JPH11195843A - 低減されたｓｂｓのためのレーザ送信器 - Google Patents

低減されたｓｂｓのためのレーザ送信器

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JPH11195843A
JPH11195843A JP10297953A JP29795398A JPH11195843A JP H11195843 A JPH11195843 A JP H11195843A JP 10297953 A JP10297953 A JP 10297953A JP 29795398 A JP29795398 A JP 29795398A JP H11195843 A JPH11195843 A JP H11195843A
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modulator
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Laura Ellen Adams
エレン アダムス ローラ
Clyde George Bethea
ジョージ ベセア クライド
Lars Erik Eskildsen
エリック イースキルドセン ラーズ
Gerald Nykolak
ナイコラック ジェラルド
Roosevelt People
ピーピル ルーズヴェルト
Tawee Tanbun-Ek
タンバン−エク タウィー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は一般的にはレーザ送信機、より詳細
には光ファイバシステムで発生する刺激ブリユアン散乱
（Ｓtimultaed Ｂrillouin Ｓcattering：ＳＢＳ）を低
減するのに有効な広帯域調整可能な半導体レーザ送信機
を提供する。 【解決手段】 本発明による調整可能な半導体レーザ
は、MQWのアクティブ領域、一様なピットの格子を持つD
FB 領域、および第１の導波路を持つ利得セクションを
含む。この半導体レーザは、さらに、DFB 領域との間で
空胴共振器を形成する合成反射器を含むが、これは、MQ
W の第２の領域および第２の導波路を含む。合成反射器
に調整電圧を加えることで、屈折率の変化が引き起こさ
れ、これによって、搬送周波数を変化させることが可能
となる。ディザー信号を合成反射器に加えることで、レ
ーザ出力のスペクトラムの幅が広げられ、これによっ
て、光ファイバシステム内で発生するSBS が低減され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本出願は、『Broadband Tunable Semicond
uctor Laser Source』なる名称の特許出願第08/954305
号、「広帯域ネットワーク内でのサブ−キャリア多重
化」なる名称の平成１０年特許願第２９７９５２）、お
よび「信号の歪みを低減するのに有効な送信器」なる名
称の平成１０年特許願第２９７９５４号と同時に出願さ
れているため、これら特許出願についても参照された
い。
【０００２】
【発明の分野】本発明は一般的にはレーザ送信機、より
詳細には光ファイバシステムで発生する刺激ブリユアン
散乱（Ｓtimultaed Ｂrillouin Ｓcattering：ＳＢＳ）
を低減するのに有効な広帯域調整可能な半導体レーザ送
信機に関する。
【０００３】
【発明の背景】刺激ブリユアン散乱（SBS）は、光ファ
イバシステムのシステム性能に悪影響を与える多数の非
線形現象の一つである。シリカ光ファイバ内でのブリユ
アン散乱(Brillouin scattering)は、音響波（つまり、
音波）によって局所的に誘引される屈折率の変動の結果
として散乱される光子に起因する。これら屈折率の変動
は、ファイバコアを構成するシリカの結晶格子内での音
響振動に起因する。さらに、非線形レジームにおいては
屈折率は光の強度に依存するために、ファイバ内に強い
光が存在する場合もシリカの結晶格子に振動が起こり、
このために音響波が生成され、この結果光がより多く散
乱することとなる。SBS 閾値電力が超えられた場合（こ
れは幾つかのWDM システムにおいては１０ｍＷ／チャネ
ルという低い値を持つが）、強い順方向に伝播する信号
（例えば、伝送信号）からの光が逆方向に伝播する信号
（ストークス信号(Stokes singal) として知られる）に
利得が与え（つまり、ストークス信号を刺激し）、この
ため、このストーク信号が伝送信号を著しく劣化させる
ことがある。
【０００４】一方、多くの用途においては伝送信号は比
較的高い電力にて発射されることを要求される。このた
め、SBS を含めて最大発射電力を制限するような要因は
問題となる。例えば、発射電力が制限されると、光ファ
イバ伝送システム内の許容無中継間隔の長さや、ファイ
バを基礎とする配信システム（例えば、CATVシステム）
