WO2016136183A1 - Ｓｏａ集積ｅａ－ｄｆｂレーザ及びその駆動方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an EA modulator integrated DFB laser (Electroabsorption Modulator integrated Distributed Feedback Laser: EA-DFB) in which a semiconductor optical amplifier (Semiconductor optical amplifier: SOA) is integrated and a driving method thereof.
  • EA modulator integrated DFB laser Electroabsorption Modulator integrated Distributed Feedback Laser: EA-DFB
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • an external modulation method with small chirping is used in order to perform high-speed and long-distance transmission as described above.
  • an electroabsorption (EA) modulator utilizing an electroabsorption effect has excellent features from the viewpoints of downsizing, low power consumption, and integration with a semiconductor laser.
  • a semiconductor optical integrated device (EA-DFB laser) that monolithically integrates an EA modulator and a distributed feedback (DFB) laser having excellent single wavelength characteristics on a single semiconductor substrate is high speed and long.
  • a light transmission device for distance transmission As the signal light wavelength, a 1.5 ⁇ m band with a small optical fiber propagation loss or a 1.3 ⁇ m band with a small chirp is mainly used.
  • 1A and 1B show the chirp value dependency of the relationship between the optical signal waveform and the transmission distance.
  • the optical waveform after long-distance transmission over a transmission distance of 40 km or more is greatly degraded.
  • the shape of the waveform of the modulated light emitted from the EA-DFB laser is degraded as the transmission distance becomes longer due to chirping. To do. Therefore, in the conventional EA-DFB laser, a negative voltage is applied to the DC bias V b applied to the EA modulator to suppress deterioration of the optical waveform, and negative value chirp value beta c to increase the absolute value The transmission was done. However, increasing the absolute value of the DC bias Vb increases the loss of the EA modulator, and the light intensity of the light output from the DFB laser is greatly lost. For this reason, it has been difficult to obtain sufficient light intensity for long-distance transmission with the conventional EA-DFB laser.
  • Non-Patent Document 1 reports a method of integrating a semiconductor optical amplifier (SOA) at the output terminal of an EA modulator.
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • Non-Patent Document 1 a simple chirp conversion value for SMF long-distance transmission could not be obtained by simply integrating SOA at the output end of the EA modulator. Further, the configuration described in Non-Patent Document 1 requires a separate control terminal for applying a current to the SOA, and the number of control terminals is increased as compared with the conventional EA-DFB laser. There was a problem of increasing.
  • Patent Document 1 discloses an SOA integrated EA-DFB laser in which SOA is integrated into an EA-DFB laser.
  • the SOA integrated EA-DFB laser disclosed in Patent Document 1 in order to prevent an increase in the number of control terminals as compared with the operation control of the conventional EA-DFB laser, the DFB laser part and the SOA part are controlled using the same terminal. Current injection. Thereby, the light output can be increased even if the DC bias V b is reduced.
  • a driving method includes a DFB laser unit, an EA modulator unit provided at a subsequent stage of the DFB laser unit, and a subsequent stage of the EA modulator unit.
  • the SOA-integrated EA-DFB laser driving method monolithically integrated on the same substrate with the SOA section provided in the EA-DFB laser, which is allowed when the EA-DFB laser is mounted on an optical transmission module
  • the current I SOA is injected into the SOA part within a power consumption range that does not exceed the total power consumption that can be reduced.
  • the SOA integrated EA-DFB laser according to the second embodiment of the present invention is a SOA integrated EA-DFB laser in which a SOA part is integrated at an emission end of an EA-DFB laser including a DFB laser part and an EA modulator part.
  • the SOA integrated EA-DFB laser is reduced by reducing the reduction amount ⁇ I DFB from the maximum injection current to the DFB laser part of the EA-DFB laser allowed when the EA-DFB laser is mounted on the optical transmission module.
  • the current I SOA is supplied to the SOA part. It is characterized by being injected.
  • an SOA-integrated EA-DFB laser capable of simultaneously realizing high output, low power consumption, and negative chirp value as compared with a conventional EA-DFB laser and a driving method thereof are provided. Can do.
  • FIG. 1A is a diagram illustrating the chirp value dependency of the relationship between the optical signal waveform and the transmission distance.
  • FIG. 1B is a diagram illustrating the chirp value dependency of the relationship between the optical signal waveform and the transmission distance.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the configuration of the SOA integrated EA-DFB laser used in the present invention.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating the structure of the EA-DFB laser and the SOA integrated EA-DFB laser.
  • FIG. 3B is a diagram illustrating the structure of the EA-DFB laser and the SOA integrated EA-DFB laser.
  • FIG. 4 is a diagram showing measurement results of current injection amount-light output characteristics into the DFB laser unit in the EA-DFB laser and the SOA integrated EA-DFB laser.
  • FIG. 5 is a diagram showing a gain calculation result of the SOA part in the SOA integrated EA-DFB laser.
  • FIG. 6 shows the measurement result of the light intensity gain for each SOA length L SOA in the SOA integrated EA-DFB laser.
  • FIG. 7 is a diagram showing the measurement result of the power consumption of the SOA part of the SOA integrated EA-DFB laser.
  • FIG. 8 is a diagram showing a drive current range of the SOA unit 13 for each SOA length in the SOA integrated EA-DFB laser.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining an SOA integrated EA-DFB laser according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the configuration of the SOA integrated EA-DFB laser used in the present invention.
