JPH11354868A - Light injected semiconductor laser device - Google Patents
Light injected semiconductor laser deviceInfo
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- JPH11354868A JPH11354868A JP10163468A JP16346898A JPH11354868A JP H11354868 A JPH11354868 A JP H11354868A JP 10163468 A JP10163468 A JP 10163468A JP 16346898 A JP16346898 A JP 16346898A JP H11354868 A JPH11354868 A JP H11354868A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光注入型半導体レー
ザ装置に関し、特に光ファイバ通信システムにおいて光
源として用いられる光注入型半導体レーザ装置に関する
ものである。The present invention relates to a light injection type semiconductor laser device, and more particularly to a light injection type semiconductor laser device used as a light source in an optical fiber communication system.
【０００２】光ファイバ通信システムの大容量化は、
（１）伝送速度の高速化と（２）波長多重による並列化
の優劣を比較しながら開発が進められて来ているが、い
ずれの場合も半導体レーザを光源として用いているとこ
ろから、特に半導体レーザの高精度な制御技術を確立す
ることが重要になっている。[0002] To increase the capacity of an optical fiber communication system,
Development has been promoted while comparing the advantages of (1) high transmission speed and (2) parallelism by wavelength division multiplexing. In each case, a semiconductor laser is used as a light source. It is important to establish a high-precision laser control technology.
【０００３】[0003]
【従来の技術と課題】（１）伝送速度の高速化 従来まで、光源の高ビットレート化のため、半導体レー
ザを高速に直接変調する直接変調方式が用いられてきた
が、この方式では大きな波長変動（チャーピング) を生
じ、これが光ファイバ中の波長分散によるパルス広がり
を引き起こすため、高ビットレート化には不利である。2. Description of the Related Art (1) Higher transmission speed Until now, a direct modulation method for directly modulating a semiconductor laser at a high speed has been used to increase the bit rate of a light source. Fluctuation (chirping) occurs, which causes pulse broadening due to chromatic dispersion in the optical fiber, which is disadvantageous for increasing the bit rate.
【０００４】一方、チャーピングを抑える方法として、
半導体レーザの出力光を外部変調器によって変調する従
来技術がある。しかしながら、この方法では外部変調器
を電気信号によって駆動するため、ビットレートはこの
駆動用電気回路の動作によって制限されてしまい、特に
１０Gb/sを超える高ビットレート領域では、現状の技術
による実現は困難である。On the other hand, as a method of suppressing chirping,
There is a related art in which output light of a semiconductor laser is modulated by an external modulator. However, in this method, since the external modulator is driven by an electric signal, the bit rate is limited by the operation of the driving electric circuit. Particularly, in a high bit rate region exceeding 10 Gb / s, realization by the current technology cannot be realized. Have difficulty.
【０００５】これに対し、超短パルス光を発生できる縦
モード同期技術が提案されている。これは、半導体レー
ザが多縦モード半導体レーザであり、その縦モード周波
数間隔（ｆh）にほぼ等しい周波数の変調をレーザ共振
器内で行うと変調のサイド縦モード（サイドバンド＝側
波帯）を介して縦モード間の結合が起こり、縦モードの
周波数間隔は変調周波数に同期（ロック）され、図１０
に示すようなパルスの繰り返し周期（Ｔ＝１／ｆh）で
超短パルス光が発生されるという技術である。On the other hand, there has been proposed a longitudinal mode locking technique capable of generating an ultrashort pulse light. This is because the semiconductor laser is a multi-longitudinal mode semiconductor laser, and when a modulation having a frequency substantially equal to the longitudinal mode frequency interval (fh) is performed in the laser resonator, the side longitudinal mode of modulation (sideband = sideband) is obtained. The vertical mode frequency interval is synchronized (locked) to the modulation frequency through
In this technique, an ultrashort pulse light is generated at a pulse repetition period (T = 1 / fh) as shown in FIG.
【０００６】これをさらに応用すれば、同図に示すよう
に、モードロックレーザ４０から発生された光パルスを
遅延部４１で順次遅延させた後、時分割多重することに
より、更なる高ビットレートのパルス列を発生させるこ
とが可能となる。If this is further applied, as shown in the figure, the optical pulses generated from the mode-locked laser 40 are sequentially delayed by the delay unit 41 and then time-division multiplexed to further increase the bit rate. Can be generated.
【０００７】しかしながら、この方法も、パルスの繰り
返し周期（Ｔ＝１／ｆh）が、外部変調器、またはレー
ザを駆動する電気回路の動作によって制限される上、パ
ルス幅も制限を受ける。これは、生成されるパルスの幅
が1/√ｆhに比例するためであり、周波数ｆhの信号を電
気回路の動作によって制御する限り、１０Gb/sを超える
高ビットレート化には限界があるという問題がある。However, in this method as well, the pulse repetition period (T = 1 / fh) is limited by the operation of the external modulator or the electric circuit for driving the laser, and the pulse width is also limited. This is because the width of the generated pulse is proportional to 1 / √fh, and there is a limit to a high bit rate exceeding 10 Gb / s as long as the signal of the frequency fh is controlled by the operation of the electric circuit. There's a problem.
【０００８】（２）波長多重による並列化 上記のように、１０Gb/sを超えると、上記のように高速
電気信号処理の困難さから、光デバイスの制御方法に問
題が生じるため、これに代わる光源の並列化技術として
の波長多重（ＷＤＭ）技術が注目されている。 (2) Parallelization by wavelength division multiplexing As described above, if the speed exceeds 10 Gb / s, a problem arises in the control method of an optical device due to the difficulty of high-speed electrical signal processing as described above. A wavelength division multiplexing (WDM) technique as a technique for parallelizing light sources has attracted attention.
【０００９】この波長多重化のメリットは、各々の光源
のビットレートが低くても、それらを合波することで、
より多くの信号を伝送できる点である。従って、波長多
重化によって大容量伝送を実現するためには、出来る限
り多くの波長成分に情報を乗せて伝送すればよい。The advantage of this wavelength multiplexing is that even if the bit rate of each light source is low, by combining them,
The point is that more signals can be transmitted. Therefore, in order to realize large-capacity transmission by wavelength multiplexing, information should be transmitted with as many wavelength components as possible.