内で用いることが許されるスプリット（ファンアウト）
の数は低減する。この問題を解消するための一つの方法
は、SBS が最初に発生する電力のレベルを上げる（つま
り、SBS 閾値を増加する）方法である。このSBS 閾値は
任意的に逆方向ストークス信号の電力がレイリー（Rayl
eigh）散乱信号の電力と等しくなる、つまり、総反射電
力が２倍になる、発射光電力のレベルとして定義され
る。
【０００５】過去にもSBS 閾値を増加させる様々な方法
が考案されているが、どれも完全とはいえない。これら
方法の多くは、SBS の効率は伝送信号のライン幅を増加
すると低減するという事実に基づく。つまり、源のスペ
クトラム幅を変調を介して人為的に広げることで、SBS
閾値が増加される。ただし、一つのアプローチでは、レ
ーザ送信機の出力を変調するために外部位相変調器が必
要となる。つまりこの外部位相変調器を用いて伝送信号
のスペクトラムの幅がその位相をランダムに変化させる
ことで広げられる。第２のアプローチにおいては、波長
のディザリングあるいは逆調整（detuing)が利用され
る。このアプローチでは、小型の特殊な加熱素子を用い
てレーザの温度が局所的に変化され、これによって、波
長がわずかな量だけ変化される。波長ディザーの周波数
は数キロヘルツのオーダである。ただし、これらアプロ
ーチでは、スペクトラムの幅を広げるために、複雑で高
電圧のドラビング波形が必要となる。別の方法として、
DFB レーザ送信機を小さな信号にて直接に変調する方法
も提唱されている。ただし、このアプローチでは、比較
的大きなSBS閾値が要求される場合、かなり大きな振幅
変調（AM）が発生し、このためにシステムの性能が劣化
する。伝送信号のスペクトラムの幅を人為的に広げる操
作を含まない点で上述のアプローチとは大きく異なる従
来の技術によるもう一つのアプローチにおいては、伝送
信号にデュオバイナリ変調(duobinary modulation)を施
すことによってSBS が抑圧される。このデュオバイナリ
変調法においては、スペクトラム内に光キャリア（搬送
波）が存在しないために、通常のバイナリ変調フォーマ
ット(binary modulation format)と比較して、SBS 閾値
は増加する。ただし、このデュオバイナリ変調フォーマ
ットは、幾つかのシステム用途には適さない。
【０００６】従って、当分野においては、単純で、低電
圧の制御信号を用いることができ、特別なコーディング
（変調）フォーマットは必要とせず、しかも、残留AMの
レベルが低い刺激ブリユアン散乱（SBS ）を低減するた
めの方法に対する必要性が存在する。
【０００７】
【発明の概要】本発明によると、上述の必要性が広帯域
で調整可能なレーザによって解決される。このレーザ
は、一体化された内部空胴合成反射器を含み、これに調
整電圧とディザー信号が加えられる。調整電圧は搬送周
波数の粗い調整のために用いられ、ディザー信号はSBS
を低減するために用いられる。このディザー信号は、一
つの実施例においては正弦波形から成り、もう一つの実
施例においては三角波形から成る。
【０００８】この調整可能なレーザは、光出力信号を、
例えば、WDM システムのＮ個のチャネルに対応する複数
の波長を持つＮ個の異なる縦モードの任意の一つにて供
給する。一例として、このレーザは、MQW のアクティブ
領域、アクティブ領域によって生成される刺激放出（つ
まり、レーザ光）の公称波長を選択するDFB 領域、およ
びアクティブ領域に光学的に結合されたレーザ出力信号
が出ることを許す第１の導波路を含む。この調整可能な
レーザは、一つの特徴として、第１の導波路の一端に結
合された第２の合成反射器を含み、これによってDFB 領
域との間に空胴共振器が形成される。本発明の一面によ
ると、この第２の合成反射器は、MQW のアクティブ領域
に光学的に結合されたMQW の第２の領域、一端が第１の
導波路に光学的に結合された第２の導波路、および第２
の導波路の他端の所に配置された高い反射率を持つ誘電
層を含む。レーザ光の搬送周波数を調整するために、順
バイアス調整電圧がMQW の第２の領域に加えられ、これ
によってプラズマ効果を通じて屈折率の変化が引き起こ
される。さらに、刺激ブリユアン散乱（SBS） を低減す
るために、MQW の第２の領域にディザー信号が加えら
れ、これによって出力信号のスペクトラムの幅が広げら
れる。本発明および本発明の様々な特徴および長所が、
以下のより詳細な説明を付録の図面を参照しながら読む
ことによって一層明らかになるものである。
【０００９】
【発明の詳細な記述】刺激ブリユアン散乱（SBS）の低
減 図３に示すように、広帯域調整可能な半導体レーザ１０
は、利得セクション１２と一体化された（集積）内部空
胴合成反射器セクション１４とを含み、これらが互いに
タンデムに配置される。電流ドライバ１６が利得セッシ
