JPH11231360A - Optical pulse compression device, optical pulse transmission equipment using the same, and laser beam generator - Google Patents

Optical pulse compression device, optical pulse transmission equipment using the same, and laser beam generator

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JPH11231360A
JPH11231360A JP2801198A JP2801198A JPH11231360A JP H11231360 A JPH11231360 A JP H11231360A JP 2801198 A JP2801198 A JP 2801198A JP 2801198 A JP2801198 A JP 2801198A JP H11231360 A JPH11231360 A JP H11231360A
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optical
light
optical pulse
pulse compression
pulse
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Kensuke Ogawa
憲介 小川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To compress about 10pj weak optical pulse transmitted through an optical fiber or the like. SOLUTION: A saturable absorption layer 203 is arranged in a position coinciding with the peak of the intensity of light in a distributed Bragg reflector or the like where the periodic distribution of the refractive index starts with a low-refractive index layer 201. When an optical pulse having a wide pulse width is made incident on this distributed Bragg reflector, the intensity of the optical pulse is increased by the low-refractive index layer 201 and a refractive index layer 202, and a part to be the leading edge of the optical pulse with respect to the time disappears by the saturable absorption layer 203. Thus, the pulse width is compressed only with one reflection.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体中の可飽和
吸収体による吸収飽和現象を利用して光パルスの圧縮を
行う技術に係わり、特に、10pj(ピコ・ジュール)程
度のエネルギの光パルスを用いる光伝送に適用するのに
好適な光パルス圧縮装置およびそれを用いた光パルス伝
送装置とレーザ光発生装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for compressing an optical pulse by utilizing an absorption saturation phenomenon of a saturable absorber in a semiconductor, and more particularly, to an optical pulse having an energy of about 10 pj (pico-joule). 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical pulse compression device suitable for application to optical transmission using, and an optical pulse transmission device and a laser light generator using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の光パルス圧縮技術では、短パルス
光を発生するモードロック固体レーザの小型化および自
己発振化を目的として、半導体中の吸収飽和が利用され
ている。吸収の無いAlAs/AlGaAs分布ブラッグ反射
器上に可飽和吸収体としてGaAs単一量子井戸を積層し
た素子を可飽和反射鏡として用い、100fs(フェムト
秒)以下のパルス幅の光パルスをモードロックCr:Li
SAFまたはTi:sapphire固体レーザで発生させた例
が、T.Tsuda,他により「オプテイックスレターズ19
95年第20巻12号1406〜1408ぺージ(Opt
ics Letters Vol.20,No.12, pp.1406‐14
08(1995))」に報告されている。
2. Description of the Related Art In a conventional optical pulse compression technique, absorption saturation in a semiconductor is used for the purpose of downsizing and self-oscillation of a mode-locked solid-state laser that generates short pulse light. A device in which a single quantum well of GaAs is stacked as a saturable absorber on an AlAs / AlGaAs distributed Bragg reflector having no absorption is used as a saturable reflector, and an optical pulse having a pulse width of 100 fs (femtosecond) or less is mode-locked. : Li
Examples generated by SAF or Ti: sapphire solid-state lasers are described in T. Tsuda, et al., "Optical Letters 19
1995 Vol. 20, No. 12, 1406-1408 (Opt
ics Letters Vol. 20, No. 12, pp. 1406-14
08 (1995)) ".

【0003】また、可飽和吸収体を反共鳴条件のファブ
リーぺロー型エタロン内に置き、3.3ps(ピコ秒)の
パルス幅の光パルスをモードロックNd:YLF固体レー
ザで発生させた例が、U.Keller,他により「オプテイッ
クスレターズ1992年第17巻7号505〜507ぺ
ージ(Optoics Letters Vol.17,No.7, pp.50
5‐507(1992))」に報告されている。
Further, there is an example in which a saturable absorber is placed in a Fabry-Perot etalon under anti-resonance conditions and an optical pulse having a pulse width of 3.3 ps (picoseconds) is generated by a mode-locked Nd: YLF solid-state laser. U. Keller, et al., Optics Letters, Vol. 17, No. 7, pp. 50, pp. 50-507, Vol. 17, No. 7, 1992.
5-507 (1992)).

【0004】さらに、従来の光パルス圧縮技術におい
て、可飽和吸収を利用しない技術として、光ファイバの
カー効果による自己位相変調と光ファイバーグレーテイ
ングを使い、パルスレーザからの光パルスを圧縮した例
が、J.A.R.Williams,他により「アイトリプルイー
フォトニクス テクノロジー レターズ1995年第7
巻5号491〜493ぺージ(IEEE Photonics T
echnology LettersVol.7,No.5,pp.491‐49
3(1995))」に報告されている。
Further, in the conventional optical pulse compression technique, as an example of a technique which does not use saturable absorption, an optical pulse from a pulse laser is compressed using self-phase modulation and optical fiber grating by the Kerr effect of an optical fiber. J.A.R. Williams, et al.
Photonics Technology Letters 7th 1995
Vol. 5, No. 491-493 (IEEE Photonics T
echnology Letters Vol.7, No.5, pp.491-49
3 (1995)) ".

【0005】ところで、光ファイバを用いた大容量光伝
送では、伝送により拡がったパルス幅を光ファイバ上の
任意の位置で圧縮し、短パルスとして再伝送するため
に、上述のような光パルス圧縮技術が必要である。しか
し、上述の各光パルス圧縮技術を大容量光伝送における
光パルス圧縮に用いる場合には、それぞれ以下のような
問題がある。
[0005] By the way, in large-capacity optical transmission using an optical fiber, the above-described optical pulse compression is used in order to compress the pulse width expanded by transmission at an arbitrary position on the optical fiber and retransmit it as a short pulse. Technology is required. However, when each of the above-described optical pulse compression techniques is used for optical pulse compression in large-capacity optical transmission, there are the following problems, respectively.

【0006】まず、半導体中の吸収飽和を利用した従来
の短パルス光発生技術では、その利用目的は、共振器内
光パルスエネルギの高いモードロック固体レーザの小型
化および自己発振化である。すなわち、光パルスエネル
ギが10nj(ナノ・ジュール)あるいはそれを上回るレ
べルであると、通常の半導体ではたちどころに可飽和吸
収が発生してしまい、短パルス発生に適さない。これに
対処するために、高反射ブラッグ反射器あるいは反共鳴
ファブリーペローエタロンにおける光強度の抑圧を利用
して、半導体に入射する実効的な光パルスエネルギを低
減するという処置を取っている。
First, in the conventional short pulse light generation technique utilizing absorption saturation in a semiconductor, the purpose of its use is to reduce the size of a mode-locked solid-state laser having a high optical pulse energy in a resonator and to achieve self-oscillation. In other words, if the light pulse energy is 10 nj (nanojoule) or higher, saturable absorption readily occurs in ordinary semiconductors, which is not suitable for short pulse generation. To cope with this, a measure is taken to reduce the effective light pulse energy incident on the semiconductor by utilizing the suppression of the light intensity in a high reflection Bragg reflector or an anti-resonant Fabry-Perot etalon.

【0007】しかし、光ファイバ伝送では、光パルスエ
ネルギは10pj程度あるいはそれ以下となる。従って、
実効光パルスエネルギを低減して半導体の吸収飽和効率
を下げるという、上述の光パルス圧縮技術は適用できな
い。逆に、実効光パルスエネルギをある程度増強し、半
導体の吸収飽和の効率を増した光パルス圧縮技術が必要
とされる。
However, in optical fiber transmission, the light pulse energy is about 10 pj or less. Therefore,
The above-described light pulse compression technique of reducing the effective light pulse energy to lower the absorption saturation efficiency of the semiconductor cannot be applied. Conversely, there is a need for an optical pulse compression technique that increases the effective optical pulse energy to some extent and increases the efficiency of semiconductor absorption saturation.

【0008】また、可飽和吸収によらない従来技術で
は、光のパルスエネルギは可飽和吸収を用いた従来技術
よりは低いものの、なお1nj程度のパルスエネルギを要
している。さらに、この技術では、光ファイバーグレー
テイングによる群速度分散補正を利用している。そのた
め、この技術は、ある特定の強度とパルス幅の光パルス
に対してのみ有効であり、光ファイバ伝送線路上の必要
とする位置で任意のパルス幅の光パルスを圧縮すること
はできない。
In the prior art which does not rely on saturable absorption, the pulse energy of light is lower than that in the prior art using saturable absorption, but still requires about 1 nj of pulse energy. Furthermore, this technique utilizes group velocity dispersion correction by optical fiber grating. Therefore, this technique is effective only for an optical pulse having a specific intensity and pulse width, and cannot compress an optical pulse having an arbitrary pulse width at a required position on an optical fiber transmission line.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、従来の技術では、実効光パルスエネルギを増強し
て、半導体の吸収飽和の効率を増した光パルス圧縮を行
うことができない点である。本発明の目的は、これら従
来技術の課題を解決し、任意の距離の光ファイバで伝送
された光パルスの幅の圧縮を可能とし、また、時間分割
多重光伝送や波長分割多重光伝送に利用する短パルス光
を効率良く生成することが可能な光パルス圧縮装置およ
びそれを用いた光パルス伝送装置とレーザ光発生装置を
提供することである。
The problem to be solved is that the conventional technology cannot perform optical pulse compression with an increased efficiency of absorption saturation of a semiconductor by increasing the effective optical pulse energy. is there. An object of the present invention is to solve the problems of the prior art, to enable compression of the width of an optical pulse transmitted by an optical fiber at an arbitrary distance, and to be used for time division multiplexing optical transmission and wavelength division multiplexing optical transmission. It is an object of the present invention to provide an optical pulse compression device capable of efficiently generating short pulse light, and an optical pulse transmission device and a laser light generation device using the same.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光パルス圧縮装置は、屈折率の周期分布が
低屈折率層からはじまる分布ブラッグ反射器等の内部に
おける光強度のピークと一致する位置に可飽和吸収層を
配置した構造とする。このような分布ブラッグ反射器
に、光ファイバ等での伝送でパルス幅の拡がった光パル
スを入射すると、光パルスの強度が強化され、吸収飽和
により、光パルスの時間的に前縁となる部分が消滅す
る。このことにより、1回の反射のみでパルス幅を圧縮
することができる。そして、本発明の光パルス伝送装置
とレーザ光発生装置は、この光パルス圧縮装置による光
パルス圧縮、位相変調を利用して、時間分割多重光伝送
や波長分割多重光伝送に適した短光パルスを生成、伝送
することができる。
In order to achieve the above object, an optical pulse compression apparatus according to the present invention comprises a light intensity peak within a distributed Bragg reflector or the like in which a periodic distribution of refractive index starts from a low refractive index layer. The structure is such that a saturable absorption layer is arranged at a coincident position. When an optical pulse whose pulse width is widened by transmission through an optical fiber or the like is incident on such a distributed Bragg reflector, the intensity of the optical pulse is enhanced, and the portion that becomes the leading edge in time of the optical pulse due to absorption saturation. Disappears. Thus, the pulse width can be compressed by only one reflection. The optical pulse transmission device and the laser light generating device of the present invention use the optical pulse compression and phase modulation by the optical pulse compression device to provide a short optical pulse suitable for time division multiplexed optical transmission or wavelength division multiplexed optical transmission. Can be generated and transmitted.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面に
より詳細に説明する。図1は、本発明の光パルス圧縮装
置の本発明に係わる構成の第1の実施例を示す断面図で
ある。本例の光パルス圧縮装置は、位相シフト分布ブラ
ッグ反射器を構成しており、n(L)層201とn(H)層
202および可飽和吸収層203の3層からなる単位セ
ル204を、基板205上に周期的に積層したものであ
る。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the configuration according to the present invention of the optical pulse compression device of the present invention. The optical pulse compression device of this example constitutes a phase shift distribution Bragg reflector, and includes a unit cell 204 including three layers of an n (L) layer 201, an n (H) layer 202, and a saturable absorption layer 203. It is periodically laminated on a substrate 205.

