JPH0637380A - Semiconductor short pulse light source and generating method of short light pulse train - Google Patents

Semiconductor short pulse light source and generating method of short light pulse train

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JPH0637380A
JPH0637380A JP4192468A JP19246892A JPH0637380A JP H0637380 A JPH0637380 A JP H0637380A JP 4192468 A JP4192468 A JP 4192468A JP 19246892 A JP19246892 A JP 19246892A JP H0637380 A JPH0637380 A JP H0637380A
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optical
gain
light
modulation
region
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Application number
JP4192468A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeo Miyazawa
丈夫 宮澤
Atsushi Wakatsuki
温 若月
Hidetoshi Iwamura
英俊 岩村
Koji Nonaka
弘二 野中
Takashi Kurokawa
隆志 黒川
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PURPOSE:To generate a short light pulse train which has a frequency positive- integer-times as high as the frequency of a modulation signal by a method wherein one or more gain modulation regions or absorption modulation regions are periodically provided with specific position relations in an optical resonator. CONSTITUTION:A laser which is used for ultra-high optical communication has gain modulation regions 9 which change an optical gain in regard to a time and passive waveguides 25 and 26 in its optical resonator. One or a plurality of the gain modulation regions 9 are provided along a route through which a light travels in the optical resonator in such a manner that an optical length which the light travels since it starts from the gain modulation region till it reaches the adjacent or the same gain modulation region is one positive-integer' th as short as an optical length which the light travels to make a round trip in the optical resonator. With this constitution, the light is made to pass through a plurality of the gain modulation regions 9 while it makes a round trip in the optical resonator and a light pulse train having a higher frequency than an external modulation frequency can be generated.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、10GHz以上の超高
速光通信に必要となる、電気信号に同期した短光パルス
を発生するための半導体短パルス光源及びその光パルス
列の発生方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor short pulse light source for generating a short optical pulse synchronized with an electric signal and a method for generating an optical pulse train thereof, which is necessary for ultra high speed optical communication of 10 GHz or more. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在の光通信は、半導体レーザの直接変
調ないしは変調器によって半導体レーザ光を変調し信号
光を形成して、光ファイバに入力している。この方法で
は、20Gbit/sec程度までの光信号を得ること
ができるが、それ以上の高速伝送はレーザおよび変調器
の変調帯域を越え、変調不可能になる。この限界を越え
る方法として、図13(a) に示すように複数の半導体レ
ーザ1のゲインスイッチ等によって短光パルスによる光
信号を形成し、これを光ファイバを用いた遅延線路2に
よって少しずつ時間遅れさせた後、合波する方法があ
る。この方法によると、半導体レーザの数を増やすこと
によって、光パルスが重なるまで、信号の周波数を上げ
ることができる。しかし、合波によりパルス間隔が狭く
なってくると、各パルスの遅延時間の誤差によるパルス
間隔のバラツキが問題になってくる。
2. Description of the Related Art In current optical communication, semiconductor laser light is directly modulated or modulated by a semiconductor laser to form signal light, which is then input to an optical fiber. With this method, an optical signal up to about 20 Gbit / sec can be obtained, but high-speed transmission beyond that exceeds the modulation band of the laser and the modulator, and cannot be modulated. As a method of overcoming this limit, as shown in FIG. 13 (a), an optical signal by a short optical pulse is formed by a plurality of gain switches of semiconductor lasers 1 and this is gradually increased by a delay line 2 using an optical fiber. There is a way to combine after delaying. According to this method, by increasing the number of semiconductor lasers, the frequency of the signal can be increased until the light pulses overlap. However, when the pulse interval becomes narrow due to the multiplexing, the variation in the pulse interval due to the error in the delay time of each pulse becomes a problem.

【0003】このため図13(b) に示すように、合波し
た信号光3´と、モード同期レーザ1´等によるクロッ
クパルス光3とAND素子2´(非線形材料のカー効果
等を利用する)によりANDをとることにより、パルス
間隔が一定になり、更にパルス幅も狭くすることができ
る。
Therefore, as shown in FIG. 13 (b), the multiplexed signal light 3 ', the clock pulse light 3 by the mode-locked laser 1'and the AND element 2' (Kerr effect of the non-linear material etc. are utilized. ), The pulse interval becomes constant and the pulse width can be narrowed.

【0004】ところで、このクロックパルス光源に要求
される条件は、(1)パルス間隔およびパルス幅が狭い
こと、(2)信号光と同期していること、である。な
お、このクロックパルス光源は自励発振する短パルス光
源でも信号光への同期は可能であるが、外部の回路から
の高周波電気信号によって駆動される短パルス光源を用
いた方が容易に同期光パルスが得られる。
By the way, the conditions required for this clock pulse light source are (1) that the pulse interval and pulse width are narrow, and (2) that they are synchronized with the signal light. Although this clock pulse light source can be synchronized with the signal light even if it is a short pulse light source that self-oscillates, it is easier to use the short pulse light source driven by a high frequency electric signal from an external circuit. A pulse is obtained.

【0005】短光パルス列の発生は、光の共振器内に利
得媒質と導波路を設けたレーザ、ないしはこの構造を基
本として可飽和吸収の付加等のパルス狭窄のための改良
を施した構造を用いて行なわれる。レーザの媒質として
は、固体、気体、液体いずれでも良く、種々のレーザを
用いてモード同期による光パルスの発生が行なわれてき
た。最近、光通信への応用を目的として、半導体レーザ
を用いたモード同期レーザの研究が盛んになり、特に利
得領域や導波路等の構成要素が一つの素子の上に集積化
されたモノリシックモード同期レーザが注目されてい
る。
The generation of a short optical pulse train is performed by a laser provided with a gain medium and a waveguide in an optical resonator, or by a structure based on this structure which is improved for pulse narrowing such as addition of saturable absorption. Performed using. The medium of the laser may be solid, gas or liquid, and various lasers have been used to generate an optical pulse by mode locking. Recently, research on mode-locked lasers using semiconductor lasers has been actively conducted for the purpose of application to optical communication, and especially monolithic mode-locking in which components such as a gain region and a waveguide are integrated on one device. Lasers are receiving attention.

【0006】図14は、最も基本的なモード同期レーザ
の概略図を示したもので、InP半導体基板33上に設
けた光利得領域4と受動導波路5からなっている。光利
得領域4および受動導波路5は、結晶両端面(光反射
面)6によって構成されるファブリペロー共振器内に直
列に配置されている。7は光利得領域の活性層、37は
p電極、38はn電極である。
FIG. 14 is a schematic view of the most basic mode-locked laser, which comprises an optical gain region 4 and a passive waveguide 5 provided on an InP semiconductor substrate 33. The optical gain region 4 and the passive waveguide 5 are arranged in series in the Fabry-Perot resonator formed by both crystal end faces (light reflecting faces) 6. Reference numeral 7 is an active layer in the optical gain region, 37 is a p-electrode, and 38 is an n-electrode.

【0007】光利得領域の活性層7は、波長1.5μm
のInGaAsPであり、光導波路のコア8は波長1.
3μmのInGsAsPである。光パルス列の発生は、
光利得(増幅)領域4で発生した光を光共振器内の往復
時間に等しい周期の高周波電流で、光増幅領域4の利得
を変調することで実現する。この様な方法で幅4.4p
s、繰り返し周波数40GHzの短パルス列が得られた
ことを、S.Tucker等がElectronics Letters Vol.25 p.6
21に発表している。
The active layer 7 in the optical gain region has a wavelength of 1.5 μm.
InGaAsP, and the core 8 of the optical waveguide has a wavelength of 1.
3 μm InGsAsP. The generation of the optical pulse train is
The light generated in the optical gain (amplification) region 4 is realized by modulating the gain of the optical amplification region 4 with a high frequency current having a cycle equal to the round-trip time in the optical resonator. With this method, the width is 4.4p
S. Tucker et al., Electronics Letters Vol.25 p.6, that a short pulse train with a repetition frequency of 40 GHz was obtained.
Announced on 21.

