(57)【要約】【課題】従来の光サブキャリア送信器に比べ高出力で、なおかつ振幅の小さなデジタル信号で駆動可能な光サブキャリア送信器を提供することにある。【解決手段】利得領域１０１の一端側に、印加された電界に伴って光の吸収係数が変化する電界吸収型光変調領域１０２を光学的に結合し、利得領域１０１の他端側上面に出力光の光スペクトルが主たる２本の縦モードからなるよう設計されたブラッグ反射鏡領域１０３を形成し、利得領域１０１を間に挟んで光学的に結合し、前記利得領域１０１に直流電流を入力する電流入力手段１０５と、前記電界吸収型光変調器領域１０２に外部から高周波信号を入力する高周波信号入力手段１０６と、前記ブラッグ反射鏡領域１０３にデジタル信号で変調されたバイアス電流を入力する変調電流入力手段１０８，１０９とを備えたことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加された電界に伴って光の吸収係数が変化する電界吸収型光変調領域と、出力光の光スペクトルが主たる２本の縦モードからなるよう設計されたブラッグ反射鏡領域とを、利得領域を間に挟んで光学的に結合し、前記利得領域に直流電流を入力する電流入力手段と、前記電界吸収型光変調器領域に外部から高周波信号を入力する高周波信号入力手段と、前記ブラッグ反射鏡領域にデジタル信号で変調されたバイアス電流を入力する変調電流入力手段とを備えたことを特徴とする光サブキャリア送信器。
【請求項２】
前記利得領域と前記ブラッグ反射鏡領域とを光学的に結合することに代え、前記利得領域上の一部に前記ブラッグ反射鏡領域を形成することを特徴とする請求項1記載の光サブキャリア送信器。
【請求項３】
前記ブラッグ反射鏡領域として、回折格子の周期を一定の割合で変化させたチャープブラッグ反射鏡を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の光サブキャリア送信器。
【請求項４】
前記電界吸収型光変調領域の吸収層に多重量子井戸構造を利用したことを特徴とする請求項１，２又は３記載の光サブキャリア送信器。
【請求項５】
前記利得領域の吸収層に多重量子井戸構造を利用したことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の光サブキャリア送信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光サブキャリア送信器に関する。例えば、無線信号を重畳した光信号を光ファイバにより伝送する光ファイバ無線リンクに用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動体通信あるいはパーソナル通信等の移動体通信サービスが急激に普及し、また、私設網でも無線ＬＡＮ導の無線アクセスシステムが普及してきている。
これらの無線アクセスシステムにおいて、伝送信号の大容量化を図り、無線周波数資源を開拓する方法としてミリ波の利用が検討されている。
このミリ波無線信号を集中基地局から複数のアンテナへと効率的に配信する方法として、無線信号を重畳した光信号（光サブキャリア）を光ファイバにより配信する方法（光ファイバ無線リンク）が注目されている。
【０００３】
この光ファイバ無線リンクにおいてミリ波帯の無線信号を光信号に重畳する方法として、基準信号に同期した光サブキャリアを効率的に発生することができる半導体モード同期レーザを用いる方法が考えられる。
通常、モード同期レーザは単一周波数の基準信号によって同調され、出力される光サブキャリアには送信すべきデジタル信号が重畳されていない。
従来、光サブキャリアにデジタル信号を重畳するためには、マッハツェンダ型光変調器や電界吸収型光変調器などの外部光変調器を使用してモード同期レーザの出力光をデジタル信号により強度変調していた。
【０００４】
しかし、モード同期レーザと外部光変調器とのモジュール間接続はコストが高くなりすぎて現実的でないばかりか、外部光変調器自体の損失やファイバーとの結合損失のために光出力が大幅に減少してしまうという欠点があった。
一方、半導体モード同期レーザと、デジタル信号による符号化を行なうための電界吸収型光変調器をモノリシック集積して単一のモジュールに実装し、コストを大幅に低減する方法も報告されている（非特許文献１）。
【０００５】
従来の光ミリ波送信器の構成例を図４に示す。
図４に示す光ミリ波送信器は、半導体モード同期レーザ３０４と符号化用電界吸収型光変調器３０５とを同一半導体基板上に形成したものである。
半導体モード同期レーザ３０４は、利得領域３０１と、利得領域３０１に左側に隣接して形成された電界吸収型光変調器領域３０２と、利得領域３０１の右端に形成されたブラッグ反射鏡３０３によって構成される。
