(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）変調された光を入力する光サーキュレータと、
（ｂ）該光サーキュレータに接続されるとともに、前記光サーキュレータを介して前記変調された光が入力され、２発振波長のうちの一方の波長λ1 より若干ずらした、変調された光の波長である入力信号光波長λinが入力される、分布ブラッグ反射器型レーザーであり、かつ反射帯域が小さく、２つの限られた２発振波長を有する２モード発振半導体モードロックレーザーと、
（ｃ）該２モード発振半導体モードロックレーザーからの出力光を、前記光サーキュレータを介して入力し、前記２発振波長のうちの他方の波長λ2 のみを抽出するバンドパスフィルターとを具備し、急峻なスイッチング特性を有することを特徴とするモード同期集積型半導体レーザーを用いた光信号再生インバータ。
【請求項２】
請求項１記載のモード同期集積型半導体レーザーを用いた光信号再生インバータにおいて、前記変調された光は、連続波レーザー源からのレーザー光を変調器により変調して得ることを特徴とするモード同期集積型半導体レーザーを用いた光信号再生インバータ。
【請求項３】
請求項１又は２記載のモード同期集積型半導体レーザーを用いた光信号再生インバータにおいて、前記２発振波長のうちの一方の波長λ1 が１５６３．６７ｎｍ、前記２発振波長のうちの他方の波長λ2 が１５６３．９７ｎｍであることを特徴とするモード同期集積型半導体レーザーを用いた光信号再生インバータ。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載のモード同期集積型半導体レーザーを用いた光信号再生インバータにおいて、前記２モード発振半導体モードロックレーザーへの印加利得電流は１２７ｍＡ、過飽和吸収帯への印加電圧は−１．０Ｖ、モード間隔は約３６ＧＨｚであることを特徴とするモード同期集積型半導体レーザーを用いた光信号再生インバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モード同期集積型半導体レーザーを用いた光信号再生インバータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の参考文献としては、以下に開示されるものがあった。
【０００３】
（１）Ｗｏｌｆｓｏｎ，Ｄ．，Ｋｌｏｃｈ，Ａ．，Ｆｊｅｌｄｅ，Ｔ．，Ｊａｎｚ，Ｃ．，Ｄａｇｅｎｓ，Ｂ．，ａｎｄ  Ｒｅｎａｕｄ，Ｍ．：‘４０−Ｇｂ／ｓ  ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  ｉｎ  ａｎ  ＳＯＡ−ｂａｓｅｄ  ａｌｌ−ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ’，ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，２０００，１２，（３），ｐｐ．３３２−３３４
（２）Ｋｕｒｉｔａ，Ｈ．，Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｙ．，Ｏｇｕｒａ，Ｉ．，Ｙａｍａｄａ，Ｈ．，ａｎｄ  Ｙｏｋｏｙａｍａ，Ｈ．：‘Ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ  ３Ｒ  ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｌｏｃｋ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｗｉｔｈ  ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ  ＬＤｓ’，Ｐｒｏｃ．ＥＣＯＣ’９９，１９９９，Ｐｏｓｔｄｅａｄｌｉｎｅ  Ｐａｐｅｒ  ＰＤ３−６，ｐｐ．５６−５７．
（３）Ａｒａｈｉｒａ，Ｓ．，Ｍａｔｓｕｉ，Ｙ．，Ｋｕｎｉｉ，Ｔ．，Ｏｓｈｉｂａ，Ｓ．，ａｎｄ  Ｏｇａｗａ，Ｙ．：‘Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ−ｌｉｍｉｔｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｈｏｒｔ−ｐｕｌｓｅ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ａｔ  ｈｉｇｈ  ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  ｒａｔｅ  ｏｖｅｒ  ４０ＧＨｚ  ｆｒｏｍ  ａ  ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  ｐａｓｓｉｖｅ  ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ  ＤＢＲ  ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ’，ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，１９９３，ｖｏｌ．５，ｐｐ．１３６２−１３６５．
