(57)【要約】【課題】小型であって、生成されて出力される光パルス列の波長可変幅が広くかつ中心波長を厳密に制御可能である。【解決手段】MLLD 10と、光分岐器18と、縦モードフィルタリング素子20とを具えて構成されるMLLD装置である。MLLDの端面44Fから出力される光パルス列13は、結合レンズ12、光アイソレータ14を介して光分岐器18に入力されて、外部に向けて取り出される光パルス列としての第1出力光18-1と、MLLDのモード同期動作の制御のために利用される制御光である第2出力光18-2とに分岐される。第2出力光は、縦モードフィルタリング素子20によって単色連続波光21に変換され、光増幅器22及び偏波面コントローラ24に入力されて、その強度及び偏波面の方向が調整されてMLLDの端面44Rに入力される。【選択図】図１
2010010315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モード同期半導体レーザによって光パルス列を生成して出力する光パルス列生成ステップと、
前記モード同期半導体レーザの縦モードから1つの縦モード成分のみをフィルタリングして切り出すことによって単色連続波光を生成して出力する縦モードフィルタリングステップと
該単色連続波光を前記モード同期半導体レーザに入力する帰還ステップと
を含むことを特徴とするモード同期半導体レーザの駆動方法。
【請求項２】
モード同期半導体レーザによって光パルス列を生成して出力する光パルス列生成ステップと、
前記光パルス列を外部に向けて取り出される光パルス列としての第1出力光と、当該モード同期半導体レーザのモード同期動作の制御のために利用される第2出力光とに分岐させるための光分岐ステップと、
該第2出力光を入力して、前記モード同期半導体レーザの縦モードから1つの縦モード成分のみをフィルタリングして切り出すことによって単色連続波光に変換して出力する縦モードフィルタリングステップと、
該単色連続波光を、前記光パルス列が出力された端面とは反対側の端面から前記モード同期半導体レーザに入力する帰還ステップと
を含むことを特徴とするモード同期半導体レーザの駆動方法。
【請求項３】
モード同期半導体レーザによって光パルス列を生成して出力する光パルス列生成ステップと、
前記モード同期半導体レーザによって生成される光パルス列が外部に向けて取り出される側とは反対側の端面から出力される出力光を、第1〜第3ポートを有する光サーキュレータの前記第1ポートに入力して該光サーキュレータの前記第2ポートから出力する光サーキュレータ通過ステップと、
該第2ポートから出力された出力光を、縦モードフィルタリング素子に入力して前記モード同期半導体レーザの縦モードから1つの縦モード成分のみをフィルタリングして切り出すことによって単色連続波光に変換して出力する縦モードフィルタリングステップと、
該単色連続波光を、前記光サーキュレータの前記第3ポートに入力して、前記第1ポートから出力させて前記出力光が出力された端面から前記モード同期半導体レーザに入力する帰還ステップと
を含むことを特徴とする特徴とするモード同期半導体レーザの駆動方法。
【請求項４】
モード同期半導体レーザによって光パルス列を生成して出力する光パルス列生成ステップと、
前記モード同期半導体レーザによって生成される光パルス列が外部に向けて取り出される側とは反対側の端面から出力される出力光を、回折格子に入力して前記モード同期半導体レーザの縦モードから1つの縦モード成分のみをフィルタリングして切り出すことによって、単色連続波光に変換して反射する縦モードフィルタリングステップと、
前記単色連続波光を、前記出力光が出力された端面から前記モード同期半導体レーザに入力する帰還ステップと
を含むことを特徴とする特徴とするモード同期半導体レーザの駆動方法。
【請求項５】
モード同期半導体レーザと、
該モード同期半導体レーザによって生成されて出力される光パルス列が入力されて、該モード同期半導体レーザの縦モードから1つの縦モード成分のみをフィルタリングして切り出すことによって単色連続波光を生成して出力する縦モードフィルタリング素子と
を具え、
前記単色連続波光が前記モード同期半導体レーザに入力される構成とされていることを特徴とするモード同期半導体レーザ装置。
【請求項６】
モード同期半導体レーザと、光分岐器と、縦モードフィルタリング素子と
を具え、
前記光分岐器は、前記モード同期半導体レーザによって生成されて出力される光パルス列が入力されて、外部に向けて取り出される光パルス列としての第1出力光と、当該モード同期半導体レーザのモード同期動作の制御のために利用される制御光である第2出力光とに分岐し、
前記縦モードフィルタリング素子は、前記第2出力光が入力されて、前記モード同期半導体レーザの縦モードから1つの縦モード成分のみをフィルタリングして切り出すことによって単色連続波光に変換して出力し、
前記単色連続波光は、前記光パルス列が出力された端面とは反対側の端面から前記モード同期半導体レーザに入力される構成とされていることを特徴とするモード同期半導体レーザ装置。
【請求項７】
モード同期半導体レーザと、第1〜第3ポートを有する光サーキュレータと、縦モードフィルタリング素子と
を具え、
前記光サーキュレータは、前記第1ポートから前記モード同期半導体レーザの一方の端面から出力される光パルス列が入力されて前記第2ポートから出力し、
前記縦モードフィルタリング素子は、前記第2ポートから出力された出力光が入力されて、前記モード同期半導体レーザの縦モードから1つの縦モード成分のみをフィルタリングして切り出すことによって単色連続波光に変換して出力し、
該単色連続波光は、前記光サーキュレータの前記第3ポートに入力され、前記第1ポートから出力されて前記モード同期半導体レーザの前記一方の端面に入力される構成とされており、
前記モード同期半導体レーザの他方の端面から出力される光パルス列を外部に向けて取り出される光パルス列とする構成とされていることを特徴とする特徴とするモード同期半導体レーザ装置。
【請求項８】
モード同期半導体レーザと、縦モードフィルタリング素子と
を具え、
該縦モードフィルタリング素子は、回折格子によって構成されており、
前記回折格子は、前記モード同期半導体レーザの一方の端面から出力される光パルス列が入力されて、前記モード同期半導体レーザの縦モードから1つの縦モード成分のみをフィルタリングして切り出すことによって単色連続波光に変換して反射し、
前記単色連続波光は、前記光パルス列が出力された端面から前記モード同期半導体レーザに入力されるように構成されており、
前記モード同期半導体レーザの他方の端面から出力される光パルス列を外部に向けて取り出される光パルス列とする構成とされていることを特徴とするモード同期半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、出力光の波長が可変であるモード同期半導体レーザの駆動方法及びこの方法を実現するモード同期半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットの普及等により通信需要が急速に増大しており、それに対応して光ファイバを用いた高速で大容量の光通信ネットワークが整備されつつある。そして、通信の大容量化のために、一本の光ファイバ伝送路に複数チャンネル分の光パルス信号をまとめて伝送する光多重技術が重要視されている。光多重技術の内の1つが、複数の相異なる波長をチャンネルごとに割り当てて実現される波長分割多重（WDM: Wavelength Division Multiplexing）方式であり、一般的な手法として現在広く使われている。
【０００３】
一方、光通信ネットワークにおいて用いられる光信号のフォーマットで代表的なフォーマットは、光強度の強弱によって2値デジタル信号を表す光強度変調フォーマットである。そして、この光強度変調フォーマットには大別して2種類あり、それらは、連続する「1」信号の間で光強度が保たれるNRZ（Non Return to Zero）フォーマットと、連続する「1」信号の間で光強度が一旦ゼロになるRZ（Return to Zero）フォーマットとである。
【０００４】
RZフォーマットとNRZフォーマットにはそれぞれ優劣がある。RZフォーマットが、NRZフォーマットに比べて優れている点のひとつとして、「1」信号を意味する光パルスの時間波形の形状がRZフォーマットにおいては全て同一の形状に保たれる点が上げられ、このことは特に長距離通信システムを構成する上での利点となる。
【０００５】
