(57)【要約】【課題】偏波・波長・温度の変動による光増幅装置の利得変動だけでなく、立ち上がり遅れ時間の変動も打ち消す。【解決手段】半導体光増幅素子１６の利得変動が打ち消されるように、半導体光増幅素子１６のドライブ電流を制御するとともに、半導体光増幅素子１６の立ち上がり遅れ時間が打ち消されるように、半導体光増幅素子１６のバイアス電流を制御する。【選択図】　　　図１
2004134905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光増幅素子と、
前記半導体光増幅素子の出力光強度に基づいて、前記半導体光増幅素子のドライブ電流を制御するドライブ電流制御手段と、
前記半導体光増幅素子のドライブ電流の制御状態に基づいて、前記半導体光増幅素子のバイアス電流を制御するバイアス電流制御手段とを備えることを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】
半導体光増幅素子と、
前記半導体光増幅素子の利得変動を打ち消すように、前記半導体光増幅素子のドライブ電流を制御するドライブ電流制御手段と、
前記半導体光増幅素子の立ち上がり遅れ時間の変動を打ち消すように、前記半導体光増幅素子のバイアス電流を制御するバイアス電流制御手段とを備えることを特徴とする光増幅装置。
【請求項３】
前記バイアス電流制御手段は、
前記ドライブ電流の３．０〜４．５分の１の範囲において、前記バイアス電流と前記ドライブ電流との比率が一定になるように前記バイアス電流を制御することを特徴とする請求項１または２記載の光増幅装置。
【請求項４】
半導体光増幅素子と、
前記半導体光増幅素子からの出力光を分岐させる光カプラと、
光ファイバを介して伝送された光を前記半導体光増幅素子に入力するとともに、前記光カプラで分岐された第１の分岐光を前記光ファイバに入力する光サーキュレータと、
前記光カプラで分岐された第２の分岐光の光強度をモニタする光受光器と、
前記光受光器による光強度のモニタ結果に基づいて、前記半導体光増幅素子のドライブ電流を制御するドライブ電流制御手段と、
前記半導体光増幅素子のドライブ電流の制御状態に基づいて、前記半導体光増幅素子のバイアス電流を制御するバイアス電流制御手段とを備えることを特徴とする光伝送装置。
【請求項５】
反射型半導体光増幅素子と、
光ファイバを介して伝送された光を前記反射型半導体光増幅素子に入力するとともに、前記反射型半導体光増幅素子からの出力光を分岐させた第１の分岐光を前記光ファイバに入力する光カプラと、
前記光カプラで分岐された第２の分岐光の光強度をモニタする光受光器と、
前記光受光器による光強度のモニタ結果に基づいて、前記反射型半導体光増幅素子のドライブ電流を制御するドライブ電流制御手段と、
前記反射型半導体光増幅素子のドライブ電流の制御状態に基づいて、前記反射型半導体光増幅素子のバイアス電流を制御するバイアス電流制御手段とを備えることを特徴とする光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光増幅装置および光伝送装置に関し、特に、加入者系光伝送システム、幹線者系光伝送システム、光交換システムなどに適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体光増幅素子（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＳＯＡ）は小型で消光比が大きく、広帯域に渡って利得が得られるため、例えば、非特許文献１に開示されているように、光伝送システムのキーデバイスとして用いられている。
【０００３】
一方、半導体光増幅素子は、偏波依存性、波長依存性、温度依存性による利得変動が大きく、例えば、偏波依存性として２ｄＢ程度の利得変動、波長依存性として１５３０〜１５６０ｎｍで１０ｄＢ以上程度の利得変動、温度波長依存性として０〜６５度で５〜１０ｄＢ程度の利得変動が見込まれる。
このため、従来の光伝送システムでは、半導体光増幅素子の利得変動を検出し、半導体光増幅素子のドライブ電流をＡＧＣ（Ａｕｔｏ　Ｇａｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御することで、偏波・波長・温度の変動に起因する利得変動を打ち消すことが行なわれている。
【０００４】
図５は、従来の光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
図５において、電話局１０１と加入者宅１０４とは光ファイバ１０３で接続され、電話局１０１には、ＣＷ（連続）光発生光源１０２が設けられるとともに、加入者宅１０４には、光サーキュレータ１０５、半導体光増幅素子１０６、光カプラ１０７、受光器１０８、制御回路１０９およびドライブ電流調整回路１１０が設けられている。
【０００５】
そして、ＣＷ光発生光源１０２で発生させられた光は、光ファイバ１０３を介して光サーキュレータ１０５に入射し、この光サーキュレータ１０５を介して半導体光増幅素子１０６に入力される。
そして、半導体光増幅素子１０６に入力された光は変調された後、光カプラ１０７に入力され、光カプラ１０７にて変調光が分岐される。
【０００６】
そして、光カプラ１０７にて分岐された一方の変調光は光サーキュレータ１０５に戻され、光ファイバ１０３を介して電話局１０１に送られる。
