(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号の光源となる半導体レーザと、
前記光信号を変調する変調器と、
ＣＷ光出力を生成させるために前記半導体レーザに定常電流でバイアスをかける手段と、
前記変調器にＲＺ電気データパルスを入力して前記ＣＷ光出力を変調し、前記ＲＺ電気データパルスに対応するＲＺ光データパルスを生成させる電気データパルス入力手段とからなる、光通信システムにおける伝送用の符号化光パルス生成装置において、
前記電気データパルス入力手段は、周期アナログ信号によるＮＲＺデータ入力に対するゲート作用により前記ＲＺ電気データパルスを生成するデバイスを有し、
前記周期アナログ信号は、高調波関係にある正弦波信号を重ね合わせることにより生成されることを特徴とする、光通信システムにおける伝送用の符号化光パルス生成装置。
【請求項２】
前記デバイスはデュアルゲートＦＥＴを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記周期アナログ信号の反復レートは選択的に可変であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記装置は、選択された波長で符号化光パルスを出力し、
前記半導体レーザは、前記波長を変化させる手段を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
単一の半導体デバイスとして集積されたレーザおよび変調器からソリトンパルスを生成する方法において、
ＣＷレーザ出力を生成させるために前記レーザに定常電流でバイアスをかけるステップと、
高調波関係にある正弦波信号を重ね合わせることにより周期アナログ信号を生成するステップと、
前記周期アナログ信号を用いて、ＮＲＺデータ信号に対するゲート作用によりＲＺ電気データ信号を生成するステップと、
前記変調器に前記ＲＺ電気データ信号を入力して、該ＲＺ電気データ信号に対応するＲＺ光データパルスを生成させるステップとからなることを特徴とする、ソリトンパルス生成方法。
【請求項６】
前記ＲＺ電気データ信号は、選択されたビットレートのＮＲＺデータ信号に対して、該選択されたビットレートにほぼ一致する周期を有するアナログ信号によるゲート作用により生成されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ＲＺ電気データ信号を生成するために、前記アナログ信号と前記ＮＲＺデータ信号の位相がほぼ一致するように位相調整するステップをさらに有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ＲＺ電気データ信号はデュアルゲートＦＥＴによって生成されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光パルス生成器に関する。特に、ソリトンパルスを生成するためのデータ符号化光パルス生成器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル光データ通信システムの特性を評価する有用な指標として、周知の「レートと長さの積」で、すなわち、伝送のシステムデータレートと長さの積（乗算）である。設計の目標として、通常最も長い繰り返しなしの長さを用いて最高のデータレートを実現し、その結果として、最高のレート−長さ積を得ることである。
【０００３】
高レートと長さの積を生成する長距離光データ通信システムに使用される要素としては、レーザダイオードのような光ソースと、システムビットレートでもって光ソースを変調する高速変調器（一般的にレーザによって生成された光の振幅変調による）と、低損失、低散乱ファイバ媒体と、転送された光信号に対して高速に応答できるｐ−ｉ−ｎ光ダイオードまたはアバランシェ光ダイオードのような光検知器と、光検知器に接続されて、受信された光信号を増幅、復号化する受信器を含む。光増幅器及び反復器のような要素は伝送長さを伸ばして、レートと長さの積を増加させることができる。
【０００４】
