(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ送信機であって、このレーザ送信機が、
デジタル光出力信号をＮ個の異なる縦モードの任意の一つにて光ファイバに供給するための調節可能なレーザ源を含み、このレーザ源が
ＭＱＷのアクティブ領域、該アクティブ領域に光学的に結合されたこれがレージングする縦モードの公称波長を選択するＤＦＢ領域、および該アクティブ領域に光学的に結合されたレーザ出力信号が出ることを許す第１の導波路を含む利得セクション、および
該第１の導波路の一端に光学的に結合された該ＤＦＢ領域との間で空胴共振器を形成する合成反射器を含み、この合成反射器が、該ＭＱＷのアクティブ領域に光学的に結合されたＭＱＷの第２の領域、一端が該第１の導波路に光学的に結合された第２の導波路、および該第２の導波路の他端の所に配置された比較的高い反射率を持つ誘電層を含み、このレーザ源がさらに
該MQWの第２の領域に調整電圧を加えることでこの中に量子拘束シュタルク効果を誘引し、これによって該出力信号の搬送周波数をＮ個のWDMチャネルに渡って変化させるためのチューナ手段、および該アクティブ領域にドライブ電流を加えるドライバ手段を含み、
該Ｎ個の縦モードが本質的に同一の閾値利得を持ち、かつ該第１の導波路が延びる、該ＤＦＢ領域の一部分がＮ個のゾーンにセグメント化されるように、該アクティブ領域に加えられる電流と該第１の導波路の形状とが互いに適合されており、各ゾーンが光信号光フィードバックを該複数の縦モードの異なる一つに対応する一つの異なる波長にて供給しており、このレーザ源がさらに
光ファイバの非線形性及び色分散に関連する信号歪みを低減するのに有効なプレチャープ電圧信号を該ＭＱＷの第２の領域に加えるプレチャープ源を含むことを特徴とするレーザ送信機。
【請求項２】
該プレチャープ信号の波形が、該送信機によって該ファイバに供給される入力電力、ファイバのタイプ、および該ファイバの平均分散によって決定され、該プレチャープ信号の周波数が、該出力信号のビット速度のオーダとされることを特徴とする請求項１のレーザ送信機。
【請求項３】
該プレチャープ信号が、該搬送周波数に変化を該出力信号のビット期間の時間スケールにて引き起こすことを特徴とする請求項１のレーザ送信機。
【請求項４】
さらに、該出力信号上にデジタル信号を印加する変調器を含むことを特徴とする請求項１のレーザ送信機。
【請求項５】
該変調器が該レーザ源と一体化された電子吸収変調器であることを特徴とする請求項４のレーザ送信機。
【請求項６】
該第１の導波路の部分が次式によって定義されるライズドサイン関数（二乗正弦関数）に従う形状を持つことを特徴とする請求項１のレーザ送信機。
【数１】
0003634165.tif 000007
【請求項７】
該アクティブ領域がセグメント化されていない単一の領域から成り、さらに、該ドライブ電流をこの領域に実質に一様に加えるセグメント化されていない単一の電極が含まれることを特徴とする請求項１のレーザ送信機。
【請求項８】
ＷＤＭ光システムであって、このシステムが
自身に結合されるレーザ信号内に非線形を示しかつ色分散を生成する光ファイバ、および該光網に結合された光出力信号をこのＷＤＭシステムのＮ個のチャネルに対応するＮ個の異なる縦モードの任意の一つにて供給する調節可能なレーザ源を含み、このレーザ源が
セグメント化されていない単一のＩｎＧａＡｓＰ  ＭＱＷのアクティブ領域、該アクティブ領域に光学的に結合されたこれがレージングする縦モードの公称波長を選択するための一様ピッチの格子を含むＤＦＢ領域、該アクティブ領域に光学的に結合された第１のＩｎＧａＡｓＰ導波路、および該第１の導波路の一端に光学的に結合されたレーザ出力信号が出ることを許す比較的低い反射率を持つ第１の誘電体反射器を含む利得セクション、および
該第１の導波路の他端に光学的に結合された該ＤＦＢ領域との間に空胴共振器を形成する合成反射器を含み、この合成反射器が、該ＭＱＷのアクティブ領域に光学的に結合されたＩｎＧａＡｓＰの第２の領域、一端が該第１の導波路に光学的に結合された第２のＩｎＧａＡｓＰ導波路、および該第２の導波路の他端に光学的に結合された比較的高い反射率を持つ第２の誘電層反射器を含み、
