JPH041513B2 - - Google Patents
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- JPH041513B2 JPH041513B2 JP57215935A JP21593582A JPH041513B2 JP H041513 B2 JPH041513 B2 JP H041513B2 JP 57215935 A JP57215935 A JP 57215935A JP 21593582 A JP21593582 A JP 21593582A JP H041513 B2 JPH041513 B2 JP H041513B2
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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
- H01S5/50—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Description
本発明は、半導体レーザを用いて、レーザ入力
光を増幅させる、半導体レーザを用いた光増幅法
に関する。
The present invention relates to an optical amplification method using a semiconductor laser, which amplifies laser input light using a semiconductor laser.
従来、第1図を伴つて次に述べる、原理的な、
半導体レーザを用いた光増幅法が提案されてい
る。
すなわち、相対向している端面を劈開面とし、
それを反射面としている、または相対向して端面
に反射膜を付している構成を有する共振器形の半
導体レーザ1を用い、その活性層2に、電源3か
ら発振閾値以下の電流を注入させている状態で、
外部からレーザ入力光S1を注入させ、そのレー
ザ入力光S1を活性層2で増幅させ、そして、そ
のレーザ入力光S1の増幅されたレーザ出力光S
2を活性層2から外部に出力させる。
以上が、従来提案されている、原理的な半導体
レーザを用いた光増幅法である。
従来の半導体レーザを用いた光増幅法において
は、上述した原理的な半導体レーザを用いた光増
幅法において、半導体レーザ1を、飽和レベルよ
りも十分低い領域で動作させて、レーザ入力光S
1を線形増幅させていた。
Conventionally, the following principle is explained with reference to FIG.
Optical amplification methods using semiconductor lasers have been proposed. In other words, the opposing end faces are the cleavage planes,
A resonator-type semiconductor laser 1 having a configuration in which the reflective surface is a reflective surface or a reflective film is attached to the opposing end faces is used, and a current below the oscillation threshold is injected from a power source 3 into the active layer 2. In a state where
Laser input light S1 is injected from the outside, the laser input light S1 is amplified by the active layer 2, and the amplified laser output light S of the laser input light S1 is
2 is outputted from the active layer 2 to the outside. The above is the principle optical amplification method using a semiconductor laser that has been proposed so far. In the conventional optical amplification method using a semiconductor laser, the semiconductor laser 1 is operated in a region sufficiently lower than the saturation level, and the laser input light
1 was linearly amplified.
このため、従来の半導体レーザを用いた光増幅
法の場合、それを用いて、レーザ入力光を光パル
スに波形整形する形で非線形増幅させる機能、複
数のレーザ入力光を光論理ゲートさせる形で非線
形増幅させる機能のいずれも得ることができなか
つた。
For this reason, in the case of conventional optical amplification methods using semiconductor lasers, there is a function to nonlinearly amplify laser input light by shaping the waveform of laser input light into optical pulses, and a function to perform optical logic gates on multiple laser input lights. None of the nonlinear amplification functions could be obtained.
よつて、本発明は、第1図で上述した原理的な
半導体レーザを用いた光増幅法をとるが、上述し
た機能を得ることができる、新規な半導体レーザ
を用いた光増幅法を提案せんとするものである。
Therefore, although the present invention employs an optical amplification method using the principle semiconductor laser described above in FIG. 1, we also propose an optical amplification method using a novel semiconductor laser that can obtain the above-mentioned functions. That is.