システムのレートと長さの積は使用されている送信フォーマット及びハードウェアの組成の関数である。現在の光通信システムにおいては、データは、与えられた時間スロットにおける光の有無により表示された１と０でもって、非ゼロ復帰（ｎｏｎ−ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｚｅｒｏ：ＮＲＺ）のフォーマットで伝送される。このフォーマットは一般的にはＣＷ光ビームを生成するレーザを使用して、そして電気−光変調器でもって光ビームを変調することによって実現される。変調器は個別半導体素子でもよい。最近、このレーザ及び変調器は単一のチップに製造され、ＮＲＺ通信システムに集積化された送信器が実現される。
【０００５】
ＮＲＺ送信フォーマットにより得られるレートと長さの積は、最終的に光ファイバ内の散乱により制限される。非常に高いデータレートを得るためには、ソリトンパルスを用いる通信リンクが提案された。ソリトンは送信中、パルス形状を保持できるファイバの非線形特性の利点を利用した光パルスである。ソリトンパルスは、１０Ｇｂｐｓまたはこれ以上の速度で長距離のファイバ内で伝送される。ソリトンパルスの幅は時間スロットの幅よりも小さくて、ゼロ復帰（ｒｅｔｕｒｎ  ｔｏ  ｚｅｒｏ：ＲＺ）のフォーマットでもって伝送される。ＲＺフォーマットは各時間スロットの間において、ゼロに戻る光の振幅である。このＲＺフォーマットは光の時間分割多重化及び復多重化を使用するシステムにも有用である。
【０００６】
最近の光送信機の開発が進んでいるにもかかわらず、ＲＺ符号化データを生成するために、ソリトンパルスを生成し、波長変調が可能で、コンパクトで、容易に製造され、安価な送信器は相変わらず必要である。その一つの方法としては、パルスを生成するためにゲイン切り替えレーザを使用して、変調器でもってデータをパルスに符号化する。しかし、ゲイン切り替えはチッチッとの雑音を生じ、ファイバ散乱による送信に損失を与え、ソリトンシステムの性能をも下げることになる。もう一つの方法としては、モードロックレーザを用いてパルスを生成し、変調器でもってデータを再度符号化する。しかし、モノリシックなモードロックレーザは、そのキャビティ長により決められた一定の周波数域のみに動作する。所望の動作周波数に適用できる装置の製造は非常に困難で、特に、このレーザをデータ符号化のため変調器と一体に集積しようとする場合、もっと困難となる。外部キャビティモードロックレーザは動作周波数でよりよい柔軟性を提供できるが、巨体化及び環境に対する敏感性により、実際の応用に適しない。
【０００７】
以前、ＮＲＺデータ送信器に適した集積化のレーザ変調器はソリトンパルスを生成する送信器として動作することができる。その場合、レーザは操作されたＣＷで、変調器はＲＦサインカーブでもって駆動されて、時間変動送信はＣＷレーザ光をパルスに変換することによって行われる。この種類のパルスソースは簡単で、コンパクトであり、その周波数及び波長が変調可能で、その処理スペクトルの特性が長距離送信に適する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、このパルスソースに基づいたソリトン送信器を提供することである。この送信器にはレーザは二つの変調器とともに集積される。この方法にいては、第１変調器はＣＷレーザ光をパルスに変換し、第２変調器はデータを符号化するのに使用される。しかし、両者の高速接触を必要とするレーザと二つの変調器の集積化は非常に困難で、簡単な装置が望まされる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明においては、光パルス生成器はパルスの生成及びデータのＲＺフォーマットへの符号化は同時に行われる。望ましくは、この光パルス生成器は集積化された半導体レーザ−変調器である。これにより、外部の変調器は不要となり、コスト及び体積が減少され、構造が簡単化される。このレーザは分散ブラッグ反射型（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）で、好ましくは、このレーザ−変調器はパルス幅、反復速度及び波長を変えることができる。
【００１０】
本発明の実施例によれば、装置は半導体レーザと半導体変調器を有する。レーザは光信号ソースを提供し、変調器は光信号ソースを変調するのに使用される。本発明の方法においては、レーザに対して定常の電流をバイアスして、レーザに入力した電気データパルスを光データパルスに変調させ、変調器に対して定常の電圧をバイアスして、例えばサインカーブのような周期的なアナログ電気信号を入力し、符号化された光パルスを出力するためにさらにレーザからの光データパルスを変調する。