利得領域３０１、ブラッグ反射鏡３０３はそれぞれ独立に電流源３０７、電流源３０８とに電気的にそれぞれ接続されており、電界吸収型光変調器領域３０２は発振器３０６と電気的に接続されている。
【０００６】
利得領域３０１とブラッグ反射鏡３０３に直流電流を入力した状態で、発振器３０６から半導体モード同期レーザ３０４の共振周波数に近い周波数の高周波信号を電界吸収型光変調器領域３０２に印加すると、この高周波信号に同期した光パルス列が半導体モード同期レーザ３０４から発生する。
一方、符号化用電界吸収型光変調器３０５はバイアス回路３０９を介してデジタル信号源３１０及び電圧源３１１と電気的に接続されており、電圧源３１１から印加される逆バイアスと共に、デジタル信号源３１０からデジタル信号を入力すると、符号化用電界吸収型光変調器３０５中を伝播する光パルス列がこのデジタル信号によって強度変調される。
【０００７】
このように半導体モード同期レーザ３０４と電界吸収型光変調器３０５をモノリシック集積した素子では、一つの素子でデジタル信号により符号化された光サブキャリア信号を発生することができ、モード同期レーザと外部光変調器とをモジュール間接続する場合に比べコストを大幅に低減することができる。
しかし、この場合も、モジュール間を接続する場合と同様、変調器自体の損失が大きいため、モード同期レーザ単体に比べて光出力が大幅に減少してしまうという欠点があった。
また、電界吸収型光変調器３０５を駆動するため、素子に大振幅のデジタル信号を供給する必要があるという問題があった。
【非特許文献１】K. Sato, I. Kotaka, Y. Kondo, M. Yamamoto Actively mode-locked strained-InGaAsP multiquantum-well lasers integrated with electroabsorption modulators and distributed Bragg reflectors, " IEEE J. Select, Topics in Quantum Electron., vol. 2, (3), pp. 557-565, 1996.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上述べたように、従来の半導体モード同期レーザと符号化用電界吸収型光変調器を集積化した光サブキャリア送信器では、変調器自体の損失が大きいため、モード同期レーザ単体に比べて光出力が大幅に減少してしまうという欠点があった。
さらに、電界吸収型光変調器を駆動するため、素子に大振幅のデジタル信号を供給する必要があるという問題があった。
本発明の目的は、従来の光サブキャリア送信器に比べ高出力で、なおかつ振幅の小さなデジタル信号で駆動可能な光サブキャリア送信器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る光サブキャリア送信器は、印加された電界に伴って光の吸収係数が変化する電界吸収型光変調領域と、出力光の光スペクトルが主たる２本の縦モードからなるよう設計されたブラッグ反射鏡領域とを、利得領域を間に挟んで光学的に結合し、前記利得領域に直流電流を入力する電流入力手段と、前記電界吸収型光変調器領域に外部から高周波信号を入力する高周波信号入力手段と、前記ブラッグ反射鏡領域にデジタル信号で変調されたバイアス電流を入力する変調電流入力手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る光サブキャリア送信器は、請求項１において、前記利得領域と前記ブラッグ反射鏡領域とを光学的に結合することに代え、前記利得領域上の一部に前記ブラッグ反射鏡領域を形成することを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係る光サブキャリア送信器は、請求項１又は２において、前記ブラッグ反射鏡領域として、回折格子の周期を一定の割合で変化させたチャープブラッグ反射鏡を用いることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係る光サブキャリア送信器は、請求項１，２又は３において、前記電界吸収型光変調領域の吸収層に多重量子井戸構造を利用したことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する本発明の請求項５に係る光サブキャリア送信器は、請求項１，２，３又は４において、前記利得領域の吸収層に多重量子井戸構造を利用したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る光サブキャリア送信器によれば、従来の光サブキャリア送信器に比べ高出力で、なおかつ振幅の小さなデジタル信号で駆動可能な光サブキャリア送信器を実現することができる。
