(57)【要約】【課題】  増幅器の線形性及び利得飽和の入力光の強度を改善することができる利得固定半導体光増幅器を提供する。【解決手段】  利得固定半導体光増幅器３００は、入力光信号を増幅し、自然放出光を出力する半導体光増幅器３０１と、前記半導体光増幅器３０１から出力される自然放出光のうち、増幅しようとする波長領域は通過させ、その他の波長領域を反射させて半導体光増幅器３０１に再入力させることによって、半導体光増幅器３０１の利得を固定させる波長選択反射器３０２と、を具備する。【選択図】  図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光信号を増幅し、自然放出光を出力する半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器から出力される自然放出光のうち、増幅しようとする波長領域は通過させ、その他の波長領域を反射させて前記半導体光増幅器に再入力させることによって、前記半導体光増幅器の利得を固定させる波長選択反射器と、
を具備することを特徴とする利得固定半導体光増幅器。
【請求項２】
前記利得固定半導体光増幅器の固定利得値の調整が、前記波長選択反射器の反射率を調節することによって行われること
を特徴とする請求項１記載の利得固定半導体光増幅器。
【請求項３】
前記半導体光増幅器は、
半導体基板と、
前記半導体基板の上に順次に積層された下部クラッディング、活性層、及び上部クラッディングで構成された光導波路と、
前記光導波路の両方の終端部と劈開面との間に形成されたウィンドゥ領域と、
前記両方の劈開面に形成された非反射層と、
を備えること
を特徴とする請求項１記載の利得固定半導体光増幅器。 
【請求項４】
前記波長選択反射器は、前記半導体光増幅器の後段に位置すること
を特徴とする請求項１記載の利得固定半導体光増幅器。
【請求項５】
前記波長選択反射器は、前記半導体光増幅器の前段に位置すること
を特徴とする請求項１記載の利得固定半導体光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅器に関し、特に、波長選択反射器を用いて、利得飽和の直前で利得の変化を防止する利得固定半導体光増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光通信システムにおいて、送信器から伝送された信号光は、光伝送路を通じて伝送される際に伝送損失を負い、受信器に到達するときにはパワーが減少した状態になる。そして、受信器に到達した信号光のパワーが所定値以下であれば、受信エラーが発生することにより、光通信を正常に遂行できなくなる場合がありうる。従って、一般には、送信器と受信器との間に光増幅器を設置して信号光を増幅することによって、光伝送路を通じて伝送された信号光の伝送損失を補償し、さらに遠い距離を少ないエラーで伝送することが可能となる。
【０００３】
このような光増幅器の動作における重要な特性には、利得(gain)、雑音指数(noise figure)、及び飽和出力バワー(saturation output power)がある。
【０００４】
現在まで広範囲に亘って研究がなされているエルビウム添加光ファイバー増幅器(Erbium Doped Fiber Amplifier；ＥＤＦＡ)は、高い利得特性、低い雑音指数(Noise Figure；ＮＦ)、及び大きな飽和出力バワー(saturation output power)の特性を有しており、このため、基幹網かメトロ(metro)網かを問わず、光通信網内に幅広く使用されてきた。しかしながら、ＥＤＦＡは、価格が高く、サイズも大きく、また、増幅帯域が制限される、という問題点がある。
【０００５】
一方、半導体光増幅器(semiconductor optical amplifier；ＳＯＡ)は、半導体の媒質を導波路の形態で構成し、選択された半導体の利得特性によって光を増幅する機能を用いたものであり、コストが安く、サイズも小型（通常は数ｃｍ）であり、また、増幅帯域も比較的自由に調節することができる、という長所がある。
【０００６】
しかしながら、ＳＯＡは、一般に、入力信号強度の増加につれて利得値が減少する利得飽和現象を示し、これにより、光出力が大きい信号が入力される場合に、信号増幅において信号を歪曲して伝送する、という問題点がある。
【０００７】
このような問題点を解決するために、図１に示すような構造を有する利得固定ＳＯＡが提案されている。
【０００８】
図１に、従来の一般的な利得固定ＳＯＡ１００の構造を示す。利得固定ＳＯＡ１００は、ｎ-ＩｎＰ基板１０１と、ＩｎＧａＡｓＰ受動導波路層１０２と、ＩｎＰスペーサー１０３と、ＤＢＲ格子パターン１０４と、活性層導波路１０５と、電流遮断層１０６と、ｐ-ＩｎＰクラッド層１０７と、オーム接触抵抗を減少させるためのｐ-ＩｎＧａＡｓ層１０８と、酸化物層１０９と、上部電極１１０と、下部電極１１１と、を有している。
【０００９】
利得固定ＳＯＡ１００は、両方の側に分配されたＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector)格子を用いることで、ブラッグ波長でのレーザー発振を誘導して、ＳＯＡの利得層内の電荷密度の増加を防止して一定に保持するように機能する。
