(57)【要約】【課題】  モード同期が不安定となることが回避でき、高い繰り返し周波数で光パルスが安定に発生できる光パルス発生器を提供する。【解決手段】  フォトダイオード６を用いて、モード同期が不安定となる電流値での光出力の変化をモニターする。モード同期が不安定となる電流値では、同時に、光出力も不連続な変化を示している。そこで、ＤＣ電流源３から半導体レーザ１に供給される電流を単調に変化させた時、フォトダイオード６の光電流出力に不連続な変化があらわれる電流値を回避するように、フォトダイオード６の光電流出力に応じて、ＤＣ電流源３から半導体レーザ１に供給される電流値を制御回路１０により設定する。これにより、モード同期が不安定となることを回避できる光パルス発生器を実現できる。また、狭帯域の光フィルターを通したレーザ光の強度をフォトダイオードでモニターし、レーザ光の強度が変化しないようにＤＣ電流源からの電流値を制御回路で調整することで中心波長が変化しないようにしても好ましい。【選択図】  図１
2005033145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ電流源と、
前記ＤＣ電流源により駆動される半導体レーザと、
異常分散をもつ単一モードファイバと、
前記半導体レーザから出射されるレーザ光を前記単一モードファイバに結合する光学系と、
前記半導体レーザから出射されるレーザ光の一部を受光する光モニター装置と、
前記ＤＣ電流源から前記半導体レーザに供給される電流を単調に変化させた時、前記モニター装置の光電流出力に不連続な変化があらわれる電流値を回避するように、前記モニター装置の光電流出力に応じて前記ＤＣ電流源から前記半導体レーザに供給される電流値を設定する制御回路と
を有することを特徴とする光パルス発生器。
【請求項２】
ＤＣ電流源と、
前記ＤＣ電流源により駆動される半導体レーザと、
異常分散をもつ単一モードファイバと、
前記半導体レーザから出射されるレーザ光を前記単一モードファイバに結合する光学系と、
前記半導体レーザの周囲に配置された狭帯域光フィルターと、
前記狭帯域フィルターを通して前記半導体レーザから出射されるレーザ光の一部を受光する光モニター装置と、
前記モニター装置の光電流出力が一定になるように前記ＤＣ電流源から前記半導体レーザに供給される電流を調整する制御回路と
を有することを特徴とする光パルス発生器。
【請求項３】
前記半導体レーザが、量子井戸構造を活性層にもつファブリペロ型半導体レーザであることを特徴とする請求項１または２に記載の光パルス発生器。
【請求項４】
前記光学系がアイソレータを含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光パルス発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い繰り返し周波数で、光パルスを簡便に発生するパルス発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は従来の光パルス発生器の構成例を示す。この光パルス発生器は、利得領域１と可飽和吸収領域９を有する。利得領域１には外部ＤＣ電流源３から一定電流が注入されている。外部ＤＣ電圧源８から一定の逆方向電圧が可飽和吸収領域９に印加され、可飽和吸収領域９の有する光非線形効果により、いわゆる受動モード同期状態が達成され、共振器を往復する時間の逆数で決まる繰り返し周波数をもつ短光パルスが得られる。ここで、安定なパルス発生のためには、利得領域１の電流と可飽和吸収領域９の電圧を調整する必要が有る。また、可飽和吸収領域９の長さも適度に調整する必要がある。
【０００３】
これに対し、図４は、通常の単電極ファブリペロ型半導体レーザを用いた従来の光パルス発生器の構成例を示す。半導体レーザは利得領域１のみからなり、利得領域１には外部ＤＣ電流源３から一定電流が注入されている。利得領域１から出射するレーザ光を光学系２により単一モードファイバ４に結合している。アイソレータ５は戻り光の影響を除去するために挿入している。単一モードファイバ４は、正の群速度分散、いわゆる異常分散をもっており、長さを調整することで分散値を調整できる。
【０００４】
このようなファブリペロ型半導体レーザは、電流の増加に伴い多モード発振するが、これらの多モードは、光出力を大きくすると非線形利得の効果でモード同期状態になることが知られている。また、レーザ出射直後は時間的にほとんど一定であるが、適度な分散により短パルスに圧縮できることが知られている。この圧縮により、ファブリペロ型半導体レーザと単一モードファイバを用いてサブピコ秒のパルス発生が可能である。
【０００５】
【非特許文献１】S. R. Chinn and E. A. Swanson “Passive FM locking and pulse generation from 980-nm strained-quantum-well fabry-perot lasers”IEEE PHOTONICS TECHOLOGY LETTERS, Vol. 5, NO.9, p.969-971 September 1993
【非特許文献２】野村良徳、越智誠司、富田信之、秋山浩一、井須俊郎、瀧口透、樋口秀世「１．５５μｍ 帯ファブリペロー半導体レーザのモードロック動作」信学技報（社）電子情報通信学会LQE99-8  P45-50  (1999-05)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の従来構成では、図４に示したように、可飽和吸収などの特別な構造無しに短パルスが容易に得られる。しかし、電流値によっては、モード同期が不安定となる点が判明している。その一例を、図５に示す。この波形は、レーザに注入する電流を５９ｍＡとしたときの光出力のＲＦスペクトルである。ビート信号に２つのピークが現れ、モード同期が一定の周波数で起こっていないことを示している。このように、電流値によっては、モード同期が不安定となり、安定なパルス発生が得られないという課題があった。
