(57)【要約】【課題】入力光信号の偏光方向に無依存で、かつ、電子デバイスの上限速度を超える高速光クロック信号の抽出が可能である。【解決手段】多電極半導体レーザ素子70と偏光回転素子32とを光共振器内に具えて構成されるMLLD装置200である。そして、この光共振器内を光が1周回するのに要する時間の自然数分の1の時間間隔の繰り返し周期の光パルス列が、この光共振器外に出力されるように光共振器の共振器長Lが設定されている。多電極半導体レーザ素子は、利得領域20と可飽和吸収領域10とが直列に配置された多電極半導体レーザ素子である。利得領域には、n側共通電極26と利得領域のp側電極22とを介して定電流源36によって電流注入がなされる。可飽和吸収領域には、n側共通電極と可飽和吸収領域のp側電極12とを介して定電圧源38によって逆バイアス電圧が印加される。光導波路24及び光導波路14は、共通の第1クラッド層18と第2クラッド層16とに挟まれて構成されている。【選択図】図１
2007242794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置であって、
反転分布が形成される利得領域と、光強度を変調する機能を有する可飽和吸収領域とが直列に配置された多電極半導体レーザ素子と、
直線偏光が偏光回転素子を一往復したときに該直線偏光の偏光面を90°回転させる当該偏光回転素子と
を光共振器内に具え、
該光共振器内を光が1周回するのに要する時間の自然数分の1の時間間隔の繰り返し周期の光パルス列が前記光共振器外に出力されるように、前記光共振器の共振器長及び前記利得領域の光学利得の大きさが設定されている
ことを特徴とする受動モード同期半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記可飽和吸収領域が具える活性層が、バルク半導体結晶層で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の受動モード同期半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記可飽和吸収領域が具える活性層が、伸張歪が導入されている量子井戸を有する量子井戸構造で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の受動モード同期半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記偏光回転素子が、1／4波長板であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の受動モード同期半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記偏光回転素子が、ファラデー回転子であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の受動モード同期半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項1から5のいずれか一項に記載の受動モード同期半導体レーザ装置と、
該受動モード同期半導体レーザ装置に入力光信号を入力させるための入力部と、
該入力光信号から前記受動モード同期半導体レーザ装置によって生成される光パルス列を光クロック信号として出力させるための出力部とを具え、
前記入力光信号を、前記受動モード同期半導体レーザ装置が生成する前記光パルス列の繰り返し周波数と、入力光信号のビットレートに対応する周波数との差が、前記受動モード同期半導体レーザ装置の受動モード同期動作に必要な周波数引き込み現象が発現する程度に小さいビットレートの入力光信号とする
ことを特徴とする光クロック信号抽出装置。
【請求項７】
前記出力部が、前記光クロック信号を、偏光方向が互いに直交する2成分に分離して出力する偏光分離器を具えることを特徴とする請求項6に記載の光クロック信号抽出装置。
【請求項８】
前記入力部が、前記入力光信号を伝送する入力側光伝送路に前記光クロック信号抽出装置からの戻り光を入力させないための第1光アイソレータと、前記入力光信号を前記受動モード同期半導体レーザ装置に入力させるための第1結合光学系とを具えることを特徴とする請求項6または7に記載の光クロック信号抽出装置。
【請求項９】
前記出力部が、前記受動モード同期半導体レーザ装置に前記光クロック信号を伝送する出力側光伝送路からの戻り光を入力させないための第2光アイソレータと、前記光クロック信号を前記出力側光伝送路に入力させるための第2結合光学系とを具えることを特徴とする請求項6から8のいずれか一項に記載の光クロック信号抽出装置。
【請求項１０】
前記出力部が、前記受動モード同期半導体レーザ装置によって抽出された前記光クロック信号をフィルタリングする波長フィルタを具えることを特徴とする請求項6から9のいずれか一項に記載の光クロック信号抽出装置。
【請求項１１】
請求項1から5の何れか一項に記載の受動モード同期半導体レーザ装置と、
入力光信号を入力させ、かつ該入力光信号から前記受動モード同期半導体レーザ装置によって生成される前記光パルス列を光クロック信号として出力させるための入出力部を具え、
前記入力光信号を、前記受動モード同期半導体レーザ装置が生成する光パルス列の繰り返し周波数と、入力光信号のビットレートに対応する周波数との差が、前記受動モード同期半導体レーザ装置の受動モード同期動作に必要な周波数引き込み現象が発現する程度に小さいビットレートの入力光信号とする
ことを特徴とする光クロック信号抽出装置。
【請求項１２】
前記入出力部が、前記光クロック信号を、偏光方向が互いに直交する2成分に分離して出力する偏光分離器を具えることを特徴とする請求項11に記載の光クロック信号抽出装置。
【請求項１３】
前記入出力部が、
前記入力光信号を入力するための第1ポートと、前記入力光信号を出力しかつ前記受動モード同期半導体レーザ装置によって抽出された前記光クロック信号を入力する第2ポートと、該光クロック信号を出力する第3ポートを有する光サーキュレータと、
前記第2ポートから出力される前記入力光信号を前記受動モード同期半導体レーザ装置に出力し、かつ前記受動モード同期半導体レーザ装置によって抽出された前記光クロック信号を前記第2ポートに入力する結合光学系と
を具えることを特徴とする請求項11または12に記載の光クロック信号抽出装置。
【請求項１４】
前記入出力部が、前記受動モード同期半導体レーザ装置によって抽出された前記光クロック信号をフィルタリングする波長フィルタを、更に具えることを特徴とする請求項13に記載の光クロック信号抽出装置。
【請求項１５】
請求項1から5の何れか一項に記載の受動モード同期半導体レーザ装置に、
該受動モード同期半導体レーザ装置が生成する光パルス列の繰り返し周波数と、入力光信号のビットレートに対応する周波数との差が、前記受動モード同期半導体レーザ装置の受動モード同期動作に必要な周波数引き込み現象が発現する程度に小さいビットレートの入力光信号を入力して受動モード同期動作をさせて、
該受動モード同期半導体レーザ装置から出力される光パルス列を光クロック信号として抽出する
ことを特徴とする光クロック信号抽出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、受動モード同期半導体レーザ装置、及びこの受動モード同期半導体レーザ装置を用いた光クロック信号抽出装置及び光クロック信号抽出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信ネットワークは、伝送の長距離化及び大容量化が進められている。伝送の長距離化にともなって、光伝送路における光損失、光増幅器の多段使用によるS/N比の低下、及び光ファイバの群速度分散や光ファイバ中での非線形光学効果による波形歪が発生すること等により、光信号の品質が劣化することが問題となる。周波数波形歪及び時間波形歪の発生は、伝送容量が大きくなるほど、顕著な問題となる。
【０００３】
そのため、光伝送路の途中に数十から数百キロメートルの間隔で中継器を設けて、この中継器によって光信号の周波数波形及び時間波形を元の形状に戻す、いわゆる光信号の再生が行われている。この中継器の主要な役割の一つがクロック信号抽出である。クロック信号抽出とは、時間波形が歪んだ光パルスからなる光信号、いわゆる品質の劣化した光信号から、そのビットレートに対応する周波数のパルス出力（あるいは正弦波出力）信号を生成することであり、タイミング抽出と呼ばれることもある。
【０００４】
クロック信号としては、電気信号として抽出される場合と光信号として抽出される場合があるが、以後、特にいずれの形で抽出されるかを明示する必要があるときに限り、それぞれ電気クロック信号及び光クロック信号と書き分けることもある。また、光信号のビットレートに対応する周波数とは、光信号のビットレートがf (Gbit/s)である場合にf (GHz)の周波数を指すものとする。以後、光信号のビットレートに対応する周波数をビットレート周波数ということもある。
【０００５】
クロック信号抽出方法として従来知られた方法の一つは、品質の劣化した光信号をフォトダイオード等に入力させて光電変換し、そのフォトダイオードからの出力電気信号を狭帯域電気フィルタによってフィルタリングし、入力光信号のビットレートに対応する周波数成分のみを抽出することによって、電気クロック信号を抽出する方法である。以後、品質が劣化した光信号を含めて、クロック信号を抽出する対象となる光信号を入力光信号というものとする。
【０００６】
以後の説明において、光信号（あるいは入力光信号）とは、時間軸上に規則正しく一定の周期間隔で並ぶ光パルスの列を、光変調して送信信号である2値デジタル信号であるRZ（Return to Zero）信号として生成された信号を指すものとする。一方、光パルス列との表現は、時間軸上で規則正しい一定の周期間隔で並ぶ光パルスの総体を指すものとして用いる。
【０００７】
一般に、フォトダイオードの光電変換特性はその偏波依存性が小さいので、入力光信号の偏光面に時間的な揺らぎが存在しても、フォトダイオードを利用することによって安定してクロック信号を抽出することができる。
【０００８】
また、システム構成に応じて、光クロック信号を抽出する必要がある場合には、上述の方法によって抽出した電気クロック信号を用いて、モード同期レーザなどの光パルス光源を駆動することで、所望の光クロック信号を発生させることが可能となる（例えば、特許文献1及び2参照）。
【０００９】
一方、光通信ネットワークの伝送容量を大きくするための技術として、光時分割多重（Optical Time Devision Multiplexing）等の多重伝送技術が研究されている。多重信号のビットレートは、その多重されている１チャンネル当たりのビットレートのチャンネル数倍となるので、非常に大きなビットレートとなる。
【００１０】
多重信号のビットレートが40 Gbit/sを超えると、電子デバイスではクロック信号を抽出することが困難となる。これは、40 Gbit/s以上のビットレートの光信号に対しても動作するフォトダイオード、及び40 GHz以上の電気信号に対しても動作する電気狭帯域フィルタが開発されていないためである。
【００１１】
そのため、高速光信号からクロック信号を抽出するためには、光電変換を介さずに、直接光クロック信号を抽出する方法を採用することが望ましい。以後、光電変換を介さずに光クロック信号を抽出する方法を全光クロック信号抽出方法ということもある。
【００１２】
従来、全光クロック信号抽出方法として、モード同期レーザを利用する方法（例えば、非特許文献1参照）や、セルフパルセーションレーザなど、自励光パルス発生レーザを用いる方法（例えば、非特許文献2参照）が知られている。これらいずれの方法においても、入力光信号のビットレートに近い繰り返し周波数で光パルスを発生するモード同期レーザ、あるいはセルフパルセーションレーザに入力光信号を入力し、モード同期レーザあるいはセルフパルセーションレーザの出力光パルスを、入力光信号のビットレートに同期させることによって、光クロック信号を抽出する手法がとられる。
【００１３】
これらの方法の利点は、上述したように、電子デバイスを利用したのでは実現不可能である水準の高速クロック信号を、光クロック信号の形態で抽出できる点にある。例えば、160 Gbit/sの入力光信号から光クロック信号の抽出に成功した例が報告されている（例えば、非特許文献3参照）。
【００１４】
また、全光クロック信号抽出のために用いるモード同期レーザとして、外部共振器型のモード同期半導体レーザを用いた場合、入力光信号による受動モード同期を実現させるために外部共振器の共振器長を調整することは容易であり、かつ、共振器内部に挿入される波長フィルタの中心波長を変えることも容易である。すなわち、クロック信号の周波数及び光クロック信号の波長が可変である全光クロック信号抽出装置を構成することが可能となる。
【特許文献１】特開平09-008741号公報
【特許文献２】特開平11-340954号公報
【非特許文献１】T. Ono, T. Shimizu, Y. Yano, and H. Yokoyama, "Optical clock extraction from 10-Gbit/s data pulses by using monolithic mode-locked laser diodes," OFC'95 Technical Digest, ThL4.
