(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
順方向電流が注入された半導体光増幅部で信号光を増幅し、逆方向電圧の印加された半導体可飽和吸収部で増幅された信号光に含まれている雑音を低減して出力する半導体光増幅器において、入力側に上記信号光にロス領域の波長の監視光を重畳させて入射する重畳手段を設け、出力側に上記監視光を取り出す取出手段を設け、該取出手段の出力側に信号光を電気信号に変換する光・電気変換回路を設け、該光・電気変換回路で変換された電気信号に基づいて監視光用の光源の駆動回路を制御する駆動回路制御部を設けたことを特徴とする半導体光増幅器。
【請求項２】
順方向電流が注入された半導体光増幅部で信号光を増幅し、逆方向電圧の印加された半導体可飽和吸収部で増幅された信号光に含まれている雑音を低減して出力する半導体光増幅器において、出力側から上記信号光の伝搬方向と逆方向にロス領域の波長の監視光を重畳させて入射する重畳手段を設け、入力側に上記監視光を取り出す取出手段を設けて監視すると共に、出力側に信号光を電気信号に変換する光・電気変換回路を設け、該光・電気変換回路で変換された電気信号に基づいて監視光用の光源の駆動回路を制御する駆動回路制御部を設けたことを特徴とする半導体光増幅器。
【請求項３】
上記信号光の波長はゲイン領域に設定されている請求項１または２に記載の半導体光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は半導体光増幅器の従来例を示すブロック図である（特開平３−５０８８４号公報）。
【０００３】
この半導体光増幅器１００は、光増幅部１０１と、可飽和吸収部１０２とで構成されている。半導体光増幅器１００は、光増幅部１０１の端子１０３に順方向注入電流（Ｉｋ）を注入して信号光１０５を増幅する利得部として作用させ、可飽和吸収部１０２の端子１０４に逆方向電圧（−Ｖｋ）を印加して増幅された信号光に含まれる自然放出光による雑音を低減させることにより、増幅された信号光１０６の雑音特性を改善するようにしたものである。
【０００４】
すなわち、可飽和吸収部１０２のない通常の半導体光増幅器では、信号光パワーが大きい場合には誘導放出が強く起こり、相対的に自然放出光は抑制されるが、信号光パワーが小さいときの自然放出光による雑音が問題となっていた。
【０００５】
これに対して図８に示すような可飽和吸収部１０２を付加した半導体光増幅器は、信号光パワーが小さいときの自然放出光による雑音を低減することが可能である。
【０００６】
また、非線形光学効果を用いた高速の全光機能素子の実現に向けて図９に示すような半導体光増幅器１０７を用いた可飽和吸収動作の高速化が試みられている（宇佐美、他：半導体光増幅器を用いた可飽和吸収動作の高速化、光学、Ｖｏｌ．２７、Ｎｏ．３、ｐｐ．１４８−ｐｐ．１４９、１９９８）。
【０００７】
図９は半導体光増幅器の他の従来例を示すブロック図である。
【０００８】
この半導体光増幅器は、信号光１０９より長い波長のアシスト光１１０を合波器１１１で合波して半導体光増幅器１０７へ入射させることによって、吸収励起によって生成したキャリヤに誘導放出を生じさせ、キャリヤ寿命時間の短縮化を行うものである。
【０００９】
すなわち、半導体光増幅器１０７に少量の注入電流を流しておき、アシスト光１１０として利得が「０」の波長の光を照射し、この状態で信号光としてロス領域の波長のパルスを入射させると、その吸収により内部のキャリヤ密度が増大し、信号光の吸収係数が減少し、アシスト光に利得が生じ誘導放出が起こる。その結果、生成キャリヤは誘導放出光として半導体光増幅器１０７から高速に除去されるのである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示した従来の半導体光増幅器には以下のような問題点がある。
【００１１】
(1) 信号光パワーが小さいときの雑音特性は改善されるが、逆に利得は可飽和吸収部１０２によって低下する。すなわち、信号光パワーの大きさによって利得が変動してしまう。
【００１２】
(2) 可飽和吸収部１０２が無い従来の半導体光増幅器に比べて利得が小さい。
【００１３】
