JPH0661586A - 光制御パルスレーザ - Google Patents
光制御パルスレーザInfo
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- JPH0661586A JPH0661586A JP21109492A JP21109492A JPH0661586A JP H0661586 A JPH0661586 A JP H0661586A JP 21109492 A JP21109492 A JP 21109492A JP 21109492 A JP21109492 A JP 21109492A JP H0661586 A JPH0661586 A JP H0661586A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電気変調方式ではなく、光による直接的な変
調方式により、半導体レーザ内の吸収損失と利得とを制
御することができ、且つ、短いパルス幅、高い繰り返し
周期、容易な信号同期を得られるモード同期半導体レー
ザを提供することを目的とする 【構成】 共振器を構成する主レーザ導波路に中に、高
い光利得を持つ利得領域と、光強度を光制御で変調する
変調領域とを設け、かつ、前記主レーザ導波路に対して
交差する方向から前記変調領域に制御光を導く制御光導
波路を設けたものである。
調方式により、半導体レーザ内の吸収損失と利得とを制
御することができ、且つ、短いパルス幅、高い繰り返し
周期、容易な信号同期を得られるモード同期半導体レー
ザを提供することを目的とする 【構成】 共振器を構成する主レーザ導波路に中に、高
い光利得を持つ利得領域と、光強度を光制御で変調する
変調領域とを設け、かつ、前記主レーザ導波路に対して
交差する方向から前記変調領域に制御光を導く制御光導
波路を設けたものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光物性評価、光信号処理
に用いられる光信号の極短パルス発生機能を有する光制
御パルスレーザに関する。
に用いられる光信号の極短パルス発生機能を有する光制
御パルスレーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体モード同期レーザを図１に
示す。同図に示すように共振器導波路２ａ上の電極に外
部から電気信号を印加すると、共振器内の変調領域１ａ
が変調する。この為、充分な電流印加により変調領域１
ａが大きな利得変動すると、レーザ共振器内の利得が吸
収損失を上回り発振する。また、変調領域１ａが発振す
ると、電流注入により供給されたキャリアが急激に消費
され利得が低下する。この為、変調領域１ａが吸収損失
となり、発振はおこらない。
示す。同図に示すように共振器導波路２ａ上の電極に外
部から電気信号を印加すると、共振器内の変調領域１ａ
が変調する。この為、充分な電流印加により変調領域１
ａが大きな利得変動すると、レーザ共振器内の利得が吸
収損失を上回り発振する。また、変調領域１ａが発振す
ると、電流注入により供給されたキャリアが急激に消費
され利得が低下する。この為、変調領域１ａが吸収損失
となり、発振はおこらない。
【０００３】そこで、このような吸収損失と利得とを、
光の共振器内往復時間に同期した一定の周期で繰り返せ
ば、その繰り返し周期に位相の合致した光の波束のみ強
く増幅し、他を抑圧して、位相同期のとれた極短パルス
列の定在波であるモード同期レーザ光とすることができ
る。このモード同期光は、時間幅サブピコ秒までの短い
パルス光を得ることができ、繰り返し周期も一定で、光
ピーク強度も大きい。この様な方法で幅４．４ps、繰り
返し４０ＧＨｚパルス列の報告がある（S.Tucker.Elect
ronics Letters Vol.25, p.621 1989)。
光の共振器内往復時間に同期した一定の周期で繰り返せ
ば、その繰り返し周期に位相の合致した光の波束のみ強
く増幅し、他を抑圧して、位相同期のとれた極短パルス
列の定在波であるモード同期レーザ光とすることができ
る。このモード同期光は、時間幅サブピコ秒までの短い
パルス光を得ることができ、繰り返し周期も一定で、光
ピーク強度も大きい。この様な方法で幅４．４ps、繰り
返し４０ＧＨｚパルス列の報告がある（S.Tucker.Elect
ronics Letters Vol.25, p.621 1989)。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図１に示すよ
うに外部電気信号により変調を行う従来の電気変調方式
では、高周波大振幅の電流が必要で、電源の負担が大き
く、高周波での変調動作は難しかった。また、電気変調
方式は、電気を媒介とする間接的な制御であるため、高
速の光信号により直接に光信号を制御することができ
ず、光信号を一旦制御電圧に変換せねばならなかった。
うに外部電気信号により変調を行う従来の電気変調方式
では、高周波大振幅の電流が必要で、電源の負担が大き
く、高周波での変調動作は難しかった。また、電気変調
方式は、電気を媒介とする間接的な制御であるため、高
速の光信号により直接に光信号を制御することができ
