JPH04322475A - 広帯域電気応答を備えた半導体光増幅器 - Google Patents
広帯域電気応答を備えた半導体光増幅器Info
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- JPH04322475A JPH04322475A JP3351189A JP35118991A JPH04322475A JP H04322475 A JPH04322475 A JP H04322475A JP 3351189 A JP3351189 A JP 3351189A JP 35118991 A JP35118991 A JP 35118991A JP H04322475 A JPH04322475 A JP H04322475A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/50—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
-
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-
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体光増幅器に関し
、さらに特定すると、１〜１０ＧＨｚの範囲の電気帯域
幅をもつ半導体光増幅器に関する。
、さらに特定すると、１〜１０ＧＨｚの範囲の電気帯域
幅をもつ半導体光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】光増幅器は、光信号を電気信号に少しも
変換せず直接増幅できるようにする。光増幅器は、光通
信装置における中継器や前置増幅器として有用である。 半導体光増幅器は、一般に変形レーザダイオードとして
構成される。光学キャビティは、２つの面をもつ基板内
に形成される。これらの面は、光学キャビティの向き合
う端部でミラーとして動作する。この装置が適切にバイ
アスされる時、光学キャビティは光学利得を有する。レ
ーザでなく増幅器として動作させるためには、これらの
面に反射防止膜を施すか、あるいはこれらの面をキャビ
ティの光学軸に対してある角度に方向付けるかである。 光信号は、面の１つを通過して注入され、光学キャビテ
ィ内で増幅され、光学キャビティの反対端部にある面を
通過して送出される。光増幅器は、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｒｏｇｙ の１
９８９年７月号Ｎｏ．７のＶｏｌ．７の１０７１〜１０
８２頁「光増幅器を備えた光波装置」にＮ．Ａ．Ｏｌｓ
ｓｏｎによって記述されている。
変換せず直接増幅できるようにする。光増幅器は、光通
信装置における中継器や前置増幅器として有用である。 半導体光増幅器は、一般に変形レーザダイオードとして
構成される。光学キャビティは、２つの面をもつ基板内
に形成される。これらの面は、光学キャビティの向き合
う端部でミラーとして動作する。この装置が適切にバイ
アスされる時、光学キャビティは光学利得を有する。レ
ーザでなく増幅器として動作させるためには、これらの
面に反射防止膜を施すか、あるいはこれらの面をキャビ
ティの光学軸に対してある角度に方向付けるかである。 光信号は、面の１つを通過して注入され、光学キャビテ
ィ内で増幅され、光学キャビティの反対端部にある面を
通過して送出される。光増幅器は、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｒｏｇｙ の１
９８９年７月号Ｎｏ．７のＶｏｌ．７の１０７１〜１０
８２頁「光増幅器を備えた光波装置」にＮ．Ａ．Ｏｌｓ
ｓｏｎによって記述されている。
【０００３】増幅動作の他にまたはそれに付加する応用
として光増幅器の使用法がいくつか提案されている。半
導体光増幅器を利用した光信号の位相変調は、Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ の１９８９年５月号
Ｎｏ．１０のＶｏｌ．２５の６７９〜６８０頁「半導体
レーザ増幅器内での直接光位相変調」にＪ．Ｍｅｌｌｉ
ｓによって開示されている。またＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ の１９８９年８月号Ｎｏ．１７の
Ｖｏｌ．２５の１１８８〜１１８９頁「位相変調器とし
ての半導体レーザ光増幅器の特性」にＧ．Ｇｒｏｓｓｋ
ｏｐｆ 他によって開示されている。変調信号は、バイ
アス電流と接続されて光信号の位相変調をもたらす。半
導体光増幅器の信号調節と制御応用は、Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｒｏｇｙ の