第1図で上述した原理的な半導体レーザを用い
た光増幅法において、そのレーザ入力光S1のパ
ワーP1とレーザ出力光S2のパワーP2との比で
表わされる半導体レーザ1のパワー利得GTは、
以下、簡単のため、半導体レーザ1が劈開面を反
射面としているものとして述べれば、次式で表わ
される。
GT=P1/P2 =ηT2G/{1−RG)2・(1+F・
sin2φ)}…(1)
F=4GR/(1−GR)2 …(2)
G=exp{(g−α)l} …(3)
g=g0/(1+P1/Ps) …(4)
φ=δ−{(b−2)・g0・P2/Ps)}/
(1+P2/Ps)…(5)
ここで、(1)〜(5)式における下記記号は、下記を
示す。
η……半導体レーザ1の活性層2への光注入効
率
T……半導体レーザ1の劈開面の透過率
R……レーザ入力光1の劈開面の反射率
g……飽和増幅利得係数
α……損失係数
g0…小信号利得係数
l……半導体レーザ1のレーザ長
Ps…レーザ出力光の飽和パワー
φ……半導体レーザ1の活性層2内を光が一回
通過する当りの光の位相変化量
δ……初期離調
b……半導体レーザ1の活性層2に注入するキ
ヤリアの密度に関する活性層2の屈折率と
利得係数の変化率との比(AlGaAs/
GaAs系半導体レーザの場合、−0.5〜−
6.2)
本発明者等は、種々の実験の結果、第1図で上
述した原理的な半導体レーザを用いた光増幅法に
おいて、レーザ入力光S1のパワーP1に対する
レーザ出力光S2のパワーP2の関係が、上述し
たパワー利得GTの1つのパラメータである、注
入キヤリア密度に関する活性層2の屈折率と利得
係数の変化率との比bをパラメータとして、第2
図に示すような、S字形を有するレーザ入力光パ
ワー(η・P1/Ps)対レーザ出力光パワー
(P2/Ps)特性を有することを確認した。
ただし、第2図は、
小信号利得係数g=28cm-1
損失係数α=10cm-1
レーザ長l=500μm
劈開面の反射率R=0.35
初期離調δ=2.75rad
である場合の特性である。
また、本発明者等は、種々の実験の結果、第1
図で上述した原理的な半導体レーザを用いた光増
幅法において、レーザ入力光S1のパワーP1に
対するレーザ出力光S2のパワーP2の関係が、
上述したパワー利得GTの他の1つのパラメータ
である、初期離調δをパラメータとして、第3図
に示すような、S字形を有するレーザ入力光パワ
ー(η・P1/Ps)対レーザ出力光パワー(P2/
Ps)特性を有することを確認した。
ただし、第3図は、
小信号利得係数g0=28cm-1
損失係数α=10cm-1
レーザ長l=500μm
劈開面の反射率R=0.35
である場合の特性である。
以上のことから、本発明者等は、第1図で上述
した原理的な半導体レーザを用いた光増幅法にお
いて、半導体レーザに、第2図及び第3図に示す
S字形を有するレーザ入力光パワー(η・P1/
Ps)対レーザ出力光パワー(P2/Ps)特性を有
せしめ、そして、次に述べるレーザ入力光を、レ
ーザ入力光S1として、次のように非線形増幅さ
せることを、本発明による半導体レーザを用いた
光増幅法として提案するに到つた。
すなわち、
(イ) 活性層2に、パワーが第2図及び第3図に(イ)
の場合として例示しているような第2図及び第
3図に示すS字形を有するレーザ入力光パワー
(η・P1/Ps)対レーザ出力光パワー(P2/
Ps)特性上のレーザ入力光パワー(η・P1/
Ps)極大値を超える値を有しているレーザ入力
光を、レーザ入力光S1として注入させ、その
レーザ入力光を、活性層2で、光パルスに波形
整形させる形で、非線形増幅させる。
または、
(ロ) 活性層2に、複数(例えば2個)のレーザ入
力光を、それらのパワーの和が第2図及び第3
図に(ロ)の場合として例示しているような第2図
及び第3図に示すS字形を有するレーザ入力光
パワー(η・P1/Ps)対レーザ出力光パワー
(P2/Ps)特性上のレーザ入力光パワー(η・
P1/Ps)極大値を超える関係で、レーザ入力
光S1として注入させ、それら複数のレーザ入
力光を、活性層2で、論理ゲートさせる形で非
線形増幅させる。
以上で、本発明による半導体レーザを用いた光
増幅法が明らかとなつた。
上述したところから、本発明によれば、(イ)′レ
ーザ入力光を光パルスに波形整形する形で非線形
増幅させる機能を得ることができ、または、(ロ)′
複数のレーザ入力光を光論理ゲートさせる形で非
線形増幅させる機能を得ることができることは明
らかである。
また、上述した本発明による半導体レーザを用
いて光増幅法による場合、第2図及び第3図に示
すレーザ入力光パワー(η・P1/Ps)対レーザ
出力光パワー(P2/Ps)特性から明らかなよう
に、上述した活性層2の屈折率と利得係数の変化
率との比bの絶対値を大きくすればするほど、ま
た、上述した初期離調δの値をπに近づければ近
づけるほど、レーザ入力光S1として活性層に注
入させるレーザ入力光の小さなパワーで、そのレ
ーザ入力光を非線形増幅させることができる。
さらに、上述した本発明による半導体レーザを
用いた光増幅法による場合、半導体レーザ1の活
性層2におけるキヤリア寿命τを数ナノ秒(ns)
とすることができ、一方、レーザ入力光S1のパ
ワーP1が、上述した飽和パワーPsを10mWとし、
また、光注入効率ηを0.5とする場合、1mWにな
るので、レーザ入力光S1を、P1×τで表わさ
れるスイツチングエネルギに数フエムジユール
(fJ)という極めて小なる値を有せしめるだけで、
非線形増幅させることができる。