【００１０】しかしながら、現在の光ファイバ通信で実
用化されているＥr-添加光ファイバ増幅器においては、
波長１．５５μｍ帯に増幅帯域を持っており、この帯域
内に全ての信号を収めなければならない。このため、波
長１．５５μｍ帯域内で、各光源の波長を高密度に配置
する必要がある。更に、受信側で各波長成分を高精度に
分波できるよう、各光源の発振波長の揺らぎを最小限に
抑えることも必要となる。However, in an Er-doped optical fiber amplifier practically used in current optical fiber communication,
It has an amplification band in the 1.55 μm wavelength band, and all signals must be contained within this band. Therefore, it is necessary to arrange the wavelengths of the light sources at a high density within the wavelength band of 1.55 μm. Furthermore, it is necessary to minimize fluctuations in the oscillation wavelength of each light source so that each wavelength component can be split with high accuracy on the receiving side.
【００１１】これらに対しては、狭線幅の単一縦モー
ド半導体レーザを用い、且つ各半導体レーザの発振波
長を固定することが必要である。In order to cope with these problems, it is necessary to use a single longitudinal mode semiconductor laser having a narrow line width and to fix the oscillation wavelength of each semiconductor laser.
【００１２】しかしながら、まず、に関しては、製造
時における特性バラツキにより、均一の発振波長間隔
で、且つ狭線幅な半導体レーザを製造することは困難で
ある。またに関しては、各半導体レーザの温度を温度
制御器によって精密に制御し、且つ半導体レーザへの注
入電流を微調整することで、発振波長を固定せねばなら
ない。すなわち、各々のレーザに対し、個々に精密制御
が必要となるという問題がある。However, first of all, it is difficult to manufacture a semiconductor laser having a uniform oscillation wavelength interval and a narrow line width due to characteristic variations at the time of manufacturing. Regarding this, the oscillation wavelength must be fixed by precisely controlling the temperature of each semiconductor laser by a temperature controller and finely adjusting the injection current to the semiconductor laser. That is, there is a problem that precise control is individually required for each laser.
【００１３】一方、レーザの発振線幅狭窄化や、サイド
縦モード抑圧の手段として従来より図１１に示す光注入
同期技術が利用されている。すなわち、狭線幅かつ発振
波長を安定に制御した単一縦モードレーザ（これをマス
タレーザと呼ぶ）１１からの光を、光アイソレータ１３
を介して、発振波長の近接した別のレーザ（これをスレ
ーブレーザと呼ぶ）１２に注入する。On the other hand, as a means for narrowing an oscillation line width of a laser and suppressing a side longitudinal mode, a light injection locking technique shown in FIG. 11 has been conventionally used. That is, light from a single longitudinal mode laser (which is referred to as a master laser) 11 having a narrow line width and an oscillation wavelength stably controlled is transmitted to an optical isolator 13.
, And is injected into another laser (referred to as a slave laser) 12 having a close oscillation wavelength.
【００１４】この結果、スレーブレーザ１２の発振スペ
クトルが、マスタレーザ１１のそれに引込まれ、発振波
長安定化、狭線幅化、及びサイド縦モード（サイドバン
ド）抑圧をもたらす。しかしながら、スレープレーザの
発振周波数はマスタレーザのそれと一致するため、波長
の異なるすべての半導体レーザの安定化を図るには、や
はり個々の制御が必要となる。As a result, the oscillation spectrum of the slave laser 12 is drawn into that of the master laser 11, thereby stabilizing the oscillation wavelength, narrowing the line width, and suppressing the side longitudinal mode (side band). However, since the oscillation frequency of the slave laser matches that of the master laser, individual control is still required to stabilize all semiconductor lasers having different wavelengths.
【００１５】以上のことから、光ファイバ通信の大容量
化には、（１）伝送速度の高速化及び（２）波長多重の
並列化のいずれについても、高精度な半導体レーザ制御
技術を確立することが必要不可欠である。From the above, to increase the capacity of optical fiber communication, a high-precision semiconductor laser control technique is established for both (1) increasing the transmission speed and (2) parallelizing wavelength division multiplexing. It is essential.
【００１６】したがって、本発明はこの問題を解決する
ため、光注入によって半導体レーザを制御することによ
って、高精度な制御を実現する光注入型半導体レーザを
提供することを目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide a light-injection type semiconductor laser which realizes high-precision control by controlling the semiconductor laser by light injection in order to solve this problem.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】（１）全光モード同期に
よる伝送速度の高速化のための手段 上記の目的を達成するため、本発明に係る光注入型半導
体レーザ装置は、多縦モード半導体レーザと、該多縦モ
ード半導体レーザに対して該レーザ内のキャリア密度を
変調するとともに該レーザの基本周波数と等しいビート
周波数を有する２つのコヒーレント光を注入するコヒー
レント光注入手段と、を備えたことを特徴としている。[Means for Solving the Problems] (1) For all-optical mode locking
Means for Speeding Up Transmission Speed To achieve the above object, a light injection type semiconductor laser device according to the present invention comprises a multi-longitudinal mode semiconductor laser, and a multi-longitudinal mode semiconductor laser. Coherent light injection means for modulating the carrier density and injecting two coherent lights having a beat frequency equal to the fundamental frequency of the laser.
【００１８】上記のコヒーレント光注入手段は、該基本
周波数と等しいビート周波数の代わりに該基本周波数の
高調波周波数と等しいビート周波数を用いることができ
る。The above-mentioned coherent light injection means can use a beat frequency equal to a harmonic frequency of the fundamental frequency instead of the beat frequency equal to the fundamental frequency.
【００１９】さらに、該多縦モード半導体レーザのバイ
アス電流又は該コヒーレント光注入手段のバイアス電流
を該基本周波数または該高調波周波数の信号で変調する
発振器を設けてもよい。Further, an oscillator for modulating the bias current of the multi-longitudinal mode semiconductor laser or the bias current of the coherent light injection means with the signal of the fundamental frequency or the harmonic frequency may be provided.
