 whose optical fiber end is mirror-coated, a lens 14 and a diffraction grating 15. 1 of the light
.. An optical resonator is used, which is formed by two wavelength-selecting mirrors that reflect 51 μm light back to the fiber end 17. The wavelength of signal light 8 is 1.54 μm. A wavelength selective fiber coupler 2 is used as a means for inputting data to the semiconductor laser amplifier 1. This wavelength-selective fiber coupler 2 has a wavelength of 1.54 μm input from the boat 4.
This light is combined with the 1.51 μm light input from the boat 5 and output to the boat 7, and has a wavelength selection characteristic in which there is no output to the boat 6. Furthermore, a wavelength selective fiber coupler 3 is used as a means for extracting the signal light wavelength signal from the amplified output light from the semiconductor amplification medium.

このファイバカツプラ3は、ボート13に入力された光
パワーの内1.54μmの光をボート22に、1.51
μmの光をボート21に出力する波長選択特性を有する
ファイバカップラである.次に光増幅器の動作について
説明する.半導体レーザ増幅器1に直流電流源30から
注入電流を加え、半導体レーザ増幅器1に1.5μmか
ら1.55μm帯でゲインを持たせる.光ファイバ端を
ミラーコートした端末9と、レンズ14と回折格子15
によりファイバ端17から出力された光の内1.51μ
mの光をファイバ端l7に反射して戻す波長選択ミラー
15の2つのミラーによって横成される光共振器は、そ
の共振器内にゲイン媒質としての半導体レーザ増幅器l
を有する.このため、直流電流源30からの注入電流を
上昇させて半導体レーザ増幅器の増幅率を上昇させると
1.51μmで発振を生じる.本実施例では光共振器の
損失は約40dBと設定してあるため半導体レーザ増幅
器の単一通過利得が20dBとなった時に1.51μm
での発振を生じる.この1.51μmの光は光ファイバ
端をミラーコートした端末9−ボート5−ボート7一半
導体レーザ増幅器1−ボートl3−ボート2l一回折格
子15で構成されるレーザ発振器内で発振を生じている
.また、この発振光パワーは半導体レーザ増幅器lへの
注入電流を直流電流源30を用いて調節することで20
mWに設定されている. この半導体レーザ増幅器1にボート4から1.54,c
zmの信号光8として−15dBmの5G b / s
信号パターンを入力する実験を行った。
This fiber coupler 3 transfers 1.54 μm light of the optical power input to the boat 13 to the boat 22.
This is a fiber coupler with wavelength selection characteristics that outputs μm light to the boat 21. Next, we will explain the operation of the optical amplifier. An injection current is applied to the semiconductor laser amplifier 1 from the DC current source 30, so that the semiconductor laser amplifier 1 has a gain in the 1.5 μm to 1.55 μm band. A terminal 9 whose optical fiber end is mirror coated, a lens 14 and a diffraction grating 15
1.51μ of the light output from the fiber end 17
The optical resonator formed by the two mirrors of the wavelength selection mirror 15 that reflects the light of m to the fiber end l7 and returns it to the fiber end l7 has a semiconductor laser amplifier l as a gain medium inside the resonator.
has. Therefore, when the amplification factor of the semiconductor laser amplifier is increased by increasing the injection current from the DC current source 30, oscillation occurs at 1.51 μm. In this example, the loss of the optical resonator is set to approximately 40 dB, so when the single pass gain of the semiconductor laser amplifier is 20 dB, the loss is 1.51 μm.
This causes oscillation at . This 1.51 μm light oscillates in a laser oscillator consisting of a terminal 9 with a mirror coated end of the optical fiber, a boat 5, a boat 7, a semiconductor laser amplifier 1, a boat 13, a boat 21, and a diffraction grating 15. .. In addition, this oscillation light power can be adjusted to 20% by adjusting the current injected into the semiconductor laser amplifier l using a DC current source 30.
It is set to mW. 1.54, c from boat 4 to this semiconductor laser amplifier 1
-15dBm 5G b/s as Zm signal light 8
We conducted an experiment to input a signal pattern.