（４）Ｗｅｉｃｈ，Ｋ．，Ｈｏｒｅｒ，Ｊ．Ｐａｔｚａｋ，Ｅ．，Ａｓ，Ｄ．Ｊ．，Ｅｇｇｅｍａｎｎ  Ｒ．，ａｎｄ  Ｍｏｈｒｌｅ，Ｍ．：‘Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｌｏｃｋｅｄ  ｌａｓｅｒ  ａｓ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ａｎｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ  ｕｐ  ｔｏ  １０Ｇｂｉｔ／ｓ’，Ｐｒｏｃ．ＥＣＯＣ’９４，１９９４，ｐｐ．６４３−６４６．
（５）Ｐａｒｏｌａｒｉ，Ｐ．，ａｎｄ  Ｍａｒａｚｚｉ，Ｌ．：‘ＳＯＡ  ｂａｓｅｄ  ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ’Ｐｒｏｃ．ＣＬＥＯ  ２０００，ｐｐ．３０９−３１０．
（６）Ｍａｅｄａ，Ｙ．：‘Ａｌｌ  ｉｎｖｅｒｔｅｄ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ｄｅｒｉｖｅｄ  ｆｒｏｍ  ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｆｅｅｄｂａｃｋ  ｓｙｓｔｅｍｓ’，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，２０００，ｖｏｌ．３６，ｐｐ．１１３８−１１３９．
（７）Ｆｕｋｕｓｈｉｍａ，Ｔ．，ａｎｄ  Ｓａｋａｍｏｔｏ，Ｔ．：‘Ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｉｎｖｅｒｔｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｌｏｃｋｉｎｇ  ｏｆ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｌａｓｅｒｓ’，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，１９９７，ｖｏｌ．３６，ｐｐ．Ｌ２８０−Ｌ２８２．
次世代光ネットワークにおいて、高性能かつコンパクトな全光信号再生デバイスの探求は非常に興味深い。
【０００４】
このような全光信号再生デバイスの中で、性能面において現時点で最も有力と考えられる候補としては、
（ａ）半導体増幅器（ＳＯＡ）のマッハツェンダー干渉系を用いた構成により光再生を実現する方法がある。例えば４０ＧＨｚ／ｓＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ  ｔｏ  Ｚｅｒｏ）信号において２０ｄＢ以上の信号対雑音比の改善が報告されている。
【０００５】
（ｂ）もう一つの有望、かつ、シンプルな方法として、半導体モードロックレーザー（ＭＬＬＤ）に対する光注入を用いる方法がある。例えばこの方法を用いた２０Ｇｂ／ｓパルス列の３Ｒ（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ，ｒｅｓｈａｐｉｎｇ，ｒｅｔｉｍｉｎｇ）実現が報告されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の全光信号再生デバイスにおいては、以下のような問題があった。
【０００７】
（Ａ）上記した（ａ）の全光信号再生デバイスにおいては、この構成は幾らかのＳＯＡ及び信号光とは別のＣＷ（連続波）光源を必要とするため、系が複雑になるという欠点がある。
【０００８】
（Ｂ）上記した（ｂ）の全光信号再生デバイスにおいては、固定周波数のモードロックを利用しているため、このビットレートにおいての使用のみに限定され、使用周波数の可変性の面で潜在的な問題がある。
【０００９】
本発明は、上記状況を鑑み、よりシンプルで、かつ高性能な使用周波数のフレキシビリティーの高いデジタル特性を有するモード同期集積型半導体レーザーを用いた光信号再生インバータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕モード同期集積型半導体レーザーを用いた光信号再生インバータにおいて、変調された光を入力する光サーキュレータと、この光サーキュレータに接続されるとともに、前記光サーキュレータを介して前記変調された光が入力され、２発振波長のうちの一方の波長λ1 より若干ずらした、変調された光の波長である入力信号光波長λinが入力される、分布ブラッグ反射器型レーザーであり、かつ、反射帯域が小さく、２つの限られた２発振波長を有する２モード発振半導体モードロックレーザーと、この２モード発振半導体モードロックレーザーからの出力光を、前記光サーキュレータを介して入力し、前記２発振波長のうちの他方の波長λ2 のみを抽出するバンドパスフィルターとを具備し、急峻なスイッチング特性を有することを特徴とする。
