JPS59117284A - 光増幅回路 - Google Patents
光増幅回路Info
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- JPS59117284A JPS59117284A JP57231619A JP23161982A JPS59117284A JP S59117284 A JPS59117284 A JP S59117284A JP 57231619 A JP57231619 A JP 57231619A JP 23161982 A JP23161982 A JP 23161982A JP S59117284 A JPS59117284 A JP S59117284A
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- Japan
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- electrode
- semiconductor laser
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- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0262—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
- H01S5/0264—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices for monitoring the laser-output
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
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- H01S5/0608—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by light, e.g. optical switch
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は光信号を増幅し波形整形する光増幅回路ｌこ
関するものである。
関するものである。
長距離、大容量伝送の可能な光ファーイバ通信システム
では、光ファイバの低損失化や光源の長波長化をこ伴っ
て、５０−以上の距離を無中避で伝送できる。その距離
をさらに延長するためには、光フアイバ間に中継増幅器
を導入して弱まった光信号を増幅し且つ雑音成分を除い
て波形整形する必要がある。この方法としては、光信号
を一旦電気信号に変換して増幅し、さらに複雑な電気回
路を経て波形整形したのち再び光信号に戻すという方法
がとられている。このため複雑な構成の中継増幅器とな
り消費電力、大きさの点に問題があった。
では、光ファイバの低損失化や光源の長波長化をこ伴っ
て、５０−以上の距離を無中避で伝送できる。その距離
をさらに延長するためには、光フアイバ間に中継増幅器
を導入して弱まった光信号を増幅し且つ雑音成分を除い
て波形整形する必要がある。この方法としては、光信号
を一旦電気信号に変換して増幅し、さらに複雑な電気回
路を経て波形整形したのち再び光信号に戻すという方法
がとられている。このため複雑な構成の中継増幅器とな
り消費電力、大きさの点に問題があった。
波形整形を複雑な電気回路を用いることな（容易に実現
でき、したがって低消費電力、小形の中継増幅器の実現
が可能な例としては、昭和５７年度通信学会総合全国大
会講演論文集分冊４、第８２頁にある奥村氏等の論文が
ある。これは通常の半導体レーザと光検出器が電気的に
直列に接続されたもので、半導体レーザからの出力光を
外部からの入力光とともに受光素子で検出する構成とな
っている。即ち、出力光ζこより生じた受光素子の光電
流が半導体レーザへの励起電流の一部として正帰還され
る構成である。この構成によると、微小１ｇ号である入
力光に重畳しているノイズ成分をほぼ除去できる波形整
形効果があるが、報告例ではその増幅度が４ｄＢ程度と
小さい。また光電流の正帰還によって生ずる半導体レー
ザの微分利得特性を利用する方法では、急峻な立上りに
よって得られる光出力が高々数巨μＷか６１ｍＷ程度で
しかない。急峻な立上りでより大出力を得るには光ビ 出力注入電流特性が微分利得特性ではな（Ｚステリシス
のある光双安定状態で半導体レーザヲ動作させる必要が
ある。光双安定状態とはある注入電流に対して２つの安
定な光出力が存在することである。しかしながらその構
成では入力光によって一旦半導体レーザが発微してしま
うと入力光を遮断してもオン状態のままとなり、オン状