１９８５年８月号Ｎｏ．４のＶｏｌ．ＬＴ−３の９０９
〜９１３頁「レーザダイオード光学スイッチにおける信
号調節特性」にＭ．Ｉｋｅｄａ によって開示されてい
る。他にＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ の
１９８９年２月号Ｎｏ．３のＶｏｌ．２５の２３５〜２
３６頁「２８０Ｍｂｉｔ／ｓの光伝導装置におけるレー
ザ増幅制御」にＤ．Ｊ．Ｍａｌｙｏｎ他によってと、そ
れからＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔ
ｅｃｈｎｏｒｏｇｙ １９９０年４月号Ｖｏｌ．８の６
１０〜６１７頁「進行波半導体レーザ増幅器の検波器」
にＭ．Ｇｕｓｔａｖｓｓｏｎによって開示されている。 光増幅器の信号調節および制御応用において光学キャビ
ティへ注入される変調された光信号は、ダイオード電圧
を変化させる。そしてこの電圧は、電流入力端子で測定
できる。光学ミクサ、周波数変換装置及び電気光学ミク
サのような半導体光増幅器の応用がさらに提案されてい
る。
として光増幅器の使用法がいくつか提案されている。半
導体光増幅器を利用した光信号の位相変調は、Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ の１９８９年５月号
Ｎｏ．１０のＶｏｌ．２５の６７９〜６８０頁「半導体
レーザ増幅器内での直接光位相変調」にＪ．Ｍｅｌｌｉ
ｓによって開示されている。またＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ の１９８９年８月号Ｎｏ．１７の
Ｖｏｌ．２５の１１８８〜１１８９頁「位相変調器とし
ての半導体レーザ光増幅器の特性」にＧ．Ｇｒｏｓｓｋ
ｏｐｆ 他によって開示されている。変調信号は、バイ
アス電流と接続されて光信号の位相変調をもたらす。半
導体光増幅器の信号調節と制御応用は、Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｒｏｇｙ の
１９８５年８月号Ｎｏ．４のＶｏｌ．ＬＴ−３の９０９
〜９１３頁「レーザダイオード光学スイッチにおける信
号調節特性」にＭ．Ｉｋｅｄａ によって開示されてい
る。他にＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ の
１９８９年２月号Ｎｏ．３のＶｏｌ．２５の２３５〜２
３６頁「２８０Ｍｂｉｔ／ｓの光伝導装置におけるレー
ザ増幅制御」にＤ．Ｊ．Ｍａｌｙｏｎ他によってと、そ
れからＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔ
ｅｃｈｎｏｒｏｇｙ １９９０年４月号Ｖｏｌ．８の６
１０〜６１７頁「進行波半導体レーザ増幅器の検波器」
にＭ．Ｇｕｓｔａｖｓｓｏｎによって開示されている。 光増幅器の信号調節および制御応用において光学キャビ
ティへ注入される変調された光信号は、ダイオード電圧
を変化させる。そしてこの電圧は、電流入力端子で測定
できる。光学ミクサ、周波数変換装置及び電気光学ミク
サのような半導体光増幅器の応用がさらに提案されてい
る。
【０００４】これら全ての応用において、光増幅器の電
気応答と３ｄＢ電気帯域幅は、キャリアの密度分布Ｎの
能力によって決定され、増幅器へ注入される光信号かま
たは増幅器の電流入力端子へ印加される電気信号のどち
らかに応答する。進行波光増幅器において、装置の周波
数応答は、注入キャリア分布Ｎの能力によって決定され
て変調信号に応答する。
気応答と３ｄＢ電気帯域幅は、キャリアの密度分布Ｎの
能力によって決定され、増幅器へ注入される光信号かま
たは増幅器の電流入力端子へ印加される電気信号のどち
らかに応答する。進行波光増幅器において、装置の周波
数応答は、注入キャリア分布Ｎの能力によって決定され
て変調信号に応答する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】飽和点よりも十分下で
動作する装置の場合、一般のキャリア寿命が０．３ｎｓ
であることを考慮すると、帯域幅は約５００ＭＨｚであ
る。飽和状態で、動作する装置の場合には、帯域幅は１
ＧＨｚへ増大される。変調器、光検出器、ミクサあるい
は周波数変換装置として使用される進行波光増幅器の場
合には、５００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの帯域幅の制限は由々
しき制限となる。
動作する装置の場合、一般のキャリア寿命が０．３ｎｓ
であることを考慮すると、帯域幅は約５００ＭＨｚであ
る。飽和状態で、動作する装置の場合には、帯域幅は１
ＧＨｚへ増大される。変調器、光検出器、ミクサあるい
は周波数変換装置として使用される進行波光増幅器の場
