JPH02244784A - 多重チャンネル空胴レーザー - Google Patents

多重チャンネル空胴レーザー

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JPH02244784A JP1304556A JP30455689A JPH02244784A JP H02244784 A JPH02244784 A JP H02244784A JP 1304556 A JP1304556 A JP 1304556A JP 30455689 A JP30455689 A JP 30455689A JP H02244784 A JPH02244784 A JP H02244784A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 受動的光学星型ネットワークの非常に大きな帯域幅及び
高結合性を用いる高容量分散型切換システム用に多くの
提案がなされてきている。これらのシステムは全ネット
ワークに亘って多くの独立チャンネルを通信するよう波
長分ｖ１多重化を用いる。それらは、電子（時間多重）
ネットワークより大きい規模のオーダーの容量、相互結
合構成の完全な適応性、サービス透明度及び将来増加用
のほとんど制限なしの容量を提供する。これらの利点は
、ビデオ信号の分散型切換と、国内加入名への光フアイ
バー電気通信用広帯域オーバーレイと、高容量、相互交
換通信と、多重処理コンビ１−タ用の高容量切換ネッｌ
−ワーク及び超高速電気通信パケット切換に対し−Ｃ魅
力的である。結局、多重チャンネルコーヒーレント送信
器及び受信器は数千の独立なギガヘルツ帯域幅チャンネ
ルを数千のノード間で分散及び切換えることを可能にす
る。
各独立チャンネルは別波長を用い、受動的ネットワーク
の全てのノードに通信される。切換えは固定波長送信器
及び同調可能受信画又はその逆のうちいずれかを用いる
ことにより行なわれる。いずれの場合でも、かかるシス
テムのチャンネルの数を制限する主な問題は、所定のチ
ＩＦンネルに関して送信器及び受信器波長の制郊の許容
誤差である。
多くの数のチャンネルに対して、送信器及び受信器部品
は、波長をｖＪ作させる際の非常に厳しい許容誤差を有
し、かつ最も広い可能な波長範囲にＤつで動作しなけれ
ばならない、、１９９０年代のコーヒーレントシステム
部品及び同様なシステム要求の開発タイムスケールの考
慮は、約５０にのぼる別チャンネル及び数白のノードを
右した直接検出に基いた単純システムは広域適用がある
ことを示唆している。
本発明はレーザ装置に係り、その使用はかがる直接的検
出システムの送信器としてである。これらのレーザーは
個々のレーザーが光学的に平行な１組の光学的空洞を右
し、１組の全ての空洞に共通な光学的な拡散素子を含む
多重空洞レーザーである。望ましくは、この拡散素子は
回折格子である。単一光空洞レーザー内に回折格子を含
むことは、例えばジ１−・メリス他による、［コーヒー
レント通信用の小型パッケージ外部空洞゛Ｖ導体レーザ
ー」と題する。オプティカル　コミュニケーション　ア
イイーイーの１４回ヨーロピアン　コンノアレンズ２９
２番パート１．１９８８年９月、２１９２２２頁の文献
から既に知られているが、その例において、格子は、単
一空洞の一端で拡散反射素子を形成するよう用いられ、
その方向は単一波帯の同調を提供し、その方向がレーザ
放射の同調を与えるよう調整されるよう構成される。そ
の装置は、本質的に切換可能な多重チャンネル装置より
むしろ同調可能な単一チャンネル装置である。
多重ブヤンネル装置はｎ個の個々のチャンネルをイｊす
る英国特許出願第２．２０４．１１．０４Ａ号に記載さ
れでいる。この装りにおいて、全てのｎ個のチャンネル
に共通な反射器は出カフフィバ−の一端又はその近くに
形成される。この共通反射器は、「１個の本導体レーザ
ー源の線形配列の線に沿つ“Ｃ反射器の格子画像を形成
する回折格子及び関連した画像光学に而する。回折格子
に面するレーザー源の端面での反射は、回折格子から離
れた反対側端面がｎ個の外部反射半導体レーザーを空洞
の組を形成する共通反射器と協動するｎ個のディスクリ
