JPH02250042A - 光増幅装置および半導体光アンプ - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光信号を光のままで増幅する技術に関する。

〔従来の技術〕

光増幅装置は光フアイバ伝送や光交換機など多くの分野
において重要な装置である。従来の光増幅装置において
は送られてくる光信号を一度電気信号に変換して増幅し
、再び光信号に変換して送り出す方式が一般的であった
。これに対して光信号を光のままで増幅できる半導体光
アンプの開発が進められている。この半導体光アンプを
用いれば、非常に小型で高性能な光増幅装置が構成でき
る。半導体光アンプの構造は基本的には活性層へ電流を
注入する手段を備えたファブリペロ−型の半導体レーザ
と同じであり、レーザの両端面に無反射コートを施すこ
とによってレーザ発振をおさえ、光アンプとして利用し
ている。この半導体光アンプについては例えば電子情報
通信学会光量子エレクトロニクス研究会報告（斎藤他　
０ＱＥ８６−１１４＞などに詳しく述べられている。

〔発明が解決しようとす、る課題〕

従来の半導体光アンプには以下のような問題点があった
。それは周囲温度が変化すると利得が大幅に変化すると
いう問題点である。これは半導体光アンプを一定電流で
駆動した場合、周囲温度が上昇すると利得が減少するた
めである。このことは半導体レーザのしきい値が温度と
ともに増大することと対応している。温度が変化しても
利得をほぼ一定とするためには、何らかのフィードバッ
クによって半導体光アンプの駆動電流を利得が一定にな
るように制御する必要がある。このためには半導体光ア
ンプで増幅された光信号の一部をモニタしてその光信号
レベルが一定となるようにフィードバックをかける構成
の光増幅装置とするのが最も直接的な方法である。しか
しこの構成では出力信号光の一部をモニタするために、
光学系が複雑になることや、伝送する光信号が減少する
という欠点がある。

本発明の目的は、この欠点を改善し、周囲温度が変動し
てもほぼ一定の利得が得られ、かつ簡単な光学系で構成
できる光増幅装置及びこの光増幅装置に適した半導体光
アンプを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は２つあり、その１つは、発光に与る活性層を含
む多層構造を備え、この活性層へ電流を注入する手段を
備えた半導体光アンプと、前記半導体光アンプから放出
される自然放出光を受光する受光器と、前記受光器の受
光レベルが基準値に一致するように前記半導体光アンプ
への注入電流を制御する制御器とを少くとも備えている
光増幅装置で、もう１つは発光に与る活性層を含む多層
構造を備え、この活性層へ電流を注入する電極を備えた
半導体光アンプにおいて、電極の一部が除去され、前記
活性層から放出される自然放出光の一部をとり出すこと
が可能なことを特徴とする構成の半導体光アンプである
。

〔実施例〕

次に図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の光増幅装置の基本的な構成を示す模式
図である。この光増幅装置は従来例で述べたものと同じ
半導体光アンプ１００と、その活性層１３０から放出さ
れる自然放出光を受光する受光器２００と、受光器２０
０の受光レベル（すなわち自然放出光強度に比例する光
電流レベル）が基準値にほぼ一致するように半導体光ア
ンプ１００に注入する電流を制御する制御器３００と、
半導体光アンプ１００に信号光を入射させ、またとり出
すためのレンズ４００とから構成した。受光器２００は
入力光の光軸からはずれた位置にあるため、信号光は受
光せず、光軸からずれた方向に放出される自然放出光の
みを受光する。

この装置で半導体光アンプ１００の利得を周囲温度によ
らず、はぼ一定に保つ原理は次のような簡単なものであ
る。すなわち、半導体光アンプ１００においては、利得
と自然放出光強度との間にはほぼ比−例間係が成り立つ
０例えば半導体光アンプ１００を一定電流で駆動してい
る時は周囲温度が上って利得が下ると、それに応じて自
然放出光強度も低下する。したがってこの自然放出光強
度をモニタして、その値が基準値と一致するように制御
器３００によって半導体光アンプ１００の駆動電流を変
化させれば、利得をほぼ一定の値に保つことができる。