  • the DFB laser unit 11, the EA modulator unit 12 that receives output light from the DFB laser unit 11, and the modulated output light that is modulated and output by the EA modulator unit 12 is input and amplified.
  • An SOA integrated EA-DFB laser in which the SOA unit 13 is monolithically integrated on the same substrate is shown.
  • FIG. 3A illustrates the structure of an EA-DFB laser
  • FIG. 3B illustrates the structure of a SOA integrated EA-DFB laser used in the present invention.
  • the EA-DFB laser (hereinafter simply referred to as “EA-DFB laser”) that is not integrated with the SOA described below has the same characteristics as the SOA integrated EA-DFB laser except that the SOA is not integrated. It shall have.
  • the SOA integrated EA-DFB laser from the maximum permissible current (for example, 80 mA) to the DFB laser unit allowed when the EA-DFB laser is mounted on the optical transmission module, the SOA integrated EA-DFB laser
  • the DFB injection current I DFB to the DFB laser unit 11 is reduced to a current (for example, 60 mA) that is larger than the threshold current of the DFB laser unit 11 and does not degrade the SMSR.
  • a current that can realize power consumption is injected into the SOA unit 13.
  • the power consumption P DFB in the DFB laser unit 11 is also reduced / reduced by reducing the DFB injection current I DFB to the DFB laser unit 11. Furthermore, as a result of the reduction of the input light intensity to the EA modulator unit 12, the photocurrent flowing through the EA modulator unit 12 is reduced, and the power consumption P EA in the EA modulator unit 12 is also reduced / reduced. In addition, by injecting current into the SOA unit 13 within the range of power that can be reduced by the DFB laser unit 11 and the EA modulator unit 12, it is possible to increase the light output of the entire laser and not increase the power consumption.
  • the SOA injection current I SOA into the SOA unit 13 is as small as possible.
  • an DFB that is allowed under the driving conditions of an optical transmission module equipped with an EA-DFB laser (that is, an optical transmission module that does not have an SOA or has an injection current I SOA into the SOA portion of 0).
  • FIG. 4 shows measurement results of current injection amount-light output characteristics into the DFB laser part in the EA-DFB laser and the SOA integrated EA-DFB laser.
  • the operating temperature is 45 ° C.
  • the horizontal axis indicates the DFB injection current I DFB to the DFB laser unit 11.
  • the DFB laser unit at a certain injection current I DFB the DFB laser unit at a certain injection current I DFB.
  • FIG. 5 shows the gain calculation result of the SOA unit 13 in the SOA integrated EA-DFB laser.
  • the gain calculation of the SOA unit 13 shown in FIG. 5 was performed using a rate equation, and the relationship between the input light intensity to the SOA unit 13, the SOA length L SOA, and the SOA injection current I SOA was examined.
  • FIG. 6 shows the measurement result of the light intensity gain for each SOA length L SOA in the SOA integrated EA-DFB laser.
  • FIG. 7 shows the measurement result of the power consumption of the SOA unit 13 of the SOA integrated EA-DFB laser.
  • FIG. 8 shows the drive of the SOA unit 13 that can simultaneously achieve higher gain and lower power consumption than the conventional one while realizing a negative chirp value for each SOA length in the SOA integrated EA-DFB laser used in the present invention. Indicates the current range.
  • the center drive current I center of the SOA part 13 of the EA-DFB laser was obtained.
  • the upper and lower limits of the SOA injection current I SOA are defined from the viewpoint of power consumption and optical amplification as described above, DFB injection from the maximum allowable current to the DFB laser part of the EA-DFB laser measured and recorded in advance
  • the reduction amount of the current I DFB is ⁇ I DFB
  • the upper limit and the lower limit of the SOA injection current I SOA can be expressed as ⁇ ⁇ I DFB / 2 of the center drive current I center of the SOA unit 13.
  • the current range ⁇ I DFB in which high output and low power consumption can be realized by SOA integration can be ⁇ 10 mA.
  • the maximum allowable current to the DFB laser unit allowed when the EA-DFB laser is mounted on the optical transmission module is measured and recorded in advance.
  • the reduction amount ⁇ I DFB is calculated from the difference between the maximum allowable current and the DFB injection current I DFB to the DFB laser unit 11 of the SOA integrated EA-DFB laser.
  • I SOArng [mA] 115 [mA / mm] ⁇ L SOA [mm] +10 [mA] ⁇ ⁇ I DFB / 2 in the range of [mA] SOA injected current I SOA Is injected into the SOA unit 13.
  • the SOA length of the SOA unit 13 in the optical waveguide direction is set to a range of 50 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less, the amount of current supplied to the DFB laser unit and the SOA unit, respectively, for each of the DFB laser unit and the SOA unit.
  • Each driving condition can be satisfied, and a negative chirp value can be realized and an increase in power consumption of the DFB laser unit and the SOA unit can be further prevented. Therefore, it is preferable to set the SOA length L SOA of the SOA unit 13 in the range of 50 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • Example 1 The SOA integrated EA-DFB laser according to Example 1 of the present invention will be described with reference to Table 1.
  • Table 1 80mA drive current of EA-DFB laser, and 60mA injection current I DFB to DFB laser 12 in SOA integrated EA-DFB laser, SOA length L SOA is a 50 [mu] m, the operating temperature is 45 ° C.