合には、５００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの帯域幅の制限は由々
しき制限となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、これら
の目的や利点が他の目的及び利点と共に広電気帯域幅を
有する半導体光増幅器において達成される。この増幅器
は、半導体基板内に形成される活性領域と上方及び下方
の被覆層とキャップ層を含む半導体ダイオードを有する
。活性領域は、光学キャビティを画定する向き合う端部
に各々面を有する。光学キャビティは、利得最高波長λ
ｐｋで最大の光学利得を有する。光増幅器は、さらに各
面の反射防止膜と、半導体ダイオードの誘発放出しきい
バイアス電流よりも大きいバイアス電流を半導体ダイオ
ードに供給するためのバイアス電流手段と、入力光信号
を面の１つを通過して光学キャビティへ注入するための
手段とを有する。好ましくは、反射防止膜は、利得最高
波長λｐｋと分離される最小反射率の波長λｍｉｎ を
有し、入力光信号は、反射防止膜の最小反射率の波長λ
ｍｉｎかその付近のある波長を有する。
の目的や利点が他の目的及び利点と共に広電気帯域幅を
有する半導体光増幅器において達成される。この増幅器
は、半導体基板内に形成される活性領域と上方及び下方
の被覆層とキャップ層を含む半導体ダイオードを有する
。活性領域は、光学キャビティを画定する向き合う端部
に各々面を有する。光学キャビティは、利得最高波長λ
ｐｋで最大の光学利得を有する。光増幅器は、さらに各
面の反射防止膜と、半導体ダイオードの誘発放出しきい
バイアス電流よりも大きいバイアス電流を半導体ダイオ
ードに供給するためのバイアス電流手段と、入力光信号
を面の１つを通過して光学キャビティへ注入するための
手段とを有する。好ましくは、反射防止膜は、利得最高
波長λｐｋと分離される最小反射率の波長λｍｉｎ を
有し、入力光信号は、反射防止膜の最小反射率の波長λ
ｍｉｎかその付近のある波長を有する。
【０００７】利得最高波長λｐｋは、利得最高波長での
反射防止膜の反射率が約１０−４〜１０−３となるよう
に最小反射率の波長λｍｉｎ と分離される。好ましく
は、利得最高波長λｐｋは、約５〜３０ｎｍだけ最小反
射率の波長λｍｉｎ と分離される。好ましくは、バイ
アス電流手段は、誘発放出しきいバイアス電流の約１〜
４倍大きいバイアス電流を半導体ダイオードに供給する
。本発明の半導体光増幅器は光変調器もしくは光信号監
視装置として使用され、その電気帯域幅は約１〜１０Ｇ
Ｈｚの範囲である。
反射防止膜の反射率が約１０−４〜１０−３となるよう
に最小反射率の波長λｍｉｎ と分離される。好ましく
は、利得最高波長λｐｋは、約５〜３０ｎｍだけ最小反
射率の波長λｍｉｎ と分離される。好ましくは、バイ
アス電流手段は、誘発放出しきいバイアス電流の約１〜
４倍大きいバイアス電流を半導体ダイオードに供給する
。本発明の半導体光増幅器は光変調器もしくは光信号監
視装置として使用され、その電気帯域幅は約１〜１０Ｇ
Ｈｚの範囲である。
【０００８】本発明の別の様相に従うと、半導体光増幅
器のある動作方法が提供される。この方法は、向き合う
端部に反射防止膜を有する面をもつ半導体光学キャビテ
ィを提供する段階と、光学キャビティの誘発放出しきい
バイアス電流より大きいバイアス電流を光学キャビティ
に供給する段階と、面の１つを通過して光学キャビティ
へ入力光信号を注入する段階とを有する。好ましくは、
反射防止膜は、光学キャビティの最大利得の利得最高波
長λｐｋと分離される最小反射率の波長λｍｉｎ を有
し、そして入力光信号は、反射防止膜の最小反射率の波
長λｍｉｎ かその付近の波長を有する。
器のある動作方法が提供される。この方法は、向き合う
端部に反射防止膜を有する面をもつ半導体光学キャビテ
ィを提供する段階と、光学キャビティの誘発放出しきい
バイアス電流より大きいバイアス電流を光学キャビティ
に供給する段階と、面の１つを通過して光学キャビティ
へ入力光信号を注入する段階とを有する。好ましくは、
反射防止膜は、光学キャビティの最大利得の利得最高波
長λｐｋと分離される最小反射率の波長λｍｉｎ を有
し、そして入力光信号は、反射防止膜の最小反射率の波
長λｍｉｎ かその付近の波長を有する。
【０００９】
【実施例】本発明に従う半導体光増幅器が図１及び２に
図示してある。光増幅器は、活性領域１０と、下方被覆
層１２と、上方被覆層１４と、基板１６と、キャップ層
１８を有する。好ましくは、活性領域１０はＩｎＧａＡ
ｓＰから構成され、下方被覆層１２はｎ−ＩｎＰから構
成され、上方被覆層１４はｐ−ＩｎＰから構成され、基
板１６はｎ−ＩｎＰから構成され、キャップ層１８はｐ
−ＩｎＧａＡｓＰから構成される。活性領域１０は、光
