(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも光増幅領域と、可飽和吸収領域と、共振器長調整領域と、光強度を外部から強制変調する光変調領域と、を有するモード同期半導体レーザの駆動方法において、
光パルス出力の繰り返し周波数を、基準周波数にロッキングする際に、前記光変調領域に、前記基準周波数の信号を印加し、出力光の強度雑音が最小となるように、前記共振器長調整領域に印加するバイアスを調整する、ことを特徴とするモード同期半導体レーザの駆動方法。
【請求項２】
少なくとも光増幅領域と、可飽和吸収領域と、共振器長調整領域と、光強度を外部から強制変調する光変調領域と、を有するモード同期半導体レーザの駆動方法において、
光パルス出力の繰り返し周波数を、基準周波数にロッキングする際に、前記光変調領域に、前記基準周波数の信号を印加し、前記可飽和吸収領域で発生する光電流の低周波雑音成分を測定し、前記低周波雑音の強度が最小となるように、前記共振器長調整領域に印加するバイアスを調整する、ことを特徴とするモード同期半導体レーザの駆動方法。
【請求項３】
少なくとも光増幅領域と、可飽和吸収領域と、共振器長調整領域と、光変調領域と、を有し、前記可飽和吸収領域に逆バイアス電圧が印加され、前記光増幅領域に電流注入を行うことで受動モード同期が生じ、前記共振器長調整領域へのバイアスによって固有周波数が調整されるモード同期半導体レーザの駆動方法であって、
前記光変調領域に、発振器から基準周波数の信号を印加して強制的な光変調を行う工程と、
前記モード同期半導体レーザの出力から低周波の雑音成分を抽出する工程と、前記雑音成分の強度が最小となるように、前記共振器長調整領域へのバイアスを供給する駆動部を制御し、前記共振器長調整領域へのバイアスを調整する工程と、
を含む、ことを特徴とするモード同期半導体レーザの駆動方法。
【請求項４】
少なくとも光増幅領域と、可飽和吸収領域と、共振器長調整領域と、光変調領域と、を有し、前記可飽和吸収領域に逆バイアス電圧が印加され、前記光増幅領域に電流注入を行うことで受動モード同期が生じ、前記共振器長調整領域へのバイアスによって固有周波数が調整されるモード同期半導体レーザの駆動方法であって、
前記光変調領域に、発振器から基準周波数の信号を印加して強制的な光変調を行う工程と、
前記モード同期半導体レーザの出力から、低周波の雑音成分を抽出する工程と
前記共振器長調整領域に、低周波発振器から低周波信号を印加する工程と、
、
前記抽出された前記雑音成分を、前記低周波発振器からの信号と乗算する工程と、
前記乗算結果を積分する工程と、
前記積分出力は、前記基準周波数と比べて、前記固有周波数が低周波側にあるか、高周波側にあるかで極性を変え、前記積分出力が零になるように、誤差増幅器で、前記共振器長調整領域へのバイアスの調整する工程と、
前記誤差増幅器の出力と前記低周波発振器の出力とを足し合わせて前記共振器長調整領域へのバイアスとして供給する工程と、
を含む、ことを特徴とするモード同期半導体レーザの駆動方法。
【請求項５】
前記光変調領域に、前記基準周波数の正弦波信号を印加する、ことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一に記載のモード同期半導体レーザの駆動方法。
【請求項６】
前記共振器長調整領域に印加されるバイアスが電圧または電流よりなる、ことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一に記載のモード同期半導体レーザの駆動方法。
【請求項７】
少なくとも光増幅領域と、可飽和吸収領域と、共振器長調整領域と、光強度を外部から強制変調する光変調領域と、を有するモード同期半導体レーザにおいて、
光パルス出力の繰り返し周波数を基準周波数にロッキングさせるにあたり、前記光変調領域に、前記基準周波数の信号を印加する手段と、
前記モード同期半導体レーザ出力から、雑音成分を抽出する手段と、
前記雑音成分が最小となるように、前記共振器長調整領域に印加するバイアスを調整する制御を行う手段と、を備えた、ことを特徴とするモード同期半導体レーザの駆動装置。
【請求項８】
少なくとも光増幅領域と、可飽和吸収領域と、共振器長調整領域と、光強度を外部から強制変調する光変調領域と、を有するモード同期半導体レーザにおいて、