自然放出光は活性層１３０から全方向に放出されるため
、受光器２００を光軸からずれた位置、例えば半導体光
アンプ１００の横方向に配置しても受光できる。

以下では第１図に示した本装置の各部品と装置の特性に
ついて説明する。増幅する光信号の波長は１．５μｍ帯
とした。まず半導体光アンプ１００は従来例のところで
も述べたように、構造的にはファプリーベロー型の半導
体レーザと基本的に同じである。すなわち、活性層（バ
ンドギャップ波長λｇ＝１．６μｍのＩｎＧａＡｓＰ）
１３０の上下をｐ形とｎ形のＩｎＰ層ではさんだダブル
へテロ構造をしており、横モード制御にはＤＣ−ＰＢＨ
構造を用いている。光の入・出射端面にはＳｉＮの無反
射コート膜１６０をつけ、レーザ発振を抑制している。

素子の長さは２００μｍである。受光器２００はＩ　ｎ
ＧａＡｓのＰＩＮ７ｔトダイオードを用いた。制御器３
００はオペアンプを用いた比較器から成る。レンズ４０
０には先球セルフォックレンズを用いて単一モードファ
イバと結合している。結合損失は片端面４ｄＢであった
。

本装置の特性は次の通りであった。１．５５μｍの入射
光に対して室温でのファイバー間の利得として１０ｄＢ
以上が得られた。１０〜５０℃の周囲温度の変化に対し
て利得変動は±５ｄＢ以下であった。この値はフィード
バックをかけない時の±５ｄＢと比べて１桁以下におさ
えられていた。なお、上述の実施例においては、制御器
３００での基準電圧は室温で１０ｄＢの利得が得られる
ように一定の値に固定した。これは先に述べたように半
導体光アンプ１００の利得と自然放出光強度がほぼ比例
することを利用した最も簡単な方法である。より厳密な
利得制得を行うためには、あらかじめ周囲温度が変った
時の利得と自然放出光強度の関係を記憶させておいて、
周囲温度に応じて基準電圧を微調すればよい。それによ
って利得変動を±０．２ｄＢ以下におさえることが可能
である。この場合にも記憶回路や温度センサを付加する
だけで第１図に示した基本的な構成は全く同じである。

第２図は本発明の半導体光アンプの構造模式図である。

従来からある半導体光アンプとほとんど同じ構造である
が、特徴は電極１５０の一部分が除去されており、そこ
から自然放出光がとり出せる構造となっている点である
。半導体層の積層構造、横モード制御構造は従来と同じ
である。受光器をこの電極１５０の窓領域に対置させて
配置すれば多くの自然放出光が受光できるので大きな光
電流が得られ、そのなめフィードバック制御が容易にな
る。素子の製作工程は通常の半導体レーザとほぼ同じで
あるが、以下に簡単に説明しておく、まずｎ−ＩｎＰ基
板１１０の上にｎ−ＩｎＰバッファ層１２０、ｒｎＧａ
ＡｓＰ活性層（λｇ＝１．６μｍ＞１３０、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層１４０を順次成長する。成長方法は液相成長
法を用いた０次に埋め込み構造とするためのメサエッチ
ングを行い、２つの溝に挟まれたストライプ状のメサ部
１８０を形成する。この後、２回目の成長によってｐ−
ｎ−ｐの電流ブロック層１７０を形成する。次に素子の
基板側と成長層側に電極を形成する。その後成長層側の
電極１５０の一部を除去し窓領域を形成する。半導体光
アンプをへき開によって長さ２００μｍに切り出した後
、光の入・出射端面にＳｉＮによる無反射コート膜１６
０を形成する。得られた半導体光アンプの特性としては
、均一な電極のものと比べてほぼ同じ利得特性が得られ
た。１．５５μｍの入射光に対する半導体光アンプの内
部利得は２０ｄＢであった。

受光される自然放出光は従来の半導体光アンプのように
半導体光アンプの横方向からとり出す場合と比べて約１
桁大きくとることができた。

なお、第２図の実施例では、電極の窓は成長層側の発光
領域に沿ってストライプ状に形成したが、このうちの一
部分だけに形成してもよい。また半導体光アンプをジャ
ンクションダウンでヒートシンクにマウントする時には
、基板側の電極の一部を同じように除去すれば同様の効
果が得られる。