【0008】以下、この素子を例にとり、モード同期の
原理を説明する。この素子は基本的には、ファブリペロ
ーレーザであるので、レーザ発振時には多数の縦モード
が発生する。各縦モードの間隔を光の周波数で表すと、
光の共振器内の往復時間の逆数にほぼ一致している。以
下の議論では、各縦モードの強度だけに注目するのでは
なく、各縦モードを光の周波数で変化する電磁界成分と
して取り扱う。今、光の共振器内の往復時間(ラウンド
トリップ時間、ラウンドトリップ時間の逆数はラウンド
トリップ周波数)に等しい周期で光増幅領域4の利得を
変調すると、各縦モードから発生する側帯波は両隣の縦
モードのすぐ近くに発生し、この発生した側帯波は両隣
の縦モードと結合する。側帯波は全ての縦モードから発
生するので、各縦モードが側帯波を介して結合するよう
になる。この結果、各縦モードの位相が揃う。更に、縦
モードの結合が起きていない時には、縦モード間隔は屈
折率に分散があるため、僅かずつ異なっている。しか
し、縦モードの結合が起こると各縦モードの周波数間隔
も一定になり、また多数の縦モードの強度が揃うように
なってくる。この様になった状態をモード同期している
という。無変調時には、各縦モードの位相がランダムで
あるので、各縦モードの和で決まるレーザ光の強度(電
界の2乗に比例)は、時間に対してある一定値の近くで
僅かにランダムな変化をするだけである。
The principle of mode locking will be described below by taking this element as an example. Since this element is basically a Fabry-Perot laser, many longitudinal modes occur during laser oscillation. If the interval of each longitudinal mode is expressed by the frequency of light,
It is almost equal to the reciprocal of the round-trip time of light in the resonator. In the following discussion, not only the intensity of each longitudinal mode is focused, but each longitudinal mode is treated as an electromagnetic field component that changes with the frequency of light. Now, when the gain of the optical amplification region 4 is modulated at a period equal to the round-trip time in the optical resonator (round trip time, the reciprocal of the round trip time is the round trip frequency), the sidebands generated from each longitudinal mode are on both sides. It occurs in the immediate vicinity of the longitudinal mode, and this generated sideband wave is coupled with the adjacent longitudinal modes. The sidebands originate from all longitudinal modes, so that each longitudinal mode becomes coupled through the sidebands. As a result, the phases of the longitudinal modes are aligned. Furthermore, when longitudinal mode coupling does not occur, the longitudinal mode spacing is slightly different due to the refractive index dispersion. However, when the longitudinal modes are coupled, the frequency intervals of the longitudinal modes also become constant, and the intensities of many longitudinal modes become uniform. This state is called mode-synchronized. Since the phase of each longitudinal mode is random at the time of no modulation, the intensity of the laser light (proportional to the square of the electric field) determined by the sum of each longitudinal mode is slightly random near a certain constant value with respect to time. It just changes.

【0009】しかし、前述したようなモード同期が起こ
ると、各縦モードの位相が揃い、更に周波数間隔が一定
になるので、各縦モードの和で決まるレーザ光の強度
は、フーリエ級数定理から明らかなように、各縦モード
間隔の逆数、従って利得の変調周期に一致した周期で周
期的に変化するようになる。更に、多数の縦モードが結
合しているので、簡単な計算でわかるように、光の強度
はパルス状になる。これが、モード同期の原理である。
However, when the mode locking as described above occurs, the phases of the longitudinal modes are aligned and the frequency intervals are constant, so that the intensity of the laser light determined by the sum of the longitudinal modes is clear from the Fourier series theorem. In this way, the reciprocal of each longitudinal mode interval, that is, the gain modulation period, changes periodically. Moreover, since many longitudinal modes are coupled, the light intensity is pulsed, as can be seen by a simple calculation. This is the principle of mode synchronization.

【0010】[0010]

【発明を解決しようとする課題】以上述べたように、光
パルスの発生においては、光パルス列の周波数は変調周
波数に一致するため、光パルス列が外部駆動回路等の帯
域によって制限されてしまうこと、および10GHz以
上の高周波領域では半導体レーザの利得時間変化が変調
周波数の上昇にともない減少するため、外部駆動回路の
帯域が上昇しても半導体レーザ光源自身が周波数限界に
達してしまうことになる。
As described above, in the generation of an optical pulse, the frequency of the optical pulse train matches the modulation frequency, so that the optical pulse train is limited by the band of the external drive circuit, etc. In the high frequency region of 10 GHz and above, the change over time of the gain of the semiconductor laser decreases as the modulation frequency increases, so that the semiconductor laser light source itself reaches the frequency limit even if the band of the external drive circuit increases.

【0011】本発明の目的は、以上の課題を解決するた
めに、外部回路に同期しながら従来より高い繰り返し周
波数の光パルス列を発生する半導体短パルス光源及びそ
の光パルス列の発生法を提供することにある。
In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor short pulse light source for generating an optical pulse train having a higher repetition frequency than the conventional one while synchronizing with an external circuit, and a method for generating the optical pulse train. It is in.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、光共振器内に1つ以上の利得変調領域
ないしは吸収変調領域を周期的に配置したもので、光が
光共振器内を一往復ないしは一周して元の位置に戻るま
でに、光利得変調領域ないしは光吸収変調領域を等時間
間隔で複数回通過することにより、外部変調周波数より
高い周波数の光パルス列を発生するものである。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, one or more gain modulation regions or absorption modulation regions are periodically arranged in an optical resonator, and light is an optical resonator. Generates an optical pulse train with a frequency higher than the external modulation frequency by passing through the optical gain modulation region or the optical absorption modulation region multiple times at equal time intervals before returning to the original position after making one round trip or one round trip inside Is.

【0013】[0013]

【作 用】光共振器内に1つ以上の利得変調領域ないし
は吸収変調領域を周期的に配置した構成により、光が光
共振器内を往復する時間を周期として変調することによ
り、変調周波数の自然数倍の光パルスを発生することが
できるものであり、以下に、実施例に基づき本発明を詳
細に説明する。
[Operation] One or more gain modulation regions or absorption modulation regions are periodically arranged in the optical resonator. By modulating the light traveling back and forth in the optical resonator as a cycle, the modulation frequency The present invention will be described in detail below with reference to examples, which are capable of generating light pulses of a natural multiple.

【0014】[0014]

【実施例】図1は、本発明の周波数逓倍の光パルス列を
発生するための原理を示すもので、その構造は利得変調
領域9が光共振器の中央部に配置されたもので、光が一
往復する間に利得変調領域を2度通過するものである。
図中、10,11は光反射面、21は光導波路のコア、
26は受動導波路、33はInP基板、34はn型In
Pクラッド層、35はp型InPクラッド層、36はp
型InGaAsキャップ層、37はp電極、38はn電
極、39はInGsAs/InGaAsP量子井戸活性
層、40はノンドープ光導波層である。
FIG. 1 shows the principle of the present invention for generating a frequency-doubled optical pulse train. Its structure is such that a gain modulation region 9 is arranged in the center of an optical resonator, and It passes through the gain modulation region twice during one round trip.
In the figure, 10 and 11 are light reflecting surfaces, 21 is a core of an optical waveguide,
26 is a passive waveguide, 33 is an InP substrate, 34 is n-type In
P cladding layer, 35 is p-type InP cladding layer, and 36 is p
InGaAs cap layer, 37 p electrode, 38 n electrode, 39 InGsAs / InGaAsP quantum well active layer, and 40 non-doped optical waveguide layer.

【0015】この構造のモード同期レーザでは、利得変
調領域ないしは吸収変調領域を、光が共振器内を往復す
る時間を周期として変調すると変調周波数の2倍の光パ
ルス列が発生する。その原理を、図2にもとづき説明す
る。
In the mode-locked laser having this structure, when the gain modulation region or the absorption modulation region is modulated with a period of time during which light reciprocates in the resonator as a cycle, an optical pulse train having twice the modulation frequency is generated. The principle will be described based on FIG.

