JPS5852890A - Afc光増幅器 - Google Patents

Afc光増幅器

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JPS5852890A
JPS5852890A JP15058281A JP15058281A JPS5852890A JP S5852890 A JPS5852890 A JP S5852890A JP 15058281 A JP15058281 A JP 15058281A JP 15058281 A JP15058281 A JP 15058281A JP S5852890 A JPS5852890 A JP S5852890A
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frequency
optical
amplifier
incident signal
optical amplifier
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JP15058281A
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Yoshihisa Yamamoto
喜久 山本
Takaaki Mukai
向井 孝彰
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/50Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/0687Stabilising the frequency of the laser
    • HELECTRICITY
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自動周波数制御機能を有する光増幅器に関す
るものである。
従来、光増幅器としては第1図に示すような入射側ミラ
ーR1と出射側ミラーR2および、これに挟まれた増幅
媒質より構成される活性ファプリ・ペロー共振器が・用
いられていた。この光増幅器には2つの動作モードがあ
る。1つは、増幅媒質のボンピング・レベルをこの活性
ファプリ・ペロー共振器のレーザ発振しきい値以下に設
定して、直線増幅器として用いるものである。この場合
には、第2図に示すように、活性ファプリ・ペロー共振
器の共振モード周波数f。と入射信号光周波数を一致さ
せて増幅を行なわせる場合が最も能率が良い。
入射信号光周波数と光増幅器のファプリ・ペロー共振周
波数が大きく違う場合には図に示したように増幅が得ら
れず、逆に信号光は減衰してしまう。
第2の動作モードは、増幅媒質のポンピング・しベルを
この活性ファブリ・ベロー共振器のレーザ発振しきい値
以上に設定して、注入同期増幅器として用いるものであ
る。この場合にも、第3図に示すように注入同期増幅器
の自励発振周波数と入射信号光周波数なほぼ一致させて
増幅を行なわせる場合が能率が良い。入射信号光周波数
と増幅器の自励発振周波数が注入同期幅BL以上離れて
しまうと、同期がはずれ、信号増幅が行なわれな(なっ
てしまう。
従来のこの種装置は、第1図に示したように制御信号用
ゲートがないオープン・ゲートで用いられて(・た為、
光増幅器の発振周波数共振モード周波数が、温度、ポン
ピング変動などにより信号光周波数に対して変動し、こ
の為安定な増幅特性が得られなかった。例えば、GaA
 s半導体レーザ増幅器の場合その発振周波数あるいは
、共振モード周波数は、温度変動1℃当り22GHzシ
フトする。
(3aAs半導体レーザ増幅器を直線増幅器として用、
・た場合の3dB低下帯域幅Δν協、および注入同期増
幅器として用いた場合の同期幅BLは、いずれも2〜3
G11z程度である。従って、安定な増幅特性を得る為
には、001℃程度の温度制御を行なわなければならな
かった。また、このような温度制御による安定化を行な
ったとしても、入射信号周波数が変動した場合には、対
処できない。従って、入射信号周波数や増幅器周波数の
変動に対して自動的に周波数制御を行なう事のできる光
増幅器が要求されていた。
本発明は、光増幅器の有するこれらの欠点を解決するた
め、入射信号光周波数に光増幅器の発振周波数、共振モ
ード周波数(以下、単に光増幅器周波数と呼ぶ)を自動
的に同調させる機構を光増幅器に与えたもので、以下図
面について詳細に説明する。
第4図は、本発明の動作原理となる光増幅器の出力光位