  • the characteristics of the EA-DFB laser and the SOA integrated EA-DFB laser when the injection current I SOA to the SOA unit 13 is driven at 10 mA or 25 mA are shown.
  • P avg represents the light intensity
  • DER represents the dynamic extinction ratio
  • OMA represents the light modulation intensity
  • f 3dB represents the cutoff frequency of the 3 dB band
  • P represents the power consumption.
  • I SOA 10 mA
  • 25 mA is the drive current range of the SOA section 13
  • Example 2 The SOA integrated EA-DFB laser according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the DFB laser unit 11, the EA modulator unit 12 that receives the output light from the DFB laser unit 11, and the modulated output light that is modulated by the EA modulator unit 12 is input and amplified.
  • An SOA integrated EA-DFB laser in which the SOA unit 13 is monolithically integrated on the same substrate is shown.
  • the DFB laser unit 11 and the SOA unit 13 are controlled using the same control terminal 14.
  • the manufacturing process of the SOA integrated EA-DFB laser according to this example is disclosed in Patent Document 1, for example.
  • the length of the SOA section 13 in the optical waveguide direction is 50 ⁇ m
  • the SOA unit according to the present invention can achieve high output and power consumption.
  • the ratio of the length of the SOA unit 13 and the DFB laser unit 11 so as to satisfy the drive current range I SOArng of 13, it is possible to simultaneously realize an increase in light intensity, a reduction in power consumption, and a negative chirp value. it can.
  • the SOA integrated EA-DFB laser and the driving method thereof according to the present invention have been described above.
  • the present invention is not limited to this.
  • the gain of the SOA unit 13 may be calculated by other calculation methods.

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Abstract

　本発明は、ＤＦＢレーザ部と、ＥＡ変調器部と、ＳＯＡ部とが同一基板上にモノリシック集積されたＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザ及びその駆動方法であって、ＥＡ－ＤＦＢレーザを光送信モジュールに搭載した場合に許容される前記ＥＡ－ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部への最大注入電流から削減量ΔＩDFBを削減することによって前記ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部で削減できた消費電力と前記ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザのＥＡ変調器部で削減できた消費電力との合計分を超えない消費電力の範囲内で前記ＳＯＡ部に電流ＩSOAを注入することを特徴とする。

Description

ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザ及びその駆動方法
　本発明は、半導体光増幅器（Semiconductor optical amplifier：ＳＯＡ）を集積したＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ（Electroabsorption Modulator Integrated Distributed Feedback Laser：ＥＡ－ＤＦＢ）及びその駆動方法に関する。
　光通信の普及に伴い、都市間の中継局を結ぶメトロ系光通信網では、１０Ｇｂｉｔ／ｓから２５Ｇｂｉｔ／ｓ、さらには４０Ｇｂｉｔ／ｓといった通信速度の高速化が進んでいる。このメトロ系光通信では、例えば１０Ｇｂｉｔ／ｓの場合、シングルモードファイバ（ＳＭＦ）４０～８０ｋｍ伝送の長距離伝送が求められ（求められる伝送距離は、通常、ビットレート（変調速度）の２乗に反比例して減少する）、光送信モジュールの小型化・低消費電力化・低チャープ化が重要な課題となっている。