軸２０の方向に延長され向き合う面２４及び２６を有す
る。面２４と２６は、ミラーとして機能する。面２４及
び２６に挟まれた活性領域１０は、光学キャビティを有
する。
図示してある。光増幅器は、活性領域１０と、下方被覆
層１２と、上方被覆層１４と、基板１６と、キャップ層
１８を有する。好ましくは、活性領域１０はＩｎＧａＡ
ｓＰから構成され、下方被覆層１２はｎ−ＩｎＰから構
成され、上方被覆層１４はｐ−ＩｎＰから構成され、基
板１６はｎ−ＩｎＰから構成され、キャップ層１８はｐ
−ＩｎＧａＡｓＰから構成される。活性領域１０は、光
軸２０の方向に延長され向き合う面２４及び２６を有す
る。面２４と２６は、ミラーとして機能する。面２４及
び２６に挟まれた活性領域１０は、光学キャビティを有
する。
【００１０】活性領域１０と基板１６は、半導体ダイオ
ードを形成する。活性領域１０の両側の電極３０と３２
は、バイアス電流源３４によりこの装置が設定バイアス
電流でバイアスされるようにしている。面２４と２６が
約３２％の反射率をもち適当なバイアス電流が印加され
ると、この装置はレーザダイオードとして動作しコヒー
レントな光エネルギーを発生する。光増幅器としてこの
装置を動作するためには、面反射率は２桁、３桁の大き
さで低減される。これは、面２４及び２６にそれぞれ反
射防止膜３６及び３８を施すか、あるいはそれらの面を
光学軸２０に対して垂直な通常の面から傾けることによ
ってあるいはこれら両方を行うことによって達成できる
。増幅器として動作する場合、光エネルギーは、面の１
つを通過して光学キャビティへ注入され、活性領域内で
光学的に増幅され、反射せずに別の面を通過して送り出
される。半導体光増幅器の構造技術は、従来技術で一般
に知られていて、Ｎ．Ａ．Ｏｌｓｓｏｎによる前記の出
版物に記述されている。
ードを形成する。活性領域１０の両側の電極３０と３２
は、バイアス電流源３４によりこの装置が設定バイアス
電流でバイアスされるようにしている。面２４と２６が
約３２％の反射率をもち適当なバイアス電流が印加され
ると、この装置はレーザダイオードとして動作しコヒー
レントな光エネルギーを発生する。光増幅器としてこの
装置を動作するためには、面反射率は２桁、３桁の大き
さで低減される。これは、面２４及び２６にそれぞれ反
射防止膜３６及び３８を施すか、あるいはそれらの面を
光学軸２０に対して垂直な通常の面から傾けることによ
ってあるいはこれら両方を行うことによって達成できる
。増幅器として動作する場合、光エネルギーは、面の１
つを通過して光学キャビティへ注入され、活性領域内で
光学的に増幅され、反射せずに別の面を通過して送り出
される。半導体光増幅器の構造技術は、従来技術で一般
に知られていて、Ｎ．Ａ．Ｏｌｓｓｏｎによる前記の出
版物に記述されている。
【００１１】半導体光増幅器内に使用される反射防止膜
は、光学波長の鋭い関数である反射率を有し、そして最
小の反射率が見いだされる波長λｍｉｎ を有する。増
幅器の光学キャビティは、波長の関数である利得を有す
る。 従来の光増幅器における反射防止膜の最小反射率の波長
λｍｉｎ は、光学キャビティの利得最高波長λｐｋに
一致するように選択される。これは、高利得が得られ、
レーザ動作が回避されることを保証する。従来の光増幅
器は、誘発放出しきいバイアス電流以下のバイアス電流
でバイアスされる。
は、光学波長の鋭い関数である反射率を有し、そして最
小の反射率が見いだされる波長λｍｉｎ を有する。増
幅器の光学キャビティは、波長の関数である利得を有す
る。 従来の光増幅器における反射防止膜の最小反射率の波長
λｍｉｎ は、光学キャビティの利得最高波長λｐｋに
一致するように選択される。これは、高利得が得られ、
レーザ動作が回避されることを保証する。従来の光増幅
器は、誘発放出しきいバイアス電流以下のバイアス電流
でバイアスされる。
【００１２】上記のように、従来の半導体光増幅器の欠
点の１つは、電気的帯域幅が５００ＭＨｚ〜１ＧＨｚに
制限されていることである。比較的狭い帯域幅は、光増
幅器の応用を光学位相変調、光信号監視装置等に制限す
る。本発明に従うと、光増幅器は、この装置の誘発放出
しきいバイアス電流以上のバイアス電流でバイアスされ
る。好ましくは、バイアス電流は、しきいバイアス電流
の１〜４倍の範囲である。所望バイアス電流は、一般に
しきい電流より０〜１００ｍＡ大きい範囲で、一般に１
０〜５０ｍＡの範囲である。高いバイアス電流で動作さ
れる時に光増幅器は高利得のリプル（脈動）を示すけれ
ども、電気的帯域幅は著しく増大する。
点の１つは、電気的帯域幅が５００ＭＨｚ〜１ＧＨｚに
制限されていることである。比較的狭い帯域幅は、光増
幅器の応用を光学位相変調、光信号監視装置等に制限す
る。本発明に従うと、光増幅器は、この装置の誘発放出