ョン１２に電流を供給し、これによって、出力信号２０
が生成される。後により詳細に説明するように、バイア
ス源１８から合成反射器セクション１４に順バイアスDC
電圧を供給し、レーザ内部空胴の光場の位相を制御する
ことで、出力信号の搬送周波数（中心波長）が大まかに
調整される。加えて、出力信号は、典型的には、この出
力信号が刺激ブリユアン散乱（SBS）を生成する傾向を
持つ伝送媒体（図示しないが、例えば、シリカ光ファイ
バ、）に結合される。本発明の一面によると、このSBS
を低減するために、さらに比較的低周波で低電圧のディ
ザー信号が合成反射器セクション１４に加えられる。こ
れによって、出力信号のスペクトラムの幅が広げられ、
結果としてSBS 閾値が増加される。一般的には、このデ
ィザー信号の周波数は、デジタル用途においては、出力
信号のビット速度よりもかなり低いことが要求され、ア
ナログ用途においては、変調周波数よりもかなり低いこ
とが要求される。
【００１０】例Ｉ：正弦波のディザー信号 上述のように、刺激ブリユアン散乱（SBS）閾値電力
は、レーザエネルギーをより広い帯域幅に渡って分散さ
せることで増加ができる。本発明による調整可能なレー
ザでは、以下により詳細に説明するように、比較的小さ
い振幅（例えば、５乃至１００ｍＶ）と低い周波数（例
えば、１０乃至１００ｋＨｚ）を持つディザー信号を用
いてスペクトラムの幅を大きく広げることができる。以
下の実験において示される様々なパラメータは、単に解
説のために与えられるもので、特に明示しない限り、本
発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【００１１】本発明によるレーザが、出力信号を１５５
１．８ｎｍの波長にて供給するように調整され、この出
力信号にデータが２．５ＧＨｚのビット速度にて印加さ
れた（データにて変調された）。これら実験において
は、ディザー信号として、１００ｍＶのオーダのピーク
・ツウ・ピーク電圧および１００ｋＨｚのオーダの周波
数を持つ正弦波信号が用いられた。図４は、レーザ１０
のスペクトラムの幅を広げられた出力信号２０の半波高
全幅値（half width at maimum,FWHM） をディザー信号
のピーク・ツウ・ピーク電圧の関数として示す。このデ
ータ値は、線形フット（あてはめ）に良く一致すること
がわかる。図４には、結果としての残留AMについてもデ
ィザー信号の電圧の関数として示される。例えば、ディ
ザー信号の電圧が１０７ｍＶ場合、スペクトラムの幅
は、７．９ＧＨｚなる半波高全幅値（FWHM）に広がり、
結果として、SBS 閾値は、２５．９ｄＢｍとなる。これ
とは対照的に、ディザー信号が加えられない場合のSBS
閾値は、１０．６ｄＢｍであった。こうして、この比較
的低い振幅のディザー信号によってSBS 閾値を１５．３
ｄＢｍだけ増加できることがわかった。これに対応する
残留AMはたった２．９％であった。
【００１２】図５は、SBS 閾値を出力信号２０のスペク
トル幅の関数として示す。加えてこのデータ値の線形フ
ットも示される。図示するように、スペクトラム幅が１
ＧＨｚ以下であるときは、SBS 閾値は５０ｍＷ以下であ
るが、スペクトラム幅がほぼ８ＧＨｚまで増加するのに
伴いSBS 閾値も３５０ｍＷ以上に増加する。
【００１３】１５５１．８ｎｍとは異なる波長のチャネ
ルの場合も、これら比較的低い振幅のディザー信号に
て、匹敵するスペクトルの幅の広がりが見られる。
【００１４】例ＩＩ：三角波ディザー信号 正弦波の代わりに三角波のディザー信号（例えば、１０
０ｋＨｚ、９５ｍＶのピーク・ツウ・ピーク電圧を持つ
ディザー信号）を用いて、他は例１と同一の実験を行な
った。この場合も、スペクトラム幅の広がり（１２ＧＨ
ｚ）、SBS 閾値（２５ｄＢｍ）、および残留AM（１．２
％）については、例１と同様な結果が得られた。ただ
し、エネルギー分布については、三角波の場合は、ほぼ
一様であるのに対して；正弦波の場合は、スペクトラム
の両端には、鋭いスパイクが生成され、中央部では、弓
形に窪んだセグメントが生成される。（ただし、これら
２つのスペクトルは、同一量の積分エネルギー値を持
つ）。三角波の場合の方がスペクトラム分布がより一様
になるため、ピーク電力は低くなる。図６はスペクトラ
ムスの幅が約７ＧＨｚの場合について示す。
【００１５】広帯域調整 次に、図１および図２との関連で、図３の広帯域調整可
能なレーザ源１０の構造および動作についてより詳細に
説明する。ただし、簡単のために、以下の説明において
は、変調器４０については割愛する。より詳細には、レ
ーザ源１０は、光出力信号２０を、異なる波長λi （ｉ
＝１、２、．．．、Ｎ）を持つ複数のＮ個の縦モードの
任意の一つとして生成する。出力信号２０は、例えば、
WDM システム（図示せず）の伝送軸２２に沿って伝播す
る。ここで考慮するシステムは、低速用途（例えば、ネ
ットワークの再構成が頻繁でない用途）、並びに比較的