態を停止するような手段を設けないと本来の光増幅とし
ての機能をはだせない。一 本発明の目的は、半導体レーザと受光素子の集積化が可
能でしかも増幅度が高く容易に波形整形できる光増幅回
路を提供することにある。
でき、したがって低消費電力、小形の中継増幅器の実現
が可能な例としては、昭和５７年度通信学会総合全国大
会講演論文集分冊４、第８２頁にある奥村氏等の論文が
ある。これは通常の半導体レーザと光検出器が電気的に
直列に接続されたもので、半導体レーザからの出力光を
外部からの入力光とともに受光素子で検出する構成とな
っている。即ち、出力光ζこより生じた受光素子の光電
流が半導体レーザへの励起電流の一部として正帰還され
る構成である。この構成によると、微小１ｇ号である入
力光に重畳しているノイズ成分をほぼ除去できる波形整
形効果があるが、報告例ではその増幅度が４ｄＢ程度と
小さい。また光電流の正帰還によって生ずる半導体レー
ザの微分利得特性を利用する方法では、急峻な立上りに
よって得られる光出力が高々数巨μＷか６１ｍＷ程度で
しかない。急峻な立上りでより大出力を得るには光ビ 出力注入電流特性が微分利得特性ではな（Ｚステリシス
のある光双安定状態で半導体レーザヲ動作させる必要が
ある。光双安定状態とはある注入電流に対して２つの安
定な光出力が存在することである。しかしながらその構
成では入力光によって一旦半導体レーザが発微してしま
うと入力光を遮断してもオン状態のままとなり、オン状
態を停止するような手段を設けないと本来の光増幅とし
ての機能をはだせない。一 本発明の目的は、半導体レーザと受光素子の集積化が可
能でしかも増幅度が高く容易に波形整形できる光増幅回
路を提供することにある。
この発明は共振器軸方向に分割された二つ以上の電極に
より活性層が光増幅領域と可飽和吸収領域とに分けられ
た半導体レーザと、外部からの微小光信号を検出する第
１の受光素子と、第１の受光素子からの光電流を前記電
極のいずれかＯこ正帰還させる手段と、その半導体レー
ザからの出力光を検出する第２の受光素子と、第２の受
光素子からの光電流を遅延回路で一定時間遅らせたのち
前記電極のいづれかに負帰還させる手段とを少なくとも
含む光増幅回路が得られる。グ この発明では、共振器軸方向に１割された二つ以上の電
極を持つ半導体レーザにおいて、利得が損失を上廻るよ
うに電流注入される光増幅領域と、電流が十分には注入
され、ないため利得が損失を大幅番こ下廻るような可飽
和吸収領域とに活性層が分かれている。このタイプの半
導体レーザでは可飽和吸収領域への注入電流をある値に
固定した状態で、光増幅領域への注入電流を変化させて
いくと、光出力が２つの安定状態を持つ光双安定特性を
示す。ここでレーザ発振開始型閾値をＩ ｔ ｈ、、レ
ーザ発振停止電流ｒＡ値ｆ Ｉ ｔ ｈ２（Ｉ ｔ ｈ
ｌ ＞Ｉ ｔ ｈ２ ） ｃ！： Ｌ／たとき、半導体
レーザの光増幅領域への注入電流■１はＩｔｈ、とＩｔ
ｈ２の間に設定される。外部からの入力光である微小光
信号は第１の受光素子で検出され光電流に変換される。
より活性層が光増幅領域と可飽和吸収領域とに分けられ
た半導体レーザと、外部からの微小光信号を検出する第
１の受光素子と、第１の受光素子からの光電流を前記電
極のいずれかＯこ正帰還させる手段と、その半導体レー
ザからの出力光を検出する第２の受光素子と、第２の受
光素子からの光電流を遅延回路で一定時間遅らせたのち
前記電極のいづれかに負帰還させる手段とを少なくとも
含む光増幅回路が得られる。グ この発明では、共振器軸方向に１割された二つ以上の電
極を持つ半導体レーザにおいて、利得が損失を上廻るよ
うに電流注入される光増幅領域と、電流が十分には注入
され、ないため利得が損失を大幅番こ下廻るような可飽
和吸収領域とに活性層が分かれている。このタイプの半
導体レーザでは可飽和吸収領域への注入電流をある値に
固定した状態で、光増幅領域への注入電流を変化させて
いくと、光出力が２つの安定状態を持つ光双安定特性を
示す。ここでレーザ発振開始型閾値をＩ ｔ ｈ、、レ
ーザ発振停止電流ｒＡ値ｆ Ｉ ｔ ｈ２（Ｉ ｔ ｈ
ｌ ＞Ｉ ｔ ｈ２ ） ｃ！： Ｌ／たとき、半導体
レーザの光増幅領域への注入電流■１はＩｔｈ、とＩｔ
ｈ２の間に設定される。外部からの入力光である微小光
信号は第１の受光素子で検出され光電流に変換される。
その光電流は電流増幅されて光増幅領域側の電極または
可飽和吸収領域側の市―極に励起電流として正帰還され
る。光増幅領域側に正帰還する場合、励起電流の値がＩ
ｔｈ。
可飽和吸収領域側の市―極に励起電流として正帰還され
る。光増幅領域側に正帰還する場合、励起電流の値がＩ
ｔｈ。
と１１ の差よりも太きいときにレーザ発振してオン
状態となる。また可飽和吸収領域側に正帰還する場合、
可飽和吸収領域へあらかじめ注入していた電流電極＜わ