光パルス出力の繰り返し周波数を基準周波数にロッキングさせるにあたり、前記光変調領域に、前記基準周波数の信号を印加する手段と、
前記可飽和吸収領域で発生する光電流の低周波雑音成分を検出する手段と、
前記低周波雑音の強度が最小となるように、前記共振器長調整領域に印加するバイアスを調整する制御を行う手段と、
を備えた、ことを特徴とするモード同期半導体レーザの駆動装置。
【請求項９】
少なくとも光増幅領域と、可飽和吸収領域と、共振器長調整領域と、光変調領域と、を有し、前記可飽和吸収領域に逆バイアス電圧が印加され、前記光増幅領域に電流注入を行うことで受動モード同期が生じ、前記共振器長調整領域へのバイアスによって固有周波数が調整されるモード同期半導体レーザと、
前記光変調領域に、基準周波数の信号を印加して強制的な光変調を行う発振器と、
前記モード同期半導体レーザの出力光を電気信号に光電変換する光検出器と、
前記共振器長調整領域へのバイアスを供給する駆動部と、
前記光検出部の出力を入力とし低周波の雑音成分を抽出する雑音検出部と、
前記雑音検出部で検出された前記雑音成分の強度が最小となるように、前記駆動部を制御して、前記共振器長調整領域へのバイアスを調整する制御部と、
を備えた、ことを特徴とするモード同期半導体レーザの駆動装置。
【請求項１０】
少なくとも光増幅領域と、可飽和吸収領域と、共振器長調整領域と、光変調領域と、を有し、前記可飽和吸収領域に逆バイアス電圧が印加され、前記光増幅領域に電流注入を行うことで受動モード同期が生じ、前記共振器長調整領域へのバイアスによって固有周波数が調整されるモード同期半導体レーザと、
前記光変調領域に基準周波数の信号を印加して強制的な光変調を行う発振器と、
前記モード同期半導体レーザの出力光を電気信号に光電変換する光検出器と、
前記共振器長調整領域に低周波信号を印加する低周波発振器と、
前記光検出器の出力を入力し低周波の雑音成分を取り出す低域通過フィルタと、
前記低域通過フィルタで抽出された前記雑音成分を、前記低周波発振器からの信号と掛けあわせる乗算器と、
前記乗算器の出力を積分する積分器と、を備え、
前記積分器の出力は、前記基準周波数と比べて、前記固有周波数が低周波側にあるか、高周波側にあるかで極性を変え、
前記積分器の出力を入力し、前記積分器の出力が零になるように、前記共振器長調整領域へのバイアスの調整する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力と前記低周波発振器の出力とを足し合わせて前記共振器長調整領域へのバイアスとして供給する加算器と、
を備えた、ことを特徴とするモード同期半導体レーザの駆動装置。
【請求項１１】
少なくとも光増幅領域と、可飽和吸収領域と、共振器長調整領域と、光変調領域と、を有し、前記可飽和吸収領域に逆バイアス電圧が印加され、光増幅領域に電流注入を行うことで受動モード同期が生じ、前記共振器長調整領域へのバイアスによって固有周波数が調整されるモード同期半導体レーザと、
前記光変調領域に基準周波数の信号を印加して強制的な光変調を行う発振器と、
前記可飽和吸収領域からバイアステイーを用いたコンデンサ結合により光電流を取り出し前記光電流から低周波の雑音成分を抽出する雑音検出部と、
前記共振器長調整領域へのバイアスを供給する駆動部と、
前記光検出部の出力を入力とし、低周波の雑音成分が抽出する雑音検出部と、
前記雑音成分の強度が最小となるように、前記駆動部を制御して前記共振器長調整領域へのバイアスを調整する制御部と、
を備えた、ことを特徴とするモード同期半導体レーザの駆動装置。
【請求項１２】
少なくとも光増幅領域と、可飽和吸収領域と、共振器長調整領域と、光変調領域と、を有し、前記可飽和吸収領域に逆バイアス電圧が印加され、光増幅領域に電流注入を行うことで受動モード同期が生じ、前記共振器長調整領域へのバイアスによって固有周波数が調整されるモード同期半導体レーザを備え、
前記光変調領域に、基準周波数の信号を印加して強制的な光変調を行う発振器と、
前記共振器長調整領域に低周波信号を印加する低周波発振器と、
前記モード同期半導体レーザの前記可飽和吸収領域からバイアステイーを用いたコンデンサ結合により光電流を取り出し、前記光電流から低周波の雑音成分を取り出す低域通過フィルタと、