ず、光信号を一旦制御電圧に変換せねばならなかった。
【０００５】そこで、電気変調方式ではなく、光による
直接的な変調方式により、半導体レーザ内の吸収損失と
利得とを制御しようと考えた場合、一般の光制御半導体
レーザのように共振器を構成するレーザ導波路に制御光
を同軸に注入する構造が考えられる。ところが、このよ
うな構造では、入射制御光が共振器の影響を受け、波長
依存性、偏波依存性、入射光強度依存性などが厳しく制
限され、しかも各々の条件が独立には制御できない問題
がある。そのため、一般の光制御半導体レーザは、実用
的な動作条件が非常に狭く、特に、モードロック半導体
レーザの場合、レーザキャビティ内の光の滞在時間が長
く、Ｑ＝１００００００と通常の半導体レーザの１００
倍大きいため、外部からの光の入射効率は著しく悪く実
効上動作不可能であった。
直接的な変調方式により、半導体レーザ内の吸収損失と
利得とを制御しようと考えた場合、一般の光制御半導体
レーザのように共振器を構成するレーザ導波路に制御光
を同軸に注入する構造が考えられる。ところが、このよ
うな構造では、入射制御光が共振器の影響を受け、波長
依存性、偏波依存性、入射光強度依存性などが厳しく制
限され、しかも各々の条件が独立には制御できない問題
がある。そのため、一般の光制御半導体レーザは、実用
的な動作条件が非常に狭く、特に、モードロック半導体
レーザの場合、レーザキャビティ内の光の滞在時間が長
く、Ｑ＝１００００００と通常の半導体レーザの１００
倍大きいため、外部からの光の入射効率は著しく悪く実
効上動作不可能であった。
【０００６】本発明は、上記従来技術に鑑みて成された
ものであり、外部からの制御光により直接制御可能で、
短いパルス幅、高い繰り返し周期、容易な信号同期を得
られるモード同期半導体レーザを提供することを目的と
する。即ち、本発明の目的は、緩やかな入射光波長依存
性、小さな制御光強度、高速な光応答特性を同時に満た
す光制御パルスレーザを提供することにある。
ものであり、外部からの制御光により直接制御可能で、
短いパルス幅、高い繰り返し周期、容易な信号同期を得
られるモード同期半導体レーザを提供することを目的と
する。即ち、本発明の目的は、緩やかな入射光波長依存
性、小さな制御光強度、高速な光応答特性を同時に満た
す光制御パルスレーザを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明は吸収損失と利得を制御して短光パルスを発生する
モード同期半導体レーザにおいて、共振器を構成する主
レーザ導波路に中に、高い光利得を持つ利得領域と、光
強度を光制御で変調する変調領域とを設け、かつ、前記
主レーザ導波路に対して交差する方向から前記変調領域
に制御光を導く光導波路を設けたことを特徴とする。ま
た、主レーザ導波路中に、電圧により共振器光路長を変
化させる位相調整領域を設けて発生パルスの周期を調整
できると良く、光導波路は、制御光を増幅する機能を持
つようにしても良い。
発明は吸収損失と利得を制御して短光パルスを発生する
モード同期半導体レーザにおいて、共振器を構成する主
レーザ導波路に中に、高い光利得を持つ利得領域と、光
強度を光制御で変調する変調領域とを設け、かつ、前記
主レーザ導波路に対して交差する方向から前記変調領域
に制御光を導く光導波路を設けたことを特徴とする。ま
た、主レーザ導波路中に、電圧により共振器光路長を変
化させる位相調整領域を設けて発生パルスの周期を調整
できると良く、光導波路は、制御光を増幅する機能を持
つようにしても良い。
【０００８】
【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。本発明のモード同期半導体レ
ーザの一実施例を図２に示す。同図に示すように、本実
施例では、共振器を構成する主レーザ導波路において、
利得領域１ｃ、変調領域２ｃ及び位相変調領域３ｃを設
けている。利得領域１ｃは、利得注入電流ＩLDの供給に
よりキャリアが注入され、光子が発生する。モード同期
レーザで光を発生させるには高い光利得が必要である。
位相変調領域３ｃは、位相変調電圧Ｖphaseにより共振
器光路長を変化させることができる。これにより、発生
するパルスの周期を調整することができる。共振器光路
長を他の方法により調整することができれば、位相調整
領域を省略することができる。
参照して詳細に説明する。本発明のモード同期半導体レ
ーザの一実施例を図２に示す。同図に示すように、本実
施例では、共振器を構成する主レーザ導波路において、
利得領域１ｃ、変調領域２ｃ及び位相変調領域３ｃを設
けている。利得領域１ｃは、利得注入電流ＩLDの供給に
よりキャリアが注入され、光子が発生する。モード同期
レーザで光を発生させるには高い光利得が必要である。
位相変調領域３ｃは、位相変調電圧Ｖphaseにより共振
器光路長を変化させることができる。これにより、発生
するパルスの周期を調整することができる。共振器光路
長を他の方法により調整することができれば、位相調整
領域を省略することができる。
【０００９】変調領域２ｃは、外部からの制御光により
光強度を変調する光変調可能であり、本実施例では、吸
収損失の非線形性を利用するため、可飽和吸収領域で構
