JPH0626276B2 - レ−ザ光直接周波数変調方法 - Google Patents
レ−ザ光直接周波数変調方法Info
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- JPH0626276B2 JPH0626276B2 JP60004242A JP424285A JPH0626276B2 JP H0626276 B2 JPH0626276 B2 JP H0626276B2 JP 60004242 A JP60004242 A JP 60004242A JP 424285 A JP424285 A JP 424285A JP H0626276 B2 JPH0626276 B2 JP H0626276B2
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- Japan
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- modulation
- region
- frequency
- laser
- semiconductor laser
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
- H01S5/06255—Controlling the frequency of the radiation
- H01S5/06258—Controlling the frequency of the radiation with DFB-structure
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、周波数変調したレーザ光をレーザから直接に
得る方法に関する。
得る方法に関する。
（従来の技術） 近年、半導体レーザの特性が向上し、単一軸モードで発
振し、かつスペクトル純度の高い半導体レーザが得られ
るようになり、光の周波数や位相の情報を用いるコヒー
レント光伝送方法の実現が可能になってきた。特に周波
数情報を用いるFSKヘテロダイン光通信方式の場合に
は、半導体レーザの注入電流を微小に変化させることに
より半導体レーザの出力光を直接に周波数変調する方法
が可能であり、簡便に損失の小さいシステムを構成する
ことができるという特長がある。この半導体レーザ直接
周波数変調は、注入電流の変化によりレーザ媒質内のキ
ャリア密度が変化し、レーザ媒質の屈折率が変わる効果
と、注入電流の変化に対応してレーザ媒質の温度が変化
しレーザ媒質の屈折率が変わる効果の２つの効果によっ
て引きおこされる。
振し、かつスペクトル純度の高い半導体レーザが得られ
るようになり、光の周波数や位相の情報を用いるコヒー
レント光伝送方法の実現が可能になってきた。特に周波
数情報を用いるFSKヘテロダイン光通信方式の場合に
は、半導体レーザの注入電流を微小に変化させることに
より半導体レーザの出力光を直接に周波数変調する方法
が可能であり、簡便に損失の小さいシステムを構成する
ことができるという特長がある。この半導体レーザ直接
周波数変調は、注入電流の変化によりレーザ媒質内のキ
ャリア密度が変化し、レーザ媒質の屈折率が変わる効果
と、注入電流の変化に対応してレーザ媒質の温度が変化
しレーザ媒質の屈折率が変わる効果の２つの効果によっ
て引きおこされる。
（発明が解決しようとする問題点） ところが、これらの２つの効果はともに周波数特性を持
っており変調周波数によって周波数偏移の大きさが異な
っている。そこで、従来の直接周波数変調方法では、パ
ルスにより周波数変調すると周波数特性に対応して波形
劣化が変調光におこり、変調光の受信感度が悪くなる。
従来のレーザ光直接周波数変調方法にはこのような問題
点があった（斉藤、山本、木村、“コヒーレンコ光ファ
イバ伝送変復調技術−FSKヘテロダイン検波−”、通研
実用化報告、第31巻、第12号）。
っており変調周波数によって周波数偏移の大きさが異な
っている。そこで、従来の直接周波数変調方法では、パ
ルスにより周波数変調すると周波数特性に対応して波形
劣化が変調光におこり、変調光の受信感度が悪くなる。
従来のレーザ光直接周波数変調方法にはこのような問題
点があった（斉藤、山本、木村、“コヒーレンコ光ファ
イバ伝送変復調技術−FSKヘテロダイン検波−”、通研
実用化報告、第31巻、第12号）。
そこで、本発明の目的は、変調光における波形劣化が少
ないレーザ光直接周波数変調方法の提供にある。
ないレーザ光直接周波数変調方法の提供にある。
（問題点を解決するための手段） 前述の問題点を解決するために本発明が提供するレーザ
光直接周波数変調方法は、活性層に沿って回折格子が設
けてあるレーザ領域及び前記活性層に光学的に結合する
光ガイド層を有する変調領域からなる集積型半導体レー
ザ素子を光源として用い、前記レーザ領域を発振閾値以
上の一定値にバイアスしておき、前記変調領域へ注入す
る電流を変化させることにより、前記集積型半導体レー
ザ素子の出力光の周波数を変調することを特徴としてい
る。
光直接周波数変調方法は、活性層に沿って回折格子が設
けてあるレーザ領域及び前記活性層に光学的に結合する
光ガイド層を有する変調領域からなる集積型半導体レー
ザ素子を光源として用い、前記レーザ領域を発振閾値以