一方、光カプラ１０７にて分岐された他方の変調光は受光器１０８に入力され、受光器１０８にて半導体光増幅素子１０６の出力光の強度がモニタされ、そのモニタ結果が制御回路１０９に送られる。
【０００７】
そして、制御回路１０９は、半導体光増幅素子１０６の出力光強度のモニタ結果に基づいてドライブ電流調整回路１１０を制御し、半導体光増幅素子１０６の利得変動が打ち消されるように、半導体光増幅素子１０６のドライブ電流を調整する。
図６は、半導体光増幅素子のドライブ電流と利得との関係を示す図である。
【０００８】
図６において、半導体光増幅素子１０６のゲイン特性は、波長１５８０ｎｍ・２０℃の場合、ドライブ電流が０〜３０ｍＡの間において、ゲインが−３６ｄＢ〜１０ｄＢの間を変動し、ドライブ電流が３０ｍＡ以上で、ゲインが１０ｄＢで一定となる。
一方、波長１５８０ｎｍ・２０℃の場合、ドライブ電流が１５〜６０ｍＡの間において、ゲインが−３６ｄＢ〜６ｄＢの間を変動し、ドライブ電流が６０ｍＡ以上で、ゲインが６ｄＢで一定となる。
【０００９】
このため、例えば、波長１５８０ｎｍ・２０℃において、バイアス電流を０ｍＡに設定し、ドライブ電流を０〜２６ｍＡの間で変調することにより、光変調を行なうことが可能となる。
また、波長１５８０ｎｍ・２０℃において、半導体光増幅素子１０６のドライブ電流を２６ｍＡに設定することで、利得が６ｄＢとなっている場合、波長１５３０ｎｍ・６５℃では、半導体光増幅素子１０６のドライブ電流を２６ｍＡから８０ｍＡに上げることにより、利得を６ｄＢのまま維持することができ、偏波・波長・温度の変動による半導体光増幅素子１０６の利得変動を打ち消すことができる。
【００１０】
一方、半導体光増幅素子１０６では、偏波・波長・温度の変動により、利得だけでなく、立ち上がり遅れ時間も変化する。
図７は、半導体光増幅素子のバイアス電流と立ち上がり遅れ時間との関係を示す図である。
図７において、波長１５８０ｎｍ・２０℃の場合、半導体光増幅素子１０６の立ち上がり遅れ時間は、バイアス電流が０ｍＡでは１ｎｓ、バイアス電流が８ｍＡでは０．５ｎｓとなる。
【００１１】
一方、波長１５３０ｎｍ・６５℃の場合、半導体光増幅素子１０６の立ち上がり遅れ時間は、バイアス電流が０ｍＡでは１０ｎｓ、バイアス電流が８ｍＡでは１．５ｎｓとなる。
このため、半導体光増幅素子１０６の立ち上がり遅れ時間は、例えば、バイアス電流を８ｍＡで一定に保持した場合、波長１５８０ｎｍ・２０℃から波長１５３０ｎｍ・６５℃に変化すると、立ち上がり遅れ時間が０．５ｎｓから１．５ｎｓに増大する。
【００１２】
一方、半導体光増幅素子１０６のバイアス電流を増加させると、半導体光増幅素子１０６の立ち上がり遅れ時間は減少する。
このため、半導体光増幅素子１０６のバイアス電流を増加させることにより、半導体光増幅素子１０６の立ち上がり遅れ時間を改善し、タイミングジッタを低減させることができる。
【００１３】
例えば、波長１５８０ｎｍ・２０℃の場合、半導体光増幅素子１０６のバイアス電流を０ｍＡから８ｍＡに変化させると、半導体光増幅素子１０６の立ち上がり遅れ時間は、１ｎｓから０．５ｎｓに減少し、タイミングジッタを低減させることができる。
図８は、従来の光伝送システムの別の構成を示すブロック図である。
【００１４】
図８において、電話局１２１と加入者宅１２４とは光ファイバ１２３で接続され、電話局１２１には、ＣＷ光発生光源１２２が設けられるとともに、加入者宅１２４には、光カプラ１２５、反射型半導体光増幅素子１２６、受光器１２７、制御回路１２８およびドライブ電流調整回路１２９が設けられている。
そして、ＣＷ光発生光源１２２で発生させられた光は、光ファイバ１２３を介して光カプラ１２５に入射し、この光カプラ１２５を介して反射型半導体光増幅素子１２６に入力される。
【００１５】
そして、反射型半導体光増幅素子１２６に入力された光は変調された後、光カプラ１２５に向けて反射され、光カプラ１２５にて変調光が分岐される。
そして、光カプラ１２５にて分岐された一方の変調光は光ファイバ１２３を介して電話局１２１に送られる。
一方、光カプラ１２５にて分岐された他方の変調光は受光器１２７に入力され、受光器１２７にて反射型半導体光増幅素子１２６の出力光の強度がモニタされ、そのモニタ結果が制御回路１２８に送られる。
【００１６】
そして、制御回路１２８は、反射型半導体光増幅素子１２６の出力光強度のモニタ結果に基づいてドライブ電流調整回路１２９を制御し、反射型半導体光増幅素子１２６の利得変動が打ち消されるように、反射型半導体光増幅素子１２６のドライブ電流を調整する。
ここで、半導体光増幅素子として反射型半導体光増幅素子１２６を用いることで、光サーキュレータを省略することが可能となり、光伝送システムの構成を簡略化することができる。
【００１７】
【非特許文献１】
「ＩＳＢＮ４−２７４−９０２６９−Ｘ−Ｃ３０５５（オーム社）」
Ｍ．Ｏｋａｙａｓｕ，Ｙ．Ｓｕｚｕｋｉ，Ｎ．Ｙｏｓｈｉｍｏｔｏ，Ｒ．Ｉｇａ，Ｈ．Ｓｕｇｉｕｒａ，ａｎｄ　Ｊ．Ｙｏｓｈｉｄａ“Ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｕｓｉｎｇ　ａ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ　Ｍｏｄｕｌｅ　ｆｏｒ　ＷＤＮ−ＰＯＮ　ａｎｄ　ＷＤＮ−ＬＡＮ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ”，ＮＯＣ’９９（Ｎｅｔｗｏｒｋｓ　ａｎｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）ｐ．２７８−２８３