【非特許文献２】M. Jinno and T. Matsumoto, "All-optical timing extraction using a 1.5 μm self pulsating multielectrode DFB LD," Electron. Lett., vol. 24, No. 23 pp. 1426-1427, 1988.
【非特許文献３】S. Arahira, S.  Sasaki, K. Tachibana, Y. Ogawa, "All optical 160-Gb/s clock extraction with a mode-locked laser diode module," IEEE Photon. Technol. Lett. vol. 16, No. 6, pp. 1558-1560, 2004.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上述した従来技術による全光クロック信号抽出方法には、以下に示す問題点がある。すなわち、光クロック信号抽出のための動作が、入力光信号の偏光方向に依存する点である。モード同期半導体レーザやセルフパルセーションレーザを用いて光クロック信号を抽出するには、入力光信号の偏光面の方向とこれらのレーザの発振光の偏光面の方向とを一致させる必要がある。このため、入力光信号の偏光面の方向が変動すると、光クロック信号を安定して抽出することができない。
【００１６】
一般に、入力光信号は、偏光方向の保存が保障されないシングルモード光ファイバ伝送路を長距離伝播しているので、その偏光方向は一定せず時間的に変動する。そのため、このような偏光方向が一定しない入力光信号がこれらのレーザに入力されると、その動作が不安定となり、光クロック信号を安定して抽出することが困難となる。
【００１７】
そこで、この発明の第1の目的は、この光クロック信号抽出装置に利用して好適な受動モード同期半導体レーザ装置を提供することにある。
【００１８】
この発明の第2の目的は、入力光信号の偏光方向に無依存で、かつ、電子デバイスの上限速度を超える高速光クロック信号の抽出が可能である光クロック信号抽出装置、及び光クロック信号抽出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の第1の目的を達成するため、この発明の要旨によれば、以下の構成の外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置が提供される。受動モード同期半導体レーザ装置は、多電極半導体レーザ素子と偏光回転素子とを光共振器内に具え、この光共振器内を光が1周回するのに要する時間の自然数分の1の時間間隔の繰り返し周期の光パルス列が、この光共振器外に出力されるようにこの光共振器の共振器長及び利得領域の光学利得の大きさが設定されている。この光共振器の共振器長は、後述するように、周波数引き込みが引き起こされる程度に、光共振器内を光が1周回するのに要する時間が、入力光信号のビットレート周波数の逆数に近似的に等しくなるように調整されている。
【００２０】
ここで、多電極半導体レーザ素子は、反転分布が形成される利得領域と、光強度を変調する機能を有する可飽和吸収領域とが直列に配置されて構成される。また、偏光回転素子は、直線偏光がこの偏光回転素子を一往復したときにその偏光面を90°回転させる機能を有している。そして、利得領域の光学利得の大きさが、この発明の外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置の光共振器内を光が1周回するのに要する時間の自然数分の1の時間間隔の繰り返し周期の光パルス列が、この光共振器外に出力されるように設定されている。
【００２１】
光共振器内を光が1周回するのに要する時間の自然数分の1の時間間隔の繰り返し周期の光パルス列がこの光共振器外に出力されるという意味を、より具体的に説明すると次のとおりである。光共振器内を光が1周回するのに要する時間をTrtとし、光パルス列の繰り返し周期をTMLとすると、TML＝Trt/Mであることを意味する。ここで、Mが自然数、すなわち1以上の整数（M＝1, 2, 3, ...）である。また、共振器周回周波数f rtは1/Trtに等しく、受動モード同期動作の結果生成される光パルス列の繰り返し周波数fMLは、1/TMLに等しい。
【００２２】
上述の可飽和吸収領域が具える活性層は、バルク半導体結晶層あるいは伸張歪が導入されている量子井戸を有する量子井戸構造で形成することが好適である。
【００２３】
上述の偏光回転素子は、1／4波長板あるいはファラデー回転子を利用することが可能である。
【００２４】
また、上述の第2の目的を達成するため、この発明の要旨によれば、以下の構成の第1及び第2光クロック信号抽出装置が提供される。すなわち、この発明の第1光クロック信号抽出装置は、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置と、入力部及び出力部を具えて構成され、光パルス列を光クロック信号として生成する装置である。この光クロック信号抽出装置に入力する入力光信号を、受動モード同期半導体レーザ装置が生成する光パルス列の繰り返し周波数と、入力光信号のビットレートに対応する周波数との差が、この受動モード同期半導体レーザ装置の受動モード同期動作に必要な周波数引き込みが引き起こされる程度に小さいビットレートの入力光信号とする。
【００２５】
以後、光クロック信号抽出装置に入力する入力光信号のビットレートと受動モード同期半導体レーザ装置が生成する光パルス列の繰り返し周波数との差が、上述のように、周波数引き込みが引き起こされる程度に小さい関係にあることを、入力光信号のビットレート周波数が、光パルス列の繰り返し周波数に近似すると表現することもある。すなわち、後述するように、光クロック信号抽出装置が再生する光クロック信号の周波数と光クロック信号抽出装置を構成する受動モード同期半導体レーザ装置の自励発振周波数とが、上述の関係にあるとき、両者の周波数が近似的に等しいと表現する。
【００２６】
入力部は、入力光信号を受動モード同期半導体レーザ装置に入力させる。一方、出力部は、入力光信号から受動モード同期半導体レーザ装置によって生成される光パルス列を光クロック信号として出力させる。
【００２７】
入力部は、入力光信号を伝送する入力側光伝送路に光クロック信号抽出装置からの戻り光を入力させないための第1光アイソレータと、入力光信号を受動モード同期半導体レーザ装置に入力させるための第1結合光学系とを具えるのが好適である。
【００２８】
出力部は、受動モード同期半導体レーザ装置に光クロック信号を伝送する出力側光伝送路からの戻り光を入力させないための第2光アイソレータと、光クロック信号を出力側光伝送路に入力させるための第2結合光学系とを具えるのが好適である。
【００２９】
また、この出力部は、光クロック信号を偏光方向が互いに直交する2成分に分離して出力する偏光分離器を具えるのが好適であり、更に、受動モード同期半導体レーザ装置によって抽出された光クロック信号をフィルタリングする波長フィルタを具えるのが好適である。
【００３０】
この発明の第2光クロック信号抽出装置は、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置と入出力部とを具えて構成される光クロック信号抽出装置である。ここで、この光パルス信号抽出装置に入力する入力光信号のビットレート周波数と、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置が生成する光パルス列の繰り返し周波数とを、近似的に等しくすることが特徴である。
【００３１】
入出力部は、入力光信号を受動モード同期半導体レーザ装置に入力させ、かつ入力光信号から受動モード同期半導体レーザ装置によって生成される光パルス列を光クロック信号として出力させる。
【００３２】
入出力部は、光サーキュレータと結合光学系とを具えることが好適である。この光サーキュレータは、入力光信号を入力するための第1ポートと、入力光信号を出力しかつ受動モード同期半導体レーザ装置によって抽出された光クロック信号を入力する第2ポートと、光クロック信号を出力する第3ポートを有する。また、結合光学系は、第2ポートから出力される入力光信号を受動モード同期半導体レーザ装置に出力し、かつ受動モード同期半導体レーザ装置によって抽出された光クロック信号を第2ポートに出力する。
【００３３】
また、入出力部は、この受動モード同期半導体レーザ装置から出力される光クロック信号を、偏光方向が互いに直交する2成分に分離して出力する偏光分離器を具えることが好適であり、更に光クロック信号をフィルタリングする波長フィルタを具えることが好適である。
【００３４】
また、上述の第2の目的を達成するため、この発明の要旨によれば、以下の光クロック信号抽出方法が提供される。すなわちこの発明の光クロック信号抽出方法は、受動モード同期半導体レーザ装置を受動モード同期させることによって出力される光パルス列を、光クロック信号として抽出する。ここで、受動モード同期半導体レーザ装置を受動モード同期させるために、受動モード同期半導体レーザ装置が生成する光パルス列の繰り返し周波数が、入力光信号のビットレート周波数に近似的に等しいという条件を満たす当該入力光信号を、受動モード同期半導体レーザ装置に入力させることが特徴である。
【発明の効果】
【００３５】
この発明の外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置は、多電極半導体レーザ素子と偏光回転素子とを光共振器内に具え、この光共振器内を光が1周回するのに要する時間の自然数分の1の時間間隔の繰り返し周期の光パルス列が、この光共振器外に出力されるように共振器長が設定されている。光共振器を光が1周回するのに要する時間の自然数分の1の時間間隔の繰り返し周期の光パルス列をこの光共振器外に出力させるとは、次のように表現することができる。すなわち、詳細は後述するが、受動モード同期半導体レーザ装置を偶数次の高調波モード同期動作させることを意味する。
【００３６】
この発明の外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置を偶数次の高調波モード同期動作させることによって、外部入力光の偏光状態が変動しても、光パルス列として生成される光クロック信号の位相に変動が起こらない。すなわち、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を利用することによって、入力光信号の偏光方向に無依存で光クロック信号を、その位相を安定させて抽出することが可能となる。
【００３７】