成した。この為、変調領域２ｃには吸収係数制御のため
の逆バイアス電圧Ｖcが印加されている。本実施例のよ
うに、変調領域２ｃとして可飽和吸収領域を用いると、
急激な発振に伴う利得領域のキャリアの消費による利得
の減少の効果も同時に利用できる。尚、後述するように
利得変調の場合には順電流を印加する。更に、変調領域
２ｃは、主レーザ導波路と異なる向きより制御光を導く
光増幅導波路４ｃが接続している。
光強度を変調する光変調可能であり、本実施例では、吸
収損失の非線形性を利用するため、可飽和吸収領域で構
成した。この為、変調領域２ｃには吸収係数制御のため
の逆バイアス電圧Ｖcが印加されている。本実施例のよ
うに、変調領域２ｃとして可飽和吸収領域を用いると、
急激な発振に伴う利得領域のキャリアの消費による利得
の減少の効果も同時に利用できる。尚、後述するように
利得変調の場合には順電流を印加する。更に、変調領域
２ｃは、主レーザ導波路と異なる向きより制御光を導く
光増幅導波路４ｃが接続している。
【００１０】光増幅導波路４ｃは、光増幅のためのキャ
リア注入順電流ＩAMPが印加される。光増幅導波路４ｃ
は、キャリア注入電流ＩAMPにより、入射する高速に変
調された制御光λinの光強度を、変調領域２ｃに導くま
でに十分な光強度に増幅する機能を有する。この為、制
御光は、光増幅導波路４ｃにより充分な光強度に増幅さ
れた後、変調領域２ｃに十分な強度で入射し、変調領域
２ｃである可飽和吸収領域を変調する。
リア注入順電流ＩAMPが印加される。光増幅導波路４ｃ
は、キャリア注入電流ＩAMPにより、入射する高速に変
調された制御光λinの光強度を、変調領域２ｃに導くま
でに十分な光強度に増幅する機能を有する。この為、制
御光は、光増幅導波路４ｃにより充分な光強度に増幅さ
れた後、変調領域２ｃに十分な強度で入射し、変調領域
２ｃである可飽和吸収領域を変調する。
【００１１】変調領域２ｃ内において、充分な光励起に
よって損失が減少すると、レーザ共振器内の利得が吸収
損失を上回り発振する。発振すると電流注入により供給
されたキャリアが急激に消費され利得が低下する。一
方、変調された制御光がｏｆｆ状態で、光の入ってこな
い状態では変調領域２ｃが吸収損失として働いて発振し
ない。そこで、位相調整領域３ｃの位相変調電圧Ｖ
phaseを変化させて、制御光の繰り返し周期、またはそ
の整数分の一に合致する共振器光路長を設定することに
より、その繰り返し周期、またはその整数分の一の位相
の合致した光の波束のみ強く増幅され、他は抑圧されて
位相同期のとれた極短パルス列の定在波であるモード同
期レーザ光を出力光λoutとすることができる。
よって損失が減少すると、レーザ共振器内の利得が吸収
損失を上回り発振する。発振すると電流注入により供給
されたキャリアが急激に消費され利得が低下する。一
方、変調された制御光がｏｆｆ状態で、光の入ってこな
い状態では変調領域２ｃが吸収損失として働いて発振し
ない。そこで、位相調整領域３ｃの位相変調電圧Ｖ
phaseを変化させて、制御光の繰り返し周期、またはそ
の整数分の一に合致する共振器光路長を設定することに
より、その繰り返し周期、またはその整数分の一の位相
の合致した光の波束のみ強く増幅され、他は抑圧されて
位相同期のとれた極短パルス列の定在波であるモード同
期レーザ光を出力光λoutとすることができる。
【００１２】このモード同期光は、時間幅サブピコ秒ま
での短いパルス光を得ることができ、繰り返しも制御光
の繰り返し周期に同期され、光ピーク強度も大きい。本
実施例の場合、波長１．５５μｍ、尖塔値１００μＷの
５０ＧＨｚの多重化された光繰り返し信号によりパルス
幅１ピコ秒、尖塔出力５０ｍＷのモード同期パルスが得
られた。
での短いパルス光を得ることができ、繰り返しも制御光
の繰り返し周期に同期され、光ピーク強度も大きい。本
実施例の場合、波長１．５５μｍ、尖塔値１００μＷの
５０ＧＨｚの多重化された光繰り返し信号によりパルス
幅１ピコ秒、尖塔出力５０ｍＷのモード同期パルスが得
られた。
【００１３】尚、本発明の変調領域２ｃとしては、主レ
ーザ導波路と異なる方向からの制御光の誘導放出により
キャリアを消費して共振器の利得を抑圧する利得変調を
行うもの、或いは、制御光の入射により吸収が飽和して
損失が減る損失変調を行うもの、その複合されたものが
考えられ、いずれもレーザ共振器内の利得と損失の関係
を変調するという同じ効果を得る。
ーザ導波路と異なる方向からの制御光の誘導放出により
キャリアを消費して共振器の利得を抑圧する利得変調を
行うもの、或いは、制御光の入射により吸収が飽和して
損失が減る損失変調を行うもの、その複合されたものが
考えられ、いずれもレーザ共振器内の利得と損失の関係
を変調するという同じ効果を得る。
【００１４】このように本発明では、従来の電気制御モ
ード同期半導体レーザの諸問題を解決するため、光によ
る直接的な変調方式で半導体レーザ内のキャリア数や吸
収損失を制御しようとするのであるが、入射制御光がレ
ーザ共振器の影響を受け、波長依存性、偏波依存性、入
射光強度依存性などが厳しく制限されるのを回避するた
め、レーザ導波路に同軸に制御光を注入するのではな