この時、この信号光8はボート7からレンズ10を用い
て半導体レーザ増幅器lへ入力され、半導体レーザ増幅
器lで単一通過利得に対応する20dB増幅された後、
レンズ11を用いてボート13に結合された.この時の
増幅された信号光パワーは+5dBmとなっていた. その後、この半導体レーザ増幅器1の出力光は、波長選
択型ファイバカップラ3で信号光成分である1.54μ
mの光のみボート22に出力され出力光16となった.
第2図に半導体レーザ増幅器内の1.51μmの光パワ
ー 1.54μmの信号光パワー、キャリア密度の時間
変化が示されている.1.54μmの光が入射されると
キャリア密度は一時低下するが、1.51μmの光パワ
ーが低下すると、ともにもとの定常状態に戻る.この定
常状態に戻る緩和時間はps以下の時定数であった.こ
のため1.54μmL7)信号光に対ずる増幅率は変化
せず半導体レーザ増幅器内の1.54μm光パワー10
mW程度まで大きくしても増幅の飽和に起因するパター
ン効果は生じなかった. 本発明の第2の光増幅装置の典型的な実施例を第3図に
示す. 本実施例においては、半導体増幅媒質としては波長1.
5μmから1.55μmの波長帯でゲインを有する長さ
約100μmの半導体レーザ発振器101を、両端面を
へき開してファブリーベ口型共振器としn個の共振周波
数を有する光共振器として用いている。
At this time, this signal light 8 is input from the boat 7 to the semiconductor laser amplifier l using the lens 10, and after being amplified by 20 dB corresponding to the single pass gain in the semiconductor laser amplifier l,
It was coupled to a boat 13 using a lens 11. The amplified signal light power at this time was +5 dBm. Thereafter, the output light from this semiconductor laser amplifier 1 is passed through a wavelength selective fiber coupler 3 to a signal light component of 1.54μ.
Only the light of m was outputted to the boat 22 and became the output light 16.
Figure 2 shows the temporal changes in 1.51 μm optical power, 1.54 μm signal light power, and carrier density in a semiconductor laser amplifier. When 1.54 μm light is incident, the carrier density temporarily decreases, but when the 1.51 μm light power decreases, both return to the original steady state. The relaxation time to return to this steady state was a time constant of less than ps. Therefore, the amplification factor for the signal light does not change and the 1.54 μm optical power in the semiconductor laser amplifier 10
Even when the power was increased to about mW, pattern effects due to amplification saturation did not occur. A typical embodiment of the second optical amplification device of the present invention is shown in FIG. In this embodiment, the semiconductor amplification medium has a wavelength of 1.
A semiconductor laser oscillator 101 having a length of approximately 100 μm and having a gain in a wavelength band of 5 μm to 1.55 μm is cleaved at both end faces to form a Fabriebe-type resonator, which is used as an optical resonator having n resonant frequencies.

この半導体レーザ発振器101に直流電流源30から電
流を印加して半導体レーザ発振器101を発振させ出力
光レベルを+15dBmに設定してある.この時の出力
光スペクトルが第4図に示されている.半導体レーザ発
振器101からの発振出力光周波数fl(波長1.53
3μmに相当)にスペクトルのピークが現れており、そ
の他に半導体レーザ増幅器101の持つファブリーベロ
共振器の共振周波数に対応するf2,f3,f4,f5
にスペクトルの小さなピークがljll測され、ほぼ単
一縦モード発振しているのがわかる.この共振周波数間
隔は半専体レーザ発振器101の長さによって決定され
るファブリーベロ共振器の共振周波数間隔に対応してい
る. この半導体レーザ発振器101に波長選択型ファイバカ
ツブラ20を用いて信号光40を入力する.信号光40
の波長は半導体レーザ発振器101の出力光スペクトル
のビークf3に対応した波長1、50μmの光である.