この発明の外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置を利用すれば、この受動モード同期半導体レーザ装置のモード同期動作によって、入力光信号から光クロック信号が生成されるので、電気回路を使わないで光クロック信号を抽出できる。モード同期半導体レーザ装置のモード同期動作は、電気回路の動作速度に比較してはるかに高速である。従って、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を利用すれば、電子デバイスの上限速度を超える高速光クロック信号の抽出が可能である。
【００３８】
多電極半導体レーザ素子は、反転分布が形成される利得領域と、光強度を変調する機能を有する可飽和吸収領域とが直列に配置されて構成されるが、この可飽和吸収領域の構成要素である活性層を、バルク半導体結晶層あるいは伸張歪が導入されている量子井戸を有する量子井戸構造で形成することによって、上述の、偶数次の高調波モード同期動作をより一層確実に実現することが可能となる。
【００３９】
また、この発明の第1光クロック信号抽出装置は、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置と、入力部及び出力部を具えて構成される。この入力部から入力される入力光信号のビットレートが、以下の条件を満足することによって、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を光クロック信号抽出動作させることが可能となる。すなわち、入力光信号のビットレート周波数を、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置が生成する光パルス列の繰り返し周波数に近似する周波数とすることである。
【００４０】
入力部を、第1光アイソレータを具えて構成することによって、入力側光伝送路に光クロック信号抽出装置からの戻り光を入力させないようにすることが可能となる。入力側光伝送路に光クロック信号抽出装置からの戻り光が入力されると、入力側光伝送路に入力光信号が逆進し、この入力光信号を出力した装置に戻される。このことによって、この入力光信号を出力した装置に誤作動が発生する等の問題が生じる可能性がある。すなわち、入力部に第1光アイソレータを具えることによって、このような不都合が生じることを防ぐことができる。
【００４１】
入力光信号は、一般に光ファイバ等の光伝送路を伝播して、光クロック信号抽出装置に入力される。また、光クロック信号を抽出する、利得領域と可飽和吸収領域とが直列に配置されて構成される多電極半導体レーザ素子は、導波路型の素子として形成される。従って、光伝送路を伝播してきた入力光信号を、多電極半導体レーザ素子の光導波路に入力するための第1結合光学系を設けることによって、光伝送路を伝播してきた入力光信号を効率よく多電極半導体レーザ素子の光導波路に入力することが可能となる。すなわち、入力部にはこの第1結合光学系が設置されていることが望ましい。
【００４２】
一方、出力部に第2光アイソレータを具えることによって、光クロック信号を伝送する出力側光伝送路からの戻り光が受動モード同期半導体レーザ装置に入力することを防ぐことができる。出力側光伝送路からの戻り光が受動モード同期半導体レーザ装置に入力すると、受動モード同期半導体レーザ装置の利得に変動が生じ、受動モード同期動作が不安定となる。これによって、光クロック信号が安定して抽出できない事態を招来する可能性がある。
【００４３】
また、入力部と同様に、出力部にも、光クロック信号を出力側光伝送路に入力させるための第2結合光学系が設置されていることが望ましい。第2結合光学系が設置されることによって、抽出された光クロック信号を効率よく出力側光伝送路に入力することが可能となる。
【００４４】
更に、出力部に、光クロック信号を偏光方向が互いに直交する2成分に分離して出力する偏光分離器を具えることによって、光クロック信号の偏光方向を選択して利用することが可能となる。光クロック信号を利用する場合、その光クロック信号を処理する装置に偏光方向依存性がある場合には、光クロック信号の偏光方向をこの装置に都合の良いように選択できる利点がある。
【００４５】
また、出力部に受動モード同期半導体レーザ装置によって抽出された光クロック信号をフィルタリングする波長フィルタを具えることによって、入力光信号の波長成分を除去し、光クロック信号の波長成分のみを出力させることができる。これによって、受動モード同期半導体レーザ装置に入力される入力光信号成分を、出力される光クロック信号から除去することができ、雑音成分が小さい光クロック信号として抽出して利用することが可能となる。
【００４６】
この発明の第2光クロック信号抽出装置は、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置と入出力部とを具えて構成される。第1光クロック信号抽出装置との相違点は、入力光信号の入力側と光クロック信号の出力側とを、別々に設けるか、両者を一方の側にまとめて設けるかという点である。その他の点については、第1光クロック信号抽出装置と第2光クロック信号抽出装置とは同一の構成である。
【００４７】
第1光クロック信号抽出装置では、入力部と出力部とは、受動モード同期半導体レーザ装置を挟んで両側に設けられる。一方、第2光クロック信号抽出装置は、入力光信号の入力側と光クロック信号の出力側とを受動モード同期半導体レーザ装置の一方の側にまとめて設けられる。
【００４８】
入力光信号の入力側と光クロック信号の出力側とを受動モード同期半導体レーザ装置の一方の側にまとめて設けることによって、受動モード同期半導体レーザ装置の他端からは、一切光を出力させる必要がない。このため、入力光信号の強度が同一であれば、入力光信号の入力側と光クロック信号の出力側とを別々に設ける場合と比較して、受動モード同期動作を実現するには有利となる。この理由は、以下のとおりである。
【００４９】
入力光信号の入力側と光クロック信号の出力側とを別々に設けた場合には、入力光信号の一部は、入力側と反対の側から一部出力されるために、それだけ受動モード同期半導体レーザ装置を構成する多電極半導体レーザ素子の活性領域内の入力光信号強度が小さくなる。これに対して、入力光信号の入力側と光クロック信号の出力側とを受動モード同期半導体レーザの一方の側にまとめて設けた場合には、この他方の側において、入力光信号が全て反射されるため、受動モード同期半導体レーザ装置を構成する多電極半導体レーザ素子の活性層内における入力光信号強度が保持される。したがって、入力光信号を入力側と反対の側から一部出力されることによる損失がなく、受動モード同期動作のために有効に利用できることになるからである。
【００５０】
ただし、光クロック信号抽出装置として光通信システムに組み込むにあたっては、実装上、入力光信号の入力側と光クロック信号の出力側とを別々に設けることが好都合である場合もある。また、入力光信号の強度が十分の大きさ確保できる場合もある。従って、第1及び第2光クロック信号抽出装置のいずれを採用するかについては、利用の形態に応じて適宜選択すればよい。
【００５１】
第2光クロック信号抽出装置の入出力部は、光サーキュレータを利用すれば構成できる。また、第2光クロック信号抽出装置の入出力部にも、第1光クロック信号抽出装置の入力部あるいは出力部と同様に、結合光学系、偏光分離器及び波長フィルタを具えることによって、上述の第1光クロック信号抽出装置と同様の効果が得られる。
【００５２】
以上説明したように、この発明の光クロック信号抽出方法によれば、受動モード同期半導体レーザ装置が生成する光パルス列の繰り返し周波数に、入力光信号のビットレート周波数が近似するという条件を満たすことによって、光クロック信号を抽出することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は、この発明に係る一構成例を図示するものであり、この発明が理解できる程度に各構成要素の配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の材料および条件等を用いることがあるが、これら材料および条件は好適例の一つに過ぎず、したがって、何らこれらに限定されない。また、各図において同様の構成要素については、その重複する説明を省略することもある。
【００５４】
＜受動モード同期半導体レーザ装置＞
図1を参照して、この発明の外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置200の構成について説明する。図1は、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置200の概略的構成図である。以後、受動モード同期半導体レーザを、簡単にMLLD（Mode-Locked Laser Diode）と略記することもある。また、外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置についても、単に、モード同期半導体レーザと略記することもある。
【００５５】
図1はMLLD装置200の、光導波路（可飽和吸収領域10の光導波路14及び利得領域20の光導波路24）の方向に対して垂直側面方向から見た概略的構成図である。
【００５６】
この発明の外部共振器型のMLLD装置200は、多電極半導体レーザ素子70と偏光回転素子32とを光共振器内に具え、この光共振器を光が1周回するのに要する時間の自然数分の1の時間間隔の繰り返し周期の光パルス列が、この光共振器外に出力されるように、この光共振器の共振器長及び利得領域の光学利得の大きさが設定されている。この光共振器は、多電極半導体レーザ素子70の外部入力光を入力する側の端面28と、半透鏡34とで構成される。すなわち、この光共振器の共振器長は、端面28と半透鏡34との間隔Lである。
【００５７】
MLLD装置200が外部共振器型である理由は、光共振器を構成する一端が、多電極半導体レーザ素子70の端面以外であること、すなわち半透鏡34であることに由来する。ちなみに、内部共振器型の多電極半導体レーザ素子とは、光共振器を構成する両端が、共に多電極半導体レーザ素子の端面である場合を言う。図1に示す多電極半導体レーザ素子70において、両端面とは、端面28と端面30とをいう。
【００５８】
多電極半導体レーザ素子70の端面30は、外部共振器の内部にある界面であるので、この界面で反射が起こることを防ぐ必要がある。そのため、端面30は無反射コーティング処理がなされる。一方、光共振器を構成する一端としての端面28は劈開面のままでもよいが、端面保護膜を形成しておくのが好ましい。
【００５９】