該第１の導波路が、第１の部分と、第１の部分を該合成反射器に光学的に結合する第２の部分とを含み、該第１の部分の形状が本質的に次式のライズドサイン関数に対応し、
【数２】
0003634165.tif 000008
該第２の部分の形状が本質的に次式の直線関数に対応し、
【数３】
0003634165.tif 000009
このレーザ源がさらに
該ＭＱＷの第２の領域に電圧を加えることでこの中に量子拘束シュタルク効果を誘引し、これによって該出力信号の搬送周波数を変化させるチューナ手段、および該第１の導波路に光学的に結合された該アクティブ領域の少なくとも幾つかのセクションにドライブ電流を加えるためのドライバ手段を含み、このドライバ手段が、電流を該アクティブ領域に実質的に一様に加えるセグメント化されていない単一の電極を含み、
該アクティブ領域に加えられる電流と該第１の導波路の形状が互いに該Ｎ個の縦モードが本質的に同一の閾値利得を持ち、かつ、該ＤＦＢ領域の該第１の導波路がその間を延びる部分がＮ個のゾーンにセグメント化されるように適合され、各ゾーンが光フィードバックを、該複数の縦モードの異なる一つおよび該Ｎ個のチャネルの異なる一つに対応する異なる波長にて供給し、このレーザ源がさらに、このレーザ源と一体化された該出力信号上にデジタル信号を印加する電子吸収変調器、および
光ファイバの非線形性および色分散に関連する、該ファイバ内で発生する該出力信号の歪みを低減するのに有効なプレチャープ信号を該ＭＱＷの第２の領域に加えるプレチャープ源を含み、該プレチャープ信号の波形が該送信機によって該ファイバに供給される入力電力、ファイバのタイプ、および該ファイバの平均分散によって決定され、該プレチャープ信号の周波数が該出力信号のビット速度のオーダとされ、該プレチャープ信号が該搬送周波数に変化を該出力信号のビット期間の時間スケールにて引き起こすことを特徴とするＷＤＭ光システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連する特許出願】
本出願は、「Ｂｒｏａｄｂａｎｄ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ」なる名称の米国特許出願第０８／９５４３０５号、「広帯域光ネットワーク内でのサブキャリア多重」なる名称の平成１０年特許願第２９７９５２号、および「刺激ブリユアン散乱（ＳＢＳ）を低減するのに有効なレーザ送信器」なる名称の平成１０年特許願第２９７９５３号と同時に出願されているため、これら特許出願についても参照されたい。
【０００２】
【発明分野】
本発明は、一般的には、レーザ送信機、より詳細には、光ファイバシステム内で発生する信号の歪みを低減するのに有効な広帯域で調節可能な半導体レーザ送信機に関する。
【０００３】
【従来の技術】
１９９２年、Ｄ．Ａ．Ｆｉｓｈｍａｎは、将来の光ファイバ伝送システムにおいては、無中継ファイバ区間の距離並びに容量を増加するためにファイバ増幅器が活用されるであろうこと、および色分散が大きな場合でも信号を無中継に長い区間に渡って伝送することが可能な外部変調で狭ライン幅の調節可能なＣＷレーザが採用されるであろうことを予測した。彼は、さらに、将来の技術目標は、分散ペナルティを低減することによる無中継区間の距離並びに容量の増加、光増幅器の改善、ファイバの非線形性に起因する様々な制約の解決に向けられるであろうことを示唆した。詳しくは、「Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」，  Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．４，第６２４頁乃至第６３２頁（１９９３）を参照されたい。
【０００４】
実際、現在でもファイバの非線形性および分散は、光ファイバ伝送システムにおける制約要因であり、この問題は、高ビット速度のデジタルシステムでは特に顕著である。これらはシステム内に信号の歪みを導入し、符号間干渉（ｉｎｔｅｒｓｙｍｂｏｌ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）が生成されたり、最大送信電力の低減、信号対雑音比の低減、無中継距離の低減等の原因になったりする。
【０００５】