【0016】光は電磁波つまり波であるので、その電界
強度ないしは磁界強度は波動関数で表すことができる。
今、光共振器内を光が伝搬する経路に沿って座標軸xを
設定する。つまり、共振器長をL、左側の光反射面10
の座標をx=0すると、右側の光反射面の座標11はx
=L、ここで折り返して再び左の光反射面10に戻った
ときの座標はx=2Lである。tを時間とすると、電界
強度E(t,x)は次式で表わされる。
Since light is an electromagnetic wave, that is, a wave, its electric field strength or magnetic field strength can be expressed by a wave function.
Now, the coordinate axis x is set along the path along which light propagates in the optical resonator. That is, the resonator length is L, and the light reflection surface 10 on the left side is
If the coordinate of x is 0, the coordinate 11 of the right light-reflecting surface is x
= L, the coordinates when returning to the left light reflection surface 10 again is x = 2L. When t is time, the electric field strength E (t, x) is expressed by the following equation.

【0017】 E(t,x)=A(ωt−kx)sin(ωt−kx) ここで、ωは光の角振動数(2πf,fは光の振動
数)、kは光の波数(2πN/λ,Nは屈折率)であ
り、A(X)は電界の包絡線を表す関数である。時間t
の原点は、上記の関数形で電界を記述できる様に選んで
ある。(ωt−kx)は光の位相φであり、位相φを用
いることによって、電界強度E(t,x)は次式のよう
に一変数関数で表せる。
E (t, x) = A (ωt−kx) sin (ωt−kx) where ω is the angular frequency of light (2πf, f is the frequency of light), and k is the wavenumber of light (2πN). / Λ, N is the refractive index), and A (X) is a function representing the envelope of the electric field. Time t
The origin of is selected so that the electric field can be described by the above functional form. (Ωt-kx) is the phase φ of light, and by using the phase φ, the electric field strength E (t, x) can be expressed by a univariate function as in the following equation.

【0018】E(φ)=A(φ)sin(φ) ある位相φを持つ光の等位相面が光共振器内を一往復す
る間に受ける変調を調べる。利得変調領域9の利得の変
化が時間に対して正弦波的であり(図2(a) 、sinf
m tfm :変調周波数)、その周期が光の共振器内の走
行時間に一致していると、光の等位相面が利得変調領域
を出て再び戻って来たときには、変調信号の位相(fm
t)がπだけずれている(図2(b) 、光が右方向に進む
時(往路)受ける利得変調と、左へ返る時(復路)受け
る利得変調と、その和が示されている。)。従って、共
振器内を一往復する間にうける利得の変調の和は0であ
り、光は変調されない。しかし、利得の変化が歪んで正
弦波的でなくなると、状況は異なる。図3はダブルヘテ
ロ接合の整流性を利用して注入電流を半波整流し、利得
の時間変化を非正弦波的にした場合の説明図である。図
3(a) は、利得の時間変化を示してある。この図から明
らかなように、一往復当りの変調の和は0でなくなり、
しかも図3(b) のように、φに対して2回変調を受ける
様になる。従って、ある特定の位置例えばx=0の地点
で電界強度を観察すると、光が共振器内を一往復する時
間つまり一変調周期間に2回変調されている。したがっ
て、各縦モードに発生する側帯波は2本先の縦モードの
すぐ近くに発生し、一本おきに縦モードは結合する。こ
の結果、変調周波数の2倍の光パルスが発生する。な
お、利得を歪ませるためにはダブルヘテロ接合の整流性
を利用する以外にも、レーザ光と注入キャリヤの相互作
用による非線形性や注入キャリヤ濃度に対する利得の非
線形性など種々の半導体レーザの非線形現象を利用する
ことができる。
E (φ) = A (φ) sin (φ) The modulation received by the equiphase surface of light having a certain phase φ during one round trip in the optical resonator is examined. The change in the gain of the gain modulation region 9 is sinusoidal with respect to time (FIG. 2 (a), sinf
m tf m : modulation frequency), the period of which corresponds to the transit time of the light in the resonator, the phase of the modulation signal (when the equiphase surface of the light exits the gain modulation region and returns again) f m
When t) is deviated by π (FIG. 2B), the gain modulation that is received when the light travels to the right (outward path) and the gain modulation that is received when the light returns to the left (return path) are shown. ). Therefore, the sum of the modulation of the gains received during one round trip in the resonator is 0, and the light is not modulated. However, the situation is different when the change in gain is distorted and not sinusoidal. FIG. 3 is an explanatory diagram in the case where the injection current is half-wave rectified by utilizing the rectifying property of the double heterojunction and the time change of the gain is made non-sinusoidal. FIG. 3 (a) shows the time variation of the gain. As is clear from this figure, the sum of modulations per round trip is no longer 0,
Moreover, as shown in FIG. 3 (b), φ is modulated twice. Therefore, when observing the electric field strength at a specific position, for example, at the point of x = 0, light is modulated twice in one reciprocating period in the resonator, that is, in one modulation period. Therefore, the sidebands generated in each of the longitudinal modes are generated in the immediate vicinity of the two longitudinal modes, and the longitudinal modes are coupled with each other. As a result, a light pulse having twice the modulation frequency is generated. In addition to utilizing the rectifying property of the double heterojunction to distort the gain, nonlinear phenomena of various semiconductor lasers such as nonlinearity due to interaction between laser light and injected carriers and gain nonlinearity with respect to injected carrier concentration are used. Can be used.

【0019】以上は、利得を変調する場合について述べ
たが、光共振器内に光吸収領域と光増幅領域を設け、こ
の光吸収領域の吸収率をラウンドトリップ周波数で周期
的に変化させ、光増幅領域で発生増幅した光を変調して
もモード同期は実現できる。また、吸収率の変調の例と
しては、半導体または量子井戸に電界を印加すると、そ
れぞれフランツケルデッシュ効果または量子閉じ込めシ
ュタルク効果によって、吸収率が変化する。これらの効
果では吸収率の変化は、印加した電圧に比例していな
い。従って、所定の大きさの電圧を半導体層ないしは量
子井戸層に印加すると、吸収率の時間変化に大きな歪が
発生する。このため、吸収変調を用いたモード同期の発
生が、利得変調領域の整流性を用いた場合と同様の動作
が可能になる。 図1の実施例の変調領域を等間隔に配
置した変調領域がn個あり、各領域に変調信号が遅延さ
れることなく同時に入力された場合には、2n倍周波数
をもつ光パルス列が発生することは、容易に理解でき
る。
Although the case of modulating the gain has been described above, the optical absorption region and the optical amplification region are provided in the optical resonator, and the absorptance of the optical absorption region is periodically changed at the round trip frequency to obtain the optical absorption region. Mode locking can be realized even by modulating the light generated and amplified in the amplification region. In addition, as an example of modulation of the absorptance, when an electric field is applied to a semiconductor or a quantum well, the absorptance changes due to the Franz-Keldesh effect or the quantum confined Stark effect, respectively. With these effects, the change in absorption is not proportional to the applied voltage. Therefore, when a voltage of a predetermined magnitude is applied to the semiconductor layer or the quantum well layer, a large strain occurs in the change in absorption rate with time. Therefore, the generation of mode-locking using absorption modulation enables the same operation as the case of using the rectifying property of the gain modulation region. There are n modulation regions in which the modulation regions of the embodiment of FIG. 1 are arranged at equal intervals, and when a modulation signal is simultaneously input to each region without being delayed, an optical pulse train having a frequency of 2n times is generated. This is easy to understand.

【0020】さらに、変調周期は、光の共振器内の一往
復時間に一致していなくても、往復時間tの自然数
(k)倍でもよい。これは、次の様に説明できる。変調
周期ktの間に光は、光共振器内をk回往復する。こ
の間、共振器内を往復する光は2nk回利得変調領域を
通過し、その結果ある地点で観測していると、この地点
を通過して行く光は変調周期ktの間に2nk回変調
されている。したがって、2nk/ktの周波数を持
つ光パルス列が発生する。変調周波数fm は1/kt
であるので、光パルス列の周期fは、変調周波数fm
の2kn倍[(2nk/kt)÷(1/kt)]に
なる。
Furthermore, the modulation period, even if no match to one round trip time of light in the resonator may be a natural number (k) times the round trip time t r. This can be explained as follows. Light between modulation period kt r is an optical resonator reciprocates k times. During this time, the light shuttling in the resonator passes through the 2nk times gain modulation region and are observed at some point result, the light going through the point is modulated 2nk times during the modulation period kt r ing. Therefore, an optical pulse train having a frequency of 2nk / kt r is generated. Modulation frequency f m is 1 / kt r
Therefore, the period f p of the optical pulse train is the modulation frequency f m
2kn times [(2nk / kt r ) ÷ (1 / kt r )].