外部共振器型のモード同期半導体レーザは、光共振器の一端を構成する半透鏡34の位置をずらすことによって、その共振器長を容易に変えることができる。それに対して、内部共振器型の多電極半導体レーザ素子は、光共振器を構成する両端が共に多電極半導体レーザ素子の端面であるために、幾何学的にこの間隔を変えることはできない。内部共振器型の多電極半導体レーザ素子の共振器長の調整は、多電極半導体レーザ素子が具える光導波路の一部に光路長調整部を設け、この光路長調整部の光導波路の実効屈折率を電流注入等の方法によって変化させることによって、実効的に共振器長を変化させることで実現される。いずれにしても、外部共振器型のモード同期半導体レーザのように、半透鏡の位置を調整するといった単純な方法では、内部共振器型の多電極半導体レーザ素子の共振器長を調整することはできない。
【００６０】
多電極半導体レーザ素子70は、反転分布が形成される利得領域20と、光強度を変調する機能を有する可飽和吸収領域10とを含み、利得領域20と可飽和吸収領域10とが、直列に配置された多電極半導体レーザ素子である。利得領域20と可飽和吸収領域10とは、図1に示すように、モノリシックに形成されている。利得領域20には、n側共通電極26と利得領域のp側電極22とを介して定電流源36によって電流注入がなされる。可飽和吸収領域10には、n側共通電極26と可飽和吸収領域10のp側電極12とを介して定電圧源38によって逆バイアス電圧が印加される。
【００６１】
利得領域20に内在する光導波路24（以後、「利得領域20の光導波路24」ということもある。）及び可飽和吸収領域10に内在する光導波路14（以後、「可飽和吸収領域10の光導波路14」ということもある。）は、共通の第1クラッド層18と第2クラッド層16とに挟まれて構成されている。ここでは、第1クラッド層18をn型クラッド層とし、第2クラッド層16をp型クラッド層としてある。光導波路14及び光導波路24を構成する結晶材料は、多電極半導体レーザ素子70に入力される外部入力光の波長によって決定される。例えば、この外部入力光の波長が1.5 μｍ帯であれば、InP系半導体バルク結晶材料あるいはInP系半導体結晶材料による量子井戸構造が使われる。
【００６２】
光導波路14及び光導波路24の導波方向に対して垂直な方向の断面形状（図示を省略してある。）は、p-n接合方向に平行な方向の幅がwで、p-n接合方向に垂直な方向の厚さがdの矩形光導波路である。ここで、一般に、w＞dである。
【００６３】
外部入力光の偏光の状態について次のように定義する。すなわち、光導波路14及び光導波路24を導波する光の偏光面（光の電場ベクトルが含まれる振動面）の方向が、これらの光導波路の幅方向に平行な方向である場合をTE（Transverse Electric Wave）偏光、厚み方向に平行な方向である場合をTM（Transverse Magnetic Wave）偏光とする。以後、TE偏光で伝播する伝播モードをTEモードといい、TM偏光で伝播する伝播モードをTMモードということもある。また、偏光方向とは、光の電場ベクトルの振動方向を意味する。
【００６４】
ここで、利得領域20の光導波路24を、バルク結晶あるいは伸張歪が導入された量子井戸構造で形成することによって、後述するように、光クロック信号抽出動作が良好に実現される。
【００６５】
偏光回転素子32は、直線偏光がこの偏光回転素子を一往復したときにその偏光面を90°回転させる機能を有しており、1／4波長板あるいはファラデー回転子を利用することが可能である。
【００６６】
図1に示す受動モード同期半導体レーザ装置200は、光共振器をファブリ・ペロ型の共振器構造としてあるが、リング型の光共振器として構成しても良く、この発明では、受動モード同期半導体レーザ装置の光共振器を、リング型として構成することを排除するものではない。リング型の光共振器構造を採用する場合にも、リング型光共振器内に多電極半導体レーザ素子70と偏光回転素子32とを具えれば、リング型の光共振器として構成した場合と同様の効果が得られる。
【００６７】
＜第1光クロック信号抽出装置＞
図2を参照して、この発明の第1光クロック信号抽出装置の構成について説明する。図2は、第1光クロック信号抽出装置の概略的構成図である。第1光クロック信号抽出装置は、この発明のMLLD装置200と、入力部80及び出力部90を具えて構成される光パルス信号抽出装置である。入力部80は、入力光信号79をMLLD装置200に入力させる。一方、出力部90は、入力光信号から受動モード同期半導体レーザ装置によって生成される光パルス列を光クロック信号87として出力させる。
【００６８】
入力部は、入力光信号を伝送する入力側光伝送路に光クロック信号抽出装置からの戻り光を入力させないための第1光アイソレータ82と、入力光信号79をMLLD装置200に入力させるための第1結合光学系84とを具えている。
【００６９】
入力側光伝送路（図示を省略）を伝播してきた入力光信号79は、第1光アイソレータ82及び第1結合光学系84を介してMLLD装置200に入力される。第1光アイソレータ82は、入力側光伝送路からMLLD装置200に向かう方向には光を透過するが、これと逆方向であるMLLD装置200から入力側光伝送路に向かう方向に進む光を遮断する性質がある。従って、第1光アイソレータ82は、MLLD装置200に入力された入力光信号79の一部が、多電極半導体レーザ素子70の外部入力光を入力する側の端面28等で反射されて、再び入力側光伝送路に戻されることを防ぐ役割を果たす。
【００７０】
第1結合光学系84は、第1光アイソレータ82から出力される入力光信号79を、可飽和吸収領域10の光導波路14に入力させるために、光導波路14の入射端（光導波路14の端面28とが交差する位置）に入力光信号79を集光させる役割を果たす。
【００７１】
入力部80は、図2に示す例に限られることなく、第1光アイソレータ82及び第1結合光学系84が果たす役割と同一の役割を果たす光学系として適宜構成することができる。
【００７２】
出力部90は、MLLD装置200に光クロック信号を伝送する出力側光伝送路からの戻り光を入力させないための第2光アイソレータ92と、光クロック信号87を出力側光伝送路に入力させるための第2結合光学系96b及び96cとを具えている。また、この出力部90は、光クロック信号87を偏光方向が互いに直交する2成分に分離して出力する偏光分離器42と、MLLD装置200によって抽出された光クロック信号87をフィルタリングする波長フィルタ94b及び94cとを具えている。
【００７３】
MLLD装置200から出力される光クロック信号87は、出力部90が具える第2光アイソレータ92を介して偏光分離器42によって互いに偏光面が直交する2つの光クロック信号91b及び91cに分離される。すなわち、第2光アイソレータ92を透過した光クロック信号87は、偏光分離器42の入力ポートaから入力されて、偏光分離されて出力ポートb及びcからそれぞれ光クロック信号91b及び91cが出力される。
【００７４】
光クロック信号91bと光クロック信号91cとは、互いにその偏光方向が直交している。そして、例えば、光クロック信号91bがTE偏光で、光クロック信号91cがTM偏光となるように偏光分離器42を設定することは、偏光分離器42の反射面に対する光クロック信号87の入射面の面方向を調整することによって容易に行える。
【００７５】
出力ポートbから出力される光クロック信号91bは、波長フィルタ94bを透過することによって入力光信号の波長成分が除去され、第2結合光学系96bによって集光されて、光クロック信号91b'として出力側光伝送路（図示を省略）の入力端に入力される。一方、出力ポートcから出力される光クロック信号91cは、波長フィルタ94cを透過することによって入力光信号の波長成分が除去され、第2結合光学系96cによって集光されて、光クロック信号91c'として出力側光伝送路（図示を省略）の入力端に入力される。
【００７６】
出力部90は、図2に示す例に限られることなく、波長フィルタ94b及び94cと第2結合光学系96b及び96cとの配列順序を逆にすることも可能である。また、波長フィルタは2つ使うことなく一つで済ませることも可能である。この場合には、波長フィルタを、第2光アイソレータ92と偏光分離器42の入力ポートaとの間に挿入すればよい。また、波長フィルタ94b及び94cを、それぞれ偏光分離器42の出力ポートb及びcに密着させて設置しても良い。
【００７７】
＜第2光クロック信号抽出装置＞
図3を参照して、この発明の第2光クロック信号抽出装置の構成について説明する。図3は、第2光クロック信号抽出装置の概略的構成図である。第2光クロック信号抽出装置は、この発明のMLLD装置200と入出力部100とを具えて構成される光クロック信号抽出装置である。入出力部100は、詳細は後述するが、入力光信号79をMLLD装置200に入力させ、かつ入力光信号79からMLLD装置200によって生成される光パルス列を光クロック信号57として出力させる。
【００７８】
第2光クロック信号抽出装置においては、入出力部100の反対側には、一切光を出力する必要がないので、第1光クロック信号抽出装置において光共振器の一端を構成するために設けられた半透鏡34に替えて、反射鏡54を設ける。
【００７９】
入出力部100は、光サーキュレータ40と結合光学系110とを具えている。この光サーキュレータ40は、入力光信号79を入力するための第1ポートaと、入力光信号79を出力しかつMLLD装置200によって抽出された光クロック信号57を入力する第2ポートbと、光クロック信号111を出力する第3ポートcを有する。また、結合光学系110は、第2ポートbから出力される入力光信号109を、結合光学系110を介して入力光信号55としてMLLD装置200に入力し、かつMLLD装置200によって抽出された光クロック信号57を第2ポートbに入力する。
【００８０】
また、入出力部100は、MLLD装置200から出力され、光サーキュレータ40を介して第3ポートから出力される光クロック信号111を、偏光方向が互いに直交する2成分に分離して出力する偏光分離器42を具えている。
【００８１】
入力側光伝送路（図示を省略）を伝播してきた入力光信号79は、光サーキュレータ40の第1ポートaから入力されて、入力光信号109として第2ポートbから出力される。結合光学系110は、入力光信号109を、可飽和吸収領域10の光導波路14に入力させるために、光導波路14の入出射端（光導波路14の端面28とが交差する位置）に入力光信号109を集光させる役割を果たす。
【００８２】