また波長選択型ファイバカップラはボート50から入力
された1.50μmの光とボート51から入力された1
.533μmの光をボート53に合波して出力する波長
選択特性を有している. このためボート53からレンズ10を用いて半導体レー
ザ発振器101に結合された信号光40は、半桿体レー
ザ発振器101内で増幅された後、レンズ11を用いて
ボート55に結合される.その後、波長選択型ファイバ
カツブラ21を用いて信号光40の波長に対応した1.
5μmの光をボート57に出力させると出力光41が得
られる。
A current is applied to this semiconductor laser oscillator 101 from a DC current source 30 to cause the semiconductor laser oscillator 101 to oscillate, and the output light level is set to +15 dBm. The output light spectrum at this time is shown in Figure 4. The oscillation output optical frequency fl from the semiconductor laser oscillator 101 (wavelength 1.53
3 μm), and in addition, f2, f3, f4, f5 corresponding to the resonant frequencies of the Fabry-Bello resonator of the semiconductor laser amplifier 101.
A small peak in the spectrum was observed, and it can be seen that oscillation occurs in an almost single longitudinal mode. This resonant frequency interval corresponds to the resonant frequency interval of the Fabry-Bello resonator determined by the length of the semi-dedicated laser oscillator 101. A signal light 40 is input to this semiconductor laser oscillator 101 using a wavelength selective fiber coupler 20. signal light 40
The wavelength is light with a wavelength of 1 and 50 μm corresponding to the peak f3 of the output optical spectrum of the semiconductor laser oscillator 101.
In addition, the wavelength selective fiber coupler combines the 1.50 μm light input from the boat 50 and the 1.50 μm light input from the boat 51.
.. It has a wavelength selection characteristic that allows light of 533 μm to be multiplexed into the boat 53 and output. Therefore, the signal light 40 coupled from the boat 53 to the semiconductor laser oscillator 101 using the lens 10 is amplified within the semi-rod laser oscillator 101 and then coupled to the boat 55 using the lens 11. After that, using the wavelength selective fiber coupler 21, the wavelength of the signal light 40 is adjusted to 1.
When the boat 57 outputs light of 5 μm, output light 41 is obtained.

波長選択型ファイバカップラ21は、ボート55から入
力された光の内1.50μmの光をボート57に1.5
33μmの光をボート43に出力する波長選択特性を有
するものが用いられる。また半導体レーザ発振器10l
から出力された発振光は波長選択型ファイバカツプラ2
0.21によりボート51.56から出力され、発振光
出力42.43となる. この光増幅装置に1.50μmの光を外部変調器を用い
て5 G b / s信号パターンで変調し、これをパ
ワー−10dBmの信号光4oとして入力する.実験を
行ったところ、この信号光4oの波長に対する半導体レ
ーザ増幅器1の増幅率は20dB、帯域は約1人であっ
た.このため半導体レーザ増幅器1の出力光レベルは+
10dBmであった.このときの半導体レーザ増幅器l
中の発振波長光パワー、増幅された信号光パワー、キャ
リア密度の時間変化の様子が第5図に示されている.信
号光がオフの状態から信号光オンの状態に変化する時お
よび信号光オンの状態がらオフの状態に変化する時に、
キャリア密度が変化するが、定常状態に緩和する時間は
ps以下と高遠であった.また出力光41は、へき開面
102で梢成されるファブリーベ口共振器で1人の帯域
に制限されて}16ため、自然放出光レベルの低い出力
光を得ることができた. 上述の実施例は本発明の例であり、本発明には様々な変
形例が考えられる. 例えば、第1の発明の光増幅装置においては、半導体レ
ーザ増幅器の増幅可能波長帯は1.5μm帯に限ること
なく、1.3μm帯でも0.8μm帯でも良い。また、
外付けの光共振器としてはファイバfI/A17にファ
イバ端をミラーコートした端末を用いてファブリーベ口
型共振器を楕成しても良いし、回折格子を活性層付近に
付加して波長選択性を持たせたDI”B楕造のレーザを
波長選択ミラーの代用とすることもできる.更に、波長
選択型ファイバカツブラの代わりに回折格子型の波長選
択素子を用いることもできる.入力信号のビットレート
も5 G b / sに限らすI G b / sでも
良いし、1 0 G b / sでも良い.第2の発明
の光増幅装置においても、半導体レーザ増幅器の増幅可
能波長帯は1.5μm帯に限ることなく、1.3μm帯
でも0.8μm帯でも良いし、光共振器としてはフrブ
リーベロ共振器に限ることなく、回折格子を活性層付近
に付加して波長選択性を持たせたDFB横逍の光共振器
を用いることも可能である.また、入力1則の波長選択
型ファイバカツプラ20は入力側に光アイソレー夕を用
いることで省略することが可能であるし、波長選択型フ
ァイバカップラの代わりに回折格子型の波長選択素子を
用いることもできる.更に、入力信号のビートレートも
5 G b / sに限らす1G b / sでも良い
し、1 0 G b / sでも良い。
The wavelength-selective fiber coupler 21 transfers 1.50 μm of the light input from the boat 55 to the boat 57.