【０００７】
本発明は、このような課題を解消するためになされたもので、モード同期が不安定となることが回避でき、高い繰り返し周波数で光パルスが安定に発生できる光パルス発生器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１の光パルス発生器の発明は、ＤＣ電流源と、前記ＤＣ電流源３により駆動される半導体レーザと、異常分散をもつ単一モードファイバと、前記半導体レーザから出射されるレーザ光を前記単一モードファイバに結合する光学系と、前記半導体レーザから出射されるレーザ光の一部を受光する光モニター装置と、前記ＤＣ電流源から前記半導体レーザに供給される電流を単調に変化させた時、前記モニター装置の光電流出力に不連続な変化があらわれる電流値を回避するように、前記モニター装置の光電流出力に応じて前記ＤＣ電流源から前記半導体レーザに供給される電流値を設定する制御回路とを有することを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項２の光パルス発生器の発明は、ＤＣ電流源と、前記ＤＣ電流源により駆動される半導体レーザと、異常分散をもつ単一モードファイバと、前記半導体レーザから出射されるレーザ光を前記単一モードファイバに結合する光学系と、前記半導体レーザの周囲に配置された狭帯域光フィルターと、前記狭帯域フィルターを通して前記半導体レーザから出射されるレーザ光の一部を受光する光モニター装置と、前記モニター装置の光電流出力が一定になるように前記ＤＣ電流源から前記半導体レーザに供給される電流を調整する制御回路とを有することを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記半導体レーザが、量子井戸構造を活性層にもつファブリペロ型半導体レーザであることを特徴とすることができる。
【００１１】
また、前記光学系がアイソレータを含むことを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上記構成により、モード同期が不安定となることを回避でき、高い繰り返し周波数で光パルスが安定に発生できる光パルス発生器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における光パルス発生器は、図１に示すように、ＤＣ電流源３と、ＤＣ電流源３により駆動される半導体レーザ１と、異常分散をもつ単一モードファイバ４と、半導体レーザ１から出射されるレーザ光を単一モードファイバ４に結合する光学系２と、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の一部を受光するフォトダイオードのような光モニター装置６と、ＤＣ電流源３からレーザに供給される電流を単調に変化させた時、モニター装置６の光電流出力に不連続な変化があらわれる電流値を回避するように、モニター装置６の光電流出力に応じてＤＣ電流源３から半導体レーザ１に供給される電流値を設定する制御回路１０を有する。
【００１４】
光モニター装置６を用いて、モード同期が不安定となる電流値での光出力の変化をモニターする。モード同期が不安定となる電流値では、同時に、光出力も不連続な変化を示しており、この変化を光モニター装置６でモニターすることで不安定になる電流値を回避するように、ＤＣ電流源３の電流値を制御回路１0で調整する。従って、本実施形態によれば、モード同期が不安定となることを回避できる光パルス発生器を実現することができる。
【００１５】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態における光パルス発生器は、図２に示すように、ＤＣ電流源３と、ＤＣ電流源３により駆動される半導体レーザ１と、異常分散をもつ単一モードファイバ４と、半導体レーザ１から出射されるレーザ光を単一モードファイバ４に結合する光学系２と、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の一部を受光するフォトダイオードのような光モニター装置６と、半導体レーザ１と光モニター装置６間に配置された狭帯域光フィルター７と、モニター装置６の光電流出力が一定になるようにＤＣ電流源３から半導体レーザ１に供給される電流を調整する制御回路１１を有する。
【００１６】
光モニター装置６を用いて、モード同期が不安定となる電流値での光スペクトルの変化をモニターする。モード同期が不安定となる電流値では、光スペクトルにおいてもその中心波長が不連続なシフトを示しており、狭帯域の光フィルター７を通したレーザ光の強度を光モニター装置６でモニターし、レーザ光の強度が変化しないようにＤＣ電流源３からの電流値を制御回路１１で調整することで中心波長が変化しないようにしている。従って、本実施形態によれば、高い繰り返し周波数で光パルスが安定に発生できる光パルス発生器を実現することができる。
【実施例】
【００１７】
（第１の実施例）