く、共振器と異なる向きより制御光を入射することによ
り解決するのである。これにより、制御光の入射条件は
レーザキャビティの制限を受けないため動作条件が広い
範囲で設定することが可能になった。
ード同期半導体レーザの諸問題を解決するため、光によ
る直接的な変調方式で半導体レーザ内のキャリア数や吸
収損失を制御しようとするのであるが、入射制御光がレ
ーザ共振器の影響を受け、波長依存性、偏波依存性、入
射光強度依存性などが厳しく制限されるのを回避するた
め、レーザ導波路に同軸に制御光を注入するのではな
く、共振器と異なる向きより制御光を入射することによ
り解決するのである。これにより、制御光の入射条件は
レーザキャビティの制限を受けないため動作条件が広い
範囲で設定することが可能になった。
【００１５】本実施例のモード同期半導体レーザは次の
ようにして作成される。先ず、ｎ+ −ＩnＰ基板上に活
性層５ｃを形成する。即ち、クラッド層としてｎ−Ｉn
Ｐを０．５μｍ、導波路層としてＩnＧaＡsＰを０．１
μｍ、ＭＳＱ活性層としてＩnＧaＡs／ＩnＡlＡsの超格
子を７層０．１μｍ、導波路層としてＩnＧaＡsＰを
０．１μｍ、クラッド層として１．４μｍさらに金属電
極とのコンタクト層としてＩnＧaＡsを０．１μｍを形
成する。次いで、長さ約１０００μｍ、幅４μｍの主レ
ーザ導波路とそれに交差する光注入導波路４ｃを残し
て、活性層５ｃの厚さ２μｍをエッチング技術により除
去する。
ようにして作成される。先ず、ｎ+ −ＩnＰ基板上に活
性層５ｃを形成する。即ち、クラッド層としてｎ−Ｉn
Ｐを０．５μｍ、導波路層としてＩnＧaＡsＰを０．１
μｍ、ＭＳＱ活性層としてＩnＧaＡs／ＩnＡlＡsの超格
子を７層０．１μｍ、導波路層としてＩnＧaＡsＰを
０．１μｍ、クラッド層として１．４μｍさらに金属電
極とのコンタクト層としてＩnＧaＡsを０．１μｍを形
成する。次いで、長さ約１０００μｍ、幅４μｍの主レ
ーザ導波路とそれに交差する光注入導波路４ｃを残し
て、活性層５ｃの厚さ２μｍをエッチング技術により除
去する。
【００１６】引き続き、主レーザ導波路及び光注入導波
路４ｃ以外の領域に絶縁層として酸化物９ｃを蒸着し、
また、主レーザ導波路の両端面にレーザ発振のための光
反射膜７ｃを形成する。その後、主レーザ導波路におい
てコンタクト層を二個所除去して、長さ５００μｍの位
相調整領域３ｃと、長さ４００μｍの利得領域１ｃと、
長さ約１０μｍの変調領域２ｃとに電気的に分離し、ま
た、変調領域２ｃと、これに交差する光注入導波路４ｃ
との間においてコンタクト層を除去して、これらを電気
的に分離する。
路４ｃ以外の領域に絶縁層として酸化物９ｃを蒸着し、
また、主レーザ導波路の両端面にレーザ発振のための光
反射膜７ｃを形成する。その後、主レーザ導波路におい
てコンタクト層を二個所除去して、長さ５００μｍの位
相調整領域３ｃと、長さ４００μｍの利得領域１ｃと、
長さ約１０μｍの変調領域２ｃとに電気的に分離し、ま
た、変調領域２ｃと、これに交差する光注入導波路４ｃ
との間においてコンタクト層を除去して、これらを電気
的に分離する。
【００１７】更に、利得領域１ｃを利得注入電流Ｉ
LDを、変調領域２ｃに変調印加電圧（逆バイアス電圧）
Ｖcを、位相調整領域３ｃに位相調整電圧Ｖphaseをそれ
ぞれ印加する為の電極を独立的に設ける。ここで、光注
入導波路４ｃは、入射面となる一端の幅が３μｍで、光
変調領域２ｃに接続する他端の幅が約１０μｍのテーパ
状であり、その入射面には無反射膜８ｃを形成し、その
上面にはキャリア注入順電流ＩAMPを注入する為の注入
電極を設けた。
LDを、変調領域２ｃに変調印加電圧（逆バイアス電圧）
Ｖcを、位相調整領域３ｃに位相調整電圧Ｖphaseをそれ
ぞれ印加する為の電極を独立的に設ける。ここで、光注
入導波路４ｃは、入射面となる一端の幅が３μｍで、光
変調領域２ｃに接続する他端の幅が約１０μｍのテーパ
状であり、その入射面には無反射膜８ｃを形成し、その
上面にはキャリア注入順電流ＩAMPを注入する為の注入
電極を設けた。
【００１８】上述した実施例はモノシリックな構造であ
ったが、本発明は、これに限るものではなく、例えば、
大きな変調周波数の変化や、ゆっくりした繰り返し周期
が必要な場合、図３に示す第２の実施例のように共振器
長を大きく移動可能な外部反射鏡７ｄを別個に持つハイ
ブリット構造とすることができる。即ち、上記実施例の
ようにモノリシックな構造では、そのコンパクトな形状
により変調周波数が１０〜２００ＧＨｚ程度の高速変調
が可能だが、屈折率変化等の材料光学常数の変化を利用
した共振器長変化のため、そのチューニング幅は無調整
時の中心周波数の前後１％程度、例えば５０ＧＨｚの場
合±５００ＭＨｚ以下である。
ったが、本発明は、これに限るものではなく、例えば、
大きな変調周波数の変化や、ゆっくりした繰り返し周期
が必要な場合、図３に示す第２の実施例のように共振器
長を大きく移動可能な外部反射鏡７ｄを別個に持つハイ
ブリット構造とすることができる。即ち、上記実施例の
ようにモノリシックな構造では、そのコンパクトな形状
により変調周波数が１０〜２００ＧＨｚ程度の高速変調
が可能だが、屈折率変化等の材料光学常数の変化を利用