【００１１】
レーザに入力された電気データパルスはＮＲＺのフォーマットであってもよい。変調器に入力されたデータパルスのビットレート及びアナログ信号は反復速度を変えることができるよう選択される。半導体レーザ−変調器から出力された符号化光データはＲＺフォーマットとなっている。この半導体レーザ−変調器はさらに符号化光パルスの波長を選択的に変える機能を有する。好ましくは、この出力波長の変更は表層抵抗の使用によって実現される。この表面層抵抗は半導体レーザ内の温度を選択的に変えるよう加熱される。
【００１２】
本発明の他の実施例によれば、装置は半導体レーザと変調器を有する。レーザは光信号ソースを提供し、変調器は光ソースを変調するのに使用される。本発明の方法においては、レーザに対してＣＷ光出力を生成するのに十分にバイアスをかけ、ＣＷ光出力を電気データパルスに対応する光データパルスに変調させるために、変調器に対して電気データパルスを入力する。
【００１３】
変調器に入力された電気データパルスはＲＺフォーマットで、レーザ−変調器からの光データパルス出力もＲＺフォーマットである。変調器の部分に対する電気データパルスの入力の方法については、電気的なＲＺデータパルスを提供するために、周期的なアナログ信号入力を有するＮＲＺデータ入力のゲート動作を機能させる素子を用いることにより実現される。
【００１４】
本発明においては、レーザと変調器を有する半導体素子からソリトンパルスを生成する方法について開示する。本発明の方法にいては、レーザ発振しきい値に近い定常電流でもってレーザをバイアスするステップと、光データパルスを生成するために、選択されたビットレートでレーザに電気データパルスを入力するステップと、定常電圧源により変調器を逆バイアスするステップと、前記ビットレートに対応する周波数を有するシヌソイドソースを変調器に入力するステップを含んでいる。
【００１５】
さらに、本発明の他の実施例にれば、半導体レーザと変調器からソリトンパルス生成するためには、レーザはＣＷレーザ出力を生成するようバイアスされ、電気ＲＺデータ信号に対応するＲＺ光データパルスを生成するために、電気データ信号が存在する場合、前記電気ＲＺデータ信号は、前記レーザ出力を送信するために変調器に入力される。
【００１６】
【実施例】
図１には本発明の実施例によるデータ符号化光パルス生成器を示す。半導体素子１００は好ましくはバルク電子吸収変調器と多重量子井戸の分散ブラッグ反射型（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）レーザを有する。半導体素子１００は従来の方法で製造され、また、本発明の半導体レーザと外部変調器を有するパルス生成器に対しては、従来のデータ符号化光パルスの生成方法は適用される。
【００１７】
ＤＢＲレーザ１０は１５５７ｎｍ波長の近傍で出力パルスを生成するが、個々の１５５７ｎｍから１５６３ｎｍの波長範囲に離散的に変調する。レーザ波長変調はキャリア注入、あるいは表層抵抗加熱の方法により行われる。周知のように、半導体レーザの屈折率は温度によって変わるのでその波長も温度に従って変化する。前記二つの変調方法ともこの原理を利用した。本発明のＤＢＲレーザの変調能力は、グレーティング領域２５の上の上部金属化層に生成された２２０Ωの抵抗２０の表層抵抗加熱により実現される。このＩＲは選択的に抵抗２０に加えて、素子の温度を選択的に変化させ、光出力波長を変調する。
本発明の実施例によると、レーザ／変調器１００はＲＺフォーマット光データパルス１３０で符号化光データパルスを出力するようバイアスされる。
【００１８】