Ｙ．Ｋｏｄａｍａらは、理論的な分析により、非ゼロ復帰（ｎｏｎ−ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｚｅｒｏ：ＮＲＺ）デジタル信号を適当に予めチャープピング（ｃｈｉｒｐｉｎｇ）する（あるいは先行的にひずませる（ｐｒｅ−ｄｉｓｔｏｒｔｉｎｇ）する）ことで、ファイバの幾らかの非線形性（例えば、自己位相変調）およびファイバの分散（例えば、線形効果）が両方とも相殺できることを示す。適正な先行ひずみは（どんな歪みを予め与えたらよいかは）、入力電力のレベル、ファイバの形式、および考慮の対象となるファイバリンクの平均分散に依存する。これに関しては、例えば、「ＯＦＣ’９６  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ」Ｐａｐｅｒ  Ｔｕ１６，第４８頁乃至第４９頁（１９９６）を参照されたい。ただし、Ｋｏｄａｍａらは、彼らの理論を実証する実際の送信機設計は示しておらず、このため、信号の歪みの低減を達成するための実際のプレチャープ波形も明らかにしていない。当分野における他の研究者は、（正の）線形性の問題を、例えば、ＤＦＢレーザと一体化された外部電子吸収（ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｅｌｅｃｔｒｏａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ、ＥＡ）変調器に適当なバイアス電圧を加えることによって達成される負の波長チャープにて解決することを試みる。これら設計におけるＥＡ変調器は、伝送信号内に、負の波長チャープと振幅変調の両方を導入するという二重の機能を果たす。これに関しては、例えば、Ｍｏｒｉｔｏ外の「ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ」Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．３，第４３１頁乃至４３３頁（１９９６）、およびＹ．Ｋ．Ｐａｒｋ外の「ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ」Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．９，第１２５５頁乃至１２５７頁（１９９６）を参照されたい。報告によると、これらデバイスは、パルスの立ち上がりエッジが赤方偏移し（つまり、波長が若干増加し）、パルスの立ち下りエッジが青方偏移する（つまり、波長が若干減少する）チャープドＮＲＺ出力信号を持つ。この方法では、１０Ｇｂ／ｓの速度にて、通常のファイバで１００ｋｍ〜１３０ｋｍの距離を分散ペナルティ無しに伝送できることが報告されてる。ただし、Ｍｏｒｉｔｏら、Ｐａｒｋらのいずれも、ファイバの非線形性の問題については触れていない。さらに、上述の二重の機能を持つＥＡ変調器には一つの問題がある。これは、プレチャーピングプロセスとデータ符号化プロセスは、各機能を独立して制御できなければ、両方とも最適化できないためである。例えば、非常に高い吸光率での符号化の場合、変調波形のパラメータ（例えば、振幅、電圧オフセットおよび形状）を、同時に、フレチャープ分散の補償に対して最適化することは、通常は、不可能である。
【０００６】
しかしながら、我々は、レーザ送信機の出力信号に適正な予備歪みを与えるように設計された（例えば、最適化された）プレチャープ波形を任意に生成することができれば、ファイバの非線形性および分散の両方の問題を解決でき、ファイバ伝送をさらに向上できるものと信じる。
【０００７】
【発明の概要】
本発明によるＷＤＭ光ファイバ伝送システム内で用いられるデジタルレーザ送信機は、広帯域調節可能な半導体レーザから構成される。この半導体レーザは、調整電圧およびプレチャープ信号が加えられる一体化された内部空胴合成反射器（ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を含む。調整電圧は、ＷＤＭチャネル間の波長の粗い調整のために用いられ、プレチャープ信号は、ファイバの非線形性および分散によって生成される信号の歪みを低減するために用いられる。これを達成するために、プレチャープ信号の波形が、ファイバへの入力電力のレベル、ファイバのタイプ、およびファイバの平均分散の関数として適合化される。加えて、プレチャープ信号の周波数は、レーザ出力信号のビット速度と同一のオーダとされる。つまり、プレチャープ波長の偏差（変動）は、送信機の出力信号のビット周期（つまりビットの継続間隔）の時間スケールにて制御される。