(3) 増幅された信号光パワーの大きさを一定に制御することができない。また、図９に示した従来の半導体光増幅器は、光パルス信号のスイッチングや雑音除去や波形整形回路に関するものであり、光増幅器の高利得化や低雑音化や広帯域化の実現をめざしたものではない。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、低雑音、高利得、広帯域特性を有する半導体光増幅器を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の半導体光増幅器は、順方向電流が注入された半導体光増幅部で信号光を増幅し、逆方向電圧が印加された半導体可飽和吸収部で増幅された信号光に含まれている雑音を低減して出力する半導体光増幅器において、入力側に信号光にロス領域の波長の監視光を重畳させて入射する重畳手段を設け、出力側に監視光を取り出す取出手段を設けたものである。
【００１６】
本発明の半導体光増幅器は、順方向電流が注入された半導体光増幅部で信号光を増幅し、逆方向電圧が印加された半導体可飽和吸収部で増幅された信号光に含まれている雑音を低減して出力する半導体光増幅器において、出力側から信号光の伝搬方向と逆方向にロス領域の波長の監視光を重畳させて入射する重畳手段を設け、入力側に監視光を取り出す取出手段を設けたものである。
【００１７】
上記構成に加え本発明の半導体光増幅器の信号光の波長はゲイン領域に設定されているのが好ましい。
【００１８】
上記構成に加え本発明の半導体光増幅器の重畳手段と取出手段との間に、信号光に監視光を重畳させて信号光の増幅利得が増加するように監視光パワーを制御する制御手段を設けるのが好ましい。
【００１９】
本発明の半導体光増幅器は、順方向電流が注入された半導体光増幅部で信号光を増幅し、逆方向電圧の印加された半導体可飽和吸収部で増幅された信号光に含まれている雑音を低減して出力する半導体光増幅器において、入力側に信号光にロス領域の波長の監視光を重畳させて入射する重畳手段を設け、出力側に監視光を取り出す取出手段を設け、取出手段の出力側に信号光を電気信号に変換する光・電気変換回路を設け、光・電気変換回路で変換された電気信号に基づいて監視光用の光源の駆動回路を制御する駆動回路制御部を設けたものである。
【００２０】
本発明の半導体光増幅器は、順方向電流が注入された半導体光増幅部で信号光を増幅し、逆方向電圧の印加された半導体可飽和吸収部で増幅された信号光に含まれている雑音を低減して出力する半導体光増幅器において、出力側から信号光の伝搬方向と逆方向にロス領域の波長の監視光を重畳させて入射する重畳手段を設け、入力側に監視光を取り出す取出手段を設けて監視すると共に、出力側に信号光を電気信号に変換する光・電気変換回路を設け、光・電気変換回路で変換された電気信号に基づいて監視光用の光源の駆動回路を制御する駆動回路制御部を設けたものである。
【００２１】
本発明によれば、ロス領域の波長帯の光を監視光として半導体光増幅器に信号光と共に入射させることにより、ゲイン領域に選んだ信号光の利得を有する波長域を拡大（広帯域化）させることができ、かつその利得も増大させることができ、さらに雑音特性も改善することができる。
【００２２】
特に、信号光パワーが小さい状態での高利得化と低雑音化とを達成することができる。
【００２３】
また、本発明によれば、ロス領域の波長帯の光を監視光として半導体光増幅器の出力側から信号光の伝搬方向と逆方向に入射させることにより、ゲイン領域に選んだ信号光の利得を有する波長域を拡大（広帯域化）させることができ、かつその利得も増大させることができ、さらに雑音特性も改善することができる。また、出力側には増幅された信号光のみが取り出され、監視光は取り出されない構成であるので、不要光の混入のない高品質の信号光増幅を行うことができる。
【００２４】
半導体光増幅器に入射させた監視光を出力側でモニタすることにより、半導体光増幅器の動作状態、すなわち正常か異常かを常時監視することができる。
【００２５】
半導体光増幅器の出力側から入射させた監視光を入力側でモニタすることにより、半導体光増幅器の動作状態、すなわち正常か異常かを常時監視することができる。
【００２６】
半導体光増幅器の出力側で増幅された信号光パワーの一部を抽出して光・電気変換回路で電気信号に変換し、その電気信号で監視光用の光源の駆動回路制御部を操作することにより、監視光パワーを調節して増幅された信号光パワーを常に一定になるように制御することができる。
【００２７】