した共振器長変化のため、そのチューニング幅は無調整
時の中心周波数の前後１％程度、例えば５０ＧＨｚの場
合±５００ＭＨｚ以下である。
【００１９】これに対し、図３に示す第２の実施例で
は、外部反射鏡７ｄを設けたハイブリッド構造である
為、共振器長を極度に微小化することは困難であり、繰
り返し周波数は０．２〜２０ＧＨｚ程度であるが、外部
反射鏡７ｄにより共振器長を自由にかえられるためチュ
ーニング周波数幅は数１０％を大きく越え、例えば１０
ＧＨｚ±３ＧＨｚ以上とすることができる。また、本実
施例では、変調領域２ｄとして、利得領域を用いたが、
前述した実施例と同様な効果が得られ、更に、別個に設
けた可飽和吸収領域３ｄの吸収飽和の効果も同時に利用
できる。
は、外部反射鏡７ｄを設けたハイブリッド構造である
為、共振器長を極度に微小化することは困難であり、繰
り返し周波数は０．２〜２０ＧＨｚ程度であるが、外部
反射鏡７ｄにより共振器長を自由にかえられるためチュ
ーニング周波数幅は数１０％を大きく越え、例えば１０
ＧＨｚ±３ＧＨｚ以上とすることができる。また、本実
施例では、変調領域２ｄとして、利得領域を用いたが、
前述した実施例と同様な効果が得られ、更に、別個に設
けた可飽和吸収領域３ｄの吸収飽和の効果も同時に利用
できる。
【００２０】また、本発明では外部から入射する入力光
の繰り返し周期に合わせて共振器位相を変える構造を持
つため、外部よりの光パルス列に同期した極短パルス列
を発生させるクロック抽出が可能となる。例えば、外部
信号光に対して極短光パルスを同期して出力する本発明
の第３の実施例を図４に示す。同図に示すように入射さ
れた入力光はその繰り返し周波数がレーザ共振器の往復
光路長の整数倍のときのみ同期したモード同期短パルス
がレーザより出力される。
の繰り返し周期に合わせて共振器位相を変える構造を持
つため、外部よりの光パルス列に同期した極短パルス列
を発生させるクロック抽出が可能となる。例えば、外部
信号光に対して極短光パルスを同期して出力する本発明
の第３の実施例を図４に示す。同図に示すように入射さ
れた入力光はその繰り返し周波数がレーザ共振器の往復
光路長の整数倍のときのみ同期したモード同期短パルス
がレーザより出力される。
【００２１】そこで、逆に本発明にある位相調整領域を
電圧等で掃引させることにより光路長を信号光の繰り返
し周期に合わせることができる。例えば、２０．００５
ＧＨｚ付近の信号周期をもつ波長１．５３μｍの入力光
は、別個に作成した２０ＧＨｚの標準的なクロック信号
に対し、厳密には高周波側にずれているため、同期が取
れない。これに対して、図４に示す実施例では、外部信
号にである入力光に同期したモード同期条件のときのみ
パルス発振するので、発振条件の位相調整領域に印加す
る電圧を掃引してやると、条件が一致した設定にされた
ときのみそのパルス発振する。
電圧等で掃引させることにより光路長を信号光の繰り返
し周期に合わせることができる。例えば、２０．００５
ＧＨｚ付近の信号周期をもつ波長１．５３μｍの入力光
は、別個に作成した２０ＧＨｚの標準的なクロック信号
に対し、厳密には高周波側にずれているため、同期が取
れない。これに対して、図４に示す実施例では、外部信
号にである入力光に同期したモード同期条件のときのみ
パルス発振するので、発振条件の位相調整領域に印加す
る電圧を掃引してやると、条件が一致した設定にされた
ときのみそのパルス発振する。
【００２２】本実施例の場合、長さ２４００μｍの共振
器長（非調整時５０ＧＨｚ対応）のうち１４００μｍを
占める調整領域３ｅに０．７Ｖの電界を、利得領域１ｅ
に１００ｍＡのキャリア電流を、変調領域（可飽和吸収
領域）２ｅには０．４５Ｖの電界を印加してやると、２
０．００５ＧＨｚに対応する共振器ラウンドトリップタ
イムを有する。このとき、モード同期レーザは自ずとそ
の入射光と同期した繰り返し周波数２０．００５ＧＨｚ
で、素子固有波長１．５５μｍ、尖塔出力１００ｍＷで
発振し、入力光のクロック周波数を抽出したことにな
る。このクロック周波数は一旦発振すれば、その出力の
一部を光増幅導波路４ｅに戻してやるなどの帰還をかけ
るなどすれば、制御光が終了したあともそのクロック周
波数での発振を維持し続けることが可能である。
器長（非調整時５０ＧＨｚ対応）のうち１４００μｍを
占める調整領域３ｅに０．７Ｖの電界を、利得領域１ｅ
に１００ｍＡのキャリア電流を、変調領域（可飽和吸収
領域）２ｅには０．４５Ｖの電界を印加してやると、２
０．００５ＧＨｚに対応する共振器ラウンドトリップタ
イムを有する。このとき、モード同期レーザは自ずとそ
の入射光と同期した繰り返し周波数２０．００５ＧＨｚ
で、素子固有波長１．５５μｍ、尖塔出力１００ｍＷで
発振し、入力光のクロック周波数を抽出したことにな
る。このクロック周波数は一旦発振すれば、その出力の
一部を光増幅導波路４ｅに戻してやるなどの帰還をかけ
るなどすれば、制御光が終了したあともそのクロック周
波数での発振を維持し続けることが可能である。
【００２３】このように外部信号光自身の一部を使って
そのクロック周波数を安定に再生することはその後の信
号の多重化、変調、復調などの光信号処理に利用でき