高速要素（例えば、光パケット交換用途）の両方を対象
とする。いずれの場合も、調整可能なレーザ源１０は、
利得セクション１２と合成反射器セクション１４とによ
って形成される空胴共振器を含む。
【００１６】利得セクション１２は、比較的広い有効バ
ンドギャップを持つMQW のアクティブ領域１２．１、ア
クティブ領域に光学的に結合された一様ピッチの格子を
含むDFB領域１２．２、およびこれもアクティブ領域に
光学的に結合された比較的狭いバンドギャップを持つ第
１の導波路１２．３を含む。この第１の導波路１２．３
の出力は、比較的低い反射率を持つ誘電層（あるいは複
数の層の合成、例えば、ARコーティング）１２．７を通
じて伝送軸２２に結合される。電流ドライバ１６によっ
て閾値以上の順バイアス電流が、電極１２．４、１２．
６を介して、アクティブ領域に加えると、レーザ源１０
は、MQW 領域の組成および利得スペクトラムによって定
まる波長の光（放射線）を生成する。これら調整メカニ
ズムが不在の場合は、DFB 格子のピッチによって利得ス
ペクトラム内のどの縦モードが選択されるへきかが決定
される。こうして選択されたモードが第１の導波路１
２．３に結合され、レーザ出力２０となる。後に説明す
るように、異なる波長を持つ複数のＮ個の縦モードの任
意の一つを、本発明の様々な特徴に従ってレーザ設計を
修正することで選択することができる。
【００１７】本発明の第１の局面によると、レーザ源１
０に合成反射器セクション１４が設けられる。これは、
上述のように、利得セクション１２（つまり、DFB領域
１２．２）と一体となって、空胴共振器を形成する。よ
り詳細には、合成反射器セクション１４は、MQW のアク
ティブ領域１２．１に光学的に結合されたMQW の第２の
領域１４．１、一端が第１の導波路１２．３に光学的に
結合された第２の導波路１４．３、および第２の導波路
１４．３の他端に配置された比較的高い反射率を持つ誘
電層（あるいは複数の層の合成、例えば、HRコーティン
グ）１４．７を含む。
【００１８】本発明の第２の局面によると、図２に示す
ように、レーザ源１０の第１の導波路１２．３は、所定
の形状（例えば、ライズドサイン(rised-sine)形状）を
持ち、これによって、導波路１２．３の部分１２．３ｂ
（つまり、電極１２．４の下の部分）が、WDM システム
のＮ個の異なる波長（つまり、複数のチャネル波長）に
対応するＮ個のゾーンにセグメント化される。図２にλ
i （ｉ＝１、２、．．．、Ｎ）として示されるこれらゾ
ーンは、導波路１２．３ｂが各ゾーンにおいて格子ライ
ンに対して異なるスロープ（傾き）を持つために、異な
る波長の光フィードバックを供給する。ただし、レンジ
λ1 乃至λN に渡っての連続的な調整は、これら波長に
対応する全ての縦モードが、本質的に同一の閾値利得を
持つ場合にのみ可能となる。この切実な要件は、導波路
１２．３ｂの形状（これはモードの利得スペクトラムの
平坦さを決定する）と、ドライブ電流（これはMQW のア
クティブ領域１２．１の利得を決定する）との組合せに
よって達成される。これに加えて、導波路のスロープが
より大きなゾーンに対応するモードはより大きな損失を
受ける。この大きな波長スロープを持つ長い波長ゾーン
λN における高い損失を補償するために、導波路１２．
３には、直線（つまり、線形）部分１２．３ｓが、所定
の形状を持つように整形された部分１２．３ｂと合成反
射器セクション１４の第２の導波路１４．３との間に設
けられる。電極１２．４が直線部分１２．３ｓと重複す
るために、Ｎ番目のモードには追加の利得が与えられ、
こうして、より高い損失が相殺される。（つまり、図２
に示すように、Ｎ番目のモードに対するゾーンは、λN
として示される電極１２．３ｂの下の部分に加えて、
λ’N として示される電極１２．３ｓの下の部分も含
む）。
【００１９】導波路部分１２．３ｂおよび１２．３ｓの
形状ｙ（ｘ）と、これらの対応する格子ピッチ関数Λ
（ｘ）は、以下のようにセットの式によって記述するこ
とができる。レンジＬｓ≦ｘ≦Ｌ 内では、導波路１
２．３ｂの形状は、本質的に、以下の式（１）によって
与えられるライズドサイン形状（raised-sine shape）
に従う。
【００２０】
【数１】 ここで、ｘは、光の伝播の方向に沿って（例えば伝送軸
２２に沿って）の距離を表し、Ｗは、直線部分１２．３
ｓが省かれたときのｙ（ｘ）の伝送軸２２からの最大変
位を表し、Ｌs は、直線導波路部分１２．３ｓの長さを
表し、Ｌb は、整形された導波路部分１２．３ｂの長さ
を表す。そして、対応する格子ピッチは、以下の式
（２）によって与えられる。
【数２】 ここで、Λ0 は、DFB領域１２．２の一様な格子のピッ
チを表す。これとは対照的に、レンジＬb ≦ｘ≦（ Ｌb
＋Ｌs ）内では、導波路１２．３ｓの形状は、以下の
式（３）によって与えられる直線の関数に従う。