【００１１】
〔２〕上記〔１〕記載のモード同期集積型半導体レーザーを用いた光信号再生インバータにおいて、前記変調された光は、連続波レーザー源からのレーザー光を変調器により変調して得ることを特徴とする。
【００１２】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載のモード同期集積型半導体レーザーを用いた光信号再生インバータにおいて、前記２発振波長のうちの一方の波長λ1 が１５６３．６７ｎｍ、前記２発振波長のうちの他方の波長λ2 が１５６３．９７ｎｍであることを特徴とする。
【００１３】
〔４〕請求項〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載のモード同期集積型半導体レーザーを用いた光信号再生インバータにおいて、前記２モード発振半導体モードロックレーザーへの印加利得電流は１２７ｍＡ、過飽和吸収帯への印加電圧は−１．０Ｖ、モード間隔は約３６ＧＨｚである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施例を示すモード同期集積型半導体レーザーを用いた光信号再生インバータのブロック図である。
【００１６】
この図において、１は連続波（ＣＷ）レーザー（ＬＤ）、２はＭＺＭ（Ｍａｃｈ  Ｚｅｈｎｄｅｒ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｒ：マッハーツェンダー干渉型変調器）であり、光路を２つに分け、その一方の光路に電圧を印加して、光路長を変化させ、光の位相変化させる変調器である。材料としては、Ｌi ＮｂＯ3 （略してＬＮという）であり、この電気光学結晶に電圧を印加すると光路長が変化する。
【００１７】
また、３は光サーキュレータ、４は２モード発振半導体モードロックレーザー（２モード発振ＭＬＬＤ）、５は光結合器、６は光バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、７は光検出器（ＰＤ）、８は光スペクトラムアナライザ（ＯＳＡ）、９は電圧源（直流電源）、１０は電流源、１１〜１７は光ファイバである。
【００１８】
この図において、光サーキュレータ３や光バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６といった受動素子を除けば、インバータ動作が、２モード発振ＭＬＬＤ４のみという非常にシンプルな構成で実現されており、従来のあらゆる光インバータ及び光信号再生素子と較べても簡潔な構造である。
【００１９】
図２は本発明の実施例を示す２モード発振半導体モードロックレーザーの発振モードを示す図であり、光スペクトラムアナライザ（ＯＳＡ）８によって観測される。横軸が波長（ｎｍ）、縦軸が光パワー（２０μＷ／目盛）を示す入力信号光波長を示している。
【００２０】
図２（ａ）はその光入力パワーＰinが０μＷ、図２（ｂ）はその光入力パワーＰinが３μＷ、図２（ｃ）はその光入力パワーＰinが５μＷ、図２（ｄ）はその光入力パワーＰinが５．５μＷ、図２（ｅ）はその光入力パワーＰinが７μＷ、図２（ｆ）はその光入力パワーＰinが１５μＷの場合をそれぞれ示している。
【００２１】
図１における２モード発振ＭＬＬＤ４は分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）型レーザーであり、本発明で使用のＭＬＬＤ４は、その反射帯域が小さいために発振モードは、図２（ａ）に示すように２つに限られている。すなわち、Ｍ１は発振波長１５６３．６７ｎｍ、Ｍ２は発振波長１５６３．９７ｎｍである。この二つのモードＭ１，Ｍ２は、非対称なパワー比で発振している。動作時の２モード発振ＭＬＬＤ４への印加利得電流は１２７ｍＡ、可飽和吸収帯への印加電圧は−１．０Ｖである。モード間隔はおよそ３６ＧＨｚである。入力信号光波長λinはλ1 より若干ずらした１５６３．７１ｎｍに設定する。また、Ｍ２を出力とする。
【００２２】
また、光バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６によって上記した出力信号〔出力（λ2 ）：モードＭ２〕のみを抽出して得るようにしている。
【００２３】
なお、ＭＬＬＤ（Ｍｏｄｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  ＤＢＲ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）自体の詳細な説明は、上記した先行文献（３）ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，１９９３，ｖｏｌ．５，ｐｐ．１３６２−１３６５に述べられている。しかし、本発明では、そのＭＬＬＤを２モード発振用として適用するようにしている。
【００２４】
図３は、光入力パワーＰin（μＷ）に対する光出力パワーＰout （μＷ）〔上段〕と波長（０．０５ｎｍ／目盛）〔下段〕特性図である。
【００２５】