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光伝送システムでは、半導体光増幅素子１０６および反射型半導体光増幅素子１２６の出力光強度のモニタ結果に基づいて、半導体光増幅素子１０６および反射型半導体光増幅素子１２６のドライブ電流をそれぞれ変化させるだけなので、偏波・波長・温度の変動による利得変動を打ち消すことは可能となるが、偏波・波長・温度の変動による立ち上がり遅れ時間の変動を打ち消すことができなかった。
【００１９】
このため、従来の光伝送システムでは、偏波・波長・温度が変動した場合、半導体光増幅素子１０６および反射型半導体光増幅素子１２６の利得を一定に保つことはできたが、立ち上がり遅れ時間を一定に保つことができず、タイミングジッタが増大し、波形劣化の原因になるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、偏波・波長・温度の変動による利得変動だけでなく、立ち上がり遅れ時間の変動も打ち消すことが可能な光増幅装置および光伝送装置を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の光増幅装置によれば、半導体光増幅素子と、前記半導体光増幅素子の出力光強度に基づいて、前記半導体光増幅素子のドライブ電流を制御するドライブ電流制御手段と、前記半導体光増幅素子のドライブ電流の制御状態に基づいて、前記半導体光増幅素子のバイアス電流を制御するバイアス電流制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
これにより、半導体光増幅素子の利得変動が打ち消されるように、半導体光増幅素子のドライブ電流を制御することが可能となるとともに、半導体光増幅素子の利立ち上がり遅れ時間の変動が打ち消されるように、半導体光増幅素子のバイアス電流を制御することが可能となる。
このため、偏波・波長・温度が変動した場合においても、半導体光増幅素子の利得変動だけでなく、立ち上がり遅れ時間の変動も打ち消すことが可能となり、タイミングジッタの増大を抑制しつつ、半導体光増幅素子の利得を一定に維持することが可能となる。
【００２２】
また、請求項２記載の光増幅装置によれば、半導体光増幅素子と、前記半導体光増幅素子の利得変動を打ち消すように、前記半導体光増幅素子のドライブ電流を制御するドライブ電流制御手段と、前記半導体光増幅素子の立ち上がり遅れ時間の変動を打ち消すように、前記半導体光増幅素子のバイアス電流を制御するバイアス電流制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２３】
これにより、偏波・波長・温度が変動した場合においても、半導体光増幅素子の利得変動だけでなく、立ち上がり遅れ時間の変動も打ち消すことが可能となり、タイミングジッタの増大を抑制しつつ、半導体光増幅素子の利得を一定に維持することが可能となる。
また、請求項３記載の光増幅装置によれば、前記バイアス電流制御手段は、前記ドライブ電流の３．０〜４．５分の１の範囲において、前記バイアス電流と前記ドライブ電流との比率が一定になるように前記バイアス電流を制御することを特徴とする。
【００２４】
これにより、半導体光増幅素子のドライブ電流に連動して、半導体光増幅素子のバイアス電流を調整することで、半導体光増幅素子の立ち上がり遅れ時間の変動を打ち消すことが可能となり、半導体光増幅素子のバイアス電流の調整を容易に行なうことが可能となる。
また、請求項４記載の光伝送装置によれば、半導体光増幅素子と、前記半導体光増幅素子からの出力光を分岐させる光カプラと、光ファイバを介して伝送された光を前記半導体光増幅素子に入力するとともに、前記光カプラで分岐された第１の分岐光を前記光ファイバに入力する光サーキュレータと、前記光カプラで分岐された第２の分岐光の光強度をモニタする光受光器と、前記光受光器による光強度のモニタ結果に基づいて、前記半導体光増幅素子のドライブ電流を制御するドライブ電流制御手段と、前記半導体光増幅素子のドライブ電流の制御状態に基づいて、前記半導体光増幅素子のバイアス電流を制御するバイアス電流制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２５】
これにより、偏波・波長・温度が変動した場合においても、半導体光増幅素子の利得変動だけでなく、立ち上がり遅れ時間の変動も打ち消すことが可能となるとともに、伝送元から送られた連続光を伝送先で変調して伝送元に送り返すことが可能となる。
このため、タイミングジッタの増大を抑制しつつ、半導体光増幅素子の利得を一定に維持することが可能となるとともに、伝送先での連続光の強度や波長の監視や維持という煩わしい作業から開放することが可能となる。
【００２６】