しきいバイアス電流以上のバイアス電流でバイアスされ
る。好ましくは、バイアス電流は、しきいバイアス電流
の１〜４倍の範囲である。所望バイアス電流は、一般に
しきい電流より０〜１００ｍＡ大きい範囲で、一般に１
０〜５０ｍＡの範囲である。高いバイアス電流で動作さ
れる時に光増幅器は高利得のリプル（脈動）を示すけれ
ども、電気的帯域幅は著しく増大する。
【００１３】好ましい実施例において、反射防止膜３６
及び３８の特性値は、最小反射率の波長λｍｉｎ が２
ｎｍあるいは３ｎｍだけ利得最高波長λｐｋから分離す
るように選択される。結果として、利得最高波長での面
反射率は従来の光増幅器よりも大きいが、しかしレーザ
動作として要求される反射率よりも小さい。好ましくは
、利得最高波長λｐｋでの面反射率は、約１０−４〜１
０−３の範囲である。これは、反射防止膜の約５〜３０
ｎｍの範囲にある利得最高波長λｐｋと最小反射率の波
長λｍｉｎ 間の差異によって達成される。好ましくは
、利得最高波長λｐｋは、利得最高波長での反射防止膜
の反射率が最小反射率より約２〜１００倍大きいように
最小反射率の波長λｍｉｎ と分離している。光増幅器
への入力光信号は、反射防止膜３６及び３８の最小反射
率の波長λｍｉｎ かその付近である。この様式で動作
される光増幅器は、１〜１０ＧＨｚの範囲の極端に広い
電気帯域幅を示す。
及び３８の特性値は、最小反射率の波長λｍｉｎ が２
ｎｍあるいは３ｎｍだけ利得最高波長λｐｋから分離す
るように選択される。結果として、利得最高波長での面
反射率は従来の光増幅器よりも大きいが、しかしレーザ
動作として要求される反射率よりも小さい。好ましくは
、利得最高波長λｐｋでの面反射率は、約１０−４〜１
０−３の範囲である。これは、反射防止膜の約５〜３０
ｎｍの範囲にある利得最高波長λｐｋと最小反射率の波
長λｍｉｎ 間の差異によって達成される。好ましくは
、利得最高波長λｐｋは、利得最高波長での反射防止膜
の反射率が最小反射率より約２〜１００倍大きいように
最小反射率の波長λｍｉｎ と分離している。光増幅器
への入力光信号は、反射防止膜３６及び３８の最小反射
率の波長λｍｉｎ かその付近である。この様式で動作
される光増幅器は、１〜１０ＧＨｚの範囲の極端に広い
電気帯域幅を示す。
【００１４】光学位相変調器や光検出器や信号監視装置
のような光増幅器の応用において、光増幅器の電気応答
は、キャリアの密度分布Ｎの能力によって決定されて、
増幅器へ接続される光信号δＳ（ω）かあるいは増幅器
の両電極へ印加される電気信号δＩ（ω）のどちらかに
応答する。進行波光増幅器において、装置の周波数応答
は、注入キャリア分布の能力により決定されて変調信号
に応答する。従来の光増幅器において、キャリア密度分
布の応答は、 δＮ（ω） ＝ １ ／ ｛（１ ＋ Ｐｏｕｔ
／Ｐｓａｔ）２＋（ ωτｃ ）２｝１／２
（１）で与えられる。ここで、Ｐｏｕｔは出力電
力であり、Ｐｓａｔは増幅器の飽和出力電力であり、τ
ｃ はキャリアの寿命を表す。この装置の３ｄＢの帯域
幅ＢＷは、 ＢＷ ＝ １ ＋ （Ｐｏｕｔ／Ｐ
ｓａｔ）／ ２πτｃ
（２）で与えられる。
のような光増幅器の応用において、光増幅器の電気応答
は、キャリアの密度分布Ｎの能力によって決定されて、
増幅器へ接続される光信号δＳ（ω）かあるいは増幅器
の両電極へ印加される電気信号δＩ（ω）のどちらかに
応答する。進行波光増幅器において、装置の周波数応答
は、注入キャリア分布の能力により決定されて変調信号
に応答する。従来の光増幅器において、キャリア密度分
布の応答は、 δＮ（ω） ＝ １ ／ ｛（１ ＋ Ｐｏｕｔ
／Ｐｓａｔ）２＋（ ωτｃ ）２｝１／２
（１）で与えられる。ここで、Ｐｏｕｔは出力電
力であり、Ｐｓａｔは増幅器の飽和出力電力であり、τ
ｃ はキャリアの寿命を表す。この装置の３ｄＢの帯域
幅ＢＷは、 ＢＷ ＝ １ ＋ （Ｐｏｕｔ／Ｐ
ｓａｔ）／ ２πτｃ
（２）で与えられる。
【００１５】飽和点より十分下で動作する従来の装置に
対しては、一般のキャリア寿命が０．３ｎｓであること
を考慮に入れると、帯域幅は５００ＭＨｚである。飽和
状態（ Ｐｏｕｔ ＝ Ｐｓａｔ ） である装置を動
作する場合には、帯域幅は１ＧＨｚへ増大される。
対しては、一般のキャリア寿命が０．３ｎｓであること
を考慮に入れると、帯域幅は５００ＭＨｚである。飽和
状態（ Ｐｏｕｔ ＝ Ｐｓａｔ ） である装置を動
作する場合には、帯域幅は１ＧＨｚへ増大される。
【００１６】上で論じたように、本発明の半導体光増幅
器は、利得最高波長λｐｋから数ｎｍだけ分離した最小
反射率の波長λｍｉｎ をもつ反射防止膜を使用する。 本発明の光増幅器が高バイアス電流で動作される時、λ
ｐｋが最大利得波長であり面反射率が特に低くはないた
めλｐｋで強い誘発放出がある。このように、この装置