【０００８】
一つの好ましい実施例においては、この調節可能なレーザは、光出力信号を、Ｎ個の異なる縦モードの任意の一つにて、例えば、ＷＤＭシステムのＮ個のチャネルに対応する波長にて提供する。このレーザは、ＭＱＷのアクティブ領域、アクティブ領域によって生成された刺激放出（つまり、レーザ光）の公称波長を選択するためのＤＦＢ領域、およびアクティブ領域に光学的に結合されたレーザ出力信号が出るのを許す第１の導波路を含む。この調節可能なレーザは、第１の特徴として、第１の導波路の一端に結合された第２の合成反射器を含み、これによって、ＤＦＢ領域との間に空胴共振器が形成される。この第２の合成反射器は、ＭＱＷのアクティブ領域に光学的に結合されたＭＱＷの第２の領域、一端が第１の導波路に光学的に結合された第２の導波路、および第２の導波路の他端の所に配置された高い反射率を持つ誘電層を含む。レーザ光の搬送周波数を調整するために、調整電圧がＭＱＷの第２の領域に加えられ、これにより、量子拘束シュタルク効果（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｃｏｎｆｉｎｅｄ  Ｓｔａｒｋ  Ｅｆｆｅｃｔ、ＱＣＳＥ）を通じて、屈折率の変化が引き起こされる。ＭＱＷの第２の領域には、さらに、ＦＭ−ＳＣＭを利用するためにＦＭディザー信号が加えられる。同様に、空胴外電子吸収変調器も利得セクションにおいてＭＱＷのアクティブ領域に光学的に結合されたＭＱＷの第３の領域を持ち、情報信号とＡＭディザー信号をこのＭＱＷの第３の領域に加えることで、搬送波信号上に、それぞれ、情報とＡＭ−ＳＣＭが印加される。
本発明および本発明の様々な特徴および長所が、以下のより詳細な説明を付録の図面を参照しながら読むことによって一層明らかになるものである。
【０００９】
【発明の詳細な記述】
信号歪みの低減
図３に示すように、広帯域調節可能な半導体レーザ１０は、利得セクション１２と、これと一体化された内部空胴合成反射器セクション１４を含み、これらが互いにタンデムに配置される。電流ドライバ１６によって、電流を利得セクション１２に加えることで、出力信号２０が生成される。後により詳細に説明するように、バイアス源１８によって反射器セクション１４に加えられるＤＣ電圧は、レーザ内部空胴の光場の位相を制御することで、出力信号の搬送周波数（中心波長）を粗く調整するために用いられる。加えて、出力信号は、典型的には、内部においてこの信号が非線形性（例えば、自己位相変調）や分散による歪みを受ける傾向を持つ伝送媒体（図示しないが、例えば、シリカ光ファイバ）に結合される。本発明の一面によると、信号の歪みを低減する目的で、さらに、反射器セクション１４に、比較的高周波・低電圧のプレチャープ電圧が供給され、これにより、搬送波周波数を中心に比較的小さな波長のずれ（つまり、変動）が生成される。一般的には、このプレチャープ信号の波形は、送信機によってファイバに供給される入力電力、ファイバのタイプ（例えば、コア・クラッドの形状、ドーパント、ドーピング特性等）、およびファイバの平均分散の関数として決定される。任意の特定のシステム用途において用いる実際の波形は、光パルスが、非線形かつ分散性の媒体、例えば、シリカ光ファイバ内でどのうよう伝播するかを記述するシュレーディンガーの非線形方程式（Ｓｃｈｒｏｅｄｉｎｇｅｒ’ｓ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｅｑｕａｔｉｏｎｓ）を用いて計算する。これに関しては、例えば、Ｇ．Ｖ．Ａｇｒａｗｌの「Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃｓ」Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．，Ｂｏｓｔｏｎ，Ｓｅｃｔｉｏｎ２．３，第３４頁乃至第４４頁（１９８９）を参照されたい。加えて、プレチャープ信号の周波数は、デジタル用途における出力信号のビット速度と同一のオーダであること、つまり、波長の偏差（変動）は、ビット周期（つまり、ビットの継続期間）の時間スケールにて制御することが要求される。
