JPH06177476A - 光パルス発生装置 - Google Patents

光パルス発生装置

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JPH06177476A
JPH06177476A JP43A JP34969492A JPH06177476A JP H06177476 A JPH06177476 A JP H06177476A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 34969492 A JP34969492 A JP 34969492A JP H06177476 A JPH06177476 A JP H06177476A
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JP
Japan
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semiconductor
optical modulator
optical
pulse
laser
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JP43A
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English (en)
Inventor
Hideaki Tanaka
英明 田中
Masatoshi Suzuki
正敏 鈴木
Yuichi Matsushima
裕一 松島
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KDDI Corp
Original Assignee
Kokusai Denshin Denwa KK
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Publication date
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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
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0265Intensity modulators

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】集積素子を用いてトランスフォームリミッテッ
ドな光パルスを発生することができるパルス発生装置を
提供する。 【構成】単一波長で連続発振する半導体レーザと、半導
体レーザの出力光の強度変調を行なう半導体電気吸収型
光変調器とが半導体基板上に一体集積され、半導体電気
吸収型光変調器に半導体レーザの出力光を十分に消光す
る程度の逆方向のバイアス電圧を加えるための直流電圧
発生器と、半導体電気吸収型光変調器に正弦波状電圧を
加えるための正弦波電圧発生器とを備え、前記半導体電
気吸収型光変調器から発生する光パルスがその包絡線波
形のフーリエ変換に相当するスペクトルを有するように
半導体レーザと半導体電気吸収型光変調器との間の分離
抵抗の値が大きく(例えば400kΩ以上)設定された
構成を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高速光ファイバ通信用
のソリトン光パルス発生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ通信技術は、光増幅技術の進
展にささえられ超長距離化が進んでおり、再生中継器を
使用せずに太平洋横断も可能となってきた。しかしなが
ら、従来の伝送方式では、伝送速度が高くなると光ファ
イバの波長分散特性や非線形光学効果に基づく伝送特性
の劣化の影響が大きくなり、高速・大容量化には限界が
ある。この波長分散特性や非線形光学効果による高速化
の限界を打破する方式として、光ソリトン通信方式が近
年脚光を浴びている。
【0003】光ソリトン通信方式は、従来の伝送方式の
特性劣化要因である光ファイバの波長分散特性や非線形
光学効果を積極的に利用するものであり、ファイバの波
長分散によるパルスの広がりと非線形光学効果に基づく
パルス圧縮を釣り合わせ、光短パルスを形を変えずに伝
送する方式である。時間多重や波長多重も比較的容易で
あり、高速大容量化に適している。この光短パルスは、
(1)sech2 形状であること、(2)トランスフォ
ームリミッテッドパルスであること(光パルスの包絡線
波形のフーリエ変換に相当するスペクトルをもつ光パル
ス)が必要である。
【0004】このような要求に対応する一つの手段とし
て、半導体電気吸収型光変調器はdBで表した消光比が
印加電圧に対しほぼ線形な関係を持つので、一定強度の
レーザ光を半導体電気吸収型光変調器に入射し、半導体
電気吸収型光変調器に正弦波状変調電圧を加えると、ほ
ぼsech2 形状を持つ光パルスを発生することができ
る。さらに半導体電気吸収型光変調器の位相変調成分は
極めて小さいので、パルスはトランスフォームリミッテ
ッドパルスである(文献1:M. SUZUKI et al., "Trans
form-Limited 14ps Optical Pulse Generation with 15
GHz Repetition Rate by InGaAsP Electroabsorption
Modulator", Electronics Letters, vol.28, No.11, p
p.1007-1008, May 1992)。一方、レーザと光変調器の
間の光結合損失を大幅に低減するためにDFBレーザと
InGaAsP電気吸収型光変調器を集積した素子は、
ノン・リターン・ゼロ信号発生用のものが知られている
(文献2:雙田晴久他、「光変調器/DFBレーザ集積
化光源」、電子情報通信学会技術研究報告、OQE89