上の一定値にバイアスしておき、前記変調領域へ注入す
る電流を変化させることにより、前記集積型半導体レー
ザ素子の出力光の周波数を変調することを特徴としてい
る。
（発明の原理） つぎに本発明の原理を説明する。ここでは集積型半導体
レーザ素子としては、レーザ領域の活性層の近くに回折
格子からなる分布帰還領域を持ち、変調領域に活性層と
光学的に結合する光ガイド層を持つものをまず考える。
この集積型半導体レーザ素子はレーザ領域が分布帰還構
成になっているので回折格子の波長選択性に合った波長
で単一軸モード発振する。この集積型半導体レーザ素子
のレーザ領域を閾値以上にバイアスし、さらにその注入
電流の大きさを微小に変化させるとレーザ媒質内のキャ
リア密度の変動によりレーザ媒質内の屈折率が変化して
レーザ出力光に周波数変調がかかる。これは通常の半導
体レーザで行なわれている従来の直接周波数変調方法と
同じである。この場合のキャリア密度変動は半導体レー
ザの緩和振動に影響されるから、変調周波数によってキ
ャリアの変動量に違いが生じる。従って、直接周波数変
調時の変調特性も不均一になり10MHz〜数GHzの範囲では
変調周波数が高いほど周波数偏移が大きいという現象が
観測される。この場合の周波数偏移の周波数特性の一例
を第２図に示す。このためレーザ領域に加える電流をパ
ルスでAM変調しFN変調したレーザ光を得て、このレーザ
光を復調する場合には波形歪が生じていた。
レーザ素子としては、レーザ領域の活性層の近くに回折
格子からなる分布帰還領域を持ち、変調領域に活性層と
光学的に結合する光ガイド層を持つものをまず考える。
この集積型半導体レーザ素子はレーザ領域が分布帰還構
成になっているので回折格子の波長選択性に合った波長
で単一軸モード発振する。この集積型半導体レーザ素子
のレーザ領域を閾値以上にバイアスし、さらにその注入
電流の大きさを微小に変化させるとレーザ媒質内のキャ
リア密度の変動によりレーザ媒質内の屈折率が変化して
レーザ出力光に周波数変調がかかる。これは通常の半導
体レーザで行なわれている従来の直接周波数変調方法と
同じである。この場合のキャリア密度変動は半導体レー
ザの緩和振動に影響されるから、変調周波数によってキ
ャリアの変動量に違いが生じる。従って、直接周波数変
調時の変調特性も不均一になり10MHz〜数GHzの範囲では
変調周波数が高いほど周波数偏移が大きいという現象が
観測される。この場合の周波数偏移の周波数特性の一例
を第２図に示す。このためレーザ領域に加える電流をパ
ルスでAM変調しFN変調したレーザ光を得て、このレーザ
光を復調する場合には波形歪が生じていた。
これに対し本発明では、この集積型半導体レーザ素子の
レーザ領域を閾値以上の一定値にバイアスしておき変調
領域に加える電流の大きさを変調信号で微小に変化させ
る。この場合にもその出力光に周波数変調をかけること
ができ、しかもその周波数変調特性に、レーザ領域で変
調を行なう場合のような変調周波数依存性がないことを
本発明者は見出した。この場合の周波数変調は次のよう
な原理により実現されている。
レーザ領域を閾値以上の一定値にバイアスしておき変調
領域に加える電流の大きさを変調信号で微小に変化させ
る。この場合にもその出力光に周波数変調をかけること
ができ、しかもその周波数変調特性に、レーザ領域で変
調を行なう場合のような変調周波数依存性がないことを
本発明者は見出した。この場合の周波数変調は次のよう
な原理により実現されている。
一般に、分布帰還型半導体レーザの発振周波数を決める
要因のひとつとして半導体レーザの共振器端面と回折格
子の位相関係があげられる。本発明で用いる集積型半導
体レーザ素子の変調領域に電流を注入すると変調領域の
キャリア密度が変化する。これにより、等価的に、分布
帰還領域側から見た変調領域側端面の位相条件がかわっ
たことになり発振周波数が変化し、ひいては出力先に周
波数変調がかかる。このとき変調領域はレーザ領域のよ
うな活性領域ではなく、キャリア密度変動の影響を受け
ないから、均一な周波数変調特性が得られる。また、レ
ーザ領域ではキャリア密度はレーザ発振閾値状態にクラ
ンブされるので電流注入に対するキャリア密度変動は小
さい。これに対し変調領域では注入された電流のほとん
どがキャリア密度変動に寄与するので効率の良い周波数
変調を実現することができる。
要因のひとつとして半導体レーザの共振器端面と回折格
子の位相関係があげられる。本発明で用いる集積型半導
体レーザ素子の変調領域に電流を注入すると変調領域の
キャリア密度が変化する。これにより、等価的に、分布
帰還領域側から見た変調領域側端面の位相条件がかわっ
たことになり発振周波数が変化し、ひいては出力先に周
波数変調がかかる。このとき変調領域はレーザ領域のよ
うな活性領域ではなく、キャリア密度変動の影響を受け
ないから、均一な周波数変調特性が得られる。また、レ
ーザ領域ではキャリア密度はレーザ発振閾値状態にクラ
ンブされるので電流注入に対するキャリア密度変動は小
さい。これに対し変調領域では注入された電流のほとん
どがキャリア密度変動に寄与するので効率の良い周波数
変調を実現することができる。
次に、レーザ領域が分布反射型のレーザで構成される場
合を考える。分布反射型レーザの活性領域に縦続して変
調領域が構成してある場合、変調領域に変調電流を加え