【0012】単位セル204の中で、n(L)層201は
n(H)層202より屈折率が低く、光パルスが入射され
る側である。また、可飽和吸収層203の厚みは他の2
層よりは薄いので、可飽和吸収層203を低屈折率層と
一体として捉える。このように、この位相シフト分布ブ
ラッグ反射器は、低屈折率層から始まっている。ここ
で、空気の屈折率を「1」、n(L)層201の屈折率を
「n(L)」、n(H)層202の屈折率を「n(H)」とす
ると、「1<n(L)<n(H)」である。このような屈折
率分布の構造では、可飽和吸収層203の位置で光強度
が高くなり、吸収飽和という非線形光学効果が強められ
る。
In the unit cell 204, the n (L) layer 201 has a lower refractive index than the n (H) layer 202 and is on the side where the light pulse is incident. Further, the thickness of the saturable absorption layer 203 is different from that of the other two.
Since it is thinner than the layer, the saturable absorption layer 203 is regarded as being integrated with the low refractive index layer. Thus, this phase shift distributed Bragg reflector starts with a low refractive index layer. Here, assuming that the refractive index of air is “1”, the refractive index of the n (L) layer 201 is “n (L)”, and the refractive index of the n (H) layer 202 is “n (H)”, “1” <N (L) <n (H) ". With such a refractive index distribution structure, the light intensity increases at the position of the saturable absorption layer 203, and the nonlinear optical effect of absorption saturation is enhanced.

【0013】可飽和吸収層203には光学非線形性の高
い媒質を使用する必要がある。そのような媒質として、
半導体薄膜からなる量子井戸構造がある。この量子井戸
における二次元電子状態は、光学非線形性が高く、吸収
飽和の効率が高い。特に、量子井戸のバンド端付近の励
起子状態を用いると、量子井戸の持つ光学非線形性を最
も高めることができる。
It is necessary to use a medium having high optical nonlinearity for the saturable absorption layer 203. As such a medium,
There is a quantum well structure made of a semiconductor thin film. The two-dimensional electronic state in this quantum well has high optical nonlinearity and high efficiency of absorption saturation. In particular, when an exciton state near the band edge of the quantum well is used, the optical nonlinearity of the quantum well can be maximized.

【0014】また、(L)層201およびn(H)層202
は、各々透明であり、n(L)層201は可飽和吸収層2
03と合わせて入射光の中心波長に対して4分の1(1
/4)の厚みである。一方、n(H)層202はそれ自身
で4分の1波長の厚みである。波長1550nm付近で使
用するために、n(L)層201、n(H)層202および
可飽和吸収層203として用いる材料を説明する。
The (L) layer 201 and the n (H) layer 202
Are transparent, and the n (L) layer 201 is a saturable absorbing layer 2
03 together with the central wavelength of the incident light.
/ 4). On the other hand, the n (H) layer 202 itself has a thickness of a quarter wavelength. Materials used for the n (L) layer 201, the n (H) layer 202, and the saturable absorption layer 203 for use at a wavelength of about 1550 nm will be described.

【0015】まず、n(L)層201には、InPを用い
る。n(H)層202には、GaInAsP(Ga:In組成
比0.33:0.67、As:P組成比0.71:0.2
9)を用いる。そして、可飽和吸収層203には厚み1
0nmのGaInAs(Ga:In組成比0.47:0.53)
量子井戸を用いる。各層の組成比は各々基板205とし
て用いるInPに格子整合するよう設定している。ピコ
秒(ps)以上の幅の光パルスをピコ秒以下、すなわち、
フェムト秒(fs)領域にまで圧縮するには、単位セル2
04を20層以上積層する。図の左端からの入射光パル
スと出射光パルスのパルス幅を各々測定し比較すること
により、パルス圧縮率が求められる。
First, InP is used for the n (L) layer 201. The n (H) layer 202 includes GaInAsP (Ga: In composition ratio 0.33: 0.67, As: P composition ratio 0.71: 0.2).
9) is used. The saturable absorption layer 203 has a thickness of 1
GaInAs of 0 nm (Ga: In composition ratio 0.47: 0.53)
A quantum well is used. The composition ratio of each layer is set so as to lattice match with InP used as the substrate 205. Light pulses with a width of picoseconds (ps) or more are converted to picoseconds or less,
To compress to the femtosecond (fs) region, use unit cell 2
04 are laminated in 20 layers or more. The pulse compression ratio is obtained by measuring and comparing the pulse widths of the incident light pulse and the emitted light pulse from the left end of the figure.

【0016】さらに、本例では、バイアス電圧源206
を設け、バンドギヤップ付近に蓄積された光キヤリアを
引き出すために逆バイアス電圧を加える。この逆バイア
ス電圧を加える配置は、光電流が表面に平行・垂直の2
通りある。前者の配置では、表面に沿って正・負電極を
構成し、その電極間に光パルスが集光する。後者では、
表面および基板裏面に電極を構成する。この場合、光の
入射を妨げないよう、表面の電極はリング状としリング
の中心に光パルスを集光するか、透明電極を用いる必要
がある。
Further, in this embodiment, the bias voltage source 206
And a reverse bias voltage is applied to extract optical carriers accumulated near the band gap. The arrangement for applying this reverse bias voltage is such that the photocurrent is parallel or perpendicular to the surface.
There is a street. In the former arrangement, positive and negative electrodes are formed along the surface, and light pulses are focused between the electrodes. In the latter,
Electrodes are formed on the front surface and the back surface of the substrate. In this case, it is necessary to form a ring-shaped electrode on the surface so as not to hinder the incidence of light, and to collect light pulses at the center of the ring, or to use a transparent electrode.

【0017】以下、このような光パルス圧縮装置におけ
る吸収飽和の基本原理を説明する。バンドギャップエネ
ルギよりも大きな光子エネルギの光を半導体に照射する
と、電子および正孔という光キャリアが励起され、光が
吸収される。特に、照射する光のパワーが高い場合に
は、高密度の光キャリアが励起される。半導体を光通信
や光エレクトロニクス素子に利用する場合、半導体に入
射する光には、ある決まった波長(例えば、1.55μ
m、1.3μmなど)の周辺、すなわちある決まった光子
エネルギの周辺のスぺクトル領域にパワーが集中するレ
ーザ光源などが用いられる。
Hereinafter, the basic principle of absorption saturation in such an optical pulse compression device will be described. When a semiconductor is irradiated with light having a photon energy larger than the band gap energy, photocarriers such as electrons and holes are excited and light is absorbed. In particular, when the power of irradiation light is high, high-density photocarriers are excited. When a semiconductor is used for optical communication or optoelectronic devices, light incident on the semiconductor has a certain wavelength (for example, 1.55 μm).
m, 1.3 μm, etc.), that is, a laser light source whose power is concentrated in a spectral region around a certain photon energy.

【0018】半導体中である決まったエネルギ状態に励
起できる光キャリアの密度は、そのエネルギに対する状
態密度(density of state)により制限される。つま
り、励起できる光キャリアの密度には限界があり、レー
ザ光のパワーを上げて光キャリアの密度を増大させる
と、この限界に近づいてくる。このような高密度励起条
件では、吸収される光パワーは、もはや光の入射パワー
には比例せず飽和する傾向を示す。この現象は、吸収飽
和と呼ばれ、吸収型の非線形光学効果の一種である。ま
た、吸収飽和を顕著に示す媒質は可飽和吸収体と呼ばれ
る。
The density of photocarriers that can be excited to a certain energy state in a semiconductor is limited by the density of state for that energy. That is, there is a limit to the density of photocarriers that can be excited. When the power of laser light is increased to increase the density of photocarriers, the limit is approached. Under such high-density excitation conditions, the absorbed light power tends to saturate no longer in proportion to the incident light power. This phenomenon is called absorption saturation and is a type of absorption-type nonlinear optical effect. In addition, a medium that exhibits remarkable absorption saturation is called a saturable absorber.

【0019】吸収飽和した可飽和吸収体に入射する光を
遮断すると、光キャリアが次第に緩和するため、吸収飽
和は減衰し吸収が回復する。また、バンドギャップより
もエネルギの高い状態に光キャリアを励起すると、光キ
ャリアは非平衡状態となるため、互いの散乱により運動
量およびエネルギをやり取りし、また結晶格子にエネル
ギを与えることにより、準平衡状態(quasi-equi1ibriu
m)に緩和する。
When light incident on the saturable absorber having been absorbed and saturated is blocked, the photocarriers gradually relax, so that the absorption saturation is attenuated and the absorption is restored. In addition, when an optical carrier is excited to a state having an energy higher than the band gap, the optical carrier is in a non-equilibrium state, so that momentum and energy are exchanged by mutual scattering, and quasi-equilibrium is obtained by applying energy to the crystal lattice. State (quasi-equi1ibriu
m) to relax.

【0020】この準平衡状態では、光キャリアは、励起
光エネルギの平均値を準平衡エネルギとして、それに対
応する温度のマックスウエル‐ボルツマン分布をする。
例えば、1立方センチメートル当たり10^17個程度
の光キャリアを励起すると、光キャリア間の散乱が頻繁
に発生し、それによる緩和が支配的となる。この緩和の
時定数は、数100fsあるいはそれ以下となる。また、
10^14個程度以下の光キャリア密度になると、光キ
ャリア間の散乱頻度は低くなり、代わって格子振動との
散乱によるエネルギ緩和が支配的になり、その時定数は
1ps程度である。
In this quasi-equilibrium state, the optical carrier has a Maxwell-Boltzmann distribution of the temperature corresponding to the average value of the excitation light energy as the quasi-equilibrium energy.
For example, when about 10 ^ 17 photocarriers are excited per cubic centimeter, scattering between the photocarriers occurs frequently, and the relaxation due to the scattering is dominant. The time constant of this relaxation is several hundred fs or less. Also,
When the optical carrier density is about 10 ^ 14 or less, the scattering frequency between the optical carriers decreases, and instead, energy relaxation due to scattering with lattice vibration becomes dominant, and the time constant is about 1 ps.

【0021】このように、励起に用いる光が100fs程
度あるいはそれ以下のパルス幅を持つとき、励起後1ps
程度まではキャリア間散乱による緩和が見られ、それ以
後は格子振動との散乱による緩和が見られる。そして、
このような超高速緩和時定数を有する吸収飽和を利用す
ると、光パルス波形の時間幅を短くすることができる。
Thus, when the light used for excitation has a pulse width of about 100 fs or less, 1 ps after excitation.
To some extent, relaxation due to inter-carrier scattering is observed, and thereafter, relaxation due to scattering with lattice vibration is observed. And
When the absorption saturation having such an ultrafast relaxation time constant is used, the time width of the optical pulse waveform can be shortened.

【0022】すなわち、可飽和吸収体に光パルスを入射
すると、光パルスの前縁部(時間的に先にあるパルスの
裾の部分)が、可飽和吸収体に吸収され消滅する。そし
て、吸収が飽和すると光はもはや吸収されなくなり、光
パルスの残りの部分は透過あるいは反射される。このよ
うにパルスの先端部分が消滅することにより、光パルス
の幅は短くなり光パルス圧縮が達成される。
That is, when a light pulse is incident on the saturable absorber, the leading edge of the light pulse (the bottom of the pulse that is earlier in time) is absorbed by the saturable absorber and disappears. When the absorption saturates, the light is no longer absorbed and the rest of the light pulse is transmitted or reflected. When the leading end of the pulse disappears, the width of the light pulse is shortened, and light pulse compression is achieved.

【0023】ここで、吸収飽和が光キャリア間の散乱で
決まる100fs程度以下の時定数で回復する場合、10
0fs程度後には次の光パルスに対して吸収飽和による光
パルス圧縮が可能となる。これは、10THzにおよぶ
高繰り返し光パルス列に対するパルス圧縮が可能である
ことを意味し、1Tb/s以上の伝送レートを有する光伝
送系への利用が可能となる。
Here, when the absorption saturation is recovered with a time constant of about 100 fs or less determined by scattering between optical carriers, 10
After about 0 fs, light pulse compression by absorption saturation becomes possible for the next light pulse. This means that pulse compression can be performed on a high repetition optical pulse train reaching 10 THz, and it can be used for an optical transmission system having a transmission rate of 1 Tb / s or more.