本発明の第１の実施形態の実施例に相当する、本発明の第１の実施例による光パルス発生器の構成を図１を参照して説明する。ＩｎＧａＡｓＰを組成とする多重量子井戸構造を活性層とする１．５５μｍ帯ファブリペロ型半導体レーザは、利得領域１のみからなり、外部ＤＣ電流源３から一定電流が注入されている。多重量子井戸構造をもつ半導体レーザでは、非線形利得効果が大きくなり、モード同期状態を得やすい。特に、非線形利得係数の大きな歪多重量子井戸構造レーザでは、モード同期状態が得やすい。共振器長は４０８μｍである。
【００１８】
半導体レーザはペルチェ素子上に実装され、温度調整が可能である。半導体レーザ（利得領域）１から出射したレーザ光を光学系２で単一モードファイバ４に結合している。５のアイソレータは戻り光の影響を除去するために挿入されている。単一モードファイバ４は、正の群速度分散、いわゆる異常分散をもっており、長さを調整することで分散値を調整できる。ここでは約４０ｍの長さとしており、分散値は０．７ｐｓ／ｎｍとなっている。６は半導体レーザ１の光出力をモニターするためのフォトダイオードである。
【００１９】
この半導体レーザ１に電流１００ｍＡを流し、単一モードファイバからの光出力をオートコリレータ（図示しない）で観測した時の相関波形を図６に示す。この図から、１００ＧＨｚの繰り返し周波数でサブピコ秒の短パルスが得られていることがわかる。この図に、ファイバー長を５ｍとした時の相関波形を同時に示している。この場合は、分散値が小さいため、圧縮されていないことがわかる。
【００２０】
図７は、図１の構成において、半導体レーザ１への注入電流を単調に増加させた時のモニターフォトダイオード６からの出力を示している。この出力の微分特性から不連続点が存在することがわかる。実験の結果、これらの不連続点と、モード同期が不安定となりパルス発生も不安定になる点とが一致することが判明している。そこで、この不連続点を回避するように、モニターフォトダイオード６からの光電流出力に応じて、外部ＤＣ電流源３から半導体レーザ１への注入電流の電流値を設定するように制御回路１０を構成しているので、単一モードファイバ４からは安定なパルス発生が得られる。
【００２１】
単一モードファイバ４に結合された光を光ファイバー増幅器（図示しない）で増幅することも可能である。その際は、光ファイバー増幅器が通常０．６ｐｓ／ｎｍ程度の異常分散をもつので単一モードファイバの長さを短くする必要が有る。
【００２２】
（第２の実施例）
本発明の第２の実施形態の実施例に相当する、本発明の第２の実施例による光パルス発生器の構成を図２を参照して説明する。
【００２３】
図１に示した第１の実施形態と同様の光パルス発生器において、光スペクトルを観測し中心波長を測定すると、図８に示すように、電流の増大に伴ってステップ状に中心波長がシフトすることがわかる。ここで中心波長λｃは、
【００２４】
【数１】
2005033145.tif 000003
【００２５】
で与えられる。ただし、λｉは、ｉ番目のモードのピーク波長で有り、P(λｉ)はその光強度である。
【００２６】
そこで、図２に示すように、光出力をモニターするためのフォトダイオード６と半導体レーザ１の間に光バンドパスフィルター７を挿入し、中心波長がある値に固定されるように、外部ＤＣ電流源３から半導体レーザ１への電流値を設定するようにしたので、安定なパルス発生が得られている。具体的には、フォトダイオード６のモニター出力が一定となるように、外部ＤＣ電流源３からの電流を制御回路１１で調整している。
【００２７】
以上説明した本発明の実施例では、ファブリペロ型半導体レーザを用いたが、本発明はこれに限定されず、例えばグレーティングを形成した場合でも、多モード発振するレーザでは同一の効果が得られることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態と第１の実施例の光パルス発生器の構成を説明するブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態と第２の実施例の光パルス発生器の構成を説明するブロック図である。
【図３】従来の光パルス発生器の構成を説明するブロック図である。
【図４】従来の他の光パルス発生器の構成を説明するブロック図である。
【図５】従来の光パルス発生器において電流値によってモード同期が不安定となる点を示す特性図である。
【図６】図１の本発明の構成において、半導体レーザに電流１００ｍＡを流し、単一モードファイバからの光出力をオートコリレータで観測した時の相関波形を示す特性図である。
【図７】図１の本発明の構成において、半導体レーザへの注入電流を単調に増加させた時のモニターフォトダイオードからの出力を示す特性図である。
【図８】図１の本発明の構成において、光スペクトルを観測し中心波長を測定すると、電流の増大に伴ってステップ状に中心波長がシフトすることを示す特性図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  半導体レーザ（利得領域）
２  光学系
３  ＤＣ電流源
４  単一モードファイバ
５  アイソレータ
６  フォトダイオード（モニター装置）
７  光バンドパスフィルター
８  ＤＣ電圧源
９  可飽和吸収領域
１０  制御回路
１１  制御回路
【図１】
2005033145.tif 000004
【図２】
2005033145.tif 000005
【図３】
2005033145.tif 000006
【図４】
2005033145.tif 000007
【図５】
2005033145.tif 000008
【図６】
2005033145.tif 000009
【図７】
2005033145.tif 000010
【図８】
2005033145.tif 000011