ずか増加させるだけでＩｔｈ、が低くなり相対的にＩｔ
ｈ、と■、の大小関係が逆転するので、これ（こより半
導体レーザはオン状態になる。
状態となる。また可飽和吸収領域側に正帰還する場合、
可飽和吸収領域へあらかじめ注入していた電流電極＜わ
ずか増加させるだけでＩｔｈ、が低くなり相対的にＩｔ
ｈ、と■、の大小関係が逆転するので、これ（こより半
導体レーザはオン状態になる。
このオン状態ヲオフ状態にリセットするには先づ半導体
レーザからの出力光を第２の受光素子で検出し光電流に
変換させる。欠番こその光電流を″電流増幅し遅延回路
で一定の時間遅れののち、光増幅領域側または可飽和吸
収領域側の電極に抑制電流として帰還する。光増幅領域
側に負帰還する場合、その抑制電流の値がｌｌ とＩｔ
ｈ、の差よりも大きいときにレーザ発振を停止してリセ
ットされる。
レーザからの出力光を第２の受光素子で検出し光電流に
変換させる。欠番こその光電流を″電流増幅し遅延回路
で一定の時間遅れののち、光増幅領域側または可飽和吸
収領域側の電極に抑制電流として帰還する。光増幅領域
側に負帰還する場合、その抑制電流の値がｌｌ とＩｔ
ｈ、の差よりも大きいときにレーザ発振を停止してリセ
ットされる。
また可飽和吸収領域側に負帰還する場合、極くわずかの
電流の減少により１ｔｈ２が増加するため、相対的にＩ
ｔｈ、と工、の大小関係が逆転して半導体レーザはオフ
状態となりリセットされる。この方法では半導体レーザ
を光双安定の状態で使用するため、半導体レーザからの
出力光は大きくしたがって餓小党信号の光入力にくらべ
て２０ｄＢ以上の増幅度が可能となる。またこの方法で
は半導体レーザと２個の受光素子が基本構成であり、両
者とも同一基板上に製作できるので、集積化して小形に
することが可能である。 − 次に実施例を用いてこの発明の詳細な説明する。
電流の減少により１ｔｈ２が増加するため、相対的にＩ
ｔｈ、と工、の大小関係が逆転して半導体レーザはオフ
状態となりリセットされる。この方法では半導体レーザ
を光双安定の状態で使用するため、半導体レーザからの
出力光は大きくしたがって餓小党信号の光入力にくらべ
て２０ｄＢ以上の増幅度が可能となる。またこの方法で
は半導体レーザと２個の受光素子が基本構成であり、両
者とも同一基板上に製作できるので、集積化して小形に
することが可能である。 − 次に実施例を用いてこの発明の詳細な説明する。
第１図はこの発明の実施例の納本構成を示す図であり、
第２図はこの発明の実施例で用いに半導体レーザの光出
力・注入電流特性の図であり、第３図はこの発明の実施
例に基づいて動作させた場合の基本特性の光入力♂光出
力の時間変化を示す特１／、１−図である。
第２図はこの発明の実施例で用いに半導体レーザの光出
力・注入電流特性の図であり、第３図はこの発明の実施
例に基づいて動作させた場合の基本特性の光入力♂光出
力の時間変化を示す特１／、１−図である。
半導体レーザ１の活性層２には、利得が損失を上廻るよ
うに直流電流■１が直流電源１０１より第１の電極３ζ
こ注入される光増幅領域４と、利得が損失を太幅に下廻
るように直流電流Ｉ２が直流電源１０１より第２の電極
５に注入される可飽和吸収領域６がある。両者に共通に
アース側の第３の電極７をとる。第１の電極３と第２の
電極５の境界には化学エツチングしてできた溝８がある
。この溝８は活性層２には達していない。この半導体レ
ーザ１は第２図で示すごと＜Ｉ２の値の変化に対して光
出力・注入電流（Ｉ１）特性が太きく変化している。第
１の電極３と第２の電極５の間の抵抗の大きさにより上
記特性の変化するＩ、の範囲は決まる。例えは抵抗が１
００Ω程度ではＩ、の大きさは数ｍＡの範囲であり１に
Ω程度では数百μＡの範囲で変化する。ここでは■、の
値％０．６ｍＡとし、そのときの光出力・注入電流特性
でヒステリシスを示すその電流幅が５ｍＡの状態で半導
体レーザ１を使用した。レーザ発振開始電流閾値Ｉｔｈ
。
うに直流電流■１が直流電源１０１より第１の電極３ζ
こ注入される光増幅領域４と、利得が損失を太幅に下廻
るように直流電流Ｉ２が直流電源１０１より第２の電極
５に注入される可飽和吸収領域６がある。両者に共通に
アース側の第３の電極７をとる。第１の電極３と第２の
電極５の境界には化学エツチングしてできた溝８がある
。この溝８は活性層２には達していない。この半導体レ
ーザ１は第２図で示すごと＜Ｉ２の値の変化に対して光
出力・注入電流（Ｉ１）特性が太きく変化している。第
１の電極３と第２の電極５の間の抵抗の大きさにより上
記特性の変化するＩ、の範囲は決まる。例えは抵抗が１
００Ω程度ではＩ、の大きさは数ｍＡの範囲であり１に
Ω程度では数百μＡの範囲で変化する。ここでは■、の
値％０．６ｍＡとし、そのときの光出力・注入電流特性
でヒステリシスを示すその電流幅が５ｍＡの状態で半導