−30、pp. 31−36、1989)。この素子のD
FBレーザと光変調器の間の分離抵抗は、10kΩであ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本願発明者らは、この
文献2の集積素子を用い、同集積素子のDFBレーザ側
を一定直流電流で駆動し、InGaAsP電気吸収型光
変調器側を逆方向電圧と正弦波状変調電圧を足し合わせ
た電圧で駆動する光パルス発生装置を構成し、DFBレ
ーザの駆動電流が増加するとキャリア効果によりDFB
レーザの発振波長が短波長側へ移ることを考慮し、周期
Tで正弦波状電圧を発生させたときの光パルスの波形と
スペクトルのシミュレーションを行った。光パルスを図
3(a)、スペクトルを同図(b)に示す。
【0006】比較のために本願発明者らは、集積素子と
同一の動作特性を持つDFBレーザと光変調器を、集積
せずに電気的に独立して動作させて光パルス発生装置を
構成した場合の、光パルスの波形及びスペクトルもシミ
ュレーションを行った。光パルスを図4(a)、スペク
トルを同図(b)に示す。
【0007】文献1で紹介されているように電気的に独
立して構成した光パルス発生装置では、発生したパルス
はトランスフォームリミッテッドパルスとなる。図3
(a)と図4(a)を比較するとパルス形状はほぼ同一
であるのに対し、図3(b)と図4(b)を比較すると
スペクトル包絡線の半値全幅は集積素子では集積しない
場合のほぼ倍にまで広がっている。もし、トランスフォ
ームリミッテッドパルスであれば、パルス形状が同一な
らば、スペクトルも同一でなければならない。従って、
従来の集積素子で構成した光パルス発生装置において、
発生した光パルスはトランスフォームリミッテッドパル
スではないことは、明らかであり、光ソリトン通信に利
用するには問題である。
【0008】本発明は、集積素子を用いて光パルスを発
生する際のこの問題点を解決するためになされたもの
で、トランスフォームリミッテッドな光パルスを発生す
ることができるパルス発生装置を提供することを目的と
する。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の光パルス発生装
置は、単一波長で連続発振する半導体レーザと、半導体
レーザの出力光の強度変調を行なう半導体電気吸収型光
変調器とが半導体基板上に一体集積され、半導体電気吸
収型光変調器に半導体レーザの出力光を十分に消光する
程度の逆方向のバイアス電圧を加えるための直流電圧発
生器と、半導体電気吸収型光変調器に正弦波状電圧を加
えるための正弦波電圧発生器とを備え、前記半導体電気
吸収型光変調器から発生する光パルスがその包絡線波形
のフーリエ変換に相当するスペクトルを有するように半
導体レーザと半導体電気吸収型光変調器との間の分離抵
抗の値が大きく(例えば400kΩ以上)設定された構
成を有している。
【0010】
【作用】前記の構成により本発明の特徴は、半導体レー
ザと半導体電気吸収型光変調器とを集積した素子におい
て、半導体電気吸収型光変調器の駆動によって引き起こ
される半導体レーザ駆動電流の変動を、分離抵抗を例え
ば400kΩ以上にすることにより抑え、半導体レーザ
の発振波長を安定させてトランスフォームリミッテッド
光パルスを発生する点にある。
【0011】本願発明者らはDFBレーザとInGaA
sP電気吸収型光変調器とを集積した素子のレーザ側を
一定直流電流で駆動し、光変調器側を逆方向のバイアス
電圧と正弦波状変調電圧を足し合わせた電圧を加えて光
パルス発生装置を構成する場合において、レーザの駆動
電流が増加するとキャリア効果によりレーザの発振波長
が短波長側へ移ることを考慮し、出力光パルスのスペク
トル包絡線の半値全幅とパルスの繰り返し周期の積と分
離抵抗の関係のシミュレーションを行ったInGaAs
P電気吸収型光変調器のdBで表した消光比が印加電圧
に対し線形な関係を持つことを仮定した。結果を図1に
示す。また、分離抵抗400kΩ近傍のスペクトルの包
絡線の半値全幅と周期の積の測定数値を表1に示す。
【0012】
【表1】
【0013】電気的に完全に独立した場合のスペクトル
包絡線の半値全幅の値2. 48より1%以上大きくなる
とトランスフォームリミテッドでなくなると判断される
ので、この測定例ではトランスフォームリミッテッドパ
ルスを得るには分離抵抗は400kΩ以上必要である。
400kΩ未満では、光変調器を正弦波電圧発生器が駆
動することにより、レーザの駆動電流が変動する。駆動
電流が変動するとレーザは周波数変調され、スペクトル
の包絡線幅は広がってトランスフォームリミッテッドで
はなくなる。
【0014】
【実施例】図2は本発明の実施例であり、光パルス発生
装置の模式図である。単一波長で発振するλ/4シフト
分布帰還型(DFB)レーザ1と、InGaAsP電気
吸収型光変調器2とが、n型InP基板11上に集積さ
れている。電気的にDFBレーザ1と光変調器2を分離
するために両者の間に半絶縁性InP12が配置されて
いるが、完全に絶縁することはできないので電気回路的
には分離抵抗13がDFBレーザ1と光変調器2の間に
接続されたのと同じである。DFBレーザ1は、レーザ
電極15に直流電流発生器5から電流を供給され一定の
光出力で発振する。また、直流電圧発生器3から供給さ
れた逆方向のバイアス電圧と、正弦波電圧発生器4で発
生した正弦波状電圧との足し合わされた電圧が、光変調
器電極16とn側共通電極14の間に印加される。半絶
縁性InP12による分離抵抗13は、10MΩより大
であり計測不能であった。分離抵抗13の作製は、特開
平2-212804号に記載の製造方法によった。
【0015】本実施例の光パルス発生装置で、実験を行
った。−2Vのバイアス電圧と5GHzの正弦波状電圧
を足し合わせた電圧で駆動した結果、パルス幅33ピコ
秒の光短パルスが得られ、そのスペクトルの包絡線の半
値全幅と周期の積は1. 9であった。実験に用いたIn