なお、挿入図は、１５５．５２Ｍｂ／ｓデータ信号入力時の出力アイパターンを示している。閾値付近における極めて急峻なスイッチング特性およびダイナミックインバータ特性が明示されている。
【００２６】
また、図３の（ａ）〜（ｆ）は、測定された出力光スペクトルが示している。数値は光サーキュレータ３及び光ファイバ１３と２モード発振ＭＬＬＤ４との間の接続損を考慮した値となっている。光入力パワーＰinが５μＷ以下の場合には、入力光のモードλinが若干観測される程度である。光入力パワーＰinが５〜７μＷの狭い範囲において、急激にλinモードとＭ２モードのパワー比が変化している。光入力パワーＰinが７μＷ以上の範囲においてはλinモードにおける単一モード発振が実現されている。
【００２７】
これらの様子を横軸を光入力パワーＰin、縦軸を光出力パワーＰout としてプロットすると、この入出力静特性において図３の上段に示される（ａ）〜（ｃ）、及び（ｅ）〜（ｆ）における平坦性とともに、非常に急峻なスイッチングが実現されている様子が確認される。
【００２８】
このような特性は、波形再生の実現機能を示唆するものとして大変興味深い。なお、スイッチング閾値パワーは今まで報告されている中では最も低い値であり、高感度性が期待できる値となっている。また、出力信号光パワーＰout はおよそ７０μＷであり、入力信号光パワーの１０倍の値となっていることから、もし、サーキュレータ３及び光ファイバ１３と２モード発振ＭＬＬＤ４との接続損を差し引いて考えたとしても光信号パワー再生機能が期待される。
【００２９】
ここでは、この特性を次のようなモデルを用いて説明することを試みる。
【００３０】
図３における（ａ）〜（ｃ）における平坦性の理由は、Ｍ１とλinの間のモード競合が主であり、Ｍ２のパワーに影響しないことが原因と考えられる。（ｃ）〜（ｅ）領域における急激なスイッチングは、Ｍ１とλin間のモード競合の終わりに始まり、それにともなう注入同期及び相互利得変調（ＸＧＭ）の効果によるものと考える。即ち、モード競合終結はＭ１のλinに対する注入同期実現を意味し、それと同時にλinにおける発振パワーが急激に増加する。すると、相互利得変調（ＸＧＭ）によりＭ２における利得の急激な減少につながり、Ｍ２モードにおける発振パワーがほぼ０に抑えられると考えられる。
【００３１】
さらに、動特性も明らかにした。すなわち、１５５．５２Ｍｂ／ｓ、ＮＲＺ（Ｎｏｎ  Ｒｅｔｕｒｎ  ｔｏ  Ｚｅｒｏ）信号における動特性を確認した。そのアイパターンを図３の挿入図に示す。この図３の挿入図によれば、アイが開いている様子が確認され、このビットレートにおける動作が確認される。
【００３２】
また、インバータの動作周波数帯域は１．８ＧＨｚに抑えられているが、これはレーザーの緩和振動周波数にほぼ一致していることからこの値に制限されていることが考えられ、より緩和振動周波数の高いレーザーを用いることで改良されると考えられる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、２モード発振ＭＬＬＤに対する光注入を利用し、よりコンパクトな構成で、急峻なスイッチング特性を有するモード同期集積型半導体レーザーを用いた光信号再生インバータを得ることができる。
【００３５】
すなわち、その入出力静特性は電子回路インバータにも匹敵する急峻なスイッチング特性を有するため、波形再生（ｒｅｓｈａｐｉｎｇ）機能が期待できる。また、入力信号に対する利得も確認され、信号パワー再生（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ）機能も期待できる。さらに、この動作形式では動作周波数の制限が無いため、ＮＲＺ信号における使用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示すモード同期集積型半導体レーザーを用いた光信号再生インバータのブロック図である。
【図２】  本発明の実施例を示す２モード発振半導体モードロックレーザーの発振モードを示す図である。
【図３】  本発明の実施例を示す測定された光入出力パワー特性と１５５．５２Ｍｂ／ｓデータ信号入力時の出力アイパターン示す図であり、光入力パワーＰin（μＷ）に対する光出力パワーＰout （μＷ）〔上段〕と波長（０．０５ｎｍ／目盛）〔下段〕を示す。
【符号の説明】
１    連続波（ＣＷ）レーザー（ＬＤ）
２    ＭＺＭ（マッハーツェンダー干渉型変調器）
３    光サーキュレータ
４    ２モード発振半導体モードロックレーザー（２モード発振ＭＬＬＤ）
５    光結合器
６    光バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
７    光検出器（ＰＤ）
８    光スペクトラムアナライザ（ＯＳＡ）
９    電圧源（直流電源）
１０    電流源
１１〜１７    光ファイバ
【図１】
0003737402.tif 000002
【図２】
0003737402.tif 000003
【図３】
0003737402.tif 000004