【００２０】さらに、該コヒーレント光注入手段は、該
コヒーレント光をそれぞれが発生する２つの単一縦モー
ド半導体レーザで構成することができる。Further, the coherent light injection means can be constituted by two single longitudinal mode semiconductor lasers each generating the coherent light.
【００２１】すなわち、発振周波数のわずかに異なる、
２つの単一縦モードレーザからの出力コヒーレント光の
周波数差に相当するビート周波数で多縦モード半導体レ
ーザを変調する。この時、キャリア密度を有効に変調し
て多縦モード半導体レーザ内の活性層内で誘導吸収また
は誘導放出を起こす。That is, the oscillation frequency is slightly different.
A multi-longitudinal mode semiconductor laser is modulated at a beat frequency corresponding to a frequency difference between output coherent lights from two single longitudinal mode lasers. At this time, the carrier density is effectively modulated to cause stimulated absorption or stimulated emission in the active layer in the multi-longitudinal mode semiconductor laser.
【００２２】基本波縦モード同期または高調波縦モード
同期については、２つの注入光の周波数差を、多縦モー
ド半導体レーザの基本周波数（共振周波数）、又はその
自然数倍である高調波周波数に等しくすればよい。その
結果、各発振スペクトル成分は、周波数ｆa、又はｆhの
側帯波を生成しながら共振器内を往復するので、各成分
の相対位相が固定され、短パルス光が生成される。With respect to fundamental longitudinal mode locking or harmonic longitudinal mode locking, the frequency difference between two injected lights is set to the fundamental frequency (resonant frequency) of a multi-longitudinal mode semiconductor laser or a harmonic frequency which is a natural number multiple of the fundamental frequency. What is necessary is to make them equal. As a result, each oscillation spectrum component reciprocates in the resonator while generating a side band wave of the frequency fa or fh, so that the relative phase of each component is fixed and short pulse light is generated.
【００２３】従って基本波縦モード同期においては、縦
モード間隔の広い半導体レーザを用い、また高調波縦モ
ード同期においては、注入する２つの光の周波数差を大
きくすれば、繰り返し数十GHz 以上の光パルス列を生成
することが可能となる。Therefore, in the fundamental wave longitudinal mode locking, if a semiconductor laser having a wide longitudinal mode interval is used, and in the harmonic longitudinal mode locking, if the frequency difference between two light beams to be injected is increased, a repetition rate of tens of GHz or more is obtained. An optical pulse train can be generated.
【００２４】一方、予備変調方式による高調波縦モード
同期については、上記高調波縦モード同期において、多
縦モード半導体レーザのバイアス電流か、コヒーレント
光源に用いるレーザのバイアス電流を、予め基本周波数
又は高調波周波数で変調すればよい。この結果、高調波
縦モード同期に比較して、動作の安定化を実現すると同
時に、光パルス列の高繰り返し、短パルス化が可能とな
る。On the other hand, with respect to the harmonic longitudinal mode locking by the preliminary modulation method, in the harmonic longitudinal mode locking, the bias current of the multi-longitudinal mode semiconductor laser or the bias current of the laser used for the coherent light source is previously set to the fundamental frequency or harmonic. The modulation may be performed at the wave frequency. As a result, as compared with the harmonic longitudinal mode locking, the operation can be stabilized, and at the same time, the optical pulse train can be repeatedly repeated and the pulse length can be shortened.
【００２５】このような短パルス光源を光ファイバ通信
に用いれば、更なる高速化が可能となる。If such a short pulse light source is used for optical fiber communication, it is possible to further increase the speed.
【００２６】（２）相互注入同期による波長多重・並列
化のための手段 上記の目的を達成するため、本発明に係る光注入型半導
体レーザ装置は、ファブリ−ペロー縦モード間隔の整数
倍に相当する発振周波数差を有する同一構造の複数の単
一縦モード半導体レーザの各出力光を相互に注入するこ
とを特徴とした構成を有することができる。 (2) Wavelength multiplexing / parallel by mutual injection locking
In order to achieve the above object, a light injection type semiconductor laser device according to the present invention comprises a plurality of single vertical semiconductor lasers having the same structure having an oscillation frequency difference equivalent to an integral multiple of the Fabry-Perot vertical mode interval. It is possible to have a configuration characterized by mutually injecting each output light of the mode semiconductor laser.
【００２７】この注入同期技術は、２つの多縦モード半
導体レーザ間のアイソレータを取り除くことで、光が相
互に注入し合うようにしたものである。この時、２つの
レーザの発振周波数（波長）差が、ほぼファブリ−ペロ
ー（Ｆ−Ｐ）縦モード間隔Ｆ−Ｐに等しいものを用いる
と注入同期が起こる。In the injection locking technique, light is mutually injected by removing an isolator between two multi-longitudinal mode semiconductor lasers. At this time, if the difference between the oscillation frequencies (wavelengths) of the two lasers is substantially equal to the Fabry-Perot (FP) longitudinal mode interval FP, injection locking occurs.
【００２８】すなわち、スレーブレーザの発振周波数
を、マスタレーザのＦ−Ｐサイド縦モード近傍に注入す
る。この時、スレーブレーザの発振周波数がマスタレー
ザのＦ−Ｐ縦モードと一致しているため、共振器内を往
復した時の位相条件が満たされる。従って、活性層内に
おける光混合が強く起きる。That is, the oscillation frequency of the slave laser is injected near the FP side longitudinal mode of the master laser. At this time, since the oscillation frequency of the slave laser matches the FP longitudinal mode of the master laser, the phase condition at the time of reciprocating in the resonator is satisfied. Therefore, light mixing in the active layer occurs strongly.
【００２９】同時に、マスタレーザの出力光もスレーブ
レーザに注入されるため、スレーブレーザでもサイド縦
モードが生成する。その結果、各レーザの発振周波数成
分が、相手レーザのサイド縦モード成分と相互作用する
ことによって、注入同期が起こる。At the same time, since the output light of the master laser is also injected into the slave laser, a side longitudinal mode is also generated in the slave laser. As a result, the injection locking occurs because the oscillation frequency component of each laser interacts with the side longitudinal mode component of the partner laser.
