(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある波長域に対して利得を有する半導体利得部と、電圧を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数が変化する半導体変調器部と、回折格子で構成される光フィルタ部が同一半導体基板上に形成されたパルス光源装置において、上記半導体変調器部に一定周波数の高周波電圧と一定電圧を重畳して加え、かつ、上記半導体変調器部に発生する直流電流を最小にするように上記光フィルタ部に直流電流を加えることを特徴とする半導体パルス光源装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体パルス光源装置において、前記光フィルタ部は、周期性を有する回折格子の周期が光出射方向に対してある割合で変化するチャープ回折格子で構成されることを特徴とする半導体パルス光源装置。
【請求項３】
請求項１記載の半導体パルス光源装置において、前記半導体基板上には電流或いは電圧を加えることで光路長が変化する位相調整領域が形成され、上記光フィルタ部に直流電流を加えることに代えて、上記半導体変調器部に発生する直流電流を最小にするように上記位相調整領域に直流電流或いは直流電圧を加えることを特徴とする半導体パルス光源装置。
【請求項４】
請求項１又は３記載の半導体パルス光源装置において、前記光フィルタ部又は前記位相変調領域へ加える直流電流を掃引することによりフォトカレントの最小点を検知する検知回路を有することを特徴とする半導体パルス光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発生する光パルスの縦モードスペクトルが安定化された半導体パルス光源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体パルス光源装置を図２に示す。
図２に示すように、ある波長域に対して利得を有する半導体利得部２と、電圧を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数が増大する半導体変調器部１と、回折格子を有する光フィルタ部（ＤＢＲ:distributed Bragg Reflector）３が光共振器内部に配置形成された光半導体装置において、光フィルタ部３は回折格子の周期が光出射方向にある一定の割合で減少或いは増大したチャープ回折格子１１からなり、かつこれらのものが同一の半導体基板８上に形成され、上記半導体変調器部１に一定周波数の高周波電圧を加え、かつ、光フィルタ部３に直流電流或いは直流電圧を加えることで光源の縦モード周波数間隔を上記半導体変調器部１に加えている変調周波数に等しいか、或いは２倍となるように調整している。
【０００３】
即ち、高周波電源１５、電圧源１３及びバイアスティ１４によって一定の周波数をもつ高周波電圧を半導体変調器部１に加え、レンズ１８及びファイバー１９を介して出射される光の一部を光分岐２１によって取り出し、光スペクトル検出機能を持つ装置２０により、出射される光スペクトルをモニターし、主要な２モードの強度が等しくなるように、制御回路１７により、電流源１２から光フィルタ部３に加える直流電流を調整した。
２モードから発生されるビート信号は、ファイバ分散による影響を受けにくいことが知られており、長距離伝送後も波形劣化の少ない光信号が得られる。
なお、図２中の７は変調器部電極４、利得部電極５及びＤＢＲ電極６に対応して半導体基板８の下面側に設けられた下部電極である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の半導体パルス光源装置では、光スペクトルを長期安定化するため、具体的には主要な２モードの強度を等しくするために、出射される光の一部を取り出し光スペクトル検出機能を持つ装置２０により、出射される光スペクトルをモニタする必要があった。
これらの操作は煩雑であり、装置が高価になるという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る半導体パルス光源装置は、ある波長域に対して利得を有する半導体利得部と、電圧を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数が変化する半導体変調器部と、回折格子で構成される光フィルタ部が同一半導体基板上に形成されたパルス光源装置において、上記半導体変調器部に一定周波数の高周波電圧と一定電圧を重畳して加え、かつ、上記半導体変調器部に発生する直流電流を最小にするように上記光フィルタ部に直流電流を加えることを特徴とする。