【数３】 そして、対応する格子のピッチは、以下の式（４）によ
って与えられる。
【数４】 ２つの導波路セグメントに対して、このようにライズド
サイン関数と直線関数の組合せを用いるのが好ましい
が、ただし、考慮する個々の特定のアプリケーションに
応じて他の関数を用いることもできる。
【００２１】本発明の第３の局面によると、レーザ源１
０に、合成反射器１４に電気制御信号を加える手段が設
けられる。これは、第２の導波路１４．３内を伝播する
光の位相、従って、レーザ源全体を変化させるために用
いられる。一例として、電気信号がバイアス電圧源１８
から電極１４．４および１２．６を介して合成反射器セ
クション１４に加えられる。この制御信号は、様々な形
式（つまり、電流あるいは電圧）を取ることができる。
ただし、高速用途に対しては、この制御信号として、逆
バイアス電圧を用いるのが好ましい。この逆バイアス電
圧によって、MQWの第２の領域１４．３内に量子拘束シ
ュタルク効果（Ｑuantum Ｃonfined Ｓtark Ｅffect：
ＱＣＳＥ）が引き起こされ、このQCSE効果により、MQW
の第２の導波路領域１４．３の屈折率が変化し、結果と
して第２の導波路１４．３内を伝播する光の位相が変化
される。他方、SBS の低減のためには、特に、残留AMの
レベルを押さえたい場合は、この制御信号として、順バ
イアス電圧を用いるのが好ましい。この順バイアス電圧
によって、プラズマ効果を介して屈折率の変化が引き起
こされる。こうして、加える電圧を変化させることによ
って、レーザ源１０を、第１の導波路１２．３のＮ個の
ゾーンによってスパンされる波長に対応する比較的広い
波長レンジに渡って調整することができる。
【００２２】一般的に、単一のパラメータ、例えば、合
成反射器セクション１４に加えられる制御電圧のレベル
を変化させるのみで、レーザ源の波長をかなり広いレン
ジ（例えば、約２ｎｍ）に渡って、比較的高い速度（例
えば、５０乃至１００ｐｓ）にて調整することができ
る。ただし、複数のパラメータ、例えば、制御電圧のレ
ベル、ドライブ電流およびレーザの温度を変化させる
と、速度は幾分遅くなるが（例えば、ミリ秒乃至ナノ秒
のレンジとなるが）、より広い波長レンジ（例えば、１
０乃至１２ｎｍ）に渡っての調整が可能になる。
【００２３】以下の例は、比較的低速の用途と比較的高
速の用途の両方について、本発明の効果を示す。様々な
材質、寸法、動作条件、その他のパラメータは、単に解
説を目的として示されるものであり、改めて言明されな
い限り、本発明の範囲を限定することを意図するもので
はない。
【００２４】例III：低速調整 レーザ源１０が選択的エリア成長MOVPEを用いて製造さ
れた。つまり、この方法にて様々な半導体層を成長さ
せ、続いて、通常の処理を用いて、エッチング整形、電
極の堆積、その他が行なわれた。MQW の領域１２．３お
よび１４．３は、ひずみInGaAsP（１．５５μｍのバン
ドギャップを持つ）と、障壁層としてのInGaAsP（１．
２８μｍのバンドギャップを持つ）がインタリーブする
７層から構成された。縦モードの制御は、１μｍ幅の周
知のCMBH構造を形成することで達成された。CMBH構造の
片側に、漏れ電流および寄生キャパシタンスを低減する
ために、厚さ３μｍのInP:Fe電流阻止層が形成された。
長さ約８０μｍの浅い溝１９を用いて、電気的絶縁が強
化された。この抵抗値は、典型的には、２５ｋΩとされ
た。導波路１２．３ｂと導波路１２．３ｓの形状は、本
質的に、それぞれ、上述の式（１）と式（３）に従うよ
うに形成され、これらは、WDMシステムの１５４９．４
乃至１５６０．７ｎｍの波長レンジの８個のチャネル
（各チャネルは約１．４ｎｍ幅）に対応する８個の縦モ
ードに所定の利得を与えるように設計された。
【００２５】バイアス電圧、ドライブ電流および温度を
適当に選択することで、レーザ源を８個の全てのチャネ
ルに渡って（１１ｎｍ以上のレンジに渡って）調整する
ことができた。シングルモードファイバに供給される電
力は、典型的には、６０ｍＡのドライブ電流において１
０ｍＷであった。平均サイドモード抑圧は、約３６ｄＢ
であった。以下のテーブルは、３つのパラメータを変動
することで達成される比較的広い１１ｎｍレンジに渡っ
ての調整の様子を示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】低速調整の場合のこの１１ｎｍというレン
ジは、従来の技術の結果として報告されている最良の結
果の二倍以上である（比較のためには、H.Hillmer et a
l.,IEEE J.Selected Topics in Quantum Electronics,V
ol.1,No.2,pp.356-362(1995)を参照されたい）。
【００２８】例IV：高速調整 例III との関連で説明したのと類似するレーザ源を用い
て、単一パラメータによる比較的広い波長レンジに渡っ