ート反射器を形成するよう抑制される。この装置の特徴
は、光学的利得が回路格子及びｎ個の外部反射器間に光
学的に設けられることであり、従って、出力ファイバー
により設けられた共通出力チャンネルに送り込まれつる
電力は回折格子及びその画像光学に関連した損失により
制限される。
それ故に、本発明の概括的目的は従来技術の欠点を回避
することである。
本発明によれば、拡散素子が、責なる周波数帯を有する
ｎ個の光空洞の組を画成するようｎ個の離散的反射器の
組及び共通の反射器間の光学路内に位置され、該周波数
帯の各々に亘って光学的に拡大するようされつる媒体は
、拡散素子及び共通の反射の間の光学路内に含まれ、個
々の反射器がそれらの個々の反射器を変調するよう電気
的にアドレス可能である切換可能多重チャンネル空洞レ
ーザー装置が提供される。拡散素子及び共通反射器間の
光路内の光学的増幅を含むことの特徴は、共通反射器を
通って伝送に役立つ出力型ツノは、光学制御がこの領域
内に与えられない場合より大きくなりがちで、代わりに
光学利得は拡散数及びｎ個のディスクリート反＠器間の
光学路内に甲に与えられることである。
実施例 第１図を参照プるに、半導体レーザチップ１１は、一端
に、外部反射器からの光フィードバックなしにそれ自体
にレーザー放射するのを防ぐよう反射防止コーディング
１２を設けられている。コリメータレンズ１３は、レー
ザーデツプ１１の反射防止コーｉ〜された端部から発せ
られた光を受ける位置にあり、反射型回折格子１４にコ
リメータビームとして向かわせる。回折光はレンズ１３
を介して戻り、該レンズは回折格子１４の回折素子の線
形範囲の方向と直角な方向に延在した線に沿って離開し
た別焦点に各波長の光を向かわせる。
この線に沿って、線形の配列１５が位画し、この配列は
ｎ個の離散的で電気的にアドレス可能なミラー１６より
なり、このミラーはイれらの個々の反射性を変調するの
に個別に電気的にアドレス可能である。これらのアクデ
イプミラー１６の各々は、反射防止コーティングのない
レーザーチップの端部と協働し、これにより、配列１５
内のそのミラーの寸法及び位置により決められる特定の
周波数帯用の光空洞が画成される。
これらのミラーのちょうど１つが高い反射をづるように
し、一方、他は最小限の反射をする様にすることにより
、装置は高い反射ミラーを右する空調の周波数帯内でレ
ーザー放射するようになる。
この光の振幅は、従来の射出レーザーが変調される方法
で、′ｌなわも射出電流の変調により、変調されつるが
、このレーザーがその反射器間の比較的長い光学路距離
を右する外部空洞レーザーであるので、この方法により
行なわれつる変調の速度は制限される。従って３０ａｍ
外部空洞装置は約５００Ｍ　ＨＺの最大直接変調比まで
制限される。より高速の変調のため、レーザー空洞外に
位置した別の変調器を使用しなければならない。一つの
可能な装置は、第２図に示す如くであり、ここでは第１
図のレーザーが反射防止コーティング２２が設けられて
いる変ｙ４ｆｉ２１を介して光ファイバー２０に接続さ
れている。この目的のための適切な変調器の一例は導波
管電気吸収変調器である。
１０ＧＨｚを超過する速度まで動作された変ｇｌ器のこ
の型の例は、例えばエイヂ、ソダ等による、［半絶縁１
ｎｐ埋込層を有する高速Ｑ　ａ　Ｉ　ｎ　Ａ　Ｓ　Ｐ／
ＩｎＰ埋込ヘテロ構造光強度変調器」と題する。
エレクトロニクス　レター、２３巻２３号１２３２−１
２３４頁（１９８７年１１月５日）の文献に記載されて
いる。
放出波長が１つの空洞から他の空洞へ切換わることによ
り変化されうる速度は個々のアクティブミラー１６の応
答時間に依存する。各アクティブミラーは、典型的には
、反射防止コーティングに面し、高反射性インタフェー
スで裏うちされたアクアイブ（電気的に７ドレス可能な
）吸収器により構成される。かかる吸収器が液晶素子に
より構成される場合、現在の技術は、強磁７４竹液晶物
質を使用しても、１マイクロ秒のオーダーの最大切換速
度に制限される。より高速の切換速度のため、アクティ
ブ半導体レーザー反射器配列かフランツケルデイシコ又
は吊子拘束スターク効果を用いる半導体電気吸収変調器
のうちどちらかが用いられる。後者を用いると、いった