図１に示すように、データパルスは定常電流Ｉｄｃでもってレーザ発振しきい値の近傍でＤＢＲレーザ１０をバイアスして、データソース１１０からのデジタルデータを入力することにより生成される。このデジタルデータはＮＲＺフォーマットとなることが望まれている。ＤＢＲレーザ１０の出力は電気信号１４０に対応した光信号である。そして、変調器３０は定常電圧源Ｖｄｃによってバイアスされ、アナログ信号１２０も入力される。変調器３０はさらにレーザ出力を変調する。このようにしてレーザ／変調器から出力されたＲＺフォーマット光データパルス１３０は前述したようにＲＺフォーマットとなっている。データソース１１０に対するアナログ信号１２０とクロックは高速発振器である合成装置１０５から発生する。本発明の実施例においては、合成装置１０５は約２．５ＧＨｚで動作する。半導体素子１００とアナログ信号１２０の位相を変えるための位相制御１２５とに対するクロック入力を提供するために、合成装置１０５の出力はスプリッタ１１５によりスプリットされる。
【００１９】
図２は変調器３０の吸収特性の測定結果を示す。例えば、ＤＣ消滅は−４．５Ｖの逆バイアスの場合、２５ｄＢである。全部消滅に近いバイアス電圧で変調器をかけ、一時的に減衰を減少したシヌソイド電圧を入力することにより、変調器はその周波数応答の範囲に限定される周期的なパルスを生成する。
【００２０】
記述するためには、ＤＢＲレーザ１０は６５ｍＡの定常電流で、変調器は前述したようにバイアスされる。図３には、周波数が１から１２ＧＨｚの範囲で変わる場合、半導体素子１００から出力するパルスのパルス幅の測定値を示す。例えば、１０ＧＨｚの場合、変調器３０にかけるＤＣバイアスＶｄｃは−２．２５Ｖで、５０Ωまで測定して、シヌソイド信号アナログ信号１２０のＲＦパワーは２７ｄＢｍである。このようにして得られたパルス幅は１７ｄＢのオン／オフ比を持ち、２５ｐｓであり、スペクトル幅は約１６ＧＨｚである。対応する時間−バンド幅積は０．４０である。
【００２１】
本発明の第１実施例によれば、ＤＢＲレーザ１０は３０ｍＡのＩｄｃでもってしきいの近傍でバイアスされ、データソース１１０からのデジタルデータでもって直接に符号化される。このデータは例えば、２．５Ｇｂｐｓの伝送速度で約０．７ボルトのピーク間の電圧と接続されたレーザに入力される。変調器３０へのシヌソイドドライバの位相はビット周期をサイン波形のピーク振幅に合わせるよう最適化される。図４ＡはＤＢＲレーザ１０に入力された疑似ランダムデータパルス列車のサンプリングブラウン管装置に現れたＲＺパターンを示す。割に小さい変調信号を用いることにより、レーザのチッチッとの雑音は最小となり、狭いスペクトル特性は得られる。ピーク波長偏位（ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）は０．４オングストロームである。
【００２２】
図４Ｂは（ａ）レーザに対して符号化データを加える、（ｂ）レーザに対して符号化データを加えない場合のパルスの光スペクトルを示す。
図示したように、（ａ）のデジタル符号化の場合、スペクトル幅は約２５％広くされる。推測した時間−バンド幅積は、０．３５６から０．４８１に広くなる。
【００２３】
本発明の第２実施例によれば、レーザ−変調器素子１００は別のバイアス方法によって光ＲＺデータを生成する。図５に示すように、ＤＢＲレーザ１０は６０ｍＡにバイアスされ、ＣＷレーザビームを出力する。そして、このレーザビームは変調器３０により変調される。それにより、変調器３０はＲＺフォーマットとなっているデジタルデータ信号５７０により駆動され、レーザ−変調器素子１００の出力で光ＲＺデータ５８０を生成する。デジタルデータ信号５７０を生成するのに使用される要素にはデュアルゲートＦＥＴ５００を含む。このデュアルゲートＦＥＴ５００はＮＲＺデータに対応するＲＺフォーマット信号を生成するために、アナログ信号を持っているＮＲＺデータストリームをゲートする。このゲート処理は論理「ＡＮＤ」の動作とよく一致する。デュアルゲートＦＥＴは従来のデュアルゲート電界効果型トランジスタで、約１５ＧＨｚの高周波数で動作することができる。なお、図５に示した構成を有する他のトランジスタでも同様な機能を実現できることは明らかである。デュアルゲートＦＥＴ５００に入力されるＮＲＺデータストリームはパターン生成器５４０により生成される。このパターン生成器５４０はクロック入力の速度に対応するビットレートでＮＲＺフォーマットの予備設定でパターンを生成する高速データソースである。シヌソイド周期アナログ信号５３５は、この場合２．５ＧＨｚのシヌソイド信号で、位相制御１２５からの出力である。２．５ＧＨｚサイン波形とパターン生成器５４０のクロックは合成装置５１０から生成される。この合成装置５１０は２．