JPS61105887A - 光信号増幅方法 - Google Patents
光信号増幅方法Info
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- JPS61105887A JPS61105887A JP60173982A JP17398285A JPS61105887A JP S61105887 A JPS61105887 A JP S61105887A JP 60173982 A JP60173982 A JP 60173982A JP 17398285 A JP17398285 A JP 17398285A JP S61105887 A JPS61105887 A JP S61105887A
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- Optics & Photonics (AREA)
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光信号の増幅方法およびその装置に関する。
本発明は、半導体レーザ素子と同等の構造をもつ半導体
レーザ増幅器を用いた光信号増幅方法および装置におい
て、 微小信号に対する利得が最大となる波長と異なる動作波
長で上記半導体レーザ増幅器を動作させることにより、 増幅のダイナミックレンジを広げ、比較的大きな入力光
信号に対する線形性のよい増幅を可能にするものである
。
レーザ増幅器を用いた光信号増幅方法および装置におい
て、 微小信号に対する利得が最大となる波長と異なる動作波
長で上記半導体レーザ増幅器を動作させることにより、 増幅のダイナミックレンジを広げ、比較的大きな入力光
信号に対する線形性のよい増幅を可能にするものである
。
光信号の増幅は特に光通信の分野で重要である。
光通信に用いられる光は可視領域である必要はなく、こ
こで用いる「光学」および「光」という用語は可視光に
限定するものではない。実際に、伝送媒体としてシリカ
製の光ファイバを使用するときには、■、３、μｍおよ
び１．５５ｎの近傍でその損失が極小となるので、赤外
光が特に有用である。
こで用いる「光学」および「光」という用語は可視光に
限定するものではない。実際に、伝送媒体としてシリカ
製の光ファイバを使用するときには、■、３、μｍおよ
び１．５５ｎの近傍でその損失が極小となるので、赤外
光が特に有用である。
通常の半導体レーデ素子の構造は、バンドギャップの小
さい「能動層」と、この能動層の両側に設けられたハン
ドギャップの比較的大きい「閉し込め層」と、能動層の
近傍に設けられたｐｎ接合とを備えている。ｐ型頭域か
らｎ型領域に駆動電流が流れると、電子および正孔が能
動領域で結合して光を発生ずる。「レーザ発振」が始ま
るしきい値電流は、例えばその終端面からの反射により
この構造内に帰還される割合、能動層に沿って通過する
光子の誘導放射の（電流に依存する）利得、および他の
因子に依存する。比較的低い駆動電流では、半導体レー
ザ素子は発光ダイオードとして、またはスーパールミネ
ッセンス放射器として動作する。終端面での反射により
帰還が行われる半導体レーザ素子は、ファブリベローレ
ーザ素子として知られている。
さい「能動層」と、この能動層の両側に設けられたハン
ドギャップの比較的大きい「閉し込め層」と、能動層の
近傍に設けられたｐｎ接合とを備えている。ｐ型頭域か
らｎ型領域に駆動電流が流れると、電子および正孔が能
動領域で結合して光を発生ずる。「レーザ発振」が始ま
るしきい値電流は、例えばその終端面からの反射により
この構造内に帰還される割合、能動層に沿って通過する
光子の誘導放射の（電流に依存する）利得、および他の
因子に依存する。比較的低い駆動電流では、半導体レー
ザ素子は発光ダイオードとして、またはスーパールミネ
ッセンス放射器として動作する。終端面での反射により
帰還が行われる半導体レーザ素子は、ファブリベローレ
ーザ素子として知られている。
このような半導体レーザ素子の構造、すなわち半導体レ
ーザ構造を光増幅器として使用できることが知られてい
る。すなわち、増幅しようとする光信号の波長に近い波
長で最大の利得が得られるように半導体レーザ構造を選
択し、しきい値より小さい駆動電流をこのレーザ構造の
ｐ型頭域からｎ型領域に流したときに、光信号が能動層
に入射するとこの光信号が増幅される。以下では、「半
導体レーザ構造」という用語を、使用時に必ずしも実際
にレーザ発振を行うわけではなく、増幅器の構造が半導
体レーザ素子の構造と同じであることを示す意味に用い
る。
ーザ構造を光増幅器として使用できることが知られてい
る。すなわち、増幅しようとする光信号の波長に近い波
長で最大の利得が得られるように半導体レーザ構造を選
択し、しきい値より小さい駆動電流をこのレーザ構造の
ｐ型頭域からｎ型領域に流したときに、光信号が能動層
に入射するとこの光信号が増幅される。以下では、「半
導体レーザ構造」という用語を、使用時に必ずしも実際
にレーザ発振を行うわけではなく、増幅器の構造が半導
体レーザ素子の構造と同じであることを示す意味に用い
る。
半導体レーザ構造をもつ半導体レーザ増幅器では、供給