んレーザーがｎ個の光空洞の特別な１つに関連した特定
の波長で動作すると、その最も吸収する状態に完全に切
換えるよう逆バイアスされる場合でさえ、光強度は特定
の半導体電気吸収変調器を、その減衰がレーザー放射閾
値で共娠を行うのに不十分な程度まで飽和させるのに十
分大きくなりつる。この問題は波長を変える開駆動をレ
ーザーチップ１１に直ちに切換えるよう構成することに
より避けられつる。この手順を採用する場合でさえ、５
ナノ秒（ｎｓ）以下で切換えることはまだ可能であるべ
きである。
第３図は配列１５の一つの形態の一部を示し、ここで、
個々のアクティブミラーはそれらの前面上の反射防止コ
ーティングを有するフランツケルデイシュ電気吸収逆バ
スアスされたｐ−１−ｎダイオードにより形成される。
配列はｉ型ＧａＩｎＡｓＰ及び丁型１ｎＰの夫々エピタ
キシャルに析出された層３２及び３３の選択エツチング
により作られるメサ３１を設けたｎ型［ｎＰ！！板から
なる。典型的には、ｉ型層３２は２μｍの厚さである。
典型的には、メサは略１０μ閣の幅であり、各メサ゛の
頂面の略正方形部は反射防止」−ティング３４が設けら
れ、一方残部３５は個々の負の電位の電気的接点３６を
設ける為に残されている。
正の電位の電気的接点はｎ方基板３０上に形成され、配
列の全てのダイオードに共通であり、３７で示される。
ｎ型基板３０の底面は、メサの側からそれに入射する光
に対重る比較的＾い反射性ミラーを構成する。第４図を
参照するに、光増幅器として用いられる典型的１ｎＧａ
ＡｓＰ半導体レーザーチップの利得曲線が曲線４０で示
される。
かかるチップが、外部空洞半導体レーザーを発生するよ
う外部反射器を設けられ、外部反射器の反射性が利得曲
線４０の波長範囲に亘って一定である場合、この曲線も
レーザーの利１９曲線を特徴づけ、他方、外部反射器が
スペクトル的に選択される場合、利得曲線はでのスペク
トル的選択により修正される。ビー、デイ−、グリーン
等による。
［液体位相エビタクシ−による電気的吸収Ｉｎ　　　Ｇ
ａ　　Ａ３．Ｐ、、、、、型格子成長−１というｔ−ｘ
　　　　　ｘ 題の結晶成長のジャーフル、８４巻２５９−２６５頁（
１９８７年）で引用された測定から、第３図の配列のア
クティブミラーの１つとして同じフォーマットの外部反
射器を有するレーザーの利（ワ曲線は、外部電位が２μ
−の厚さのｉ型１ｎＧａＡｓＰ層３２に沿って印加され
ない場合に曲線４１により、そして層が２Ｘ１Ｏ５Ｖ１
αの磁界強度を与えるよう逆バイアスされた場合に曲線
４２により与えられることが計算された。曲線４１及び
４２は、４Ｑｎｓを超える波長範囲に亘って、外部に印
加零バイアスを右するレーザーの純利得は逆バイアスさ
れた磁界を右づるレーザーのそれを越えることを示す。
従って、単一外部反射器がアクティブミラー１６の配列
１５と共に第１図の格ｆで置換えられる場合、各々は第
３図に関して説明した如く構成され、得られるレーザー
は、少なくても４０ｎｍで拡がる１組の周波帯間で電気
的に切換えられうることが電位的に可能なことは明らか
である。
第３図の７クテイブミラーを動作させるのに必要な磁界
を提供するには、あるｍ境で不必要に大きい４０ボルト
の電位が必要である。電圧要求の減少は、第３図のメ１
）のｌＩ！−１型層をｗ！４層が形成されておりｉ型層
が電気的に接続されて配置されたｎ型及びｐ型層の交互
の層の間に介在されているｎ−１−ｐ−ｉ型構造で置き
かえることにより得られ、これによりｉ型層は光学的に
直列であるが、電気的には並列である。各０．２５μｍ
厚さの８つの積層されたｉ方層を右するかかる介在構造
を用いることにより、動作電圧は５ボルト減少され、一
方１０μｍ幅のアクティブミラー素子用のサブナノ秒切
換時闇を維持する。
従って、記述とは別に、配列１５内の単に１つのアクテ
ィブミラー１６が時間的にある一瞬で高く反射し、その
結果、レーザーはかかる特定の時点でｎ個の周波数帯の
１つだけを発することが考えられる。通常、従来のＣＷ
駆駆動状上下、２つ又はそれ以トのアクティブミラー１
６が同時に高く、反射される場合、最も低いレーザー故
１１１ＪＩ値を有する空調は、たとえレーザー放射を始