【0024】ただし、バンドギャップエネルギにまで緩
和したキャリアは、バンド間放射再結合を通して緩和す
る。その時定数は、1ns程度に達する。そのため、伝送
レートが増してくると、バンドギャップエネルギ付近に
蓄積された光キャリア分布が無視できなくなる。そこ
で、例えば逆バイアスを印加して、蓄積された光キャリ
アを半導体中から引き抜く必要がある。
However, carriers that have been relaxed to the band gap energy are relaxed through inter-band radiative recombination. The time constant reaches about 1 ns. Therefore, as the transmission rate increases, the distribution of the optical carriers accumulated near the band gap energy cannot be ignored. Therefore, for example, it is necessary to apply a reverse bias to extract the accumulated photocarriers from the semiconductor.

【0025】さらに、このような光パルス圧縮技術を光
伝送に利用するためには、I0pj程度のエネルギの光パ
ルスに対してもパルス圧縮が有効でなければならない。
しかし、通常の可飽和吸収体では、100pj程度以上の
エネルギが必要である。このような低光パルスエネルギ
に対応するためには、可飽和吸収体の内部での実効光パ
ルスエネルギを上げる必要がある。本例では、光共振器
などの光閉じ込め構造のなかに可飽和吸収体を置くこと
により実現している。また同時に、光パルスのスぺクト
ル帯域にわたり光閉じ込めを行う必要から、4分の1波
長のピッチの分布ブラッグ反射器(Distributed Brag
g reflector,DBR)内に可飽和吸収体を置いてい
る。
Further, in order to use such an optical pulse compression technique for optical transmission, pulse compression must be effective even for an optical pulse having an energy of about I0pj.
However, ordinary saturable absorbers require energy of about 100 pj or more. In order to cope with such low light pulse energy, it is necessary to increase the effective light pulse energy inside the saturable absorber. In this example, this is realized by placing a saturable absorber in an optical confinement structure such as an optical resonator. At the same time, since it is necessary to confine the light over the spectral band of the optical pulse, a distributed Bragg reflector having a pitch of a quarter wavelength is used.
g reflector, DBR).

【0026】この4分の1波長に対応する波長は、伝送
あるいは発生させたい光パルスのスぺクトルの中心波長
に一致させる。このようにすると、空気中から本例の分
布ブラッグ反射器に光を入射するとき、分布ブラッグ反
射器の屈折率分布が低屈折率層から始まるので、表面で
の位相シフトにより、分布ブラッグ反射器内に光が強く
閉じ込められる。この位相シフト分布ブラッグ反射器に
おいて、内部での周期的な光強度分布に応じて、光強度
がピークとなる位置に可飽和吸収体を分布させる。こう
することにより、伝送光パルスのエネルギとしてパルス
圧縮に必要なレべルを低減することができる。
The wavelength corresponding to the quarter wavelength is made coincident with the center wavelength of the spectrum of the optical pulse to be transmitted or generated. In this way, when light is incident on the distributed Bragg reflector of this example from the air, the refractive index distribution of the distributed Bragg reflector starts from the low refractive index layer. Light is strongly confined inside. In this phase shift distribution Bragg reflector, a saturable absorber is distributed at a position where the light intensity peaks according to the periodic light intensity distribution inside. By doing so, the level required for pulse compression can be reduced as the energy of the transmitted light pulse.

【0027】幅100fs程度の光パルスは、光の波長
(1500nm付近)に換算して約50個分に対応する。
従って、光パルスが一度反射する間に、位相シフト分布
ブラッグ反射器内部では複数回の光の反射、すなわち多
重反射が発生する。このように、可飽和吸収体を設けた
位相シフト分布ブラッグ反射器に、光ファイバ伝送によ
りパルス幅が拡がった光パルスを入射し、位相シフト分
布ブラッグ反射器から反射した光パルスの幅を測定する
と、一度の反射だけで光パルス圧縮が行われていること
が実証される。そのための装置の構成が、図1および次
の図2に示すものである。
An optical pulse having a width of about 100 fs corresponds to about 50 light pulses in terms of light wavelength (around 1500 nm).
Therefore, while the light pulse is reflected once, light is reflected a plurality of times inside the phase shift distributed Bragg reflector, that is, multiple reflections occur. In this way, when the light pulse whose pulse width is expanded by the optical fiber transmission is incident on the phase shift distribution Bragg reflector provided with the saturable absorber, and the width of the light pulse reflected from the phase shift distribution Bragg reflector is measured. It is demonstrated that light pulse compression is performed only by one reflection. The configuration of the apparatus for this is shown in FIG. 1 and the following FIG.

【0028】図1に示す例の位相シフト分布ブラッグ反
射器は、吸収のない2層と可飽和吸収層1層の計3層を
基本単位として周期的に積層したものである。この構造
では、可飽和吸収層の厚みは他の2層よりは薄い(約1
0分の1)。そこで、次の図2で示す例のように、可飽
和吸収層を低屈折率層もしくは高屈折率層と一体として
捉えると、2層を基本単位として各々の層が4分の1波
長ピッチである位相シフト分布ブラッグ反射器と定性的
に類似したものとして、反射スぺクトルなどを定性的に
評価することができる。
The phase-shift distribution Bragg reflector of the example shown in FIG. 1 is formed by periodically laminating two layers having no absorption and one saturable absorption layer as a basic unit. In this structure, the thickness of the saturable absorbing layer is thinner than the other two layers (about 1).
1/0). Then, as shown in the example shown in FIG. 2 below, when the saturable absorbing layer is considered as a single body with the low refractive index layer or the high refractive index layer, each layer has a quarter wavelength pitch with two layers as a basic unit. A reflection spectrum or the like can be qualitatively evaluated as being qualitatively similar to a certain phase shift distribution Bragg reflector.

【0029】図2は、本発明の光パルス圧縮装置の本発
明に係わる構成の第2の実施例を示す断面図である。本
例の光パルス圧縮装置は、n(L)層207とn(H)層2
08の2層を単位セル209として基板210上に周期
的に積層したものである。本例では、n(L)層207が
可飽和吸収層を兼ねる。このような構成の光パルス圧縮
装置でも、一回の反射のみによる光パルス圧縮が可能で
ある。
FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the configuration according to the present invention of the optical pulse compression device of the present invention. The optical pulse compression device of the present example has an n (L) layer 207 and an n (H) layer 2
08 are periodically stacked on a substrate 210 as a unit cell 209. In this example, the n (L) layer 207 also serves as a saturable absorption layer. Even with the optical pulse compression device having such a configuration, it is possible to perform optical pulse compression only by one reflection.

【0030】上記図1、図2で示す可飽和吸収を用いた
光パルス圧縮装置では、群速度分散を補正することによ
る圧縮技術と違い、さまざまのパルス幅の光パルスを圧
縮することができる。そのため、光ファイバ伝送路上の
特定の場所に設置する必要はなく、任意の場所に設置で
きる。以下、光ファイバ伝送を例に本発明の光パルス圧
縮装置の説明を続ける。
The optical pulse compression apparatus using saturable absorption shown in FIGS. 1 and 2 can compress optical pulses having various pulse widths, unlike the compression technique by correcting the group velocity dispersion. Therefore, it is not necessary to install at a specific place on the optical fiber transmission line, and it can be installed at any place. Hereinafter, the description of the optical pulse compression device of the present invention will be continued by taking optical fiber transmission as an example.

【0031】図3は、本発明の光パルス圧縮装置の本発
明に係る構成の第3の実施例を示すブロック図である。
本図3において、101は光ファイバ伝送によりパルス
幅が拡がった光パルス、102は光増幅部、103は光
増幅部102で増幅された光パルス、104は光パルス
103を集光するレンズ、105はレンズ104により
集光された光パルスからなる入射光、106は入射光1
05のパルス幅を短縮する図1もしくは図2の構成から
なる光パルス圧縮部、107は光パルス圧縮部106か
らの出射光、108は出射光パルス、109はバイアス
電圧源である。
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the optical pulse compression apparatus according to the present invention.
In FIG. 3, reference numeral 101 denotes an optical pulse whose pulse width is widened by optical fiber transmission, 102 denotes an optical amplifier, 103 denotes an optical pulse amplified by the optical amplifier 102, 104 denotes a lens for condensing the optical pulse 103, 105 Is incident light composed of light pulses collected by the lens 104, and 106 is incident light 1
An optical pulse compression unit having the configuration shown in FIG. 1 or 2 for shortening the pulse width of 05, 107 is light emitted from the optical pulse compression unit 106, 108 is an emitted light pulse, and 109 is a bias voltage source.

【0032】光ファイバ伝送によりパルス幅が拡がった
光パルス101は強度も低下しているため、必要に応じ
て光増幅部102で強度増幅する。光増幅部102から
出射された平行光線としての光パルス103は、集光レ
ンズ104を通じて集光され、入射光105として、可
飽和吸収体を設けた位相シフト分布ブラッグ反射器から
なる光パルス圧縮部106に入射される。このように、
低パルスエネルギの光パルス103に対するパルス圧縮
をより効率良くするため、光パルスをレンズ104で集
光して光パルス圧縮部106に入射する。
Since the intensity of the optical pulse 101 whose pulse width has been widened by the optical fiber transmission is also reduced, the intensity is amplified by the optical amplifier 102 as necessary. A light pulse 103 as a parallel light beam emitted from the light amplifying unit 102 is condensed through a condensing lens 104, and as an incident light 105, a light pulse compressing unit composed of a phase shift distribution Bragg reflector provided with a saturable absorber. It is incident on 106. in this way,
In order to make the pulse compression of the light pulse 103 with low pulse energy more efficient, the light pulse is condensed by the lens 104 and is incident on the light pulse compression unit 106.

【0033】光パルス圧縮部106内で伝搬し多重反射
する過程において、光パルスは周期分布した可飽和吸収
体により、光パルスにおける時間的に先に進む前縁部の
みが良く吸収される。このように、入射光105が反射
される際に、光パルス圧縮部106内での吸収飽和によ
り、光パルスが圧縮され、入射光l05のパルス幅が短
くなる。その圧縮された光パルスは出射光107として
集光レンズ104を通り、再び平行光線としての光パル
ス108となる。
In the process of propagating and multiple-reflecting in the optical pulse compression section 106, the optical pulse is well absorbed only by the leading edge of the optical pulse, which advances ahead in time, by the saturable absorber. As described above, when the incident light 105 is reflected, the light pulse is compressed by the absorption saturation in the light pulse compression unit 106, and the pulse width of the incident light 105 becomes shorter. The compressed light pulse passes through the condenser lens 104 as outgoing light 107 and becomes a light pulse 108 as a parallel light beam again.

【0034】以上により、信号として伝送すべき光パル
スのパルス幅の拡がりと強度減少を回復でき、再び伝送
および信号処理を行うことが可能となる。特に、光ファ
イバ通信では、入射される光パルス101は光ファイバ
中を長距離伝送した信号光パルスであり、出射される光
パルスl08は再び光ファイバに入射され伝送される。
尚、光増幅部102として、光ファイバアンプあるいは
半導体光アンプを用いることができる。このように光閉
じ込めにより光パルス圧縮された光パルス107は、時
間分割多重に基づく大容量光伝送のための短光パルスと
して利用することができる。すなわち、光パルス圧縮装
置を光パルス伝送装置として有効利用できる。
As described above, the spread of the pulse width of the optical pulse to be transmitted as the signal and the decrease in the intensity can be recovered, and the transmission and the signal processing can be performed again. In particular, in optical fiber communication, the incident optical pulse 101 is a signal optical pulse transmitted over a long distance in the optical fiber, and the emitted optical pulse 108 is again incident on the optical fiber and transmitted.
Note that an optical fiber amplifier or a semiconductor optical amplifier can be used as the optical amplifier 102. The light pulse 107 thus compressed by light confinement by light confinement can be used as a short light pulse for large-capacity light transmission based on time division multiplexing. That is, the optical pulse compression device can be effectively used as an optical pulse transmission device.