された駆動電流に対する増幅器の利得が、入力強度が零
ないし小さい範囲では実質的に一定であり、さらに入力
強度が大きくなると減少して零になり、さらには負（全
体として吸収）になる。
された駆動電流に対する増幅器の利得が、入力強度が零
ないし小さい範囲では実質的に一定であり、さらに入力
強度が大きくなると減少して零になり、さらには負（全
体として吸収）になる。
これは、使用される電子および正孔の割合が増加して素
子が飽和したことによる。駆動電流を増加させると、電
子および正孔の供給を増加させることができ、したがっ
て利得を増加させることかできる。しかし、駆動電流の
増加による利得の増加にも限度がある。なぜなら、駆動
電流をこの素子のレーザ発振しきい値近くまで増加させ
ると、インジェクションロック・シー９５発振（１ｎｊ
ｅｃｔｉｏｎ−１ｏｃｋｅｄ ｌａｓｉｎｇ）を生じ、
この後には、単一放射波長での出力強度の入力強度依存
性がわずかに変化し、有効な増幅を行うことができない
からである。
子が飽和したことによる。駆動電流を増加させると、電
子および正孔の供給を増加させることができ、したがっ
て利得を増加させることかできる。しかし、駆動電流の
増加による利得の増加にも限度がある。なぜなら、駆動
電流をこの素子のレーザ発振しきい値近くまで増加させ
ると、インジェクションロック・シー９５発振（１ｎｊ
ｅｃｔｉｏｎ−１ｏｃｋｅｄ ｌａｓｉｎｇ）を生じ、
この後には、単一放射波長での出力強度の入力強度依存
性がわずかに変化し、有効な増幅を行うことができない
からである。
本発明は゛、大きな入力強度の光信号を増幅するための
方法を提供することを目的とする。
方法を提供することを目的とする。
本発明の第一の発明は、動作波長の設定を特徴とする光
信号増幅方法および装置である。
信号増幅方法および装置である。
その方法は、駆動電流が供給されている半導体レーザ構
造の能動層に入力光信号を入射し、この能動層から上記
入力光信号を増幅した出力光信号を放射させる光信号増
幅方法において、上記駆動電流に対して上記半導体レー
ザ構造による利得が最大となる波長をλｍａｘとし、利
得が零となる二つの波長の長い方の波長をλＩＩ ｐ
ｐ ｅ ｒとするとき、増幅する動作波長λを λｕｐｐｅｒ ＞λ＞λｍａｘ に設定することを特徴とする。
造の能動層に入力光信号を入射し、この能動層から上記
入力光信号を増幅した出力光信号を放射させる光信号増
幅方法において、上記駆動電流に対して上記半導体レー
ザ構造による利得が最大となる波長をλｍａｘとし、利
得が零となる二つの波長の長い方の波長をλＩＩ ｐ
ｐ ｅ ｒとするとき、増幅する動作波長λを λｕｐｐｅｒ ＞λ＞λｍａｘ に設定することを特徴とする。
また、その装置はこの方法を実施するものであり、半導
体レーザ構造と、この半導体レーザ構造の能動層に増幅
しようとする入力信号を入射する手段と、この半導体レ
ーザ構造に駆動電流を供給する手段と、上記能動層から
増幅された出力光信号を放射させる手段とを備えた光信
号増幅装置において、動作波長λが、上記駆動電流に対
して上記半導体レーザ構造による利得が最大となる波長
をλｍａ×とし、利得が零となる二つの波長の長い方の
波長をλｕｐｐｅｒとするとき、 λｕｐｐｅｒ ＞λ〉スｍａ× に設定されたことを特徴とする。
体レーザ構造と、この半導体レーザ構造の能動層に増幅
しようとする入力信号を入射する手段と、この半導体レ
ーザ構造に駆動電流を供給する手段と、上記能動層から
増幅された出力光信号を放射させる手段とを備えた光信
号増幅装置において、動作波長λが、上記駆動電流に対
して上記半導体レーザ構造による利得が最大となる波長
をλｍａ×とし、利得が零となる二つの波長の長い方の
波長をλｕｐｐｅｒとするとき、 λｕｐｐｅｒ ＞λ〉スｍａ× に設定されたことを特徴とする。
動作波長λの値は、
（λ−λｍａｘ）／（λ１ｌｐｐｅｒ−λｍａ×）の値
が０．１以上、特に０．２以」二になるように設定する
ことが望ましい。
が０．１以上、特に０．２以」二になるように設定する
ことが望ましい。
波長λｍａｘは１．２ないし１．７μｍの範囲であるこ
とが望ましい。駆動電流を、能動層でレーザ発振が生し
ない低い値に設定してもよく、レーザ発振が生じる値に
設定してもよい。レーザ発振が生じる値に設定したとき
には、動作波長λをレーザ発振のインジェクションロッ
クが生じない波長に設定する。
とが望ましい。駆動電流を、能動層でレーザ発振が生し
ない低い値に設定してもよく、レーザ発振が生じる値に
設定してもよい。レーザ発振が生じる値に設定したとき
には、動作波長λをレーザ発振のインジェクションロッ
クが生じない波長に設定する。
ここで、「インジェクションロック」とは、光源の半導
体レーザ素子から半導体レーザ増幅器に入力された入力
光信号の波長が、この半導体レーザ増幅器のレーザ発振
モードの波長に近いときまたは一致したときに生じる現
象であり、半導体レーザ増幅器の駆動電流がレーザ発振
しきい値を越えて増加すると、入力光信号の波長に固定
されて発振が生じる現象をいう。半導体レーザ増幅器の
出力を光源の半導体レーザ素子に帰還させると、一つの