る。ＡＴＭ交換など非同期系の信号処理には特に重要で
ある。本実施例の変調領域２ｅが、適切な長さ（この場
合５０μｍ）を有すれば、予めラウンドトリップ周波数
ｆｒの周期で受動モード同期可能な条件にしておくとわ
ずかの入力光で光パルス列の発生が容易になる。受動モ
ード同期で発生した光パルス列はｆr の周波数の変調を
受ける。
そのクロック周波数を安定に再生することはその後の信
号の多重化、変調、復調などの光信号処理に利用でき
る。ＡＴＭ交換など非同期系の信号処理には特に重要で
ある。本実施例の変調領域２ｅが、適切な長さ（この場
合５０μｍ）を有すれば、予めラウンドトリップ周波数
ｆｒの周期で受動モード同期可能な条件にしておくとわ
ずかの入力光で光パルス列の発生が容易になる。受動モ
ード同期で発生した光パルス列はｆr の周波数の変調を
受ける。
【００２４】この周波数は外部よりの変調がなされない
うちは入力信号のそれと一致しないが、光信号を変調信
号として入力することにより、変調信号に引き込まれ、
つまり入力光に同期した出力することも可能であり、こ
れは信号の多重化の同期クロック信号としても利用でき
る。また、一旦発振すると入力光がある程度ビット抜け
があったりゆらいでもモード同期信号は止まらない。こ
の特性を利用すれば、コード化された不完全な繰り返し
の光信号列の周期に同期した極短パルス列を発生させる
クロック再生の機能動作が可能となる。例えば、その実
施例を図５に示すように、信号光がある程度一定の繰り
返し周期（２０．００５ＧＨｚ）を保持しているなら
ば、不完全な繰り返しの光信号列であっても、上に述べ
た様に変調領域に周期的な変調が加わりモード同期レー
ザ発振させることができる。
うちは入力信号のそれと一致しないが、光信号を変調信
号として入力することにより、変調信号に引き込まれ、
つまり入力光に同期した出力することも可能であり、こ
れは信号の多重化の同期クロック信号としても利用でき
る。また、一旦発振すると入力光がある程度ビット抜け
があったりゆらいでもモード同期信号は止まらない。こ
の特性を利用すれば、コード化された不完全な繰り返し
の光信号列の周期に同期した極短パルス列を発生させる
クロック再生の機能動作が可能となる。例えば、その実
施例を図５に示すように、信号光がある程度一定の繰り
返し周期（２０．００５ＧＨｚ）を保持しているなら
ば、不完全な繰り返しの光信号列であっても、上に述べ
た様に変調領域に周期的な変調が加わりモード同期レー
ザ発振させることができる。
【００２５】それは、一旦発振したモード同期信号はパ
ルス個々が独立ではなく前後の信号と連なった定在波で
あり、定在波が一旦発振すると、その入射信号のビット
抜けなどのため変調源がたまに働かない状態になっても
位相や出力はそれに同期して急激に停止するのではなく
成立した発振条件のもとゆっくりと崩れていくからであ
る。そのため、数ビット程度のビット抜けの起こった信
号からでもビット抜けのない繰り返しパルス列が得られ
る。
ルス個々が独立ではなく前後の信号と連なった定在波で
あり、定在波が一旦発振すると、その入射信号のビット
抜けなどのため変調源がたまに働かない状態になっても
位相や出力はそれに同期して急激に停止するのではなく
成立した発振条件のもとゆっくりと崩れていくからであ
る。そのため、数ビット程度のビット抜けの起こった信
号からでもビット抜けのない繰り返しパルス列が得られ
る。
【００２６】これは、式（１）のごとく外部からエネル
ギーを供給される振動子の式で表される。 ｖm+1 （ｔ）＝Ｄｅｘｐ（Ｇ−Ｌ−ｊΦ）ｖm （ｔ） ＝Ｄｅｘｐ（Ｏ）ｖm （ｔ） …（式１） Ｏ＝Ｇ−Ｌ−ｊΦ 但し、Φ：光位相 Ｇ（ｔ）：利得 Ｌ（ｔ）：損失 Ｄ ：時間遅れ常数 従って、 利得変調の場合 Ｇ＝Ｇ0 （−Ｅ（ｔ）／Ｅq ）の変調 損失変調の場合 Ｌ＝Ｌ0 （−Ｅ（ｔ）／Ｅq ）の変調 変調信号が抜けた場合 Ｇ＝Ｇ0 、Ｌ＝Ｌ0 ｍ周期めの信号まで正常に変調がかかっていてｍ＋１回
目の共振器内の周回時に変調がかからなかった場合ｖ
n+1 ＝Ｄｅｘｐ（−ξ）ｖn （ｔ） ξ：消衰係数（本例の場合損失係数Ｌ0 ：Ｇ0 ≦Ｌ0 ≦
２Ｇ0 ）
ギーを供給される振動子の式で表される。 ｖm+1 （ｔ）＝Ｄｅｘｐ（Ｇ−Ｌ−ｊΦ）ｖm （ｔ） ＝Ｄｅｘｐ（Ｏ）ｖm （ｔ） …（式１） Ｏ＝Ｇ−Ｌ−ｊΦ 但し、Φ：光位相 Ｇ（ｔ）：利得 Ｌ（ｔ）：損失 Ｄ ：時間遅れ常数 従って、 利得変調の場合 Ｇ＝Ｇ0 （−Ｅ（ｔ）／Ｅq ）の変調 損失変調の場合 Ｌ＝Ｌ0 （−Ｅ（ｔ）／Ｅq ）の変調 変調信号が抜けた場合 Ｇ＝Ｇ0 、Ｌ＝Ｌ0 ｍ周期めの信号まで正常に変調がかかっていてｍ＋１回
目の共振器内の周回時に変調がかからなかった場合ｖ
n+1 ＝Ｄｅｘｐ（−ξ）ｖn （ｔ） ξ：消衰係数（本例の場合損失係数Ｌ0 ：Ｇ0 ≦Ｌ0 ≦
２Ｇ0 ）
【００２７】通常動作のｖm+1 に対し変調ビット抜けの
起こった場合のｖm+1 はその強度が異なるがその差はあ
まり大きくないので、Ｑ値が１００００００程度との高
い共振器内をｋ周した１連のパルスの集合（ｋ＝１〜１
００００００）としてでるパルス強度Ｖ（ｔ）において
は１回のビット抜けの影響は小さい。本実施例の場合ビ