【0035】尚、図3で示す例では、入射光105は光
パルス圧縮部106に対して斜め入射する配置となって
いる。しかし、偏光依存性を避けるためには、できるだ
け垂直入射に近いことが必要である。目安として、入射
角は、光パルス圧縮部106の表面に垂直な方向から1
0度以内とする。本図3の構造では、光パルスの強度を
光増幅部102で増幅しているが、このような光増幅
は、伝送もしくは信号処理に伴う光強度の低下が問題と
なる時に行い、光強度の低下が問題ではない場合には、
次の図4の構造を用いることができる。
In the example shown in FIG. 3, the incident light 105 is arranged to be obliquely incident on the light pulse compression unit 106. However, in order to avoid the polarization dependence, it is necessary to be as close to normal incidence as possible. As a guide, the angle of incidence is 1 from the direction perpendicular to the surface of the light pulse compression unit 106.
Within 0 degrees. In the structure of FIG. 3, the intensity of the optical pulse is amplified by the optical amplifier 102. Such optical amplification is performed when a decrease in the optical intensity due to transmission or signal processing becomes a problem. If decline is not a problem,
The following structure in FIG. 4 can be used.

【0036】図4は、本発明の光パルス圧縮装置の本発
明に係る構成の第4の実施例を示すブロック図である。
本例の光パルス圧縮装置は、図3における構成の光パル
ス圧縮装置から光増幅部102を取り除いたものであ
り、光ファイバから伝送されてきた光パルスの強度が光
パルス圧縮部106での吸収飽和に十分な値の場合に適
用される。
FIG. 4 is a block diagram showing a fourth embodiment of the configuration according to the present invention of the optical pulse compression apparatus according to the present invention.
The optical pulse compression apparatus of the present embodiment is obtained by removing the optical amplification unit 102 from the optical pulse compression apparatus having the configuration shown in FIG. 3, and the intensity of the optical pulse transmitted from the optical fiber is absorbed by the optical pulse compression unit 106. Applies when the value is sufficient for saturation.

【0037】次に、本発明の光パルス圧縮装置を光パル
ス伝送装置として光ファイバ通信に利用した実施例につ
いて、次の図5に基づいて説明する。図5は、本発明の
光パルス圧縮装置の本発明に係わる構成の第5の実施例
を示すブロック図である。本例の光パルス圧縮装置31
3は、素子としてパッケージ化され、光ファイバ通信に
おける光パルス伝送装置としての機能を有する。
Next, an embodiment in which the optical pulse compression device of the present invention is used as an optical pulse transmission device for optical fiber communication will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram showing a fifth embodiment of the configuration according to the present invention of the optical pulse compression device of the present invention. Light pulse compression device 31 of this example
3 is packaged as an element and has a function as an optical pulse transmission device in optical fiber communication.

【0038】入射側光ファイバ伝送路301を通して伝
送されてきた信号光パルスは、光増幅部302により強
度増幅される。尚、光パルス強度の低下が問題でない場
合は、この光増幅部302は省略して良い。入射側光フ
ァイバ伝送路301、光増幅部302は、入射光パルス
導入部303を介して光パルス圧縮装置313に結合さ
れている。
The signal light pulse transmitted through the incident side optical fiber transmission line 301 is amplified in intensity by the optical amplifier 302. If the decrease in the light pulse intensity is not a problem, the light amplifying unit 302 may be omitted. The incident-side optical fiber transmission line 301 and the optical amplifier 302 are coupled to an optical pulse compression device 313 via an incident optical pulse introducing unit 303.

【0039】入射光パルス導入部303から光パルス圧
縮装置313に導入された光パルスは、入射光パルス伝
送光ファイバ304を通り、入射光結合部305で平行
光束にされた後、集光レンズ306により入射光307
として図1もしくは図2の構成からなる光パルス圧縮部
308上に集光される。そして、信号光パルスは、光パ
ルス圧縮部308内で吸収飽和によりパルス圧縮され、
出射光309として、光パルス圧縮部308より反射さ
れる。
The light pulse introduced from the incident light pulse introducing unit 303 to the optical pulse compression device 313 passes through the incident light pulse transmission optical fiber 304, is converted into a parallel light beam by the incident light coupling unit 305, and then is condensed by the condenser lens 306. Incident light 307
The light is focused on the optical pulse compression unit 308 having the configuration shown in FIG. 1 or FIG. Then, the signal light pulse is pulse-compressed by absorption saturation in the light pulse compression unit 308,
The emitted light 309 is reflected by the light pulse compression unit 308.

【0040】出射光309は、集光レンズ306を通過
した後は平行光束となり、出射光結合部310によって
出射光パルス伝送光ファイバ311に導入される。出射
光パルス伝送光ファイバ311は出射光パルス導出部3
12に接続されており、これらの構成部分は格納パッケ
ージ内に収められている。このようにしてパルス圧縮さ
れた信号光パルスは、出射光パルス導出部312に接続
された出射側光ファイバ伝送路314を通して伝送され
る。
The outgoing light 309 becomes a parallel light beam after passing through the condenser lens 306, and is introduced into the outgoing light pulse transmission optical fiber 311 by the outgoing light coupling section 310. The outgoing light pulse transmission optical fiber 311 is connected to the outgoing light pulse deriving unit 3.
12 and these components are contained in a storage package. The signal light pulse thus pulse-compressed is transmitted through the emission-side optical fiber transmission line 314 connected to the emission light pulse deriving unit 312.

【0041】尚、本例では、入射光パルス伝送光ファイ
バ304または出射光パルス伝送光ファイバ311と光
パルス圧縮部308との間を入射光結合部305または
出射光結合部310と集光レンズ306という各々異な
る光学結合系を用いている。その理由は、光ファイバと
平行光束との間の挿入損失を最小にし、かつ光パルス圧
縮率を最大にするために、入射光パルス伝送光ファイバ
304および出射光パルス伝送光ファイバ311との開
口数の一致と、光パルス圧縮部308への入射光307
の集光ビーム径の最小化を、独立に行う必要があるため
である。
In this embodiment, the incident light coupling section 305 or the outgoing light coupling section 310 and the condenser lens 306 are provided between the incident light pulse transmitting optical fiber 304 or the outgoing light pulse transmitting optical fiber 311 and the light pulse compressing section 308. And different optical coupling systems. The reason is that, in order to minimize the insertion loss between the optical fiber and the parallel light beam, and to maximize the optical pulse compression ratio, the numerical aperture of the incident light pulse transmitting optical fiber 304 and the outgoing light pulse transmitting optical fiber 311 is changed. And the incident light 307 to the optical pulse compression unit 308
This is because it is necessary to independently minimize the diameter of the focused beam.

【0042】また、バイアス電圧源315は、各光パル
ス入射語毎に生成された光キャリアが光パルス圧縮部3
08に蓄積されないよう、逆バイアス印加により引き抜
くために用いる。このように、本例の光パルス圧縮装置
313、すなわち、光パルス伝送装置は、従来の群速度
分散補正による光パルス圧縮素子と異なり、光ファイバ
伝送路の経路の中、任意の地点に設置することが可能で
あり、設置地点の制約を受けない光パルス圧縮中継器と
して用いることができる。
The bias voltage source 315 supplies the optical carrier generated for each optical pulse incident word to the optical pulse compression unit 3.
It is used for pulling out by applying a reverse bias so as not to be accumulated at 08. As described above, the optical pulse compression device 313 of the present example, that is, the optical pulse transmission device is different from the conventional optical pulse compression device based on group velocity dispersion correction, and is installed at an arbitrary point in the optical fiber transmission path. It can be used as an optical pulse compression repeater that is not restricted by the installation location.

【0043】次に、図6を用いて、光増幅部をパッケー
ジ内に収めた集積化を行うための他の構成について説明
する。図6は、本発明の光パルス圧縮装置の本発明に係
わる構成の第6の実施例を示すブロック図である。本例
は、光ファイバ通信に利用する光パルス伝送装置として
の光パルス圧縮装置の他の構成例を示し、本例の光パル
ス圧縮装置413も、図5における光パルス圧縮装置3
13と同様にパッケージ化され、入射光パルス導入部4
01および出射光パルス導出部402によって、入射側
光ファイバ伝送路および出射側光ファイバ伝送路との接
続を行う構成である。
Next, with reference to FIG. 6, another configuration for performing integration in which the optical amplifying unit is housed in a package will be described. FIG. 6 is a block diagram showing a sixth embodiment of the configuration according to the present invention of the optical pulse compression device of the present invention. This example shows another configuration example of an optical pulse compression device as an optical pulse transmission device used for optical fiber communication. The optical pulse compression device 413 of this example is also the same as the optical pulse compression device 3 in FIG.
13 and packaged in the same manner as in FIG.
01 and the output light pulse deriving unit 402 are connected to the input side optical fiber transmission line and the output side optical fiber transmission line.

【0044】信号光パルスは、入射光パルス伝送光ファ
イバ403を通して光増幅部404に送られる。ここで
入射光パルスは強度増幅され、その後、入射光パルス伝
送光ファイバ405およびレンズからなる入射光結合部
406を介して平行光束となる。逆に、平行光束を集光
してファイバに入射するための出射光結合部407を、
出射側に設けてある。
The signal light pulse is sent to the optical amplifier 404 through the incident light pulse transmission optical fiber 403. Here, the incident light pulse is amplified in intensity, and then becomes a parallel light beam via the incident light coupling section 406 composed of the incident light pulse transmission optical fiber 405 and the lens. Conversely, the outgoing light coupling unit 407 for condensing the parallel light flux and entering the fiber is
It is provided on the emission side.

【0045】入射光結合部406により平行光束となっ
た入射光は、集光レンズ408により集光された入射光
409として光パルス圧縮部410へと入射され、パル
ス圧縮された後、出射光41lとして反射され、集光レ
ンズ408、出射光結合部407、出射光パルス伝送光
ファイバ412を経て外部へと導出される。尚、これら
の各構成部品が全て格納パッケージ内に収められてい
る。また、バイアス電圧源414は、光キャリアが光パ
ルス圧縮部410に蓄積されないよう引く抜くために用
いられる。
The incident light converted into a parallel light beam by the incident light coupling unit 406 is incident on the light pulse compression unit 410 as the incident light 409 condensed by the condenser lens 408, and after being pulse-compressed, the outgoing light 41l And is led out through the condenser lens 408, the outgoing light coupling unit 407, and the outgoing light pulse transmission optical fiber 412. All of these components are contained in the storage package. Further, the bias voltage source 414 is used for extracting optical carriers so as not to be accumulated in the optical pulse compression unit 410.

【0046】また、光パルス圧縮部410は、図1もし
くは図2で説明した断面構造を有する。本例の素子状に
パッケージ化された光パルス圧縮装置を、パルス圧縮機
能を有する光パルス伝送装置として光ファイバ伝送路の
任意の場所に設置することにより、光パルス圧縮中継器
として、伝送信号を担う光パルスの幅を効率良く圧縮す
ることができる。
The light pulse compression section 410 has the sectional structure described with reference to FIG. 1 or FIG. By installing the optical pulse compression device packaged in the form of an element of this example as an optical pulse transmission device having a pulse compression function at an arbitrary position on an optical fiber transmission line, a transmission signal is transmitted as an optical pulse compression repeater. It is possible to efficiently compress the width of the light pulse carried.

【0047】図7は、本発明の光パルス圧縮装置の本発
明に係わる構成の第7の実施例を示すブロック図であ
る。本例は、波長多重を併用した伝送に本発明の光パル
ス圧縮装置を光パルス伝送装置として利用したものであ
る。波長多重を併用した伝送方式では、各チャンネルに
対応した中心波長の光パルスに対して各々最適化した光
パルス圧縮/伝送装置を使用することが必要となる場合
がある。この最適化とは、各々のチャンネルの光パルス
に対する圧縮率が最大となるように、ブラッグ反射の中
心波長と吸収ピーク波長を光パルスの中心波長に応じて
変化させることを指す。
FIG. 7 is a block diagram showing a seventh embodiment of the configuration according to the present invention of the optical pulse compression apparatus of the present invention. In this example, the optical pulse compression device of the present invention is used as an optical pulse transmission device for transmission using wavelength division multiplexing. In a transmission system using wavelength multiplexing, it may be necessary to use an optical pulse compression / transmission device that is optimized for an optical pulse having a central wavelength corresponding to each channel. This optimization refers to changing the center wavelength of the Bragg reflection and the absorption peak wavelength according to the center wavelength of the light pulse so that the compression rate of the light pulse of each channel is maximized.