従来構造の半導体モード同期レーザでもブラッグ反射鏡部の注入電流の変調は可能であったが、変調に応じて多少繰り返し周波数が変化するだけであった。
これに対し、本発明は２本の縦モード発振となる半導体モード同期レーザを使用するので、光サブキャリアの強度変調が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態は、以下に述べる実施例１，２である。
【実施例１】
【００１６】
本発明に係る光サブキャリア送信器の第１の実施例を図１に示す。
図１に示す半導体モード同期レーザ１０４は、多重量子井戸電界吸収型光変調領域１０２と利得領域１０１を同一半導体基板上に形成して構成される。
利得領域１０１は、中心波長１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸を中心波長１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層で上下から挟み、さらにこれをＩｎＰクラッド層で上下から挟んだ構造としている。
【００１７】
また、利得領域１０１の左側に隣接して電界吸収型光変調器領域１０２が形成され、利得領域１０１の左端側に光学的に結合されている。
電界吸収型光変調器領域１０２は、中心波長１．４８μｍのＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸をＩｎＰクラッド層で上下から挟んだ構造である。
利得領域１０１の右端部上面には、ブラッグ反射鏡１０３が形成され、利得領域１０１の右端側と光学的に結合されている。
ブラッグ反射鏡１０３は、中心波長１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層とＩｎＰクラッド層の界面を加工して回折格子を形成している。
【００１８】
利得領域１０１は電流源１０５と電気的に接続されており、電界吸収型光変調器領域１０２は発振器１０６と電気的に接続されている。
また、ブラッグ反射鏡１０３は電流源１０７およびデジタル信号源１０８とバイアス回路１０９を介して接続され、デジタル信号で変調されたバイアス電流がブラッグ反射鏡１０３へ入力される。
【００１９】
従って、利得領域１０１とブラッグ反射鏡１０３に直流電流を入力した状態で、半導体モード同期レーザ１０４の共振周波数に近い周波数あるいはそのｎ分の１（ｎは自然数）の周波数を有する高周波信号を発振器１０６から電界吸収型光変調器領域１０２に印加すると、この高周波信号に同期した光パルス列が半導体モード同期レーザ１０４から発生する。
本実施例では、半導体モード同期レーザ１０４の共振周波数を約１２５ＧＨｚ、発振器１０６から出力される高周波信号の周波数を２５ＧＨｚ（半導体モード同期レーザ１０４の共振周波数の約１／５）とし、１２５ＧＨｚのパルス列を発生させた。
【００２０】
また、ブラッグ反射鏡１０３に入力するデジタル信号の信号速度を１０Ｇｂｉｔ/ｓとした。
ブラッグ反射鏡１０３は注入電流量を変えることによって反射スペクトルの中心波長（ブラッグ波長）が変化するが、このとき、ブラッグ反射鏡１０３の反射スペクトルの半値幅をモード同期レーザの出力光スペクトルが主たる２本の縦モードからなるよう設計することにより、ブラッグ反射鏡１０３への注入電流量を変えた際、図２に示すように、スペクトルに含まれる主たる縦モードの数を２本（注入電流Ｉ1）と１本（注入電流Ｉ2）の
間で変化させることができる。
【００２１】
具体的には、本実施例ではブラッグ反射鏡の結合定数を１００ｃｍ-1、長さを１００μｍとした。
２モードの時には１２５ＧＨｚの光サブキャリアが発生し、１モードの時には単なるＣＷ光が発生する（１２５ＧＨｚ成分はない）ので、ブラッグ反射鏡１０３に入力される変調電流の上下レベルを、Ｉ1およびＩ2と設定することにより、電流変調に応じた１２５
ＧＨｚの光サブキャリアの強度変調が実現される。
この様な方法で光サブキャリアの変調（符号化）を行なうことにより、損失の大きな強度変調器を使用する必要がなくなり、大きな出力の光サブキャリアを発生させることができる。
【００２２】
また、ブラッグ反射鏡１０３のブラッグ波長を図２に示すように１２５ＧＨｚのモード同期レーザのモード間隔の半分程度（約０．５ｎｍ）変化させるのに必要な注入電流量の差は、５〜１０ｍＡ程度で十分であるので、５０Ωに整合するよう終端方法を調整したとしても、０．２５〜０．５Ｖ程度の振幅でデジタル信号を印加してやればよい。