NRZフォーマットにおいては、「1」信号が複数連続してつながった場合、光パルスの立ち上がりは一箇所である。それ対して「1」信号がつながらず「1」信号と「1」信号との間に「0」信号が挟まった場合は、それぞれの「1」信号において光パルスの立ち上がりが起こる。すなわち、NRZフォーマットにおいては、光パルスの立ち上がり頻度が、「1」信号が複数つながった場合と離散している場合とで異なるため、光ファイバを伝播中に発現するチャーピング効果の光パルス時間波形に与える影響に差異が生じ、結果として「1」信号を意味する光パルスの時間波形に相違が発生する。同じことは、光パルスの立下り部においても言える。このことが、特に数千kmに及ぶ長距離通信システムにおいて、しばしばビットエラーレートの上昇を引き起こす原因となる。
【０００６】
また、RZフォーマットは、時間軸上のタイムスロットごとにチャンネルを割り当てて複数チャンネルの信号を多重する方式である光時分割多重（OTDM: Optical Time Division Multiplexing）方式を利用する際の光信号のフォーマットとしても必須とされている。
【０００７】
RZフォーマットの光信号は、光パルスが時間軸上で規則正しく一定の間隔で並んだ光パルス列に対して、この光パルス列を構成する個々の光パルスを光強度変調器によって、光強度変調することによって生成される光パルス信号である。光パルス列を構成する個々の光パルスを光強度変調するとは、光パルス列を構成する光パルスを、選択的に遮断あるいは透過させることによって2値デジタル信号を生成することである。RZフォーマットの光信号を生成するには、光パルス列が予め必要で、この光パルス列を生成する光源が必須である。
【０００８】
光パルスが時間軸上で規則正しく一定の間隔で並んだ光パルス列は、パルス光と呼ばれることもある。これは、光強度の時間変動がなく一定の大きさの光電場の振幅強度が連続的に続く連続波光に対応する呼称である。ここでは、説明の都合上、パルス光という呼称を用いず、光パルス列と表記することとする。ただし、光パルス列を生成して出力する光源については、光パルス列光源とはせず、一般的呼称である光パルス光源という用語を用いる。
【０００９】
高速で大容量の光通信ネットワークにおいて実現される光ファイバ通信システムの高速化に伴い、繰り返し周波数の高い光パルス列を生成する光パルス光源が求められている。また、光パルス光源から出力される光パルス列には、周波数チャーピングが小さいこと、位相雑音が小さいこと等、光パルスの品質に対する要求も強まっている。これらの要求に応えることが可能である、1 GHzを超える繰り返し周波数の光パルス列を生成する光パルス列生成方法として、レーザのモード同期動作を利用する方法が有力視されている。
【００１０】
光ファイバ通信システムで利用可能であるモード同期レーザとして利用可能なレーザの候補として、現在、光ファイバレーザ、半導体レーザの2種類が知られている。モード同期半導体レーザには、外部共振器型、及びモード同期動作に必要とされる機能部分を集積化して構成される集積型の2種類がある。
【００１１】
モード同期動作とはレーザの動作状態の一形態を指す。従って、レーザをモード同期動作させるという表現が適切な表現であるが、以後、説明を簡潔にするため、モード同期動作を実現させることを前提に構成されたレーザをモード同期レーザということもある。従って、モード同期動作を実現するために好適な構造が作りつけられた半導体レーザをモード同期半導体レーザ(Mode-Locked laser Diode: MLLD)ということもある。以後モード同期半導体レーザをMLLDと略記することもある。
【００１２】
上述のWDM方式の光通信システムにおいて、光パルス光源として利用されるMLLDは、その出力光である光パルス列の波長を適宜変えることが可能である、波長可変特性を備えていることが重要である。
【００１３】
モード同期レーザの波長可変特性を実現するための手法として、以下の手法が知られている。すなわち、レーザ共振器内に、有限幅の透過波長帯域もしくは有限幅の反射波長帯域を有する誘電体多層膜フィルタや回折格子等のバンドパス波長フィルタを挿入し、これらの反射もしくは透過中心波長を、機械的手段あるいは電気的手段によって変化させることによって、波長可変特性を得る手法である(例えば、非特許文献1〜3参照)。上述のバンドパス波長フィルタとして、反射型を採用するか透過型を採用するかについては、設計的事項に属する。
【００１４】
上述の非特許文献1には、可変波長帯域幅が7 nm程度である光ファイバレーザ型モード同期レーザが開示されている。最近は、非特許文献1に開示されている光ファイバレーザ型モード同期レーザと同様の構成の市販品において、可変波長帯域幅が30 nm程度確保できる製品が存在する。また、上述の非特許文献2及び3に開示されている、外部共振器型MLLDにおいては、それぞれ40 nm程度及び120 nm程度の波長可変特性が実現されている。
【００１５】
最近、上述の非特許文献2及び3に開示されている外部共振器型MLLDに比べて、MLLDとして、その動作の機械的な安定性に優れ、かつ低コストで低消費電力化が可能である、集積型モード同期半導体レーザが開発されている。以後、集積型モード同期半導体レーザを集積型MLLDと略記することもある。
【００１６】
分布ブラッグ反射器(DBR: Distributed Bragg Reflector)等の波長フィルタ機能を集積化して形成された集積型MLLDにおいて、DBRのブラッグ反射波長を、外部から供給する制御信号によって変化させる方法が知られている(例えば、非特許文献4参照)。
【００１７】
この集積型MLLDにおいて、外部から供給される制御信号は、電気信号である。非特許文献4には、ブラッグ反射波長を変化させる方法が2通り開示されている。そのうちの一つ目の方法は、集積型MLLDのDBRの部分に形成されたp-i-n接合部に電流を注入し、この部分においてプラズマ効果を発現させる方法である。すなわち、一つ目の方法によってブラッグ反射波長を変化させる方法は、このプラズマ効果によってDBRが形成されている部分の実効屈折率を変化させることによってブラッグ反射波長を変化させる方法である。
【００１８】
二つ目の方法は、集積型MLLDのDBRの部分のクラッド層を挟んで上部に、プラチナ薄膜の電気抵抗層を形成し、この電気抵抗層に電流を流して発生するジュール熱によってDBRの部分の温度が上昇する現象を利用する方法である。すなわち、二つ目の方法によってブラッグ反射波長を変化させる方法は、DBRの部分の温度を上昇させることによって、DBRのブラッグ反射波長を変化させる方法である。
【００１９】
現行のWDM方式による光通信においては、隣接するチャンネルに割り当てられる波長差が小さい、いわゆるDense-WDMが採用される例が多い。このDense-WDMにおいては、隣接するチャンネルに割り当てられる波長差が小さいため、両チャンネルに割り当てられる光信号波長の中心値の誤差は、光搬送波としての周波数で数GHz以下でなければならないとされいている。以後、光信号波長の中心値を、単に中心波長ということもある。
【００２０】
そこで、中心波長の誤差を小さくすることが可能であり、かつ広範な波長帯域に亘って可変波長特性が実現できる集積型MLLDが開示されている(非特許文献5参照)。この集積型MLLDは、外部連続波光注入方法によって、可変波長特性を備えたモード同期動作が実現されている。この集積型MLLDは、モード同期動作を外部から入力される連続波光の波長に厳密に制御することによって、生成される光パルスの中心波長の誤差を小さくすることに成功している。また、この集積型MLLDには、レーザ共振器内に波長フィルタが挿入されていないので、生成されて出力される光パルスの時間幅を制限するための波長フィルタも存在しない。
【非特許文献１】H. Takara, et al., “20 GHz transform-limited optical pulse generation and bit-error-free operation using a tunable actively mode locked Er-doped fibre ring laser,” Electronics Letters vol. 29, pp. 1149-1150, 1993.
【非特許文献２】D. M. Bird, et al., "Miniature packaged actively mode-locked semiconductor laser with tunable 20 ps transform limited pulses," Electronics Letters vol. 26, pp. 2086-2087, 1990.
【非特許文献３】R. Ludwig and A. Ehrhardt, "Turn-key-ready wavelength-, repetition rate- and pulsewidth-tunable femtosecond hybrid mode locked semiconductor laser," Electronics Letters vol. 31, pp. 1165-1167, 1995.