A device having wavelength selection characteristics that outputs 33 μm light to the boat 43 is used. Also, a semiconductor laser oscillator 10L
The oscillation light output from the wavelength selective fiber coupler 2
0.21, it is output from the boat 51.56, resulting in an oscillation light output of 42.43. A 1.50 μm light is modulated with a 5 Gb/s signal pattern using an external modulator, and is input to this optical amplifier as a signal light 4o with a power of -10 dBm. When an experiment was conducted, the amplification factor of the semiconductor laser amplifier 1 for the wavelength of the signal light 4o was 20 dB, and the bandwidth was approximately 1. Therefore, the output light level of the semiconductor laser amplifier 1 is +
It was 10dBm. The semiconductor laser amplifier l at this time
Figure 5 shows how the oscillation wavelength light power, amplified signal light power, and carrier density change over time. When the signal light changes from the off state to the signal light on state and when the signal light on state changes to the off state,
Although the carrier density changed, the time to relax to a steady state was long, less than ps. In addition, the output light 41 is limited to a single band by the Fabriebe mouth resonator formed at the top of the cleavage plane 102}16, so it was possible to obtain output light with a low level of spontaneous emission. The embodiments described above are examples of the present invention, and various modifications can be made to the present invention. For example, in the optical amplification device of the first invention, the amplifiable wavelength band of the semiconductor laser amplifier is not limited to the 1.5 μm band, but may be the 1.3 μm band or the 0.8 μm band. Also,
As an external optical resonator, a Fabriebe-type resonator may be formed by using a fiber fI/A17 with a mirror coated end, or a diffraction grating may be added near the active layer to achieve wavelength selectivity. A DI”B elliptical laser with The bit rate may also be IG b/s, which is limited to 5 G b/s, or may be 10 G b/s. Also in the optical amplification device of the second invention, the amplifiable wavelength band of the semiconductor laser amplifier is 1. .5μm band, 1.3μm band or 0.8μm band may be used, and the optical resonator is not limited to a Fribelo resonator, but wavelength selectivity can be achieved by adding a diffraction grating near the active layer. It is also possible to use an optical resonator with a DFB side.Also, the wavelength selective fiber coupler 20 with one input rule can be omitted by using an optical isolator on the input side. In place of the wavelength selective fiber coupler, a diffraction grating type wavelength selective element can also be used.Furthermore, the beat rate of the input signal may be limited to 5 Gb/s, 1 Gb/s, or 10 Gb/s. /s is also fine.

(発明の効果) 以上に説明した様に、本発明によれば、光増幅κにおい
て信号光レベルが大きくなり増幅の飽和が起こった状態
から信号光レベルが下がってもとの状態に戻る緩和速度
を緩和時間としてビコセカンド以下に高速化することが
できる.