ット抜けした場合損失の最大常数Ｌ0 は利得Ｇの高々
１．２倍程度であり、パルス尖塔値はたかだか２０％の
変動にとどまる。６ビット連続のビット抜けまでは信号
強度５０％以上を維持して、同期したパルス列信号を出
力した。したがって完全な単純繰り返し信号でなくコー
ド化された信号であってもそのビット抜けが多数回連続
しなければ出力パルスはその一定の繰り返し周期でクロ
ックパルスを出しつづける。よって、情報を乗せた光信
号から直接クロック周波数を同期させることが可能にな
った。
起こった場合のｖm+1 はその強度が異なるがその差はあ
まり大きくないので、Ｑ値が１００００００程度との高
い共振器内をｋ周した１連のパルスの集合（ｋ＝１〜１
００００００）としてでるパルス強度Ｖ（ｔ）において
は１回のビット抜けの影響は小さい。本実施例の場合ビ
ット抜けした場合損失の最大常数Ｌ0 は利得Ｇの高々
１．２倍程度であり、パルス尖塔値はたかだか２０％の
変動にとどまる。６ビット連続のビット抜けまでは信号
強度５０％以上を維持して、同期したパルス列信号を出
力した。したがって完全な単純繰り返し信号でなくコー
ド化された信号であってもそのビット抜けが多数回連続
しなければ出力パルスはその一定の繰り返し周期でクロ
ックパルスを出しつづける。よって、情報を乗せた光信
号から直接クロック周波数を同期させることが可能にな
った。
【００２８】本発明では制御光と主レーザ光は異なる向
きの導波路を進むのでお互いの発振特性、Ｑ値にはあま
り制限されないのでモード同期素子の固有発振波長の前
後２０nm程度の入射波長感度の自由度を有する。これに
より、制御光はレーザ共振器の電流、閾値、波長依存性
の影響を受けず独立に設定することができる。この素子
はレーザ部の個体差に起因する不確定条件に制限されず
安定動作条件をみいだすことが可能なので外部光制御素
子として有用である。尚、上記実施例では、ＩnＧaＡs
／ＩnＡlＡsＭＱＷ構造の活性層のレーザの例について
のべたが、本発明は、ＩnＰ／ＩnＧaＡs、ＡlＧaＡs／
ＧaＡs、ＩnＧaＡs／ＩnＧaＡsＰなどのＭＱＷや歪超格
子、バルクの半導体結晶を用いた半導体レーザに対して
も同様に適用することができる。
きの導波路を進むのでお互いの発振特性、Ｑ値にはあま
り制限されないのでモード同期素子の固有発振波長の前
後２０nm程度の入射波長感度の自由度を有する。これに
より、制御光はレーザ共振器の電流、閾値、波長依存性
の影響を受けず独立に設定することができる。この素子
はレーザ部の個体差に起因する不確定条件に制限されず
安定動作条件をみいだすことが可能なので外部光制御素
子として有用である。尚、上記実施例では、ＩnＧaＡs
／ＩnＡlＡsＭＱＷ構造の活性層のレーザの例について
のべたが、本発明は、ＩnＰ／ＩnＧaＡs、ＡlＧaＡs／
ＧaＡs、ＩnＧaＡs／ＩnＧaＡsＰなどのＭＱＷや歪超格
子、バルクの半導体結晶を用いた半導体レーザに対して
も同様に適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、極
短光パルス発生動作を行う半導体レーザにおいて、可飽
和吸収領域を含むレーザ導波路共振器に対し異なる向き
に配置された入射光増幅導波路を通して制御光により変
調領域の制御を行う為、 （１）電気変調を介さず外部より入射する制御光により
制御するため電気駆動系の出力や応答速度に制限されず
に高速の光信号直接処理ができる。 （２）レーザ導波路と異なる方向より入射するため外部
より制御光を入射する際、その波長や位相が主レーザの
Ｑ値によれず安定している。 （３）入射光強度が導波路上で増幅がされるため、入射
光に対する変調領域の感度は大きくなる。 従って、本発明の光制御パルスレーザは、波長的制約の
余り大きくない、微弱な入射光制御により狭いパルス幅
の高繰り返パルス列を発生することができる。また、本
発明の光制御パルスレーザはコード化されたパルス列か
ら信号飛びのない周期的同期パルスを発生させることも
できる。更に、本発明の光制御パルスレーザは光交換、
光情報処理のクロック再生、変調／復調に応用できるも
のである。
短光パルス発生動作を行う半導体レーザにおいて、可飽
和吸収領域を含むレーザ導波路共振器に対し異なる向き
に配置された入射光増幅導波路を通して制御光により変
調領域の制御を行う為、 （１）電気変調を介さず外部より入射する制御光により
制御するため電気駆動系の出力や応答速度に制限されず
に高速の光信号直接処理ができる。 （２）レーザ導波路と異なる方向より入射するため外部
より制御光を入射する際、その波長や位相が主レーザの
Ｑ値によれず安定している。 （３）入射光強度が導波路上で増幅がされるため、入射
光に対する変調領域の感度は大きくなる。 従って、本発明の光制御パルスレーザは、波長的制約の
余り大きくない、微弱な入射光制御により狭いパルス幅
の高繰り返パルス列を発生することができる。また、本
発明の光制御パルスレーザはコード化されたパルス列か
ら信号飛びのない周期的同期パルスを発生させることも
できる。更に、本発明の光制御パルスレーザは光交換、
光情報処理のクロック再生、変調／復調に応用できるも
のである。
【図１】従来のモード同期レーザを示す概略斜視図であ