　一般に、上記のような高速・長距離伝送を行うために、チャーピングの小さい外部変調方式が用いられている。なかでも、電界吸収効果を利用した電界吸収型（ＥＡ：Electroabsorption）変調器は、小型化、低消費電力化、半導体レーザに対する集積性などの観点から優れた特長を持つ。特に、ＥＡ変調素子と単一波長性に優れる分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback Laser）レーザとを一つの半導体基板上にモノリシックに集積した半導体光集積素子（ＥＡ－ＤＦＢレーザ）は、高速・長距離伝送用発光装置として広く用いられている。信号光波長としては光ファイバの伝播損失が小さい１．５μｍ帯もしくはチャープの少ない１．３μｍ帯が主に用いられる。
　ＥＡ－ＤＦＢレーザを駆動するためには、ＤＦＢレーザへの電流Ｉopの注入、ＥＡ変調器へのＤＣバイアスＶbの印加及びＥＡ変調器への高周波バイアスＶppの印加を必要とする。ＤＣバイアスＶbに負の電圧を印加し、そしてその絶対値を大きくしていくと、変調光が有するチャープ値βcが減少し、長距離伝送においても波形劣化を抑えることができる。
　図１Ａ及び図１Ｂは、光信号波形と伝送距離との関係についてのチャープ値依存性を示す。図１Ａはチャープ値βｃ＝１のときの光波形と伝送距離との関係を示し、図１Ｂはチャープ値βｃ＝－０．７のときの光波形と伝送距離との関係を示す。図１Ａに示されるように、チャープ値βｃが正値（例えばβｃ＝１）である場合は、伝送距離４０ｋｍ以上の長距離伝送後における光波形が大きく劣化している。それに対して、図１Ｂに示されるように、チャープ値βｃが負値（例えばβｃ＝－０．７）である場合は、伝送距離４０ｋｍ以上の長距離伝送後における光波形の劣化を抑えることができている。
　図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、従来のＥＡ－ＤＦＢレーザでは、ＥＡ－ＤＦＢレーザから出射される変調光の波形の形状は、チャーピングに起因して伝送距離が長距離になるにつれて劣化する。そのため、従来のＥＡ－ＤＦＢレーザでは、光波形の劣化を抑えるためにＥＡ変調器に印加するＤＣバイアスＶｂに負の電圧を印加し、そしてその絶対値を大きくしチャープ値βｃを負値にして伝送を行っていた。しかしながら、ＤＣバイアスＶｂの絶対値を大きくすることによりＥＡ変調器の損失が増加し、ＤＦＢレーザから出力される光の光強度が大きく損失してしまう。そのため、従来のＥＡ－ＤＦＢレーザでは、長距離伝送に十分な光強度を得ることが困難であった。
　このように、ＥＡ変調器に印加するＤＣバイアスＶｂは、大きな光出力を得るためにはその絶対値が小さいほうがよく、長距離伝送可能な光波形を得るためにはその絶対値が大きいほうがよいというトレードオフの関係を有する。このトレードオフを打破するために、非特許文献１に、ＥＡ変調器の出力端に半導体光増幅器（ＳＯＡ）を集積する方法が報告されている。非特許文献１に記載の構成においては、ＥＡ変調器の出力端に集積されたＳＯＡに電流注入を行っている。それにより、ＥＡ変調器から出力された変調光が有する正のチャープ値がＳＯＡを伝搬するときにチャープ値変換されて負値チャープとなるため、長距離伝送に適した状態を実現することができる。
特開２０１３－２５８３３６号公報
Toshio Watanabe, Norio Sakaida, Hiroshi Yasaka, Masafumi Koga, "Chirp Control of an Optical Signal Using Phase Modulation in a Semiconductor Optical Amplifier", Photonics Technology Letters, １９９８年７月, Vol.10, No.7, p.1027-1029. H. Yamamoto, M. Hirai, O. Kagaya, K. Nogawa, K. Naoe, N. Sasada, and M. Okayasu, "Compact and Low Power Consumption 1.55-・m Electro-Absorption Modulator Integrated DFB-LD TOSA for 10-Gbit/s 40-km Transmission," in proc. OFC, OThT5 (2009). Y. Morita, T. Yamatoya, Y. Hokama, K. Akiyama, R. Makita, N. Yasui, D. Morita, H. Kawahara, and E. Ishimura, "1.3 ・m 28 Gb/s EMLs with Hybrid Waveguide Structure for Low-Power-Consumption CFP2 Transceivers," in proc. OFC, OTh4H.5 (2013).
　しかしながら、非特許文献１に記載の構成のように、ＥＡ変調器の出力端にＳＯＡを単純に集積しただけでは、ＳＭＦ長距離伝送に対して十分なチャープ変換値を得ることができなかった。また、非特許文献１に記載の構成では、ＳＯＡに電流を印加するための制御用端子が別途必要であり、従来のＥＡ－ＤＦＢレーザと比較して制御端子数が増加するため消費電力量が増大するという問題があった。
　特許文献１には、ＥＡ－ＤＦＢレーザにＳＯＡを集積したＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザが示されている。特許文献１に示されるＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザでは、従来のＥＡ－ＤＦＢレーザの動作制御と比較して制御端子数の増加を防ぐために、同一端子を用いてＤＦＢレーザ部及びＳＯＡ部を制御してそれぞれの電流注入を行っている。それにより、ＤＣバイアスＶbを小さくしても光出力を増大させることが可能である。
　また、特許文献１に示されるＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザでは、ＳＯＡ長の設計を変化させることにより、同一端子を用いて注入した電流量に対してＤＦＢレーザ部及びＳＯＡ部にそれぞれ印加する電流量が所望の割合となるように電流量を割り振ることが可能である。このため、非特許文献１に示されるようなＳＯＡが集積されていないＥＡ－ＤＦＢレーザと比較して、消費電力が増加することなくＳＯＡに電流注入することができる。さらに、ＥＡ変調器に印加するＤＣバイアスＶｂの絶対値を小さくすることができる分、消費電力を削減できることになる。
　しかしながら、特許文献１に示されるＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザでは、ＳＯＡに注入する電流量が大きすぎると消費電力の増大を招き、ＳＯＡに注入する電流量が小さすぎると十分な利得を得ることができない。そのため、実際には、負チャープ値化しつつ従来のＥＡ－ＤＦＢレーザと比較して高出力化及び低消費電力化を同時に実現できていなかった。