ることにより、変調領域の屈折率が変わり、集積型半導
体レーザ素子全体の等価的な共振器長が変わり、変調電
流により周波数変調された出力光が得られる。
合を考える。分布反射型レーザの活性領域に縦続して変
調領域が構成してある場合、変調領域に変調電流を加え
ることにより、変調領域の屈折率が変わり、集積型半導
体レーザ素子全体の等価的な共振器長が変わり、変調電
流により周波数変調された出力光が得られる。
（実施例） 以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図は本発明の一実施例で使用するレーザ光直接周波
数変調装置のブロック図、第２図は第１図の集積型半導
体レーザ素子において従来の方法によりレーザ領域で周
波数変調を行なった場合の変調特性を示す図、第３図は
第１図装置においてその実施例により変調領域で周波数
変調を行なった場合の変調特性を示す図である。
数変調装置のブロック図、第２図は第１図の集積型半導
体レーザ素子において従来の方法によりレーザ領域で周
波数変調を行なった場合の変調特性を示す図、第３図は
第１図装置においてその実施例により変調領域で周波数
変調を行なった場合の変調特性を示す図である。
この実施例で用いた集積型半導体レーザ素子21は次のよ
うにして構成した。まず、n-InP基板１の上に波長組成
1.3μｍのInGaAsP活性層２、波長組成1.2μｍのn-InGaA
sP光ガイド層３をエピタキシャル成長させ、さらにレー
ザ領域22となる部分の光ガイド層３の表面にのみ周期約
2000Åの回折格子10を形成した。また、変調領域23とな
る部分の光ガイド層３は平坦な状態とした。その後全面
を覆うようにP-InPクラッド層４、P+-InGaAsPキャップ
層５をエピタキシャル成長させる。そして、レーザ領域
22および変調領域23のキャップ層５上に駆動電極６、変
調電極７をそれぞれ形成し、InP基板１の下にはｎ側電
極８を形成した。また、駆動電極６と変調電極７の間に
は、両電極間の電気的アイソレーションをよくするため
に、キャップ層５より深い溝９を形成した。
うにして構成した。まず、n-InP基板１の上に波長組成
1.3μｍのInGaAsP活性層２、波長組成1.2μｍのn-InGaA
sP光ガイド層３をエピタキシャル成長させ、さらにレー
ザ領域22となる部分の光ガイド層３の表面にのみ周期約
2000Åの回折格子10を形成した。また、変調領域23とな
る部分の光ガイド層３は平坦な状態とした。その後全面
を覆うようにP-InPクラッド層４、P+-InGaAsPキャップ
層５をエピタキシャル成長させる。そして、レーザ領域
22および変調領域23のキャップ層５上に駆動電極６、変
調電極７をそれぞれ形成し、InP基板１の下にはｎ側電
極８を形成した。また、駆動電極６と変調電極７の間に
は、両電極間の電気的アイソレーションをよくするため
に、キャップ層５より深い溝９を形成した。
また周辺回路として、レーザ領域22に電流を注入するた
めの駆動回路11と変調領域に電流を注入するための変調
回路12、周波数変調を行なうための変調信号を発生する
信号発生器13を用意した。
めの駆動回路11と変調領域に電流を注入するための変調
回路12、周波数変調を行なうための変調信号を発生する
信号発生器13を用意した。
レーザ領域22は発振閾値以上の一定値にバイアスしてお
き、信号発生器13からの信号を、変調回路12を介して、
変調領域23に加えて周波数変調を行なう。その変調特性
を第３図に示す。変調領域23での周波数変調はその変調
効率がよく、また変調特性に変調周波数依存性はなかっ
た。
き、信号発生器13からの信号を、変調回路12を介して、
変調領域23に加えて周波数変調を行なう。その変調特性
を第３図に示す。変調領域23での周波数変調はその変調
効率がよく、また変調特性に変調周波数依存性はなかっ
た。
次に、信号発生器13で100Mb/sのNRZランダム信号を発生
し、変調回路12を介して変調領域23に加え、２値FM変調
を行なった。ここで集積型半導体レーザ素子21からの被
変調出力光24をファブリ・ペロー・エタロンを通すこと
で直接光周波数弁別検波し、出力波形を観測した。得ら
れた波形は変調波形をほぼ忠実に再生しており、変調領
域23の周波数変調による波形歪はなかった。
し、変調回路12を介して変調領域23に加え、２値FM変調
を行なった。ここで集積型半導体レーザ素子21からの被
変調出力光24をファブリ・ペロー・エタロンを通すこと
で直接光周波数弁別検波し、出力波形を観測した。得ら
れた波形は変調波形をほぼ忠実に再生しており、変調領
域23の周波数変調による波形歪はなかった。
本発明には以上の実施例の他にも様々な変形例が考えら
れる。たとえば、本実施例ではレーザ領域22において分
布帰還用の回折格子10が活性層２の上側にある集積型半
導体レーザ素子21を用いたが、回折格子10を活性層２の
下側につけた集積型半導体レーザ素子を用いてもよい。
また、本発明では、レーザ領域22において回折格子10は
一部にのみ構成し、回折格子10のある領域を非注入領域
とした、すなわちレーザ領域22が分布反射型のレーザに
より構成される集積型半導体レーザ素子も使用できる。
集積型半導体レーザ素子１のストライプ構造は本実施例
の埋め込みヘテロ構造に限らず、プレーナストライプ構