【非特許文献４】Hai-Feng Liu, et al., "Tuning characteristics of monolithic passively mode-locked distributed Bragg reflector semiconductor lasers," IEEE Journal of Quantum Electronics vol. 32, pp. 1965-1975, 1996.
【非特許文献５】S. Arahira, et al., "Chirp control and broadband wavelength-tuning of 40-GHz monolithic actively mode-locked laser diode module with an external CW light injetion, " IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 11, pp. 1103-1111, 2005.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上述のモード同期レーザで使用される波長フィルタの透過波長帯域幅もしくは反射波長帯域幅は、生成される光パルス列の波長特性を決定する重要な要素である。すなわち、モード同期レーザから出力される光パルスの時間幅と発振スペクトル帯域幅とは互いにフーリエ変換の関係にあるから、上述の非特許文献1〜4に開示されているモード同期レーザによって生成される光パルスの時間幅を狭くするには、波長フィルタの透過波長帯域幅もしくは反射波長帯域幅の広い波長フィルタとすることが必要である。
【００２２】
通常、モード同期レーザの波長フィルタの透過波長帯域幅もしくは反射波長帯域幅は、設計上実現すべき時間幅の光パルスのフーリエ変換から求められる波長帯域幅の3〜4倍の波長帯域幅となるように設定される場合が多い。
【００２３】
一方、モード同期レーザによって生成されて出力される光パルス列の中心波長の値は、波長フィルタの透過波長帯域もしくは反射波長帯域の中心波長の値に近いが、厳密に両者の値が一致するとは限らない。これは、モード同期レーザから出力される光パルスの中心波長が、波長フィルタの透過波長帯域もしくは反射波長帯域の中心波長から若干ずれたとしても、波長フィルタの透過波長帯域もしくは反射波長帯域が十分に広ければ、レーザ発振光の損失の増加等、モード同期動作の発現を阻害する条件とならないためである。
【００２４】
上述の非特許文献1〜4に開示されているモード同期レーザによって生成される光パルスの中心波長を十分に小さな誤差範囲内に設定するためには、波長フィルタの透過波長帯域幅もしくは反射波長帯域幅を狭く設定すればよいことになるが、このように設定すると、生成される光パルスの時間幅が制限されるという問題がある。従って、上述の非特許文献1〜4に開示されているモード同期レーザによって生成される光パルスの中心波長は、上述のDense-WDMにおいて利用可能な程度に、十分に小さな誤差範囲内に設定することが難しい。
【００２５】
また、上述した非特許文献5に開示されている集積型MLLDは、中心波長の誤差を小さくすることが可能でありかつ広範な波長帯域に亘って可変波長特性が実現できる。しかしながら、非特許文献5に開示されている集積型MLLDを構成するには、外部に独立した連続波光源を必要とする。このため、装置の大型化及び高価格化を招き、その上消費電力も大きくなるという問題点がある。
【００２６】
そこで、この発明の目的は、小型であって、生成されて出力される光パルス列の波長可変幅が広くかつ中心波長を厳密に制御可能である、波長可変MLLDの駆動方法及び波長可変MLLD装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
この発明者は、上述の非特許文献5に開示されている集積型MLLDによる、波長可変光パルス列の生成方法を再検討する過程において、光注入同期動作を実現するため集積型MLLDに入力する連続波光源を外部に設置された光源から供給するのではなく、集積型MLLDの出力光を利用することに思い至った。検討を重ねた結果、集積型MLLDの出力光の一部から、集積型MLLDの縦モードスペクトル成分のうちの一つの縦モード成分のみをフィルタリングして切り出すことによって単色連続波光を生成し、この単色連続波光を集積型MLLDに帰還させることによって、光注入同期動作を実現することが可能であることを確かめた。
【００２８】
集積型MLLDから出力される光パルス列の波長を変えるためには、フィルタリングして切り出す縦モード成分を変更すればよい。このような構成とすることによって、光注入同期動作を実現するための連続波光を生成する外部光源を必要とせずに、波長可変MLLDの駆動方法及び波長可変MLLD装置を実現することが可能となる。
【００２９】
上述の理念に基づくこの発明の要旨によれば、以下のMLLDの駆動方法及びこの方法を実現するためのMLLD装置が提供される。
【００３０】
この発明の基本構成のMLLDの駆動方法は、光パルス列生成ステップと、縦モードフィルタリングステップと、帰還ステップとを含んで構成される。光パルス列生成ステップは、MLLDによって光パルス列を生成して出力するステップである。縦モードフィルタリングステップは、MLLDの縦モードから1つの縦モード成分のみをフィルタリングして切り出すことによって単色連続波光を生成して出力するステップである。帰還ステップは、単色連続波光をMLLDに入力する帰還ステップである。
【００３１】
この発明の基本構成のMLLDの駆動方法は、以下に示すこの発明の基本構成のMLLD装置によって実現される。すなわち、この発明の基本構成のMLLD装置は、MLLDと縦モードフィルタリング素子とを具えて構成される。縦モードフィルタリング素子は、MLLDによって生成されて出力される光パルス列が入力されて、MLLDの縦モードから1つの縦モード成分のみをフィルタリングして切り出すことによって単色連続波光を生成して出力する機能を有する波長フィルタである。そして、この発明の基本構成のMLLD装置は、この単色連続波光がMLLDに入力されるように構成されている。
【００３２】
この発明の第1のMLLDの駆動方法は、光パルス列生成ステップと、光分岐ステップと、縦モードフィルタリングステップと、帰還ステップとを含んで構成される。
【００３３】
光パルス列生成ステップは、MLLDによって光パルス列を生成して出力するステップである。光分岐ステップは、光パルス列を外部に向けて取り出される光パルス列としての第1出力光と、当該MLLDのモード同期動作の制御のために利用される第2出力光とに分岐させるためのステップである。縦モードフィルタリングステップは、第2出力光を入力して、MLLDの縦モードから1つの縦モード成分のみをフィルタリングして切り出すことによって単色連続波光に変換して出力するステップである。帰還ステップは、単色連続波光を、光パルス列が出力された端面とは反対側の端面からMLLDに入力するステップである。
【００３４】
この発明の第1のMLLDの駆動方法は、以下に示すこの発明の第1のMLLD装置によって実現される。すなわち、この発明の第1のMLLD装置は、MLLDと、光分岐器と、縦モードフィルタリング素子とを具えて構成される。
【００３５】
光分岐器は、MLLDによって生成されて出力される光パルス列が入力されて、外部に向けて取り出される光パルス列としての第1出力光と、当該MLLDのモード同期動作の制御のために利用される制御光である第2出力光とに分岐する。縦モードフィルタリング素子は、第2出力光が入力されて、MLLDの縦モードから1つの縦モード成分のみをフィルタリングして切り出すことによって単色連続波光に変換して出力する。そして、この発明の第1のMLLD装置は、単色連続波光が、光パルス列が出力された端面とは反対側の端面からMLLDに入力するように構成される。
【００３６】
この発明の第2のMLLDの駆動方法は、光パルス列生成ステップと、光サーキュレータ通過ステップと、縦モードフィルタリングステップと、帰還ステップと、を含んで構成される。
【００３７】
光パルス列生成ステップは、MLLDによって光パルス列を生成して出力するステップである。光サーキュレータ通過ステップは、MLLDによって生成される光パルス列が外部に向けて取り出される側とは反対側の端面から出力される出力光を、第1〜第3ポートを有する光サーキュレータの第1ポートに入力してこの光サーキュレータの第2ポートから出力するステップである。縦モードフィルタリングステップは、第2ポートから出力された出力光を、縦モードフィルタリング素子に入力してMLLDの縦モードから1つの縦モード成分のみをフィルタリングして切り出すことによって単色連続波光に変換して出力するステップである。帰還ステップは、この単色連続波光を、光サーキュレータの第3ポートに入力して、第1ポートから出力させて出力光が出力された端面からMLLDに入力するステップである。