前記低域通過フィルタで抽出された前記雑音成分を、前記低周波発振器からの信号と掛けあわせる乗算器と、
前記乗算器の出力を積分する積分器と、を備え、
前記積分器の出力は、前記基準周波数と比べて、前記固有周波数が低周波側にあるか、高周波側にあるかで極性を変え、
前記積分器の出力を入力し、前記積分器の出力が零になるように、前記共振器長調整領域へのバイアスの調整する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力と、前記低周波発振器の出力とを足し合わせて前記共振器長調整領域へのバイアスとして供給する加算器と、
を備えた、ことを特徴とするモード同期半導体レーザの駆動装置。
【請求項１３】
前記低周波発振器から前記共振器長調整領域に印加する信号の振幅を調整する制御する振幅制御部を備え、
前記振幅制御部は、前記積分器からの誤差信号の大きさに応じて振幅を制御する可変減衰器よりなり、
ロッキングして周波数が安定化され、誤差が零になると、前記共振器長調整領域に印加する正弦波の振幅を零あるいはロッキングを維持するための微小な振幅となるように設定され、
前記加算器は、前記振幅制御部の出力と前記誤差増幅器の出力を加算する、ことを特徴とする、請求項１０又は１２に記載のモード同期半導体レーザの駆動装置。
【請求項１４】
前記発振器が、基準周波数の正弦波信号を前記光変調領域に印加して強制的な光変調を行う、ことを特徴とする、請求項７乃至１３のいずれか一に記載のモード同期半導体レーザの駆動装置。
【請求項１５】
前記低周波発振器が、低周波の正弦波信号を前記共振器長調整領域に印加する、ことを特徴とする、請求項１０又は１２に記載のモード同期半導体レーザの駆動装置。
【請求項１６】
前記乗算器が、前記低域通過フィルタで抽出された前記雑音成分を、前記低周波発振器からの信号を位相を合わせて乗算する、ことを特徴とする、請求項１０又は１２に記載のモード同期半導体レーザの駆動装置。
【請求項１７】
前記共振器長調整領域に印加されるバイアスが電圧または電流よりなる、ことを特徴とする、請求項７乃至１６のいずれか一に記載のモード同期半導体レーザの駆動装置。
【請求項１８】
前記共振器長調整領域が、分布反射鏡を有する、ことを特徴とする、請求項７乃至１７のいずれか一に記載のモード同期半導体レーザの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、光計測、光情報処理に用いられるモード同期半導体レーザの駆動方法及び駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信技術の大容量化への要求が益々高まっており、これに対応するためのデバイス・方式が盛んに検討されている。光通信の大容量化の方式として、主に、波長多重方式と時分割多重方式の２つが存在しており、これらを併用することで、現実的な大容量通信システムが構築されていくものと思料される。
【０００３】
時分割多重方式の中でも、パルス光を用いた光時分割多重方式が注目されている。この方式では、ピコ秒オーダーのパルス光を、チャンネル毎に、光変調器で、信号変調した後に、一定間隔の遅延を与えて合波させることで、100ギガビット／秒を越える超高速の時間多重された光信号列が得られる。
【０００４】
モード同期半導体レーザは、比較的容易かつ安定に、ピコ秒オーダーの超高速パルスを発生できることから、このような光通信用の光源として有望である。
【０００５】
光通信への応用では、通信システムによって、基準周波数が厳密に規定されているため、モード同期半導体レーザの光パルスの繰り返し周波数を基準周波数に固定し、光パルス出力をシステムに同期させる必要がある。
【０００６】
この目的のために、モード同期半導体レーザの駆動方法として、外部から基準周波数の正弦波を印加し、強制的な光変調を行うことで、周波数をロッキングするアクティブモード同期、あるいは、これと受動（パッシブ）モード同期を組み合わせたハイブリッドモード同期が、一般的に、用いられている。
【０００７】
このとき問題となるのは、ロッキング可能な範囲が、基準周波数の0.1%程度と狭く、この範囲に、モード同期半導体レーザの共振器の固有周波数を合わせ込むことが困難である、ということである。
【０００８】