MLLD装置200の光導波路14の入出射端から出力される光クロック信号57は、結合光学系110を介して、光サーキュレータ40の第2ポートbに入力されて、第3ポートcから光クロック信号111として出力されて、偏光分離器42の入力ポートaに入力される。偏光分離器42の入力ポートaから入力された光クロック信号111は、偏光分離器42によって互いに偏光面が直交する2つの光クロック信号113b及び113cに分離される。すなわち、光クロック信号111は、偏光分離器42の入力ポートaから入力されて、偏光分離されて出力ポートb及びcからそれぞれ光クロック信号113b及び113cとして出力される。
【００８３】
出力ポートbから出力される光クロック信号113bは、波長フィルタ94bを透過することによって入力光信号の波長成分が除去され、第2結合光学系96bによって集光されて、光クロック信号113b'として出力側光伝送路（図示を省略）の入力端に入力される。一方、出力ポートcから出力される光クロック信号113cは、波長フィルタ94cを透過することによって入力光信号の波長成分が除去され、第2結合光学系96cによって集光されて、光クロック信号113c'として出力側光伝送路（図示を省略）の入力端に入力される。光クロック信号113bと光クロック信号113cとは、互いにその偏光方向が直交している。そして、例えば、光クロック信号113bがTE偏光で、光クロック信号113cがTM偏光となるように偏光分離器42を設定することは、偏光分離器42の反射面に対する光クロック信号111の入射面の面方向を調整することによって容易に行える。
【００８４】
偏光分離器42と、波長フィルタ94b及び94cと、第2結合光学系96b及び96cとによって構成される部分は、第1光クロック信号抽出装置の出力部90の該当部分と同一の構成である。
【００８５】
＜MLLD装置の動作原理＞
図4(A)から(C)を参照して、第1及び第2光クロック信号抽出装置の動作原理を説明する。図4(A)は、入力光信号の時間波形を示し、図4(B)及び(C)は、光クロック信号の時間波形である。横軸は時間軸であり、入力光信号のビットレート周波数fbit-rate(bit/s)の逆数を単位にして目盛ってある。すなわち横軸の一目盛りは、1ビット当たりの時間スロット1/fbit-rate(s)＝Tbr(s)である。以後、誤解の生じない範囲でfbit-rate(bit/s)を簡単にfbr（bit/s）あるいは単位を省いて単にfbrと表記することもある。時間スロットTbr(s)についても、単位を省いて単にTbrと表記することもある。
【００８６】
また、図4(A)から(C)は、入力光信号及び光クロック信号のTE偏光成分及びTM偏光成分の強度を、それぞれ横軸（時間軸）に対して直交する方向にとってその斜視図の形式で示してある。TE偏光成分は横軸に対して垂直に、TM成分は横軸に対して斜め方向に示してある。
【００８７】
第1及び第2光クロック信号抽出装置の入力光信号79は、TE及びTM偏光の両成分を含む光信号であるので、図4(A)が示す入力光信号79の時間波形は、TE及びTM偏光の両成分を含んでいる。そして、入力光信号79は、RZ符号化された2値デジタル光パルス信号であるので、信号の内容を反映して光パルスが存在しない時間スロットが存在する。すなわち、光パルスが存在しない時間スロットに「0」、光パルスが存在する時間スロットに「1」を割り当てるものとすると、図4(A)が示す時間波形は、（1, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1）という2値デジタル信号を意味している。
【００８８】
第1光クロック信号抽出装置の場合において、光クロック信号91bがTEモードで、光クロック信号91cがTMモードとなるように偏光分離器42が設定されていれば、図4(B)及び(C)は、それぞれ、光クロック信号91b及び光クロック信号91cの時間波形を示す。また、第2光クロック信号抽出装置の場合において、光クロック信号113bがTEモードで、光クロック信号113cがTMモードとなるように偏光分離器42が設定されていれば、図4(B)及び(C)は、それぞれ、光クロック信号113b及び光クロック信号113cの時間波形を示す。
【００８９】
図4(B)及び(C)は、繰り返し周波数がfbr(時間スロットTbr)である光パルス列を示している。すなわち、図4(B)及び(C)は、それぞれ入力光信号79から抽出された光クロック信号91b、113b及び光クロック信号91c、113cの時間波形であるので、第1及び第2光クロック信号抽出装置が、光パルス列を光クロック信号として生成する装置であることを説明している図である。
【００９０】
外部共振器内に1/4波長板を挿入して構成される外部共振器型MLLDを利用した光クロック信号抽出装置は、特許文献（特開平6-088981号公報）に開示されているものがある。しかしながら、この特許文献に開示された光クロック信号抽出装置は、この発明の第1及び第2光クロック信号抽出装置とは、後述するように、本質的な相違点がある。この発明の第1及び第2光クロック信号抽出装置は、この相違点を有しているがために、入力光信号の偏光方向に依存することなく、位相が安定した状態で光クロック信号を抽出することが可能である、という効果が得られる。
【００９１】
まず、以下においてこの発明の受動モード同期半導体レーザ装置と、第1及び第2光クロック信号抽出装置の動作原理の理解に資するために、図5（A）から(C)を参照して、特開平6-088981号公報に開示されている従来技術を説明する。
【００９２】
図5(A)は、光共振器を光が周回する際に伝播モード（TEモードあるいはTMモード）がどのように変化するかについて説明するための図である。光共振器には、多電極半導体レーザ素子70と1/4波長板32が具わっており、この光共振器を構成する両端面は可飽和吸収領域側端面28と半透鏡34とである。
【００９３】
図5(B)は、光の偏光方向の説明に供する図である。以後の説明において、図5(B)に示すように、光の電場ベクトルの振動方向、すなわち、偏光方向が紙面に垂直な方向である場合をTE偏光とし、偏光方向が紙面内に含まれかつ光共振器の光軸方向と垂直な方向である場合をTM偏光とする。
【００９４】
図5(C)は、1/4波長板32の光学軸の方向の設定の仕方の説明に供する図である。図5(C)では、1/4波長板32の2つの光学軸の方向を、両端に矢印を付した破線の線分で示してある。この何れか一方の光学軸の方向が、TE偏光及びTM偏光の電場ベクトルの振動方向と45°の角度をなすように設置すれば、この1/4波長板を一往復したとき、光の電場ベクトルの振動方向は90°回転される。以後の説明では、1/4波長板（偏光面回転素子）32がこのように、光共振器内に設置されているものとする。
【００９５】
従来技術の光クロック信号抽出装置の動作の説明をするにあたり、まず、光共振器に入力光信号が入力されていない状態での動作について説明する。一つの光パルスが、光共振器を一周回するのに要する時間をTrtとする。一つの光パルスが、最初に光共振器内の任意の1点Pを右向きにTEモードで通過すると、1/4波長板32にはTEモードで入力されて円偏光に変換されて出力される。そしてこの円偏光に変換された光パルスは、半透鏡34（又は反射鏡54）で反射されて、円偏光の状態で再度1/4波長板32の右側端面から入力される。このとき1/4波長板32の左側端面から直線偏光の光パルスが出力される。この直線偏光の光パルスの電場ベクトルの振動方向は、1/4波長板32に左側端面からTEモードで入力されたときと90°回転されており、TMモードに変換される。
【００９６】
上述した1/4波長板32と同様の効果は、ファラデー回転子を利用しても得られる。ファラデー回転子を構成する光学結晶の厚さや、この光学結晶に印加する磁場の強度等を調整することによって、ファラデー回転子を一往復したときに直線偏光の電場ベクトルの振動方向を90°回転されるよう設定することが可能である。
【００９７】
以上説明したように、光共振器内の任意の1点Pを最初にTEモードで、図5(A)の紙面上で左から右の方向に向かって通過すると、次に点Pを右から左の方向に向かって通過するときにはTMモードとなっている。すなわち、時間Trtが経過するごとに光共振器を周回する光パルスの伝播モードは、TEモードからTMモードに、あるいは、TMモードからTEモードに変換されるから、時間Trtの間隔でTEモードとTMモードとが交互に光共振器から出力される。
【００９８】
従って、この外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置の発振閾値は、光パルスがこの光共振器を2周回するときの利得と損失とが釣り合う条件から与えられる。すなわち、この損失の絶対値と等しい利得が閾値利得となるので、この閾値利得以上の利得が、多電極半導体レーザ素子70の利得領域20で形成されることがレーザ発振の一つの条件（以後、「振幅条件」ということもある。）である。また、光共振器を光パルスがその偏光方向を1周回ごとに90°回転しながら2周回するときの位相変化が2πの整数倍であることがレーザ発振のもう一つの条件（以後、「位相条件」ということもある。）である。
【００９９】
これら振幅条件及び位相条件は、はじめに光パルスが点Pを通過する時の伝播モードがTEモードであるかTMモードであるかには関係なく同一である。従って、この外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置は、TEモード及びTMモードの両伝播モードで、かつ同一波長、同一強度で発振する。
【０１００】
図6を参照して、上述したように動作する外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置から出力される光パルスの偏光状態の時間変化について説明する。図6は、外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置の出力光パルスの時間波形を示す図である。図6の横軸は時間軸であり、光共振器内を光パルスが1周回するのに要する時間Trtを単位にして目盛ってある。また、図6は、光パルス列のTE偏光成分及びTM偏光成分の強度を、それぞれ横軸（時間軸）に対して直交する方向にとってその斜視図の形式で示してある。TE偏光成分は横軸に対して垂直に、TM成分は横軸に対して斜め方向に示してある。
【０１０１】
図6には、上述したように時間Trtの間隔でTEモードとTMモードとが交互に外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置から出力される様子が示されている。従って、TEモードの光パルスは周期2Trtで出力され、また、TMモードの光パルスも周期2Trtで出力されている。すなわち、光共振器に入力光信号が入力されていない状態での発振動作である自励発振のTEモード及びTMモードの光パルスに対する自励発振周波数は、frt/2である。ここでfrtは、周波数であるから光パルスの発現の時間間隔Trtの逆数、すなわちfrt＝1/Trtである。また、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとは、時間Trtの相対時間差をもって、外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置から出力されている。