造、トランスバースジャンクションストライプ構造等様
々な構造をとることができる。また、集積型半導体レー
ザ素子１の発振波長は３μｍに限定されず、例えば1.55
μｍ等様々な波長にすることが可能である。また、集積
型半導体レーザ素子21として変調領域23の側の端面に反
射率を低減させるコーティングを施したものを使用して
もよい。この場合には、被変調出力光24の光パワーを高
めることが出来る。
れる。たとえば、本実施例ではレーザ領域22において分
布帰還用の回折格子10が活性層２の上側にある集積型半
導体レーザ素子21を用いたが、回折格子10を活性層２の
下側につけた集積型半導体レーザ素子を用いてもよい。
また、本発明では、レーザ領域22において回折格子10は
一部にのみ構成し、回折格子10のある領域を非注入領域
とした、すなわちレーザ領域22が分布反射型のレーザに
より構成される集積型半導体レーザ素子も使用できる。
集積型半導体レーザ素子１のストライプ構造は本実施例
の埋め込みヘテロ構造に限らず、プレーナストライプ構
造、トランスバースジャンクションストライプ構造等様
々な構造をとることができる。また、集積型半導体レー
ザ素子１の発振波長は３μｍに限定されず、例えば1.55
μｍ等様々な波長にすることが可能である。また、集積
型半導体レーザ素子21として変調領域23の側の端面に反
射率を低減させるコーティングを施したものを使用して
もよい。この場合には、被変調出力光24の光パワーを高
めることが出来る。
（発明の効果） 以上のように本発明のレーザ光直接周波数変調方法で
は、直接周波数変調における変調特性に変調周波数依存
性がない。従って、直接変調による波形劣化をなくする
ことができる。たとえば、半導体レーザを100Mb/s NRZ
信号で直接変調した場合には、従来の方法では直接変調
による波形歪のために最悪時には10dB以上の受信感度劣
化がみられたが、本発明によれば波形歪による受信感度
劣化をほとんどなくすことが可能である。このように、
本発明によれば変調光における波形劣化がないレーザ光
直接周波数変調方法が提供できる。
は、直接周波数変調における変調特性に変調周波数依存
性がない。従って、直接変調による波形劣化をなくする
ことができる。たとえば、半導体レーザを100Mb/s NRZ
信号で直接変調した場合には、従来の方法では直接変調
による波形歪のために最悪時には10dB以上の受信感度劣
化がみられたが、本発明によれば波形歪による受信感度
劣化をほとんどなくすことが可能である。このように、
本発明によれば変調光における波形劣化がないレーザ光
直接周波数変調方法が提供できる。
第１図は本発明の一実施例で使用するレーザ光直接周波
数変調装置のブロック図、第２図は第１図の集積型半導
体レーザ素子21において従来の方法によりレーザ領域で
周波数変調を行なった場合の変調特性を示す図、第３図
は第１図の装置においてその実施例により変調領域で周
波数変調を行なった場合の変調特性を示す図である。 ２……活性層、３……光ガイド層、６……駆動電極、７
……変調電極、10……回折格子、11……駆動回路、12…
…変調回路、13……信号発生器、21……集積型半導体レ
ーザ素子、22……レーザ領域、23……変調領域、24……
被変調出力光。
数変調装置のブロック図、第２図は第１図の集積型半導
体レーザ素子21において従来の方法によりレーザ領域で
周波数変調を行なった場合の変調特性を示す図、第３図
は第１図の装置においてその実施例により変調領域で周
波数変調を行なった場合の変調特性を示す図である。 ２……活性層、３……光ガイド層、６……駆動電極、７
……変調電極、10……回折格子、11……駆動回路、12…
…変調回路、13……信号発生器、21……集積型半導体レ
ーザ素子、22……レーザ領域、23……変調領域、24……
被変調出力光。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−100491（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−217384（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−116683（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】活性層に沿って回折格子が設けてあるレー
ザ領域及び前記活性層に光学的に結合する光ガイド層を
有する変調領域からなる集積型半導体レーザ素子を光源
として用い、前記レーザ領域を発振閾値以上の一定値に
バイアスしておき、前記変調領域へ注入する電流を変化
させることにより、前記集積型半導体レーザ素子の出力
光の周波数を変調することを特徴とするレーザ光直接周
波数変調方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60004242A JPH0626276B2 (ja) | 1985-01-14 | 1985-01-14 | レ−ザ光直接周波数変調方法 |