すなわち、モード同期半導体レーザの固有周波数は、レーザ共振器内の光パルスの往復時間の逆数で与えられ、光共振器長で固有周波数が一義的に決まるが、半導体レーザの共振器は、通常、劈開（両端面の劈開）によって形成されるので、要求される0.1%の周波数精度、共振器長にして、1μm以下の精度で、再現性良く制御することは、極めて困難である。
【０００９】
一般に用いられる機械的な劈開工程で発生する誤差は、10 μm程度とされ、周波数の精度としては、たかだか１％であるため、基準周波数でロッキング可能な素子の歩留まりはきわめて低い。
【００１０】
この劈開精度の問題を解決するために、共振器の光学長を外部から変化させて周波数のずれを補正する方法が、検討されている。例えば、
（１）光導波路の屈折率を電流注入や電界印加により電気的に変化させる方法と、
（２）共振器端に設けた分布反射鏡の実効長を変化させる方法
が報告されている。
【００１１】
（２）の方法として、例えば特願平１０−３５９５８４号には、電界吸収効果を用いて、分布反射鏡内部の光吸収損失を外部からの電界印加によって可変にし、分布反射鏡の実効長、すなわち、分布反射鏡への光の侵入深さを変えることにより、モード同期周波数を補正する方法が提案されている。
【００１２】
以上のような手法により、モード同期半導体レーザの周波数を、外部から電気的に合わせ込むことが可能となるが、周波数調整用の端子が増えることによる、駆動が複雑化する。
【００１３】
この駆動の複雑化を避けるために、周波数調整の自動化が求められる。
【００１４】
モード同期半導体レーザの周波数を自動的に基準周波数に合わせ込むには、周波数のずれを検知して、周波数調整領域をフィードバック制御する必要がある。
【００１５】
一般に、自動周波数調整の手法としては、従来から位相同期ループ（Phase Locked Loop、「ＰＬＬ」という）がよく知られている。これは、電圧制御発振器（ＶＣＯ）の出力周波数を、基準発振器の周波数に一致させる手法であり、基準信号との周波数差を検知し、位相差に応じた信号をループフィルタで平滑化して電圧制御発振器に制御電圧として供給し、電圧制御発振器の出力を位相周波数比較器にフィードバックする。
【００１６】
外部電圧で周波数が可変のモード同期半導体レーザは電圧制御発振器と同様な動作をするので、これをＰＬＬによって自動制御する試みが、文献１（1994年刊、「Electronics Letters」、Vol.30、第59〜60頁、「Stable picosecond pulse generation at 46 Ghz by mode-locking of a semiconductor laser operation in an optoelectronic phase-locked loop」）に報告されている。
【００１７】
上記文献１に記載されている構成について説明する。図９は、上記文献１に記載される構成について、ＰＬＬ動作にかかわる部分を抜粋して示したものである。
【００１８】
モード同期半導体レーザは３電極構成とされ、中央に光増幅領域５１、両端に可飽和吸収領域５２、５３が配置されており、全長810 μmの共振器で発生するモード同期パルスの繰り返し周波数は、約46.8 GHzである。
【００１９】
パルス繰り返し周波数は、可飽和吸収領域５２、５３に印加する電圧により、5MHzの範囲で変化することを利用して、ＰＬＬを実現している。
【００２０】
出射した光パルス列は、光ファイバ６１を介して、受光器５４で受光されて電気信号に変換され、まず、第１のミキサー５５で、４０GHzの信号源５６とミキシングすることにより、ビート周波数6.8 GHzの信号が得られる。
【００２１】
この信号を、アンプ６２で増幅し、第２のミキサー５８で、信号源５７からの6.8 GHzの基準信号と位相比較し、得られた誤差信号を、能動ループフィルター５９で選択増幅した後、直流電源６４に電源電圧と加算器６５で加算し、可飽和吸収領域５２、５３に加えることで、フィードバックループが形成される。
【００２２】
以上の構成により、モード同期半導体レーザの周波数は、信号源５６と５７の周波数の和である46.8 GHzに固定（ロック）される。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＰＬＬを用いる手法には、適用可能な周波数の限界と、ロッキング可能な範囲の限界という２つの問題がある。