　このように、従来のＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザでは、負チャープ値化しつつ従来のＥＡ－ＤＦＢレーザと比較して高出力化及び低消費電力化を同時に実現できていなかった。
　上記課題を解決するために、本発明の第１の実施形態に係る駆動方法は、ＤＦＢレーザ部と、前記ＤＦＢレーザ部の後段に設けられたＥＡ変調器部と、前記ＥＡ変調器部の後段に設けられたＳＯＡ部とが同一基板上にモノリシック集積されたＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザの駆動方法であって、ＥＡ－ＤＦＢレーザを光送信モジュールに搭載した場合に許容される前記ＥＡ－ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部への最大注入電流から削減量ΔＩDFBを削減することによって前記ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部で削減できた消費電力と前記ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザのＥＡ変調器部で削減できた消費電力との合計分を超えない消費電力の範囲内で前記ＳＯＡ部に電流ＩSOAを注入することを特徴とする。
　本発明の第２の実施形態に係るＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザは、ＤＦＢレーザ部とＥＡ変調器部とを含むＥＡ－ＤＦＢレーザの出射端にＳＯＡ部が集積されたＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザであって、ＥＡ－ＤＦＢレーザを光送信モジュールに搭載した場合に許容される前記ＥＡ－ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部への最大注入電流から削減量ΔＩDFBを削減することによって前記ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部で削減できた消費電力と前記ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザのＥＡ変調器部で削減できた消費電力との合計分を超えない消費電力の範囲内で前記ＳＯＡ部に電流ＩSOAが注入されることを特徴とする。
　本発明によると、従来のＥＡ－ＤＦＢレーザと比較して、高出力化、低消費電力化及び負チャープ値化を同時に実現することができるＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザ及びその駆動方法を提供することができる。
図１Ａは、光信号波形と伝送距離との関係についてのチャープ値依存性を示す図である。 図１Ｂは、光信号波形と伝送距離との関係についてのチャープ値依存性を示す図である。 図２は、本発明において用いられるＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザの構成の概略図である。 図３Ａは、ＥＡ－ＤＦＢレーザ及びＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザの構造を例示する図である。 図３Ｂは、ＥＡ－ＤＦＢレーザ及びＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザの構造を例示する図である。 図４は、ＥＡ－ＤＦＢレーザ及びＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザにおけるＤＦＢレーザ部への電流注入量－光出力特性の測定結果を示す図である。 図５は、ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザにおけるＳＯＡ部の利得計算結果を示す図である。 図６は、ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザにおける各ＳＯＡ長ＬSOAに対する光強度利得の測定結果を示す。 図７は、ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザのＳＯＡ部の消費電力の測定結果を示す図である。 図８は、ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザにおいて、各ＳＯＡ長についてのＳＯＡ部１３の駆動電流範囲を示す図である。 図９は、本発明の実施例２に係るＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザを説明するための図である。
　図２は、本発明において用いられるＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザの構成の概略図である。図２には、ＤＦＢレーザ部１１と、ＤＦＢレーザ部１１からの出力光を入力するＥＡ変調器部１２と、ＥＡ変調器部１２において変調されて出力された変調出力光を入力して増幅するＳＯＡ部１３とが同一基板上にモノリシック集積されたＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザが示されている。図３Ａは、ＥＡ－ＤＦＢレーザの構造を例示し、図３Ｂは本発明で用いられるＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザの構造を例示する。以下で説明されるＳＯＡが集積されていないＥＡ－ＤＦＢレーザ（以下、単に「ＥＡ－ＤＦＢレーザ」という）は、ＳＯＡが集積されていない点を除いて、ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザと同様の特性を有するものとする。
　本発明に係るＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザにおいては、ＥＡ－ＤＦＢレーザを光送信モジュールに搭載した場合に許容されるＤＦＢレーザ部への最大許容電流（例えば８０ｍＡ）から、ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部１１へのＤＦＢ注入電流ＩDFBを、ＤＦＢレーザ部１１の閾値電流よりも大きくＳＭＳＲが劣化しない範囲の電流（例えば６０ｍＡ）に削減する。それにより、後述するようにＤＦＢレーザ部１１で削減できた消費電力ΔＰDFB及びＥＡ変調器部１２で削減できた消費電力ΔＰEAの合計分を超えない消費電力の範囲内で高出力化及び低消費電力化を実現できるような電流をＳＯＡ部１３に注入する。