【0021】上に述べたn個の変調領域を持つ素子に可
飽和領域を付加し、予めラウンドトリップ周波数f
2n倍(nは変調領域の数)の周期で受動モード同期を
起こしておくと、光パルスの発生が容易になる。周波数
の信号が変調領域に入力されると、n個の変調領域
の作用によって、受動モード同期によって発生した光パ
ルス列は2nfの周波数の変調を受ける。厳密には、
受動モード同期光パルス列の周波数は、入力信号の2n
倍に一致しないが、変調信号を入力することによって、
光パルス列の周波数は変調信号の2n倍に引き込まれ、
入力信号に同期した周波数2nfの光パルス列が発生
するようになる。
[0021] adding a saturable region element having n modulation area described above, (n is the number of modulation region) 2n times the pre-round-trip frequency f r should undergo passive mode-locking in a cycle of Then, it becomes easy to generate an optical pulse. When the signal of the frequency f r is input to the modulation region, by the action of n modulation region, the optical pulse train generated by the passive mode-locking is subjected to frequency modulation of 2nf r. Strictly speaking,
The frequency of the passive mode-locked optical pulse train is 2n of the input signal.
It does not match twice, but by inputting the modulation signal,
The frequency of the optical pulse train is drawn to 2n times the modulation signal,
Optical pulse train frequency 2nf r synchronized with the input signal will be produced.

【0022】図1の様な素子は、次のような手順で製作
することができる。先ずn型InP基板33の上に有機
金属気相成長法によって、n型InPクラッド層34を
1μm、ノンドープ光導波層40(波長1.2μm)を
0.1μm、InGaAs/InGaAsP多重量子井
戸よりなる活性層39、ノンドープ光導波層40(波長
1.2μm)を0.1μm、p型InPクラッド層35
を1μm、InGaAsキャップ層36を0.2μm成
長する。その後、この成長層の上にSiO2 膜を堆積
し、フォトリソグラフィ技術と化学エッチング技術を用
いて、利得変調領域9となる領域だけにSiO2 膜が残
るようにする。このSiO2 膜をマスクとして、受動導
波路26となる領域の、キャップ層36とp型クラッド
と活性層35を除去する。この後、再び有機金属成長法
によって光導波路のコア21とノンドープクラッド41
を成長する。この時、SiO2 膜で覆われた利得変調領
域の上には半導体層は成長しない。続いて、利得変調領
域を覆っているSiO2 膜を除去し、p電極37とn電
極38を形成する。最後に、劈開によって光反射面10
および11を形成すると素子が完成する。
The element as shown in FIG. 1 can be manufactured by the following procedure. First, an n-type InP cladding layer 34 of 1 μm, a non-doped optical waveguide layer 40 (wavelength 1.2 μm) of 0.1 μm, and an InGaAs / InGaAsP multiple quantum well are formed on an n-type InP substrate 33 by metal organic chemical vapor deposition. Active layer 39, non-doped optical waveguide layer 40 (wavelength 1.2 μm) 0.1 μm, p-type InP clad layer 35
Of 1 μm and the InGaAs cap layer 36 of 0.2 μm. After that, an SiO2 film is deposited on this growth layer, and the SiO2 film is left only in the region to be the gain modulation region 9 by using the photolithography technique and the chemical etching technique. Using this SiO2 film as a mask, the cap layer 36, the p-type clad, and the active layer 35 in the region to be the passive waveguide 26 are removed. After that, the core 21 of the optical waveguide and the non-doped cladding 41 are again formed by the metal organic growth method.
To grow. At this time, no semiconductor layer grows on the gain modulation region covered with the SiO2 film. Then, the SiO2 film covering the gain modulation region is removed to form the p electrode 37 and the n electrode 38. Finally, by cleavage, the light reflecting surface 10
By forming and 11, the device is completed.

【0023】図4は、本発明の第2の実施例の半導体短
パルスレーザの構造を示したもので、変調周波数の4倍
の周波数を持つ光パルスを発生することができる。20
は半導体レーザの活性層であり、21は光導波路のコア
である。この素子は利得変調領域14、受動導波路2
6、屈折率変調領域16および16´よりなるモノリシ
ックモード同期レーザで、4倍周波数の光パルス列が発
生した。利得変調領域14は2つあり、その位置(利得
変調領域の中央を指す)は左反射面10より、全素子長
の1/3及び3/4の距離にある点である。また、屈折
率変調領域16は利得変調領域14の間に1つ、別の2
つの屈折率変調領域16´は利得変調領域14と左反射
面10および右反射面11の間の1つずつある。また、
光反射面近傍の屈折率変調領域16´の長さは、中央の
屈折率変調領域16の長さの1/2である。これによっ
て、利得変調領域14を出た光が、次に隣ないしは光反
射面(10ないしは11)で反射されて同一の利得変調
領域14に再び戻るまでの間に、屈折率変調領域が必ず
1つ存在し、しかもその間に光が通過する距離は全て等
しくなる。利得変調領域14の層構造は、量子井戸幅1
0nm障壁層幅50nmのInGaAs/InGaAs
P量子井戸層である。量子井戸数は6層であり、InG
aAsP障壁層の波長は1.2μmである。受動導波路
26のコア21は1.3μmのInGsAsPである。
屈折率変調領域16、16´の層構造は、電極がある以
外は受動導波路26と同じである。素子長は2mmあ
り、利得変調領域14に50mAの直流電流を重畳した
20GHz(ラウンドトリップ周波数20GHz)、3
0dBmの高周波電力を印加したところ、80GHzの
光パルス列が発生した。この時の高周波電力は30dB
m(最大電流振幅400mA)と大きいため、注入電流
は半波整流され、利得の時間変化が正弦波的でなくな
り、4倍周波数の光パルスの発生が実現できた。屈折率
変調領域16、16´に印加する直流電圧又は注入する
直流電流を変えることにより、この領域の屈折率は変化
し、素子の光学長を調節することができる。これによっ
て、モード同期の起こる周波数(パルスの繰り返し周波
数)を調節することができる。
FIG. 4 shows the structure of a semiconductor short pulse laser according to the second embodiment of the present invention, which can generate an optical pulse having a frequency four times the modulation frequency. 20
Is the active layer of the semiconductor laser, and 21 is the core of the optical waveguide. This device includes a gain modulation region 14 and a passive waveguide 2
6, a monolithic mode-locked laser composed of the refractive index modulation regions 16 and 16 'generated an optical pulse train of 4 times frequency. There are two gain modulation regions 14, and the position thereof (pointing to the center of the gain modulation region) is at a distance from the left reflecting surface 10 that is 1/3 and 3/4 of the total element length. Further, one refractive index modulation region 16 is provided between the gain modulation regions 14 and another
One refractive index modulation area 16 ′ is provided between the gain modulation area 14 and the left reflecting surface 10 and the right reflecting surface 11. Also,
The length of the refractive index modulation area 16 ′ near the light reflection surface is ½ of the length of the central refractive index modulation area 16. As a result, the light emitted from the gain modulation region 14 is always reflected by the adjacent or light reflecting surface (10 or 11) and returns to the same gain modulation region 14 again until the refractive index modulation region is 1 or less. Exist, and the distance that light passes through them is all equal. The layer structure of the gain modulation region 14 has a quantum well width of 1
InGaAs / InGaAs with 0 nm barrier layer width of 50 nm
It is a P quantum well layer. The number of quantum wells is 6 and InG
The wavelength of the aAsP barrier layer is 1.2 μm. The core 21 of the passive waveguide 26 is 1.3 μm InGsAsP.
The layer structure of the refractive index modulation regions 16 and 16 'is the same as that of the passive waveguide 26 except that it has electrodes. The element length is 2 mm, and the gain modulation region 14 is superposed with a direct current of 50 mA at 20 GHz (round trip frequency 20 GHz).
When a high frequency power of 0 dBm was applied, an optical pulse train of 80 GHz was generated. High frequency power at this time is 30 dB
Since m (maximum current amplitude 400 mA) is large, the injected current is half-wave rectified, the time change of gain is not sinusoidal, and the generation of an optical pulse having a quadruple frequency can be realized. By changing the DC voltage applied or the DC current injected to the refractive index modulation regions 16 and 16 ', the refractive index of this region is changed and the optical length of the element can be adjusted. As a result, the frequency at which mode locking occurs (pulse repetition frequency) can be adjusted.