【００２４】
周波数の限界とは、光パルスの繰り返し周波数と同等の高速な位相比較器が必要であり、電気的な応答速度で動作周波数が制限される、ということである。
【００２５】
図９に示す構成では、ミキサー回路を２段にして、周波数のダウンコンバージョンを行うことで、高周波に対応しているが、それには、40 GHzという高周波動作のミキサー５５が必要とされている。
【００２６】
さらに高周波では、周波数逓倍による高調波ミキサーを用いる方法や、四光波混合等の光学的な非線形性を利用して高速化を図ることが試みられているが、構成が複雑かつ大型化する問題が生じる。
【００２７】
次に、ロッキング可能な範囲の限界とは、フィードバックループの安定性を高めるために、ループフィルタで帯域が制限されることと、ループの遅延時間によって、引き込み可能な周波数範囲が制限されることであり、通常のロッキング可能な周波数幅は、１MHz程度である。
【００２８】
このロッキング可能範囲は、モード同期半導体レーザを強制変調してロッキングするアクティブモード同期のロッキング範囲と同等、あるいはそれ以下であり、前述した、モード同期半導体レーザの作製誤差による周波数誤差が１％程度ある場合のロッキングに適用することはできない。
【００２９】
したがって、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、基準周波数とモード同期半導体レーザの固有周波数の差が大きい場合でも、モード同期半導体レーザの周波数を基準周波数に合わせ込むことを可能とする駆動方法及び装置を提供することにある。これ以外の本発明の目的、特徴、利点等は、以下の実施の形態等の記載から、当業者には、直ちに明らかとされるであろう。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明に係るモード同期半導体レーザの駆動方法は、強制的な光変調を行いながら、モード同期半導体の光パルス出力の強度雑音を検出し、これが最小となるように、モード同期半導体レーザの周波数調整領域を駆動するにより、周波数調整を行うようにしたものである。上記目的は、特許請求の範囲の各請求項の発明によっても同様にして達成される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について以下に説明する。モード同期半導体レーザに、外部から、基準周波数の正弦波を印加して、強制的な光変調を行うと、入力する基準周波数とモード同期半導体レーザの固有周波数が一致した時に、モード同期半導体レーザの光パルス出力が、基準信号に同期する周波数ロッキングが起こる。
【００３２】
このロッキング動作の過程で、出力パルス光の強度雑音を観測すると、周波数ロッキング時に、強度雑音が最小となり、強制変調が最も強く作用する条件で、強度ゆらぎが最小になるという相関関係が明らかに認められる。
【００３３】
この関係を利用することにより、強度雑音を最小とするように、モード同期半導体レーザの周波数領域を駆動、あるいは動作温度を調節して、周波数調整を行うことで、基準周波数に合わせ込むことが可能となる。
【００３４】
また、この強度雑音の変化は、１ＧＨｚ程度までの周波数域で明瞭に観測できるため、比較的低周波で動作する簡便な電気回路によって検出し、フィードバックループを構築することが可能である。
【００３５】
本発明は、少なくとも光増幅領域（１２）と、可飽和吸収領域（１１）と、共振器長調整領域（１４）と、光強度を外部から強制変調する光変調領域（１３）と、を有し、可飽和吸収領域（１１）に逆バイアス電圧が印加され、光増幅領域（１２）に電流注入を行うことで、受動モード同期が生じ、共振器長調整領域（１４）へのバイアスによって固有周波数が調整されるモード同期半導体レーザと、光変調領域（１３）に、基準周波数の正弦波を印加して強制的な光変調を行う発振器（１５）を備え、モード同期半導体レーザの出力光を電気信号に光電変換する光検出器（３０）と、共振器長調整領域へのバイアスを供給する駆動部（３４）と、光検出部（３０）の出力を入力とし、低周波の雑音成分が抽出する雑音検出部（３２）と、前記雑音成分の強度が最小となるように、前記駆動部を制御して前記共振器長調整領域へのバイアスを調整する制御部（３３）と、を備えている。