【００３０】この光注入型半導体レーザ装置は、該マス
タレーザを起点として全半導体レーザを縦続接続する
か、あるいは該マスタレーザと各半導体レーザとを並列
接続したものとすることができる。In this light injection type semiconductor laser device, all the semiconductor lasers can be connected in cascade starting from the master laser, or the master laser and each semiconductor laser can be connected in parallel.
【００３１】これらの構成において、温度制御器によっ
てマスタレーザのみの発振波長を安定に制御すれば、そ
の他のレーザ全ての発振波長を安定化できる。また、マ
スタレーザに狭線幅単一縦モードレーザを用いれば、そ
の他のレーザ全ての狭線幅化が可能である。In these configurations, if the oscillation wavelength of only the master laser is stably controlled by the temperature controller, the oscillation wavelength of all other lasers can be stabilized. If a single line mode laser having a narrow line width is used as the master laser, the line width of all other lasers can be reduced.
【００３２】さらに、マスタレーザの注入電流を変調
し、ＡＭサイド縦モードを生成させる。この時スレーブ
レーザ の発振周波数を、このＡＭサイド縦モードに一
致させて注入する。この結果、スレーブレーザの発振周
波数成分と、このＡＭサイド縦モード成分が相互作用す
る。Further, the injection current of the master laser is modulated to generate the AM side longitudinal mode. At this time, the oscillation frequency of the slave laser is matched with the AM side longitudinal mode for injection. As a result, the oscillation frequency component of the slave laser interacts with the AM side longitudinal mode component.
【００３３】このため、２つのレーザの発振周波数差が
ＡＭ変調周波数に固定されることとなり、マスタレーザ
のみの発振周波数を固定し、且つＡＭ変調周波数を微調
整すれば、スレーブレーザの出力パワーを一定に保った
まま、その発振周波数が微調整できる。Therefore, the difference between the oscillation frequencies of the two lasers is fixed to the AM modulation frequency. If the oscillation frequency of only the master laser is fixed and the AM modulation frequency is finely adjusted, the output power of the slave laser can be reduced. The oscillation frequency can be fine-tuned while keeping it constant.
【００３４】[0034]
【発明の実施の形態】以下に本発明に係る光注入型半導
体レーザ装置の高速化及び並列化（波長多重）に関する
実施例を図面を参照しながら説明する。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a light injection type semiconductor laser device according to the present invention.
【００３５】（１）伝送速度の高速化（全光縦モード同
期）：図１〜図３ 一般に縦モード同期（ロック）には、基本波縦モード同
期、高調波縦モード同期、更に予備変調方式による高調
波縦モード同期が挙げられる。 (1) Higher transmission speed (same as all optical vertical mode)
Period): FIGS. 1 to 3 Generally, the longitudinal mode synchronization (lock) includes fundamental wave longitudinal mode synchronization, harmonic longitudinal mode synchronization, and harmonic longitudinal mode synchronization by a preliminary modulation method.
【００３６】図１は、上記の基本波縦モード同期及び高
調波縦モード同期を実現する光注入型半導体レーザ装置
の実施例を示している。図中、１は多縦モード半導体レ
ーザであり、２，３は単一縦モード半導体レーザであ
る。単一縦モード半導体レーザ２，３の各出力光は光カ
プラ４により合波され、さらに光カプラ５を介して多縦
モード半導体レーザ１にコヒーレント光を注入するよう
に構成されている。FIG. 1 shows an embodiment of a light-injection type semiconductor laser device for realizing the above-described fundamental longitudinal mode locking and harmonic longitudinal mode locking. In the figure, 1 is a multi-longitudinal mode semiconductor laser, and 2 and 3 are single longitudinal mode semiconductor lasers. The output lights of the single longitudinal mode semiconductor lasers 2 and 3 are combined by an optical coupler 4, and coherent light is injected into the multi-longitudinal mode semiconductor laser 1 via an optical coupler 5.
【００３７】動作において、単一縦モード半導体レーザ
２，３は直流駆動されて互いに僅かに異なる２つの発振
周波数ｆ１、ｆ２の出力光を、光カプラ４で合波し、閾
値以上に直流バイアスされた多縦モード半導体レーザ１
の活性層に注入する。In operation, the single longitudinal mode semiconductor lasers 2 and 3 are DC driven and output light of two oscillation frequencies f1 and f2 slightly different from each other are multiplexed by the optical coupler 4 and DC biased to a threshold or more. Multi-longitudinal mode semiconductor laser 1
Into the active layer.
【００３８】この時、レーザ１内の活性層内のキャリア
密度が、２つの注入光の周波数差に相当するビート周波
数ｆb＝｜ｆ１- ｆ２｜で変調される。これは、駆動電
気回路によって、レーザ１の注入電流を周波数ｆbで変
調することに相当する。但し、この時、キャリア密度を
有効に変調するため、注入光波長は、半導体レーザ内の
活性層内で、誘導吸収、あるいは誘導放出を起こす波長
にしなければならない。At this time, the carrier density in the active layer in the laser 1 is modulated at a beat frequency fb = | f1-f2 | corresponding to the frequency difference between the two injected lights. This corresponds to modulating the injection current of the laser 1 at the frequency fb by the driving electric circuit. However, at this time, in order to effectively modulate the carrier density, the wavelength of the injected light must be a wavelength that causes stimulated absorption or stimulated emission in the active layer in the semiconductor laser.
【００３９】すなわち、活性層内において、注入光波長
に対する絶対利得が正であり、且つ、利得が自由キャリ
ア吸収損失や散乱損失を上回る時は、注入光が誘導放出
を起こすことによってキャリア密度が変調される。一
方、注入光波長に対する絶対利得が負であり、且つ、注
入光の光子エネルギーが活性層のバンドギャップエネル
ギー以上ならば、注入光が誘導吸収されることによって
キャリア密度が変調される。That is, in the active layer, when the absolute gain with respect to the injection light wavelength is positive and the gain exceeds free carrier absorption loss or scattering loss, the injection light causes stimulated emission to modulate the carrier density. Is done. On the other hand, if the absolute gain with respect to the wavelength of the injected light is negative and the photon energy of the injected light is equal to or greater than the band gap energy of the active layer, the injected light is inductively absorbed to modulate the carrier density.