【００３８】
この発明の第2のMLLDの駆動方法は、以下に示すこの発明の第2のMLLD装置によって実現される。すなわち、この発明の第2のMLLD装置は、MLLDと、第1〜第3ポートを有する光サーキュレータと、縦モードフィルタリング素子とを具えて構成される。
【００３９】
光サーキュレータは、第1ポートからMLLDの一方の端面から出力される光パルス列が入力されて第2ポートから出力する。縦モードフィルタリング素子は、第2ポートから出力された出力光が入力されて、MLLDの縦モードから1つの縦モード成分のみをフィルタリングして切り出すことによって単色連続波光に変換して出力する。
【００４０】
この発明の第2のMLLD装置は、この単色連続波光が光サーキュレータの第3ポートに入力され、第1ポートから出力されてMLLDの一方の端面に入力される構成とされており、MLLDの他方の端面から出力される光パルス列を外部に向けて取り出される光パルス列とする構成とされている。
【００４１】
この発明の第3のMLLDの駆動方法は、光パルス列生成ステップと、縦モードフィルタリングステップと、帰還ステップとを含んで構成される。
【００４２】
光パルス列生成ステップは、MLLDによって光パルス列を生成して出力するステップである。縦モードフィルタリングステップは、MLLDによって生成される光パルス列が外部に向けて取り出される側とは反対側の端面から出力される出力光を、回折格子に入力してMLLDの縦モードから1つの縦モード成分のみをフィルタリングして切り出すことによって、単色連続波光に変換して反射するステップである。帰還ステップは、この単色連続波光を、出力光が出力された端面からMLLDに入力するステップである。
【００４３】
この発明の第3のMLLDの駆動方法は、以下に示すこの発明の第3のMLLD装置によって実現される。すなわち、この発明の第3のMLLD装置は、MLLDと、縦モードフィルタリング素子と具えて構成される。
【００４４】
縦モードフィルタリング素子は、回折格子によって構成するのが好適であり、この回折格子には、MLLDの一方の端面から出力される光パルス列が入力される。その結果、光パルス列は、MLLDの縦モードから1つの縦モード成分のみがフィルタリングされて切り出されることによって単色連続波光に変換されて反射される。
【００４５】
この発明の第3のMLLD装置は、この単色連続波光が、光パルス列が出力された端面からMLLDに入力されるように構成されており、外部に向けて取り出される光パルス列は、MLLDの他方の端面から出力される構成とされている。
【発明の効果】
【００４６】
この発明の基本構成のMLLDの駆動方法及びこの方法を実現する基本構成のMLLD装置によれば、MLLDによって生成されて出力された光パルス列の一部からMLLDの縦モードのうちの1つの縦モード成分をフィルタリングして切り出すことによって単色連続波光が生成される。この単色連続波光がMLLDに入力されることによって、光注入同期現象が発現する。
【００４７】
光注入同期現象が発現した結果、MLLDから出力される光パルス列の中心波長がこの単色連続波光の波長と一致し、厳密な中心波長制御が行われる。フィルタリングして切り出す縦モードのうちの1つの縦モード成分を、別の縦モード成分に変更することによって、MLLDから出力される光パルス列の中心波長を可変にすることが可能となる。すなわち、中心波長の可変範囲は、MLLDの縦モードの波長帯域と等しくなり、その範囲はMLLDの利得帯域の波長帯域幅と等しいので、十分に広い波長範囲にわたるということができる。
【００４８】
また、この発明の基本構成のMLLDの駆動方法及びこの方法を実現する基本構成のMLLD装置によれば、MLLDの光注入同期現象を発現するために利用する単色連続波を生成するための外部光源を必要としない。
【００４９】
そのため、この発明によれば、小型であって、生成されて出力される光パルス列の波長可変幅が広くかつ中心波長を厳密に制御可能である波長可変MLLDの駆動方法及び波長可変MLLD装置を実現することが可能となる。
【００５０】
この発明の第1〜第3のMLLDの駆動方法及びこの方法を実現するMLLD装置は、それぞれ上述の単色連続波を生成する手法が異なるが、何れも、単色連続波を生成するための外部光源を必要としない構成である。その上、光パルス列の生成の原理は、上述の基本構成のMLLDの駆動方法及びこの方法を実現する基本構成のMLLD装置と共通する。すなわち、光パルス列の生成の原理は、MLLDによって生成されて出力された光パルス列の一部からMLLDの縦モードのうちの1つの縦モード成分をフィルタリングして切り出すことによって単色連続波光を生成し、この単色連続波光によって光注入同期現象を発現させ、光パルス列を生成して出力するというものである。
【００５１】
従って、この発明の第1〜第3のMLLDの駆動方法及びこの方法を実現するMLLD装置によれば、上述した、小型であって、生成されて出力される光パルス列の波長可変幅が広くかつ中心波長を厳密に制御可能であるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、装置の形態の説明に供する各図は、この発明に係る一構成例を図示するものであり、この発明が理解できる程度に各構成要素の配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、各図において同様の構成要素については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。また、以下に示す概略的構成図においては、光ファイバ等の光信号の経路を太線で示し、電気信号の経路を細線で示してある。
【００５３】
＜第1のMLLD装置＞
図1を参照して、この発明の実施形態の第1のMLLD装置の構成及びその動作について説明する。図1は、この発明の実施形態の第1のMLLD装置の概略的構成図である。
【００５４】
（第1のMLLD装置の構成）
この発明の実施の形態の第1のMLLD装置は、MLLD 10と、光分岐器18と、縦モードフィルタリング素子20とを具えて構成される。MLLD 10は、後述するように光変調器領域56、利得領域58及び受動導波路領域60をモノリシック一体化されて形成された集積型MLLDである。光変調器領域56の機能は、レーザに対してモード同期動作を発現させる機能であるので、モード同期レーザ技術の分野においては、この機能を実現する素子のことをモードロッカーと呼ぶこともある。
【００５５】
ここでは、MLLD 10として、光変調器領域56、利得領域58及び受動導波路領域60の3つの領域を具える集積型MLLDを取り上げるが、MLLD 10はこの構成に限定されるものではない。すなわち、この領域をどの順序に配置するか、あるいは利得領域を1箇所に限らず2箇所に設ける、あるいは受動導波路領域を設けない、更には利得領域のみを具えこの利得領域に変調電圧を印加することによって光変調器領域の機能を併せ持たせる等、様々な構成が可能である。
【００５６】
また、MLLD 10は、光共振器中に挿入された光変調器領域56に、順方向電流を注入するかもしくは逆バイアス電圧を印加することによって光変調器領域56を光変調器として機能させることによってモード同期動作を発現させる、いわゆる能動モード同期半導体レーザである。後述するように、能動モード同期半導体レーザ以外の形態のモード同期半導体レーザであってもMLLD 10として利用することが可能である。
【００５７】
MLLD 10の端面44Fから出力される光パルス列13は、結合レンズ12を介して光アイソレータ14に入力される。光アイソレータ14から出力される光パルス列15は、光分岐器18に入力されて、外部に向けて取り出される光パルス列としての第1出力光18-1と、MLLD 10のモード同期動作の制御のために利用される制御光である第2出力光18-2とに分岐される。
【００５８】
第2出力光18-2は、縦モードフィルタリング素子20に入力されて、MLLD 10の縦モードから1つの縦モード成分のみをフィルタリングして切り出すことによって単色連続波光21に変換されて出力される。縦モードフィルタリング素子20は、市販の誘電体多層膜による波長バンドパスフィルタを適宜利用することが可能である。