また、請求項５記載の光伝送装置によれば、反射型半導体光増幅素子と、光ファイバを介して伝送された光を前記反射型半導体光増幅素子に入力するとともに、前記反射型半導体光増幅素子からの出力光を分岐させた第１の分岐光を前記光ファイバに入力する光カプラと、前記光カプラで分岐された第２の分岐光の光強度をモニタする光受光器と、前記光受光器による光強度のモニタ結果に基づいて、前記反射型半導体光増幅素子のドライブ電流を制御するドライブ電流制御手段と、前記反射型半導体光増幅素子のドライブ電流の制御状態に基づいて、前記反射型半導体光増幅素子のバイアス電流を制御するバイアス電流制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２７】
これにより、偏波・波長・温度が変動した場合においても、半導体光増幅素子の利得変動だけでなく、立ち上がり遅れ時間の変動も打ち消すことが可能となるとともに、伝送先に光サーキュレータを設けることなく、伝送元から送られる連続光を伝送先で変調して伝送元に送り返すことが可能となる。
このため、タイミングジッタの増大を抑制しつつ、半導体光増幅素子の利得を一定に維持することが可能となるとともに、光伝送システムの構成の簡略化を図りつつ、伝送先での連続光の強度や波長の監視や維持という煩わしい作業から開放することが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る光伝送システムについて図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
【００２９】
図１において、電話局１１と加入者宅１４とは光ファイバ１３で接続され、電話局１１には、ＣＷ光発生光源１２が設けられるとともに、加入者宅１４には、光サーキュレータ１５、半導体光増幅素子１６、光カプラ１７、受光器１８、制御回路１９およびドライブ電流調整回路２０に加え、バイアス電流調整回路２１およびバイアス電流重畳回路（例えば、バイアスＴ）２２が設けられている。
【００３０】
そして、ＣＷ光発生光源１２で発生させられた光は、光ファイバ１３を介して光サーキュレータ１５に入射し、この光サーキュレータ１５を介して半導体光増幅素子１６に入力される。
そして、半導体光増幅素子１６に入力された光は変調された後、光カプラ１７に入力され、光カプラ１７にて変調光が分岐される。
【００３１】
そして、光カプラ１７にて分岐された一方の変調光は光サーキュレータ１５に戻され、光ファイバ１３を介して電話局１１に送られる。
ここで、電話局１１から送られたＣＷ光を加入者宅１４側で変調して電話局１１に送り返すことにより、ＣＷ光の波長や強度の監視・維持を電話局１１側で行うことが可能となる。
【００３２】
このため、ＣＷ光の波長や強度の監視・維持を加入者宅１４側で行なう必要がなくなり、ＣＷ光の波長や強度の監視・維持という煩わしい作業から解放することが可能となる。
一方、光カプラ１７にて分岐された他方の変調光は受光器１８に入力され、受光器１８にて半導体光増幅素子１６の出力光の強度がモニタされ、そのモニタ結果が制御回路１９に送られる。
【００３３】
そして、制御回路１９は、半導体光増幅素子１６の出力光強度のモニタ結果に基づいてドライブ電流調整回路２０を制御し、半導体光増幅素子１６の利得変動が打ち消されるように、半導体光増幅素子１６のドライブ電流を調整する。
また、制御回路１９は、半導体光増幅素子１６のドライブ電流の制御状態に基づいてバイアス電流調整回路２１を制御し、半導体光増幅素子１６の立ち上がり遅れ時間が打ち消されるように、半導体光増幅素子１６のバイアス電流を調整する。
【００３４】
そして、ドライブ電流調整回路２０で調整されたドライブ電流およびバイアス電流調整回路２１で調整されたバイアス電流は、バイアス電流重畳回路２２に出力され、バイアス電流重畳回路２２にて、バイアス電流がドライブ電流に重畳される。
そして、バイアス電流が重畳されたドライブ電流は半導体光増幅素子１６に出力され、半導体光増幅素子１６の利得変動が打ち消されるように、半導体光増幅素子１６のドライブ電流が制御されるとともに、半導体光増幅素子１６の立ち上がり遅れ時間が打ち消されるように、半導体光増幅素子１６のバイアス電流が制御される。
【００３５】
例えば、図６に示すように、波長１５８０ｎｍ・２０℃において、半導体光増幅素子１６のバイアス電流を０ｍＡに設定し、半導体光増幅素子１６のドライブ電流を０〜２６ｍＡの間で変調することにより、光変調を行なうことが可能となる。
また、図７に示すように、波長１５８０ｎｍ・２０℃において、半導体光増幅素子１６のバイアス電流を０ｍＡから８ｍＡに変化させることにより、半導体光増幅素子１６の立ち上がり遅れ時間を１ｎｓから０．５ｎｓに減少させることができ、タイミングジッタを低減させることができる。
【００３６】
ここで、ドライブ電流調整回路２０を設け、受光器１８にて半導体光増幅素子１６の出力光強度をモニタすることにより、半導体光増幅素子１６の利得変動を検出することが可能となり、半導体光増幅素子１６の利得変動が打ち消されるように、半導体光増幅素子１６のドライブ電流を制御することができる。
例えば、図６の波長１５８０ｎｍ・２０℃において、半導体光増幅素子１６のドライブ電流を２６ｍＡに設定することで、利得が６ｄＢとなっている場合、波長１５３０ｎｍ・６５℃においても、利得が６ｄＢのまま維持されるように、半導体光増幅素子１６のドライブ電流を２６ｍＡから８０ｍＡに上げることにより、偏波・波長・温度の変動による半導体光増幅素子１６の利得変動を打ち消すことができる。
【００３７】