【００１０】
しかしながら、従来の利得固定ＳＯＡでは、ＤＢＲ格子パターンを形成するための工程が必要となり、このため製造工程が複雑になる。さらに、従来の利得固定ＳＯＡでは、図２に示した利得特性のように、入力光の強度が増加するに従って、内部の電荷密度が変化してブラッグ反射型レーザーのモードが変化し、これによって、入力飽和の直前の入力光の強度で利得が変化する問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記背景に鑑みて、本発明の目的は、利得固定ＳＯＡで発生する利得飽和の直前に現れる利得の変化を抑制することによって、増幅器の線形性及び利得飽和の入力光の強度を改善することができる利得固定半導体光増幅器を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、ＤＢＲ格子パターンを備えない利得固定半導体光増幅器を提供することにある。  
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的を達成するために、本発明による利得固定半導体光増幅器は、入力光信号を増幅し、自然放出光を出力する半導体光増幅器と、この半導体光増幅器から出力される自然放出光のうち、増幅しようとする波長領域は通過させ、その他の波長領域を反射させて半導体光増幅器に再入力させることによって、半導体光増幅器の利得を固定させる波長選択反射器と、を具備することを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、利得固定半導体光増幅器の固定利得値の調整が、波長選択反射器の反射率を調節することによって行われることとする。
【００１５】
また、好ましくは、半導体光増幅器は、半導体基板と、この半導体基板の上に順次に積層された下部クラッディング、活性層、及び上部クラッディングで構成された光導波路と、この光導波路の両方の終端部と劈開面との間に形成されたウィンドゥ領域と、この両方の劈開面に形成された非反射層と、を備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ブラッグ反射器レーザーの発振構造或いは別個の単一モードの光源を使用することなく、波長選択反射器を用いて利得固定半導体光増幅器を効率的に実現することができる。そして、ブラッグ反射器を備える従来の素子と比較して製造工程が単純になり、また、利得飽和の直前における利得変化の特性も現れない長所がある。
【００１７】
また、本発明によれば、半導体光増幅器の外部に設けられた波長選択反射器の反射率を調節することによって、半導体光増幅器の固定利得値も容易に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。下記説明において、本発明の要旨のみを明瞭するために、公知の機能や構成についての詳細な説明は省略する。
【００１９】
図３Ａは、本発明の一の実施形態による利得固定ＳＯＡ３００の構成を示すブロック図である。また、図３Ｂは、本発明の他の実施形態による利得固定ＳＯＡ３００’の構成を示すブロック図である。
【００２０】
図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、利得固定ＳＯＡ３００（及び３００’）は、ＳＯＡ３０１と波長選択反射器３０２とを含み、波長選択反射器３０２は、ＳＯＡ３０１の後段(図３Ａ)又は前段(図３Ｂ)に位置することができる。図３Ａと図３Ｂのいずれの構成についても同様の効果が得られるため、ここでは、波長選択反射器３０２がＳＯＡ３０１の後段に位置する図３Ａの構成について説明する。
【００２１】
図３Ａを参照すると、ＳＯＡ３０１は、入力光信号を増幅し、自然放出光(amplified spontaneous emission)を出力する一般的なＳＯＡであって、ブラッグ格子を備えていない。例えば、このＳＯＡ３０１は、半導体基板と、この半導体基板の上に順次に積層された下部クラッディング、活性層、及び上部クラッディングで構成された光導波路と、この光導波路の両方の終端部と劈開面との間に形成されたウィンドゥ領域と、この両方の劈開面に形成された非反射層と、を備えた構成とされる。
【００２２】
波長選択反射器３０２は、特定の波長領域(増幅しようとする波長領域)は通過させ、その他の波長領域は反射させる機能を遂行するものであり、本実施形態では、１５５０ｎｍの波長領域を通過させる反射器を使用した場合について説明する。波長選択反射器３０２は、別途の反射器を使用するか、或いはＳＯＡ３０１又はモジュールの部品に波長選択反射層を積層してＳＯＡ３０１に統合された構成とすることもできる。
【００２３】
このような構成を有する利得固定ＳＯＡ３００（或いは３００’）の動作は、下記の通りである。
【００２４】
図４は、本発明による利得固定ＳＯＡの出力スペクトルを示すグラフである。図４を参照すると、参照番号４１は、ＳＯＡ３０１によって増幅された自然放出光のスペクトルを、参照番号４２は、波長選択反射器３０２により順方向(すなわち図３Ａの構成)で増幅された自然放出光のスペクトルを、参照番号４３は、波長選択反射器３０２により逆方向(すなわち図３Ｂの構成)で増幅された自然放出光のスペクトルを、それぞれ示す。