連結された発振器として動作させることができる。
体レーザ素子から半導体レーザ増幅器に入力された入力
光信号の波長が、この半導体レーザ増幅器のレーザ発振
モードの波長に近いときまたは一致したときに生じる現
象であり、半導体レーザ増幅器の駆動電流がレーザ発振
しきい値を越えて増加すると、入力光信号の波長に固定
されて発振が生じる現象をいう。半導体レーザ増幅器の
出力を光源の半導体レーザ素子に帰還させると、一つの
連結された発振器として動作させることができる。
本発明の第二の発明は、駆動電流を増加させるための光
信号増幅方法および装置である。
信号増幅方法および装置である。
その方法は、半導体レーザ構造の能動層に増幅しようと
する入力光信号を入射し、この半導体レーザ構造にレー
ザ発振を行うような駆動電流を供給し、上記入力光信号
の波長をインジェクションロックが生じる波長を避けて
設定し、増幅された出力光信号を上記能動層から放射さ
せることを特徴とする。
する入力光信号を入射し、この半導体レーザ構造にレー
ザ発振を行うような駆動電流を供給し、上記入力光信号
の波長をインジェクションロックが生じる波長を避けて
設定し、増幅された出力光信号を上記能動層から放射さ
せることを特徴とする。
また、その装置は、半導体レーザ構造と、この半導体レ
ーザ構造の能動層に増幅しようとする入力光信号を入射
する手段と、この半導体レーザ構造にレーザ発振を行う
ための駆動電流を供給する手段と、増幅された出力光信
号を上記能動層から放射させる手段とを備え、上記入力
光信号の波長がインジェクションロックが生じないよう
に設定されたことを特徴とする。
ーザ構造の能動層に増幅しようとする入力光信号を入射
する手段と、この半導体レーザ構造にレーザ発振を行う
ための駆動電流を供給する手段と、増幅された出力光信
号を上記能動層から放射させる手段とを備え、上記入力
光信号の波長がインジェクションロックが生じないよう
に設定されたことを特徴とする。
本発明の第三の発明は、出力光を監視する光信号増幅方
法および装置である。
法および装置である。
その方法は、駆動電流が供給されている半導体レーザ構
造の能動層に入力光信号を入射し、この能動層から上記
入力光信号を増幅した出力光信号を放射させ、この出力
光信号を一つの波長または波長範囲で監視し、この監視
結果により上記駆動電流を制御して利得を制御すること
を特徴とする。
造の能動層に入力光信号を入射し、この能動層から上記
入力光信号を増幅した出力光信号を放射させ、この出力
光信号を一つの波長または波長範囲で監視し、この監視
結果により上記駆動電流を制御して利得を制御すること
を特徴とする。
またその装置は、半導体レーザ構造と、この半導体レー
ザ構造の能動層に増幅しようとする入力光信号を入射す
る手段と、この半導体レーザ構造にレーザ発振を行うた
めの駆動電流を供給する手段と、増幅された出力光信号
を」二記能動層から放射させる手段とを備えた光信号増
幅装置において、上記出力光信号を一つの波長または波
長範囲で監視する手段と、この監視結果により上記駆動
電流を制御して利得を制御する帰還ループとを備えたこ
とを特徴とする。
ザ構造の能動層に増幅しようとする入力光信号を入射す
る手段と、この半導体レーザ構造にレーザ発振を行うた
めの駆動電流を供給する手段と、増幅された出力光信号
を」二記能動層から放射させる手段とを備えた光信号増
幅装置において、上記出力光信号を一つの波長または波
長範囲で監視する手段と、この監視結果により上記駆動
電流を制御して利得を制御する帰還ループとを備えたこ
とを特徴とする。
入力光信号は、光電力が１μＷないし５ｍＷの範囲であ
ることが望ましく、１０μＷないし５ｍＷの範囲、より
望ましくは０．５ｍＷないし５ｍＷの範囲である。
ることが望ましく、１０μＷないし５ｍＷの範囲、より
望ましくは０．５ｍＷないし５ｍＷの範囲である。
半導体レーザ構造はファプリペロー型の構造であること
が望ましい。
が望ましい。
本発明の三つの発明は、それぞれ独立に実施してもよく
、同時に実施してもよく、二つを組合わせて実施しても
よい。第一および第三の発明では、レーザ構造自体では
光信号を帰還させていないので、どのような駆動電流を
供給しても実際にはレーザ発振を行うことができない。
、同時に実施してもよく、二つを組合わせて実施しても
よい。第一および第三の発明では、レーザ構造自体では
光信号を帰還させていないので、どのような駆動電流を
供給しても実際にはレーザ発振を行うことができない。
すなわち伝達波増幅器である。
本発明の第一の発明は、小さい光電力に対して最大利得
が測定された波長の長波長側では飽和が生じにくいこと
を発見したことに基づいている。
が測定された波長の長波長側では飽和が生じにくいこと
を発見したことに基づいている。
本発明の第二の発明は、入力光信号の波長がレーザ利得
が最大となる波長から十分に離れ、インジェクションロ
ックが防止されている場合には、長波長と短波長とのど
ちらでも、駆動電流がしきい値を越えていても入力光信
号を増幅できることに基づいている。
が最大となる波長から十分に離れ、インジェクションロ
ックが防止されている場合には、長波長と短波長とのど