【0024】この素子の製作手順は、実施例1の素子に
準じており、フォトリソグラフィーのマスクを変えるだ
けでよい。
The manufacturing procedure of this device is similar to that of the device of the first embodiment, and it suffices to change the mask for photolithography.

【0025】その他の構成,作用は、実施例1と同様で
ある。
Other configurations and operations are similar to those of the first embodiment.

【0026】図5に、本発明の第3の実施例を示す。半
導体レーザ構造を電極22で分割し、注入電流ないしは
印加電圧の操作によって、利得変調領域14、活性導波
路15、可飽和領域17として利用するモノリシックモ
ード同期レーザで、4倍周波数の光パルス列が発生し
た。利得変調領域14は2つあり、その位置(利得変調
領域の中央を指す)は左反射面20より全素子長の1/
4及び3/4の距離にある点である。また、可飽和領域
17の位置(可飽和領域の中央を指す)は、2つの利得
変調領域14の中央である。この位置は素子の中央でも
ある。素子長は、2mmあり、利得変調に20GHz
(ラウンドトリップ周波数20GHz)、30dBmの
高周波電力を印加したところ、80GHzの光パルス列
が発生した。可飽和領域17には、光パルス幅を短くす
る効果がある。更に、この図の素子では、利得変調領域
14の中央に可飽和領域17が置かれているので、衝突
モード同期が起こり光パルス幅は更に短くなる。
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. A semiconductor laser structure is divided by an electrode 22, and a monolithic mode-locked laser used as a gain modulation region 14, an active waveguide 15, and a saturable region 17 is operated by operating an injection current or an applied voltage to generate a quadruple frequency optical pulse train. did. There are two gain modulation regions 14, and the position (pointing to the center of the gain modulation region) is 1/100 of the total element length from the left reflecting surface 20.
Points at distances of 4 and 3/4. The position of the saturable region 17 (which indicates the center of the saturable region) is the center of the two gain modulation regions 14. This position is also the center of the device. The element length is 2 mm and the gain modulation is 20 GHz.
When a high frequency power of 30 dBm (round trip frequency 20 GHz) was applied, an optical pulse train of 80 GHz was generated. The saturable region 17 has the effect of shortening the optical pulse width. Further, in the device shown in this figure, since the saturable region 17 is placed in the center of the gain modulation region 14, collision mode locking occurs and the optical pulse width becomes shorter.

【0027】可飽和領域17に印加する電圧と、活性導
波路15に注入する電流を調節して、ラウンドトリップ
周波数の4倍の周波数つまり80GHzで受動モード同
期を起こさせる。この状態で、利得変調領域14に20
GHz、25dBmの高周波電力を入力したところ、8
0GHzの周波数の光パルス列が発生し続け、しかもこ
の光パルスは入力した高周波電力に同期していた。
The voltage applied to the saturable region 17 and the current injected into the active waveguide 15 are adjusted to cause passive mode locking at a frequency four times the round trip frequency, that is, 80 GHz. In this state, the gain modulation area 14 has 20
When high frequency power of 25 dBm is input at 8 GHz,
An optical pulse train having a frequency of 0 GHz continued to be generated, and the optical pulse was synchronized with the input high frequency power.

【0028】この素子の製作法は、先ず有機金属成長法
によって実施例1と同じ半導体レーザ構造を成長し、そ
の後はp電極22とn電極38を形成して、劈開によっ
て光反射面を形成すればよい。
In the manufacturing method of this element, first, the same semiconductor laser structure as that of the first embodiment is grown by the metal organic growth method, thereafter the p electrode 22 and the n electrode 38 are formed, and the light reflecting surface is formed by cleavage. Good.

【0029】その他の構成,作用は、実施例1と同様で
ある。
Other configurations and operations are similar to those of the first embodiment.

【0030】図6に本発明の第4の実施例を示す。半導
体レーザ構造を電極22で分割し、注入電流ないしは印
加電圧の操作によって、利得変調領域14、活性導波路
15、可飽和領域17として利用するモノリシックモー
ド同期レーザで、4倍周波数の光パルス列が発生した。
この素子の構造は、利得変調領域14の数及び位置は実
施例2と同じであるが、可飽和領域17が光反斜面に接
して置かれている。素子長は2mm(ラウンドトリップ
周波数20GHz)である。この可飽和領域17に印加
する電圧と、活性導波路15に注入する電流を調節し
て、このラウンドトリップ周波数の4倍の周波数つまり
80GHzで受動モード同期を起こさせる。この状態
で、利得変調領域14に20GHz、25dBmの高周
波電力を入力したところ、80GHzの周波数の光パル
ス列が発生し続け、しかもこの光パルスは入力した高周
波電力に同期していた。
FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention. A semiconductor laser structure is divided by an electrode 22, and a monolithic mode-locked laser used as a gain modulation region 14, an active waveguide 15, and a saturable region 17 is operated by operating an injection current or an applied voltage to generate a quadruple frequency optical pulse train. did.
In the structure of this element, the number and position of the gain modulation regions 14 are the same as those in the second embodiment, but the saturable region 17 is placed in contact with the optical anti-slope. The element length is 2 mm (round trip frequency 20 GHz). The voltage applied to the saturable region 17 and the current injected into the active waveguide 15 are adjusted to cause passive mode locking at a frequency four times the round trip frequency, that is, 80 GHz. When high-frequency power of 20 GHz and 25 dBm was input to the gain modulation region 14 in this state, an optical pulse train having a frequency of 80 GHz continued to be generated, and the optical pulse was synchronized with the input high-frequency power.

【0031】この素子の製作法は、実施例3に準ずる。The manufacturing method of this element is in accordance with the third embodiment.

【0032】その他の構成,作用は、実施例1と同様で
ある。
Other configurations and operations are similar to those of the first embodiment.

【0033】図7に本発明の第5の実施例を示す。半導
体レーザ構造を電極22で分割し、注入電流の操作によ
って、利得変調領域14、活性導波路15として利用す
るモノリシックモード同期レーザで、2倍周波数の光パ
ルス列が発生した。素子長は、2mmあり、利得変調領
域14は1つであり、素子の中央にある(利得変調領域
14の中央が素子の中央に一致する)。この利得変調領
域14に、20GHz(ラウンドトリップ周波数20G
Hz)、30dBmの高周波電力を印加したところ、4
0GHzの光パルス列が発生した。また、ラウンドトリ
ップ周波数の半分の周波数10GHzで変調しても、4
0GHzの光パルス列が発生した。
FIG. 7 shows a fifth embodiment of the present invention. The semiconductor laser structure is divided by the electrode 22 and the injection current is manipulated to generate a double frequency optical pulse train in the monolithic mode-locked laser used as the gain modulation region 14 and the active waveguide 15. The element length is 2 mm, the number of the gain modulation region 14 is one, and it is in the center of the device (the center of the gain modulation region 14 coincides with the center of the device). In this gain modulation area 14, 20 GHz (round trip frequency 20 GHz
Hz), 30 dBm of high frequency power applied, 4
A 0 GHz optical pulse train was generated. Even if the frequency is modulated at 10 GHz, which is half the round trip frequency, 4
A 0 GHz optical pulse train was generated.