ての高速調整の実証を試みた。単一パラメータとして
は、合成反射器セクション１４に加えられるバイアス電
圧が選択された。３５０ｐｓなる周期を持つバイアス電
圧にてドライブすることで、レーザ出力が、同一の速度
にて、高波長（１５５１．７ｎｍ）と低波長（１５５
０．０ｎｍ）との間で交互に調整された。出力は、短波
長から長波長に向かっては、１．７ｎｍのレンジを通じ
て、５６ｐｓの速度にてスイッチされ、逆方向には、１
３４ｐｓの速度にて戻された（１０％から９０％の上昇
時間）。サイドモード抑圧比は、調整の際で約３５ｄＢ
であった。この高速調整レンジは、従来の技術において
報告されている結果と比べてほぼ一桁良い（比較のため
には、H.Nakajima et al.,OFC Technical Digest,p.276
(1996)を参照されたい）。４つのレベルのバイアス電圧
を用いての４つのチャネル（チャネル間隔約０．７ｎ
ｍ）の間での高速スイッチングについても試みられた
が、この結果、本発明による調整可能なレーザ源は複数
のWDM チャネルにアドレスし、これらチャネルを非常に
高速度にてスイッチできる能力を持ち、このため、この
レーザ源をWDM ネットワークに用いることで、光信号を
セルベースにて、大きな保護時間を必要とすることな
く、ルーティングできることが実証された。
【００２９】理解できるように、上述の構成は、単に、
本発明の原理が適用できると考えられる幾つかの具体的
な実施例を示すことを目的として説明したものである。
当業者においては、本発明の原理に従う多様な他の構成
が本発明の精神および範囲から逸脱することなく考案で
きるものと思われる。例えば、長距離伝送システムにお
いては、ファイバの分散がパルス幅と共に増加するため
に、通常は、狭いライン幅のレーザ源が用いられる。た
だし、この場合でも、ドライブ電流が一様でない場合
は、これに起因するレーザの空間ホールバーニングのた
めに、ライン幅が増加する傾向がある。従って、MQWの
アクティブ領域１２．１に実質的に一様なドライブ電流
を加えることは非常に重要なことである。これを達成す
るために、好ましくは、電極１２．４はセグメント化さ
れていない単一の電極とされ、MQWのアクティブ領域１
２．１についても、セグメント化されてない単一の領域
とされる。本発明にこれら特徴を採用することで、１乃
至２ＭＨｚの帯域幅を達成することが可能となるが、こ
の値は、従来の技術によるセグメント化された設計を用
いる方法と比べて一桁の向上を意味する（比較のために
は、上述のHillerらおよびNakajimaらの論文を参照され
たい）。
【００３０】加えて、調整可能なレーザの出力を変調す
ることもできる。これを実現するために、図７に示すよ
うな集積光回路が製造された。この光回路は、外部（つ
まり、空胴外）変調器４０を含み、これには一例として
電子吸収変調器が用いられる。加えて、この光回路は前
述のタイプの調整可能なレーザを含む。ソース４２から
のデータがレーザ出力にAMの形式（つまり、オンオフキ
ーイング）にて印加される。このようにして、SBS の低
減、データの変調、および複数のWDM チャネルの間の波
長の調整という３つの機能が単一の集積デバイスにて実
現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施例による調整可能な半導体
レーザの略断面図である。
【図２】図１のレーザの略正面図である。
【図３】図１のレーザの略図であるが、特に、コンパジ
ット反射器セクション１４に結合されたSBS を低減する
ためのディザー信号源３０が示される。
【図４】伝送信号の帯域幅（FWHM）と残留AMを図３のデ
ィザー源３０によって供給されるディザー信号の電圧の
関数として示すグラフである。
【図５】SBS 閾値をスペクトラムの幅（FWHM）の関数と
して示すグラフである。
【図６】正弦波ディザー信号を用いてスペクトラムの幅
を広げられた信号と、三角波ディザー信号を用いてスペ
クトラムの幅を広げられた信号を比較して示すグラフで
ある。座標軸の大きさは任意単位（a.u.）にて示す。
【図７】本発明の一面による光集積回路送信機の略図で
ある。尚簡潔および明快さのため図１乃至３は実寸では
描かれていない。
【符号の簡単な説明】
１０ 広帯域で調整可能なレーザ送信機 １２ 利得セクション １４ 合成反射器セクション １６ 電流ドライバ １８ 電圧バイアス源 ２０ 出力信号 ３０ ディザー信号源 ４０ 外部変調器 ４２ データ源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クライド ジョージ ベセア アメリカ合衆国 08823 ニュージャーシ ィ，フランクリン，グリスト ミル レー ン ８ (72)発明者 ラーズ エリック イースキルドセン デンマーク国 デーケー−2800リングバ イ，４ テーエッチ，ジェンバネヴジ ３ エッチ (72)発明者 ジェラルド ナイコラック アメリカ合衆国 11561 ニューヨーク, ロング ビーチ ロング アイランド，フ ランクリン ブウルヴァード 320 (72)発明者 ルーズヴェルト ピーピル アメリカ合衆国 07060 ニュージャーシ ィ，プレインフィールド，シェリダン ア ヴェニュー 642 (72)発明者 タウィー タンバン−エク アメリカ合衆国 07830 ニュージャーシ ィ，カリフォン，ビッグ オーク ウェイ ８