【００３６】
本発明は、少なくとも光増幅領域と、可飽和吸収領域（１１）と、共振器長調整領域（１４）と、光強度を外部から強制変調する光変調領域（１３）と、を有し、前記可飽和吸収領域（１１）に逆バイアス電圧が印加され、光増幅領域（１２）に電流注入を行うことで受動モード同期が生じ、共振器長調整領域（１４）へのバイアスによって固有周波数が調整されるモード同期半導体レーザを備え、光変調領域（１３）に基準周波数の正弦波を印加して強制的な光変調を行う発振器（１５）を備え、モード同期半導体レーザの出力光を電気信号に光電変換する光検出器（３１）と、共振器長調整領域（１０）に、正弦波を印加する低周波発振器（４０）と、光検出器（３１）の出力から低周波の雑音成分を取り出す低域通過フィルタ（３２）と、前記雑音成分を、低周波発振器（４０）からの信号と位相を合わせて掛けあわせる乗算器（４１）と、乗算器（４１）の出力を積分する積分器（４２）と、積分器（４２）の出力は、基準周波数より共振器の固有周波数が低周波側のときに負、高周波側のときに正となり、これが零になるように、前記共振器長調整領域へのバイアスの調整する誤差増幅器（４３）と、誤差増幅器（４３）の出力と、低周波発振器（４０）の出力を足し合わせて前記共振器長調整領域（１４）へのバイアスとして供給する加算器（４４）と、を備えている。
【００３７】
本発明においては、低周波発振器（４０）から共振器長調整領域（１４）に印加する正弦波電圧振幅を調整する制御する振幅制御部（４５）を備え、前記振幅制御部（４５）は、前記積分器（４２）からの誤差信号の大きさに応じて振幅を制御する可変減衰器よりなり、ロッキングして周波数が安定化され、誤差が零になると前記共振器長調整領域に印加する正弦波の振幅を零あるいはロッキングを維持するための微小な振幅となるように設定され、加算器（４４）は、振幅制御部（４５）の出力と誤差増幅器（４３）の出力を加算して共振器長調整領域（１４）へのバイアスを出力する。
【００３８】
モード同期半導体レーザの可飽和吸収領域からバイアステイーを用いたコンデンサ結合により光電流を取り出し、前記光電流から低周波の雑音成分を抽出する構成としてもよい。
【００３９】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細かつ具体的に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００４０】
図１は、本発明の一実施例のモード同期半導体レーザの駆動方法を説明するための図である。モード同期半導体レーザは、可飽和吸収領域１１、光増幅領域１２、光変調領域１３、共振器長調整領域（分布反射鏡）１４が集積されている。
【００４１】
各領域の位置関係として、可飽和吸収領域１１と光変調領域１３の位置は好ましくは、各々、共振器端にある。
【００４２】
共振器長調整領域の位置は、構造が受動導波路のときは光変調領域よりも内側で光増幅領域との位置関係は任意であり、分布反射鏡１４の場合は、図１に示す通り、共振器端に位置するように配置する。
【００４３】
可飽和吸収領域１１に逆バイアス電圧を印加し、光増幅領域１２に電流注入を行うことで、受動モード同期が生じる。
【００４４】
モード同期半導体レーザの固有周波数は、共振器長調整領域１４へのバイアスによって調整される。
【００４５】
さらに、光変調領域１３に、基準周波数の正弦波を発振器１５から印加して強制的な光変調を行う。
【００４６】
モード同期半導体レーザの固有周波数と基準周波数のずれが小さいとき、強制変調によって、モード同期半導体レーザの周波数が、基準周波数にロックされるハイブリッドモード同期動作が得られる。
【００４７】
本発明の一実施例では、モード同期半導体レーザの固有周波数を基準周波数に合わせ込む方法として、強度雑音が最小となるように、共振器長調整領域を調整する。このために、モード同期半導体レーザの外部に、光電変換部３０、雑音検出部３２、制御部３３、および駆動部３４による制御ループを設けている。
【００４８】
モード同期半導体レーザの出力光は、光電変換部３１で電気信号に変換され、雑音検出部３２で、低周波の雑音成分が抽出される。
【００４９】
制御部３３は、この雑音成分の強度が最小となるように、駆動部３４を制御し、共振器長調整領域（分布反射鏡）１４へのバイアスを調整する。