GaAsP電気吸収型光変調器のdBで表した消光比が
印加電圧に対しほぼ線形な関係を持つのは30dB程度
までであり、それ以上高い電圧を加えても消光しないの
で、光パルスの包絡線波形をそのままフーリエ変換して
得られるスペクトルの包絡線の半値全幅と周期の積は、
dBで表した消光比が印加電圧に対し常に線形な関係を
持つことを仮定した値に比べ小さくなる。それ故、シミ
ュレーション値に比べ実験値が若干小さくなる。従っ
て、実験においてもトランスフォームリミッテッドパル
スが発生できたといえる。
【0016】以上の説明では、半導体レーザとしてλ/
4シフトDFBレーザを用いて説明したが、シフト部分
のないDFBレーザでも、DBRレーザでも適用可能で
ある。また、半導体光変調器としてInGaAsP電気
吸収型光変調器を用いて説明したが、その他、量子井戸
層がInGaAsPまたはInGaAsで構成され、量
子障壁層が量子井戸層より禁制帯エネルギの大きいIn
PまたはInGaAsPで構成される量子井戸構造の吸
収型光変調器にも適用可能である。更に、InGaAl
As/InAlAs、InGaAs/InAlAs量子
井戸構造の吸収型光変調器にも適用可能である
【0017】さらに、単一波長レーザと半導体電気吸収
型光変調器がおのおの1個ずつ集積されている素子を用
いた光パルス発生装置について説明したが、情報信号生
成用の半導体電気吸収型光変調器がさらに集積された素
子を用いた場合でも、各素子間の分離抵抗が400kΩ
以上あればトランスフォームリミッテッド光パルスが発
生できる。また、単一波長レーザと2個の超短パルス発
生用の半導体電気吸収型光変調器と1個の情報信号生成
用の半導体電気吸収型光変調器とが集積化された素子を
用いた場合でも、各素子間の分離抵抗が400kΩ以上
あればトランスフォームリミッテッドパルス光パルスが
発生できる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体レーザと半導体電気吸収型光変調器の分離抵抗が
例えば400kΩ以上ある集積素子と、直流電流発生
器、直流電圧発生器、及び正弦波電圧発生器を用いるだ
けで、トランスフォームリミッテッドパルスが発生でき
るので、ワンチップソリトン光源として極めて有望であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】DFBレーザとInGaAsP電気吸収型光変
調器を集積した素子を用いたパルス発生装置で発生した
光パルスのスペクトルの包絡線の半値全幅と周期の積の
分離抵抗依存性を示す図である。
【図2】本発明によるλ/4シフトDFBレーザとIn
GaAsP電気吸収型光変調器を集積した素子を用いた
パルス発生装置の実施例を示す図である。
【図3】従来のDFBレーザとInGaAsP電気吸収
型光変調器を集積した素子を用いたパルス発生装置で発
生した光パルス波形(a)と従来のDFBレーザとIn
GaAsP電気吸収型光変調器を集積した素子を用いた
パルス発生装置で発生した光パルスのスペクトル(b)
を示す図である。
【図4】DFBレーザとInGaAsP電気吸収型光変
調器が集積せずに電気的に独立して駆動した場合に発生
する光パルスの波形(a)とDFBレーザとInGaA
sP電気吸収型光変調器が集積せずに電気的に独立して
駆動した場合に発生する光パルスのスペクトル(b)と
を示す図である。
【符号の説明】
1 λ/4シフトDFBレーザ 2 InGaAsP電気吸収型光変調器 3 直流電圧発生器 4 正弦波電圧発生器 5 直流電流発生器 11 n型InP基板 12 半絶縁性InP 13 分離抵抗 14 n側共通電極 15 レーザ電極 16 変調器電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単一波長で連続発振する半導体レーザ
    と、該半導体レーザの出力光の強度変調を行なう半導体
    電気吸収型光変調器とが半導体基板上に一体集積され、
    該半導体電気吸収型光変調器に前記半導体レーザの出力
    光を十分に消光する程度の逆方向のバイアス電圧を加え
    るための直流電圧発生器と、該半導体電気吸収型光変調
    器に正弦波状電圧を加えるための正弦波電圧発生器とを
    備え、前記半導体電気吸収型光変調器から発生する光パ
    ルスがその包絡線波形のフーリエ変換に相当するスペク
    トルに近似するスペクトルを有するように前記半導体レ
    ーザと前記半導体電気吸収型光変調器との間の分離抵抗
    の値が大きく設定された光パルス発生装置。
JP43A 1992-12-02 1992-12-02 光パルス発生装置 Pending JPH06177476A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0774420A (ja) * 1993-06-30 1995-03-17 Fujitsu Ltd 光半導体回路及びそれを構成するための光モジュール及び電源回路
JP2018067604A (ja) * 2016-10-18 2018-04-26 三菱電機株式会社 光変調器付き半導体レーザ装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0774420A (ja) * 1993-06-30 1995-03-17 Fujitsu Ltd 光半導体回路及びそれを構成するための光モジュール及び電源回路
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Legal Events

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A02 Decision of refusal

Effective date: 20040413

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