In the optical amplification method using the principle semiconductor laser described above in FIG. 1, the power gain G of the semiconductor laser 1 is expressed as the ratio of the power P 1 of the laser input light S1 to the power P 2 of the laser output light S2. T is
Hereinafter, for the sake of simplicity, the semiconductor laser 1 will be described as having a cleavage plane as a reflecting surface, and will be expressed by the following equation. G T = P 1 / P 2 = ηT 2 G / {1-RG) 2・(1+F・
sin 2 φ)}...(1) F=4GR/(1-GR)2...(2) G=exp{(g-α)l}...(3) g= g0 /(1+ P1 / Ps ) …(4) φ=δ−{(b−2)・g 0・P 2 /P s )}/
(1+ P2 / Ps )...(5) Here, the following symbols in formulas (1) to (5) indicate the following. η...Efficiency of light injection into the active layer 2 of the semiconductor laser 1 T...Transmittance of the cleavage plane of the semiconductor laser 1 R...Reflectance of the cleavage plane of the laser input light 1 g...Saturation amplification gain coefficient α... Loss coefficient g 0 ...Small signal gain coefficient l...Laser length of semiconductor laser 1 Ps ...Saturation power of laser output light φ...Phase of light per one pass through active layer 2 of semiconductor laser 1 Amount of change δ...Initial detuning b...Ratio of the rate of change of the refractive index of the active layer 2 and the gain coefficient with respect to the density of carriers injected into the active layer 2 of the semiconductor laser 1 (AlGaAs/
For GaAs semiconductor lasers, −0.5 to −
6.2) As a result of various experiments, the present inventors found that in the optical amplification method using the principle semiconductor laser described above in FIG . The relationship is expressed as the second
It was confirmed that the laser input optical power (η·P 1 /P s ) versus laser output optical power (P 2 /P s ) characteristic had an S-shape as shown in the figure. However, Figure 2 shows the characteristics when small signal gain coefficient g = 28 cm -1 loss coefficient α = 10 cm -1 laser length l = 500 μm cleavage plane reflectance R = 0.35 initial detuning δ = 2.75 rad . In addition, as a result of various experiments, the present inventors found that the first
In the optical amplification method using the principle semiconductor laser described above in the figure, the relationship between the power P 1 of the laser input light S1 and the power P 2 of the laser output light S2 is as follows.