　本発明に係るＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザにおいては、ＤＦＢレーザ部１１へのＤＦＢ注入電流ＩDFBを小さくすることでＤＦＢレーザ部１１での消費電力ＰDFBも減少・削減される。さらに、ＥＡ変調器部１２への入力光強度が減少した結果、ＥＡ変調器部１２に流れるフォトカレントが減少し、ＥＡ変調器部１２での消費電力ＰEAも減少・削減される。また、ＤＦＢレーザ部１１及びＥＡ変調器部１２で削減できた電力分の範囲内でＳＯＡ部１３に電流注入することによりレーザ全体の光出力を増加させつつも消費電力は増加させないことができる。ここで、ＤＦＢレーザ部１１の電流削減が大きすぎるとサイドモード抑圧比（ＳＭＳＲ）が劣化するため、できるだけＤＦＢレーザ部１１での電流削減は抑えたい。そのため、ＳＯＡ部１３へのＳＯＡ注入電流ＩSOAはなるべく少ない方が望ましい。
　また、一般に、ＥＡ－ＤＦＢレーザを搭載した光送信モジュール（すなわち、ＳＯＡを有さない、もしくはＳＯＡ部への注入電流ＩSOAを０とした場合の光送信モジュール）の駆動条件において許容されるＤＦＢレーザ部への注入電流は６０～８０ｍＡである（例えば特許文献１、非特許文献２及び３参照）。そのため、本発明において用いられるＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザの駆動条件においても、注入電流量Ｉ＝ＩDFB＋ＩSOAも６０～８０ｍＡとする。
　以下、負チャープ値化を実現しつつ従来構成と比較して高出力化及び低消費電力化を同時に実現することができるＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザの駆動方法を説明する。
　図４は、ＥＡ－ＤＦＢレーザ及びＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザにおけるＤＦＢレーザ部への電流注入量－光出力特性の測定結果を示す。図４では、動作温度は４５℃とし、横軸はＤＦＢレーザ部１１へのＤＦＢ注入電流ＩDFBを示す。ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザにおいては光導波方向に関するＳＯＡ部１３のＳＯＡ長ＬSOA＝５０μｍとし、ＩSOA＝１０ｍＡ、２５ｍＡとし、ＥＡ－ＤＦＢレーザはＳＯＡを集積しなかった点を除いて、図４で用いたＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザと同じ構成を有する。
　一般に、ＤＦＢレーザ部の閾値電流をＩth、ＤＦＢレーザ部の電流光出力効率（スロープ効率：光出力変化量／電流変化量）をηｄDFBとすると、ある注入電流ＩDFBの時のＤＦＢレーザ部の光出力ＰDFBは、以下のように示すことができる。
　ＰDFB＝（ＩDFB－Ｉth）×ηｄDFB
　図４に示すように、ＥＡ－ＤＦＢレーザにおいて、ＩDFBを駆動条件の上限値及び下限値である８０ｍＡから６０ｍＡへと小さくした場合、光出力は１２．１ｍＷから８．９ｍＷに削減し（１０．８ｄＢｍから９．５ｄＢｍに削減し）、光出力は１．３ｄＢ減少する。このことは、ＩDFBを２０ｍＡ削減した際のスロープ効率ηｄDFB＝０．１６［Ｗ/Ａ］であって、光出力削減量ΔＰDFBが次の式で表すことが出来ることを意味している。
　ΔＰDFB＝ΔＩDFB×ηｄDFB
　一方で、ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザにおいては、ＩSOA＝１０ｍＡの場合にはＩDFB＝６０ｍＡであっても、ＥＡ－ＤＦＢレーザにおけるＩDFB＝８０ｍＡの場合に比べて光出力が大きい。すなわち、ＩDFB＝６０ｍＡの場合、ＩSOA＝１０ｍＡでは、ＥＡ－ＤＦＢレーザにおいてＩDFBを８０ｍＡから６０ｍＡへと小さくした場合の光出力減少分である１．３ｄＢを補う分だけの光出力が得ることができている。また、ＩSOA＝２５ｍＡとした場合には、ＩSOA＝１０ｍＡとした場合よりもさらに高い光出力を得ることができている。
　図５は、ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザにおけるＳＯＡ部１３の利得計算結果を示す。図５に示すＳＯＡ部１３の利得計算は、レート方程式を用いて行い、ＳＯＡ部１３への入力光強度とＳＯＡ長ＬSOAとＳＯＡ注入電流ＩSOAとの関係を調べた。図５は、ＳＯＡ長ＬSOA＝５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍの場合について、入力光強度とＳＯＡ注入電流ＩSOAとの関係を示す。
　図５に示されるように、ＬSOA＝５０μｍの場合、ＩSOA＝１０ｍＡであっても入力光強度９ｄＢｍで約１．３ｄＢの利得が得られる。一方、ＬSOA＝１００μｍや１５０μｍの場合、ＩSOA＝１０ｍＡでは１．３ｄＢ以上の利得を得ることができない。
　図６は、ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザにおける各ＳＯＡ長ＬSOAに対する光強度利得の測定結果を示す。図６では、横軸はＳＯＡへの電流注入量ＩSOAを示し、ＩDFB＝６０ｍＡであり、各ＳＯＡ長ＬSOA＝５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍの場合の光強度利得の測定結果をそれぞれ示している。
　図６に示されるように、ＬSOA＝５０μｍの場合、ＩDFB＝６０ｍＡであっても、ＩSOA＝７ｍＡ以上であれば、１．３ｄＢの利得を得ることができる。同様に、ＬSOA＝１００μｍの場合はＩSOA＝約１３ｍＡ以上、ＬSOA＝１５０μｍの場合はＩSOA＝約１８ｍＡ以上であれば、１．３ｄＢの利得を得ることができる。
　ここで、各ＳＯＡ長ＬSOAに関して、ＩDFB＝６０ｍＡであっても、ＥＡ－ＤＦＢレーザの場合においてＩDFBを駆動条件の上限値及び下限値である８０ｍＡから６０ｍＡへと小さくした場合の光出力減少分は１．３ｄＢである。１．３ｄＢの利得を得ることができるＩSOAを下限値とすれば、従来よりも常に高い利得を得ることができるＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザを実現することができる。
　なお、図６に示されるように、ＳＯＡ長ＬSOAが長くなるに従い、同一電流においてＳＯＡ内部の電流密度が小さくなるため、１．３ｄＢの利得を得るために必要な電流量が増加する。逆にＳＯＡ長ＬSOAが短くなると、利得を得るためのＳＯＡ内部の体積が減少するため、最大利得は小さくなる。