さらに、バイアス電流調整回路２１を設け、半導体光増幅素子１６のドライブ電流の制御状態に基づいてバイアス電流調整回路２１を制御し、半導体光増幅素子１６のバイアス電流を調整することにより、偏波・波長・温度の変動による半導体光増幅素子１６の立ち上がり遅れ時間の変動を打ち消すことができる。
すなわち、半導体光増幅素子１６のバイアス電流が８ｍＡに設定されている場合、図７に示すように、波長１５８０ｎｍ・２０℃では、半導体光増幅素子１６の立ち上がり遅れ時間は０．５ｎｓとなるのに対し、波長１５３０ｎｍ・６０℃では、半導体光増幅素子１６のバイアス電流を８ｍＡのまま維持した場合、半導体光増幅素子１６の立ち上がり遅れ時間は１．５ｎｓとなる。
【００３８】
一方、波長１５３０ｎｍ・６０℃の場合、半導体光増幅素子１６のバイアス電流を８ｍＡから２５ｍＡに増加させると、図７に示すように、半導体光増幅素子１６の立ち上がり遅れ時間は１．５ｎｓから０．５ｎｓに減少し、波長１５８０ｎｍ・２０℃における半導体光増幅素子１６の立ち上がり遅れ時間と一致させることができる。
【００３９】
このため、図７の波長１５８０ｎｍ・２０℃において、半導体光増幅素子１６のバイアス電流が８ｍＡに設定され、半導体光増幅素子１６の立ち上がり遅れ時間が０．５ｎｓとなっている場合、波長１５３０ｎｍ・６５℃においても、半導体光増幅素子１６の立ち上がり遅れ時間が０．５ｎｓとなるように、バイアス電流を８ｍＡから２６ｍＡに上げることにより、偏波・波長・温度の変動による半導体光増幅素子１６の立ち上がり遅れ時間を打ち消すことができる。
【００４０】
そして、波長１５８０ｎｍ・２０℃において、半導体光増幅素子１６のドライブ電流が２６ｍＡに調整され、利得が６ｄＢに設定されるとともに、バイアス電流が８ｍＡに調整され、立ち上がり遅れ時間が０．５ｎｓに設定されている場合、波長１５３０ｎｍ・６５℃においても、半導体光増幅素子１６のドライブ電流を２６ｍＡにそのまま維持するとともに、半導体光増幅素子１６のバイアス電流を８ｍＡにそのまま維持すると、半導体光増幅素子１６の利得が６ｄＢから−２６ｄＢに減少するだけでなく、立ち上がり遅れ時間が０．５ｎｓから１．５ｎｓに増大する。
【００４１】
そこで、波長１５３０ｎｍ・６５℃では、半導体光増幅素子１６のドライブ電流を２６ｍＡから８０ｍＡに上げるとともに、半導体光増幅素子１６のバイアス電流を８ｍＡから２６ｍＡに上げることにより、波長１５３０ｎｍ・６５℃の場合においても、半導体光増幅素子１６の利得を６ｄＢのまま一定に維持することが可能となるとともに、半導体光増幅素子１６の立ち上がり遅れ時間を０．５ｎｓのまま一定に維持することができる。
【００４２】
このため、半導体光増幅素子１６のドライブ電流の制御状態に基づいて半導体光増幅素子１６のバイアス電流を調整することにより、偏波・波長・温度の変動による半導体光増幅素子１６の利得変動を打ち消すことが可能となるだけでなく、偏波・波長・温度の変動による半導体光増幅素子１６の立ち上がり遅れ時間を打ち消すことが可能となる。
【００４３】
なお、上述した実施例では、偏波・波長・温度の変動による半導体光増幅素子１６の利得変動を打ち消すために、波長１５８０ｎｍ・２０℃では、半導体光増幅素子１６のドライブ電流を２６ｍＡに設定するとともに、波長１５３０ｎｍ・６５℃では、半導体光増幅素子１６のドライブ電流を８０ｍＡに設定し、偏波・波長・温度の変動による半導体光増幅素子１６の立ち上がり遅れ時間を打ち消すために、波長１５８０ｎｍ・２０℃では、半導体光増幅素子１６のバイアス電流を８ｍＡに設定するとともに、波長１５３０ｎｍ・６５℃では、半導体光増幅素子１６のバイアス電流を２６ｍＡに設定した。
【００４４】
ここで、ドライブ電流とバイアス電流との比を考えると、
波長１５８０ｎｍ・２０℃の時、２６：８　＝３．２５：１
波長１５３０ｎｍ・６５℃の時、８０：２５＝３．２５：１
となり、ドライブ電流とバイアス電流との比はほぼ一定となる。
このため、半導体光増幅素子１６の出力光強度のモニタ結果に基づいて、ドライブ電流を調整するとともに、ドライブ電流とバイアス電流との比が３．２５：１になるように、バイアス電流を調整することにより、偏波・波長・温度の変動による半導体光増幅素子１６の利得変動を打ち消しつつ、半導体光増幅素子１６の立ち上がり遅れ時間の変動を打ち消すことが可能となる。
【００４５】
なお、実際には、ドライブ電流とバイアス電流との比は多少のバラツキが許され、バイアス電流は、図６の立ち上がり点（半導体レーザで言うしきい値）付近であればよいため、ドライブ電流とバイアス電流との比は、３．０〜４．５：１の間に設定することが好ましい。
図２は、図１の半導体光増幅素子の概略構成を透視して示す斜視図である。
【００４６】
図２において、半導体光増幅素子１６には、スポットサイズ変換領域Ｒ１、Ｒ３および活性領域Ｒ２が設けられ、活性領域Ｒ２はスポットサイズ変換領域Ｒ１、Ｒ３の間に挟まれている。
なお、半導体光増幅素子１６の素子長は、例えば、１２００μｍ、活性領域Ｒ２の長さは、例えば、６００μｍ、各スポットサイズ変換領域Ｒ１、Ｒ３の長さは、例えば、３００μｍとすることができる。
【００４７】
そして、スポットサイズ変換領域Ｒ１、Ｒ３および活性領域Ｒ２はｎ型ＩｎＰ基板３１上に設けられ、ｎ型ＩｎＰ基板３１上には、ｎ型ＩｎＰ突起層３２が半導体光増幅素子１６の長さ方向にストライプ状に設けられている。
そして、ｎ型ＩｎＰ突起層３２上には、活性領域Ｒ２に対応してＩｎＧａＡｓＰ活性層３３が積層されるとともに、スポットサイズ変換領域Ｒ１、Ｒ３に対応してＩｎＧａＡｓＰ垂直テーパ層３４ａ、３４ｂがそれぞれ積層されている。