【００５９】
単色連続波光21を、光パルス列13が出力された端面44Fとは反対側の端面44Rに直接入力させる構成としても良いが、好ましくは、単色連続波光21の強度を増幅し、かつ偏波面の方向を調整してMLLD 10の発振偏波方向と合致させてから、直接MLLD 10の端面44Rに入力させるのが良い。
【００６０】
そのため、この発明の実施形態の第1のMLLD装置は、光増幅器22と偏波面コントローラ24を具えている。単色連続波光21は、光増幅器22に入力されてその強度が増幅されて単色連続波光23として出力される。単色連続波光23は、偏波面コントローラ24に入力されて、その偏波面の方向がMLLD 10の発振偏波方向と合致するよう調整されて単色連続波光25として出力される。単色連続波光25は、光アイソレータ26に入力されて単色連続波光27が出力され、この単色連続波光27が結合レンズ28を介してMLLD 10の端面44Rに入力される。
【００６１】
このように、この発明の実施形態の第1のMLLD装置には、MLLD 10の端面44Fから出力される光パルス列13が、光分岐器18で2分割されて、その一方である第2出力光18-2が、縦モードフィルタリング素子20によって単色連続波光27に変換されて、光増幅器22及び偏波面コントローラ24を介して、MLLD 10の端面44Rに入力される帰還回路が形成されている。
【００６２】
ここで、光アイソレータ14及び26は、それぞれ光パルス列13及び単色連続波光27の進行方向と逆方向に進行する光成分を遮断するために挿入されている。光アイソレータ14及び26を挿入することによってMLLD 10のモード同期動作が安定化されるが、上述の逆進する光成分が、MLLD 10のモード同期動作に影響を及ぼすほど強くない場合は省略することも可能である。また、結合レンズ12及び28も、それぞれ縦モードフィルタリング素子20を含む帰還回路への光の入出力効率を高めるために挿入される光素子であって、この光の入出力効率が十分に確保されるための別の光学的な手段がとられるのであれば、省略することも可能である。
【００６３】
図1に示すこの発明の実施形態の第1のMLLD装置では、偏波面コントローラ24が使われているが、この偏波面コントローラ24は以下の条件を満たしている場合は必要がない。すなわち、結合レンズ12から、光アイソレータ14、光分岐器18、縦モードフィルタリング素子20、及び光増幅器22を介して結合レンズ28に至るまでの光経路が、偏波面保存光ファイバ等が利用されて形成される偏波面保存光学系であって、光アイソレータ27から出力される単色連続波光27の偏波面の方向が、MLLD 10の内部で生成されるレーザ光の偏波方向と合致することが保障されるように形成されていれば、偏波面コントローラ24は必要ない。
【００６４】
また、光増幅器22を利用することによって、単色連続波光21の強度を調整することが可能となり、その結果、結合レンズ28を介してMLLD 10の端面44Rに入力される単色連続波光27の光強度を調整することが可能となる。単色連続波光27の光強度を調整することによって、光注入同期現象の効果の度合いを制御することができ、MLLD 10で生成されて出力される光パルス列13の周波数チャープを抑制することが可能となるとともに、光パルス幅を調整することも可能となる。
【００６５】
ここで、後の説明の便宜のため、図1に示すMLLD 10の具体的構造について説明する。図1には、MLLD 10の光導波路50の方向に対して垂直側面方向から見た概略的構成が示されている。、MLLD 10の光導波路50は、光変調器領域56、利得領域58及び受動導波路領域60の3つの領域を含んでいる。光変調領域、利得領域及び受動導波路領域のそれぞれは、厳密には、第1クラッド層52、第2クラッド層54及び電極部分をも含めて指すのが正しいが、以後の説明においては、便宜上、光導波路50のそれぞれの領域に属している部分を指して、光変調器領域56、利得領域58及び受動導波路領域60と表記する。
【００６６】
MLLD 10は、端面44F及び端面44Rで光導波路50を挟んで構成される光共振器を光が1周回するのに要する時間の自然数分の1の時間間隔の繰り返し周期の光パルス列がこの光共振器外に出力されるように、この光共振器の共振器長及び利得領域の光学利得の大きさが設定される。
【００６７】
光導波路50は、第1クラッド層52と第2クラッド層54とに挟まれて構成されている。光導波路50を構成する結晶材料は、MLLD 10が生成して出力する光パルス列の波長を幾らに設定するかによって決定される。例えば、この光パルス列の波長を1.5 μｍ帯に設定するのであれば、InP系半導体バルク結晶材料あるいはInP系半導体結晶材料による量子井戸構造が使われる。第1クラッド層52をn型クラッド層とし第2クラッド層54をp型クラッド層とすることも、第1クラッド層52をp型クラッド層とし第2クラッド層54をn型クラッド層とすることももちろん可能であり、何れを採用するかは設計的事項に属する。
【００６８】
利得領域58には、利得領域の電極64と共通電極66を介して、第2電源40から定電流が注入され、その結果レーザ発振に必要な光学利得が発生する。第2電源40には、市販の定電流源を適宜選択して利用することが可能である。
【００６９】
受動導波路領域60には、受動導波路領域の電極68と共通電極66を介して、第3電源42によって順方向電流が注入されるかもしくは逆バイアス電圧が印加される。順方向電流を注入するには、第3電源42に市販の定電流源を適宜選択して利用すればよい。また、逆バイアス電圧を印加するには、第3電源42に市販の定電圧源を適宜選択して利用すればよい。
【００７０】
受動導波路領域60に第3電源42から定電流あるいは定電圧が供給されることによって、受動導波路領域60にはプラズマ効果あるいはポッケルス効果に基づく屈折率変化が生じる。すなわち、受動導波路領域60の屈折率をプラズマ効果あるいはポッケルス効果に基づいて調整することによって、MLLD 10の発振縦モードを調整することが可能である。
【００７１】
光変調器領域56には、光変調器領域の電極62と共通電極66を介して第1電源38及びバイアス電源36によって順方向電流が注入されるかもしくは逆バイアス電圧が印加される。順方向電流を注入するには、第1電源38及びバイアス電源36に市販の定電流源を適宜選択して利用すればよい。また、逆バイアス電圧を印加するには、第1電源38及びバイアス電源36に市販の定電圧源を適宜選択して利用すればよい。
【００７２】
第1電源38は変調電源として機能し、バイアス電源36はMLLD 10の光変調器領域56の設計に応じた直流バイアス成分を供給する電源として機能する。光変調器領域56の駆動方法は、次のとおりである。光変調器領域56には、バイアス電源36から供給される直流バイアス成分に加えて、第1電源38から供給される変調信号が供給される。この変調信号は、MLLD 10の有する共振器周回周波数の自然数倍の周波数に近似した周波数の信号である。
【００７３】
ここで、共振器周回周波数の自然数倍の周波数に近似した周波数とは、共振器周回周波数の自然数倍の周波数とはずれており、かつこの周波数のずれ量がモード同期動作において周波数引き込み動作の発現が可能である範囲内である周波数のことをいう。以後の説明の便宜のため、第1電源38から供給される変調信号の周波数は、f(Hz)であるものとする。
【００７４】
第1〜第3電源及びバイアス電源の出力値を、それぞれ調整することでMLLD 10単体でモード同期動作をさせることが可能である。MLLD 10がモード同期動作すると、MLLD 10から出力される出力光は、第1電源から供給される変調信号の周波数f(Hz)に等しい繰り返し周波数の光パルス列となる。例えば、第1電源から供給される変調信号を、このMLLD 10が利用される光通信システムのクロック信号と同期させることによって、光通信システムのクロック信号と同期した光パルス列をMLLD 10によって生成して出力させることができる。
【００７５】
MLLD 10は、温度モニタ32によってその温度がモニタされ、このモニタされた温度に基づいてペルチエ素子等の発熱・吸熱素子30及びこのペルチエ素子等の発熱・吸熱素子30を制御する温度コントローラ34によって、温度制御される構成とするのが望ましい。MLLD 10のレーザ発振動作及びモード同期動作は、MLLD 10の温度に依存するためである。温度モニタ32、発熱・吸熱素子30及び温度コントローラ34を具えて構成される温度制御システムを採用することによって、MLLD 10の発振縦モードの安定化が図られる。
【００７６】