【0048】本例では、n本のチャンネル(波長W1〜
Wn)に対して各々1個の光パルス圧縮装置(図中、
「W1〜Wn」と記載)501-1〜501-nを対応さ
せた構成である。各々の光パルス圧縮装置501-1〜
501-nは、図5もしくは図6に示した構成を用いて
最適化を行ったものである。
In this example, n channels (wavelengths W1 to W1) are used.
Wn), one optical pulse compression device for each (in the figure,
"W1 to Wn") 501-1 to 501-n. Each optical pulse compression device 501-1
501-n is obtained by performing optimization using the configuration shown in FIG. 5 or FIG.

【0049】波長多重された光パルスを波長分波部50
2で各チャンネルに分割する。各チャンネルに分割され
た光パルスは、各チャンネルの光パルス圧縮装置501
-1〜501-nにつながる光ファイバ中を伝送され、各
光パルス圧縮装置501-1〜501-nでパルス圧縮さ
れた後、波長合波部503で再び波長多重され、後段の
経路へと伝送される。
The wavelength-multiplexed optical pulse is converted to a wavelength demultiplexing part 50.
Divide into each channel by 2. The optical pulse divided into each channel is supplied to the optical pulse compression device 501 of each channel.
-1 to 501-n, and after being pulse-compressed by each of the optical pulse compression devices 501-1 to 501-n, the wavelength is multiplexed again by the wavelength multiplexing unit 503, and the signal is transmitted to a subsequent path. Transmitted.

【0050】以上、図1〜図7で示した例では、位相シ
フト分布ブラッグ反射器という面型の構造での光パルス
圧縮装置および光パルス伝送装置の説明を行なったが、
光パルス圧縮/伝送装置としては、位相シフト分布帰還
導波路も利用できる。この場合、導波路内の周期的回折
格子に位相シフト(4分の1波長分)を設け、位相シフ
ト部に光が局在することによる閉じ込め効果を利用す
る。
As described above, in the examples shown in FIGS. 1 to 7, the optical pulse compression device and the optical pulse transmission device having the surface type structure called the phase shift distribution Bragg reflector have been described.
A phase shift distributed feedback waveguide can also be used as an optical pulse compression / transmission device. In this case, a phase shift (for a quarter wavelength) is provided in the periodic diffraction grating in the waveguide, and a confinement effect due to localization of light in the phase shift unit is used.

【0051】この光導波路の反射スペクトルには、反射
率が低くなり内部に光が強く閉じ込められる波長領域が
存在する。その波長領域を、伝送もしくは発生させる光
パルスのスぺクトルの中心波長に一致させる。また、こ
の光導波路では、内部に形成した回折格子による分布帰
還型の光フィードバックと位相シフト部でのフイードバ
ック変調を利用している。従って、端面は無反射条件に
しておかなければならない。以下、このような光パルス
圧縮装置として、位相シフト分布帰還導波路を利用する
例を説明する。
In the reflection spectrum of this optical waveguide, there is a wavelength region where the reflectance is low and the light is strongly confined inside. The wavelength region is made coincident with the center wavelength of the spectrum of the optical pulse to be transmitted or generated. Further, in this optical waveguide, distributed feedback type optical feedback by a diffraction grating formed inside and feedback modulation in a phase shift unit are used. Therefore, the end face must be in a non-reflective condition. Hereinafter, an example in which a phase shift distributed feedback waveguide is used as such an optical pulse compression device will be described.

【0052】図8は、本発明の光パルス圧縮装置の本発
明に係わる構成の第8の実施例を示す断面図である。本
例は、図1〜図7で用いた面型の光パルス圧縮装置の代
わりに、光導波路型の光パルス圧縮装置の構成とし、光
パルスを圧縮するものであり、本図では、その断面を示
している。
FIG. 8 is a sectional view showing an eighth embodiment of the configuration according to the present invention of the optical pulse compression apparatus of the present invention. In this example, an optical waveguide type optical pulse compressor is used instead of the surface type optical pulse compressor used in FIGS. 1 to 7 to compress an optical pulse. Is shown.

【0053】本例の光導波路型光パルス圧縮装置は、下
部クラッド601を1μmの厚みで形成し、次いで高屈
折率のn(H)層602を0.5μm積層する。可飽和吸収
層603となる量子井戸層を積層後さらにn(H)層60
2を積層する。その後、電子線描画とドライエッチング
により、本図に示した方形波状の回折格子の断面構造に
加工し、低屈折率のn(L)層604で埋め込む。そし
て、その上に上部クラッド層605を1μm積層する。
また、逆バイアス電圧を加えてバンドギャップ付近に蓄
積された光キャリアを引き抜くためのバイアス電圧源6
08を光導波路上面に接続する。電圧は基板上面から基
板裏面へと走る。また、基板裏面に接地用電極(GN
D)を設ける。
In the optical waveguide type optical pulse compression apparatus of this embodiment, the lower cladding 601 is formed with a thickness of 1 μm, and then a high refractive index n (H) layer 602 is laminated with a thickness of 0.5 μm. After stacking a quantum well layer to be a saturable absorption layer 603, an n (H) layer 60 is further added.
2 are laminated. Thereafter, the cross-sectional structure of the square-wave diffraction grating shown in this figure is processed by electron beam drawing and dry etching, and is embedded in the n (L) layer 604 having a low refractive index. Then, an upper cladding layer 605 is laminated thereon by 1 μm.
Further, a bias voltage source 6 for applying a reverse bias voltage and extracting optical carriers accumulated near the band gap.
08 is connected to the upper surface of the optical waveguide. The voltage runs from the top surface of the substrate to the back surface of the substrate. Also, a grounding electrode (GN
D) is provided.

【0054】n(H)層602と可飽和吸収層603およ
びn(L)層604が光導波路のコアとなる。クラッド層
にはAlInAs(Al:In組成比 0.47:0.53)、
n(H)層602にはGaInAsP(Ga:In組成比 0.3
3:0.67、 As:P組成比 0.71:0.29)を、
可飽和吸収層603には厚み10nmのGaInAs(G
a:In組成比0.47:0.53)を、そしてn(L)層
604にはInPを用いる。基板はInPであり、各層と
もInPに格子整合するように設定してある。
The n (H) layer 602, the saturable absorption layer 603, and the n (L) layer 604 form the core of the optical waveguide. AlInAs (Al: In composition ratio 0.47: 0.53) for the cladding layer,
The n (H) layer 602 contains GaInAsP (Ga: In composition ratio 0.3).
3: 0.67, As: P composition ratio 0.71: 0.29)
The saturable absorption layer 603 has a thickness of 10 nm of GaInAs (G
a: In composition ratio 0.47: 0.53), and InP is used for the n (L) layer 604. The substrate is InP, and each layer is set to lattice match with InP.

【0055】この光導波路では、回折格子の周期性が位
相シフト部606で不連続に変化している。位相シフト
部606とは、図で矢印に沿って垂直方向に存在する位
相境界面のことである。この位相シフト部606では、
多重反射による干渉条件が変調を受け、高い強度の光が
局在する。さらに、光導波路の入射面での反射を除去す
るため、端面には無反射コート層607が形成されてい
る。本例では、入射光と出射光は同一軸に沿って伝搬す
る。従って、光導波路型光パルス圧縮装置を用いた素子
装置を構成するには、面型とは異なる集光系が必要にな
る。このための構成を次の図9を用いて説明する。
In this optical waveguide, the periodicity of the diffraction grating changes discontinuously in the phase shift section 606. The phase shift unit 606 is a phase boundary surface that exists in the vertical direction along the arrow in the figure. In this phase shift unit 606,
Interference conditions due to multiple reflection are modulated, and high-intensity light is localized. Further, a non-reflection coating layer 607 is formed on the end face to remove reflection on the incident surface of the optical waveguide. In this example, the incident light and the outgoing light propagate along the same axis. Therefore, in order to configure an element device using an optical waveguide type optical pulse compression apparatus, a light condensing system different from a plane type is required. The configuration for this will be described with reference to FIG.

【0056】図9は、本発明の光パルス圧縮装置の本発
明に係わる構成の第9の実施例を示すブロック図であ
る。本例は、光ファイバ通信用の光パルス伝送装置とし
て応用した光パルス圧縮装置712の構成を示し、入射
光パルス導入部701、出射光パルス導出部702、入
射光パルス伝送光ファイバ703、光増幅部704、増
幅後の入射光パルス伝送光ファイバ705、戻り光を除
去するための光アイソレータ706、入射光用光ファイ
バと出射光用光ファイバとが1本に融合された結合光フ
ァイバ707、集光部708、入射光および出射光70
9、図8における構造の光導波路型光パルス圧縮部71
0、そして、出射光パルス伝送光ファイバ711からな
る。
FIG. 9 is a block diagram showing a ninth embodiment of the configuration according to the present invention of the optical pulse compression apparatus of the present invention. This example shows the configuration of an optical pulse compression device 712 applied as an optical pulse transmission device for optical fiber communication, and includes an incident light pulse introduction unit 701, an emission light pulse derivation unit 702, an incident light pulse transmission optical fiber 703, and an optical amplifier. A section 704, an amplified incident light pulse transmission optical fiber 705, an optical isolator 706 for removing return light, a coupling optical fiber 707 in which an incident light optical fiber and an outgoing light optical fiber are integrated into one, Light unit 708, incident light and outgoing light 70
9, the optical waveguide type optical pulse compression unit 71 having the structure shown in FIG.
0, and an output light pulse transmission optical fiber 711.

【0057】これらが格納パッケージに収められた素子
構成となっている。尚、バイアス電圧源7l3により光
パルス圧縮部710に逆バイアス電圧を加える。本例で
は、入射光および出射光709が同一軸上を伝送するた
め、入射光用および出射光用ファイバが結合光ファイバ
707で融合した形をとっている。この場合、出射光が
入射光の経路に進入して戻り光となって伝送システム全
体を不安定にする恐れがある。この戻り光を除去するた
めに、光アイソレータ706を設けている。
These elements have a device configuration housed in a storage package. Note that a reverse bias voltage is applied to the optical pulse compression unit 710 by the bias voltage source 713. In this example, since the incident light and the outgoing light 709 are transmitted on the same axis, the fiber for the incident light and the fiber for the outgoing light are fused by the coupling optical fiber 707. In this case, there is a possibility that the outgoing light enters the path of the incident light and becomes return light, thereby making the entire transmission system unstable. An optical isolator 706 is provided to remove this return light.

【0058】集光部708は、2枚のレンズが直列に配
置された構成である。まず、前段のレンズ(結合光ファ
イバ707側)で光パルス圧縮部710へと入射する光
を平行光にした後、後段のレンズ(光パルス圧縮部71
0側)で光導波路端面に集光される。光パルス圧縮部7
10から出た光の逆の経路を辿る。このような2枚構成
により、集光部708の開口数を結合光ファイバ707
と光パルス圧縮部710の各々の値に一致させることが
でき、挿入損失を最小にできる。
The light collecting section 708 has a configuration in which two lenses are arranged in series. First, after the light incident on the optical pulse compression unit 710 is converted into parallel light by the former lens (on the side of the coupling optical fiber 707), the latter lens (the optical pulse compression unit 71).
(0 side), the light is focused on the end face of the optical waveguide. Optical pulse compression unit 7
Follow the reverse path of the light coming out of 10. With such a two-piece configuration, the numerical aperture of the condensing unit 708 can be reduced by the coupling optical fiber 707.
And the respective values of the optical pulse compression unit 710 can be matched, and the insertion loss can be minimized.

【0059】次に、図1,2,8の構造の光パルス圧縮
装置を光の位相変調部として用いて、短パルス光を発生
するレーザ光源を構成する例、すなわち、本発明のレー
ザ光発生装置について、次の図10に基づいて説明す
る。
Next, an example in which a laser light source for generating short pulse light is constructed by using the optical pulse compression device having the structure shown in FIGS. The apparatus will be described with reference to FIG.