は、この波長でレーザ同様に動作し、出力電力Ｐｓｔ
で誘発放出を起こす。キャリア密度分布は、周波数ｆ１
０で特性緩和発振同調を示す。 ｆ１０ ＝ π／２ ｛ｄＧ／ｄＮ α
Ｓｓｔ｝１／２ （３）ここで
、ｄＧ／ｄＮは微分利得であり、αはλｓｔでのキャビ
ティ欠損であり、Ｓｓｔはキャビティ内での光子密度で
ある。一般的なレーザにおけるように、共振周波数は、
装置のパラメータと刺激出力電力に依存する１〜１０Ｇ
Ｈｚの範囲にある。周波数ωで変調される電気信号δＩ
ωが装置へ印加されるか、または周波数ωで輝度変調成
分を使用して光信号（Ｐ０ ＋δＰω）がキャビティへ
注入されると、その後キャリア密度は特性行動で応答す
る。 δＮ（ω） ∝ １／｛（ω−ω０ ）２ ＋
ω２ Γ２ ｝ （４）ここでδＮ（ω
）は周波数ωでの注入キャリア密度内の変移であり、ω
０は共振周波数であり、Γは制動要素である。本発明の
装置は多くのレーザ固有の特徴を有し、面反射率は最小
反射率の波長λｍｉｎ 付近の光の波長では非常に低く
、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔの空洞共振を強列に圧縮し、
そしてこの装置は、次の式（５）で示される利得Ｇをも
つ線形増幅器として動作する。 Ｇ ＝ ｅｘｐ（ｇＬ）
（
５）ここで、ｇはλｍｉｎ での単位長さあたりのモー
ド利得であり、Ｌはキャビティ長である。波長λｍｉｎ
での光信号Ｐｉｎがキャビティへ発信されると、その
後出力光信号電力は次の式（６）のように与えられる。 Ｐｏｕｔ ＋ ＧＰｉｎ
（６）
器は、利得最高波長λｐｋから数ｎｍだけ分離した最小
反射率の波長λｍｉｎ をもつ反射防止膜を使用する。 本発明の光増幅器が高バイアス電流で動作される時、λ
ｐｋが最大利得波長であり面反射率が特に低くはないた
めλｐｋで強い誘発放出がある。このように、この装置
は、この波長でレーザ同様に動作し、出力電力Ｐｓｔ
で誘発放出を起こす。キャリア密度分布は、周波数ｆ１
０で特性緩和発振同調を示す。 ｆ１０ ＝ π／２ ｛ｄＧ／ｄＮ α
Ｓｓｔ｝１／２ （３）ここで
、ｄＧ／ｄＮは微分利得であり、αはλｓｔでのキャビ
ティ欠損であり、Ｓｓｔはキャビティ内での光子密度で
ある。一般的なレーザにおけるように、共振周波数は、
装置のパラメータと刺激出力電力に依存する１〜１０Ｇ
Ｈｚの範囲にある。周波数ωで変調される電気信号δＩ
ωが装置へ印加されるか、または周波数ωで輝度変調成
分を使用して光信号（Ｐ０ ＋δＰω）がキャビティへ
注入されると、その後キャリア密度は特性行動で応答す
る。 δＮ（ω） ∝ １／｛（ω−ω０ ）２ ＋
ω２ Γ２ ｝ （４）ここでδＮ（ω
）は周波数ωでの注入キャリア密度内の変移であり、ω
０は共振周波数であり、Γは制動要素である。本発明の
装置は多くのレーザ固有の特徴を有し、面反射率は最小
反射率の波長λｍｉｎ 付近の光の波長では非常に低く
、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔの空洞共振を強列に圧縮し、
そしてこの装置は、次の式（５）で示される利得Ｇをも
つ線形増幅器として動作する。 Ｇ ＝ ｅｘｐ（ｇＬ）
（
５）ここで、ｇはλｍｉｎ での単位長さあたりのモー
ド利得であり、Ｌはキャビティ長である。波長λｍｉｎ
での光信号Ｐｉｎがキャビティへ発信されると、その
後出力光信号電力は次の式（６）のように与えられる。 Ｐｏｕｔ ＋ ＧＰｉｎ
（６）
【００１７】方程式（１）で与えられた
周波数応答をもつ従来の光増幅器と違って、本発明の装
置は、方程式（４）によって与えられるレーザ同様の高
周波数応答で動作する。従来の光増幅器の周波数応答は
図３に曲線４０として図示されている。ここで使用され
ているような周波数応答は、増幅器の電極に印加される
変調周波数の関数のような輝度あるいは光学的キャリア
の位相変調を示している。本発明に従う光増幅器の周波
数は図３の曲線４２として図示されている。
周波数応答をもつ従来の光増幅器と違って、本発明の装
置は、方程式（４）によって与えられるレーザ同様の高
周波数応答で動作する。従来の光増幅器の周波数応答は
図３に曲線４０として図示されている。ここで使用され
ているような周波数応答は、増幅器の電極に印加される
変調周波数の関数のような輝度あるいは光学的キャリア
の位相変調を示している。本発明に従う光増幅器の周波
数は図３の曲線４２として図示されている。
【００１８】低バイアスで３ｄＢ以下の利得リプルをも
つ従来の方法で動作される半導体光増幅器の輝度変調周
波数応答を図４の曲線４６に示す。曲線４６は、各面が
反射防止膜で被覆された従来の埋込みヘテロ構造の半導
体レーザ増幅器を使って得られる。増幅器は２６ｍＡの
バイアス電流で動作され、この電流は３ｄＢの利得リプ