相対入射信号光周波数の関係を示したものである。第4
図(a)の直線増幅器動作モードの場合にも、第4図(
b)の注入同期増幅器動作モードの場合にも、入射信号
光周波数と光増幅器周波数が一致している場合には、出
力光位相は入力光CIγ相と全(同相になる。一方、入
射信号光周波数が光増幅器周波数よりも高周波側にずれ
た場合には、位相は遅れ(負の値)、逆に入射信号光周
波数が光増幅器周波数よりも低周波側にずれた場合には
、位相が進む(正の値)。従って、この位相シフト量を
検出し、これを誤差信号として光増幅器にフィードバッ
クしてやれば、自動周波数制御が可能となる。
第5図は、本発明の実施例であって、4は入射光 信1岐用ノ・−フミラー、5は出力信号光分岐用ハーフ
ミラ−16は光増幅器、7は−の位相シフトを与える波
長板、8は2つの光信号の合波器、9は光検波器である
。動作原理を以下説明する。
入射信号光の1部と出力信号光の1部がノ・−フミラー
で取り出され、出力信号光の方かiだけ位相が進むよう
にして、2つの光信号を合波する。両光信号パワーは等
しい事が望ましい。この場合には、光検波器9の出力電
流は、 t = DP5(1−sinθ)(1)で与えられる。
Dは光検波器の定数P5は各光信号パワー、θは第4図
に示した相対位相差で・ある。
従って、θが0付近で変動している場合には、直流成分
を別にしてθにほぼ比例した誤差信号zs−DPsθ 
が光検波器出力として取り出せる。
この誤差信号を、光増幅器周波数を変化させる事のでき
る部分にフィードバックしてやれば、自動的な周波数制
御が可能となる。例えば、半導体レーザ増幅器の周波数
は、注入電流により変化させる事ができる・。注入電流
を増加させると、発振しきい値以下で動作している直線
増幅器では、キャリア密度が増加し、共振モード周波数
は高周波側にシフトし、発振しきい値以上で動作してい
る注入同期増幅器では、活性層温度が増加し、発振周波
数は低周波側ヘシフトする。従って、直線増幅器では第
4図の構成で、注入同期増幅器ではiのかわりにm−の
位相シフトで、光検波器出力電流を増幅して半導体レー
ザ増幅器の注入電流に合流してやれば、入射信号光周波
数と半導体レーザ増幅器周波数を自動的に一致させてお
く事ができる。
本発明は半導体レーザ増幅器以外の光増幅器に71して
も適用できる。例えば、外部ミラーを用いている増幅器
では、誤差信号を外部ミラーに取り付けたP Z T素
子等にフィードバックしてやればよ(゛。
第6図は本発明の別の実施例であって、10はn−Qa
As基板、11はp−GaAs活性層、12はp−Ga
As層、13はn−QaAs層であり、14はp側透明
電極、15はn側電極でGaAsホモ接合レーザを構成
する。
4 、5 、8  は第5図で説されているハーフ・ミ
ラーと光合波器である。動作原理を以下説明する。
入射信号光と出力信号光の位相を比較し、周波数の不整
合に相当した誤差光信号が領域13を照射するのは第5
図の実施例と同様である。10 、11 、12のpn
接合は順方向にバイアスされている為、この領域では活
性層11にキャリアが注入されて反転分布を生じ増幅媒
質となる。一方、10 、11 、12 、13の11
pn接合部は、ホトトランジスタを形成しており、誤差
光信号を12−13のpn接合で検出し、増幅された光
電流が活性ittに流れ込む構造になっている。
第7図を用いてその動作原理な説明する。ここでPlは
光照射前のポテンシャルペP2は光照射時のポテンシャ
ルを示す。誤差光信号は、12−13のpn接へ 合に形成された空乏層で吸収され、電子−正孔対を発生
する。正孔は空乏層電界によってp−GaAs層に流れ
込み、静電効果によって、この領域の電子に対するポテ
ンシャル障壁の高さを低くする。
これによって、電子が右側のn−GaAsからp−(i
aAsに流れ込み、活性層にキャリアが注入される事に
なる。以上説明したように、第6図の実施例では、誤差
光信号を検出し増幅する作用が半導体レーザ中に形成さ
れたホトトランジスタで実現されている。第6図は本発
明の基本構成を示したものであり、より高能率な動作を
行なわしめる為に、ヘテロ接合を用いて活性層11への
光、キャリアの閉じ込め効果を良くしたり、光検出の量
子効率をよくする為にヘテロ接合によりwindow 
層を13に設けた構造にするなどは本発明に属する。ま
た、半導体材料もAJGaAs系以外にTnP/In 
GaAsPなどを用いても同じ効果が期待できる。
本発明の実施例では、誤差光信号の抽出部4,5゜7.