【０１０２】
TEモードの光パルス及びTMモードの光パルスの偏光状態の時間変化は、外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置の光共振器内部においても、同様である。すなわち、外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置の光共振器内部に、一点Qを設定して、この点Qにおいて光パルスの伝播モードがTEモードであるかTMモードであるかを観測した場合に、上述の図6に示すのと同一の状態となっている。
【０１０３】
次に、外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置の光共振器に入力光信号を入力して、光クロック信号を抽出する場合について説明する。ここでは、抽出する光クロック信号の周波数は、外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置の自励発振周波数に近似した値であり、光クロック信号抽出動作は、frt/2≒fbit-rateを満たすという条件で実行される。また、2Trt＝Tbit-rateであり、T bit-rate＝1/fbit-rateである。すなわち、一つの光パルスが、光共振器を一周回するのに要する時間Trtの2倍が、入力光信号のビットレート周波数fbit-rateの逆数であるTbit-rateに等しい。
【０１０４】
図7(A1)から(C2)を参照して、入力光信号の偏光方向が変化したときに、上述の特許文献（特開平6-088981号公報）に開示されている従来の外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置から出力される光クロック信号が受ける効果について説明する。この外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置は、上述の非特許文献1、非特許文献3及び特開平11-326974号公報に開示されているモード同期半導体レーザと同様のレーザである。すなわち、この外部共振器型受動モード同期半導体レーザ装置は、非特許文献1、非特許文献3及び特許文献（特開平6-088981号公報）に開示されているモード同期半導体レーザと同様に、入力光信号の偏光方向と、レーザ発振光の偏光方向とが一致している場合には、安定してクロック信号を抽出することが可能である。
【０１０５】
図7(A1)から(C2)は、従来の受動モード同期半導体レーザ装置の偏光依存性の説明に供する図である。図7(A1)から(C2)の横軸は時間軸であり、時間Trtを単位にして目盛ってある。また、図7(A1)から(C2)は、光パルス列のTE偏光成分及びTM偏光成分の強度を、それぞれ横軸（時間軸）に対して直交する方向にとってその斜視図の形式で示してある。TE偏光成分は横軸に対して垂直に、TM成分は横軸に対して斜め方向に示してある。
【０１０６】
図7(A1)は、TEモードの入力光信号の時間波形、図7(A2)は、図7(A1)に示す時間波形の入力光信号から抽出された光クロック信号の時間波形を示す。図7(B1)は、TMモードの入力光信号の時間波形、図7(B2)は、図7(B1)に示す時間波形の入力光信号から抽出された光クロック信号の時間波形を示す。図7(C1)は、TEモード成分とTMモード成分の両方を含む入力光信号の時間波形、図7(C2)は、図7(C1)に示す時間波形の入力光信号から抽出された光クロック信号の時間波形を示す。
【０１０７】
以下の説明においては、モード同期半導体レーザ装置のモード同期発振光パルスの偏光方向がTEモードであるものとして説明する。もちろん、このモード同期発振光パルスの偏光方向をTMモードであるものとしても、以下の説明は、TEモードとあるところをTMモードと読み替えて、TMモードとあるところをTEモードと読み替えることによって、同様に成立する。
【０１０８】
図7(A1)及び(A2)を参照して、TEモードの入力光信号から光クロック信号が抽出される場合について説明する。モード同期半導体レーザに入力光信号が入力されると、入力光信号を構成する光パルスがこのモード同期半導体レーザの光共振器を周回し、可飽和吸収領域の光吸収係数を複数回光学的に変調する。時刻0において、可飽和吸収領域に光パルスが入力されたとすると、時刻0、2Trt、4Trt、6Trt、...において、この光パルスはTEモードで可飽和吸収領域を通過する。また、時刻Trt、3Trt、5Trt、7Trt、...においては、この光パルスはTMモードで可飽和吸収領域を通過する。
【０１０９】
光クロック信号抽出動作は、入力光信号の偏光方向と、モード同期半導体レーザのモード同期光パルスの発振光の偏光方向とが合致するように実行される。すなわち、抽出される光クロック信号（光クロック信号を構成する一つの光パルス）の偏光方向は、時刻0においてTEモードで出力される。
【０１１０】
図7(B1)及び(B2)を参照して、TMモードの入力光信号から光クロック信号が抽出される場合について説明する。この場合は、時刻0において、可飽和吸収領域に光パルスが入力されたとすると、時刻0、2Trt、4Trt、6Trt、...において、この光パルスはTMモードで可飽和吸収領域を通過する。また、時刻Trt、3Trt、5Trt、7Trt、...においては、この光パルスはTEモードで可飽和吸収領域を通過する。従って、抽出される光クロック信号（光クロック信号を構成する一つの光パルス）の偏光方向は、時刻0においてTMモードで出力される。すなわち、図7(B2)に示すように、抽出される光クロック信号を構成する光パルスの内、TEモードの光パルスが出力される瞬間は、上述のTEモードの入力光信号が入力された場合と比べて、(1/2)Trtだけ出力されるタイミングがずれる。
【０１１１】
従来の受動モード同期半導体レーザ装置を用いて、TEモード成分とTMモード成分が混合している入力光信号から光クロック信号を抽出する場合について、図7(C1)及び(C2)を参照して説明する。この場合は、時刻0において、可飽和吸収領域に光パルスが入力されたとすると、この光パルスにはTEモード成分とTMモード成分が混合しているので、時刻0、2Trt、4Trt、6Trt、...及び、時刻Trt、3Trt、5Trt、7Trt、...において、TEモード成分とTMモード成分が同時に可飽和吸収領域を通過する。
【０１１２】
このため、抽出される光クロック信号を構成する光パルスの内、TEモードの光パルスが出力される瞬間は、上述のTEモードの入力光信号が入力された場合と比べて、τだけ出力されるタイミングがずれる。光クロック信号抽出動作は、入力光信号の偏光方向と、モード同期半導体レーザのモード同期光パルスの発振光の偏光方向（ここでは、TEモード）とが合致するように実行される。そのため、入力光信号がTMモード成分を含まずTEモード成分だけであれば、このタイミングずれ量τは最も小さく0である。これに対して、入力光信号がTEモード成分を含まずTMモード成分だけであれば、入力光信号の偏光方向とモード同期光パルスの発振光の偏光方向（ここでは、TEモード）とは直交し、もっとも離れた偏光状態である。この場合には、図7(B1)及び(B2)に示したように、このタイミングずれ量τは、最も大きく(1/2)Trtとなる。
【０１１３】
すなわち、このタイミングずれ量τは、入力光信号のTEモード成分が大きければ0に近づき、TMモード成分が大きくなるにつれて(1/2)Trtに近づき、TEモード成分とTMモード成分が混合している入力光信号から光クロック信号が抽出される場合は、タイミングずれ量τは、TEモード成分とTMモード成分との混合比に応じて、0から(1/2)Trtの範囲の値をとる。
【０１１４】
このように、従来技術を利用して光クロック信号抽出を行うと、入力光信号の偏光方向に応じて、抽出される光クロック信号のタイミングずれ量τが変動する。タイミングずれ量τの変動は、抽出された光クロック信号を利用する信号処理回路等においてその動作に支障が発生する原因となるので、τ＝0となるように何らかの方法で補償する必要がある。
【０１１５】
タイミングずれ量τを0とするための補償は、可変光遅延器等を利用して実行できるが、この可変光遅延器等によって最適に補償する（τ＝0となるように補償する）には、入力光信号のTEモード成分とTMモード成分との混合比を検出する手段（以後、「TE/TM混合比検出器」ということもある。）が必要となる。更に、このTE/TM混合比検出器や、可変光遅延器等を制御するための制御装置も必要となる。特に、入力光信号のビットレートが高速である場合には、これら可変光遅延器、TE/TM混合比検出器、及びこれらを制御するための制御装置を駆動するために、高速動作が保証された電子デバイスや光デバイスを必要とする。
【０１１６】
従来技術を利用して光クロック信号を抽出するには、上述のように複雑な装置構成を要請され、高コスト・高消費電力が必要となる等の問題がある。これに対して、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を用いる第1及び第2光クロック信号抽出装置によれば、以下に説明するように、これらの問題を解決した上で、入力光信号の偏光方向に無依存で、かつ、電子デバイスの上限速度を超える高速光クロック信号の抽出が可能である。すなわち、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を、偶数次の高調波モード同期動作を発現させることによって、上述の問題を解決し、入力光信号の偏光方向に無依存かつ高速光クロック信号の抽出を行うことが可能である。
【０１１７】
偶数次の高調波モード同期動作とは、受動モード同期動作の結果生成される光パルス列の繰り返し周波数fMLと、共振器周回周波数f rtとが次式（1）を満足することをいう。
fML＝(2M)×(f rt/2)          （1）
ここで、Mは1以上の整数（自然数）であり、2Mを高調波モード同期の次数という。
【０１１８】
式(1)は、fML＝(2M)×(frt/2)＝M・frtと書けるから、光共振器内を光が1周回するのに要する時間をTrt(＝1/frt)とし、光パルス列の繰り返し周期をTML(＝1/ fML)とすると、TML＝Trt/Mであることを意味する。すなわち、式(1)は、光共振器内を光が1周回するのに要する時間Trtの自然数分の1（＝1/M）の時間間隔の繰り返し周期TMLの光パルス列がこの光共振器外に出力されるという条件を与えている。