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ送信機であって、この送信機が：
    光ファイバに光出力信号をＮ個の異なる縦モードの任意
    の一つにて供給するためのチューナブルレーザ源を含
    み、このレーザ源がMQW のアクティブ領域、前記アクテ
    ィブ領域に光学的に結合されたこれがレージングする縦
    モードの公称波長を選択するDFB 領域、および前記アク
    ティブ領域に光学的に結合されたレーザ出力信号が出る
    ことを許す第１の導波路を含む利得セクション、および
    前記第１の導波路の一端に光学的に結合された前記DFB
    領域との間でキャビィティ共振器を形成する合成反射器
    を含み、この合成反射器が、前記MQW のアクティブ領域
    に光学的に結合されたMQW の第２の領域、一端が前記第
    １の導波路に光学的に結合された第２の導波路、および
    前記第２の導波路の他端の所に配置された比較的高い反
    射率を持つ誘電層を含み、この送信機がさらに、 前記MQWの第２の領域に調整電圧を加えることで、この
    中に屈折率の変化を引き起こし、これによって、前記出
    力信号の搬送周波数を変化させるための第１のチューナ
    手段、およびドライブ電流を前記アクティブ領域に加え
    るためのドライバ手段を含み、 前記アクティブ領域に加えられる電流と前記第１の導波
    路の形状が互いに前記Ｎ個の縦モードが本質的に同一の
    閾値利得を持ち、かつ、前記DFB 領域の前記第１の導波
    路がその間を延びる部分がＮ個のゾーンにセグメント化
    されるように適合され、各ゾーンが光信号（光フィード
    バック）を前記複数の縦モードの異なる一つに対応する
    一つの異なる波長にて供給し、この送信機がさらに前記
    出力信号のスペクトルの幅を広げ、結果として前記ファ
    イバ内で発生するSBS を低減する効果があるディザー信
    号を前記MQW の第２の領域に加えるディザー源を含むこ
    とを特徴とするレーザ送信機。
  2. 【請求項２】 前記ディザー信号が三角波形を持つこと
    を特徴とする請求項１のレーザ送信機。
  3. 【請求項３】 さらに、情報を前記出力信号上に印加す
    るための変調器を含み、前記ディザー信号の周波数が、
    前記変調器がデジタルシステムの変調器である場合は、
    変調出力信号のビット速度よりかなり低く、前記変調器
    がアナログ信号の変調器である場合は、変調周波数より
    かなり低くされることを特徴とする請求項１のレーザ送
    信機。
  4. 【請求項４】 前記変調器が前記レーザと一体化された
    電子吸収変調器であることを特徴とする請求項３のレー
    ザ送信機。
  5. 【請求項５】 前記第１の導波路部分が（発明の実施の
    形態の段落に記述される）式（１）によって定義される
    ライズドサイン（二乗正弦）関数に従う形状をことを特
    徴とする請求項１のレーザ送信機。
  6. 【請求項６】 前記アクティブ領域がセグメント化され
    ていない単一の領域であり、さらに、前記ドライブ電流
    をこの領域に実質に一様に加えるためのセグメント化さ
    れていない単一の電極が含まれることを特徴とする請求
    項１のレーザ送信機。
  7. 【請求項７】 前記調整電圧が前記合成反射器を順方向
    にバイアスし、これによって、この中にプラズマ効果を
    介して屈折率の変化を引き起こし、これによって前記出
    力信号内の残留AMが低減されることを特徴とする請求項
    １のレーザ送信機。
  8. 【請求項８】 WDM 光システムであって、このシステム
    がレーザ信号に応答してSBS を生成する傾向を持つ光フ
    ァイバ、および前記光ファイバに結合された光出力信号
    をこのWDM システムのＮ個のチャネルに対応するＮ個の
    異なる縦モードの任意の一つにて供給するためのチュー
    ナブルレーザ源を含み、このレーザ源がセグメント化さ
    れていない単一のInGaAsP MQW のアクティブ領域、前記
    アクティブ領域に光学的に結合されたこれがレージング
    する縦モードの公称波長を選択するための一様ピッチの