信号光パワーに対する雑音特性の依存性を小さくすることができる。すなわち、小信号光パワーから大信号光パワーにわたって低雑音特性を達成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２９】
図１は本発明の半導体光増幅器の一実施の形態を示すブロック図である。
【００３０】
本半導体光増幅器は、光増幅部１及び可飽和吸収部２からなる半導体光増幅器本体と、入力側（図では左側）に設けられ信号光にロス領域の波長の監視光を重畳させて入射する重畳手段と、出力側（図では右側）に設けられ監視光を取り出す取出手段とで構成されている。
【００３１】
光増幅部１の端子３にしきい値電流以下の順方向注入電流（Ｉｋ）が注入されており、可飽和吸収部２の端子４に逆方向電圧（−Ｖｋ）が印加されている。光増幅部１に信号光５−１と監視光７−１とが共に入力される。
【００３２】
ここで、信号光５−１には一波の場合や、波長λ１〜λｍを用いて波長多重されている場合があるが、これらの信号光の波長は光増幅部１のゲイン領域の波長域から選ばれる。監視光７−１は監視光用の光源（Ｅ／Ｏ）６から出力された波長λｓの光信号であり、ＷＤＭカプラ８−１を通して信号光５−１に重畳されて光増幅部１に入力される。これらＷＤＭカプラ８−１と光源（Ｅ／Ｏ）６とで重畳手段が構成されている。
【００３３】
この監視光７−１の波長λｓは、光増幅部１のロス領域の波長域から選ばれる。この監視光７−１のパワーはできるだけ大きい方が好ましい。その理由は、光のパワーが大きいほど信号光の増幅利得を高める効果を有し、信号光の増幅波長帯域を拡大する効果もあり、さらに信号光パワーが小さいときの増幅利得を高める効果と雑音低減効果とを有する。
【００３４】
光増幅部１に入射した信号光５−１は増幅されて可飽和吸収部２に入射し、信号光に含まれている雑音と、光増幅部１で発生した自然放出光の雑音とが低減されて矢印５−２のように増幅された信号光が出力される。
【００３５】
一方、光増幅部１に入射した監視光７−１は、信号光５−１の増幅利得を増大させたり、増幅波長帯域拡大等を行って可飽和吸収部２に入射し、この可飽和吸収部２で信号光パワーが小さいときの増幅利得低下を補い、かつ雑音低減に寄与した後、ＷＤＭカプラ８−２を通って矢印７−２方向に取出される。すなわち、矢印５−２方向には増幅された信号光のみが出力される。矢印７−２方向に取出された監視光は、光・電気変換回路（Ｏ／Ｅ）１０−１で電気信号に変換される。この電気信号を常時モニタリングしておくことにより、半導体光増幅器が正常に動作をしているか否かを判別することができる。尚、これらＷＤＭカプラ８−２と光・電気変換回路１０−１とで取出手段が構成されている。
【００３６】
次に本発明の半導体光増幅器の有効性を図２を参照して説明する。
【００３７】
図２（ａ）は監視光を重畳する前の半導体光増幅器の利得の波長特性であり、図２（ｂ）は監視光を重畳した時の半導体光増幅器の利得の波長特性である。両図において横軸は波長を示し、縦軸は利得を示す。
【００３８】
監視光の波長はロス領域の波長域から選ばれ、信号光の波長はゲイン領域の波長域から選ばれる。特に信号光は一波で用いる場合もあるが、通常は複数波の波長の信号光を波長多重して用いる場合が多いので、できるだけゲインの大きい波長域から選ばれるのが好ましい。
【００３９】
半導体光増幅器に監視光（波長λｓ）Ｌｓを入射すると、利得の波長特性は図２（ｂ）の破線で示したように利得が増大すると共に、その利得の波長特性も広がる。これらの効果は、監視光パワーが大きいほど顕著になる。
【００４０】
図３は本発明の半導体光増幅器の他の実施の形態を示すブロック図である。
【００４１】
図１に示した半導体光増幅器との相違点は、光源６と光・電気変換回路１０−２との間に、信号光に監視光を重畳させて信号光の増幅利得が増加するように監視光パワーを制御する制御手段を設けた点である。
【００４２】
この半導体光増幅器は、出力側に増幅された信号光パワーの一部を抽出するためのカプラ９を用いて信号光の一部を抽出し、その抽出した信号光を光・電気変換回路１０−２に入力して電気信号に変換する。その電気信号を監視光用の光源６を駆動するための駆動回路制御部１１に入力し、この駆動回路制御部１１の出力信号で監視光用の光源６を制御する。
【００４３】