【００５０】
図２は、本発明の一実施例に用いるモード同期半導体レーザの構成の一例を示す図である。図２を参照すると、モード同期半導体レーザは、光増幅領域１２、可飽和吸収領域１１、光変調領域１３、および分布反射鏡１４を有する４電極構造である。この構造は、n-InP基板１０上に、活性層２１を1.5 μmの幅で形成し、これをp-InPクラッド層２２で埋め込んだ構造となっている。分布反射鏡１４の下には、基板１０上に回折格子２０が設けられている。
【００５１】
この素子構造は、例えば特願平１０−３５９５８４号に詳細に記載されている。ここでは、通信周波数規格の１つである、ＳＤＨ（synhronous  digital  hierarchy）周波数の19.906 GHzを基準周波数とするモード同期半導体レーザの駆動について説明する。
【００５２】
共振器の全長は2120μmで、可飽和吸収領域１１の長さは100μm、光変調領域１３の長さは120μm、分布反射鏡１４の長さは250μmとした。
【００５３】
光増幅領域１２に電流を注入し、可飽和吸収領域１１に逆バイアス電圧を印加することで、受動モード同期が起こり、光増幅領域１２への注入電流を60 mA、可飽和吸収領域のバイアス電圧を-0.7 Vとし、分布反射鏡１４、および、光変調領域１３の電極を駆動しない（端子電圧は０Ｖ）場合に、受動モード同期を行わせたとき、19.5 GHzの繰り返しパルスが得られた。
【００５４】
基準周波数からのずれは、分布反射鏡１４へのバイアス電圧（駆動部３４から供給する）を調整することで補正する。
【００５５】
分布反射鏡１４の部分の活性層２１は、波長1.48μmに吸収端をもつ量子井戸構造であり、外部から電界を印加すると、電界吸収効果により、モード同期パルス光に対する吸収損失が増加する。この損失増加により、分布反射鏡１４への光侵入深さが減少し、実効的に、共振器長が短くなる効果が得られ、モード同期周波数は高くなる。
【００５６】
図３は、光増幅領域１２と可飽和吸収領域１１の駆動条件を固定したままで分布反射鏡１４への印加電圧を変化させて、周波数を測定した結果を示す図である。
【００５７】
分布反射鏡１４への逆バイアス電圧の変化に伴い、周波数は単調に変化し、-1.4７ Vで19.906 GHzの周波数に一致した。
【００５８】
図４は、受動モード同期した状態で、光変調領域１３にシンセサイザの正弦波電圧を印加して強制変調を行っている状態で、分布反射鏡１４の電圧を変化させ、モード同期周波数を基準信号からの離調度と強度雑音の関係を測定した結果である。
【００５９】
雑音強度は、出力光を受光器で受光し、出力される電気信号から２ＧＨｚ以下の雑音成分をフィルターで抜き出して、その電圧を測定した。
【００６０】
分布反射鏡１４への印加電圧が、-1.5V付近で、強度雑音が最小になっており、図３と対応させると、モード同期周波数が基準周波数に一致している条件であり、周波数スペクトルを観測すると、図５に示すように、強制変調によって、基準周波数の19.906 GHzにロックされたハイブリッドモード同期動作をしていることが分かる。
【００６１】
周波数の安定度を示すタイミングジッタの値は、0.22 ps（ピコ秒）であり、実用に十分な安定度が得られている。
【００６２】
以上の結果から、強度雑音を測定し、これを最小となるように周波数を調整することにより、基準周波数に一致した駆動が行えることが確認された。
【００６３】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図６は、本発明の第２の実施例の構成を示す図であり、周波数チューニングを自動で行うフィードバックループの構成を示す図である。基準周波数と共振器の固有周波数を一致させる動作について説明する。
【００６４】
分布反射鏡１４には、低周波発振器４０から正弦波を印加し、この正弦波電圧の変化に伴う周波数の変化による、強度雑音の変化を検出してフィードバックを行う。ここで、誤差増幅器４３の出力と、低周波発振器４０の出力は、加算器４４で足し合わされて、分布反射鏡１４に印加される。
【００６５】
出力光パルス列は、光検出器３１で電気信号に変換され、低域通過フィルター３２で、低周波の雑音成分のみが取り出される。
【００６６】
