JP2500604B2 - 超高速光オシレ―タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信，光情報処理に
有用な超高速繰り返しの超短光パルス列を発生させる超
高速光オシレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、超高速の光通信，光情報処理の基
本技術として、数十ＧＨｚから百ＧＨｚを越える繰り返
し周波数を有する光パルス列の発生を可能にする技術の
要求が高まっている。高速光パルス列を発生させる超高
速光オシレータの１つの例としては、２電極または３電
極構造の半導体レーザのモード周期動作を用いた超高速
光オシレータがあげられる。この素子では、電極によっ
て分離された１つのセクションに逆バイアスを印加し、
可飽和吸収領域として作用させることにより、１００Ｇ
Ｈｚ以上の繰り返し周波数での自励パルス発振が実現さ
れることが報告されている。この技術については、例え
ばチェン（Ｙ．Ｋ．Ｃｈｅｎ）らによるジャーナル・オ
ブ・カンタムエレクトロニクス誌，第２８巻，１０号の
Ｐ．２１７６からＰ．２１８５にわたって掲載された論
文の中に述べられている。この論文中では、最大３５０
ＧＨｚの繰り返し周波数で約０．６ｐｓの時間幅の光パ
ルスを得たという報告がなされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の半導体レーザの
モード周期においては、短共振器化して光パルスの周回
時間を短くすることで、繰り返し周波数を高めている。
しかし、この半導体レーザは複数電極構造なので２００
μｍ程度の共振器長がほぼ限界で、それより短共振器化
することは難しくなる。また、仮にさらに短くできたと
しても、動作機構の上から正常なモード周期動作をする
という確実性に欠ける。さらに、モード周期動作は利得
と可飽和吸収の微妙なバランスによって生じるので、半
導体レーザ素子からの平均光出力は通常１ｍＷ程度にと
どまっている。

【０００４】本発明の目的は、上述した従来の超高速光
オシレータの持つ欠点を除去した、さらに超高速動作が
可能で高出力が得られる超高速光オシレータを提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の超高速光オシレ
ータは、複数の電極を有する第１の半導体レーザ素子
と、この半導体レーザ素子の共振器長の整数分の１の共
振器長を有する第２の半導体レーザ素子と、第１および
第２の半導体レーザを光学的に結合させる手段とを備え
たことを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明は、第１の半導体レーザのモード同期発
振により得られた光パルス列を第２の半導体レーザによ
って共振増幅することを利用している。例えば第１の半
導体レーザの共振器長をＬとして、周波数ｆ＝ｃ／２η
Ｌ（ｃは光速、ηは群屈折率）のモード同期動作をした
とすると、この光出力をＬ／ｍ（ｍは整数）の共振器長
を有する第２の半導体レーザに結合させて増幅すること
により、ｆのｍ倍の周波数の光パルス列が生成する。こ
の様子を図２の動作原理図を用いて周波数領域において
説明する。第１半導体レーザの光出力はモード同期状態
では、図２（ａ）に示すようにｃ／２ηＬの周波数間隔
を有する第１の半導体レーザの周波数スペクトルを持
つ。この光出力が第２の半導体レーザに結合すると、光
出力の周波数スペクトルは、第２の半導体レーザの共振
器によりフィルタリングを受け、図２（ｂ）に示すよう
にｍｃ／２ηＬの周波数間隔のモード構造を有する第２
の半導体レーザの周波数スペクトルを持つ。これに対応
して、当初２ηＬ／ｃの時間間隔で繰り返し周波数がｆ
であった第１の半導体レーザの光パルス列（図２
（ｃ））は、第２の半導体レーザで増幅された後は、図
２（ｄ）に示すように２ηＬ／ｍｃの時間間隔で繰り返
し周波数がｍｆである第２の半導体レーザの光パルス列
となる。しかも、第２の半導体レーザではモード数は減
少するが、レーザ増幅により個々の発振モードの光強度
を増大させることができ、この結果平均光出力も増大さ
せることが可能となる。