縦モードフィルタリング素子20の機能について、図2(A)〜図2(C)を参照して説明する。図2(A)〜図2(C)は、縦モードフィルタリング素子20の機能の説明に供する図であり、図2(A)は、MLLD 10の端面44Fから出力される光パルス列の縦モードを示す図である。図2(B)は、MLLD 10の縦モードから1つの縦モード成分のみを切り出すために求められる縦モードフィルタリング素子20の透過波長特性の説明に供する図である。図2(C)は、MLLD 10の縦モードから切り出された1つの縦モードを示す図であり、すなわち、縦モードフィルタリング素子20から出力される単色連続波光21の周波数スペクトルを示す図である。図2(A)〜図2(C)において、横軸は光の角周波数を任意スケールで目盛って示してあり、縦軸の方向には光強度が任意スケールで示してある。
【００７７】
縦モードフィルタリング素子20の透過波長帯域の中心周波数を、切り出す縦モード成分の周波数に一致するように設定する。そしてその透過周波数帯域幅は、f(Hz)を下回る幅に設定する。MLLD 10の縦モード間隔は、周波数表示するとf(Hz)であり、これを角周波数に変換するとΔω(Hz)である。すなわち、Δω＝2πfの関係にある。図2(A)〜図2(C)では、横軸は角周波数を以って示してあるので、縦モードフィルタリング素子20の透過角周波数帯域幅は、Δω(Hz)を下回る幅に設定される。
【００７８】
このように、縦モードフィルタリング素子20の透過角周波数帯域幅を、縦モード間隔を下回る広さに設定することによって、図2(C)に示すように、1つの縦モード成分のみが切り出されて縦モードフィルタリング素子20から出力される。光パルス列13は、モード同期動作しているMLLD 10から出力されているので、複数の縦モード成分を有しているが、縦モードフィルタリング素子20によって1つの縦モード成分のみが切り出されることによって、単色連続波光に変換される。
【００７９】
以下の説明において、縦モード成分等光の波長あるいは周波数（角周波数を含む）を指定するとき、その値そのものを問題とする場合以外は、説明の便宜に従って波長と表記したり周波数と表記したりする。光の波長と周波数とは一対一の対応関係があるので、波長と表記しても周波数と表記しても意図することに相違は生じない。
【００８０】
（第1のMLLD装置の動作）
この発明の実施形態の第1のMLLD装置の動作原理は、上述の非特許文献5に開示されている、ファブリ・ペロ型のMLLDを用いた外部からの連続波光注入方法による波長可変モード同期レーザの動作原理と一部共通する。この発明の実施形態の第1のMLLD装置の動作原理と、非特許文献5に開示された動作原理との相違を明確にするため、まず、非特許文献5に開示された波長可変モード同期レーザの動作原理について説明する。
【００８１】
非特許文献5に開示された波長可変モード同期レーザの動作方式においては、モード同期動作しているMLLDの発振縦モードのうち、1つの縦モードの波長に近似した波長の連続波光を外部に配置してある光源で生成してMLLDに入力する。このとき、MLLDに入力される連続波光の偏波方向と、MLLDの内部におけるレーザ光の偏波方向が合致すると、光注入同期現象が発現する。その結果、MLLDのレーザ光の中心波長が外部から入力された連続波光の波長と一致するように周波数引き込みが起こり、MLLDにおいて生成されて出力される光パルス列の厳密な中心波長制御がなされる。そして、外部連続波光源の出力波長を変えることによって、MLLDから出力される光パルス列の波長可変が可能となる。
【００８２】
更に、受動導波路領域60に順方向電流を注入するかあるいは逆バイアス電圧を印加して、受動導波路領域60の屈折率を調整することによって、MLLDの縦モード周波数を制御することが可能であり、この結果、波長の跳躍的な不連続な変化を伴わずに連続的な波長可変を実現することが可能である。
【００８３】
また、MLLDに入力する連続波光の強度を調整することによって、MLLDのモード同期動作を維持しつつ、周波数チャープを抑制する効果が得られる。また、MLLDに入力する連続波光の強度を調整することによって、MLLDの発振スペクトル帯域も制御可能となり、出力される光パルス列の光パルス幅を可変とすることも可能となる。
【００８４】
非特許文献5に開示された波長可変モード同期レーザに対して、この発明の実施形態の第1のMLLD装置においては、外部に独立した連続波光源を設ける必要がない。すなわち、MLLD 10から出力される光パルス列13からMLLD 10の縦モードのうちの1つの縦モード成分のみを縦モードフィルタリング素子20で切り出すことによって単色連続波光が得られ、この連続波光が光注入同期現象を発現させるために利用される。
【００８５】
従って、MLLD 10の光注入同期現象に基づくモード同期動作自体は、非特許文献5に開示された波長可変モード同期レーザにおける場合と共通する。しかしながら、この発明の実施形態の第1のMLLD装置によれば、外部に独立した連続波光源を設ける必要がないという格別の効果が得られる。その結果、この発明の実施形態の第1のMLLD装置は、外部に独立した連続波光源を設ける必要がないため小型化が可能であって、かつ生成されて出力される光パルス列の波長可変幅が広くかつ中心波長を厳密に制御可能である波長可変MLLDの駆動方法が実現可能となる。
【００８６】
この発明の実施形態の第1のMLLD装置は、MLLD 10から出力される光パルス列13を単色連続波光に変換して再びMLLD 10に帰還する構成である。このような帰還構成は、上述の非特許文献1に開示されている光ファイバレーザ型のモード同期レーザ装置においてしばしば用いられる構成である。また、同種の構成が文献（G. T. Harvey and L. F. Mollenauer, "Harmonically mode-locked fiber ring laser with an internal Fabry-Perot stabilizer for soliton transmission," Optics Letters, vol. 18, No. 2, pp. 107-109, 1993、以後、この文献を非特許文献6と称する。）に開示されている。
【００８７】
非特許文献6に開示されているモード同期動作原理は、上述の非特許文献1に開示されているモード同期動作原理とほぼ同様である。両者の相違点は、非特許文献6に開示されているモード同期レーザにあっては、リング共振器内に、設定すべき光パルスの繰り返し周波数と一致した自由スペクトル領域を有するファブリ・ペロ共振器を挿入し、出力される光パルス列の安定性を向上させている点にある。
【００８８】
一般に、光ファイバレーザ等のリング共振器は、数メートルから数十メートルの長い光共振器を有し、共振器周回周波数は数MHzからせいぜい数百MHzである。従って、光通信システムで必要とされる、数GHzから数十GHzの繰り返し周波数の光パルス列を生成するためには、共振器周回周波数の数千倍の周波数でモード同期動作を生じさせる、いわゆる高調波モード同期動作を発現させる必要がある。
【００８９】
この際に問題となるのは、共振器周回周波数に相当する間隔で周波数軸上に配置される縦モードの内、本来発振が十分に抑制されてしかるべき余分な縦モードが励起されることによって、ビート雑音が生じることである。ビート雑音は、生成される光パルス列のピーク強度に変動をもたらすとともに、モード同期動作自体を不安定化させる要因となる。上述の非特許文献6において、生成される光パルス列の光パルスの繰り返し周波数と一致した自由スペクトル領域を有するファブリ・ペロ共振器を光帰還光路に挿入し、これら余分となる縦モード成分を除去して、生成される光パルス列のピーク強度に変動を抑制する手法が説明されている。
【００９０】
上述の非特許文献1及び6に開示されているリング共振器型のモード同期レーザの光共振器と、この発明の実施形態の第1のMLLD装置における光パルス列から単色連続波光を生成してMLLDに帰還させる構造とでは、共にリング状の光帰還構造を有しているが、両者には明確な差異が存在する。
【００９１】
すなわち、上述の非特許文献1及び6に開示されているリング共振器型のモード同期レーザにおいては、生成される光パルス列の光パルスの時間幅は、使われているバンドパス光波長フィルタの透過特性によって規定される。その上、光パルスの時間幅にかかわらず、使用するバンドパス光波長フィルタの透過帯域幅は、必ず、生成する光パルス列の光パルスの繰り返し周波数f(Hz)より広くなければ、モード同期動作による光パルス列の生成が実現されない。
【００９２】