半導体光増幅器の制御方法は、光・電気変換回路１０−２の出力電気信号が小さいときには監視光用の光源のパワーを大きくし、逆に出力電気信号が大きいときには監視光用の光源のパワーを小さくするように行うものである。
【００４４】
図４は本発明の半導体光増幅器の他の実施の形態を示すブロック図である。
【００４５】
図１に示した実施の形態との相違点は、半導体光増幅器が、光増幅部１及び可飽和吸収部２からなる半導体光増幅器本体と、出力側（図では右側）に設けられ信号光にロス領域の波長の監視光を重畳させて出力側から入射する重畳手段と、入力側（図では左側）に設けられ監視光を取り出す取出手段とで構成されている点である。
【００４６】
本半導体光増幅器の光増幅部１の端子３にしきい値電流以下の順方向注入電流（Ｉｋ）が注入されており、可飽和吸収部２の端子４に逆方向電圧（−Ｖｋ）が印加されている。光増幅部１に信号光５−１が入力され、監視光７−１は可飽和吸収部２の出力側から入力される。
【００４７】
ここで、信号光５−１には一波の場合や、波長λ１〜λｍを用いて波長多重されている場合があるが、これらの信号光の波長は光増幅部１のゲイン領域の波長域から選ばれる。監視光７−１は監視光用の光源（Ｅ／Ｏ）６から出力された波長λｓの光信号であり、ＷＤＭカプラ８−１を通して信号光５−１の伝搬方向と反対方向から可飽和吸収部２に入力され重畳される。これらＷＤＭカプラ８−１と光源（Ｅ／Ｏ）６とで重畳手段が構成されている。
【００４８】
この監視光７−１の波長λｓは、光増幅部１のロス領域の波長域から選ばれる。この監視光７−１のパワーはできるだけ大きい方が好ましい。その理由は、光のパワーが大きいほど信号光の増幅利得を高める効果を有し、信号光の増幅波長帯域を拡大する効果もあり、さらに信号光パワーが小さいときの増幅利得を高める効果と雑音低減効果とを有する。
【００４９】
光増幅部１に入射した信号光５−１は増幅されて可飽和吸収部２に入射し、信号光に含まれている雑音と、光増幅部１で発生した自然放出光の雑音とが低減されて矢印５−２のように増幅された信号光が出力される。
【００５０】
一方、可飽和吸収部２に入射した監視光７−１は、信号光５−１の増幅利得を増大させたり、増幅波長帯域拡大等を行うと共に、可飽和吸収部２で信号光パワーが小さいときの増幅利得低下を補い、かつ雑音低減に寄与し、ＷＤＭカプラ８−２を通って矢印７−２方向に取出される。すなわち、矢印５−２方向には増幅された信号光のみが出力される。矢印７−２方向に取出された監視光は、光・電気変換回路（Ｏ／Ｅ）１０−１で電気信号に変換される。この電気信号を常時モニタリングしておくことにより、半導体光増幅器が正常に動作をしているか否かを判別することができる。尚、これらＷＤＭカプラ８−２と光・電気変換回路１０−１とで取出手段が構成されている。
【００５１】
図５は本発明の半導体光増幅器の他の実施の形態を示すブロック図である。
【００５２】
図１に示した半導体光増幅器との相違点は、光源６と光・電気変換回路１０−２との間に、信号光に監視光を重畳させて信号光の増幅利得が増加するように監視光パワーを制御する制御手段が設けられている点である。
【００５３】
また、図３に示した半導体光増幅器との相違点は、可飽和吸収部２の出射側にＷＤＭカプラ８−１を介して設けられた光源６と、可飽和吸収部２の出射側にカプラ９を介して設けられた光・電気変換回路１０−２との間に駆動回路制御部１１が設けられた点である。
【００５４】
この半導体光増幅器は、出力側に増幅された信号光パワーの一部を抽出するためのカプラ９を用いて信号光の一部を抽出し、その抽出した信号光を光・電気変換回路１０−２に入力して電気信号に変換する。その電気信号を監視光用の光源６を駆動するための駆動回路制御部１１に入力し、この駆動回路制御部１１の出力信号で監視光用の光源６を制御する。
【００５５】
半導体光増幅器の制御方法は、光・電気変換回路１０−２の出力電気信号が小さいときには監視光用の光源のパワーを大きくし、逆に出力電気信号が大きいときには監視光用の光源のパワーを小さくするように行うものである。
【００５６】
ここで、図６は、本発明の半導体光増幅器の信号光パワーと監視光パワーとの関係を示す図である。同図において横軸は、増幅された信号光パワーを示し、縦軸は監視光パワーを示す。
【００５７】