ちらでも、駆動電流がしきい値を越えていても入力光信
号を増幅できることに基づいている。
本発明の第三の発明は、光増幅器として使用している半
導体レーザ構造の利得が、（入力光信号の波長でだけで
なく）すべての放射範囲でキャリアの飽和により減少し
たときに、この減少を増幅器の利得を高い入力光電力で
増加させるように駆動電流を制御するものである。
導体レーザ構造の利得が、（入力光信号の波長でだけで
なく）すべての放射範囲でキャリアの飽和により減少し
たときに、この減少を増幅器の利得を高い入力光電力で
増加させるように駆動電流を制御するものである。
第１図は本発明実施例光信号増幅装置の構成図である。
入力光信号は、光ファイバ１から半導体レーザ構造をも
つ半導体レーザ増幅器２の能動層３に供給される。半導
体レーザ増幅器２の電極４．５は制御回路１２に接続さ
れる。能動層３からの出力光信号は、レンズ６、干渉フ
ィルタ７およびレンズ１０を経由して光ファイバ１１に
入射する。また、出力光信号の一部は干渉フィルタ７に
より反射され、レンズ８により集光されて光検出器９に
入射する。
つ半導体レーザ増幅器２の能動層３に供給される。半導
体レーザ増幅器２の電極４．５は制御回路１２に接続さ
れる。能動層３からの出力光信号は、レンズ６、干渉フ
ィルタ７およびレンズ１０を経由して光ファイバ１１に
入射する。また、出力光信号の一部は干渉フィルタ７に
より反射され、レンズ８により集光されて光検出器９に
入射する。
光検出器９は制御回路１２に接続される。
この光信号士（６幅装置の動作原理を説明する。
第２図は半導体レーザ増幅器の共振器に沿った光子分布
Ｓを示す。光信号強度は光子分布Ｓに比例する。光子分
布Ｓは、順方向成分２１と、これと反対方向の反射成分
２２とを含む。共振器の長さβに沿った光子分布Ｓの変
化は、キャリア密度および利得の変化を導く。
Ｓを示す。光信号強度は光子分布Ｓに比例する。光子分
布Ｓは、順方向成分２１と、これと反対方向の反射成分
２２とを含む。共振器の長さβに沿った光子分布Ｓの変
化は、キャリア密度および利得の変化を導く。
半導体レーザ増幅器の解析的モデルとして、軸方向の総
光子分布２３．を共振器の長さ方向で平均されていると
仮定し、均一なキャリア密度を自己無撞着に定義したモ
デルを用いる。さらに、スペクトルに依存する利得関数
（そのピークはキャリア密度によりシフトする）の改善
および共振器内の屈折率に対するキャリア密度の効果を
組み込む。
光子分布２３．を共振器の長さ方向で平均されていると
仮定し、均一なキャリア密度を自己無撞着に定義したモ
デルを用いる。さらに、スペクトルに依存する利得関数
（そのピークはキャリア密度によりシフトする）の改善
および共振器内の屈折率に対するキャリア密度の効果を
組み込む。
第３図は利得特性の一例を示す。この特性は、上述の解
析的モデルを、シリカファイバの損失が極小となる１、
５５μｍ近傍の波長で動作するフェブリペロー型の半導
体レーザ増幅器に用いて得られたものである。それぞれ
の終端面の反射率は０．０１としている。電流密度はし
きい値電流密度の０．９７倍としている。レーザのモー
ド間隔はｌｎｍとしている。種々の入力強度に対する計
算の結果を、密集をさげるために選択された波長につい
てだけ示す計算の結果を接続する破線は、利得特性のお
およその傾向を示す。
析的モデルを、シリカファイバの損失が極小となる１、
５５μｍ近傍の波長で動作するフェブリペロー型の半導
体レーザ増幅器に用いて得られたものである。それぞれ
の終端面の反射率は０．０１としている。電流密度はし
きい値電流密度の０．９７倍としている。レーザのモー
ド間隔はｌｎｍとしている。種々の入力強度に対する計
算の結果を、密集をさげるために選択された波長につい
てだけ示す計算の結果を接続する破線は、利得特性のお
およその傾向を示す。
利得特性６才、波長および入力光電力に依存するだけで
なく、フェブリペロー共鳴を示す。入力光電力が非常に
小さいときにば、利得スペクトルの傾向は半導体レージ
２増幅器の材料により決定されて、１．５５２５μｍに
最大利得ピークが生じる。入力光電力が増加するとギヤ
リア密度が減少する。このため全体的な利得が減少し、
キャリアに依存する屈折率が変化するだけでなく、利得
ピークが長波長側にシフトする。
なく、フェブリペロー共鳴を示す。入力光電力が非常に
小さいときにば、利得スペクトルの傾向は半導体レージ
２増幅器の材料により決定されて、１．５５２５μｍに
最大利得ピークが生じる。入力光電力が増加するとギヤ
リア密度が減少する。このため全体的な利得が減少し、
キャリアに依存する屈折率が変化するだけでなく、利得
ピークが長波長側にシフトする。
入力光電力に対して利得ピークが得られる波長を第１表
に示す。
に示す。
（以下本頁余白）
第１表
このように、入力光電力が１０−” Ｗから１Ｏ−６Ｗ
に増加すると、利得ピークは長い波長１ 、５５７２μ
ｍにシフトする。入力光電力が１０−’Ｗに増加すると
、波長１．５５２５μｍで得られる利得が減少（１３，
７ｄＢから１３．０ｄＢ）するが、１．５５７２頗以上
の波長での利得により少なくとも部分的には補償される
。