    格子を含むDFB領域、前記アクティブ領域に光学的に結
    合された第１のInGaAsP 導波路、および前記第１の導波
    路の一端に光学的に結合されたレーザ出力信号が出るこ
    とを許す比較的低い反射率を持つ第１の誘電体反射器を
    含む利得セクション、および前記第１の導波路の他端に
    光学的に結合された前記DFB 領域との間に空胴共振器を
    形成する合成反射器を含み、この合成反射器が、前記MQ
    W のアクティブ領域に光学的に結合されたInGaAsP の第
    ２の領域、一端が前記第１の導波路に光学的に結合され
    た第２のInGaAsP 導波路、および前記第２の導波路の他
    端に光学的に結合された比較的高い反射率を持つ第２の
    誘電層反射器を含み、 前記第１の導波路が、第１の部分と、第１の部分を前記
    合成反射器に光学的に結合する第２の部分とを含み、前
    記第１の部分の形状が本質的に（発明の実施の形態の段
    落に記述される）式（１）のライズドサイン関数に対応
    し、前記第２の部分の形状が本質的に式（２）の直線関
    数に対応し、このレーザ源がさらに前記MQWの第２の領
    域に順バイアス電圧を加えることで、この中に屈折率の
    変化を引き起こし、これによって、前記出力信号の搬送
    周波数を変化させるためのチューナ手段、およびドライ
    ブ電流を前記アクティブ領域の少なくとも前記第１の導
    波路に光学的に結合された幾つかのセクションに加える
    ためのドライバ手段を含み、前記第２の電極手段が、電
    流を前記アクティブ領域に実質的に一様に加えるための
    セグメント化されていない単一の電極から成り、 前記アクティブ領域に加えられる電流と前記第１の導波
    路の形状が互いに前記Ｎ個の縦モードが本質的に同一の
    閾値利得を持ち、かつ、前記DFB 領域の前記第１の導波
    路がその間を延びる部分がＮ個のゾーンにセグメント化
    されるように適合され、各ゾーンが光信号（光フィード
    バック）を、前記複数の縦モードの異なる一つおよび前
    記Ｎ個のチャネルの異なる一つに対応する異なる波長に
    て供給し、このレーザ源がさらに、 情報を前記出力信号上に印加するための前記レーザと一
    体化された電子吸収変調器、および前記出力信号のスペ
    クトラムの幅を広げる効果のあるディザー信号を前記MQ
    Wの第２の領域に加えることで前記ファイバ内のSBS を
    低減するためのディザー源を含み、前記ディザー信号の
    周波数が、前記変調器がデジタルシステムの変調器であ
    る場合は、変調出力信号のビット速度よりかなり低く、
    前記変調器がアナログ信号の変調器である場合は、変調
    周波数よりかなり低くされることを特徴とするWDM 光シ
    ステム。
  9. 【請求項９】 前記のＮ個のチャネルが、約１５４９ｎ
    ｍ乃至１５６１ｎｍの周波数レンジに渡り、前記レーザ
    源が前記レンジを通じて連続的に調整できることを特徴
    とする請求項８のWDM 光システム。
  10. 【請求項１０】 光システムであって、この光システム
    がレーザ信号に応答してSBS を生成する傾向を持つ光フ
    ァイバ、および前記光ファイバに結合される変調された
    チューナブル半導体レーザ出力信号を生成するための集
    積光回路を含み、この光回路が、前記出力信号を生成す
    るチューナブル半導体レーザ源と情報を前記出力信号上
    に印加する半導体変調器を含み、これらがタンデムに配
    置され、前記レーザ源が、DFB 利得セクションによって
    形成される前記レーザ信号をある与えられた搬送周波数
    にて生成する空胴共振器、前記共振器内のレーザ信号の
    位相を変化させるための合成反射器、調整電圧を前記合
    成反射器に加えることで前記出力信号の位相、従って前
    記出力信号の搬送周波数を変化させる調整源、および前
    記出力信号のスペクトラムの幅を広げ、これによって、
    前記ファイバ内で生成されるSBS を低減するために前記
    合成反射器にディザー信号を加えるディザー源を含むこ
    とを特徴とする光システム。
  11. 【請求項１１】 前記ディザー信号が三角波形を持つこ
    とを特徴とする請求項１０の光システム。
  12. 【請求項１２】 前記ディザー信号の周波数が、前記変
    調器がデジタルシステムの変調器である場合は、変調出
    力信号のビット速度よりかなり低く、前記変調器がアナ
    ログ信号の変調器である場合は、変調周波数よりかなり
    低くされることを特徴とする請求項１０の光システム。
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