【０１１９】
高調波モード同期動作は、受動モード同期レーザの利得領域に注入する電流を大きくすることによって達成されることが知られている（例えば、S. Sanders, A. Yariv, J. Paslaski, J.E. Ungar, and H. A. Zarem "Passive mode locking of a two-section multiple quantum well laser at harmonics of the cavity round-trip frequency," Appl. Phys. Lett., vol. 58, No. 7 pp. 681-683, 1991.参照。以後この文献を、非特許文献Aという。）。
【０１２０】
すなわち、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置200を高調波モード同期動作させるためには、多電極半導体レーザ素子70の利得領域20に注入する電流を大きくして、利得領域20の光学利得の大きさを十分に大きくすればよい。従って、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置200においては、多電極半導体レーザ素子70の利得領域20の光学利得の大きさを設定することが必要となる。また、光共振器内を光が1周回するのに要する時間の自然数分の1の時間間隔の繰り返し周期の光パルス列が、この光共振器外に出力されるようにこの光共振器の共振器長及び利得領域の光学利得の大きさを設定することが必要となる。また、この光共振器の共振器長は、周波数引き込みが引き起こされる程度に、光共振器内を光が1周回するのに要する時間が、入力光信号のビットレート周波数の逆数に近似的に等しくなるように調整する必要がある。
【０１２１】
利得領域の光学利得の大きさの設定に当たっては、例えば、受動モード同期半導体レーザ装置200に入力光信号を入力させない状態で、受動モード同期半導体レーザ装置200から出力される光パルス列を観測しつつ、高調波モード同期動作が実現するまで、多電極半導体レーザ素子70の利得領域20に注入する電流を大きくする。そして、光クロック信号抽出装置を構成する受動モード同期半導体レーザ装置として利用する場合には、この注入電流値を超える値の電流を利得領域20に注入した状態で、多電極半導体レーザ素子70を駆動して利用すればよい。
【０１２２】
図8(A)及び(B)を参照して、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を偶数次の高調波モード同期動作をさせた場合における、出力光パルスの偏光状態について説明する。図8(A)及び(B)は、高調波モード同期動作時の受動モード同期半導体レーザ装置から出力される出力光パルスの偏光状態の説明に供する図であり、図8(A)は、2次の高調波モード同期動作時の出力光パルスの偏光状態を示す時間波形を、図8(B)は、3次の高調波モード同期動作時の出力光パルスの偏光状態を示す時間波形をそれぞれ示している。2次の高調波モード同期とは、式（1）における2M＝2、すなわちM＝1である場合に対応する。3次の高調波モード同期とは、以下に説明する奇数次の高調波モード同期動作である。
【０１２３】
奇数次の高調波モード同期動作とは、受動モード同期動作の結果生成される光パルス列の繰り返し周波数fMLと、共振器周回周波数f rtとが次式（2）を満足することをいう。
fML＝(2M-1)×(f rt/2)          （2）
ここで、Mは1以上の整数であり、（2M-1）を高調波モード同期の次数という。図8(B)に示す3次の高調波モード同期動作は、2M-1＝3、すなわちM＝2である場合である。
【０１２４】
図8(A)に示すように、2次の高調波モード同期動作によって出力される光パルス列は、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが共に周期Trtで時間軸上に並んでいる。上述したように、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとの間には、時間Trtの時間差が生じる。その結果、図8(A)に示すように、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが同一のタイミングで並ぶこととなる。すなわち、図7(C1)及び(C2)を参照して説明したように、従来の光クロック信号抽出装置によって光クロック信号を抽出した場合には、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが交互に時間軸上に並んだのに対して、2次の高調波モード同期動作によって出力される光パルス列は、図8(A)に示すように、時間軸上でTEモードの光パルスとTMモードの光パルスとは、同一の位置に並ぶ。
【０１２５】
一般に、M≧2で与えられる偶数次の高調波モード同期動作によって出力される光パルス列は、図8(A)に示すように、時間軸上でTEモードの光パルスとTMモードの光パルスとは、同一の位置に並ぶ。すなわち、偶数次の高調波モード同期動作によって光クロック信号を抽出すると、光クロック信号を構成するTEモードの光パルスとTMモードの光パルスとは同時に発生し、時間軸上の同一の位置に並ぶ。
【０１２６】
一方、図8(B)に示す3次の高調波モード同期動作によって出力される光パルス列は、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが共に周期(2/3)Trtで時間軸上に並んでいる。そして、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとの間は、時間Trtの相対時間差が生じている。この結果、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが交互に(1/3)Trtの時間間隔で交互に時間軸上に並ぶ。一般に、M≧2で与えられる奇数次の高調波モード同期動作によって出力される光パルス列は、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが、一定の時間間隔で交互に時間軸上に並ぶ。すなわち、奇数次の高調波モード同期動作をさせた場合には、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが一定の時間間隔で交互に発生する。
【０１２７】
ちなみに、従来の光クロック信号抽出装置によって光クロック信号を抽出した場合とは、式（2）においてM＝1で与えられる１次の奇数次モード同期動作に対応する。１次の奇数次モード同期動作は、特に基本モード同期と呼ばれることもある。
【０１２８】
受動モード同期半導体レーザ装置を、奇数の高調波モード同期動作をさせて光クロック信号を抽出すると、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが、時間軸上で同一の位置に並ばない。このため、図7(A1)から(C2)を参照して説明したように、入力光信号の偏光方向に応じてタイミングのずれが発生する。これは、上述したように、実用上問題となる。
【０１２９】
これに対して、受動モード同期半導体レーザ装置を、偶数次の高調波モード同期動作をさせて光クロック信号を抽出すると、TEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが、時間軸上で同一の位置に並ぶ。
【０１３０】
図9(A1)及び(C2)を参照して、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を用いて、偶数次の高調波モード同期動作による光クロック信号の抽出を行った場合について、TEモード成分とTMモード成分が混合している入力光信号から抽出される光クロック信号について説明する。図9(A1)及び(C2)は、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置の偏光依存性の説明に供する図であり、図7(A1)から(C2)と同一の図面を、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を用いて光クロック信号の抽出を行った場合について示している。
【０１３１】
図9(A1)及び(C2)に示すように、入力光信号の偏光方向がどのように変動しても、受動モード同期半導体レーザ装置からは、常にTEモードの光パルスとTMモードの光パルスとが同時に出力される。このため、入力光信号の偏光方向が変動しても、光クロック信号の位相が無変動の状態で、光クロック信号を抽出できることとなる。すなわち、この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を用いることによって、入力光信号の偏光方向に無依存で、光クロック信号の抽出が可能である。
【０１３２】
また、この発明の光クロック信号抽出装置によれば、この発明の外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置が用いられているので、この受動モード同期半導体レーザ装置の光共振器内に、可変光遅延器等の光路長を変えることが可能である素子（図示を省略）を挿入することによってこの光共振器の共振器長を実効的に変更でき、光クロック信号の繰り返し周波数を変更することが可能となる。更に、この光共振器内に中心透過波長が可変である波長フィルタ（図示を省略してある。）を挿入することによって、抽出される光クロック信号の波長を変えることも可能となる。
【０１３３】
＜可飽和吸収領域＞
この発明の受動モード同期半導体レーザ装置を構成する多電極半導体レーザ素子70の可飽和吸収領域10の光導波路14を、バルク結晶あるいは伸張歪が導入されている量子井戸を有する量子井戸構造（以後、「伸張歪量子井戸構造」ということもある。）とすることによって、上述の光クロック信号をその位相が無変動の状態で抽出できるという効果がより一層確実となることを説明する。すなわち、光導波路14を、バルク結晶あるいは伸張歪量子井戸構造とすることによって、多電極半導体レーザ素子70に対して、偶数次の高次モード同期動作をより一層実現しやすくすることができることを説明する。
【０１３４】
上述したように、外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置200に偶数次の高次モード同期動作を実現させるためには、この受動モード同期半導体レーザ装置200を構成する多電極半導体レーザ素子70の利得領域20に注入する電流を大きくすれば良い。しかしながら、一般に、利得領域の光学利得の大きさが一定のもとで、安定に存在し得る高調波モード同期の次数は、奇数次及び偶数次を含めて複数存在することが知られている（例えば、上述した非特許文献AのFIG. 4及びFIG. 5を参照）。