【００４０】ここで、上記の基本波縦モード同期につい
ては、２つの注入光の周波数差ｆbを、半導体レーザ１
の基本周波数（レーザ共振時の共振周波数）ｆaに等し
くすればよい。また、高調波縦モード同期の場合は、そ
の自然数倍である高調波周波数ｆh＝Ｎｆa（但し、Ｎは
Ｎ＞１の自然数) に等しくすればよい。Here, regarding the above-mentioned fundamental mode longitudinal mode locking, the frequency difference fb between the two injected lights is calculated by using the semiconductor laser 1.
May be equal to the fundamental frequency (resonance frequency at the time of laser resonance) fa. In the case of harmonic longitudinal mode locking, the harmonic frequency fh may be equal to a natural number, fh = Nfa (where N is a natural number of N> 1).
【００４１】Ｒの結果、各発振スペクトル成分は、周波
数ｆa、又はｆhのサイドバンドを生成しながら共振器内
を往復するので、各成分の相対位相が固定され、短パル
ス光が生成される。パルスの繰り返し周波数は、キャリ
ア密度を変調する周波数、すなわち注入光のビート周波
数ｆbに等しい。As a result of R, each oscillation spectrum component reciprocates in the resonator while generating a side band of the frequency fa or fh, so that the relative phase of each component is fixed and short pulse light is generated. The pulse repetition frequency is equal to the frequency for modulating the carrier density, that is, the beat frequency fb of the injected light.
【００４２】従って基本波縦モード同期においては、縦
モード間隔の広い共振器長を有する半導体レーザ１を用
い、また高調波縦モード同期においては、単一縦モード
半導体レーザ２，３から多縦モード半導体レーザ１へ注
入する２つのコヒーレント光の周波数差ｆbを大きくす
れば、繰り返し数十GHz以上の光パルス列を生成するこ
とが可能である。また同時に、1/√ｆhに比例してパル
ス幅が決まるため、超短パルスの生成も可能である。Accordingly, the semiconductor laser 1 having a cavity length with a wide longitudinal mode interval is used for the fundamental longitudinal mode locking, and the multi-longitudinal mode is transmitted from the single longitudinal mode semiconductor lasers 2 and 3 for the harmonic longitudinal mode locking. If the frequency difference fb between two coherent lights injected into the semiconductor laser 1 is increased, it is possible to repeatedly generate an optical pulse train of several tens of GHz or more. At the same time, since the pulse width is determined in proportion to 1 / √fh, an ultrashort pulse can be generated.
【００４３】一方、予備変調方式による高調波縦モード
同期については、上記の高調波縦モード同期の手法にお
いて、図２に示す如く、さらに半導体レーザ１のバイア
ス電流か、図３に示す如く注入光源としてのレーザ２，
３のバイアス電流を、予め基本周波数ｆa又は高調波周
波数ｆs= ｎｆa( 但し、ｎはＮの公約数で且つＮ＞ｎ＞
１) の正弦波を発生する正弦波発振器６によって変調す
ればよい。On the other hand, with regard to the harmonic longitudinal mode locking by the preliminary modulation method, in the above-described harmonic longitudinal mode locking method, as shown in FIG. 2, the bias current of the semiconductor laser 1 or the injection light source as shown in FIG. Laser 2 as
The bias current of 3 is previously set to the fundamental frequency fa or the harmonic frequency fs = nfa (where n is a common divisor of N and N>n>
The modulation may be performed by the sine wave oscillator 6 that generates the sine wave of 1).
【００４４】この結果、図１に示した高調波縦モード同
期に比較して、動作の安定化を実現すると同時に、光パ
ルス列の高繰り返し・短パルス化が可能となる。以上の
技術を短パルス光源として用いれば、光ファイバ通信に
おいて、更なる高速化が可能となる。As a result, as compared with the harmonic longitudinal mode synchronization shown in FIG. 1, the operation can be stabilized, and at the same time, the optical pulse train can be repeatedly repeated and the pulse length can be shortened. If the above technique is used as a short pulse light source, it is possible to further increase the speed in optical fiber communication.
【００４５】（２）波長多重による並列化（相互注入同
期）：図４〜図９ 図４は、本発明に係る光注入型半導体レーザ装置の別の
実施例を示し、この実施例では、図１１に示した注入同
期方式とは異なり、光アイソレータ１３を用いずに分布
帰還型半導体レーザ(DFB-LD)であるマスタレーザ１１と
スレーブレーザ１２とを直接光ファイバ１４で接続した
構成となっている。 (2) Parallelization by wavelength multiplexing (mutual injection
4) to FIG. 9 FIG . 4 shows another embodiment of the light injection type semiconductor laser device according to the present invention. In this embodiment, unlike the injection locking system shown in FIG. A master laser 11 and a slave laser 12, which are distributed feedback semiconductor lasers (DFB-LDs), are directly connected by an optical fiber 14 without using a laser.
【００４６】動作においては、２つ以上の同一構造半導
体レーザ１１−１２間のアイソレータを取り除くこと
で、光が相互に注入し合う。この時、２つのレーザ１
１，１２の発振波長差が、図５に示すように、ほぼファ
ブリ−ペロー（Fabry-Perot)縦モード間隔Ｆ−Ｐに等し
いものを用いると、以下のメカニズムにより注入同期が
起こる。In operation, light is injected into each other by removing the isolator between two or more semiconductor lasers 11-12 having the same structure. At this time, two lasers 1
As shown in FIG. 5, when the difference between the oscillation wavelengths 1 and 12 is substantially equal to the Fabry-Perot longitudinal mode interval FP, injection locking occurs by the following mechanism.