５ＧＨｚ発振器で、その出力はスプリッタ５２０によりスプリットされる。スプリッタ５２０の出力の一つはパターン生成器５４０に入力されるクロックとして、他のスプリッタ出力は位相制御５３０に入力される。位相制御５３０は様々な遅延線でもよく、あるいは他の等価装置でもよい。それは２．５ＧＨｚのサイン波形の信号の位相をパターン生成器５４０からの出力信号のビットパターン周期と一致するように調整する。デュアルゲートＦＥＴ５００はＮＲＺデータと２．５ＧＨｚシヌソイド入力とのＡＮＤ操作を行い、データ生成器からのデータ入力と同様で、ＲＺフォーマットに変換された電気データストリームを生成する。デュアルゲートＦＥＴ５００の出力は、レーザ−変調器素子１００の変調器３０を駆動する前に、さらに増幅器５５０により増幅される。
【００２４】
構成に示すように、ＤＢＲレーザ１０のＣＷレーザ出力は変調器３０により変調されて、光パルスは、電気的な「１」の場合、出力されて、光ＲＺデータ５８０を形成する。
図６は本発明の第２の実施例による半導体装置の光パルス出力のブラウン管パターンを示す。
図７ＡとＢはそれぞれ出力波形と対応するスペクトルを示す。
【００２５】
変調器の非線形スイッチング特性により、光出力パルスは入力電気パルスよりも狭い。このパルスの幅は８５ｐｓで、電気パルス整形入力に高次調和関数を加えることによりさらに減少される。変調器によるデータ符号化においてはチッチッとの雑音はほんのわずか、あるいは完全にない。
【００２６】
図８は電気パルス整形入力に高次調和関数を加えた技術を示す。この技術はシヌソイド信号を複合することによってアナログ信号を生成する。このシヌソイド信号は合成装置５１０から生成された発振信号の調和である。スプリッタ５２０は３ウェイスプリッタ（二つの２ウェイスプリッタを含む）で、クロック信号である一つの出力はパターン生成器５４０に入力され、第１サイン信号である第２出力と周波数二重器５５５の入力である第３の出力は第１サイン信号の第２次調和を生成する。周波数二重器５７５からからの出力は結合器５８５によって第１サイン信号と結合される前に、他の位相制御器５６５により位相調整される。結合器５８５の出力はデュアルゲートＦＥＴ５００に入力するために、複合されたもので、周期アナログ信号５３５である。なお、結合生成器は電気データを整形するための短い電気パルスを生成する周波数二重処理の代わりに使用される。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、このパルスソースに基づいたソリトン送信器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による装置を表す図。
【図２】電圧バイアスと消滅比で表された変調器の吸収特性を表すグラフ図。
【図３】変調器のパルス幅特性と周波数との関係を表すグラフ図。
【図４】Ａ：半導体レーザ／変調器の光パルス出力のブラウン管パターンを表す図で、
Ｂ：デジタル符号化の有無による光出力のスペクトル波形を表す図。
【図５】本発明のの第２の実施例による装置を表す図。
【図６】本発明のの第２の実施例による半導体装置の光パルス出力のブラウン管パターンを表す図。
【図７】Ａ：光出力のパルスを表す図で、Ｂ：対応するスペクトルを表す図。
【図８】図５の実施例に対して別のバイアスをかける場合の装置を表す図。
【符号の説明】
１０  ＤＢＲレーザ
２０  抵抗
２５  グレーティング領域
３０  変調器
１００  レーザ−変調器素子
１０５  合成装置
１１０  データソース
１１５  スプリッタ
１２０  アナログ信号
１２５  位相制御
１３０  ＲＺフォーマット光データパルス
１４０  電気信号
５００  デュアルゲートＦＥＴ
５１０  合成装置
５２０  スプリッタ
５３０  位相制御
５３５  周期アナログ信号
５４０  パターン生成器
５５０  増幅器
５５５  周波数二重器
５６５  位相制御器
５７０  デジタルデータ信号
５７５  周波数二重器
５８０  光ＲＺデータ
５８５  結合器
【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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