【0034】図7の素子の利得変調領域14に、この素
子を形成するダブルヘテロ接合のビルドイン・ポテンシ
ャル以下の電圧を印加し、これに重畳して高周波電圧を
入射すると、この領域を吸収変調領域として働かせるこ
とができる。これは、フランツ−ケルデッシュ効果ない
しは量子閉じ込めシュタルク効果(活性層が量子井戸の
場合)によって、この領域の活性層の吸収係数が電界に
依存して変化するためである。利得変調領域14を吸収
変調領域として動作させた場合には、素子内を走行する
光は、活性導波路15で利得を受け、吸収変調領域で吸
収されるが、吸収量が高周波電圧によって周期的に変化
するためモード同期が達成される。吸収係数の変化量
が、高周波電圧の強さに比例していなければ、利得変調
の場合の様に、変調周波数の自然数倍の周波数を持つ光
パルス列が発生する。この様な非線形性は、印加する高
周波電圧の振幅を大きくすることによって得られる。こ
の場合も、発生する光パルスの周期と印加する高周波電
圧の周期の関係は、利得変調させる場合と同じである。
When a voltage below the build-in potential of the double heterojunction forming this element is applied to the gain modulation area 14 of the element of FIG. 7 and a high-frequency voltage is superposed on it, this area is absorbed and modulated. Can work as. This is because the absorption coefficient of the active layer in this region changes depending on the electric field due to the Franz-Keldesh effect or the quantum confined Stark effect (when the active layer is a quantum well). When the gain modulation region 14 is operated as the absorption modulation region, the light traveling in the element receives the gain in the active waveguide 15 and is absorbed in the absorption modulation region, but the absorption amount is periodically generated by the high frequency voltage. Mode synchronization is achieved because of the change to. Unless the amount of change in the absorption coefficient is proportional to the strength of the high frequency voltage, an optical pulse train having a frequency that is a natural multiple of the modulation frequency is generated as in the case of gain modulation. Such non-linearity is obtained by increasing the amplitude of the applied high frequency voltage. Also in this case, the relationship between the cycle of the generated optical pulse and the cycle of the applied high frequency voltage is the same as that in the case of gain modulation.

【0035】この素子の製作法は、実施例3に準ずる。The manufacturing method of this element is in accordance with the third embodiment.

【0036】その他の構成,作用は、実施例1と同様で
ある。
Other configurations and operations are similar to those of the first embodiment.

【0037】図8に本発明の第7の実施例を示す。中央
にある吸収変調領域25と光増幅領域23と受動導波路
26でも、吸収変調動作による2倍周波数の光パルスの
発生することは、明らかである。図8では、吸収変調領
域25と光増幅領域23ともに、同じ半導体レーザ構造
を用いて実現している。吸収変調領域25と光増幅領域
23の構造は、実施例1の利得増幅領域14と同じであ
り、光導波路26の構造は、実施例1の光導波路26と
同じ構造である。
FIG. 8 shows a seventh embodiment of the present invention. It is clear that the absorption modulation region 25, the optical amplification region 23, and the passive waveguide 26 in the center also generate an optical pulse having a double frequency due to the absorption modulation operation. In FIG. 8, both the absorption modulation region 25 and the optical amplification region 23 are realized by using the same semiconductor laser structure. The structures of the absorption modulation region 25 and the optical amplification region 23 are the same as the gain amplification region 14 of the first embodiment, and the structure of the optical waveguide 26 is the same as the optical waveguide 26 of the first embodiment.

【0038】この素子の製作法は、実施例1に準ずる。The manufacturing method of this element is in accordance with the first embodiment.

【0039】その他の構成,作用は、実施例1と同様で
ある。
Other configurations and operations are similar to those of the first embodiment.

【0040】図9は本発明による半導体光パルス光源を
利用した光クロックの再生について示したものである。
本発明の(モード同期による)光パルスの発生では、光
が共振器内を多数回往復した後、パルスが形成される。
しかも、一往復当りに受ける変調は大きくなくてもよ
い。従って、必ずしも変調領域を通過するたびに変調を
受けなくてもパルス列は発生し、変調信号がコード化さ
れているような場合でもパルス列は発生する。いま、変
調領域がn個ある素子を考える。ラウンドトリップ周波
数をf、コード化した信号のクロック周波数をf
する。今、f=2nfとなるように共振器長を設定
すると、例えば(2n−1)個分信号が抜けていても光
が共振器内を一往復する間には一回変調を受ける。従っ
て、コード化された信号からも光パルス列は発生し、そ
の周期はfに一致することは容易に理解できる。尚、
を2nfの自然数倍にしても光パルスの発生は明
らかに可能である。この原理を用いると、図9に示すよ
うに、伝送されてきたコード化光信号18を一度光検出
器12で検波し、増幅器30で増幅した電気信号27で
本発明による素子すなわちモード同期レーザ13を変調
することによって、光信号に同期した光信号19が発生
し、光クロックが発生できる。
FIG. 9 shows the reproduction of an optical clock using the semiconductor optical pulse light source according to the present invention.
In the generation of optical pulses (due to mode-locking) of the present invention, the pulses are formed after the light has traveled back and forth through the resonator multiple times.
Moreover, the modulation received per round trip need not be large. Therefore, a pulse train is generated without necessarily undergoing modulation each time it passes through the modulation region, and a pulse train is generated even when the modulation signal is coded. Now, consider an element having n modulation regions. Let f r be the round trip frequency and f s be the clock frequency of the coded signal. Now, setting the cavity length such that f s = 2nf r, for example, (2n-1) between the light even if missing number component signal to make one round trip in the resonator undergoes once modulated. Therefore, it is easy to understand that the optical pulse train is generated from the coded signal and its period corresponds to f s . still,
generation of light pulse even if the f s to a natural number times of 2nf r is clearly possible. Using this principle, as shown in FIG. 9, the transmitted coded optical signal 18 is once detected by the photodetector 12, and the electric signal 27 amplified by the amplifier 30 is used for the element according to the present invention, that is, the mode-locked laser 13 Is modulated, an optical signal 19 synchronized with the optical signal is generated, and an optical clock can be generated.

【0041】今、図5または図6のような可飽和領域が
付加された素子では、予め2nfの周波数の受動モー
ド同期を起こしておくと、光クロックの再生が容易にな
る。この様な状態では、受動モード同期が既に起きてい
るので、この繰り返し周波数に近い周波数を持つコード
化された信号が、変調領域に入力されると、入力された
信号の周波数に光パルス列の周波数が引き込まれ、光ク
ロックが再生される。この時必要な入力電力は、可飽和
領域のない時に比べて僅かですみ、光パルスの来ない間
隔が広がっても、光パルスは入力信号に同期しやすくな
る。
[0041] Now, with elements saturable region is added as shown in FIG. 5 or FIG. 6, the left causing the passive mode-locking frequency in advance 2nf r, the optical clock recovery is facilitated. In such a state, since passive mode locking has already occurred, when a coded signal having a frequency close to this repetition frequency is input to the modulation area, the frequency of the optical pulse train becomes the frequency of the input signal. Is drawn in and the optical clock is regenerated. The input power required at this time is smaller than that when there is no saturable region, and the optical pulse is easily synchronized with the input signal even if the interval in which the optical pulse does not come is widened.