【0060】図10は、本発明のレーザ光発生装置の本
発明に係わる構成の第1の実施例を示すブロック図であ
る。本例のレーザ光発生装置は、図10(a)に示すよ
うに、光パルス圧縮部801、レーザ活性部802、集
光部803、出射光804および共振器内伝搬光805
から構成されている。
FIG. 10 is a block diagram showing a first embodiment of the configuration according to the present invention of the laser beam generator of the present invention. As shown in FIG. 10A, the laser light generating device of the present example includes an optical pulse compression unit 801, a laser activation unit 802, a condensing unit 803, an outgoing light 804, and a propagation light 805 in a resonator.
It is composed of

【0061】光パルス圧縮部801の内部構成は、図1
0(b)または図10(c)に示す。また、レーザ活性
部802は、半導体レーザダイオードチップの共振器側
端面(図10(a)ではレーザ活性部802の右側の端
面)に無反射コートを施したものである。光通信に使わ
れる波長1300nm帯あるいは1550nm帯での利用を
考え、レーザチップはInGaAsPを活性層とするファ
ブリーぺローレーザもしくはDFBレーザを用いる。
The internal configuration of the optical pulse compression unit 801 is shown in FIG.
0 (b) or FIG. 10 (c). The laser active section 802 is obtained by applying an anti-reflection coating to the end face of the semiconductor laser diode chip on the resonator side (the right end face of the laser active section 802 in FIG. 10A). Considering use in a wavelength band of 1300 nm or 1550 nm used for optical communication, a laser chip uses a Fabry-Perot laser or a DFB laser having InGaAsP as an active layer.

【0062】レーザ共振器内では光パルス強度は強く、
上述の第1〜第9の実施例で用いた光パルス圧縮原理は
機能せず、むしろ位相変調機能が強くなる。つまり、パ
ルス強度が強いためパルスの大部分が透過してしまい、
パルスの立ち上がりおよび立ち下がり部で自己位相変調
による周波数シフトが顕著になる。このパルス波形の両
端で周波数シフトを起こした光パルスと、周波数シフト
していない元の波形のままの光パルスを重ね合せると、
干渉によりパルスの両端が消滅し、パルスのピーク付近
が強め合う。この重ね合せ効果により吸収飽和に代わる
パルス圧縮が可能である。
In the laser resonator, the light pulse intensity is strong,
The optical pulse compression principle used in the first to ninth embodiments does not function, but rather the phase modulation function becomes stronger. In other words, most of the pulse is transmitted because the pulse intensity is strong,
The frequency shift due to the self-phase modulation becomes remarkable at the rising and falling portions of the pulse. When an optical pulse that has undergone a frequency shift at both ends of this pulse waveform and an optical pulse that has not been frequency-shifted and have the original waveform are superimposed,
Both ends of the pulse disappear due to the interference, and the vicinity of the peak of the pulse reinforces. This superposition effect enables pulse compression instead of absorption saturation.

【0063】図10(b)および図10(c)では、そ
れぞれ、マイケルソン型干渉計に基づく光パルス圧縮部
の構成を示す。図10(b)が面型の位相変調部を用い
たもので、図10(c)では光導波路型を用いている。
まず、図10(b)について説明する。共振器内伝搬光
805には、レーザ活性部802から光パルス圧縮部8
01へ向かう方向に伝搬する光パルス成分と、光パルス
圧縮部801からレーザ活性部802へ向かう方向に伝
搬する光パルス成分とが含まれる。
FIGS. 10 (b) and 10 (c) each show a configuration of an optical pulse compression unit based on a Michelson interferometer. FIG. 10B shows an example using a planar phase modulation unit, and FIG. 10C shows an optical waveguide type.
First, FIG. 10B will be described. The intra-cavity propagation light 805 is transmitted from the laser activation unit 802 to the light pulse compression unit 8.
An optical pulse component propagating in the direction toward 01 and an optical pulse component propagating in the direction from the optical pulse compression unit 801 to the laser active unit 802 are included.

【0064】レーザ活性部802から来た光パルス成分
は、ビームスプリッタ806で二方向に分岐される。そ
の片方の分岐光807は集光部808で集光され、面型
の位相変調部809に入射される。位相変調部809で
自己位相変調を受けた光パルスが反射されビームスプリ
ッタ806へと戻される。また、もう一方の分岐光81
0は、高反射ミラー811に入射し、位相変調は受けず
に元の方向へ反射される。
The light pulse component coming from the laser activating unit 802 is split by the beam splitter 806 in two directions. One of the split beams 807 is condensed by a condensing unit 808 and is incident on a plane-type phase modulation unit 809. The optical pulse that has undergone self-phase modulation in the phase modulation unit 809 is reflected and returned to the beam splitter 806. Also, the other split light 81
0 is incident on the high reflection mirror 811 and is reflected in the original direction without being subjected to phase modulation.

【0065】これらの二成分の光パルス(分岐光80
7,810)がビームスプリッタ806で重ね合わさ
れ、干渉による光パルス圧縮を受ける。そして、このよ
うにして圧縮された光パルスがレーザ活性部802へと
戻され、ここで増幅され、さらにパルス波形は鋭くな
る。この過程を繰り返すことによって、パルス幅の短い
レーザ光が出射光804としてレーザ端面(図10
(a)の左側)より放出される。
These two-component light pulses (branch light 80
7, 810) are superimposed by the beam splitter 806 and undergo light pulse compression due to interference. Then, the light pulse thus compressed is returned to the laser active part 802, where it is amplified, and the pulse waveform becomes sharper. By repeating this process, the laser light having a short pulse width is emitted as the emission light 804 at the laser end face (FIG. 10).
(Left side of (a)).

【0066】図10(c)は、光導波路を用いた光パル
ス圧縮部の構成を示している。ここでは、共振器内伝搬
光805が集光部812を通して光導波路部分に入射す
る。片方は、分岐光導波路813を伝搬し、集光部8l
4を通して光導波路型の位相変調部815に入射され、
自己位相変調した光パルスが反射される。また、もう一
方は、分岐光導波路8l6を伝搬し、集光部817を通
して光導波路型ミラー818に入射され、位相変調を受
けずに反射される。
FIG. 10C shows the configuration of an optical pulse compression unit using an optical waveguide. Here, the intra-cavity propagation light 805 is incident on the optical waveguide portion through the condensing portion 812. One of them propagates through the branch optical waveguide 813, and
4, the light enters the optical waveguide type phase modulation unit 815,
The self-phase modulated light pulse is reflected. The other light propagates through the branching optical waveguide 816, enters the optical waveguide mirror 818 through the condensing unit 817, and is reflected without undergoing phase modulation.

【0067】そして、二方向から反射されてきた光パル
スが重ね合わされ、パルス圧縮を受けて、光導波路端か
らレーザ活性部802へと戻される。これにより、パル
ス幅の短いレーザ光が出射光804として放出される。
必要に応じて、レーザ活性部802に光の共振器往復周
期に共鳴する周波数の電気信号を加えて、強制モード同
期する。尚、図10(b)および図10(c)において
も、逆バイアス電圧を供給できるようバイアス電圧源8
19を設けている。
Then, the optical pulses reflected from the two directions are superimposed, subjected to pulse compression, and returned from the end of the optical waveguide to the laser active section 802. As a result, laser light having a short pulse width is emitted as emission light 804.
If necessary, an electric signal having a frequency that resonates with the reciprocation cycle of the optical resonator is added to the laser activation unit 802 to perform forced mode locking. 10 (b) and 10 (c), a bias voltage source 8 is also provided so that a reverse bias voltage can be supplied.
19 are provided.

【0068】面型あるいは光導波路型の光パルス圧縮部
を用いると、光パルス幅を短くできるので、パルス圧縮
率が高い場合、位相変調を用いずに、圧縮部でパルス圧
縮された光パルスを共振器へ直接戻すことによって短パ
ルスを発生するレーザ光源を構成することができる。そ
のような構成を図11を用いて説明する。
When a surface-type or optical-waveguide-type optical pulse compression unit is used, the optical pulse width can be shortened. Therefore, when the pulse compression ratio is high, the optical pulse compressed by the compression unit without using phase modulation is used. By returning the laser light directly to the resonator, a laser light source that generates a short pulse can be configured. Such a configuration will be described with reference to FIG.

【0069】図11は、本発明のレーザ光発生装置の本
発明に係わる構成の第2の実施例を示すブロック図であ
る。本例においては、面型あるいは光導波路型の光パル
ス圧縮部901を共振器端に置き、反射型光パルス圧縮
部として用いる。その他の構成部分は、レーザ活性部9
02、集光部903,904、出射光905および共振
器内伝搬光906である。
FIG. 11 is a block diagram showing a second embodiment of the configuration according to the present invention of the laser beam generator of the present invention. In this example, a surface-type or optical-waveguide-type optical pulse compression unit 901 is placed at the end of the resonator and used as a reflection-type optical pulse compression unit. Other components are the laser activation unit 9
02, condensing units 903 and 904, outgoing light 905 and light propagating in the resonator 906.

【0070】レーザ活性部902は、図10における第
1の実施例のものと同じものを用いる。レーザ活性部9
02から出た光は集光部903で平行光線とされ、集光
部904で光パルス圧縮部901に集光される。光パル
ス圧縮部901から戻ってきた光は同一光路上を入射し
た光と逆方向に進む。これらの入射光および戻り光が共
振器内伝搬光906を構成する。
The same laser activating section 902 as that of the first embodiment in FIG. 10 is used. Laser active part 9
The light emitted from the light source 02 is converted into a parallel light beam by the light collector 903, and is collected by the light pulse compressor 901 by the light collector 904. The light returned from the optical pulse compression unit 901 travels in the opposite direction to the light incident on the same optical path. These incident light and return light constitute the propagation light 906 in the resonator.

【0071】このようにして光が往復するにつれて、光
パルス圧縮部901でパルス圧縮され、短パルスの出射
光となって、共振器外に放出される。尚、この時、必要
に応じてレーザ活性部902に、光の共振器往復周期に
共鳴する周波数の電気信号を加えて、強制モード同期す
る。また、バイアス電圧源907は、逆バイアス電圧を
供給するために用いる。
As the light reciprocates in this manner, the light is pulse-compressed by the light pulse compression unit 901 to be emitted as short pulses and emitted out of the resonator. At this time, if necessary, an electric signal having a frequency that resonates with the reciprocating period of the optical resonator is added to the laser active unit 902 to perform forced mode synchronization. The bias voltage source 907 is used to supply a reverse bias voltage.

【0072】図12は、本発明の光パルス伝送装置の本
発明に係わる構成の一実施例を示すブロック図である。
本例は、伝送用の信号となる光パルスを発生する光源
と、上述の第1〜第9の実施例で示した光パルス圧縮部
を用いて、短パルスの光信号の送信器を構成したもので
ある。
FIG. 12 is a block diagram showing one embodiment of the configuration according to the present invention of the optical pulse transmission device of the present invention.
In this example, a transmitter for a short-pulse optical signal was configured using a light source that generates an optical pulse serving as a signal for transmission and the optical pulse compression unit described in the first to ninth embodiments. Things.

【0073】信号発生光源1001として、上述の各実
施例と同様、InGaAsPを活性層とするファブリーぺ
ローレーザもしくはDFBレーザを用いる。本実施例で
は、このレーザ自身が共振器を構成するので、端面には
無反射を施さない。また、電気的な入力信号1002を
入力信号伝送路1003を通して信号発生光源1001
に印加し、伝送信号となる光パルス列を生成する。これ
は、レーザを直接変調して光信号を発生するものであ
る。また、レーザは変調せず、レーザと光学的に接続さ
れた光変調器に入力信号1002を入力し、光信号を発
生する外部変調技術も使用できる。この技術では、本図
の信号発生光源1001が、連続発振レーザと外部変調
器に置き換わるだけで、模式的には等価である。
As the signal generating light source 1001, a Fabry-Perot laser or a DFB laser using InGaAsP as an active layer is used as in the above-described embodiments. In this embodiment, since the laser itself forms a resonator, no reflection is applied to the end face. Further, an electric input signal 1002 is transmitted through an input signal transmission line 1003 to a signal generation light source 1001.
To generate an optical pulse train to be a transmission signal. In this method, a laser is directly modulated to generate an optical signal. Further, an external modulation technique of generating an optical signal by inputting an input signal 1002 to an optical modulator optically connected to the laser without modulating the laser can also be used. In this technique, the signal generation light source 1001 in this figure is schematically equivalent only by replacing it with a continuous wave laser and an external modulator.

