(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
順方向電流が注入されている半導体光増幅部に信号光を入射させ、この半導体光増幅部で増幅された信号光を出射する半導体光増幅器において、ゲイン領域にある波長域の短波長側か長波長側の少なくとも一つの波長の光を雑音抑圧光とし、この雑音抑圧光を前記信号光に重畳させて前記半導体光増幅部に入射させ、この半導体光増幅部から出射される出射光より一部の光を分離して取り出した分離光を光・電気変換回路に入力して電気信号に変換し、この電気信号を雑音抑圧光用の光源の駆動回路を制御する駆動回路制御部に帰還し、前記分離光のパワが一定となるように前記駆動回路を制御することを特徴とする半導体光増幅器。
【請求項２】
前記半導体光増幅部で増幅された信号光を逆方向電圧が印加されている半導体可飽和吸収部に導き、この半導体可飽和吸収部で前記増幅された信号光に含まれている雑音を低減し、この半導体可飽和吸収部から出射される出射光より一部の光を分離して取り出すようにしたことを特徴とする請求項１記載の半導体光増幅器。
【請求項３】
前記出射光より雑音抑圧光のみを波長分離して取り出すことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体光増幅器。
【請求項４】
前記出射光より取り出した分離光を光・電気変換回路に入力して電気信号に変換し、この電気信号を前記半導体光増幅部の順方向注入電流を制御する注入電流制御部に帰還し、
前記分離光のパワが一定となるように前記注入電流を制御することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の半導体光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体光増幅部に順方向電流を注入して信号光を増幅する利得部として作用させる半導体光増幅器に係り、特に、信号光パワへの依存度の少ない、低雑音特性を持った半導体光増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体光増幅器の雑音特性を改善する構造として、図７に示す構造のものが提案されている（特開平３−５０８８４号）。これは半導体光増幅器が半導体光増幅部（以下、光増幅部という）１０３と半導体可飽和吸収部（以下、可飽和吸収部という）１０５とからなり、光増幅部１０３には順方向電流１０２を注入して信号光１０１−１を増幅する利得部として作用させ、可飽和吸収部１０５には逆方向電圧１０４を印加して前記増幅された信号光に含まれている自然放出光による雑音を低減させ、結果的に、出射される増幅された信号光１０１−２の雑音特性を改善するようにしたものである。即ち、可飽和吸収部１０５のない半導体光増幅器（光増幅部１０３のみのもの）では、信号光パワが大きいときには誘導放出が強く起こり、相対的に自然放出光は抑制されるが、信号光パワが小さいときには自然放出光が抑制されないので、自然放出光による雑音が問題となっていた。これに対し、図７のように可飽和吸収部１０５を付加した構成では、信号光パワが小さいときの自然放出光による雑音を低減することが可能になる。
【０００３】
また、非線形光学効果を用いた高速の全光機能素子の実現に向けて図８に示すような半導体光増幅器を用いた可飽和吸収動作の高速化方法が提案されている（宇佐見他：半導体光増幅器を用いた可飽和吸収動作の高速化；光学、Vol.27、No.3号、pp.148-pp.149 、1998）。これは、信号光１１１より長い波長のアシスト光１１２を合波器１１３で合波して半導体光増幅器（ＳＯＡ）１１４へ入射させることによって、吸収励起によって生成したキャリアに誘導放出を生じさせ、キャリア寿命時間の短縮化を行う方法である。即ち、半導体光増幅器１１４に少量の注入電流を流しておき、アシスト光１１２として利得が０の波長の光を照射する。この状態で信号光としてロス領域の波長のパルスを入射させると、その吸収により内部のキャリア密度が上昇し信号光の吸収係数が減少し、アシスト光に利得が生じ誘導放出が起こる。その結果、生成キャリアは誘導放出光として半導体光増幅器１１４から高速に除去される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の図７の半導体光増幅器には、次のような問題点がある。