【0042】図9で示されたモード同期レーザ13とし
て、実施例1から6の素子を入れたところ光パルスが再
生した。光パルスの再生の原理は、前述した通りであ
る。モード同期レーザを利得変調動作で用いる時は、光
検出器12で発生した電気信号を増幅した後、定電流を
バイアスする。吸収変調動作させる時には、光検出器1
2で発生した電気信号を増幅した後、ヒルトン・ポテン
シャル以下の定電圧をバイアスする。図4、図5の素子
の場合には、素子長を4mm(ラウンドトリップ周波数
10GHz)と長くした。繰り返し周波数40GHzの
コード化された光信号18を入力し、繰り返し周波数4
0GHzの電気信号27(識別レベル以上の保持時間の
最小値th 28と識別レベル以下の保持時間の最小値t
1 29の和の逆数が40GHzになる)を光検出器12
と増幅器30で形成し、モード同期レーザ13に入力し
たところ、周期40GHzの光パルス列19が発生し
た。図7と図8の素子の場合には、素子長は2mm(ラ
ウンドトリップ周波数20GHz)のままで、図6の素
子の場合には、素子長を4mm(ラウンドトリップ周波
数10GHz)と長くし受動モード同期で40GHzの
光パルスが発生している状態で、繰り返し周波数40G
Hzのコード化された光信号18を入力したところ、入
力信号に同期して繰り返し周波数40GHzの光パルス
列19が発生した。また、図5の素子で、素子長を4m
mとし、受動モード同期で40GHzの光パルスが発生
している状態で、繰り返し周波数40GHzのコード化
された光信号18を入力したところ、入力信号に同期し
て繰り返し周波数40GHzの光パルス列19が発生し
た。
When the elements of Examples 1 to 6 were inserted as the mode-locked laser 13 shown in FIG. 9, an optical pulse was reproduced. The principle of reproducing the optical pulse is as described above. When the mode-locked laser is used in the gain modulation operation, the electric signal generated by the photodetector 12 is amplified and then a constant current is biased. When the absorption modulation operation is performed, the photodetector 1
After amplifying the electric signal generated in 2, the constant voltage below the Hilton potential is biased. In the case of the element of FIGS. 4 and 5, the element length was set to 4 mm (round trip frequency 10 GHz). A coded optical signal 18 having a repetition frequency of 40 GHz is input, and a repetition frequency of 4
0 GHz electrical signal 27 (minimum holding time t h 28 above the discrimination level and minimum t holding time below the discrimination level t
1 29 reciprocal of the sum is 40GHz) of the photodetector 12
When formed by the amplifier 30 and input to the mode-locked laser 13, an optical pulse train 19 having a period of 40 GHz was generated. In the case of the elements of FIGS. 7 and 8, the element length remains 2 mm (round trip frequency 20 GHz), and in the case of the element of FIG. 6, the element length is lengthened to 4 mm (round trip frequency 10 GHz) and the passive mode is set. Repetition frequency of 40G with 40GHz optical pulse being generated in synchronization
When the optical signal 18 coded in Hz was input, an optical pulse train 19 having a repetition frequency of 40 GHz was generated in synchronization with the input signal. Moreover, in the element of FIG. 5, the element length is 4 m.
m, and when a coded optical signal 18 having a repetition frequency of 40 GHz is input in the state where a 40 GHz optical pulse is generated by passive mode synchronization, an optical pulse train 19 having a repetition frequency of 40 GHz is generated in synchronization with the input signal. did.

【0043】尚、以上の総ての例についてコード化され
た信号の繰り返し周波数を2倍にしても、この繰り返し
周波数と同じ周波数を持った光クロックが再生された。
It should be noted that even if the repetition frequency of the coded signal in all the above examples is doubled, an optical clock having the same frequency as this repetition frequency was reproduced.

【0044】図9に示された光クロック再生回路は、バ
イアス用のコイル31以外はインダクタンス成分を持た
ないので、集積化しやすい。図10は、図9の回路を集
積化したopto-electronic-integrated-circuit(OEIC)の
概念図である。
The optical clock recovery circuit shown in FIG. 9 has no inductance component other than the bias coil 31 and is therefore easy to integrate. FIG. 10 is a conceptual diagram of an opto-electronic-integrated-circuit (OEIC) in which the circuit of FIG. 9 is integrated.

【0045】上に述べていることは、モード同期レーザ
の共振特性を用いてタイミング抽出を行っている。この
方法以外にも、電気回路の共振特性を用いてタイミング
抽出を行い、抽出された電気信号でモード同期レーザ
(本発明によるモード同期レーザを含む)ないしはレー
ザを駆動しても光クロックの再生が可能であることは明
らかである。図11は、タイミング抽出用のLC回路3
2を用いた光クロック再生回路の概念図である。LC回
路32の共振周波数は、入力信号の周波数に合わせてあ
る。
As described above, the timing is extracted by using the resonance characteristic of the mode-locked laser. In addition to this method, timing extraction is performed using the resonance characteristic of an electric circuit, and the mode-locked laser (including the mode-locked laser according to the present invention) or the optical clock can be regenerated even when the laser is driven by the extracted electric signal. Obviously it is possible. FIG. 11 shows the LC circuit 3 for timing extraction.
FIG. 3 is a conceptual diagram of an optical clock recovery circuit using 2; The resonance frequency of the LC circuit 32 is adjusted to the frequency of the input signal.

【0046】尚、図12の様に本発明による素子の端に
ノンドープInPクラッドからなる変調領域41を新た
に設け(図12は、図7の素子を基本としている)、こ
の新たに設けた変調領域だけを、ラウンドトリップ周波
数で変調すれば、ラウンドトリップ周波数に一致した周
波数を持つ光パルス列が発生する。従って、同一の素子
で、駆動高周波電力の周波数を変えることなく、2つの
周波数をもつ光パルス列を発生することができる。
As shown in FIG. 12, a modulation region 41 made of non-doped InP cladding is newly provided at the end of the device according to the present invention (FIG. 12 is based on the device of FIG. 7), and this newly provided modulation is provided. If only the region is modulated with the round trip frequency, an optical pulse train having a frequency matching the round trip frequency is generated. Therefore, the same element can generate an optical pulse train having two frequencies without changing the frequency of the driving high frequency power.

【0047】その他の構成,作用は、実施例1と同様で
ある。
Other configurations and operations are similar to those of the first embodiment.

【0048】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更可
能であることは言うまでもない。
Although the present invention has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Yes.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば変調
信号の周波数の自然数倍の周波数を持つ短光パルス列を
発生することができる。また、コード化された光信号か
ら光クロックを再生することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to generate a short optical pulse train having a frequency that is a natural multiple of the frequency of the modulated signal. Also, the optical clock can be regenerated from the coded optical signal.

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

【図1】本発明によるモード同期レーザの実施例の説明
FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of a mode-locked laser according to the present invention.

【図2】本発明によるモード同期レーザの動作の説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of the mode-locked laser according to the present invention.

【図3】本発明によるモード同期レーザの動作の説明図FIG. 3 is an explanatory view of the operation of the mode-locked laser according to the present invention.

【図4】本発明によるモード同期レーザの他の実施例の
説明図
FIG. 4 is an explanatory view of another embodiment of the mode-locked laser according to the present invention.

【図5】本発明によるモード同期レーザの他の実施例の
説明図
FIG. 5 is an explanatory view of another embodiment of the mode-locked laser according to the present invention.

【図6】本発明によるモード同期レーザの他の実施例の
説明図
FIG. 6 is an explanatory view of another embodiment of the mode-locked laser according to the present invention.

【図7】本発明によるモード同期レーザの他の実施例の
説明図
FIG. 7 is an explanatory view of another embodiment of the mode-locked laser according to the present invention.

【図8】本発明によるモード同期レーザの他の実施例の
説明図
FIG. 8 is an explanatory diagram of another embodiment of the mode-locked laser according to the present invention.

【図9】本発明による光クロック再生の概念図FIG. 9 is a conceptual diagram of optical clock recovery according to the present invention.

【図10】光クロック再生用のOEICの概念図FIG. 10 is a conceptual diagram of an OEIC for optical clock recovery.

【図11】LC回路を用いた光クロック再生回路の説明
FIG. 11 is an explanatory diagram of an optical clock recovery circuit using an LC circuit.

【図12】本発明による2周波数モード同期レーザの他
の実施例の説明図
FIG. 12 is an explanatory view of another embodiment of the two-frequency mode-locked laser according to the present invention.

【図13】短光パルスを用いた光通信方式の説明図FIG. 13 is an explanatory diagram of an optical communication system using short optical pulses.