【０００７】

【実施例】次に本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

【０００８】図１は本発明を適用した超高速光オシレー
タの構成の一例を模式的に表している。この例では、第
１の半導体レーザ１として２電極平行平面ファブリ・ペ
ロ型のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸埋め込みヘ
テロ半導体レーザを、第２の半導体レーザ２として１電
極平行平面ファブリ・ペロ型のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
多重量子井戸埋め込みヘテロ半導体レーザを用いた。第
１の半導体レーザ１は、１つの電極より順電流を注入し
て利得領域１０１として、他方の電極には逆バイアスを
印加して可飽和吸収領域として作用させた。

【０００９】第１の半導体レーザ１と第２の半導体レー
ザ２との間には、コリメーションレンズ２１，光アイソ
レータ２２，集光レンズ２３が設けられている。

【００１０】本実施例では、第１の半導体レーザ１の共
振器長を約３００μｍとし、利得領域１０１の長さを約
２４０μｍ、可飽和吸収領域１０２の長さを約６０μｍ
とした。また、第２の半導体レーザ２の共振器長は約７
５μｍとし、第１の半導体レーザ１の共振器長の１／４
となるように設定した。

【００１１】次に、本実施例の動作を説明する。

【００１２】第１の半導体レーザ１において、利得領域
１０１に約６０ｍＡの順電流を注入し、可飽和吸収領域
１０２に１Ｖの逆バイアスを印加した。これにより、光
パルス幅が約１ｐｓ、約１２０ＧＨｚ繰り返し周波数が
モード同期動作で平均出力約１ｍＷが得られた。

【００１３】第１の半導体レーザ１の光出力１１をコリ
メーションレンズ２１により平行ビームとした後、光ア
イソレータ２２を通し、集光レンズ２３によって第２の
半導体レーザ２に結合させる。

【００１４】第２の半導体レーザ２の動作電流を約５０
ｍＡとすることで、光パルスの繰り返し周波数は約４８
０ＧＨｚと４倍に増大し、平均光出力も約１０ｍＷとす
ることができた。

【００１５】なお、本実施例では第１の半導体レーザ１
として２電極形のものを用いたが、要はモード同期によ
り光パルス列を生成できることであり、原理的な見地か
ら２電極形に限定されないことは明らかである。同様に
原理的な視点から、第１の半導体レーザ１，第２の半導
体レーザ２とも平行平面ミラーによるファブリ・ペロ型
の共振器に限定されるものではない。

【００１６】

【発明の効果】以上、本発明によれば従来の超高速光オ
シレータでは実現できない超高速の光パルス繰り返し周
波数と、高い平均光出力を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した超高速光オシレータの一実施
例の模式的構成を示す図である。

【図２】本発明による光オシレータの動作原理を示す図
である。

【符号の説明】

１ 第１の半導体レーザ ２ 第２の半導体レーザ １１ 光出力 ２１ コリメーションレンズ ２２ 光アイソレータ ２３ 集光レンズ １０１ 利得領域 １０２ 可飽和吸収領域

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の電極を有する第１の半導体レーザ素
   子と、 この半導体レーザ素子の共振器長の整数分の１の共振器
   長を有する第２の半導体レーザ素子と、 第１および第２の半導体レーザを光学的に結合させる手
   段とを備えたことを特徴とする超高速光オシレータ。
2. 【請求項２】前記第１および第２の半導体レーザを光学
   的に結合させる手段は、コリメーションレンズと、光ア
   イソレータと、集光レンズとから成ることを特徴とする
   請求項１記載の超高速光オシレータ。
3. 【請求項３】前記第１の半導体レーザは、２電極平行平
   面ファブリ・ペロ型の多重量子井戸埋め込みヘテロ半導
   体レーザであり、前記第２の半導体レーザは、１電極平
   行平面ファブリ・ペロ型の多重量子井戸埋め込みヘテロ
   半導体レーザであることを特徴とする請求項１または２
   記載の超高速光オシレータ。