(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, the relaxation rate in optical amplification κ returns from a state in which the signal light level increases and amplification saturation occurs to the original state as the signal light level decreases. The relaxation time can be reduced to less than 100 seconds.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の第1の実施例を示す楕或図、第2図は
本発明の第1の実施例における光パワーとキャリア密度
の時間変化を示す図、第3図は本発明の第2の実施例を
示す横成図、第4図は第3図における半導体レーザ発振
器10lの出力スベクトルを示す図、第5図は本発明の
第2の実施例における発振光、入力光およびキャリア密
度、時間変化を示す図である。 1・・・半導体レーザ増幅器、101・・・半導体レー
ザ発振器、2,3,20.21・・・波長選択型ファイ
バカップラ、10,11.14・・・レンズ、840・
・・信号光、16.41・・・出力光、30・・・直流
電流源.
FIG. 1 is an elliptical diagram showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing temporal changes in optical power and carrier density in the first embodiment of the present invention, and FIG. A horizontal diagram showing the second embodiment, FIG. 4 is a diagram showing the output svector of the semiconductor laser oscillator 10l in FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram showing the oscillation light, input light, and It is a figure showing a carrier density and a time change. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Semiconductor laser amplifier, 101... Semiconductor laser oscillator, 2, 3, 20.21... Wavelength selective fiber coupler, 10, 11.14... Lens, 840...
...Signal light, 16.41...Output light, 30...DC current source.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)光発振器を構成する光共振器内に配置された光増
幅媒質に、前記光増幅媒質の増幅可能波長帯内にあり、
しかも前記光発振器の発振波長と異なる波長の信号光を
入力し、出力として前記信号光の増幅光を得ることを特
徴とする光増幅方法。
(1) An optical amplification medium disposed in an optical resonator constituting an optical oscillator has a wavelength within the amplifiable wavelength band of the optical amplification medium,
Moreover, the optical amplification method is characterized in that a signal light having a wavelength different from the oscillation wavelength of the optical oscillator is inputted, and an amplified light of the signal light is obtained as an output.
(2)半導体増幅媒質と外付けの光共振器とから成る半
導体レーザ発振器と、前記半導体レーザ発振器の発振波
長と異なる波長の信号光を前記半導体増幅媒質に結合す
る手段と、前記半導体増幅媒質により増幅された出力光
から前記信号光の波長成分を取り出す手段とを含み、前
記信号光を前記半導体増幅媒質を用いて光増幅すること
を特徴とする光増幅装置。
(2) a semiconductor laser oscillator comprising a semiconductor amplification medium and an external optical resonator; a means for coupling signal light having a wavelength different from the oscillation wavelength of the semiconductor laser oscillator to the semiconductor amplification medium; An optical amplification device comprising means for extracting a wavelength component of the signal light from the amplified output light, and optically amplifying the signal light using the semiconductor amplification medium.
(3)半導体増幅媒質とn個の共振周波数f1,f2,
f3,・・・,fnを有する光共振器とから成り、共振
周波数f1で発振する半導体レーザ発振器と、前記半導
体レーザ発振器の発振周波数f1と異なる前記光共振器
の共振周波数f2,f3,・・・,fnの周波数の信号
光を前記半導体レーザ発振器に入力し光増幅することを
特徴とする光増幅装置。
(3) Semiconductor amplification medium and n resonant frequencies f1, f2,
a semiconductor laser oscillator that oscillates at a resonant frequency f1, and a resonant frequency f2, f3,... of the optical resonator that is different from the oscillation frequency f1 of the semiconductor laser oscillator; An optical amplification device characterized in that signal light having a frequency of .fn is input to the semiconductor laser oscillator and optically amplified.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996013084A1 (en) * 1994-10-21 1996-05-02 Besse Pierre Andre Process for controlling saturation and non-linear effects in optical semiconductor amplifiers
EP0812041A2 (en) * 1996-06-05 1997-12-10 Kokusai Denshin Denwa Kabushiki Kaisha Optical short pulse reshaping device
WO2012032987A1 (en) 2010-09-08 2012-03-15 株式会社ジェイテクト Steering device for vehicle

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