【００４８】
なお、ｎ型ＩｎＰ突起層３２、ＩｎＧａＡｓＰ活性層３３およびＩｎＧａＡｓＰ垂直テーパ層３４ａ、３４ｂの幅は、例えば、０．５μｍとすることができる。
また、ＩｎＧａＡｓＰ活性層３３の厚さは、例えば、０．４μｍ、バンドギャップ波長は、例えば、１．５５μｍとすることができ、ＩｎＧａＡｓＰ垂直テーパ層３４ａ、３４ｂの厚さは、例えば、出射先端部で０．２μｍ、バンドギャップ波長は、例えば、１．３μｍとすることができる。
【００４９】
また、ｎ型ＩｎＰ突起層３２、ＩｎＧａＡｓＰ活性層３３およびＩｎＧａＡｓＰ垂直テーパ層３４ａ、３４ｂのストライプ形状は、メタンと水素の混合ガスを用いたドライエッチングにより形成することができる。
そして、ｎ型ＩｎＰ突起層３２、ＩｎＧａＡｓＰ活性層３３およびＩｎＧａＡｓＰ垂直テーパ層３４ａ、３４ｂの両側は、ｐ型ＩｎＰ埋め込み層３５およびｎ型ＩｎＰ埋め込み層３６ａ、３６ｂにより埋め込まれ、ｎ型ＩｎＰ埋め込み層３６ａ、３６ｂ上には、ｐ型ＩｎＰ層３７およびｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３８が順次積層され、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３８上には、活性領域Ｒ２に対応して電極３９が形成されている。
【００５０】
また、スポットサイズ変換領域Ｒ１の光入射端面およびスポットサイズ変換領域Ｒ３の光出射端面には、例えば、ＳｉＯ２とＴｉＯ２が交互に積層された多層膜からなる反射防止膜が形成され、スポットサイズ変換領域Ｒ１の光入射端面およびスポットサイズ変換領域Ｒ３の光出射端面は平面ファイバに結合されて、モジュール化されている。
【００５１】
そして、電極３９を介してＩｎＧａＡｓＰ活性層３３に電流を流し、スポットサイズ変換領域Ｒ１に光を入射させると、スポットサイズ変換領域Ｒ１に入射した光のスポットサイズが変換されて、ＩｎＧａＡｓＰ活性層３３に入力される。そして、ＩｎＧａＡｓＰ活性層３３に入力された光は増幅された後、スポットサイズ変換領域Ｒ３に入射され、ポットサイズが変換されて出射される。
【００５２】
例えば、半導体光増幅素子１６の典型的な静特性として、波長が１５５０ｎｍ、−１０ｄＢｍの入力光に対し、室温２０℃において、注入電流が０〜８ｍＡで３０ｄＢ以上のファイバ間損失、注入電流が２０ｍＡでファイバ間無損失、注入電流が４０ｍＡで１０ｄＢの利得を得ることができる。
また、半導体光増幅素子１６は、数ＧＨｚ程度の高速変調が可能であり、ＣＷ光を半導体光増幅素子１６に入力して変調光を得ることができる。
【００５３】
図３は、本発明の第２実施形態に係る光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
図３において、電話局４１と加入者宅４４とは光ファイバ４３で接続され、電話局４１には、ＣＷ光発生光源４２が設けられるとともに、加入者宅４４には、光カプラ４５、反射型半導体光増幅素子４６、受光器４７、制御回路４８およびドライブ電流調整回路４９に加え、バイアス電流調整回路５０およびバイアス電流重畳回路５１が設けられている。
【００５４】
そして、ＣＷ光発生光源４２で発生させられた光は、光ファイバ４３を介して光カプラ４５に入射し、この光カプラ４５を介して反射型半導体光増幅素子４６に入力される。
そして、反射型半導体光増幅素子４６に入力された光は変調された後、光カプラ４５に向けて反射され、光カプラ４５にて変調光が分岐される。
【００５５】
そして、光カプラ４５にて分岐された一方の変調光は光ファイバ４３を介して電話局４１に送られる。
ここで、電話局４１から送られたＣＷ光を加入者宅４４側で変調して電話局４１に送り返すことにより、ＣＷ光の波長や強度の監視・維持を電話局４１側で行うことが可能となるとともに、反射型半導体光増幅素子４６を用いることにより、変調光を電話局４１に送り返すために、光サーキュレータを用いる必要がなくなる。
【００５６】
このため、光伝送システムの構成の簡略化を可能としつつ、ＣＷ光の波長や強度の監視・維持を加入者宅１４側で行なう必要をなくして、ＣＷ光の波長や強度の監視・維持という煩わしい作業から解放することが可能となる。
一方、光カプラ４５にて分岐された他方の変調光は受光器４７に入力され、受光器４７にて反射型半導体光増幅素子４６の出力光の強度がモニタされ、そのモニタ結果が制御回路４８に送られる。
【００５７】
そして、制御回路４８は、反射型半導体光増幅素子４６の出力光強度のモニタ結果に基づいてドライブ電流調整回路４９を制御し、反射型半導体光増幅素子４６の利得変動が打ち消されるように、反射型半導体光増幅素子４６のドライブ電流を調整する。
また、制御回路４８は、反射型半導体光増幅素子４６のドライブ電流の制御状態に基づいてバイアス電流調整回路５０を制御し、反射型半導体光増幅素子４６の立ち上がり遅れ時間が打ち消されるように、反射型半導体光増幅素子４６のバイアス電流を調整する。
【００５８】
そして、ドライブ電流調整回路４９で調整されたドライブ電流およびバイアス電流調整回路５０で調整されたバイアス電流は、バイアス電流重畳回路５１に出力され、バイアス電流重畳回路５１にて、バイアス電流がドライブ電流に重畳される。