【０００６】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る半導体パルス光源装置は、請求項１記載の半導体パルス光源装置において、前記光フィルタ部は、周期性を有する回折格子の周期が光出射方向に対してある割合で変化するチャープ回折格子で構成されることを特徴とする。
【０００７】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係る半導体パルス光源装置は、請求項１記載の半導体パルス光源装置において、前記半導体基板上には電流或いは電圧を加えることで光路長が変化する位相調整領域が形成され、上記光フィルタ部に直流電流を加えることに代えて、上記半導体変調器部に発生する直流電流を最小にするように上記位相調整領域に直流電流或いは直流電圧を加えることを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係る半導体パルス光源装置は、請求項１又は３記載の半導体パルス光源装置において、前記光フィルタ部又は前記位相変調領域へ加える直流電流を掃引することによりフォトカレントの最小点を検知する検知回路を有することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の基本構成の一例を示す図である。
この図を参照して、本発明の構成を説明する。
即ち、ある波長域に対して利得を有する半導体利得部２と、電圧を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数が変化する半導体変調器部１と、周期性を有する回折格子で構成される光フィルタ部３が同一半導体基板８上に形成されたパルス光源装置において、上記半導体変調器部１にこの共振器を往復する時間の逆数で与えられる周波数を有する高周波電圧と一定電圧を重畳して加えると、モード同期の原理により、光パルスが発生する。
【００１０】
このとき、光半導体変調器部１に発生する電流（フォトカレント）を電流モニタ１６でモニタし、フォトカレントが最小となるように、電流源１２から光フィルタ部３への電流注入値を制御する。
この操作により、発生するパルスの縦モードスペクトルは安定化する。
フォトカレントの最小点を検知する検知回路を設けて、光フィルタ部３へ加える電流を掃引すること、即ち、電流を予めゆっくりした周期でかつ微小な振幅で変調している。
【００１１】
【作用】
このレーザの縦モード周波数間隔は、光フィルタ部３への電流注入値を変化させることによりブラッグ波長をシフトさせ、連続的に変化させることができる。
このようにしてモード間隔を半導体変調器部１にかける高周波電圧の周波数に整合させることにより、変調周波数に整合した２モードが選択的に励振され、位相同期した２モード発振が実現されている。
【００１２】
ところで、モード周波数間隔と変調周波数の整合が不完全な状態では、半導体変調器部１でのパルスと変調のタイミングがずれることから、半導体変調器部１での光損失が増大する。
この損失は、パルスが吸収されてフォトカレントとなるため半導体変調器部１に発生するフォトカレントの増大となって現れる。
図３は、この現象の実験結果を示している。
【００１３】
ここで横軸は光フィルタ部（ＤＢＲ）３への電流注入値である。
縦軸は、２モードの強度比、２モード以外のサイドモードの抑圧比（ＳＭＳＲ）、及び光半導体変調器部１に発生するフォトカレントを表している２モードの強度が一致する点（強度比０ｄＢ）とフォトカレントの最小となる点がほぼ一致していることが分かる。
このように、フォトカレントをモニタすることで、２モードの強度比を等しくする条件が判明する。
【００１４】
具体的には、フォトカレントが最小となるように、電流源１２から光フィルタ部３への電流注入値を制御すれば良く、図３では１１．９ｍＡである。このとき、ＳＭＳＲが最大となることが分る。
２モードの強度が一致する点（強度比０ｄＢ）とフォトカレントの最小となる点が若干ずれる原因は、光フィルタ部３への電流注入により光パワーが変化するためである。
しかし、２モードの強度比は３ｄＢ程度以下にすれば良く、実質的にフォトカレントが最小となるようにすれば良い。
【００１５】
このようにして、光フィルタ部３への注入電流値を１１．９ｍＡとしたとき、図４に示す光スペクトルが得られた。
主たる２モードの強度比が等しくサイドモードが２５ｄＢ以上抑圧されていることが分る。
発生するパルスの縦モードスペクトルは、本装置の高周波電圧などの駆動条件が変動することによって変化するが、上記の制御によって、長期安定動作が可能になる。
【００１６】
発生するパルスの縦モードスペクトルの変化は、本装置の長期的な劣化によってももたらされる。
例えば、発振しきい値電流の増大などが考えられる。
このような原因による縦モードスペクトルの変化に対しても上記制御は有効であり、長期的な波長安定が得られる。
【００１７】
【実施例】
〔実施例１〕
本発明の第一の実施例を図１に示す。