一方、この発明の実施形態の第1のMLLD装置において利用されている縦モードフィルタリング素子20の透過帯域幅は、既に説明したように、生成する光パルス列の光パルスの繰り返し周波数f(Hz)より狭い。その上縦モードフィルタリング素子20の透過帯域幅は、生成する光パルス列の光パルスの時間幅を決定する要因とならない。この発明の実施形態の第1のMLLD装置において生成される光パルス列の光パルスの時間幅は、MLLD 10の発振特性と、帰還される単色連続波光27の光強度によって決定される。
【００９３】
以上説明した様に、この発明の実施形態の第1のMLLD装置は、上述の非特許文献1及び6に開示されているリング共振器型モード同期レーザと類似する光帰還構成をとりながら、その光パルス列の生成メカニズムは異なっている。
【００９４】
両者の光パルス列の生成メカニズムの相違が生じる根本は、この発明の実施形態の第1のMLLD装置において縦モードを決定するのは、MLLD 10の端面44Fと44Rによって構成される光共振器であるのに対して、非特許文献1及び6に開示されているリング共振器型モード同期レーザにおいて縦モードを決定するのは、リング共振器であることによる。そして、この相違によって光パルスの波長を制御する波長フィルタ（この発明の実施形態の第1のMLLD装置にあっては、縦モードフィルタリング素子が相当する。）の挿入位置に違いが生じる。すなわち、波長フィルタは、この発明の実施形態の第1のMLLD装置においては縦モードを決定する光共振器の外部に置かれるのに対して、非特許文献1及び6に開示されているリング共振器型モード同期レーザにおいては、縦モードを決定するリング共振器の内部に置かれている。
【００９５】
また、MLLD 10を光共振器の一種であるとの観点に立てば、この発明の実施形態の第1のMLLD装置は、非特許文献1及び6に開示されたリング共振器型モード同期レーザにおけるファブリ・ペロ共振器をMLLD 10に置き換えた構成であると見ることもできる。しかしながら、先に述べたように、非特許文献1及び6に記載された波長フィルタと、この発明の構成要素である縦モードフィルタリング素子20の果す機能は異なっている。更には以下に述べる理由によって、この発明の実施形態の第1のMLLD装置と非特許文献6に開示されているリング共振器型モード同期レーザとの間には基本的な技術上の差異が存在する。
【００９６】
すなわち、非特許文献6に開示されているリング共振器型モード同期レーザにおけるファブリ・ペロ共振器は、それ自体光パルスの時間幅等の特性を決定する因子とならないのに対して、この発明の実施形態の第1のMLLD装置におけるMLLD 10は、それ自身が光パルスの時間幅等の特性を決定する因子となる。更にモード同期動作を支配する光強度変調器における多重変調効果が、非特許文献6に開示されているリング共振器型モード同期レーザにおいては、光強度変調器を含むリング共振器全体を共振器としてみたときの多重変調効果であるのに対して、この発明の実施形態の第1のMLLD装置においては、MLLD 10単体を光共振器としてみたときの多重変調効果である点が相違する。
【００９７】
以上説明した様に、非特許文献1及び6に開示されているリング共振器型モード同期レーザと、この発明の実施形態の第1のMLLD装置とでは、その動作メカニズムが相違する。また、以下に説明するこの発明の第2及び第3のMLLD装置における動作メカニズムは、この発明の実施形態の第1のMLLD装置における動作メカニズムと同一である。従って、上述した非特許文献1及び6に開示されているリング共振器型モード同期レーザの動作メカニズムと、後述するこの発明の第2及び第3のMLLD装置の動作メカニズムとの相違点も共通するので重複する説明を省略する。
【００９８】
＜第2のMLLD装置＞
図3を参照して、この発明の実施形態の第2のMLLD装置の構成及びその動作について説明する。図3は、この発明の実施形態の第2のMLLD装置の概略的構成図である。この発明の実施形態の第2のMLLD装置と上述した第1のMLLD装置との相違は、MLLD 10に帰還させる単色連続波光を生成する部分の構成にある。
【００９９】
この発明の実施形態の第2のMLLD装置においては、MLLD 10に帰還させる単色連続波光を生成するため、以下に説明するように光サーキュレータが利用される。このような構成としたために、単色連続波光を生成する原料となる光パルス列が出力されるMLLD 10端面と、単色連続波光が入力されるMLLD 10の端面とは同一の端面が使われる。
【０１００】
この発明の実施の形態の第2のMLLD装置は、MLLD 10と、第1ポート70-1、第2ポート70-2及び第3ポート70-3を有する光サーキュレータ70と、縦モードフィルタリング素子20とを具えて構成される。
【０１０１】
第2のMLLD装置において、単色連続波光をMLLD 10に帰還させるための光経路は、光サーキュレータ70と、縦モードフィルタリング素子20と、光増幅器22と、偏波面コントローラ24とを具えて構成される。光増幅器22と、偏波面コントローラ24とを、単色連続波光をMLLD 10に帰還させるための光経路中に挿入することの利点は、上述したこの発明の実施の形態の第1のMLLD装置における場合と同様であるのでその説明を省略する。また、MLLD 10の構成及びそのモード同期動作の方式についても同様であるのでその説明を省略する。更に、光アイソレータ等、第1のMLLD装置と共通する構成要素についてもその説明を省略する。
【０１０２】
光サーキュレータ70は、第1ポート70-1からMLLD 10の一方の端面44Rから出力される光パルス列29が入力されて第2ポート70-2から光パルス列71として出力される。第2ポート70-2から出力された出力光71は、偏波面コントローラ24及び光増幅器22を介して光パルス列23に変換されて縦モードフィルタリング素子20に入力される。
【０１０３】
光パルス列23は、縦モードフィルタリング素子20に入力されて、MLLD 10の縦モードから1つの縦モード成分のみがフィルタリングされて切り出されることによって単色連続波光21に変換されて出力される。
【０１０４】
この発明の実施の形態の第2のMLLD装置は、この単色連続波光21が光サーキュレータ70の第3ポート70-3に入力されて、第1ポート70-1から単色連続波光71が出力されてMLLD 10の一方の端面44Rに入力される構成とされており、MLLD 10の他方の端面44Fから出力される光パルス列13を外部に向けて取り出される光パルス列とする構成とされている。
【０１０５】
この発明の第1のMLLD装置と第2のMLLD装置との相違点は、第2のMLLD装置において光サーキュレータ70が使われている点である。光サーキュレータ70は光アイソレータとしての機能も併せ持っているので、第1のMLLD装置で用いられた光アイソレータ26に相当する素子を必要としない。
【０１０６】
また、光サーキュレータ70を利用して単色連続波光をMLLD 10に帰還させる構成とされているため、連続波光を生成するための原料である光パルス列29を取り出す端面44Rと、単色連続波光71をMLLD 10に帰還させるために入力させる端面44Rとを同一端面とすることができる。その結果、外部に向けて取り出される光パルス列と、MLLD 10のモード同期動作の制御のために利用される制御光として利用する光パルス列とを光分岐器等で分割する必要がない。すなわち、第1のMLLD装置の光分岐器において発生する光強度損失が、第2のMLLD装置においては、外部に向けて取り出される光パルス列とモード同期動作の制御のために利用される制御光とのいずれにおいても発生しないという利点がある。
【０１０７】
光サーキュレータ70を利用する構成とすることによって、光分岐器において発生する光強度損失の影響をなくすことが可能となるので、外部に向けて取り出される光パルス列の強度の増大、更にはモード同期動作の制御のために利用される単色連続波光の強度の増大が図られる。また、モード同期動作の制御のために利用される制御光の光損失が少ない分、光増幅器22の増幅率を低く設定することが可能となり、MLLD装置の駆動に必要とされる消費電力を小さくすることが可能となる。
【０１０８】
＜第3のMLLD装置＞
図4を参照して、この発明の実施形態の第3のMLLD装置の構成及びその動作について説明する。図4は、この発明の実施形態の第3のMLLD装置の概略的構成図である。この発明の実施形態の第3のMLLD装置と上述した第2のMLLD装置とは、連続波光を生成するための原料である光パルス列を取り出す端面と、単色連続波光をMLLD 10に帰還させるために入力させる端面とを同一の端面とする構成である点で共通する。