8の構成法については特に限定しない。バルク型のハー
フ・ミラー、位相板、合波器を用いてもよいし、これら
をすべて単一モード光ファイバ光誘電体導波路で構成し
てもよいし、また、半導体光4波路で形成し、半導体レ
ープともノリシックに構成する事も可能である。ただ、
両光信号の光路差はできるだけ小さくする事が望ましい
。両光信号の位相差な−もしくはm−に設定したとし2 でも、温度変動等により両ビームの光学長差が変化して
位相差に誤差を生じる事が予想されるからである。例え
ば、誤差光信号の抽出回路を5I02導波路で構成し、
両アームの差が1朋以内であったとする。波長1μmの
光信号に対して、位相差が温度変化は、23℃である。
両アームの差を100μm以内にできれば、Z3’Cの
温度変化まで10%変動で抑えられる。半導体光導波路
で両アームを構成する場合には、屈折率の温度系数が8
102より約1桁太き(・ので、100μmの両アーム
差で2,3℃が許容限界となる。
以上説明したように、本発明により、入射信号光周波数
に自動的にファブリ・ベロー共振モード周波数が追随す
る直線増幅器、入射信号光周波数に自動的に発掘周波数
が追随する注入同期増幅器が実現できる。このような光
増幅器は、小形で安定な増幅特性が得られるので、光中
継器への応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の光増幅器の構成例、第2図は直線増幅
器の増幅利得対入射信号光周波数の関係を示す図、第3
図は注入同期増幅器の増幅利得対入射信号光周波数の関
係を示す図。第4図ta+及び(b)は、出力信号光の
入射信号光に対する相対位相θ対入射信号光周波数と光
増幅器周波数の差を、直線増幅器及び注入同期増幅器に
対し示し、第5図は本発明の実施例の構成例、第6図は
本発明の別の実施例、第7図はホトトランジスタの動作
原理を示す。 1は入射ミラー、2は出射ミラー、3は増幅媒質、4は
入射信号光分岐用ノ・−フミラー、5は出力信号光分岐
用ハーフミラ−1 6は光増幅器、7は位相器、8は光合流器、9は光検波
器、IOはn−QaAs基板、+Iはp−GaAs活性
層、12はp−QaAs層、13はn−GaAs層、1
4はp側透明電極、15はn側電極である。 特許出願人 日本電信電話公社 特許出願代理人 弁理士 山 本 恵 − 底7図 策20 よ 戚3図 (oi    紙4図    、b) Φ と    7 某乙図 尾7r2]

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)入射信号光を増幅して出射する光増幅器において
    、入射信号光の一部を分岐する第1分岐手段と、出射信
    号光の一部を分岐する第2分岐手段と、各分岐手段の出
    力を直接又は移相器を介して合波する合波器と、合波器
    の出力を電気信号に変換する光検波器とを有し、前記移
    相器は合波器の出力光パワーが合波器め各入射光の位相
    差に比例するごとく光路差を提供し、前記光検波器の出
    力な光増幅器にフィードバックすることにより入射信号
    光周波数と光増幅器共振モード周波数とを一致させるこ
    とを特徴とするAFC光増幅器。
  2. (2)前記光増幅器が半導体レーザであり、前記光検波
    器が半導体レーザと同一基板上に集積化されて形成され
    たフォトトランジスタであり、フォトトランジスタに照
    射された干渉光パワーによって、半導体レーザ活性層へ
    注入される電流が制御されろ事を特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載のAFC光増幅器。
JP15058281A 1981-09-25 1981-09-25 Afc光増幅器 Granted JPS5852890A (ja)

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