【００２５】
図４に示すように、ＳＯＡ３０１によって生成される増幅された自然放出光４１は、１５４０ｎｍの中心波長を有する。波長選択反射器３０２により順方向で増幅された自然放出光４２の場合には、当該波長選択反射器３０２は、１５２０ｎｍより長い波長のみを通過させる。このため、増幅器は、１５２０ｎｍより長い波長で使用可能となる。一方、波長選択反射器３０２により逆方向で増幅された自然放出光４３の場合には、当該波長選択反射器３０２は、１５２０ｎｍより短い波長を反射する特性を示している。また、逆方向に進行するスペクトル４３は、さらにＳＯＡ３０１を通過して増幅され、波長選択反射器が使用された場合には、利得リップル(gain ripple)が追加的に大きくなるような変化はないことが分かる。
【００２６】
このように、本発明による利得固定ＳＯＡは、利得の固定のために、外部から意図的にレーザー光を入力するか、或いは、素子の内部に一定の波長が発振する複雑な構造を適用せず、代わりに、ＳＯＡにより増幅された自然放出光のうち、短波長領域のスペクトルを反射させてＳＯＡに再入力されるようにする。また、利得を固定させるために、この利得固定ＳＯＡは、単一モードの波長を使用せず、広い帯域のスペクトルを有する光が使用される。従って、図５に示すように、利得飽和が発生するときまで利得が変化することなく、非常に安定した固定利得を得ることができる。
【００２７】
図５は、本発明による利得固定ＳＯＡの利得特性をグラフである。図５において、１８ｄＢの利得を有するＳＯＡを使用する場合には(グラフライン５１)、波長選択反射器を通過した後の利得は１５ｄＢであり、３ｄＢの程度の利得が減少する(グラフライン５２)。これは、波長選択反射器によって反射された光が消費する電荷により、素子の全体の利得が減少する現象である。また、利得飽和が発生し始める場合に、入力光の強度は、-１６ｄＢｍ(グラフライン５１)から-６ｄＢｍ(グラフライン５２)まで１０ｄＢ程度の増加を示す。すなわち、利得固定の効果なく利得が減少する場合には、利得飽和の入力光の強度は、利得の減少によって増加する。上述したように、本発明によれば、十分な利得固定の効果を得ていることが分かる。また、図１の従来の利得固定ＳＯＡで現れる利得飽和の周辺での利得の変化が、本発明においては現れないことが分かる。これは、利得固定用の光が単一波長を使用せず、広い波長帯域の光を使用するので、波長変化による全体の光増幅器の利得は変わらないためである。
【００２８】
図６は、本発明による利得固定ＳＯＡの入力光の強度を異ならせる場合の出力光のスペクトルを示すグラフである。図６は、入力光の強度が０ｄＢｍ(グラフライン６１)、-１０ｄＢｍ(グラフライン６２)、-２０ｄＢｍ(グラフライン６３)、-３０ｄＢｍ(グラフライン６４)である場合の出力光のスペクトルを示す。図示のように、利得飽和の直前の入力光の強度は、利得スペクトルで信号部分を除外した部分が変化しない。これは、入力光の強度が利得飽和の強度だけ増加する前までは、利得スペクトルの内部では利得が変化しないからである。
【００２９】
このように、本発明を適用した利得固定ＳＯＡによれば、ブラッグ反射器レーザーの発振構造或いは別個の単一モードの光源を使用することなく、波長選択反射器を用いて利得固定半導体光増幅器を効率的に実現することができる。そして、ブラッグ反射器を備える従来の素子と比較して製造工程が単純になり、また、利得飽和の直前における利得変化の特性も現れない長所がある。また、本発明によれば、半導体光増幅器の外部に設けられた波長選択反射器の反射率を調節することによって、半導体光増幅器の固定利得値も容易に調整することができる。
【００３０】
以上、本発明を具体的な実施形態に則して詳細に説明したが、形式や細部についての種々の変更が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。従って、本発明の範囲は、前述の実施形態に限定されるべきではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来技術による利得固定ＳＯＡの構造を示す斜視図である。
【図２】図１の利得固定ＳＯＡの利得特性を示すグラフである。
【図３Ａ】本発明の一の実施形態による利得固定ＳＯＡの構成を示すブロック図である。
【図３Ｂ】本発明の他の実施形態による利得固定ＳＯＡの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明による利得固定ＳＯＡの出力スペクトルを示すグラフである。
【図５】本発明による利得固定ＳＯＡの利得特性を示すグラフである。
【図６】本発明による利得固定ＳＯＡでの入力光の強度を異ならせる場合の出力光のスペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
３００  利得固定半導体光増幅器
３０１  半導体光増幅器
３０２  波長選択反射器
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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