【００１０】
プレチャープ信号の波形
図４乃至図６は、本発明の一つの実施例に従って分散の補償がいかに達成されるかを詳細に示す。特定の動作条件、デバイスパラメータ、およびシステム仕様は、単に解説を目的に示すものであり、特に明言されない限り、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【００１１】
図４は、特定の信号の歪みを持つことを特徴とする光ファイバデジタルシステム内で伝搬される１ｍＷの強度を持つ典型的な光ＮＲＺパルスを示す。パルスの継続期間τは、１Ｇｂ／ｓなるデータ速度に対応する１ｎｓとされる。１ｍＷなる発射電力とλｉなる搬送周波数での動作という条件が与えられた場合、このシステムに対して結果としての平均経路分散と非線形性を計算することができる。周知の数値シミュレーション技法（これについても上述のＡｇｒａｗｌによる著作のＳｅｃｔｉｏｎ２．４において示されている）を用いて、シュレーディンガーの方程式をこれら与えられた初期条件に対して解くことができる。加えて、これら方程式の解は、レーザ出力に対して、伝送信号の歪みを低減するために要求される必要なチャープ特性を決定する。図５は、このアプローチを用いて決定される一例としての理論的なチャープ特性（ｃｈｉｒｐ  ｐｒｏｆｉｌｅ）を示す。この図面は、１つのパルス期間（つまり、１ビット期間）の際の時間分解波長変動（例えば、±０．１ｎｍ）を示す。本発明による高速調節可能なレーザ送信機１０（図１乃至３）は、これら高速な波長変動を送信機の出力信号上に印加する能力を持つ。より具体的には、本質的に計算チャープ特性（図５）と同一特性を持つ適当な電圧波形（図５）を送信機１０の合成反射器セクション１４に加えることで、内部空胴のレーザ光（放射線）が（ＱＣＳＥを介して）位相変調され、これによって搬送波周波数が所望の量だけ変動される。後に例ＩＩとの関連で説明するように、本発明によるレーザ送信機は、５０ｐｓという短な時間ケールにて高速度にて波長をシフトする能力を持ち、この値は、図４のＮＲＺパルスの１ｎｓ（１０００ｐｓ）なるパルス期間より短い時間スケールにて波長の変動を制御することを要求する図５のチャープ特性に対する要件を優に満足する。勿論、この５０ｐｓという送信機の波長シフト速度は、分散を補償する目的で、さらに高いビット速度のシステムに用いることもできる（例えば、最大約２０Ｇｂ／ｓのシステムまで適用することができる）。
【００１２】
広帯域調整
次に、図１および図２との関連で、図３の広帯域調節可能なレーザ源１０の構造および動作についてより詳細に説明する。ただし、簡単のために、以下の説明においては、変調器４０については割愛する。より詳細には、レーザ源１０は、光出力信号２０を、異なる波長λｉ（ｉ＝１、２、．．．、Ｎ）を持つ複数のＮ個の縦モードの任意の一つとして生成する。出力信号２０は、例えば、ＷＤＭシステム（図示せず）の伝送軸２２に沿って伝播する。ここで考慮するシステムは、低速用途（例えば、網の再構成が頻繁でない用途）、並びに比較的高速要素（例えば、光パケット交換用途）の両方を対象とする。いずれの場合も、調節可能なレーザ源１０は、利得セクション１２と合成反射器セクション１４とによって形成される空胴共振器を含む。
【００１３】
利得セクション１２は、比較的広い有効バンドギャップを持つＭＱＷのアクティブ領域１２．１、アクティブ領域に光学的に結合された一様ピッチの格子を含むＤＦＢ領域１２．２、およびこれもアクティブ領域に光学的に結合された比較的狭いバンドギャップを持つ第１の導波路１２．３を含む。この第１の導波路１２．３の出力は、比較的低い反射率を持つ誘電層（あるいは複数の層の合成、例えば、ＡＲコーティング）１２．７を通じて伝送軸２２に結合される。電流ドライバ１６によって閾値以上の順バイアス電流が、電極１２．４、１２．６を介して、アクティブ領域に加えると、レーザ源１０は、ＭＱＷ領域の組成および利得スペクトラムによって定まる波長の光（放射線）を生成する。これら調整メカニズムが不在の場合は、ＤＦＢ格子のピッチによって利得スペクトラム内のどの縦モードが選択されるへきかが決定される。こうして選択されたモードが第１の導波路１２．３に結合され、レーザ出力２０となる。後に説明するように、異なる波長を持つ複数のＮ個の縦モードの任意の一つを、本発明の様々な特徴に従ってレーザ設計を修正することで選択することができる。