【0074】さらに、信号発生光源1001から発生し
た光パルス列を入射光信号1004として入射光伝送路
1005に通し、光パルス圧縮部1006へと導く。入
射光信号1004は、光パルス圧縮部1006でパルス
圧縮され、パルス幅の短い出射光信号1007として出
射光伝送路1008を通して送信される。このようにし
て、短パルスの光信号を送信する光パルス伝送装置を構
成することができる。
Further, the optical pulse train generated from the signal generating light source 1001 is passed through an incident optical transmission line 1005 as an incident optical signal 1004, and is guided to an optical pulse compression unit 1006. The incident optical signal 1004 is pulse-compressed by the optical pulse compression unit 1006, and transmitted through the output optical transmission line 1008 as an output optical signal 1007 having a short pulse width. In this way, an optical pulse transmission device that transmits a short pulse optical signal can be configured.

【0075】尚、この例で説明した短パルス光信号送信
器を複数個用いて、時間分割多重伝送に利用することが
できる。この場合、多重したい伝送チャンネル分の短パ
ルス光信号送信器を用いる。そして、各々の短パルス光
信号送信器を等しいパルス繰り返し周期(ビットレー
ト)で駆動する。さらに、各々のチャンネルの信号に対
応する光パルス列の間に時間軸上で重ならず、かつ均等
な時間間隔で時間軸上に時系列的に配列されるように時
間遅延を加える。その後、各々のチャンネルの光パルス
列を一本の光ファイバ中に多重することにより、時間分
割多重用の光パルス送信システムを構成することができ
る。
It is to be noted that a plurality of short pulse optical signal transmitters described in this example can be used for time division multiplex transmission. In this case, a short pulse optical signal transmitter for a transmission channel to be multiplexed is used. Then, each short-pulse optical signal transmitter is driven at an equal pulse repetition period (bit rate). Further, a time delay is added so that the optical pulse trains corresponding to the signals of the respective channels do not overlap on the time axis and are arranged in a time series on the time axis at equal time intervals. Thereafter, by multiplexing the optical pulse trains of the respective channels into one optical fiber, an optical pulse transmission system for time division multiplexing can be configured.

【0076】以上、図1〜図12を用いて説明したよう
に、本実施例の光パルス圧縮装置および光パルス伝送装
置では、屈折率の周期分布が低屈折率層から始まる位相
シフト分布ブラッグ反射器において、その内部の光強度
のピークと一致する位置に可飽和吸収層を配置した構成
とする。この構成とすることにより、パルス幅の拡がっ
たパルスを入射すると、吸収飽和により光パルスの時間
的に前縁となる部分が消滅し、1回の反射のみでパルス
幅が圧縮された光パルスとして伝送することができる。
As described above with reference to FIGS. 1 to 12, in the optical pulse compression device and the optical pulse transmission device according to the present embodiment, the phase shift distribution in which the periodic distribution of the refractive index starts from the low refractive index layer is the Bragg reflection. The device has a configuration in which a saturable absorption layer is arranged at a position that coincides with the light intensity peak inside the container. With this configuration, when a pulse having a widened pulse width is incident, a portion that becomes a temporally leading edge of the optical pulse disappears due to absorption saturation, and the pulse width is reduced as a light pulse by only one reflection. Can be transmitted.

【0077】また、本例のレーザ光発生装置では、本例
の光パルス圧縮装置における可飽和吸収による光パルス
圧縮またはそれに伴う位相変調を利用する等して短光パ
ルスを発生することができる。そして、このレーザ光発
生装置で発生した短光パルスを、本例の光パルス伝送装
置では、時間分割多重光伝送や波長分割多重光伝送に利
用することができる。尚、本発明は、図1〜図12を用
いて説明した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変更可能である。
Further, the laser light generator of the present embodiment can generate a short light pulse by utilizing the light pulse compression by saturable absorption or the phase modulation accompanying the saturable absorption in the light pulse compressor of the present embodiment. The short optical pulse generated by the laser light generator can be used for time division multiplexed optical transmission and wavelength division multiplexed optical transmission in the optical pulse transmission device of the present embodiment. The present invention is not limited to the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 12, and can be variously modified without departing from the gist thereof.

【0078】[0078]

【発明の効果】本発明によれば、実効光パルスエネルギ
を増強して、半導体の吸収飽和の効率を増した光パルス
圧縮を行うことができ、任意の距離の光ファイバで伝送
された10pj(ピコ・ジュール)程度のエネルギの光パ
ルスの幅の圧縮が可能となり、時間分割多重光伝送や波
長分割多重光伝送に利用する短パルス光を効率良く生成
することが可能である。
According to the present invention, it is possible to increase the effective light pulse energy to perform light pulse compression with increased absorption saturation efficiency of a semiconductor, and to transmit 10 pj ( It is possible to reduce the width of an optical pulse having an energy of about pico-joule (short pulse), and it is possible to efficiently generate short pulse light used for time division multiplexing optical transmission and wavelength division multiplexing optical transmission.

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

【図1】本発明の光パルス圧縮装置の本発明に係わる構
成の第1の実施例を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a configuration according to the present invention of an optical pulse compression device according to the present invention.

【図2】本発明の光パルス圧縮装置の本発明に係わる構
成の第2の実施例を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the configuration according to the present invention of the optical pulse compression device of the present invention.

【図3】本発明の光パルス圧縮装置の本発明に係わる構
成の第3の実施例を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the configuration according to the present invention of the optical pulse compression device of the present invention.

【図4】本発明の光パルス圧縮装置の本発明に係わる構
成の第4の実施例を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a fourth embodiment of the configuration according to the present invention of the optical pulse compression device of the present invention.

【図5】本発明の光パルス圧縮装置の本発明に係わる構
成の第5の実施例を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a fifth embodiment of the configuration according to the present invention of the optical pulse compression device of the present invention.

【図6】本発明の光パルス圧縮装置の本発明に係わる構
成の第6の実施例を示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing a sixth embodiment of the configuration according to the present invention of the optical pulse compression device of the present invention.

【図7】本発明の光パルス圧縮装置の本発明に係わる構
成の第7の実施例を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a seventh embodiment of the configuration according to the present invention of the optical pulse compression device of the present invention.

【図8】本発明の光パルス圧縮装置の本発明に係わる構
成の第8の実施例を示す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing an optical pulse compression apparatus according to an eighth embodiment of the present invention;

【図9】本発明の光パルス圧縮装置の本発明に係わる構
成の第9の実施例を示すブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram showing a ninth embodiment of the configuration according to the present invention of the optical pulse compression device of the present invention.

【図10】本発明のレーザ光発生装置の本発明に係わる
構成の第1の実施例を示すブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram showing a first embodiment of the configuration according to the present invention of the laser light generator of the present invention.

【図11】本発明のレーザ光発生装置の本発明に係わる
構成の第2の実施例を示すブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram showing a second embodiment of the configuration according to the present invention of the laser beam generator of the present invention.

【図12】本発明の光パルス伝送装置の本発明に係わる
構成の一実施例を示すブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram showing one embodiment of a configuration according to the present invention of the optical pulse transmission device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101:光パルス(入射)、102:光増幅部、10
3:光パルス(増幅後)、104:集光レンズ、10
5:入射光、106:光パルス圧縮部、107:出射
光、108:光パルス(出射)、109:バイアス電圧
源、201:n(L)層、202:n(H)層、203:可
飽和吸収層、204:単位セル、205:基板、20
6:バイアス電圧源、207:n(L)層、208:n
(H)層、209:単位セル、210:基板、301:入
射側光ファイバ伝送路、302:光増幅部、303:入
射光パルス導入部、304:入射光パルス伝送光ファイ
バ、305:入射光結合部、306:集光レンズ、30
7:入射光、308:光パルス圧縮部、309:出射
光、310:出射光結合部、311:出射光パルス伝送
光ファイバ、312:出射光パルス導出部、313:光
パルス圧縮装置、314:出射側光ファイバ伝送路、3
15:バイアス電圧源、401:入射光パルス導入部、
402:出射光パルス導出部、403:入射光パルス伝
送光ファイバ、404:光増幅部、405:入射光パル
ス伝送光ファイバ(増幅後)、406:入射光結合部、
407:出射光結合部、408:集光レンズ、409:
入射光、410:光パルス圧縮部、411:出射光、4
12:出射光パルス伝送光ファイバ、413:光パルス
圧縮装置、414:バイアス電圧源、501-1〜50
1-n:光パルス圧縮装置、502:波長分波部、50
3:波長合波部、601:下部クラッド、602:n
(H)層、603:可飽和吸収層、604:n(L)層、6
05:上部クラッド、606:位相シフト部、607:
無反射コート層、608:バイアス電圧源、701:入
射光パルス導入部、702:出射光パルス導出部、70
3:入射光パルス伝送光ファイバ、704:光増幅部、
705:入射光パルス伝送光ファイバ(増幅後)、70
6:光アイソレータ、707:結合光ファイバ、70
8:集光部、709:入射および出射光、710:光パ
ルス圧縮部(光導波路型)、711:出射光パルス伝送
光ファイバ、712:光パルス圧縮装置、713:バイ
アス電圧源、801:光パルス圧縮部、802:レーザ
活性部、803:集光部、804:出射光、805:共
振器内伝搬光、806:ビームスプリッタ、807:分
岐光、808:集光部、809:位相変調部、810:
分岐光、811:高反射ミラー、812:集光部、81
3:分岐光導波路、814:集光部、815:位相変調
部(光導波路型)、816:分岐光導波路、817:集
光部、818:導波路型ミラー、819:バイアス電圧
源、901:光パルス圧縮部、902:レーザ活性部、
903,904:集光部、905:出射光、906:共
振器内伝搬光、907:バイアス電圧源、1001:信
号発生光源、1002:入力信号、1003:入力信号
伝送路、1004:入射光信号、1005:入射光伝送
路、1006:光パルス圧縮部、1007:出射光信
号、1008:出射光伝送路。
101: optical pulse (incident), 102: optical amplifier, 10
3: light pulse (after amplification), 104: condenser lens, 10
5: incident light, 106: light pulse compression unit, 107: outgoing light, 108: light pulse (emission), 109: bias voltage source, 201: n (L) layer, 202: n (H) layer, 203: acceptable Saturated absorption layer, 204: unit cell, 205: substrate, 20
6: bias voltage source, 207: n (L) layer, 208: n
(H) layer, 209: unit cell, 210: substrate, 301: incident side optical fiber transmission line, 302: optical amplification section, 303: incident light pulse introduction section, 304: incident light pulse transmission optical fiber, 305: incident light Coupling part, 306: condenser lens, 30
7: incident light, 308: light pulse compression unit, 309: emission light, 310: emission light coupling unit, 311: emission light pulse transmission optical fiber, 312: emission light pulse derivation unit, 313: light pulse compression device, 314: Outgoing optical fiber transmission line, 3
15: bias voltage source, 401: incident light pulse introduction unit,
402: outgoing light pulse deriving unit, 403: incident light pulse transmitting optical fiber, 404: light amplifying unit, 405: incident light pulse transmitting optical fiber (after amplification), 406: incident light coupling unit,
407: outgoing light coupling section, 408: condenser lens, 409:
Incident light, 410: light pulse compression unit, 411: outgoing light, 4
12: outgoing light pulse transmission optical fiber, 413: light pulse compression device, 414: bias voltage source, 501-1 to 50
1-n: optical pulse compression device, 502: wavelength demultiplexing unit, 50
3: wavelength multiplexing part, 601: lower cladding, 602: n
(H) layer, 603: saturable absorption layer, 604: n (L) layer, 6
05: upper cladding, 606: phase shift portion, 607:
Anti-reflection coating layer, 608: bias voltage source, 701: incident light pulse introduction unit, 702: emission light pulse derivation unit, 70
3: incident optical pulse transmission optical fiber, 704: optical amplifier,
705: incident optical pulse transmission optical fiber (after amplification), 70
6: optical isolator, 707: coupling optical fiber, 70
8: condensing unit, 709: incident and outgoing light, 710: optical pulse compressing unit (optical waveguide type), 711: outgoing optical pulse transmission optical fiber, 712: optical pulse compressing device, 713: bias voltage source, 801: light Pulse compression section, 802: laser active section, 803: condensing section, 804: outgoing light, 805: light propagating in the resonator, 806: beam splitter, 807: branch light, 808: condensing section, 809: phase modulation section , 810:
Branch light, 811: High reflection mirror, 812: Condenser, 81
3: branch optical waveguide, 814: condensing section, 815: phase modulation section (optical waveguide type), 816: branch optical waveguide, 817: condensing section, 818: waveguide mirror, 819: bias voltage source, 901: Light pulse compression unit, 902: laser active unit,
903, 904: condensing unit, 905: outgoing light, 906: light propagating in the resonator, 907: bias voltage source, 1001: signal generation light source, 1002: input signal, 1003: input signal transmission path, 1004: incident light signal , 1005: incident light transmission path, 1006: light pulse compression section, 1007: output light signal, 1008: output light transmission path.