【図14】従来のモード同期レーザの説明図FIG. 14 is an explanatory diagram of a conventional mode-locked laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

9…利得変調領域、10…左の光反射面、11…右の光
反射面、12…光検出器、13…本発明によるモード同
期レーザ、14…利得変調領域、15…活性導波路、1
6…中央の屈折率変調領域、16´…光反射面近傍の屈
折率変調領域、17…可飽和領域、18…コード化され
た光信号、19…再生された光クロック、20…半導体
レーザの活性層、21…光導波路のコア、22…電極、
23…光増幅領域、25…吸収変調領域、26…受動導
波路、27…光信号から電気信号に変換されたコード化
信号、28…識別レベル以上の最小保持時間、29…識
別レベル以下の最小保持時間、30…電気の増幅器、3
1…バイアス用のインクダクタンス、32…タイミング
抽出用のLC回路、33…InP基板、34…n型In
Pクラッド層、35…p型InPクラッド層、36…p
型InGaAsキャップ層、37…p電極、38…n電
極、39…InGsAs/InGaAsP量子井戸活性
層、40…ノンドープ光導波路、41…ノンドープIn
Pクラッド。
9 ... Gain modulation area, 10 ... Left light reflection surface, 11 ... Right light reflection surface, 12 ... Photodetector, 13 ... Mode-locked laser according to the present invention, 14 ... Gain modulation area, 15 ... Active waveguide, 1
6 ... Central refractive index modulation area, 16 '... Refractive index modulation area near light reflection surface, 17 ... Saturable area, 18 ... Coded optical signal, 19 ... Regenerated optical clock, 20 ... Semiconductor laser Active layer, 21 ... Optical waveguide core, 22 ... Electrode,
23 ... Optical amplification region, 25 ... Absorption modulation region, 26 ... Passive waveguide, 27 ... Coded signal converted from optical signal to electric signal, 28 ... Minimum holding time above discrimination level, 29 ... Minimum below discrimination level Hold time, 30 ... Electric amplifier, 3
1 ... Ink conductance for bias, 32 ... LC circuit for timing extraction, 33 ... InP substrate, 34 ... n-type In
P clad layer, 35 ... p-type InP clad layer, 36 ... p
Type InGaAs cap layer, 37 ... P electrode, 38 ... N electrode, 39 ... InGsAs / InGaAsP quantum well active layer, 40 ... Non-doped optical waveguide, 41 ... Non-doped In
P-clad.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野中 弘二 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 黒川 隆志 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (72) Inventor Koji Nonaka 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Takashi Kurokawa 1-1-6 Uchisaiwai-cho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光の利得を時間に対して変化させる利得
変調領域と受動導波路ないしは活性導波路を光共振器内
に持つレーザにおいて、 光が光共振器内を走行する経路にそって利得変調領域が
単数ないし複数配置されており、光が該利得変調領域を
出てから次に隣ないしは同一の利得変調領域に達するま
でに光が走行する光学長が、光が該光共振器内を一往復
して元の位置に戻るまでの光学長の一を除く自然数分の
一であることを特徴とする半導体短パルス光源。
1. A laser having a gain modulation region for changing the gain of light with time and a passive waveguide or an active waveguide in an optical resonator, wherein the gain is along a path along which the light travels in the optical resonator. A single or a plurality of modulation regions are arranged, and the optical length that the light travels from the time when the light leaves the gain modulation region until the light reaches the next adjacent or the same gain modulation region is that the light travels within the optical resonator. A semiconductor short pulse light source characterized by being a natural fraction excluding one of the optical length of one round trip to return to the original position.
【請求項2】 光の吸収率を時間に対して変化させる吸
収変調領域と時間に対して利得が一定である利得領域を
光共振器内に持つレーザないしは該レーザに光導波路を
付加したレーザにおいて、 光が光共振器内を走行する経路にそって吸収変調領域が
単数ないしは複数配置されており、光が該光共振器内を
一往復して元の位置に戻るまでの光学長の一を除く自然
数分の一であることを特徴とする半導体短パルス光源。
2. A laser having an absorption modulation region for changing the absorptance of light with time and a gain region having a constant gain with respect to time in an optical resonator, or a laser in which an optical waveguide is added to the laser. , A single or a plurality of absorption modulation regions are arranged along a path along which light travels in the optical resonator, and one of the optical lengths until the light makes one round trip in the optical resonator and returns to the original position A semiconductor short pulse light source characterized by being a natural fraction excluding.
【請求項3】 光共振器内に可飽和吸収領域を持つこと
を特徴とする請求項1または2記載の半導体短パルス光
源。
3. The semiconductor short pulse light source according to claim 1, wherein the optical resonator has a saturable absorption region.
【請求項4】 光パルス光源を構成する各要素が半導体
ダブルヘテロ接合で出来ており、利得変調領域間のダブ
ルヘテロ接合ないしは吸収変調領域間のダブルヘテロ接
合に電極を設け、電流を注入するか電圧を印加すること
によって、屈折率を変化させ該利得変調領域ないしは該
吸収変調領域の間の光学長を変えられることを特徴とす
る請求項1乃至3のいずれか1項記載の半導体短パルス
光源。
4. Each element constituting an optical pulse light source is made of a semiconductor double heterojunction, and an electrode is provided at a double heterojunction between gain modulation regions or a double heterojunction between absorption modulation regions to inject a current. 4. The semiconductor short pulse light source according to claim 1, wherein the optical length between the gain modulation region or the absorption modulation region can be changed by changing the refractive index by applying a voltage. .
【請求項5】 請求項1乃至4記載の半導体短パルス光
源のいずれかを用い、利得変調領域の利得ないしは吸収
変調領域の光吸収率を、該光共振器内を光が一往復して
元の位置に戻るまでの時間を周期として周期的に変化さ
せることを特徴とする光パルス列の発生方法。
5. The semiconductor short pulse light source according to any one of claims 1 to 4, wherein the light absorption rate of the gain or absorption modulation area of the gain modulation area is calculated by making one round trip of light in the optical resonator. A method for generating an optical pulse train, which is characterized in that the time until returning to the position is periodically changed with a cycle.
【請求項6】 請求項1から4に記載の半導体短パルス
光源のいずれかを用い、光が光共振器内を一往復する時
間の一を除く自然数倍を周期として周期的に変化させる
ことを特徴とする光パルス列の発生方法。
6. A semiconductor short pulse light source according to any one of claims 1 to 4, wherein the light is cyclically changed with a cycle of a natural number multiple, excluding one time of one round trip of light in the optical resonator. And a method for generating an optical pulse train.
【請求項7】 請求項1から4に記載の半導体短パルス
光源のいずれかを用い、利得変調領域ないしは吸収変調
領域への入力信号を二値を取る符号化された電気信号と
し、該光パルス光源の共振器内を光が一往復する時間
が、該符号化電気信号の電圧ないしは電流の高い状態の
最小の持続時間と該符号化電気信号の電圧ないしは電流
の低い状態の最小の持続時間の和に、該光パルスの該利
得変調領域ないしは該吸収変調領域の数の2倍を乗した
時間に一致するような素子長を持つ該光パルス光源を用
いて光パルス列を発生することを特徴とする光パルス列
の発生方法。
7. The optical pulse using any one of the semiconductor short pulse light sources according to claim 1, wherein the input signal to the gain modulation region or the absorption modulation region is a binary coded electrical signal The time for one round trip of light in the resonator of the light source is the minimum duration of the high voltage or current state of the encoded electrical signal and the minimum duration of the low voltage or current state of the encoded electrical signal. In addition, an optical pulse train is generated by using the optical pulse light source having an element length that matches the time obtained by multiplying the sum of the number of the gain modulation regions or the absorption modulation regions of the optical pulse by two. Method of generating optical pulse train.
【請求項8】 請求項1から4記載の半導体短パルス光
源のいずれかを用い、利得変調領域ないしは吸収変調領
域への入力信号を二値を取る符号化された電気信号と
し、該光パルス光源の共振器内を光が一往復する時間
が、該符号化電気信号の電圧ないしは電流の高い状態の
最小の持続時間と該符号化電気信号の電圧ないしは電流
の低い状態の最小の持続時間の和に、該光パルス光源の
該利得変調領域ないしは該吸収変調領域の数の2倍を乗
した時間の一を除く自然数倍に一致するような素子長を
持つ該光パルス光源を用いて光パルス列を発生すること
を特徴とする光パルス列の発生方法。
8. The optical pulse light source using the semiconductor short pulse light source according to claim 1, wherein the input signal to the gain modulation region or the absorption modulation region is a binary coded electrical signal. The time for one round trip of light in the resonator is the sum of the minimum duration of the high voltage or current state of the encoded electrical signal and the minimum duration of the low voltage or current state of the encoded electrical signal. And an optical pulse train using the optical pulse light source having an element length that matches a natural number multiple except one of the time obtained by multiplying twice the number of the gain modulation region or the absorption modulation region of the optical pulse light source. A method for generating an optical pulse train, which comprises:
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09167870A (en) * 1995-12-15 1997-06-24 Nec Corp Light clock regenerator
JP2008066546A (en) * 2006-09-08 2008-03-21 Oki Electric Ind Co Ltd Photoelectricity oscillator and photoelectricially oscillating method
JP2011181789A (en) * 2010-03-03 2011-09-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor light source

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