ルと１０ｄＢのチップ利得をもたらす。曲線４６は周波
数応答が急速に減少し５００ＭＨｚで１０ｄＢまで降下
し続ける。
つ従来の方法で動作される半導体光増幅器の輝度変調周
波数応答を図４の曲線４６に示す。曲線４６は、各面が
反射防止膜で被覆された従来の埋込みヘテロ構造の半導
体レーザ増幅器を使って得られる。増幅器は２６ｍＡの
バイアス電流で動作され、この電流は３ｄＢの利得リプ
ルと１０ｄＢのチップ利得をもたらす。曲線４６は周波
数応答が急速に減少し５００ＭＨｚで１０ｄＢまで降下
し続ける。
【００１９】高バイアス電流レベルで動作される図４を
得るのに使用された同一の半導体光増幅器の輝度変調周
波数応答を図５の曲線５０として図示した。曲線５０は
、５６ｍＡのバイアス電流の状態の下で得られた。この
電流は１０ｄＢの利得リプルと１８ｄＢのチップ利得を
もたらした。曲線５０は、増幅器が３．５ＧＨｚと同じ
高周波数で顕著な応答を示すことを図示している。
得るのに使用された同一の半導体光増幅器の輝度変調周
波数応答を図５の曲線５０として図示した。曲線５０は
、５６ｍＡのバイアス電流の状態の下で得られた。この
電流は１０ｄＢの利得リプルと１８ｄＢのチップ利得を
もたらした。曲線５０は、増幅器が３．５ＧＨｚと同じ
高周波数で顕著な応答を示すことを図示している。
【００２０】ミリアンペアレベルでのドライブ信号の振
幅へ標準化されるラジアンレベルの光増幅器の位相変調
指数の測定値が、図６に種々の直流バイアス電流での変
調周波数関数としてプロットされている。図６にプロッ
トされたデータは２４〜６０ｍＡの範囲のバイアス電流
で動作する図４及び５を得るために使用された同一の半
導体光増幅器を使って得られた。５５ｍＡ及び６０ｍＡ
のバイアス電流における光増幅器は、ＤＣ〜３．５ＧＨ
ｚでは比較的変化のない位相応答を示す。
幅へ標準化されるラジアンレベルの光増幅器の位相変調
指数の測定値が、図６に種々の直流バイアス電流での変
調周波数関数としてプロットされている。図６にプロッ
トされたデータは２４〜６０ｍＡの範囲のバイアス電流
で動作する図４及び５を得るために使用された同一の半
導体光増幅器を使って得られた。５５ｍＡ及び６０ｍＡ
のバイアス電流における光増幅器は、ＤＣ〜３．５ＧＨ
ｚでは比較的変化のない位相応答を示す。
【００２１】本発明の好ましい実施例と現在考えられる
ものを図示し説明してきたけれども、当業者であれば、
本発明の技術思想から逸脱することなく種々の変更及び
修正が可能であることは明白であろう。かかる変更及び
修正は全て本発明の技術思想に包含されるべきものであ
る。
ものを図示し説明してきたけれども、当業者であれば、
本発明の技術思想から逸脱することなく種々の変更及び
修正が可能であることは明白であろう。かかる変更及び
修正は全て本発明の技術思想に包含されるべきものであ
る。
【図１】半導体光増幅器の簡略図。
【図２】半導体光増幅器の簡略図。
【図３】従来技術の光増幅器と本発明に従う光増幅器の
電気周波数応答のグラフ。
電気周波数応答のグラフ。
【図４】従来技術に従う半導体光増幅器の電気周波数応
答のグラフ。
答のグラフ。
【図５】本発明に従う半導体光増幅器の電気周波数応答
のグラフ。
のグラフ。
【図６】微分バイアス電流レベルに対する変調周波数の
関数としての半導体光増幅器の位相変調のグラフ。
関数としての半導体光増幅器の位相変調のグラフ。
１０ 活性領域
１２ 下方被覆層
１４ 上方被覆層
１６ 基板
１８ キャップ層
２０ 光学軸
２４ 面
２６ 面
３０ 電極
３２ 電極
３４ バイアス電流源
３６ 反射防止膜
３８ 反射防止膜
Claims (14)
- 【請求項１】 活性領域と基板が半導体ダイオードを
画定し前記活性領域が光学キャビティを画定する向き合
う端部に面をもち前記光学キャビティが利得最高波長λ
ｐｋで最大光学利得をもつように半導体基板上に形成さ
れる前記活性領域と、上方及び下方の被覆層と、キャッ
プ層と、前記利得最高波長と波長より短い距離で分離さ
れる最小反射率の波長λｍｉｎ をもつ反射防止膜であ
って、前記各面上にある前記反射防止膜と、前記半導体
ダイオードの誘発放出しきいバイアス電流より大きいバ
イアス電流を前記半導体ダイオードに供給するためのバ
イアス電流手段と、前記反射防止膜の最小反射率の波長
λｍｉｎ かその付近の波長をもつ入力光信号であって
、前記入力光信号を前記面の１つを通過して前記光学キ
ャビティへ注入するための手段と、を有する半導体光増
幅器。 - 【請求項２】 利得最高波長λｐｋが５〜３０ｎｍだ
け最小反射率の波長λｍｉｎ から分離される前記１に
記載の半導体光増幅器。 - 【請求項３】 利得最高波長λｐｋは、利得最高波長
での反射防止膜の反射率が最小反射率より約２〜１００
倍大きくなるように最小反射率の波長λｍｉｎ から分