Using the initial detuning δ, which is another parameter of the power gain G T described above, as a parameter, the laser input optical power (η・P 1 /P s ) vs. laser having an S-shape as shown in FIG. Output optical power (P 2 /
Ps ) characteristics. However, FIG. 3 shows the characteristics in the case where: small signal gain coefficient g 0 =28 cm -1 loss coefficient α = 10 cm -1 laser length l = 500 μm, reflectance R of cleavage plane = 0.35. Based on the above, the present inventors proposed that in the optical amplification method using the principle semiconductor laser described above in FIG. Power (η・P 1 /
P s ) vs. laser output optical power (P 2 /P s ) characteristics, and the semiconductor according to the present invention nonlinearly amplifies the laser input light described below as laser input light S1 as follows. We have now proposed this method as an optical amplification method using a laser. That is, (a) the power in the active layer 2 is as shown in FIGS. 2 and 3 (a)
Input optical power (η・P 1 /P s ) vs. output optical power (P 2 /P s ) of a laser having an S-shape as shown in FIGS.
P s ) Laser input optical power (η・P 1 /
Ps ) Laser input light having a value exceeding the maximum value is injected as laser input light S1, and the laser input light is nonlinearly amplified in the active layer 2 by shaping the waveform into a light pulse. or (b) A plurality of (for example, two) laser input lights are applied to the active layer 2, and the sum of their powers is as shown in FIGS. 2 and 3.
The input optical power (η・P 1 /P s ) versus the laser output optical power (P 2 /P s ) Characteristic laser input optical power (η・
P 1 /P s ) is injected as laser input light S1 with a relationship exceeding the maximum value, and the plurality of laser input lights are nonlinearly amplified in the active layer 2 in the form of a logic gate. As described above, the optical amplification method using a semiconductor laser according to the present invention has been clarified. From the above, according to the present invention, it is possible to obtain (a) the function of nonlinear amplification by shaping the laser input light into an optical pulse, or (b)
It is clear that the function of nonlinear amplification can be obtained by performing an optical logic gate on a plurality of laser input lights. Furthermore, when using the optical amplification method using the semiconductor laser according to the present invention described above, the laser input optical power (η・P 1 /P s ) versus the laser output optical power (P 2 /P s ) As is clear from the characteristics, the larger the absolute value of the ratio b between the refractive index of the active layer 2 and the rate of change of the gain coefficient is, the more the value of the initial detuning δ is increased to π. The closer they are, the less power of the laser input light injected into the active layer as the laser input light S1 can nonlinearly amplify the laser input light. Furthermore, when using the optical amplification method using the semiconductor laser according to the present invention described above, the carrier lifetime τ in the active layer 2 of the semiconductor laser 1 is reduced to several nanoseconds (ns).
On the other hand, when the power P 1 of the laser input light S1 is set to the saturation power P s described above as 10 mW,
Furthermore, when the light injection efficiency η is 0.5, it is 1 mW, so by simply making the laser input light S1 have an extremely small switching energy of several femjoules (fJ), expressed as P 1 ×τ,
Nonlinear amplification is possible.
第1図は、本発明による半導体レーザを用いた
光増幅法の説明に供する、原理的な半導体レーザ
を用いた光増幅法を示す略線図である。第2図及
び第3図は、本発明による半導体レーザを用いた
光増幅法の説明に供する、半導体レーザのS字形
レーザ入力光パワー対レーザ出力光パワー特性を
示す図である。
1……半導体レーザ、S1……レーザ入力光、
2……活性層、S2……レーザ出力光、3……電
源。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the principle of an optical amplification method using a semiconductor laser, which is used to explain the optical amplification method using a semiconductor laser according to the present invention. FIGS. 2 and 3 are diagrams showing the S-shaped laser input optical power versus laser output optical power characteristics of a semiconductor laser, for explaining the optical amplification method using the semiconductor laser according to the present invention. 1... Semiconductor laser, S1... Laser input light,
2...Active layer, S2...Laser output light, 3...Power source.