雑音成分は、乗算器４１で低周波発振器４０からの信号と位相を合わせて掛けあわされ、積分器４２で積分される。
【００６７】
この積分出力は、基準周波数より共振器の固有周波数が低周波側のときに負、高周波側のときに正となり、これが０になるように、誤差増幅器４３で、分布反射鏡１４のバイアス電圧が調整される。
【００６８】
次に、本発明の第３の実施例について説明する。図７は、本発明の第３の実施例の構成を示す図であり、図６に示した前記第２の実施例の構成に、低周波発振器４０から分布反射鏡１４に印加する正弦波電圧振幅を調整する制御する振幅制御部４５が付加されている。
【００６９】
振幅制御部４５は、積分器４２からの誤差信号の大きさに応じて振幅を制御する可変減衰器であり、ロッキングして周波数が安定化され、誤差が０になると分布反射鏡に印加する正弦波の振幅を０あるいはロッキングを維持するための微小な振幅となるように設定される。
【００７０】
これにより、ロッキング後は分布反射鏡１４に印加される低周波発振器４０の正弦波によって周波数が変調されることがなく、安定度が向上する。
【００７１】
次に、本発明の第４の実施例について説明する。図８は、本発明の第４の実施例の構成を示す図である。図６に示した前記第２の実施例の構成において、光電変換を、光検出器３１のかわりに、可飽和吸収領域１１から光電流を取り出すことで実現している。
【００７２】
これにより、同様の効果が得られる上に、構成がさらに簡略化される。具体的には、バイアスティーを用いてコンデンサー結合により、交流成分として、雑音成分を抽出する。なお、この実施例の可飽和吸収領域１１から光電流を取り出す構成は、図６以外の実施例にも同様にして適用できる。
【００７３】
上記した実施例及び図面の内容は、あくまで本発明を例示的に説明するためのものであり、本発明を限定するためのものでなく、本発明は、特許請求の範囲の各請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来のＰＬＬ等の駆動方式では実現できなかった、広い周波数範囲、即ち、基準周波数とモード同期半導体レーザの固有周波数の差が大きい場合でも、モード同期半導体レーザの周波数を基準周波数に合わせ込む駆動を可能とする、という効果を奏する。
【００７５】
かかる、本発明によれば、簡便な駆動で通信システムの基準周波数に一致した周波数で動作する光パルス光源が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施例のモード同期半導体レーザの構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施例のモード同期半導体レーザの周波数と制御電圧の関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施例における、モード同期半導体レーザの低周波強度雑音と制御電圧の関係を示す図である。
【図５】本発明の一実施例における、基準周波数に安定化されたモード同期半導体レーザの周波数スペクトルを示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例を説明するための図である。
【図７】本発明の第３の実施例を説明するための図である。
【図８】本発明の第４の実施例を説明するための図である。
【図９】従来のモード同期半導体レーザの駆動方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０  n-InP基板
１１  可飽和吸収領域
１２  光増幅領域
１３  光変調領域
１４  分布反射鏡
１５  基準周波数発振器
２０  回折格子
２１  活性層
２２  p-InPクラッド層
３０  光電変換部
３１  光検出器
３２  雑音検出部
３３  制御部
３４  駆動部
４０  低周波発振器
４１  乗算器
４２  積分器
４３  誤差増幅器
４４  加算器
４５  振幅制御部
５１  光増幅領域
５２、５３  可飽和吸収領域
５４  光検出器
５５  ミキサー
５６、５７  発振器
５８  位相比較器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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