第３図は本発明の光増幅器を構成する半導体光アンプ１
００と受光器２００が１つの基板１１０の上に形成され
た集積素子の光軸に垂直方向の断面図（光の入・出射方
向は紙面に垂直な方向）である、このように受光器２０
０をモノリシック集積化することによって光増幅装置全
体を小型化できる。また自然放出光を受光する受光器２
００の位置調整も不用となる。製作手順は第２図に示し
た半導体光アンプの製作手順とあまり変わらない、すな
わち２回の液相成長法によってＤＣ−ＰＢ　Ｈ構造の半
導体光アンプ１００の部分を成長した後、受光器２００
を形成する。ＤＣ−ＰＢＨ構造では光増幅を行うメサ部
１８０以外にも活性層１３０が残されているので、この
活性層を受光器２００の光吸収層として利用する。具体
的には受光器２００となる部分の電流ブロック層１７０
に亜鉛を拡散して拡散領域１９０を形成し、電流が流れ
るようにする。半導体光アンプ１００と同時に受光器２
００にも電極１５０を形成した後、２つの領域の間を幅
１０μｍだけエツチングによって除去し電気的な分離を
行う。半導体光アンプ１００と受光器２００の長さはと
もに２００μｍ、受光器２００の幅は１００μｍである
。

半導体光アンプ１００の入・出射端面には無反射コート
膜が形成されている。半導体光アンプ１００の特性は単
体のものと全く変わらない、受光器２００と半導体光ア
ンプ１００の距離は約５０μｍと近いために大きな光電
流が得られた。この集積素子を用いて第１図と同様の光
増幅装置を構成したところ単体の半導体光アンプを用い
た場合と同じ性能が実現できな。

以上、実施例について詳しく述べてきたが、ここで若干
の補足をしておく。まず実施例で述べた半導体光アンプ
の構造はすべて埋め込み構造であったが、他の構造、例
えばリッジガイド構造などでもよい。また成長法も有機
金属気相成長法など他の方法でもよい、信号光の波長帯
も１．３μｍ帯など他の波長帯でも同様の効果が得られ
る。ただし半導体光アンプの活性層組成を信号光の波長
に合わせる必要がある。材料系もＩ　ｎＧａＡｓ系以外
のＡｆＩＧａＡｓ系などでもよい、また第３図の半導体
光アンプと受光器の集積方法についても必ずしも実施例
のように横方向に並べて配置する必要はない。要するに
自然放出光が受光できればよいので例えば半導体光アン
プの上下方向すなわち積層方向に集積化することも可能
である。この積層方向の集積化の方法としては例えば半
導体光レーザと受光器を集積化した例と同じ方法が適用
できる。この集積方法については電子情報通信学会量子
エレクトロニクス研究会報告（宇佐実地０ＱＥ８７−１
７９）に詳しく述べられている。

最後に本発明の光増幅装置は主として周囲温度の変動に
対して利得変動をおさえる目的で発明された装置である
が半導体光アンプの劣化による利得変化に対しても有効
である。それは劣化による利得の減少は必ず自然放出光
強度の減少をともなうため、温度変動時と同様のフィー
ドバック制御が可能なためである。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように本発明によれば、周囲温度が変動
してもほぼ一定の利得が得られる光増幅装置が実現でき
る。１．５５μｍの入射光に対して周囲温度が１０〜５
０℃まで変化した時の利得変動は１０±０．５ｄＢであ
った。本発明は半導体光アンプの自然放出光をモニタし
て利得を制御するため装置の構成が簡単になる。従来例
で示したように部品の一部をモノリシック集積化し、さ
らに小型、安定化することもできる。

は無反射コート膜、１７０は電流ブロック層、１８０は
メサ部、１９０は拡散領域である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光に与る活性層を含む多層構造を備え、活性層
   へ電流を注入する手段を備えた半導体光アンプと、前記
   半導体光アンプから放出される自然放出光を受光する受
   光器と、前記受光器の受光レベルが基準値に一致するよ
   うに前記半導体光アンプへの注入電流を制御する制御器
   とを少くとも備えている光増幅装置。
2. （２）発光に与る活性層を含む多層構造を備え、活性層
   へ電流を注入する電極を備えた半導体光アンプにおいて
   前記電極の一部が除去され、前記活性層から放出される
   自然放出光の一部をとり出すことが可能なことを特徴と
   する半導体光アンプ。