る。
る。
【図２】本発明の一実施例に係る光制御パルスレーザの
概略斜視図である。
概略斜視図である。
【図３】光制御モード同期半導体レーザの構成図であ
る。
る。
【図４】光制御モード同期レーザの構成図である。
【図５】コード化された信号光のクロック抽出実施例を
示す説明図である。
示す説明図である。
１ｃ 利得領域 ２ｃ 変調領域（可飽和吸収領域） ３ｃ 位相調整領域 ４ｃ 光増幅導波路 ５ｃ 活性層 ７ｃ 高反射膜 ８ｃ 無反射膜 ９ｃ ＳiＯ2絶縁膜 ＩLD 利得注入電流 Ｖphase 位相調整電圧 Ｖc 変調印加電圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩村 英俊 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 吸収損失と利得を制御して短光パルスを
発生するモード同期半導体レーザにおいて、共振器を構
成する主レーザ導波路に中に、高い光利得を持つ利得領
域と、光変調可能な変調領域とを設け、かつ、前記主レ
ーザ導波路に対して交差する方向から前記変調領域に制
御光を導く光導波路を設けたことを特徴とする光制御パ
ルスレーザ。 - 【請求項２】 前記主レーザ導波路中に、電圧により共
振器光路長を変化させる位相調整領域を設けて発生パル
スの周期を調整できることを特徴とする請求項１記載の
光制御パルスレーザ。 - 【請求項３】 前記光導波路は、制御光を増幅する機能
を持つことを特徴とする請求項１記載の光制御パルスレ
ーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21109492A JPH0661586A (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 光制御パルスレーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21109492A JPH0661586A (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 光制御パルスレーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0661586A true JPH0661586A (ja) | 1994-03-04 |
Family
ID=16600318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21109492A Withdrawn JPH0661586A (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 光制御パルスレーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0661586A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09167870A (ja) * | 1995-12-15 | 1997-06-24 | Nec Corp | 光クロック再生器 |
| JP2009016546A (ja) * | 2007-07-04 | 2009-01-22 | Anritsu Corp | 短光パルス発生装置、及び、それを用いた光サンプリングオシロスコープ並びに光信号品質モニタ |
| JP2011181789A (ja) * | 2010-03-03 | 2011-09-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体光源 |
| US8182124B2 (en) | 2006-10-13 | 2012-05-22 | Murakami Corporation | Door mirror incorporating a lamp |
-
1992
- 1992-08-07 JP JP21109492A patent/JPH0661586A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09167870A (ja) * | 1995-12-15 | 1997-06-24 | Nec Corp | 光クロック再生器 |
| US8182124B2 (en) | 2006-10-13 | 2012-05-22 | Murakami Corporation | Door mirror incorporating a lamp |
| JP2009016546A (ja) * | 2007-07-04 | 2009-01-22 | Anritsu Corp | 短光パルス発生装置、及び、それを用いた光サンプリングオシロスコープ並びに光信号品質モニタ |
| JP2011181789A (ja) * | 2010-03-03 | 2011-09-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体光源 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991102 |