図１に示すように、ＩnＰよりなる同一の半導体基板８上に、半導体利得部２、電界吸収型半導体変調器部１が集積され、利得部２は井戸層１０がＩnＧaＡs又はＩnＧaＡsＰ、障壁層がＩnＧaＡsＰ多重量子井戸よりなり、そのホトルミネッセンス波長は１．５５ミクロン近傍である。
半導体変調器部１は井戸層９がＩnＧaＡs 又はＩnＧaＡsＰ、障壁層がＩnＧaＡsＰ多重量子井戸よりなり、そのホトルミネッセンス波長は１．４０ミクロン近傍である。
【００１８】
半導体変調器部１の長さは６０ミクロンであり、利得部２は７００ミクロンである。
半導体変調器部１と利得部２は電極４，５が５０ミクロンの長さにわたり分離されており、共振器長は約１２００ミクロンである。
チャープ回折格子１１を形成した光フィルタ部３は２７０ミクロンである。
光フィルタ部３側の端面は無反射コーティングされ、反射率は０．１％以下になっている。
【００１９】
上記光半導体変調器部１には、４１ＧＨｚの周波数をもつ高周波電圧、及び一定バイアス電圧を高周波電源１５、電圧源１３及びバイアスティ１４を介して供給している。
ここで、定電圧源１３に流れる電流を電流モニタ１６でフォトカレントとして測定した。
このフォトカレントが最小となるように、制御回路１７は電流源１２から光フィルタ部３に加える直流電流を調整する。
【００２０】
図４は、このようにして得られた光スペクトルであり、主要な２モードの強度が等しくなっていることがわかる。
２モード以外のモードは２５ｄＢ以上抑圧されている。この時、モード間隔は４１ＧＨｚであり変調周波数と等しくなっている。
上記の実施例では、２モード動作のパルス発生に適用したが、３モード以上のスペクトルにおいても同様に適用できる。
【００２１】
〔実施例２〕
本発明の他の実施例を図５に示す。
本実施例では、上記半導体パルス光源装置において、半導体利得部２と光フィルタ部３の間の半導体基板８上に位相調整領域２２を追加したものであり、その他の構成は前述した実施例と同様である。
本実施例で追加した位相調整領域２２は、位相調整領域電極２３を介して電流源１２から電流或いは電圧を加えることで光路長が変化する。
従って、半導体変調器部１に一定の周波数をもつ高周波電圧と一定電圧を重畳して加え、半導体変調器部１に発生する電流を最小にするように、位相調整領域２２に電流或いは電圧を加え、位相調整領域２２での遅延時間を制御することにより、縦モードスペクトルが安定化することになる。
【００２２】
このように説明したように、本発明は、半導体変調器部１に流れる電流が最小となるよう、光フィルタ部３又は位相調整領域２２へ流す電流の値を設定することを特徴とし、これにより、出力光パルスの縦モードスペクトルを安定化できるという効果がある。
また、図１、図５に記載の制御回路１７は、光フィルタ部３、位相変調領域２２へ加える電流を、予めゆっくりした周期でかつ微小な振幅で変調し、フォトカレントの最小点を検知する構成としても良い
【００２３】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて詳細に説明したように、本発明は、光半導体変調器部と光フィルタ部を集積し、半導体変調器部に発生するフォトカレントが最小となるように光フィルタ部の電流或いは電圧又は位相調整領域の電流或いは電圧を調整して発生するパルスの縦モードスペクトルを安定化させ、高い周波数で安定なパルス発生を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるパルス光源装置の第一の実施例を示す構成図である。
【図２】従来技術を説明するための構成図である。
【図３】本発明にかかるパルス光源装置の作用の一つを説明するためのグラフである。
【図４】本発明にかかるパルス光源装置の作用の一つを説明するためのグラフである。
【図５】本発明にかかるパルス光源装置の第二の実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
１  半導体電界吸収型光半導体変調器部
２  半導体利得部
３  光フィルタ部
４  半導体変調器部電極
５  利得部電極
６  ＤＢＲ電極
７  下部電極
８  半導体基板（ｎ型ＩnＰ）
９  半導体変調器部用多重量子井戸層
１０  利得部用多重量子井戸層
１１  チャープ回折格子
１２  電流源
１３  電圧源
１４  バイアスティ
１５  高周波電源
１６  電流モニタ
１７  調整手段
１８  レンズ
１９  ファイバ
２０  光スペクトル検出手段
２１  光分岐
２２  位相調整領域
２３  位相調整領域電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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