一方、従来例のように電界吸収型光変調器を用いて光サブキャリアを変調する場合には、少なくとも２Ｖ程度の電圧振幅が必要であるので、本発明を用いることにより変調に必要なデジタル信号の振幅を１／４以下に抑えることができる。
【００２３】
なお、本実施例では、ブラッグ反射鏡１０３を利得領域１０１上に形成したが、利得を発生しない透明導波路上や、電界吸収型光変調器と同様の層構成の上に形成しても同様の効果が得られる。
また、本実施例では、電界吸収型光変調領域１０２の吸収層に多重量子井戸構造を利用したが、バルク吸収層でも良い。
【００２４】
ただし、この場合には多重量子井戸構造を用いる場合に比べて高周波電気信号への同期効率が多少悪くなる。
さらに、本実施例では利得領域１０１にも多重量子井戸構造を利用しているが、これもバルク活性層で代用することができる。
ただし、この場合には、多重量子井戸構造の活性層を用いる場合に比べて閾値電流が大きくなってしまうという欠点がある。
さらに、本実施例ではキャリア周波数を１２５ＧＨｚとしたが、異なる周波数であっても同様の構成で光サブキャリア送信器を構成することができる。
【実施例２】
【００２５】
本発明に係る光サブキャリア送信器の第２の実施例を図３に示す。
本実施例では、図３に示すように、第一の実施例のブラッグ反射鏡１０３に代えて、チャープブラッグ反射鏡１１０を用いた。その他の構成は、図１に示す光サブキャリア送信器と同様であるので説明を省略する。
チャープブラッグ反射鏡１１０は、ブラッグ反射鏡の回折格子の周期を一定の割合で変化させたものであり、反射による遅延量が波長に応じて変わるという特徴を持っている。
【００２６】
このチャープブラッグ反射鏡１１０を用いることによりモード同期レーザの実効的な共振器長（すなわち繰り返し周波数）が波長依存性を持つようになり、逆に繰り返し周波数を決定すると利用される２本の縦モードが一意に決まるというモードの選択性が生じる。
従って、本発明の第一の実施形態において用いられるブラッグ反射鏡１０３をチャープブラッグ反射鏡１１０に置き換えることにより、図２における２モード発振の状態が作りやすくなるという利点がある。
【００２７】
また、発振波長を変えることによって異なる繰り返し周波数に対応することができるので、チャープさせないブラッグ反射鏡を用いる場合に比べて広い周波数範囲でモード同期させることができるという利点も有る。
具体的には、通常のブラッグ反射鏡を用いた場合のモード同期範囲が繰り返し周波数の０．２％程度であるのに対し、チャープブラッグ反射鏡を用いた場合のモード同期範囲は、繰り返し周波数の２．５％程度と、１０倍以上となる。
【００２８】
このように説明したように、本発明は、無線信号を重畳した光信号を発生する光サブキャリア送信器において、半導体モード同期レーザのブラッグ反射鏡領域に変調電流を入力することが特徴であり、そのため、高出力で、かつ、小振幅のデジタル信号でも駆動可能な光サブキャリア送信器を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、無線信号を重畳した光信号を光ファイバにより伝送する光ファイバ無線リンク、無線ＬＡＮ導の無線アクセスシステムに広く利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第一の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態により光サブキャリアの変調が行なわれる様子を示すグラフである。
【図３】本発明の第二の実施の形態を示す概略構成図である。
【図４】従来の光サブキャリア送信器の構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０１  利得領域
１０２  多重量子井戸電界吸収型光変調器領域
１０３  ブラッグ反射鏡
１０４  半導体モード同期レーザ
１０５  電流源
１０６  発振器
１０７  電流源
１０８  デジタル信号源
１０９  バイアス回路
１１０  チャープブラッグ反射鏡
３０１  利得領域
３０２  電界吸収型光変調器領域
３０３  ブラッグ反射鏡
３０４  半導体モード同期レーザ
３０５  符号化用電界吸収型光変調器
３０６  発振器
３０７  電流源
３０８  電流源
３０９  バイアス回路
３１０  デジタル信号源
３１１  電圧源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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