【００１４】
本発明の第１の局面によると、レーザ源１０に合成反射器セクション１４が設けられる。これは、上述のように、利得セクション１２（つまり、ＤＦＢ領域１２．２）と一体となって、空胴共振器を形成する。より詳細には、合成反射器セクション１４は、ＭＱＷのアクティブ領域１２．１に光学的に結合されたＭＱＷの第２の領域１４．１、一端が第１の導波路１２．３に光学的に結合された第２の導波路１４．３、および第２の導波路１４．３の他端に配置された比較的高い反射率を持つ誘電層（あるいは複数の層の合成、例えば、ＨＲコーティング）１４．７を含む。
【００１５】
本発明の第２の局面によると、図２に示すように、レーザ源１０の第１の導波路１２．３は、所定の形状（例えば、ライズドサイン（ｒｉｓｅｄ−ｓｉｇｎ：二乗正弦）形状）を持ち、これによって、導波路１２．３の部分１２．３ｂ（つまり、電極１２．４の下の部分）が、ＷＤＭシステムのＮ個の異なる波長（つまり、複数のチャネル波長）に対応するＮ個のゾーンにセグメント化される。図２にλｉ（ｉ＝１、２、．．．、Ｎ）として示されるこれらゾーンは、導波路１２．３ｂが各ゾーンにおいて格子ラインに対して異なるスロープ（傾き）を持つために、異なる波長の光フィードバックを供給する。ただし、レンジλ１〜λＮに渡っての連続的な調整は、これら波長に対応する全ての縦モードが、本質的に同一の閾値利得を持つ場合にのみ可能となる。この切実な要件は、導波路１２．３ｂの形状（これはモードの利得スペクトラムの平坦さを決定する）と、ドライブ電流（これはＭＱＷのアクティブ領域１２．１の利得を決定する）との組合せによって達成される。これに加えて、導波路のスロープがより大きなゾーンに対応するモードはより大きな損失を受ける。この大きな波長スロープを持つ長い波長ゾーンλＮにおける高い損失を補償するために、導波路１２．３には、直線（つまり、線形）部分１２．３ｓが、所定の形状を持つようにシェープされた部分１２．３ｂと合成反射器セクション１４の第２の導波路１４．３との間に設けられる。電極１２．４が直線部分１２．３ｓと重複するために、Ｎ番目のモードには追加の利得が与えられ、こうして、より高い損失が相殺される。（つまり、図２に示すように、Ｎ番目のモードに対するゾーンは、λＮとして示される電極１２．３ｂの下の部分に加えて、λ’Ｎとして示される電極１２．３ｓの下の部分も含む）。
導波路部分１２．３ｂおよび１２．３ｓの形状ｙ（ｘ）と、これらの対応する格子ピッチ関数Λ（ｘ）は、以下のようにセットの式によって記述することができる。
レンジＬｓ≦ｘ≦Ｌ 内では、導波路１２．３ｂの形状は、本質的に、以下の式（１）によって与えられるライズドサイン形状（ｒａｉｓｅｄ−ｓｉｎｅ  ｓｈａｐｅ）に従う。
【００１６】
【数１】
0003634165.tif 000002
ここで、ｘは、光の伝播の方向に沿って（例えば伝送軸２２に沿って）の距離を表し、Ｗは、直線部分１２．３ｓが省かれたときのｙ（ｘ）の伝送軸２２からの最大変位を表し、Ｌｓは、直線導波路部分１２．３ｓの長さを表し、Ｌｂは、シューピングされた導波路部分１２．３ｂの長さを表す。そして、対応する格子ピッチは、以下の式（２）によって与えられる。
【数２】
0003634165.tif 000003
ここで、Λ０は、ＤＦＢ領域１２．２の一様な格子のピッチを表す。
【００１７】
これとは対照的に、レンジＬｂ≦ｘ≦（  Ｌｂ＋Ｌｓ）内では、導波路１２．３ｓの形状は、以下の式（３）によって与えられる直線の関数に従う。
【数３】
0003634165.tif 000004
そして、対応する格子のピッチは、以下の式（４）によって与えられる。
【数４】
0003634165.tif 000005
２つの導波路セグメントに対して、このようにライズドサイン関数と直線関数の組合せを用いるのが好ましいが、ただし、考慮する個々の特定のアプリケーションに応じて他の関数を用いることもできる。
【００１８】