【０００５】
（１）信号光パワが小さいときの雑音はある程度改善されるが、利得は逆に可飽和吸収部によって低下してしまい、結果的に信号対雑音比を大幅に改善することは難しく、信号光パワに依存して変化する。
【０００６】
（２）雑音特性が信号光パワに依存して変化する。
【０００７】
（３）半導体光増幅器の動作状態を常時モニタすることができない。
【０００８】
（４）増幅された信号光パワを一定に制御することができない。
【０００９】
また、図８の構成は、光パルス信号のスイッチングや雑音除去や波形整形に関するものであり、光増幅器の実現を目指したものではない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、信号光パワへの依存度の少ない、低雑音特性を持った半導体光増幅器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、順方向電流が注入されている半導体光増幅部に信号光を入射させ、この半導体光増幅部で増幅された信号光を出射する半導体光増幅器において、ゲイン領域にある波長域の短波長側か長波長側の少なくとも一つの波長の光を雑音抑圧光とし、この雑音抑圧光を前記信号光に重畳させて前記半導体光増幅部に入射させ、この半導体光増幅部から出射される出射光より一部の光を分離して取り出した分離光を光・電気変換回路に入力して電気信号に変換し、この電気信号を雑音抑圧光用の光源の駆動回路を制御する駆動回路制御部に帰還し、前記分離光のパワが一定となるように前記駆動回路を制御するものである。
【００１２】
前記半導体光増幅部で増幅された信号光を逆方向電圧が印加されている半導体可飽和吸収部に導き、この半導体可飽和吸収部で前記増幅された信号光に含まれている雑音を低減し、この半導体可飽和吸収部から出射される出射光より一部の光を分離して取り出すようにしてもよい。
【００１３】
前記出射光より雑音抑圧光のみを波長分離して取り出してもよい。
【００１５】
前記出射光より取り出した分離光を光・電気変換回路に入力して電気信号に変換し、この電気信号を前記半導体光増幅部の順方向注入電流を制御する注入電流制御部に帰還し、前記分離光のパワが一定となるように前記注入電流を制御してもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１に示されるように、本発明に係る半導体光増幅器は、信号光１−１が入射され、かつ順方向電流２が注入されている半導体光増幅部（光増幅部）３と、この光増幅部３で増幅された信号光が導入され、かつ逆方向電圧４が印加されている半導体可飽和吸収部（可飽和吸収部）５と、ゲイン領域にある波長域の短波長側か長波長側の少なくとも一つの波長の光を雑音抑圧光６−１として発生する光源でありその駆動回路である電気・変換回路（Ｅ／Ｏ変換器）７と、この雑音抑圧光６−１を前記信号光１−１に重畳させて光増幅部３に入射させる雑音抑圧光重畳手段（ＷＤＭカプラ）８と、可飽和吸収部５から出射される出射光９−２より雑音抑圧光６−２のみを波長分離して取り出す出射光分離手段（ＷＤＭカプラ）１０と、取り出した分離光（ここでは雑音抑圧光）６−２を入力して電気信号に変換する光・電気変換回路（Ｏ／Ｅ変換器）１１とを備えている。
【００１８】