に増加すると、利得ピークは長い波長１ 、５５７２μ
ｍにシフトする。入力光電力が１０−’Ｗに増加すると
、波長１．５５２５μｍで得られる利得が減少（１３，
７ｄＢから１３．０ｄＢ）するが、１．５５７２頗以上
の波長での利得により少なくとも部分的には補償される
。
再び第３図を参照する。入力光電力がさらに増加すると
、全体の増幅率が低下する。同時に利得ピークが長波長
側にシフトする。この結果、入力光電力が１Ｏ−ＩｏＷ
から１０−’Ｗ、 １Ｏ−５Ｗそして５×ｉｏ−５ｗと
増加しても、長めの波長で動作していれば全体としての
増幅率が低下しない利点がある。
、全体の増幅率が低下する。同時に利得ピークが長波長
側にシフトする。この結果、入力光電力が１Ｏ−ＩｏＷ
から１０−’Ｗ、 １Ｏ−５Ｗそして５×ｉｏ−５ｗと
増加しても、長めの波長で動作していれば全体としての
増幅率が低下しない利点がある。
さらに、第３図には示していないが、入力光電力が１ｍ
Ｗのオーダ、例えば入力光電力が０．５ｍＷないし５ｍ
Ｗのときには、この利点が特に顕著である。
Ｗのオーダ、例えば入力光電力が０．５ｍＷないし５ｍ
Ｗのときには、この利点が特に顕著である。
第４図は入力光電力に対する利得を示す図である。一定
の駆動電流が供給されるときの、三つの異なる波長に対
する半導体レーザ増幅器の利得を示す。Ｂは最大利得が
得られる波長λｍａ×の近傍の波長に対する利得を示し
、Ａはいくらか短波長側の波長に対する利得の正の部分
を示し、Ｃは長波長側の波長に対する正の部分を示す。
の駆動電流が供給されるときの、三つの異なる波長に対
する半導体レーザ増幅器の利得を示す。Ｂは最大利得が
得られる波長λｍａ×の近傍の波長に対する利得を示し
、Ａはいくらか短波長側の波長に対する利得の正の部分
を示し、Ｃは長波長側の波長に対する正の部分を示す。
入力光電力が小さい部分では、ＡとＣとはほぼ同じ値で
ある。ファブリペロ−共鳴の効果は除去した。特定の波
長で比較的高い入力光電力を増幅する場合には、この入
力光信号の波長より短い波長で小光電力での最大利得が
得られるような半導体レーザ増幅器を用いることにより
、最大の効果が得られることがわかる。これが本発明の
第一の発明である。
ある。ファブリペロ−共鳴の効果は除去した。特定の波
長で比較的高い入力光電力を増幅する場合には、この入
力光信号の波長より短い波長で小光電力での最大利得が
得られるような半導体レーザ増幅器を用いることにより
、最大の効果が得られることがわかる。これが本発明の
第一の発明である。
再び第３図を参照すると、小光電力での最大利得が得ら
れる波長λｍａｘより長い入力波長で動作させることに
は、さらに別な利点がある。小光電力での最大利得が得
られる波長λｍａｘ 、およびその長波長と短波長とで
それぞれ選択された二つの波長について、入力光電力の
増加による利得の変化を第２表に示す。
れる波長λｍａｘより長い入力波長で動作させることに
は、さらに別な利点がある。小光電力での最大利得が得
られる波長λｍａｘ 、およびその長波長と短波長とで
それぞれ選択された二つの波長について、入力光電力の
増加による利得の変化を第２表に示す。
第２表
このように、動作波長が長い場合には、入力光電力の増
加に対する利得の変化が小さい利点がある。波長１．５
５２５如（波長λｍａｘ）における利得は３７％以上減
少するのに対して、波長１．５７００Ｉ１ｍにおける利
得の減少は２７％より少し小さい。このように利得の減
少が小さいので、入力光信号に対してより線形的な利得
特性が得られる。これに対して、波長１．５４００μｍ
の利得の減少は４７％以上になる。
加に対する利得の変化が小さい利点がある。波長１．５
５２５如（波長λｍａｘ）における利得は３７％以上減
少するのに対して、波長１．５７００Ｉ１ｍにおける利
得の減少は２７％より少し小さい。このように利得の減
少が小さいので、入力光信号に対してより線形的な利得
特性が得られる。これに対して、波長１．５４００μｍ
の利得の減少は４７％以上になる。
このような動作原理に基づいて第１図に示した光信号増
幅装置をさらに詳細に説明する。
幅装置をさらに詳細に説明する。
光ファイバ１は、光信号源（図示せず）からの波長１５
８０ｎｍ （１，５８μｍ）の入力光信号を伝達する。
８０ｎｍ （１，５８μｍ）の入力光信号を伝達する。
この入力光信号は、光ファイバ１の終端からファブリペ
ロ−型の半導体レーザ増幅器２の能動層３に入射される
。この半導体レーザ増幅器２の特性は、増幅可能な最小
限度の入力光電力に対する最大利得が波長１５５０ｎｍ
（１，，５５μｍ）で得られ、このような入力光電力
に対する利得スペクトルの正の部分が、長波長側では１
６００如ｍ （１，６０ＩＩｍ）まで延びており、短波
長側にもほぼ同じ程度に延びている。
ロ−型の半導体レーザ増幅器２の能動層３に入射される
。この半導体レーザ増幅器２の特性は、増幅可能な最小
限度の入力光電力に対する最大利得が波長１５５０ｎｍ
（１，，５５μｍ）で得られ、このような入力光電力
に対する利得スペクトルの正の部分が、長波長側では１
６００如ｍ （１，６０ＩＩｍ）まで延びており、短波
長側にもほぼ同じ程度に延びている。