図６に示すように増幅された信号光パワーが大きいときは監視光パワーを小さくし、逆に増幅された信号光パワーが小さいときは監視光パワーを大きくし、結果的に増幅された信号光５−２のパワーが常に一定となるように制御する。このような制御により、雑音特性の信号光パワー依存性をより小さくすることができる。
【００５８】
なぜならば、従来の半導体光増幅器のように増幅された信号光５−２のパワーを一定に保つようにすると、順方向注入電流を調整したり、出力側（あるいは入力側）に可変光減衰器を挿入してその減衰量を調整したりしなければならず、このような方法では雑音特性が信号光パワーに大きく依存して変わるからである。
【００５９】
図７は本発明の半導体光増幅器本体の垂直断面構造を示す図である。
【００６０】
同図に示す半導体光増幅器本体は、電極分離溝１３で分離された光増幅部１と可飽和吸収部２とで構成され、光増幅部１の端子３にしきい値以下の順方向電流（Ｉｋ）が注入され、可飽和吸収部２の端子４に逆方向電圧（−Ｖｋ）が印加されている。
【００６１】
ここで、１２−２は光増幅部１の電極を示し、１２−３は可飽和吸収部２の電極を示し、１２−１は下面電極を示している。１４はＩｎＰ（ｎ+ ）基板を示し、１５はＩｎＰ（ｎ）クラッド層を示し、１６はＩｎＧａＡｓＰの活性層を示している。１７はＩｎＰ（ｐ）クラッド層を示し、１８はＩｎＧａＡｓＰコンタクト層を示し、１９−１（１９−２）は光増幅部１（可飽和吸収部２）の端面に施した無反射コーティング層を示している。尚、光増幅部１及び可飽和吸収部２の各々の活性層１６は多重量子井戸構造で構成されているが、異なるバンドギャップを有する多重量子井戸構造あるいはバルク活性層構造で構成してもよい。また、基板１４にはＩｎＰ系、ＧａＡｓ系等の半導体を用いてもよい。
【００６２】
以上において本発明によれば、
(1) ロス領域の波長帯の光を監視光として、半導体光増幅器に、信号光と共に入射させることにより、ゲイン領域に選んだ信号光の利得を有する波長域を拡大させることができ、かつその利得を増大させることができ、さらに信号光パワーの小さいときの雑音特性を改善させることができる。
【００６３】
(2) 半導体光増幅器に入射させた信号光を出力側でモニタすることにより、半導体光増幅器が正常に動作しているか否かを監視することができる。
【００６４】
(3) 半導体光増幅器の出力側で増幅された信号光のパワーの一部を抽出して光・電気変換回路で電気信号に変換し、その信号で監視光用の光源の駆動回路制御部を操作することにより、監視光パワーを調整して増幅された信号光のパワーを調整して増幅された信号光のパワーを常に一定に制御することができる。
【００６５】
(4) 信号光パワーに対する雑音特性の依存性を小さくすることができる。
【００６６】
(5) 矢印５−２方向には増幅された信号光のみが出力され、監視光は取り出されない。
【００６７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００６８】
低雑音、高利得、広帯域特性を有する半導体光増幅器の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体光増幅器の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は監視光を重畳する前の半導体光増幅器の利得の波長特性であり、（ｂ）は監視光を重畳した時の半導体光増幅器の利得の波長特性である。
【図３】本発明の半導体光増幅器の他の実施の形態を示すブロック図である。
【図４】本発明の半導体光増幅器の他の実施の形態を示すブロック図である。
【図５】本発明の半導体光増幅器の他の実施の形態を示すブロック図である。
【図６】本発明の半導体光増幅器の信号光パワーと監視光パワーとの関係を示す図である。
【図７】本発明の半導体光増幅器本体の垂直断面構造を示す図である。
【図８】半導体光増幅器の従来例を示すブロック図である。
【図９】半導体光増幅器の他の従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  光増幅部
２  可飽和吸収部
６  光源（Ｅ／Ｏ）
８−１、８−２  ＷＤＭカプラ
１０−１  光・電気変換回路（Ｏ／Ｅ）
１１  駆動回路制御部
【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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