【００４７】すなわち、各々のレーザ１１，１２のスペ
クトルを図５（ａ），（ｂ）としたとき、スレーブレー
ザ１２の発振周波数ｆsを、マスタレーザ１１の発振周
波数ｆmから縦モード間隔Ｆ−Ｐだけ離れたサイド縦モ
ード近傍に注入する。この時、マスタレーザ１１の活性
層内では、キャリア密度がビート周波数ｆb＝｜ｆm−ｆ
s｜で変調される。That is, when the spectra of the lasers 11 and 12 are as shown in FIGS. 5A and 5B, the oscillation frequency fs of the slave laser 12 is changed from the oscillation frequency fm of the master laser 11 to the longitudinal mode interval FP The injection is performed in the vicinity of the side longitudinal mode only a distance away. At this time, in the active layer of the master laser 11, the carrier density becomes equal to the beat frequency fb = | fm-f.
s |.
【００４８】通常、半導体レーザの縦モード間隔Ｆ−Ｐ
は１００〜１５０GHz程度であるため、このような高周
波ビート成分によるＡＭサイド縦モード生成は困難であ
る。しかし、スレーブレーザ１２の発振周波数ｆsがマ
スタレーザ１１のＦ−Ｐ縦モードと一致しているため、
共振器内を往復した時の位相条件が満たされる。従っ
て、活性層内における光混合が強く起きるため、同図
（ａ）に示す如く、周波数ｆm±ｆbのサイド縦モードが
生成される。Normally, the longitudinal mode interval FP of the semiconductor laser
Is about 100 to 150 GHz, it is difficult to generate the AM side longitudinal mode by such a high frequency beat component. However, since the oscillation frequency fs of the slave laser 12 matches the FP longitudinal mode of the master laser 11,
The phase condition when reciprocating in the resonator is satisfied. Accordingly, strong light mixing occurs in the active layer, so that a side longitudinal mode having a frequency fm ± fb is generated as shown in FIG.
【００４９】同時に、マスタレーザ１１の出力光もスレ
ーブレーザ１２に注入されるため、スレーブレーザ１２
でも同図（ｂ）に示すように周波数ｆs±ｆbのサイド縦
モードが生成される。その結果、各半導体レーザ１１，
１２の発振周波数成分が、相手のサイド縦モード成分と
相互作用することとなり、注入同期が起こる。At the same time, the output light of the master laser 11 is also injected into the slave laser 12, so that the slave laser 12
However, a side longitudinal mode having a frequency fs ± fb is generated as shown in FIG. As a result, each semiconductor laser 11,
Twelve oscillating frequency components interact with the other side longitudinal mode component, and injection locking occurs.
【００５０】これを波長多重通信の光源に応用した時の
実施例が図６（ａ），（ｂ）に示されている。同図
（ａ）は、マスタレーザ１１を起点として、全てのレー
ザ１２１，１２２，…を縦続接続した構成であり、同図
（ｂ）に示すように、各レーザ１１，１２１，１２２…
は縦モード間隔Ｆ−Ｐずつ離れた発振周波数ｆ１，ｆ
２，ｆ３，…を有している。FIGS. 6A and 6B show an embodiment in which this is applied to a light source for wavelength division multiplexing communication. FIG. 1A shows a configuration in which all the lasers 121, 122,... Are cascaded starting from the master laser 11, and as shown in FIG.
Are the oscillation frequencies f1, f separated by the longitudinal mode interval FP.
2, f3,...
【００５１】また、同図（ｃ）の場合は、マスタレーザ
１１を中心に、全てのスレーブレーザ１２１，１２２，
…をマスタレーザ１１に接続した構成であり、この場合
も同図（ｂ）と同様に各レーザ１１，１２１，１２２…
は縦モード間隔Ｆ−Ｐずつ離れた発振周波数ｆ１，ｆ
２，ｆ３，…を有している。In the case shown in FIG. 3C, all the slave lasers 121, 122,
.. Are connected to the master laser 11, and in this case also, the lasers 11, 121, 122,.
Are the oscillation frequencies f1, f separated by the longitudinal mode interval FP.
2, f3,...
【００５２】これらの構成において、マスタレーザ１１
のみの発振波長を安定に制御するためには、図７に示す
実施例の如く温度制御器２０をマスタレーザ１１に接続
すれば、その他の全てのレーザ１２，…の発振波長を安
定化することができる。In these configurations, the master laser 11
In order to stably control the oscillation wavelengths of only the lasers, if the temperature controller 20 is connected to the master laser 11 as in the embodiment shown in FIG. 7, the oscillation wavelengths of all the other lasers 12,. Can be.
【００５３】また、マスタレーザ１１に狭線幅単一縦モ
ードレーザを用いれば、その他のスレーブレーザ全ての
狭線幅化が可能となる。If a single longitudinal mode laser having a narrow line width is used as the master laser 11, the line width of all other slave lasers can be reduced.
【００５４】更には、各光源の精密波長可変も可能とな
る。この場合の実施例を図８に示す。この実施例では、
図７の実施例における温度制御器２０の代わりに駆動回
路３０がマスタレーザ１１に接続されている。すなわ
ち、マスタレーザ１１の注入電流をＡＭ変調周波数ｆAM
の駆動回路３０によりＡＭ変調して図９に示すようにＡ
Ｍサイド縦モードを生成させる。この時、スレーブレー
ザ１２の発振周波数ｆsを、このＡＭサイド縦モードに
一致させて注入する。Further, the precise wavelength of each light source can be varied. An embodiment in this case is shown in FIG. In this example,
A driving circuit 30 is connected to the master laser 11 instead of the temperature controller 20 in the embodiment of FIG. That is, the injection current of the master laser 11 is changed to the AM modulation frequency f AM
AM modulation by the drive circuit 30 of FIG.
An M-side vertical mode is generated. At this time, the injection is performed so that the oscillation frequency fs of the slave laser 12 matches the AM side longitudinal mode.