すなわち、
λｍａｘ ＝１５５０ｎｍ
λｕｐｐｅｒ ＝１６００ｎｍ
λ −１５８０如ｍ
である。電極４と電極５との間にしきい値レベルより大
きい駆動電流を供給すると、利得スペクトルにわたって
分布した種々のファブリペロ−モードでレーザ発振が生
じる。波長１５５０ｎｍの入力光信号により増幅が生じ
る。能動層３から出射された出力光信号は、レンズ６を
経由して干渉フィルタフに供給される。干渉フィルタ７
は１５５０如ｍ近傍の波長帯の光をレンズ８および光検
出器９の方向に反射するが、１５８０如ｍの波長帯の光
はあまり反射しない。増幅された波長１５８０ｎｍの光
信号を含む出力光信号は、レンズ１０に集光されて光フ
ァイバ１１に入射する。（λ−λｍａｘ）／（λｕｐｐ
ｅｒ−λｍａｘ ）の値は０．６である。
きい駆動電流を供給すると、利得スペクトルにわたって
分布した種々のファブリペロ−モードでレーザ発振が生
じる。波長１５５０ｎｍの入力光信号により増幅が生じ
る。能動層３から出射された出力光信号は、レンズ６を
経由して干渉フィルタフに供給される。干渉フィルタ７
は１５５０如ｍ近傍の波長帯の光をレンズ８および光検
出器９の方向に反射するが、１５８０如ｍの波長帯の光
はあまり反射しない。増幅された波長１５８０ｎｍの光
信号を含む出力光信号は、レンズ１０に集光されて光フ
ァイバ１１に入射する。（λ−λｍａｘ）／（λｕｐｐ
ｅｒ−λｍａｘ ）の値は０．６である。
本発明の第一の発明によると、最小限度の光入力電力に
対する最大利得が波長１．５８戸で得られる（λｍａｘ
＝１．５８μｍの）半導体レーザ増幅器を用いるより
、光ファイバ１からの大きな入力光電力に対する利得が
大きくなる。本発明の第二の発明によると、波長λと波
長λｍａｘとの差が、しきい値以上の駆動電流が供給れ
た場合にも増幅できるような値に設定されており、この
ような大きな駆動電流を供給することにより大きな利得
が得られる。
対する最大利得が波長１．５８戸で得られる（λｍａｘ
＝１．５８μｍの）半導体レーザ増幅器を用いるより
、光ファイバ１からの大きな入力光電力に対する利得が
大きくなる。本発明の第二の発明によると、波長λと波
長λｍａｘとの差が、しきい値以上の駆動電流が供給れ
た場合にも増幅できるような値に設定されており、この
ような大きな駆動電流を供給することにより大きな利得
が得られる。
この場合に、入力光信号の波長は短い波長、例えば１．
５２ｐｍでもよい。すなわち、第一の発明は必ずしも必
要ではない。
５２ｐｍでもよい。すなわち、第一の発明は必ずしも必
要ではない。
さらに、本発明の第三の発明は、帰還ループを備えたこ
とである。％ｔ ’ｒＷループは、干渉フィルタ７、レ
ンズ８、光検出器９および光検出器９の出力信号を受は
取る制御回路１２により構成される。
とである。％ｔ ’ｒＷループは、干渉フィルタ７、レ
ンズ８、光検出器９および光検出器９の出力信号を受は
取る制御回路１２により構成される。
制御回路１２は、電極４と電極５との間を流れる駆動電
流を制御し、光検出器９の出力を一定に保ち、これによ
り半導体レーザ増幅器２の利得を一定に維持する。これ
は、レーザ発振のしきい値以下の電流での動作の場合に
も価値がある。
流を制御し、光検出器９の出力を一定に保ち、これによ
り半導体レーザ増幅器２の利得を一定に維持する。これ
は、レーザ発振のしきい値以下の電流での動作の場合に
も価値がある。
最適な性能を得るためには、半導体レーザ増幅器の終端
面に、例えば０．０１の反射率にするための反射防止被
膜を施すのが一般的である。
面に、例えば０．０１の反射率にするための反射防止被
膜を施すのが一般的である。
半導体レーザ増幅器２は、上述の構造と異なるものを用
いても、その特性は上述の特性と同等であれば同様に本
発明を実施できる。
いても、その特性は上述の特性と同等であれば同様に本
発明を実施できる。
本発明の光信号増幅方法および装置は、主に光通信装置
に用いて効果がある。光通信装置では、レーザ光源から
の信号光を、変調器や光アイソレータのような損失の多
い部品を通過させ、その後に通信リンクの光ファイバに
入射する。このような構成は、コヒーレント光学装置で
は特に重要である。したがって、本発明により、損失の
多い部品の出力した光信号を増幅することができる。こ
のような場合の入力光電力は一般に大きな値であり、本
発明は有効である。約１（ＭＢの利得が５ｍＷの入力強
度でも到達できる。通信リンクに出力する強度は、中継
器の間隔を決定する最も重要な点である。
に用いて効果がある。光通信装置では、レーザ光源から
の信号光を、変調器や光アイソレータのような損失の多
い部品を通過させ、その後に通信リンクの光ファイバに
入射する。このような構成は、コヒーレント光学装置で
は特に重要である。したがって、本発明により、損失の
多い部品の出力した光信号を増幅することができる。こ
のような場合の入力光電力は一般に大きな値であり、本
発明は有効である。約１（ＭＢの利得が５ｍＷの入力強
度でも到達できる。通信リンクに出力する強度は、中継
器の間隔を決定する最も重要な点である。
また、本発明を光通信装置に用いる場合には、同等の半
導体レーザ素子をレーザ光源と増幅器とに利用でき、製