本発明の第３の局面によると、レーザ源１０に合成反射器１４に電気制御信号を加える手段が設けられる。この制御信号は、第２の導波路１４．３内を伝播する光の位相を変化させ、全体として、レーザ源の位相を変化させる。一例として、ソース１８からの電気信号が、電極１４．４および１２．６を介して合成反射器セクション１４に加えられる。この信号は、様々な形式（つまり、電流あるいは電圧）を取ることができるが、好ましくは、逆バイアス電圧を用いることで、ＭＱＷの第２の領域１４．３内に量子拘束シュタルク効果（ＱＣＳＥ）が誘引される。すると、このＱＣＳＥ効果によってＭＱＷの第２の領域１４．３の屈折率に変化が誘引され、このために、第２の導波路１４．３内を伝播する光の位相に変化が誘引される。こうして、加える電圧を変化させることによって、レーザ源１０を、第１の導波路１２．３のＮ個のゾーンによってスパンされる比較的広いレンジの波長に渡って調整することが可能になる。
【００１９】
一般的に、単一のパラメータ、例えば、合成反射器セクション１４に加えられる制御電圧のレベルを変化させるのみで、レーザ源の波長をかなり広いレンジ（例えば、約２ｎｍ）に渡って、比較的高い速度（例えば、５０乃至１００ｐｓ）にて調整することができる。ただし、複数のパラメータ、例えば、制御電圧のレベル、ドライブ電流およびレーザの温度を変化させると、速度は幾分遅くなるが（例えば、ミリ秒〜ナノ秒のレンジとなるが）、より広い波長レンジ（例えば、１０乃至１２ｎｍ）に渡っての調整が可能になる。
【００２０】
以下の例は、比較的低速の用途と比較的高速の用途の両方について、本発明の効果を示す。様々な材質、寸法、動作条件、その他のパラメータは、単に解説を目的として示されるものであり、改めて言明されない限り、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【００２１】
例Ｉ：低速調整
レーザ源１０が選択的エリア成長ＭＯＶＰＥを用いて製造された。つまり、この方法にて様々な半導体層を成長させ、続いて、通常の処理を用いて、エッチ整形、電極の堆積、その他が行なわれた。ＭＱＷの領域１２．３および１４．３は、ひずみＩｎＧａＡｓＰ（１．５５μｍのバンドギャップを持つ）と、障壁層としてのＩｎＧａＡｓＰ（１．２８μｍのバンドギャップを持つ）がインタリーブする７層から構成された。縦モードの制御は、１μｍ幅の周知のＣＭＢＨ構造を形成することで達成された。ＣＭＢＨ構造の片側に、漏れ電流および寄生キャパシタンスを低減するために、厚さ３μｍのＩｎＰ：Ｆｅ電流阻止層が形成された。長さ約８０μｍの浅い溝１９を用いて、電気的絶縁が強化された。この抵抗値は、典型的には、２５ｋΩとされた。導波路１２．３ｂと導波路１２．３ｓの形状は、本質的に、それぞれ、上述の式（１）と式（３）に従うように形成され、これらは、ＷＤＭシステムの１５４９．４〜１５６０．７ｎｍの波長レンジの８個のチャネル（各チャネルは約１．４ｎｍ幅）に対応する８個の縦モードに所定の利得を与えるように設計された。
バイアス電圧、ドライブ電流および温度を適当に選択することで、レーザ源を８個の全てのチャネルに渡って（１１ｎｍ以上のレンジに渡って）調整することができた。シングルモードファイバに供給される電力は、典型的には、６０ｍＡのドライブ電流において１０ｍＷであった。平均サイドモード抑圧は、約３６ｄＢであった。以下のテーブルは、３つのパラメータを変動することで達成される比較的広い１１ｎｍレンジに渡っての調整の様子を示す。
【００２２】
【表１】
0003634165.tif 000006
低速調整の場合のこの１１ｎｍというレンジは、従来の技術の結果として報告されている最良の結果の二倍以上である（比較のためには、Ｈ．Ｈｉｌｌｍｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，ＩＥＥＥ  Ｊ．Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．１，Ｎｏ．２，ｐｐ．３５６〜３６２（１９９５）を参照されたい）。
【００２３】
例ＩＩ：高速調整