【００５５】この結果、スレーブレーザ１２の発振周波
数成分ｆsと、このＡＭサイド縦モード成分がマスタレ
ーザ１１に相互作用する。更に、マスタレーザ１１とス
レーブレーザ１２の発振周波数差は、電流変調によるＡ
Ｍサイド縦モード生成が可能な程度なので、前記の相互
注入同期の効果も現れる。このため、２つのレーザ１
１，１２の発振周波数差ｆm−ｆsがＡＭ変調周波数ｆAM
に固定される。As a result, the oscillation frequency component fs of the slave laser 12 and the AM side longitudinal mode component interact with the master laser 11. Furthermore, the oscillation frequency difference between the master laser 11 and the slave laser
Since the M-side longitudinal mode can be generated, the effect of the mutual injection locking described above also appears. Therefore, two lasers 1
The oscillation frequency difference fm-fs of 1, 12 is the AM modulation frequency f AM
Fixed to
【００５６】従って、マスタレーザ１１のみの発振周波
数ｆmを固定し、且つＡＭ変調周波数ｆAMを微調整すれ
ば、スレーブレーザ１２の出力パワーを一定に保ったま
ま、その発振周波数が微調整できる。更に複数のマスタ
レーザを接続すれば、これらの発振周波数を同時に掃
引、且つ微調整することが可能となる。Therefore, if the oscillation frequency fm of only the master laser 11 is fixed and the AM modulation frequency fAM is finely adjusted, the oscillation frequency can be finely adjusted while the output power of the slave laser 12 is kept constant. Furthermore, if a plurality of master lasers are connected, these oscillation frequencies can be simultaneously swept and finely adjusted.
【００５７】[0057]
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る光注入
型半導体レーザ装置は、多縦モード半導体レーザに対し
てコヒーレント光注入手段により該レーザ内のキャリア
密度を変調するとともに該レーザの基本周波数と等しい
ビート周波数を有する２つのコヒーレント光を注入する
ように構成したので、基本波縦モード同期、高調波縦モ
ード同期又は予備変調方式による高調波縦モード同期の
いずれにおいても動作の安定化を実現すると同時に、光
パルス列の高繰り返し、短パルス化が可能となる。As described above, the light injection type semiconductor laser device according to the present invention modulates the carrier density in a multi-longitudinal mode semiconductor laser by coherent light injection means, Since two coherent lights having a beat frequency equal to the frequency are injected, the operation can be stabilized in any of the fundamental longitudinal mode locking, the harmonic longitudinal mode locking, and the harmonic longitudinal mode locking by the preliminary modulation method. At the same time, high repetition and short pulse of the optical pulse train can be realized.
【００５８】したがって、このような短パルス光源を光
ファイバ通信に用いれば、更なる高速化が可能となる。Therefore, if such a short pulse light source is used for optical fiber communication, it is possible to further increase the speed.
【００５９】また、本発明に係る光注入型半導体レーザ
装置は、ファブリ−ペロー縦モード間隔の整数倍に相当
する発振周波数差を有する同一構造の複数の単一縦モー
ド半導体レーザの各出力光を相互に注入するように構成
したので、２つ以上の同一構造半導体レーザにおいて周
波数差が１００GHz以上離れた状態でも、相互注入同期
を引き起こすことが可能となる。この結果、発振波長の
安定化、狭線幅化、サイドモード抑圧を図ることができ
る。Further, in the light injection type semiconductor laser device according to the present invention, each output light of a plurality of single longitudinal mode semiconductor lasers of the same structure having an oscillation frequency difference corresponding to an integral multiple of the Fabry-Perot longitudinal mode interval is used. Since the semiconductor lasers are configured to be mutually injected, mutual injection locking can be caused even when the frequency difference between two or more semiconductor lasers having the same structure is separated by 100 GHz or more. As a result, it is possible to stabilize the oscillation wavelength, narrow the line width, and suppress the side mode.
【図１】本発明に係る光注入型半導体レーザ装置におけ
る基本波モード同期又は高調波モード同期方式による実
施例を示したブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment using a fundamental mode locking or a harmonic mode locking method in a light injection type semiconductor laser device according to the present invention.
【図２】本発明に係る光注入型半導体レーザ装置におけ
る予備変調方式による高調波モード同期方式による実施
例（その１）を示したブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment (No. 1) of a harmonic mode locking method using a preliminary modulation method in a light injection type semiconductor laser device according to the present invention.
【図３】本発明に係る光注入型半導体レーザ装置におけ
る予備変調方式による高調波モード同期方式による実施
例（その２）を示したブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment (part 2) of a harmonic mode locking method based on a preliminary modulation method in a light injection type semiconductor laser device according to the present invention.
【図４】本発明に係る光注入型半導体レーザ装置におけ
る相互注入同期方式による実施例を示したブロック図で
ある。FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of a light injection type semiconductor laser device according to the present invention using a mutual injection locking method.
【図５】本発明に係る光注入型半導体レーザ装置におけ
る相互注入同期方式による実施例の動作を説明するため
のスペクトル図である。FIG. 5 is a spectrum diagram for explaining the operation of the embodiment using the mutual injection locking method in the light injection type semiconductor laser device according to the present invention.
【図６】本発明に係る光注入型半導体レーザ装置におけ
る相互注入同期方式による波長多重通信の実施例を示し
たブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment of the wavelength multiplexing communication by the mutual injection locking method in the light injection type semiconductor laser device according to the present invention.
【図７】本発明に係る光注入型半導体レーザ装置におけ
る相互注入同期方式による多波長安定化光源の実施例を
示したブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing an embodiment of a multi-wavelength stabilized light source using a mutual injection locking method in a light injection type semiconductor laser device according to the present invention.
【図８】本発明に係る光注入型半導体レーザ装置におけ
る相互注入同期方式による精密波長可変光源の実施例を
示したブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing an embodiment of a precision wavelength tunable light source using a mutual injection locking method in a light injection type semiconductor laser device according to the present invention.
【図９】本発明に係る光注入型半導体レーザ装置におけ
る相互注入同期方式による精密波長可変光源の実施例の
動作を説明するためのスペクトル図である。FIG. 9 is a spectrum diagram for explaining the operation of the embodiment of the precision wavelength tunable light source based on the mutual injection locking method in the light injection type semiconductor laser device according to the present invention.
【図１０】モード同期レーザによる一般的な短パルス時
分割多重方式を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing a general short pulse time division multiplexing method using a mode-locked laser.
【図１１】従来の注入同期方式を示したブロック図であ
る。FIG. 11 is a block diagram showing a conventional injection locking system.