めたとしてもレーザー放射を非常に短かく止める範囲迄
別空洞の光学的パワーを奪う。必要ならば、高周波数で
脈動するようレーザーを構成することにより多くの選択
された波長で同時にレーザーを動作させることは可能で
ある。この周波数は光学空洞の１つの円形路遅延に略対
応する。この脈動は、空洞内の飽和可能な吸収器（図示
せず）を含むことにより又は所定の周波数でＹ導体レー
ザーヂツプ１１への電流駆ｌｊｌを変調することにより
誘起される。短い放出パルスの直前及び中、純空洞利得
は、配’ＪＪにより決められた全ての周波帯用の閾値以
上であり、従って、装置は、それらの高い放射性状態に
あるアクティブミラーに対応する一組の波長からなるパ
ルスを反復的に伝送する。
例えば、ｎ１ｌｌのアクティブミラーの組は８つのアク
ティブミラーからなる場合、次に、これらのミラーの２
准変調は、波長領域内でバイト幅情報を伝送するのに用
いられる。切換可能多重チャンネル空洞レーザーは、従
って７クテイブミラーの配列の個々の部材に印加された
空間的に平行な２進情報を、波長領域内に一］−ドされ
た２進情報で、例えば単一の光ファイバーのような、甲
−チャンネルに沿って向１ノられた光パルスの平行スト
リームに変換づる為の装置として機能しつる。空間平行
から波長平行へのこの変換は光電子工学処理装置への適
用に適する。
第１図のレーザーの一体式の例は第５図に示される。Ｉ
ｎＰ基板５０は能動的導液部領域５１及び受動的導波部
領域５２を設けられている。能動的導波部部分は、光学
的に増幅するよう電気的に駆動されつる２次元導波部５
３を含む。比較的高い反射性の而である端面５４から離
れる方向にこの導波部内を伝播づる光は、このインタフ
ェースで光学的特性の実質的整合のため、インタフェー
ス５５で最小限反射を受ける受動的領域５２に入る。受
動的領ＩｊＡ５２は１次元案内装置であり、導波部５３
の周波数帯を光学的に増幅４−る透明の物質から作られ
ており、光は、１次元回折格子５６の面により反射され
、回折された受動的領域５２の遠端部に向けその通路に
横に広がる。これ１よ平面格子ではなく、インタフェー
ス５５で焦点に入射拡散光を回折して戻ずような曲面を
有する凹面格子である。導波部５３を増幅する内端部が
ら測定するに、この焦点の、インタフェース５５に沿っ
た距離は波長の能動的導波部領域５７内に形成されたｎ
個の２次元導波部５７の組の内端は、関数である。所定
のｎ個の周波数帯用の組に対する適切な距離に位置する
。これらのｎ＠の導波部の各々は導波部５３の放出周波
数帯内にある事実を考慮寸゛るに、これらのｎ個の導波
部５７の各々は、電気的に励起されない限りその関連の
周波数帯に口って強く吸収することは明らかである。各
導波部は、従って、光学的に吸収から透明又は光学的増
幅へ変えるよう電気的励振を必要とする７クテイプミラ
ーとして機能する。かかる導波部が、透明又は光学的に
増幅する場合、端面５４内に発生する反射によってミラ
ーとしてふるまう。
第５図のこの一体を多重チャンネル空洞レーザーのＩり
ｊイブミラーを構成する２次元々波部５７は、この能動
的導液部領域５１と実質的に同じ構造を有する。これら
の状況下で、励起により発生されるそれらの吸収の変化
は、少数１ヤリアを与える為にバンド縁部をシフトする
ことに主に員献する。より複ｍな一体構造の犠牲により
得た電力消費の減少は、導波部５７用に異なる構造を用
いることにより入手可能であり、すなわち、フランツケ
ルｆイシ１効果の結果としてバンド縁部を主にシフトす
ることにより吸収の必要な変化を発で１するよう設ｈ１
される。この場合、変調は順バイアスされた１〕ｎ接合
の代わりに逆バイアスされたｐ−１−ｎ接合を用いて得
られる。
第５図の装置の受動的導波部５２は、基板５０で格子整
合され、必要周波数帯に亘って透明である適切な組成を
有する半導体物質で製造されうる。
この１段の潜在的欠点は、シリｈに比較して半導体物質
の屈折率の比較的大きい熱係数から起こる熱的感応値で
ある。適用においで、この熱的感応値が示す問題のため
、゛Ｙ半導体物質りむしろシリカで受動的導波部５２を
構成４ることが望ましい。
受容可能な品質のシリカの受動的導波部５２がＩｎＰ基