光増幅部３には、しきい値電流以下の順方向電流（Ｉｋ）２が注入されており、可飽和吸収部５には逆方向電圧（−Ｖｋ）４が印加されている。そして、光増幅部３に信号光１−１と雑音抑圧光６−１とが共に入射される。ここで、信号光１−１には、図２に示す信号光波長領域の中から１波を用いる場合や波長λ1 からλｍを用いて波長多重されている場合があるが、これらの信号光１−１の波長は光増幅部３のゲイン領域の波長域から選ばれる。雑音抑圧光６−１は、光源であるＥ／Ｏ変換器７から出力された波長λｒの光であり、ＷＤＭカプラ８を介して信号光１−１に重畳されて光増幅部３に入射される。この雑音抑圧光６−１は、図２に示すようにゲイン領域にある波長域の短波長側か長波長側かのどちらかが選ばれる。即ち、信号光１−１はゲインが平坦な波長域から選ばれるのに対して、雑音抑圧光６−１はゲインが平坦でない、いわゆる小さなゲイン領域の波長域から選ばれる。ただし、この雑音抑圧光６−１のパワは、信号光１−１のパワが小さいときの雑音を抑圧するように、できる限り大きい値に選ばれる。
【００１９】
信号光１−１のパワが大きいときには、信号光が光増幅部３で高い利得に増幅され、雑音も低い。雑音抑圧光６−１が入射されることにより、信号光の利得は若干、雑音抑圧光に奪われてしまうが、雑音は十分に低くなり、その後、可飽和吸収部５を通ることによって、雑音成分（信号光に含まれている雑音及び自然放出光による雑音）はさらに低くなる。一方、信号光１−１のパワが小さいときには、もし雑音抑圧光６−１がなければ自然放出光による雑音が大きく目立つが、雑音抑圧光６−１が入ることによって、光増幅部３での自然放出光による雑音が抑圧され、その後、可飽和吸収部５を通ることによって雑音がさらに抑圧されることになり、結果的に、信号光のパワが小さい状態から大きい状態にわたって低雑音特性を実現することができる。
【００２０】
可飽和吸収部５の出力側には雑音抑圧光６−２のみを波長分離して取り出すＷＤＭカプラ１０が設けられているので、このＷＤＭカプラ１０のもう一方の出力側より、増幅された信号光１−２のみが取り出される。
【００２１】
次に、本発明の第二の実施形態を説明する。
【００２２】
図３に示した半導体光増幅器は、図１の構成に加えて、雑音抑圧光用の光源の駆動回路を制御する駆動回路制御部１２が設けられ、可飽和吸収部５の出射光９−２より波長分離して取り出した雑音抑圧光６−２を光・電気変換回路１１に入力して電気信号に変換し、その電気信号を駆動回路制御部１２に帰還し、雑音抑圧光６−１のパワを制御するようになっている。この構成により、ＷＤＭカプラ１０で取り出される雑音抑圧光６−２のパワが一定となるように、駆動回路であるＥ／Ｏ変換器７を制御することによって、半導体光増幅器の増幅利得を監理することができる。
【００２３】
次に、本発明の第三の実施形態を説明する。
【００２４】
図４に示した半導体光増幅器は、図１の構成に加えて、可飽和吸収部５から出射される出射光９−２を分岐することにより、信号光と雑音抑圧光とを含めた出射光９−２のパワの一部を分離して取り出す出射光分離手段（カプラ）１３と、このカプラ１３で取り出した分離光を電気信号に変換する光・電気変換回路１４と、光増幅部３の順方向注入電流２を制御する注入電流制御部１５とが設けられ、可飽和吸収部５の出射光９−２より取り出した分離光９−３を光・電気変換回路１４に入力して電気信号に変換し、その電気信号を注入電流制御部１５に帰還し、注入電流２を制御するようになっている。この構成により、信号光と雑音抑圧光とを含めた出射光９−２のパワの一部をカプラ１３で分岐して取り出した分離光９−３を光・電気変換回路１４に入力し、この光・電気変換回路１４から出力される電気信号で注入電流制御部１５を操作し、光増幅部３への注入電流２を調節して光増幅部３の利得を変えることにより、カプラ１３から取り出される分離光９−３のパワが一定となるように制御し、カプラ１３のもう一方の出力側より取り出される信号光１−２のパワを制御することができる。
【００２５】
また、図４に破線で示したように、光・電気変換回路１４から出力される電気信号を、図３の構成で用いた駆動回路制御部１２に帰還することにより、雑音抑圧光６−１のパワを制御して半導体光増幅器の増幅利得を監理するようにしてもよい。
【００２６】