１ 多縦モード半導体レーザ ２，３ 単一縦モード半導体レーザ ４，５ 光カプラ ６ 正弦波発振器 １１ マスタレーザ １２，１２１，１２２ スレーブレーザ １４ 光ファイバ ２０ 温度制御器 ３０ 駆動回路 図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multi-longitudinal-mode semiconductor laser 2, 3 Single-longitudinal-mode semiconductor laser 4, 5 Optical coupler 6 Sine-wave oscillator 11 Master laser 12, 121, 122 Slave laser 14 Optical fiber 20 Temperature controller 30 Driving circuit Indicates the same or corresponding parts.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山根 一雄 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 後藤 俊夫 愛知県日進市五色園３丁目2110番 (72)発明者 森 正和 愛知県名古屋市西区大野木３丁目100番レ ジオン庄内緑地公園101号 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Kazuo Yamane 4-1-1, Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Fujitsu Limited (72) Inventor Toshio Goto 3--2110 Goshikinen, Nisshin-shi, Aichi Prefecture ( 72) Inventor Masakazu Mori 3-100 Onoki, Nishi-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture Region Shonai Ryokuchi Park 101
Claims (11)
半導体レーザに対して該レーザ内のキャリア密度を変調
するとともに該レーザの基本周波数と等しいビート周波
数を有する２つのコヒーレント光を注入するコヒーレン
ト光注入手段と、を備えたことを特徴とする光注入型半
導体レーザ装置。1. A multi-longitudinal mode semiconductor laser, and coherent for modulating a carrier density in the multi-longitudinal mode semiconductor laser and injecting two coherent lights having a beat frequency equal to a fundamental frequency of the laser. A light injection type semiconductor laser device comprising: a light injection unit.
手段が、該基本周波数と等しいビート周波数の代わりに
該基本周波数の高調波周波数と等しいビート周波数を用
いることを特徴とした光注入型半導体レーザ装置。2. A light-injection type semiconductor laser according to claim 1, wherein said coherent light injection means uses a beat frequency equal to a harmonic frequency of said fundamental frequency instead of a beat frequency equal to said fundamental frequency. apparatus.
レント光注入手段のバイアス電流を該基本周波数または
該高調波周波数の信号で変調する発振器を設けたことを
特徴とする光注入型半導体レーザ装置。3. An oscillator according to claim 2, further comprising an oscillator for modulating a bias current of said multi-longitudinal mode semiconductor laser or a bias current of said coherent light injection means with a signal of said fundamental frequency or said harmonic frequency. Injection type semiconductor laser device.
ぞれが発生する２つの単一縦モード半導体レーザで構成
されていることを特徴とした光注入型半導体レーザ装
置。4. A light injection device according to claim 1, wherein said coherent light injection means is constituted by two single longitudinal mode semiconductor lasers each generating said coherent light. Semiconductor laser device.
相当する発振周波数差を有する同一構造の複数の単一縦
モード半導体レーザの各出力光を相互に注入することを
特徴とした光注入型半導体レーザ装置。5. A light-injection type wherein each output light of a plurality of single longitudinal mode semiconductor lasers having the same structure and having an oscillation frequency difference corresponding to an integral multiple of the Fabry-Perot longitudinal mode interval is mutually injected. Semiconductor laser device.
狭い単一縦モード半導体レーザを用いることを特徴とし
た光注入型半導体レーザ装置。6. A light injection type semiconductor laser device according to claim 5, wherein a single longitudinal mode semiconductor laser having a narrow oscillation line width is used as one of said semiconductor lasers as a master laser.
したことを特徴とする光注入型半導体レーザ装置。7. The light-injection semiconductor laser device according to claim 5, wherein all the semiconductor lasers are connected in cascade starting from the master laser.
を特徴とする光注入型半導体レーザ装置。8. An optical injection type semiconductor laser device according to claim 5, wherein said master laser and each semiconductor laser are connected in parallel.
波数を、温度制御器によって固定することを特徴とした
光注入型半導体レーザ装置。9. The light-injection semiconductor laser device according to claim 5, wherein one of the semiconductor lasers is used as a master laser and the oscillation frequency is fixed by a temperature controller.
長差に相当するＡＭサイド縦モードを生成する駆動回路
を設けたことを特徴とする光注入型半導体レーザ装置。10. A driving circuit according to claim 6, further comprising a driving circuit for modulating an injection current of said master laser to generate an AM side longitudinal mode corresponding to an oscillation wavelength difference of each laser. Injection type semiconductor laser device.
各レーザの発振周波数を掃引することを特徴とした光注
入型半導体レーザ装置。11. The driving circuit according to claim 10, wherein the driving circuit sweeps the modulation frequency.
A light injection type semiconductor laser device characterized by sweeping the oscillation frequency of each laser.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10163468A JPH11354868A (en) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | Light injected semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10163468A JPH11354868A (en) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | Light injected semiconductor laser device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11354868A true JPH11354868A (en) | 1999-12-24 |
Family
ID=15774455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10163468A Withdrawn JPH11354868A (en) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | Light injected semiconductor laser device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11354868A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005536078A (en) * | 2002-01-21 | 2005-11-24 | ノベラ・オプティクス・インコーポレーテッド | Method and apparatus for providing a wavelength division multiplexed passive optical network based on wavelength-locked wavelength division multiplexed light sources |
| CN116387942A (en) * | 2023-03-26 | 2023-07-04 | 齐鲁中科光物理与工程技术研究院 | Sodium beacon laser device for longitudinal film cross synthesis |
-
1998
- 1998-06-11 JP JP10163468A patent/JPH11354868A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005536078A (en) * | 2002-01-21 | 2005-11-24 | ノベラ・オプティクス・インコーポレーテッド | Method and apparatus for providing a wavelength division multiplexed passive optical network based on wavelength-locked wavelength division multiplexed light sources |
| CN116387942A (en) * | 2023-03-26 | 2023-07-04 | 齐鲁中科光物理与工程技术研究院 | Sodium beacon laser device for longitudinal film cross synthesis |
| CN116387942B (en) * | 2023-03-26 | 2023-10-17 | 齐鲁中科光物理与工程技术研究院 | Sodium beacon laser device for longitudinal mode cross synthesis |
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