そして、バイアス電流が重畳されたドライブ電流は反射型半導体光増幅素子４６に出力され、反射型半導体光増幅素子４６の利得変動が打ち消されるように、反射型半導体光増幅素子４６のドライブ電流が制御されるとともに、反射型半導体光増幅素子４６の立ち上がり遅れ時間が打ち消されるように、反射型半導体光増幅素子４６のバイアス電流が制御される。
【００５９】
例えば、図６に示すように、波長１５８０ｎｍ・２０℃において、反射型半導体光増幅素子４６のバイアス電流を０ｍＡに設定し、反射型半導体光増幅素子４６のドライブ電流を０〜２６ｍＡの間で変調することにより、光変調を行なうことが可能となる。
また、図７に示すように、波長１５８０ｎｍ・２０℃において、反射型半導体光増幅素子４６のバイアス電流を０ｍＡから８ｍＡに変化させることにより、反射型半導体光増幅素子４６の立ち上がり遅れ時間を１ｎｓから０．５ｎｓに減少させることができ、タイミングジッタを低減させることができる。
【００６０】
ここで、ドライブ電流調整回路４９を設け、受光器４７にて反射型半導体光増幅素子４６の出力光強度をモニタすることにより、反射型半導体光増幅素子４６の利得変動を検出することが可能となり、反射型半導体光増幅素子４６の利得変動が打ち消されるように、反射型半導体光増幅素子４６のドライブ電流を制御することができる。
【００６１】
例えば、図６の波長１５８０ｎｍ・２０℃において、反射型半導体光増幅素子４６のドライブ電流を２６ｍＡに設定することで、反射型半導体光増幅素子４６の利得が６ｄＢとなっている場合、波長１５３０ｎｍ・６５℃においても、利得が６ｄＢとなるように、反射型半導体光増幅素子４６のドライブ電流を２６ｍＡから８０ｍＡに上げることにより、偏波・波長・温度の変動による反射型半導体光増幅素子４６の利得変動を打ち消すことができる。
【００６２】
さらに、バイアス電流調整回路５０を設け、反射型半導体光増幅素子４６のドライブ電流の制御状態に基づいてバイアス電流調整回路５０を制御し、反射型半導体光増幅素子４６のバイアス電流を調整することにより、偏波・波長・温度の変動による反射型半導体光増幅素子４６の立ち上がり遅れ時間の変動を打ち消すことができる。
【００６３】
すなわち、反射型半導体光増幅素子４６のバイアス電流が８ｍＡに設定されている場合、図７に示すように、波長１５８０ｎｍ・２０℃では、反射型半導体光増幅素子４６の立ち上がり遅れ時間は０．５ｎｓとなるのに対し、波長１５３０ｎｍ・６０℃では、反射型半導体光増幅素子４６のバイアス電流を８ｍＡのまま維持した場合、反射型半導体光増幅素子４６の立ち上がり遅れ時間は１．５ｎｓとなる。
【００６４】
一方、波長１５３０ｎｍ・６０℃の場合、反射型半導体光増幅素子４６のバイアス電流を８ｍＡから２５ｍＡに増加させると、図７に示すように、反射型半導体光増幅素子４６の立ち上がり遅れ時間は１．５ｎｓから０．５ｎｓに減少し、波長１５８０ｎｍ・２０℃における反射型半導体光増幅素子４６の立ち上がり遅れ時間と一致させることができる。
【００６５】
このため、図７の波長１５８０ｎｍ・２０℃において、反射型半導体光増幅素子４６のバイアス電流を８ｍＡに設定することで、反射型半導体光増幅素子４６の立ち上がり遅れ時間が０．５ｎｓとなっている場合、波長１５３０ｎｍ・６５℃においても、反射型半導体光増幅素子４６の立ち上がり遅れ時間が０．５ｎｓとなるように、バイアス電流を８ｍＡから２６ｍＡに上げることにより、偏波・波長・温度の変動による反射型半導体光増幅素子４６の立ち上がり遅れ時間を打ち消すことができる。
【００６６】
そして、波長１５８０ｎｍ・２０℃において、反射型半導体光増幅素子４６のドライブ電流が２６ｍＡに調整され、利得が６ｄＢに設定されるとともに、バイアス電流が８ｍＡに調整され、立ち上がり遅れ時間が０．５ｎｓに設定されている場合、波長１５３０ｎｍ・６５℃においても、反射型半導体光増幅素子４６のドライブ電流を２６ｍＡのまま維持するとともに、反射型半導体光増幅素子４６のバイアス電流を８ｍＡのまま維持すると、反射型半導体光増幅素子４６の利得が６ｄＢから−２６ｄＢに減少するだけでなく、立ち上がり遅れ時間が０．５ｎｓから１．５ｎｓに増大する。
【００６７】
そこで、波長１５３０ｎｍ・６５℃では、反射型半導体光増幅素子４６のドライブ電流を２６ｍＡから８０ｍＡに上げるとともに、反射型半導体光増幅素子４６のバイアス電流を８ｍＡから２６ｍＡに上げることにより、波長１５３０ｎｍ・６５℃の場合においても、反射型半導体光増幅素子４６の利得を６ｄＢのまま一定に維持することが可能となるとともに、反射型半導体光増幅素子４６の立ち上がり遅れ時間を０．５ｎｓのまま一定に維持することができる。
【００６８】
このため、反射型半導体光増幅素子４６のドライブ電流の制御状態に基づいて反射型半導体光増幅素子４６のバイアス電流を調整することにより、偏波・波長・温度の変動による反射型半導体光増幅素子４６の利得変動を打ち消すことが可能となるだけでなく、偏波・波長・温度の変動による反射型半導体光増幅素子４６の立ち上がり遅れ時間を打ち消すことが可能となる。
【００６９】
図４は、図３の反射型半導体光増幅素子の概略構成を透視して示す斜視図である。
図４において、反射型半導体光増幅素子４６には、スポットサイズ変換領域Ｒ１１および活性領域Ｒ１２が設けられ、活性領域Ｒ１２はスポットサイズ変換領域Ｒ１１に結合されている。
【００７０】
なお、半導体光増幅素子４６の素子長は、例えば、９００μｍ、活性領域Ｒ１２の長さは、例えば、６００μｍ、スポットサイズ変換領域Ｒ１１の長さは、例えば、３００μｍとすることができる。