造コストを削減することができる。
導体レーザ素子をレーザ光源と増幅器とに利用でき、製
造コストを削減することができる。
ただし、増幅器として用いる場合には反射防止被膜が施
すことが異なる。レーザ光源は、比較的低い駆動電流で
レーザ発振を行い、その波長は、増幅器として用いる半
導体レーザ素子を発振させた場合の波長より長く、しか
もこの増幅器が小入力電力に対して最大利得を示す波長
より長い。このようにして、本発明の第一の発明の利点
を比較的容易に得ることができる。
すことが異なる。レーザ光源は、比較的低い駆動電流で
レーザ発振を行い、その波長は、増幅器として用いる半
導体レーザ素子を発振させた場合の波長より長く、しか
もこの増幅器が小入力電力に対して最大利得を示す波長
より長い。このようにして、本発明の第一の発明の利点
を比較的容易に得ることができる。
本発明の光信号増幅方法および装置は、例えば光信号を
発生する機器の終端の検出器の前段に配置される光プリ
アンプとして用いることもできる。
発生する機器の終端の検出器の前段に配置される光プリ
アンプとして用いることもできる。
第１図は本発明実施例光信号増幅装置の構成図。
第２図は半導体レーザ増幅器の共振器に沿った光子分布
を示す図。 第３図は利得特性の一例を示す図。 第４図は入力光電力に対する利得を示す図。 １・・・光ファイバ、２・・・半導体レーザ増幅器、３
・・・能動層、４．５・・・電極、６．８．１０・・・
レンズ、７・・・干渉フィルタ、９・・・光検出器、１
１・・・光ファイバ、１２・・・制御回路。
を示す図。 第３図は利得特性の一例を示す図。 第４図は入力光電力に対する利得を示す図。 １・・・光ファイバ、２・・・半導体レーザ増幅器、３
・・・能動層、４．５・・・電極、６．８．１０・・・
レンズ、７・・・干渉フィルタ、９・・・光検出器、１
１・・・光ファイバ、１２・・・制御回路。
Claims (15)
- （１）駆動電流が供給されている半導体レーザ構造の能
動層に入力光信号を入射し、 この能動層から上記入力光信号を増幅した出力光信号を
放射させる 光信号増幅方法において、 上記駆動電流に対して上記半導体レーザ構造による利得
が最大となる波長をλｍａｘとし、利得が零となる二つ
の波長の長い方の波長をλｕｐｐｅｒとするとき、増幅
する動作波長λを λｕｐｐｅｒ＞λ＞λｍａｘ に設定する ことを特徴とする光信号増幅方法。 - （２）動作波長λは、 （λ−λｍａｘ）／（λｕｐｐｅｒ−λｍａｘ）≧０．
１である特許請求の範囲第（１）項に記載の光信号増幅
方法。 - （３）動作波長λは （λ−λｍａｘ）／（λｕｐｐｅｒ−λｍａｘ）≧０．
２である特許請求の範囲第（１）項に記載の光信号増幅
方法。 - （４）波長λｍａｘは１．２ないし１．７μｍの範囲で
ある特許請求の範囲第（１）項ないし第（３）項のいず
れかに記載の光信号増幅方法。 - （５）駆動電流を能動層でレーザ発振が生じない低い値
に設定する特許請求の範囲第（１）項ないし第（４）項
のいずれかに記載の光信号増幅方法。 - （６）駆動電流をレーザ発振が生じる値に設定し、動作
波長λをレーザ発振のインジェクションロックが生じな
い波長に設定する 特許請求の範囲第（１）項ないし第（４）項のいずれか
に記載の光信号増幅方法。 - （７）入力光信号は、その光電力が１μＷないし５ｍＷ
の範囲である特許請求の範囲第（１）項ないし第（６）
項のいずれかに記載の光信号増幅方法。 - （８）入力光信号は、その光電力が１０μＷないし５ｍ
Ｗの範囲である特許請求の範囲第（１）項ないし第（６
）項に記載の光信号増幅方法。 - （９）入力光信号は、その光電力が０．５ｍＷないし５
ｍＷの範囲である特許請求の範囲第（１）項ないし第（
６）項に記載の光信号増幅方法。 - （１０）半導体レーザ構造の能動層に増幅しようとする
入力光信号を入射し、 この半導体レーザ構造にレーザ発振を行うような駆動電
流を供給し、 上記入力光信号の波長をインジェクションロックが生じ
る波長を避けて設定し、 増幅された出力光信号を上記能動層から放射させる 光信号増幅方法。 - （１１）駆動電流が供給されている半導体レーザ構造の
能動層に入力光信号を入射し、 この能動層から上記入力光信号を増幅した出力光信号を
放射させ、 この出力光信号を一つの波長または波長範囲で監視し、 この監視結果により上記駆動電流を制御して利得を制御
する 光信号増幅方法。 - （１２）半導体レーザ構造と、 この半導体レーザ構造の能動層に増幅しようとする入力
信号を入射する手段と、 この半導体レーザ構造に駆動電流を供給する手段と、 上記能動層から増幅された出力光信号を放射させる手段
と を備えた光信号増幅装置において、 動作波長λが、上記駆動電流に対して上記半導体レーザ
構造による利得が最大となる波長をλｍａｘとし、利得
が零となる二つの波長の長い方の波長をλｕｐｐｅｒと
するとき、 λｕｐｐｅｒ＞λ＞λｍａｘ に設定された ことを特徴とする光信号増幅装置。 - （１３）半導体レーザ構造はファブリペロー型の構造で
ある特許請求の範囲第（１２）項に記載の光信号増幅装
置。 - （１４）半導体レーザ構造と、 この半導体レーザ構造の能動層に増幅しようとする入力