| EP19860300116 EP0189252A3 (en) | 1985-01-14 | 1986-01-09 | Semiconductor laser direct frequency modulation system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60004242A JPH0626276B2 (ja) | 1985-01-14 | 1985-01-14 | レ−ザ光直接周波数変調方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61163685A JPS61163685A (ja) | 1986-07-24 |
| JPH0626276B2 true JPH0626276B2 (ja) | 1994-04-06 |
Family
ID=11579074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60004242A Expired - Lifetime JPH0626276B2 (ja) | 1985-01-14 | 1985-01-14 | レ−ザ光直接周波数変調方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0189252A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0626276B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2197531B (en) * | 1986-11-08 | 1991-02-06 | Stc Plc | Distributed feedback laser |
| US4972352A (en) * | 1988-08-10 | 1990-11-20 | Shildon Limited | Semiconductors lasers |
| FR2636177B1 (fr) * | 1988-09-08 | 1990-11-16 | Comp Generale Electricite | Source laser a semi-conducteur modulee a frequence elevee |
| EP0772313A3 (en) * | 1990-09-14 | 1997-09-03 | Fujitsu Ltd | Optical communication system with sub-carrier multiplexing |
| US5185756A (en) * | 1991-06-06 | 1993-02-09 | Gte Laboratories Incorporated | Wideband optical amplifier-receiver utilizing two electrode optical amplifier |
| US5991061A (en) * | 1997-10-20 | 1999-11-23 | Lucent Technologies Inc. | Laser transmitter for reduced SBS |
| US6331908B1 (en) | 1999-11-22 | 2001-12-18 | Lucent Technologies Inc. | Optical system for reduced SBS |
| GB2373369A (en) * | 2001-03-12 | 2002-09-18 | Univ Bristol | Laser diodes |
| KR100776099B1 (ko) | 2006-03-06 | 2007-11-15 | 엘에스전선 주식회사 | 듀얼 타입 레이저 다이오드 및 그 제조방법 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3978426A (en) * | 1975-03-11 | 1976-08-31 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Heterostructure devices including tapered optical couplers |
| JPS59188988A (ja) * | 1983-04-11 | 1984-10-26 | Nec Corp | 半導体レ−ザおよびその駆動方法 |
| JPS59217384A (ja) * | 1983-05-26 | 1984-12-07 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 低雑音半導体レ−ザ |
-
1985
- 1985-01-14 JP JP60004242A patent/JPH0626276B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1986
- 1986-01-09 EP EP19860300116 patent/EP0189252A3/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0189252A3 (en) | 1990-10-10 |
| JPS61163685A (ja) | 1986-07-24 |
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