　図７は、ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザのＳＯＡ部１３の消費電力の測定結果を示す。図７では、横軸はＳＯＡへの電流注入量ＩSOAを示し、各ＳＯＡ長ＬSOA＝５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍの場合のＳＯＡ部１３の消費電力の測定結果をそれぞれ示している。
　ＥＡ－ＤＦＢレーザの注入電流を８０ｍＡから６０ｍＡに小さくしたことで減少するＤＦＢレーザ部の消費電力とＥＡ変調器部の消費電力の合計は５２ｍＷである。ここで、図７に示されるように、ＳＯＡ部１３の消費電力が５２ｍＷとなるのは、ＳＯＡ長ＬSOA＝５０μｍの場合はＩSOA＝約２５ｍＡであり、ＬSOA＝１００μｍの場合はＩSOA＝約３３ｍＡであり、ＬSOA＝１５０μｍの場合はＩSOA＝約３９ｍＡである。
　各ＳＯＡ長について、消費電力が５２ｍＷとなるＳＯＡ注入電流ＩSOAを上限とすれば、従来よりも常に消費電力が小さいＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザを実現することができる。
　図８は、本発明において用いられるＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザにおいて、各ＳＯＡ長について、負チャープ値化を実現しつつ従来よりも高利得化かつ低消費電力化を同時に実現できるＳＯＡ部１３の駆動電流範囲を示す。
　図４乃至図７に示す結果に基づき、レート方程式から、負チャープ値化を実現しつつ従来のＥＡ－ＤＦＢレーザと比較して高出力化及び低消費電力化を同時に実現することができるＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザのＳＯＡ部１３の中心駆動電流Ｉcenterを求めた。その結果、中心駆動電流Ｉcenterは、ＳＯＡ長ＬSOAに比例する線形関数として示すことができ、例えば、Ｉcenter［ｍＡ］＝１１５［ｍＡ／ｍｍ］×ＬSOA［ｍｍ］＋１０［ｍＡ］で示すことができた。
　さらに、上述したように消費電力と光増幅の観点からＳＯＡ注入電流ＩSOAの上限と下限を規定した場合、予め測定・記録したＥＡ－ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部への最大許容電流からのＤＦＢ注入電流ＩDFBの削減量をΔＩDFBとすると、ＳＯＡ注入電流ＩSOAの上限及び下限はＳＯＡ部１３の中心駆動電流Ｉcenterの±ΔＩDFB／２として示すことができた。よって、従来よりも高出力化かつ消費電力を実現できるＳＯＡ部１３の駆動電流範囲ＩSOArngは、ＩSOArng＝１１５［ｍＡ／ｍｍ］×ＬSOA［ｍｍ］＋１０［ｍＡ］±ΔＩDFB／２［ｍＡ］で表すことができる。例えば、ＳＯＡ集積によって高出力化及び低消費電力化を実現できる電流範囲ΔＩDFBは±１０ｍＡとすることができる。
　このように、本発明に係るＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザにおいては、ＥＡ－ＤＦＢレーザを光送信モジュールに搭載した場合に許容されるＤＦＢレーザ部への最大許容電流を予め測定・記録しておき、当該最大許容電流と、ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部１１へのＤＦＢ注入電流ＩDFBとの差分から削減量ΔＩDFBを算出する。ＤＦＢ注入電流削減により、ＤＦＢレーザ部１１で削減できた消費電力ΔＰDFB及びＥＡ変調器部１２で削減できた消費電力ΔＰEAの合計分を超えない範囲内の電力消費で且つ高出力化を実現できるように、駆動電流範囲ＩSOArngは、ＩSOArng［ｍＡ］＝１１５［ｍＡ／ｍｍ］×ＬSOA［ｍｍ］＋１０［ｍＡ］±ΔＩDFB／２［ｍＡ］の範囲内のＳＯＡ注入電流ＩSOAをＳＯＡ部１３に注入する。それにより、負チャープ値化を実現しつつ従来よりも光強度の増大及び低消費電力化を同時に実現することができる。
　ここで、光導波方向に関するＳＯＡ部１３のＳＯＡ長を５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲に設定することにより、ＤＦＢレーザ部及びＳＯＡ部それぞれに供給される電流量について、ＤＦＢレーザ部及びＳＯＡ部のぞれぞれの駆動条件を満たすことができるとともに、負チャープ値の実現やＤＦＢレーザ部及びＳＯＡ部の消費電力の増加をさらに防ぐことが可能となる。従って、ＳＯＡ部１３のＳＯＡ長ＬSOAを５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲に設定することが好ましい。
（実施例１）
　表１を用いて、本発明の実施例１に係るＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザを説明する。表１は、ＥＡ－ＤＦＢレーザの駆動電流を８０ｍＡとし、ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザにおいてはＤＦＢレーザ部１２への注入電流ＩDFBを６０ｍＡとし、ＳＯＡ長ＬSOAは５０μｍとし、動作温度は４５℃とし、ＳＯＡ部１３への注入電流ＩSOAを１０ｍＡ又は２５ｍＡで駆動した場合のＥＡ－ＤＦＢレーザ及びＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザの特性を示している。表１において、Ｐavgは光強度を示し、ＤＥＲは動的消光比を示し、ＯＭＡは光変調強度を示し、ｆ3dBは３ｄＢ帯域のカットオフ周波数を示し、Ｐは消費電力を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示されるように、ＩSOA＝１０ｍＡ、２５ｍＡの場合、ＥＡ－ＤＦＢレーザ単体の時に比べＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザの光強度Ｐavgを増加させつつ、消費電力Ｐを削減することを実現できているとともに、ＤＥＲ及びＯＭＡもＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザとして動作可能な程度に良好な数値が得られている。ＩSOA＝１０ｍＡ、２５ｍＡは、ＳＯＡ部１３の駆動電流範囲ＩSOArng＝１１５［ｍＡ／ｍｍ］×０．０５［ｍｍ］＋１０［ｍＡ］±１０［ｍＡ］＝１５．７５±１０[ｍＡ]の範囲内であるため、本発明の駆動方法により光強度の増大、低消費電力化及び負チャープ値化を同時に実現できることが確認された。
（実施例２）