光信号を入射する手段と、 この半導体レーザ構造にレーザ発振を行うための駆動電
流を供給する手段と、 増幅された出力光信号を上記能動層から放射させる手段
と を備え、 上記入力光信号の波長はインジェクションロックが生じ
ないように設定された 光信号増幅装置。 - （１５）半導体レーザ構造と、 この半導体レーザ構造の能動層に増幅しようとする入力
光信号を入射する手段と、 この半導体レーザ構造にレーザ発振を行うための駆動電
流を供給する手段と、 増幅された出力光信号を上記能動層から放射させる手段
と を備えた光信号増幅装置において、 上記出力光信号を一つの波長または波長範囲で監視する
手段と、 この監視結果により上記駆動電流を制御して利得を制御
する帰還ループと を備えたことを特徴とする光信号増幅装置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB848420013A GB8420013D0 (en) | 1984-08-06 | 1984-08-06 | Optical amplification |
| GB8424860 | 1984-10-02 | ||
| GB8420013 | 1984-10-02 | ||
| GB848424860A GB8424860D0 (en) | 1984-10-02 | 1984-10-02 | Optical amplification |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61105887A true JPS61105887A (ja) | 1986-05-23 |
| JPH0732276B2 JPH0732276B2 (ja) | 1995-04-10 |
Family
ID=26288082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60173982A Expired - Fee Related JPH0732276B2 (ja) | 1984-08-06 | 1985-08-06 | 光信号増幅方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4736164A (ja) |
| EP (1) | EP0174729B2 (ja) |
| JP (1) | JPH0732276B2 (ja) |
| CA (1) | CA1251845A (ja) |
| DE (1) | DE3566937D1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| GB8611241D0 (en) * | 1986-05-08 | 1986-06-18 | British Telecomm | Optical amplifiers |
| GB8709224D0 (en) * | 1987-04-16 | 1987-06-10 | British Telecomm | Optical amplifier |
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| JPH01287426A (ja) * | 1988-05-13 | 1989-11-20 | Hamamatsu Photonics Kk | 光信号サンプリング装置 |
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- 1985-08-02 CA CA000488086A patent/CA1251845A/en not_active Expired
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- 1985-08-06 JP JP60173982A patent/JPH0732276B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1985-08-06 EP EP85305572A patent/EP0174729B2/en not_active Expired - Lifetime
- 1985-08-06 DE DE8585305572T patent/DE3566937D1/de not_active Expired
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0174729B2 (en) | 1995-10-25 |
| US4736164A (en) | 1988-04-05 |
| DE3566937D1 (en) | 1989-01-26 |
| CA1251845A (en) | 1989-03-28 |
| EP0174729B1 (en) | 1988-12-21 |
| EP0174729A1 (en) | 1986-03-19 |
| JPH0732276B2 (ja) | 1995-04-10 |
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