例Ｉとの関連で説明したのと類似するレーザ源を用いて、単一パラメータによる比較的広い波長レンジに渡っての高速調整の実証を試みた。単一パラメータとしては、合成反射器セクション１４に加えられるバイアス電圧が選択された。３５０ｐｓなる周期を持つバイアス電圧にてドライブすることで、レーザ出力が、同一の速度にて、高波長（１５５１．７ｎｍ）と低波長（１５５０．０ｎｍ）との間で交互に調整された。出力は、短波長から長波長に向かっては、１．７ｎｍのレンジを通じて、５６ｐｓの速度にてスイッチされ、逆方向には、１３４ｐｓの速度にて戻された（１０％から９０％の上昇時間）。サイドモード抑圧比は、調整の際で約３５ｄＢであった。この高速調整レンジは、従来の技術において報告されている結果と比べてほぼ一桁良い（比較のためには、Ｈ．Ｎａｋａｊｉｍａ  ｅｔ  ａｌ．，ＯＦＣ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ，ｐ．２７６（１９９６）を参照されたい）。４つのレベルのバイアス電圧を用いての４つのチャネル（チャネル間隔約０．７ｎｍ）の間での高速スイッチングについても試みられたが、この結果、本発明による調節可能なレーザ源は複数のＷＤＭチャネルにアドレスし、これらチャネルを非常に高速度にてスイッチできる能力を持ち、このため、このレーザ源をＷＤＭ網に用いることで、光信号をセルベースにて、大きな保護時間を必要とすることなく、ルーティングできることが実証された。
【００２４】
理解できるように、上述の構成は、単に、本発明の原理が適用できると考えられる幾つかの具体的な実施例を示すことを目的として説明したものである。当業者においては、本発明の原理に従う多様な他の構成が本発明の精神および範囲から逸脱することなく考案できるものと思われる。例えば、長距離伝送システムにおいては、ファイバの分散がパルス幅と共に増加するために、通常は、狭いライン幅のレーザ源が用いられる。ただし、この場合でも、ドライブ電流が一様でない場合は、これに起因するレーザの空間ホールバーニングのために、ライン幅が増加する傾向がある。従って、ＭＱＷのアクティブ領域１２．１に実質的に一様なドライブ電流を加えることは、非常に重要なことである。これを達成するために、好ましくは、電極１２．４はセグメント化されていない単一の電極とされ、ＭＱＷのアクティブ領域１２．１についても、セグメント化されてない単一の領域ととれる。本発明にこれら特徴を採用することで、１〜２ＭＨｚの帯域幅を達成することが可能となるが、この値は、従来の技術によるセグメント化された設計を用いる方法と比べて一桁の向上を意味する（比較のためには、上述のＨｉｌｌｅｒらおよびＮａｋａｊｉｍａらの論文を参照されたい）。
【００２５】
加えて、調節可能なレーザの出力を変調することもできる。これを実現するために、図３に示すような集積光回路が製造された。この光回路は、外部（つまり、空胴外）変調器４０を含み、これには一例として電子吸収変調器が用いられる。加えて、この光回路は前述のタイプの調節可能なレーザを含む。ソース４２からのデータがレーザ出力にＡＭの形式（つまり、オンオフキーイング）にて印加される。このようにして、歪みの低減、データの変調、および複数のＷＤＭチャネルの間の波長の調整という３つの機能が単一の集積デバイスにて実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施例による調節可能な半導体レーザの略断面図である。
【図２】図１のレーザの略正面図である。
【図３】図１のレーザの略図であり、信号の歪みを低減するために合成反射器セクション１４に結合されたプレチャープ信号源３０を示す。
【図４】分散性光ファイバシステム内を伝播する光ＮＲＺパルス（図４）を示す図である。
【図５】分散性光ファイバシステム内を伝播する光ＮＲＺパルス（図４）の分散を補償するための理論的なチャープ特性（図５）を示す図である。
【図６】分散性光ファイバシステム内を伝播する光ＮＲＺパルス（図４）の分散を補償する、実際に合成反射器に加えられる電圧波形（図６）を示す。尚簡潔および明快さのため図面は実寸では描かれていない。
【符号の簡単な説明】
１０  広帯域調節可能な半導体レーザ
１２  利得セクション
１４  一体化された内部空胴合成反射器セクション
１６  電流ドライバ
１８  バイアス源
２０  出力信号
３０  プレチャープ信号源
４２  データ
【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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