そして、スポットサイズ変換領域Ｒ１１および活性領域Ｒ１２はｎ型ＩｎＰ基板６１上に設けられ、ｎ型ＩｎＰ基板６１上には、ｎ型ＩｎＰ突起層６２が反射型半導体光増幅素子４６の長さ方向にストライプ状に設けられている。
【００７１】
そして、ｎ型ＩｎＰ突起層６２上には、活性領域Ｒ１２に対応してＩｎＧａＡｓＰ活性層６３が積層されるとともに、スポットサイズ変換領域Ｒ１１に対応してＩｎＧａＡｓＰ垂直テーパ層６４が積層されている。
なお、ｎ型ＩｎＰ突起層６２、ＩｎＧａＡｓＰ活性層６３およびＩｎＧａＡｓＰ垂直テーパ層６４の幅は、例えば、０．５μｍとすることができる。
【００７２】
また、ＩｎＧａＡｓＰ活性層６３の厚さは、例えば、０．４μｍ、バンドギャップ波長は、例えば、１．５５μｍとすることができ、ＩｎＧａＡｓＰ垂直テーパ層６４の厚さは、例えば、出射先端部で０．２μｍ、バンドギャップ波長は、例えば、１．３μｍとすることができる。
また、ｎ型ＩｎＰ突起層６２、ＩｎＧａＡｓＰ活性層６３およびＩｎＧａＡｓＰ垂直テーパ層６４のストライプ形状は、メタンと水素の混合ガスを用いたドライエッチングにより形成することができる。
【００７３】
そして、ｎ型ＩｎＰ突起層６２、ＩｎＧａＡｓＰ活性層６３およびＩｎＧａＡｓＰ垂直テーパ層６４の両側は、ｐ型ＩｎＰ埋め込み層６５およびｎ型ＩｎＰ埋め込み層６６ａ、６６ｂにより埋め込まれ、ｎ型ＩｎＰ埋め込み層６６ａ、６６ｂ上には、ｐ型ＩｎＰ層６７およびｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層６８が順次積層され、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層６８上には、活性領域Ｒ１２に対応して電極６９が形成されている。
【００７４】
また、スポットサイズ変換領域Ｒ１の光入出射端面には、例えば、ＳｉＯ２とＴｉＯ２が交互に積層された多層膜からなる反射防止膜が形成され、スポットサイズ変換領域Ｒ１の光入出射端面は平面ファイバに結合されて、モジュール化されている。
そして、電極６９を介してＩｎＧａＡｓＰ活性層６３に電流を流し、スポットサイズ変換領域Ｒ１１に光を入射させると、スポットサイズ変換領域Ｒ１１に入射した光のスポットサイズが変換されて、ＩｎＧａＡｓＰ活性層６３に入力される。
【００７５】
そして、ＩｎＧａＡｓＰ活性層６３に入力された光は増幅された後、活性領域Ｒ１２の端面７０で反射され、スポットサイズ変換領域Ｒ１１を再び通過することで、ポットサイズが変換されて出射される。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体光増幅素子の利得変動が打ち消されるように、半導体光増幅素子のドライブ電流を制御するとともに、半導体光増幅素子の利立ち上がり遅れ時間の変動が打ち消されるように、半導体光増幅素子のバイアス電流を制御することにより、偏波・波長・温度が変動した場合においても、半導体光増幅素子の利得変動だけでなく、立ち上がり遅れ時間の変動も打ち消すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の半導体光増幅素子の概略構成を透視して示す斜視図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
【図４】図３の反射型半導体光増幅素子の概略構成を透視して示す斜視図である。
【図５】従来の光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
【図６】半導体光増幅素子のドライブ電流と利得との関係を示す図である。
【図７】半導体光増幅素子のバイアス電流と立ち上がり遅れ時間との関係を示す図である。
【図８】従来の光伝送システムの別の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１、４１　電話局
１２、４２　ＣＷ光発生光源
１３、４３　光ファイバ
１４、４４　加入者宅
１５　光サーキュレータ
１６　半導体光増幅素子
１７、４５　光カプラ
１８、４７　受光器
１９、４８　制御回路
２０、４９　ドライブ電流調整御回路
２１、５０　バイアス電流調整回路
２２、５１　バイアス電流重畳回路
Ｒ１、Ｒ３、Ｒ１１　スポットサイズ変換領域
Ｒ２、Ｒ１２　活性領域
３１、６１　ｎ型ＩｎＰ基板
３２、６２　ｎ型ＩｎＰ突起層
３３、６３　ＩｎＧａＡｓＰ活性層
３４ａ、３４ｂ、６４　ＩｎＧａＡｓＰ垂直テーパ層
３５、６５　ｐ型ＩｎＰ埋め込み層
３６ａ、３６ｂ、６６ａ、６６ｂ　ｎ型ＩｎＰ埋め込み層
３７、６７　ｐ型ＩｎＰ層
３８、６８　ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
３９、６９　電極
４６　反射型半導体光増幅素子
７０　反射端面
【図１】
2004134905.tif 000003
【図２】
2004134905.tif 000004
【図３】
2004134905.tif 000005
【図４】
2004134905.tif 000006
【図５】
2004134905.tif 000007
【図６】
2004134905.tif 000008
【図７】
2004134905.tif 000009
【図８】
2004134905.tif 000010