体レーザ１を使用した。レーザ発振開始電流閾値Ｉｔｈ
。
は１００ｍＡ、レーザ発振停止電流間１＋Ｍ Ｉ ｔ
ｈｚは９５ｍＡである。この場合に光増幅領域４への注
入電流■１は９９ｍＡとした。外部からの入力光Ｓ、は
第１の受光素子９で検出され第１の電流増幅回路１０で
電流増幅されて可飽和吸収領域６側の第２の電極５に励
起電流として正帰還される。このときの励起電流の大き
さは１ｍＡである。この正帰還により半導体レーザ１は
レーザ発振を始める。このとき４０μＷの入力光Ｓ１に
対して４ｍＷの出力光Ｓ２が得られた。この出力光Ｓ２
は半導体レーザ１に近接配置される第２の受光素子１１
で検出され光電流に変換される。その光電流は第２の電
流増幅回路１２で増幅されたのち遅延回路１３で一定の
時間遅れで光増幅領域４側の第１の電極３に抑制電流と
して負帰還される。このときの抑制電流の大きさは４ｍ
Ａ以上あれはよい。この半導体レーザでは２０ ｄ Ｂ
以上の増幅度を実現することができた。才た第２図で示
すようにレーザ発振時での光出力の立上りは通常の半導
体レーザにくらべて急峻であることから、第３図で示す
ように入力光に重畳しているノイズ成分をほぼ除去でき
波形整形が可能なこともわかった。半導体レーザと受光
素子は同種類の材料で構成できるため、集積化が可能で
あり信頼性を高くできる。
ｈｚは９５ｍＡである。この場合に光増幅領域４への注
入電流■１は９９ｍＡとした。外部からの入力光Ｓ、は
第１の受光素子９で検出され第１の電流増幅回路１０で
電流増幅されて可飽和吸収領域６側の第２の電極５に励
起電流として正帰還される。このときの励起電流の大き
さは１ｍＡである。この正帰還により半導体レーザ１は
レーザ発振を始める。このとき４０μＷの入力光Ｓ１に
対して４ｍＷの出力光Ｓ２が得られた。この出力光Ｓ２
は半導体レーザ１に近接配置される第２の受光素子１１
で検出され光電流に変換される。その光電流は第２の電
流増幅回路１２で増幅されたのち遅延回路１３で一定の
時間遅れで光増幅領域４側の第１の電極３に抑制電流と
して負帰還される。このときの抑制電流の大きさは４ｍ
Ａ以上あれはよい。この半導体レーザでは２０ ｄ Ｂ
以上の増幅度を実現することができた。才た第２図で示
すようにレーザ発振時での光出力の立上りは通常の半導
体レーザにくらべて急峻であることから、第３図で示す
ように入力光に重畳しているノイズ成分をほぼ除去でき
波形整形が可能なこともわかった。半導体レーザと受光
素子は同種類の材料で構成できるため、集積化が可能で
あり信頼性を高くできる。
この発明は以上の代表的な実施例の他に幾つかの変形が
考えられる。前述の実施例では半導体レーーザ」内部に
光増幅領域４と可飽和吸収領域６を二分して構成したが
、光増幅領域４と可飽和吸収領域６の数を三つ以上に分
割しても洋増幅回路の特性には違いはなく有効に動作さ
せることができる。また前述の実施例では入力光Ｓ、に
よる光電流を可飽和吸収領域６側へ、出力光Ｓ２ によ
る光電流を光増幅領域４側としたが、光電流を帰還する
場所がいづれの領域側であっても特性上の違いはない。
考えられる。前述の実施例では半導体レーーザ」内部に
光増幅領域４と可飽和吸収領域６を二分して構成したが
、光増幅領域４と可飽和吸収領域６の数を三つ以上に分
割しても洋増幅回路の特性には違いはなく有効に動作さ
せることができる。また前述の実施例では入力光Ｓ、に
よる光電流を可飽和吸収領域６側へ、出力光Ｓ２ によ
る光電流を光増幅領域４側としたが、光電流を帰還する
場所がいづれの領域側であっても特性上の違いはない。
また半導体レーザ１の溝８は化学エツチングにより製作
したが、その代りにイオンミーリングや逆スパツタリン
グを用いても製作してもよく、また溝８の代りにプロト
ン照射等をして絶縁）曽を形成させてもよい。
したが、その代りにイオンミーリングや逆スパツタリン
グを用いても製作してもよく、また溝８の代りにプロト
ン照射等をして絶縁）曽を形成させてもよい。
第１図はこの発明の実施例の基本構成を示す図、第２図
はこの実施例で用いた半導体レーザの光出力・注入電流
特性を示す特性図、第３図はこの実施例の基本特性であ
る光出力と光入力の関係を示す特性図である。 なお図において １・°°・−゛半導体レーザ、−２・・・・・・活性層
、３・・・・・・第１の電極、４・・・・・・光増幅領
域、５・・・・・・第２の電極、６・・・・・−可飽和
吸収領域、７・・・・−・第３の電極、８・・・・・・
溝、９・−・・・・第１の受光素子、１０・・・９０．
第１の電流増幅回路、１１・・・・・・第２の受光素子
、１２・・・・・・第２の電流増幅回路、１３・・・・
・・遅延回路、１０１・・・・・・直流電源、Ｉ１
・−・・・・光増幅領域への注入電流、第３図 −４０８−
はこの実施例で用いた半導体レーザの光出力・注入電流