図５は、本発明の半導体光増幅器と従来の半導体光増幅器との、入力パワと信号対雑音比との関係を示したものである。図中、「従来の範囲」は従来の半導体光増幅器に入力するパワの変化範囲を示し、「本発明の範囲」は本発明の半導体光増幅器に入力するパワの変化範囲を示している。従来の半導体光増幅器では、入力パワ（＝信号光パワ）が「従来の範囲」内で変化するので、信号対雑音比が大きく変化していたが、本発明の半導体光増幅器では、雑音抑圧光を重畳したことにより、トータル入力パワ（信号光バワと雑音抑圧光パワとの総和）が増大し、その結果、信号光パワが従来と同じ範囲内で変化してもトータル入力パワが「本発明の範囲」内で変化するので、信号対雑音比の変化を小さく抑えることができる。
【００２７】
図６は、本発明の半導体光増幅器の光増幅部と可飽和吸収部との垂直断面構造を示したものである。図示のように、半導体光増幅器は、光増幅部３と可飽和吸収部５とが電極分離溝６１で互いに分離され、光増幅部３にはしきい値電流以下の順方向電流（Ｉｋ）が注入され、可飽和吸収部５には逆方向電圧（−Ｖｋ）が印加されている。この半導体光増幅器は、光増幅部３及び可飽和吸収部５の電極６２−１，６２−２、電極直下のＩｎＧａＡｓＰコンタクト層（ここまでが電極分離溝で分離されている）６３、ＩｎＰ（ｐ）クラッド層６４、ＩｎＧａＡｓＰの活性層６５、ＩｎＰ（ｎ）クラッド層６６、ＩｎＰ（ｎ+ ）基板６７、下面電極６８を積層してなる。光増幅部３及び可飽和吸収部５の端面には無反射コーティング層６９−１，６９−２が施されている。信号光１−１及び雑音抑圧光６−１からなる入射光９−１は、活性層６５の無反射コーティング層６９−１が施された端面に入射され、出射光９−２は、活性層６５の無反射コーティング層６９−２が施された端面より出射される。
【００２８】
なお、光増幅部３及び可飽和吸収部５の活性層６５は、多重量子井戸構造あるいはバルク活性層構造で構成してもよい。また、基板はＧａＡｓ系などを用いることができる。
【００２９】
本発明は、これまで説明した各実施形態に限定されるものではない。例えば、図１、図３又は図４の構成において、可飽和吸収部５を持たない構成とし、光増幅部３に信号光１−１と雑音抑圧光６−１とを重畳させて入射させ、光増幅部３から増幅された信号光を出射させてもよい。このような構成では、信号光を可飽和吸収部５に通さないので、利得の低下を少なくして雑音特性を改善することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３１】
（１）雑音特性を信号光パワにほとんど依存させずに小さく抑えることができる。
【００３２】
（２）信号対雑音比を信号光パワにほとんど依存させずに小さく抑えることができる。
【００３３】
（３）半導体光増幅器の動作状態を常時モニタすることができる。
【００３４】
（４）増幅された信号光パワを一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態を示す半導体光増幅器の構成図である。
【図２】本発明の光増幅部の波長に対する利得の特性図である。
【図３】本発明の第二の実施形態を示す半導体光増幅器の構成図である。
【図４】本発明の第三の実施形態を示す半導体光増幅器の構成図である。
【図５】半導体光増幅器における入力パワに対する信号対雑音比の特性図である。
【図６】本発明の半導体光増幅器の垂直断面構造図である。
【図７】従来の半導体光増幅器の構成図である。
【図８】従来の半導体光増幅器応用技術の構成図である。
【符号の説明】
１−１、１−２  信号光
２  順方向電流
３  半導体光増幅部（光増幅部）
４  逆方向電圧
５  半導体可飽和吸収部（可飽和吸収部）
６−１、６−２  雑音抑圧光
７  電気・変換回路（Ｅ／Ｏ変換器）
８  雑音抑圧光重畳手段（ＷＤＭカプラ）
１０  出射光分離手段（ＷＤＭカプラ）
１１、１４  光・電気変換回路（Ｏ／Ｅ変換器）
１２  駆動回路制御部
１３  出射光分離手段（カプラ）
１５  注入電流制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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