【０１３５】
従って、利得領域20へ注入される電流が一定でも、外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置200は、奇数次あるいは偶数次の高調波モード同期動作が実現し得る。特別の手段を講じない限り、高調波モード同期動作の次数を積極的に限定し得る一般的な要因はなく、入力光信号や多電極半導体レーザ素子70の温度変化等、外部擾乱の影響を受け、受動モード同期半導体レーザ装置の、モード同期動作は変動し得る。すなわち、奇数次の高調波モード同期動作から偶数次の高調波モード同期動作に変動したり、またこの逆に偶数次の高調波モード同期動作から奇数次の高調波モード同期動作に変動したりする。
【０１３６】
従って、上述の外部擾乱の影響を受けてもなお安定して偶数次の高調波モード同期動作を実現するためには、何らかの新たな手段を新たに講ずる必要がある。
【０１３７】
この新たな手段について説明する前に、図10(A1)から(B3)を参照して、可飽和吸収領域10の構造とその動作について説明する。図10(A1)から(B3)は、可飽和吸収領域の動作の説明に供する図であり、図10(A1)から(A3)は、可飽和吸収領域の吸収飽和がTEモードの光パルスで生じる場合を示し、図10(B1)から(B3)は、可飽和吸収領域の吸収飽和がTEモードとTMモードが混合した光パルスで生じる場合を示している。図10(A1)から(B3)の各図共に、横軸は時間軸であり、時間Trtを単位にして目盛ってある。
【０１３８】
図10(A1)及び(B1)は、可飽和吸収領域を通過する光パルス列を、図10(A3)及び(B3)は、受動モード半導体レーザ装置から出力される光パルス列のTE偏光成分及びTM偏光成分の強度を、それぞれ横軸（時間軸）に対して直交する方向にとってその斜視図の形式で示してある。TE偏光成分は横軸に対して垂直に、TM成分は横軸に対して斜め方向に示してある。また、図10(A2)及び(B2)は、可飽和吸収領域の光吸収係数の変化を示す図であり、横軸を時間軸として時間Trtを単位にして目盛ってある。また、縦軸は光吸収係数の大きさを任意スケールで目盛って示してあり、時間軸から下方に離れるほど光吸収係数が小さいことを意味している。すなわち、時間軸から下方に離れるほど可飽和吸収領域の透明度が高まることを意味している。
【０１３９】
ここでは、まず1次（奇数次）の基本モード同期動作が生じている場合を想定して説明する。図10(A1)は、可飽和吸収領域を通過するモード同期された光パルスの時間波形を、それぞれの偏光方向（TEあるいはTMモード）に分けて示してある。受動モード同期半導体レーザ装置の外部共振器を周回するモード同期された光パルスは、可飽和吸収領域を時間間隔Trtで、TEモードとTMモードとを交互に入れ替わって通過する。
【０１４０】
仮に、可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化がTEモードのみで起こる場合には、可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化は、この可飽和吸収領域をTEモードで光パルスが通過するときにしか起こらない。従って、図10(A2)に示すように、可飽和吸収領域の透明化は、時間間隔2Trtで起こる。従って、図10(A3)に示すように、TEモード及びTMモードの光パルスが共に周期2Trtで発生し、かつ両者がTrtの相対時間差を持って交互に発生する。
【０１４１】
これに対して、仮に可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化がTEモード及びTMモードの両方で起こる場合には、可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化は、この可飽和吸収領域をTEモードあるいはTMモードのいずれの偏光の光パルスが通過しても起こる。従って、この場合には、図10(B2)に示すように、可飽和吸収領域の透明化は、時間間隔Trtで起こる。可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化が時間間隔Trtで起こるにもかかわらず、例えば、TEモードの光パルスが図10(B1)に示すように時間間隔2Trtで発生するというのは、不自然で矛盾する現象である。
【０１４２】
この矛盾は、発生するモード同期光パルスが、図10(B1)に示すような、1次（奇数次）の基本モード同期動作によって生成される光パルスであると解釈したことに起因している。この場合、生成されたモード同期光パルス列が、図10(B3)に示すように、TEモード及びTMモードの光パルスが、共に時間間隔Trtで生成されているものと解釈することによって矛盾が解消される。この状態は、受動モード同期半導体レーザが2次の高調波モード同期動作している状態である。
【０１４３】
より一般的に、図8(B)に示したような高次の奇数次モード同期動作においても、可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化が、TEモード及びTMモードの両方で起こる場合には、上述したのと同様な矛盾が生じる。生成されるモード同期光パルスは、TEモード及びTMモードの光パルスが、共に同一周期で、同時に生成されると解釈する方が矛盾しない。すなわち、この状態は、受動モード同期半導体レーザが高次の高調波モード同期動作している状態である。
【０１４４】
以上説明したように、可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化が、TEモード及びTMモードの両方で起こる場合には、外部共振器型の受動モード同期半導体レーザ装置は、必然的に偶数次の高調波モード同期動作をする。従って、可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化が、TEモード及びTMモードの両方で起こる場合には、この受動モード同期半導体レーザ装置によって光クロック信号を抽出すれば、抽出される光クロック信号をその位相が無変動の状態で抽出できる。
【０１４５】
従って、可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化が、TEモード及びTMモードの両方で起こるようにすることができれば、受動モード同期半導体レーザ装置が、偶数次の高次モード同期動作をより一層実現しやすくすることができる。この発明の受動モード同期半導体レーザ装置200において、可飽和吸収領域10の吸収飽和による透明化が偏光方向に無依存で起こるようにするためには、可飽和吸収領域10の光導波路14をバルク結晶あるいは伸張歪量子井戸構造とすることによって実現できる。可飽和吸収領域10の光導波路14を、バルク結晶あるいは伸張歪量子井戸構造とすれば、偏光方向に無依存で吸収飽和による光導波路14の透明化が実現されることは、既に知られている（例えば、F.Devaux, S. Chelles, A. Ougazzaden, A. Mircea, F. Huet, and M. Carre, “10 Gbit/s operation of polarisation insensitive, strained InGaAsP/InGaAsP MQW electroabsorption modulator,” Electron. Lett., vol. 29, No. 13, pp. 1201-1203, 1993.参照）。
【０１４６】
上述した、外部擾乱の影響を受けてもなお安定して偶数次の高調波モード同期動作を実現するため、すなわち、可飽和吸収領域の吸収飽和による透明化が、TEモード及びTMモードの両方で起こるようにするための新たな手段とは、可飽和吸収領域の構成要素である活性層を、バルク半導体結晶層あるいは伸張歪量子井戸構造とすることである。可飽和吸収領域の構成要素である活性層とは、この発明においては、可飽和吸収領域10の光導波路14を指す。この新たな手段によって、偶数次の高調波モード同期動作をより一層確実に実現することが可能となる。従って、可飽和吸収領域を上述の構成とすることは、光クロック信号抽出動作のより一層の安定化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】受動モード同期半導体レーザ装置の概略的構成図である。
【図２】第1光クロック信号抽出装置の概略的構成図である。
【図３】第2光クロック信号抽出装置の概略的構成図である。
【図４】入力光信号及び光クロック信号の時間波形を示す図である。
【図５】受動モード同期動作の説明に供する図である。
【図６】受動モード同期半導体レーザ装置の出力光パルスの時間波形を示す図である。
【図７】従来の受動モード同期半導体レーザ装置の偏光依存性の説明に供する図である。
【図８】高調波モード同期動作時の受動モード同期半導体レーザ装置から出力される出力光パルスの偏光状態の説明に供する図である。
【図９】この発明の受動モード同期半導体レーザ装置の偏光依存性の説明に供する図である。
【図１０】可飽和吸収領域の動作の説明に供する図である。
【符号の説明】
【０１４８】
10：可飽和吸収領域
12：可飽和吸収領域のp側電極
14：可飽和吸収領域の光導波路
16：p型クラッド層
18：n型クラッド層
20：利得領域
22：利得領域のp側電極
24：利得領域の光導波路
26：n側共通電極
28、30：端面
32：偏光回転素子
34：半透鏡
36：定電流源
38：定電圧源
40：光サーキュレータ
42：偏光分離器
54：反射鏡
70：多電極半導体レーザ素子
80：入力部
82：第1光アイソレータ
84：第1結合光学系
90：出力部
92：第2光アイソレータ
94b、94c：波長フィルタ
96b、96c：第2結合光学系
100：入出力部
110：結合光学系
200：受動モード同期半導体レーザ装置
【図１】
2007242794.tif 000003
【図２】
2007242794.tif 000004
【図３】
2007242794.tif 000005
【図４】
2007242794.tif 000006
【図５】
2007242794.tif 000007
【図６】
2007242794.tif 000008
【図７】
2007242794.tif 000009
【図８】
2007242794.tif 000010
【図９】
2007242794.tif 000011
【図１０】
2007242794.tif 000012