特性を示す特性図、第３図はこの実施例の基本特性であ
る光出力と光入力の関係を示す特性図である。 なお図において １・°°・−゛半導体レーザ、−２・・・・・・活性層
、３・・・・・・第１の電極、４・・・・・・光増幅領
域、５・・・・・・第２の電極、６・・・・・−可飽和
吸収領域、７・・・・−・第３の電極、８・・・・・・
溝、９・−・・・・第１の受光素子、１０・・・９０．
第１の電流増幅回路、１１・・・・・・第２の受光素子
、１２・・・・・・第２の電流増幅回路、１３・・・・
・・遅延回路、１０１・・・・・・直流電源、Ｉ１
・−・・・・光増幅領域への注入電流、第３図 −４０８−
Claims (1)
- １、共振器軸方向に分割された二つ以上の電極により活
性層が光増幅領域と可飽和吸収領域とに分けられた半導
体レーザと、外部からの微小光信号を検出する第１の受
光素子と、前記第１の受光素子からの光電流を前記光増
幅領域の−ある電極又は可飽和吸収領域のある電極のい
ずれか一方に正帰還させる手段と、前記半導体レーザか
らの出方光を検出する第２の受光素子と、前記第２の受
光素子からの光電流を遅延回路で一定時間遅らせたのち
０１Ｊ記光増幅領域のある電極又は可飽和吸収領域のあ
る電極のいずれか一方の電極ｌこ負帰還させる手段とを
少なくとも含む光増幅回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57231619A JPS59117284A (ja) | 1982-12-24 | 1982-12-24 | 光増幅回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57231619A JPS59117284A (ja) | 1982-12-24 | 1982-12-24 | 光増幅回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59117284A true JPS59117284A (ja) | 1984-07-06 |
Family
ID=16926342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57231619A Pending JPS59117284A (ja) | 1982-12-24 | 1982-12-24 | 光増幅回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59117284A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0332453A2 (en) * | 1988-03-11 | 1989-09-13 | Kokusai Denshin Denwa Kabushiki Kaisha | Distributed feedback semiconductor laser device and current injection method therefor |
| JPH02263488A (ja) * | 1988-12-02 | 1990-10-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ増幅器と光伝送路と光分岐器と光合波器 |
| JPH03505006A (ja) * | 1988-04-22 | 1991-10-31 | ブリテツシユ・テレコミュニケイシヨンズ・パブリツク・リミテツド・カンパニー | 非線形光増幅 |
-
1982
- 1982-12-24 JP JP57231619A patent/JPS59117284A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0332453A2 (en) * | 1988-03-11 | 1989-09-13 | Kokusai Denshin Denwa Kabushiki Kaisha | Distributed feedback semiconductor laser device and current injection method therefor |
| JPH03505006A (ja) * | 1988-04-22 | 1991-10-31 | ブリテツシユ・テレコミュニケイシヨンズ・パブリツク・リミテツド・カンパニー | 非線形光増幅 |
| JPH02263488A (ja) * | 1988-12-02 | 1990-10-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ増幅器と光伝送路と光分岐器と光合波器 |
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