Claims (1)
値以下の電流を注入させている状態で、外部から
レーザ入力光を注入させて、上記活性層で、上記
レーザ入力光を増幅させ、そのレーザ入力光の増
幅されたレーザ出力光を、上記活性層から外部に
出力させる半導体レーザを用いた光増幅法におい
て、 上記半導体レーザに、S字形を有するレーザ入
力光パワー対レーザ出力光パワー特性を有せし
め、 上記活性層に、パワーが上記S字形を有するレ
ーザ入力光パワー対レーザ出力光パワー特性上の
レーザ入力光パワー極大値を越える値を有してい
るレーザ入力光を、上記レーザ入力光として注入
させ、そのレーザ入力光を、上記活性層で、光パ
ルスに波形整形させる形で非線形増幅させること
を特徴とする半導体レーザを用いた光増幅法。 2 半導体レーザを用い、その活性層に、発振閾
値以下の電流を注入させている状態で、外部から
レーザ入力光を注入させて、上記活性層で、上記
レーザ入力光を増幅させ、そのレーザ入力光の増
幅されたレーザ出力光を、上記活性層から外部に
出力させる半導体レーザを用いた光増幅法におい
て、 上記半導体レーザに、S字形を有するレーザ入
力光パワー対レーザ出力光パワー特性を有せし
め、 上記活性層に、複数のレーザ入力光を、それら
のパワーの和が上記S字形を有するレーザ入力光
パワー対レーザ出力光パワー特性上のレーザ入力
光パワー極大値を越える値を有している関係で、
上記レーザ入力光として注入させ、それら複数の
レーザ入力光を、上記活性層で、論理ゲートさせ
る形で非線形増幅させることを特徴とする半導体
レーザを用いた光増幅法。[Claims] 1. Using a semiconductor laser, injecting a laser input light from the outside while injecting a current below the oscillation threshold into its active layer, the active layer emits the laser input light. In an optical amplification method using a semiconductor laser that amplifies the laser input light and outputs the amplified laser output light from the active layer to the outside, the semiconductor laser has an S-shaped laser input light power versus laser output. applying a laser input light to the active layer, the power of which exceeds the maximum value of the laser input light power on the laser input light power vs. laser output light power characteristic having the S-shape; An optical amplification method using a semiconductor laser, characterized in that the laser input light is injected as the laser input light, and the laser input light is nonlinearly amplified in the active layer in the form of waveform shaping into an optical pulse. 2 Using a semiconductor laser, injecting a current below the oscillation threshold into its active layer, injecting laser input light from the outside, amplifying the laser input light in the active layer, and increasing the laser input In an optical amplification method using a semiconductor laser that outputs amplified laser output light from the active layer to the outside, the semiconductor laser is made to have an S-shaped laser input light power vs. laser output light power characteristic. , A plurality of laser input lights are applied to the active layer, and the sum of their powers has a value exceeding the maximum value of the laser input light power on the above-mentioned S-shaped laser input light power vs. laser output light power characteristic. In relation to
An optical amplification method using a semiconductor laser, characterized in that the plurality of laser input lights are injected as the laser input light, and the plurality of laser input lights are nonlinearly amplified in the form of logic gates in the active layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21593582A JPS59105391A (en) | 1982-12-09 | 1982-12-09 | Method of light amplification by use of semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21593582A JPS59105391A (en) | 1982-12-09 | 1982-12-09 | Method of light amplification by use of semiconductor laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59105391A JPS59105391A (en) | 1984-06-18 |
| JPH041513B2 true JPH041513B2 (en) | 1992-01-13 |
Family
ID=16680690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21593582A Granted JPS59105391A (en) | 1982-12-09 | 1982-12-09 | Method of light amplification by use of semiconductor laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59105391A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE68927211T2 (en) * | 1988-07-28 | 1997-01-30 | Fujitsu Ltd | Bistable semiconductor laser device |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57145388A (en) * | 1981-03-03 | 1982-09-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Control method for laser light generation |
-
1982
- 1982-12-09 JP JP21593582A patent/JPS59105391A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59105391A (en) | 1984-06-18 |
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