【０１０９】
このため、第2のMLLD装置が有する、外部に向けて取り出される光パルス列と、MLLD 10のモード同期動作の制御のために利用される制御光として利用する光パルス列とを光分岐器等で分割する必要がないという特長が第3のMLLD装置においても共通する。従って、第2のMLLD装置と同様に、第3のMLLD装置も、光分岐器において発生する光強度損失が、外部に向けて取り出される光パルス列とモード同期動作の制御のために利用される制御光とのいずれにおいても発生しないという利点がある。
【０１１０】
この発明の実施の形態の第3のMLLD装置は、MLLD 10と、縦モードフィルタリング素子20とを具えて構成される。
【０１１１】
縦モードフィルタリング素子20は、回折格子によって構成するのが好適であり、第3のMLLD装置では回折格子72が使われている。この回折格子72には、MLLD 10の一方の端面44Rから出力される光パルス列29が光増幅器22及び偏波面コントローラ24を介して入力される。すなわち、光パルス列29は光増幅器22で増幅されて光パルス列23となり、光パルス列23は偏波面コントローラ24に入力されて光パルス列73に変換されて回折格子72に入力される。
【０１１２】
回折格子72に入力された光パルス列73は、MLLD 10の縦モードから1つの縦モード成分のみがフィルタリングされて切り出されることによって単色連続波光75に変換されて反射される。
【０１１３】
この発明の実施の形態の第3のMLLD装置は、この単色連続波光75が偏波面コントローラ24に入力されて単色連続波光77が出力され、単色連続波光77は光増幅器22に入力されて単色連続波光23が出力される構成となっている。この単色連続波光23が、光パルス列29が出力された端面44RからMLLD 10に入力されるように構成されており、外部に向けて取り出される光パルス列13は、MLLD 10の他方の端面44Fから出力される構成とされている。
【０１１４】
回折格子72は、光パルス列73が入力されてMLLD 10の縦モードのうちの1つを切り出して反射する特性を有する。従って、回折格子72は、第1及び第2のMLLD装置における縦モードフィルタリング素子20と同種の働きをする素子である。しかしながら、縦モードフィルタリング素子20は透過型の素子であるのに対して、回折格子72は反射型の素子である。そこで、上述の図2(A)〜(C)を参照した縦モードフィルタリング素子の機能の説明は、図2(B)を、縦モードフィルタリング素子の波長反射特性を示す図であると読み替えることによって、回折格子72の機能の説明としてそのまま成立する。
【０１１５】
回折格子72は、光ファイバに周期的な屈折率分布構造を形成して作成される光ファイバブラッグ格子を適宜利用することができる。また、誘電体多層膜によって構成される反射型の波長フィルタを適宜利用することもできる。
【０１１６】
一般的に、誘電体多層膜や回折格子を用いて構成される波長フィルタは、その透過帯域もしくは反射帯域が狭くなるほど、製造するために高度な技術が要請され、高価な素子となる。この中にあって光ファイバブラッグ格子は例外である。すなわち、透過帯域もしくは反射帯域を狭く設定することに対して高い製造技術が求められることがない。そのため、光ファイバブラッグ格子によれば、安価であって、透過帯域もしくは反射帯域の狭い波長フィルタ素子を実現することが可能である。
【０１１７】
一方、光ファイバブラッグ格子を波長フィルタ素子として構成した場合の難点は、透過帯域もしくは反射帯域の中心波長の可変性がほとんどない点である。すなわち、光ファイバブラッグ格子にあっては、反射帯域の中心波長の可変量は1 nm以下でしかない。しかしながら、MLLD装置をWDM光通信システムに利用する場合を想定した場合、WDM光通信システムで利用される光パルスの波長には任意性がほとんどない。すなわち、WDM光通信システムで利用される光パルスの波長は、国際電気通信連合(ITU: International Telecommunication Union)等の標準化委員会で定められた所定の波長に限定される。
【０１１８】
このような状況を鑑みると、WDMの技術を利用するRZフォーマットの光パルス信号による光通信を実現するに際しては、光パルス列生成装置に対して必ずしも連続的な波長可変特性が要請されることはない。すなわち、ITU等で定められた所定の波長の光パルス列を生成して出力するMLLD装置を提供すればよく、この場合には、固定された波長に対応する安価な光ファイバブラッグ格子を複数個用意すれば足りる。従って、この発明の第3のMLLD装置をこのような用途に利用することを想定すると、安価な光ファイバブラッグ格子によって縦モードフィルタリング素子を実現することが可能であるので、それだけ安価に光パルス列生成装置として供給が可能となる。
【０１１９】
この発明の第3のMLLD装置によれば、光ファイバブラッグ格子自体は安価な素子であるので、反射帯域の中心波長の異なる複数のITU等で定められた所定の波長に対応する光ファイバブラッグ格子を用意しておき、必要に応じて光ファイバブラッグ格子を交換することによって、生成する光パルス列の波長を選択することができる。すなわち、光ファイバブラッグ格子以外の構成部品を共通のプラットフォームとするこの発明の第3のMLLD装置を具える光通信システムを構築すれば、ITU等で定められた所定の波長の範囲内で適宜光パルス信号の波長の変更が可能であるシステムを実現することができる。
【０１２０】
従って、この発明の第3のMLLD装置を具える光通信システムによれば、WDMのチャンネル数に対応て、それぞれ仕様の異なる光パルス列生成装置を用意することによる在庫コストの増大を抑制することが可能となる。
【０１２１】
＜MLLD＞
この発明の第1〜第3のMLLD装置に利用されるMLLD 10は、上述の能動モード同期半導体レーザのみならず、受動モード同期半導体レーザ並びにこれらを併用したハイブリッドモード同期半導体レーザの何れでも良い。受動モード同期半導体レーザを利用すれば、能動モード同期半導体レーザにおいて必要とされた光変調器領域に電流あるいは電圧を供給する電源が必要ない。このため、MLLD装置が具えるモード同期半導体レーザを、電源等の電子デバイスの速度制限を越えた高い繰り返しでモード同期動作させることが可能となる。すなわち、受動モード同期半導体レーザを利用すれば、電源等の電子デバイスの速度制限を越えた高い繰り返し周波数の光パルス列を生成するMLLD装置を実現することが可能となる。
【０１２２】
また、上述したMLLD 10の光変調器領域の屈折率の変調に、プラズマ効果あるいはポッケルス効果を用いる例を示したが、バンドフィリング効果や、量子サイズ効果である量子閉じ込めシュタルク効果を利用して、光変調器領域の屈折率を変調することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】この発明の実施形態の第1のMLLD装置の概略的構成図である。
【図２】縦モードフィルタリング素子の機能の説明に供する図であり、（A)は光パルス列の縦モードを示す図であり、(B)は縦モードから1つの縦モード成分のみを切り出すために求められる縦モードフィルタリング素子の波長透過特性の説明に供する図であり、(C)は縦モードから切り出された1つの縦モードを示す図である。
【図３】この発明の実施形態の第2のMLLD装置の概略的構成図である。
【図４】この発明の実施形態の第3のMLLD装置の概略的構成図である。
【符号の説明】
【０１２４】
10：集積型MLLD
12、28：結合レンズ
14、26：光アイソレータ
18：光分岐器
20：縦モードフィルタリング素子
22：光増幅器
24：偏波面コントローラ
30：発熱・吸熱素子
32：温度モニタ
34：温度コントローラ
36：バイアス電源
38：第1電源
40：第2電源
42：第3電源
50：光導波路
52：第1クラッド層
54：第2クラッド層
56：光変調器領域（モードロッカー）
58：利得領域
60：受動導波路領域
62：光変調器領域の電極
64：利得領域の電極
66：共通電極
68：受動導波路領域の電極
70：光サーキュレータ
72：回折格子
【図１】
2010010315.tif 000003
【図２】
2010010315.tif 000004
【図３】
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【図４】
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