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体中の可飽和吸収体の吸収飽和によ
り、入射した光(入射光)の反射時に、該入射光のパル
ス(光パルス)の幅の圧縮を行う光パルス圧縮装置であ
って、低屈折率からはじまる屈折率の周期分布を構成す
るよう低屈折率層および高屈折率層が積層され、上記入
射光を強く閉じ込める薄膜層と、該薄膜層における光強
度分布のピークとなる位置に配置された可飽和吸収体層
とからなり、最上位層の上記低屈折率層に入射された光
パルスの光強度を上記薄膜層で高め、上記可飽和吸収体
の吸収飽和を強めることを特徴とする光パルス圧縮装
置。
1. An optical pulse compression apparatus for compressing the width of a pulse (optical pulse) of incident light (reflected by incident light) due to absorption saturation of a saturable absorber in a semiconductor. A low-refractive-index layer and a high-refractive-index layer are stacked so as to form a periodic distribution of the refractive index starting from the low refractive index, and a thin-film layer for strongly confining the incident light, and a position where the light intensity distribution peaks in the thin-film layer A saturable absorber layer disposed in the uppermost layer, the light intensity of the light pulse incident on the low refractive index layer of the uppermost layer is increased by the thin film layer, and the absorption saturation of the saturable absorber is enhanced. Characteristic light pulse compression device.
【請求項2】 請求項1に記載の光パルス圧縮装置にお
いて、上記可飽和吸収体層の光学厚と上記低屈折率層の
光学厚との和、および、上記高屈折率層の光学厚のそれ
ぞれを、もしくは、上記可飽和吸収体層の光学厚と上記
高屈折率層の光学厚との和、および、上記低屈折率層の
光学厚のそれぞれを、上記入射光の中心波長の1/4と
することを特徴とする光パルス圧縮装置。
2. The optical pulse compression device according to claim 1, wherein a sum of an optical thickness of the saturable absorber layer and an optical thickness of the low refractive index layer and an optical thickness of the high refractive index layer. Each, or the sum of the optical thickness of the saturable absorber layer and the optical thickness of the high refractive index layer, and each of the optical thickness of the low refractive index layer, 1/1 of the center wavelength of the incident light 4. An optical pulse compression apparatus, wherein
【請求項3】 請求項1、もしくは、請求項2のいずれ
かに記載の光パルス圧縮装置において、上記薄膜層は、
InPからなる低屈折率層とGaInAsPからなる高屈折
率層を単位セルとして、該単位セルを複数積層してな
り、上記可飽和吸収体層を上記単位セルの最上部および
各単位セル間に配置することを特徴とする光パルス圧縮
装置。
3. The optical pulse compression device according to claim 1, wherein the thin film layer comprises:
A low refractive index layer made of InP and a high refractive index layer made of GaInAsP are used as unit cells, and a plurality of the unit cells are stacked. The saturable absorber layer is arranged at the top of the unit cells and between the unit cells. An optical pulse compression device.
【請求項4】 請求項1から請求項3のいずれかに記載
の光パルス圧縮装置において、上記可飽和吸収体層を上
記低屈折率層もしくは上記高屈折率層で構成することを
特徴とする光パルス圧縮装置。
4. The optical pulse compression device according to claim 1, wherein the saturable absorber layer is formed of the low refractive index layer or the high refractive index layer. Optical pulse compression device.
【請求項5】 請求項1から請求項4のいずれかに記載
の光パルス圧縮装置において、上記可飽和吸収体は、量
子井戸構造の半導体薄膜からなることを特徴とする光パ
ルス圧縮装置。
5. The optical pulse compression device according to claim 1, wherein the saturable absorber is formed of a semiconductor thin film having a quantum well structure.
【請求項6】 請求項1から請求項5のいずれかに記載
の光パルス圧縮装置において、バンドギャップ付近に蓄
積された光キャリアを引き出すための逆バイアス電圧を
加える手段を設けたことを特徴とする光パルス圧縮装
置。
6. The optical pulse compression apparatus according to claim 1, further comprising means for applying a reverse bias voltage for extracting optical carriers accumulated near a band gap. Light pulse compression device.
【請求項7】 請求項1から請求項6のいずれかに記載
の光パルス圧縮装置において、上記最上位層の低屈折率
層に入射される光パルスの光強度を増幅する手段を設け
たことを特徴とする光パルス圧縮装置。
7. An optical pulse compression apparatus according to claim 1, further comprising means for amplifying a light intensity of a light pulse incident on the low refractive index layer as the uppermost layer. An optical pulse compression device characterized by the above-mentioned.
【請求項8】 請求項1から請求項7のいずれかに記載
の光パルス圧縮装置において、上記入射光を上記薄膜層
上に集光する集光手段を設けたことを特徴とする光パル
ス圧縮装置。
8. An optical pulse compression apparatus according to claim 1, further comprising a light condensing means for converging said incident light on said thin film layer. apparatus.
【請求項9】 請求項1から請求項8のいずれかに記載
の光パルス圧縮装置において、入射光および反射光を伝
送する光ファイバを有し、上記光ファイバでの伝送で拡
がった入射光のパルスの幅を圧縮することを特徴とする
光パルス圧縮装置。
9. The optical pulse compression apparatus according to claim 1, further comprising an optical fiber for transmitting the incident light and the reflected light, wherein said optical fiber compresses the incident light spread by said optical fiber. An optical pulse compression device for compressing a pulse width.
【請求項10】 請求項1から請求項9のいずれかに記
載の光パルス圧縮装置において、上記薄膜層および上記
過飽和吸収体を分布ブラッグ反射器内に設けたことを特
徴とする光パルス圧縮装置。
10. The optical pulse compression device according to claim 1, wherein said thin film layer and said saturable absorber are provided in a distributed Bragg reflector. .
【請求項11】 請求項1から請求項9のいずれかに記
載の光パルス圧縮装置において、上記低屈折率層と上記
高屈折率層とにより光導波路を形成し、該導波路内の周
期的回析格子に、光を局在させる位相シフト部を設ける
ことを特徴とする光パルス圧縮装置。
11. The optical pulse compression apparatus according to claim 1, wherein an optical waveguide is formed by said low refractive index layer and said high refractive index layer, and said periodic waveguide in said waveguide is formed. An optical pulse compression device, wherein a diffraction grating is provided with a phase shift unit for localizing light.
【請求項12】 請求項11に記載の光パルス圧縮装置
において、最上位層の上記低屈折率層上に無反射コート
層を設けたことを特徴とする光パルス圧縮装置。
12. The optical pulse compression device according to claim 11, wherein a non-reflection coating layer is provided on the uppermost low refractive index layer.
【請求項13】 請求項11、もしくは、請求項12の
いずれかに記載の光パルス圧縮装置において、上記光導
波路の反射スペクトルにおける反射率が低くなる波長領
域を、上記入射光のスペクトルの中心波長に一致させる
ことを特徴とする光パルス圧縮装置。
13. The optical pulse compression device according to claim 11, wherein the wavelength region where the reflectance in the reflection spectrum of the optical waveguide is low is set to the center wavelength of the spectrum of the incident light. An optical pulse compression device characterized by:
【請求項14】 請求項1から請求項13のいずれかに
記載の光パルス圧縮装置を具備し、光信号をパルス圧縮
して伝送することを特徴とする光パルス伝送装置。
14. An optical pulse transmission device comprising the optical pulse compression device according to claim 1, wherein the optical pulse transmission device performs pulse compression on an optical signal and transmits the optical signal.
【請求項15】 請求項1から請求項13のいずれかに
記載の光パルス圧縮装置を、異なる中心波長の光パルス
毎に複数個設け、多重されて送られてきたそれぞれ異な
る中心波長の各光パルスを分岐して上記中心波長で対応
付けられる各光パルス圧縮装置に入射し、各光パルス圧
縮装置でパルス幅を圧縮した後、合波して伝送すること
を特徴とする光パルス伝送装置。
15. A light pulse compression device according to claim 1, wherein a plurality of light pulse compression devices are provided for each light pulse having a different center wavelength, and each light beam having a different center wavelength is multiplexed and transmitted. An optical pulse transmission device, wherein a pulse is branched and incident on each of the optical pulse compression devices associated with the center wavelength, the pulse width is compressed by each of the optical pulse compression devices, and then combined and transmitted.
【請求項16】 請求項1から請求項13のいずれかに
記載の光パルス圧縮装置の複数個を、等しいパルス繰り
返し周期で駆動する手段と、各光パルス圧縮装置からの
光パルスに時間遅延を与えて、均等な時間間隔で時間軸
上に時系列的に配列する手段と、上記均等な時間間隔で
配列された各光パルスを一つの伝送路に多重して伝送す
る手段とを有することを特徴とする光パルス伝送装置。
16. A means for driving a plurality of optical pulse compression devices according to any one of claims 1 to 13 at an equal pulse repetition period, and adding a time delay to optical pulses from each optical pulse compression device. Given means having time-series arrangement on the time axis at uniform time intervals, and means for multiplexing and transmitting each optical pulse arranged at the uniform time intervals on one transmission path. Characteristic optical pulse transmission device.
【請求項17】 請求項1から請求項13のいずれかに
記載の光パルス圧縮装置を、反射面として用いることを
特徴とするレーザ光発生装置。
17. A laser light generator using the optical pulse compression device according to claim 1 as a reflection surface.
【請求項18】 請求項1から請求項13のいずれかに
記載の光パルス圧縮装置と、レーザ光を発生させるレー
ザ活性手段と、該レーザ活性手段の反射面側で上記レー
ザ光を2経路に分岐して、一方のレーザ光を上記光パル
ス圧縮装置に入射させ、他方のレーザ光を反射鏡に入射
させ、上記光パルス圧縮装置からの反射光と上記反射鏡
からの反射光を重ね合わせる光分岐合成手段とからな
り、上記光パルス圧縮装置により周波数シフトさせた反
射光のパルスと、上記反射鏡からの周波数シフトされて
いない反射光のパルスとを重ね合わせて干渉させ、パル
スの両端を消滅させて上記レーザ光を発することを特徴
とするレーザ光発生装置。
18. An optical pulse compression device according to claim 1, laser activation means for generating laser light, and said laser light in two paths on the reflection surface side of said laser activation means. The laser beam is branched, one of the laser beams is made incident on the optical pulse compression device, the other laser beam is made incident on the reflecting mirror, and the reflected light from the optical pulse compression device is superimposed on the reflected light from the reflecting mirror. A pulse combining unit that overlaps the reflected light pulse whose frequency has been shifted by the optical pulse compression device and the reflected light pulse that has not been frequency shifted from the reflecting mirror and causes both ends of the pulse to disappear. A laser light generating device for emitting the laser light.
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