　図９を用いて、本発明の実施例２に係るＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザを説明する。図９には、ＤＦＢレーザ部１１と、ＤＦＢレーザ部１１からの出力光を入力するＥＡ変調器部１２と、ＥＡ変調器部１２において変調された出力された変調出力光を入力して増幅するＳＯＡ部１３とが同一基板上にモノリシック集積されたＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザが示されている。図９に示されるように、ＤＦＢレーザ部１１及びＳＯＡ部１３は、同一の制御端子１４を用いて制御される。本実施例に係るＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザの作製工程は、例えば特許文献１に示されている。
　本実施例では、光導波方向に関するＳＯＡ部１３の長さを５０μｍとし、光導波方向に関するＤＦＢレーザ部１１の長さを３００μｍとしている。ＳＯＡ部１３とＤＦＢレーザ部１１の長さの比が１：６としていることから、素子の抵抗はおよそ６：１となる。そのため、本実施例では、同一の制御端子１４から電流Ｉ＝７０ｍＡ注入した結果、ＳＯＡ部１３には１０ｍＡ、ＤＦＢレーザ部１１には６０ｍＡ注入されている。
　このように、本実施例２によると、ＤＦＢレーザ部１１及びＳＯＡ部１３は、同一の制御端子１４を用いて制御する場合においても、高出力化かつ消費電力を実現できる本発明に係るＳＯＡ部１３の駆動電流範囲ＩSOArngを満たすようにＳＯＡ部１３とＤＦＢレーザ部１１の長さの比を調整することにより、光強度の増大、低消費電力化及び負チャープ値化を同時に実現することができる。
　以上、本発明に係るＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザ及びその駆動方法について説明したが、これに限定されず、例えばレート方程式を用いずに、図５に示す結果と同様の結果が得られるのであれば他の計算方法によりＳＯＡ部１３の利得計算をしてもよい。

Claims (8)

  1. 　ＤＦＢレーザ部と、前記ＤＦＢレーザ部の後段に設けられたＥＡ変調器部と、前記ＥＡ変調器部の後段に設けられたＳＯＡ部とが同一基板上にモノリシック集積されたＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザの駆動方法であって、
    　ＥＡ－ＤＦＢレーザを光送信モジュールに搭載した場合に許容される前記ＥＡ－ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部への最大注入電流から削減量ΔＩDFBを削減することによって前記ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部で削減できた消費電力と前記ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザのＥＡ変調器部で削減できた消費電力との合計分を超えない消費電力の範囲内で前記ＳＯＡ部に電流ＩSOAを注入することを特徴とする駆動方法。
  2. 　前記ＳＯＡ部の光導波方向に関する長さをＬSOAとすると、前記ＳＯＡ部にＩSOA＝１１５［ｍＡ／ｍｍ］×ＬSOA［ｍｍ］＋１０［ｍＡ］±ΔＩDFB／２［ｍＡ］の範囲内で電流を注入して駆動することを特徴とする請求項１に記載の駆動方法。
  3. 　前記ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部及びＳＯＡ部は同一の制御端子から電流を注入され、
    　ＩSOA＝１１５［ｍＡ／ｍｍ］×ＬSOA［ｍｍ］＋１０［ｍＡ］±ΔＩDFB／２［ｍＡ］を満たすように前記ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部及びＳＯＡ部の光導波方向に関する長さが設計されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動方法。
  4. 　前記ＳＯＡ部の光導波方向に関する長さは、５０μｍ以上１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の駆動方法。
  5. 　ＤＦＢレーザ部とＥＡ変調器部とを含むＥＡ－ＤＦＢレーザの出射端にＳＯＡ部が集積されたＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザであって、
    　ＥＡ－ＤＦＢレーザを光送信モジュールに搭載した場合に許容される前記ＥＡ－ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部への最大注入電流から削減量ΔＩDFBを削減することによって前記ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部で削減できた消費電力と前記ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザのＥＡ変調器部で削減できた消費電力との合計分を超えない消費電力の範囲内で前記ＳＯＡ部に電流ＩSOAが注入されることを特徴とするＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザ。
  6. 　前記ＳＯＡ部の光導波方向に関する長さをＬSOAとすると、前記ＳＯＡ部にＩSOA＝１１５［ｍＡ／ｍｍ］×ＬSOA［ｍｍ］＋１０［ｍＡ］±ΔＩDFB／２［ｍＡ］の範囲内で電流が注入されることを特徴とする請求項５に記載のＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザ。
  7. 　前記ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部及びＳＯＡ部は同一の制御端子から電流を注入され、
    　ＩSOA＝１１５［ｍＡ／ｍｍ］×ＬSOA［ｍｍ］＋１０［ｍＡ］±ΔＩDFB／２［ｍＡ］を満たすように前記ＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部及びＳＯＡ部の光導波方向に関する長さが設計されていることを特徴とする請求項５に記載のＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザ。
  8. 　前記ＳＯＡ部の光導波方向に関する長さは、５０μｍ以上１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項５のＳＯＡ集積ＥＡ－ＤＦＢレーザ。
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