板上に形成されえない場合、全装置用の全体に一体式構
造から離れること１１必鼓であり、別体として形成され
るシリカの受動的導波部５２ど整列する一体構造の部品
部分として能動的導液部領域５１及び２次元導波部５７
の配列とする。
このシリカ受動的導波部は、例えばシリコン基板上に形
成されつる。
４、図面のｆ！１１１１な説明 第１図は切換可能多重チャンネル共振レーザーの基本構
成を示ず図、 第２図は変調器を介して光ファイバーに接続された第１
図のレーザーを示す図、 第３図は第１図及び第２図のレーザーに用いらる切換可
能な反射素ｆ配列の１つの形の一部を示す図、 第４図は第３図の配列の動作を示すグラフ、第５図は第
１図のレーザーの集積形を示す図である。
１１・・・半導体レーザーチップ、１２．２２゜３４・
・・反射防止コーティング、１３・・・コリメータレン
ズ、１４・・・回折格子、１５・・・線形配列、１６・
・・ミラー、２０・・・光学ノフイバー、２１・・・変
調器、３０・・・ｎ型基板、３１・・・メサ、３２．３
３・・・層、３５・・・残部、３６．３７・・・電気接
触、Ｊｏ、４１゜４２−・・曲線、５０−１　ｎ　Ｐ基
板、５１，５２゜５７・・・導波部、５３・・・２次元
導波部、５４・・・端面、５５・・・インタフェース、
５６・・・１次元回折格子。
Ｆｉｇ、３゜ Ｆｉｇ、４゜ 題（μｍ） 図面の浄書（内容に変更なし） Ｆｔ’ｇ、　７゜ 〜・５・ 手続ネｒｓｉ　、ｉｌえ口１　（プフ式）６．補正の対
象 図面 １゜ ２゜ ３゜ ４゜ 事件の表示 平成元年　特許願　第３０４５５６号 発明の名称 多重チャンネル空洞レーザー 補正を覆る者 事件との関係　　特豹出願人

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）拡散素子が異なる周波数帯を有するｎ個の光空洞
    の組を画成するようｎ個の離散的反射器の組及び共通の
    反射器間の光学路内に位置され、該周波数帯の各々に亘
    つて光学的に増幅するようにされうる媒体は、拡散素子
    及び共通の反射器の間の光学路内に含まれ、個々の反射
    器がそれらの個々の反射度を変調するよう電気的にアド
    レス可能である切換可能多重チャンネル空洞レーザー装
    置。
  2. （２）拡散素子は回折格子であることを特徴とする請求
    項１記載の切換可能多重チャンネル空洞レーザー装置。
  3. （３）離散的反射器は液晶切換素子を組込んでいること
    を特徴とする請求項１記載の切換可能多重チャンネル空
    洞レーザー装置。
  4. （４）拡散反射器は半導体レーザー反射器増幅の配列に
    より構成されていることを特徴とする請求項１記載の切
    換可能多重チャンネル空洞レーザー装置。
  5. （５）離散的反射器は半導体電気吸収素子を組込んでい
    ることを特徴とする請求項１記載の切換可能多重チャン
    ネル空洞レーザー装置。
  6. （６）レーザー装置は外部空洞型の半導体射出レーザー
    装置であることを特徴とする請求項１記載の切換可能多
    重チャンネル空洞レーザー装置。
  7. （７）拡散素子は回折格子であることを特徴とする請求
    項６記載の切換可能多重チャンネル空洞レーザー装置。
  8. （８）ｎ個の離散的反射器の組と、共通の反射器と光学
    的増幅媒体とは全て単一一体構成の部分をなすことを特
    徴とする請求項６記載の切換可能多重チャンネル空洞レ
    ーザー装置。
  9. （９）拡散素子は回折格子であることを特徴とする請求
    項８記載の切換可能多重チャンネル空洞レーザー装置。
  10. （１０）ｎ個の離散的反射器の組を、共通の反射器と、
    光学的増幅媒体と、拡散素子とは、全て、単一の一体構
    成の部分をなすことを特徴とする請求項７記載の切換可
    能多重チャンネル空洞レーザー装置。
  11. （１１）空間領域から波長領域に２進情報を変換するこ
    とを特徴とする請求項１記載の切換可能多重チャンネル
    空洞レーザー装置の使用。
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