離される前記１に記載の半導体光増幅器。 - 【請求項４】 増幅器を経由して送り出す光信号が変
調信号により位相変調されるように前記変調信号を用い
て前記バイアス電流を変調するための手段、をさらに有
する前記１に記載の半導体光増幅器。 - 【請求項５】 前記基板がＩｎＰから成り、前記活性
領域がＩｎＧａＡｓＰから成る前記１に記載の半導体光
増幅器。 - 【請求項６】 前記バイアス電流手段が、誘発放出し
きいバイアス電流より約１〜４倍大きいバイアス電流を
前記半導体ダイオードへ供給する前記１に記載の半導体
光増幅器。 - 【請求項７】 利得最高波長λｐｋでの反射防止膜の
反射率が約１０−４〜１０−３である前記１に記載の半
導体光増幅器。 - 【請求項８】 前記入力光信号は、輝度変調され、前
記入力光信号の輝度変調として典型的な電気信号を供給
するために前記半導体ダイオードに接続される手段をさ
らに有する前記１に記載の半導体光増幅器。 - 【請求項９】 光学キャビティの最大光学利得の利得
最高波長λｐｋから分離している向き合う端部にあって
最小反射率の波長λｍｉｎ の反射防止膜をもつ面を有
する光学キャビティを提供する段階と、前記光学キャビ
ティに前記光学キャビティの誘発放出しきいバイアス電
流よりも大きいバイアス電流を供給する段階と、前記反
射防止膜の実質的に最小反射率の波長λｍｉｎ である
波長をもつ入力光信号であって、前記入力光信号を前記
面の１つを通過して前記光学キャビティへ注入する段階
、を有する半導体光増幅器を動作する方法。 - 【請求項１０】 誘発放出しきいバイアス電流より約
１〜４倍大きいバイアス電流を供給する段階を有する請
求項９に記載の方法。 - 【請求項１１】 光学キャビティを提供する段階が最
小反射率の波長λｍｉｎから利得最高波長λｐｋを約５
〜３０ｎｍだけ分離することを含んでいる請求項９に記
載の方法。 - 【請求項１２】 活性領域と基板が半導体ダイオード
を画定し、前記活性領域が利得最高波長λｐｋで最大光
学利得をもつ光学キャビティを画定している向き合う端
部に面をもち、各面が反射防止膜をもち、前記反射防止
膜が波長より短い距離で前記利得最高波長と分離される
最小反射率の波長λｍｉｎ をもっているような半導体
基板上に形成される前記活性領域と、上方及び下方被覆
層と、キャップ層と、前記半導体ダイオードの誘発放出
しきいバイアス電流より大きいバイアス電流を前記半導
体ダイオードへ供給するためのバイアス電流手段と、前
記面の１つを通過して前記光学キャビティへ入力光信号
を注入するための手段と、を有する半導体光増幅器。 - 【請求項１３】 前記バイアス電流手段が、誘発放出
しきいバイアス電流より約１〜４倍大きいバイアス電流
を半導体ダイオードへ供給する請求項１２に記載の半導
体光増幅器。 - 【請求項１４】 増幅器を経由して送り出す光信号が
変調信号により位相変調されるように前記変調信号を用
いて前記バイアス電流を変調するための手段をさらに有
する前記１３に記載の半導体光増幅器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/636,526 US5119039A (en) | 1990-12-31 | 1990-12-31 | Semiconductor optical amplifier with wideband electrical response |
| US636526 | 1990-12-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04322475A true JPH04322475A (ja) | 1992-11-12 |
Family
ID=24552279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3351189A Withdrawn JPH04322475A (ja) | 1990-12-31 | 1991-12-13 | 広帯域電気応答を備えた半導体光増幅器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5119039A (ja) |
| EP (1) | EP0493776A3 (ja) |
| JP (1) | JPH04322475A (ja) |
| CA (1) | CA2057374A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5282080A (en) * | 1991-12-09 | 1994-01-25 | Sdl, Inc. | Surface coupled optical amplifier |
| US5299057A (en) * | 1992-10-29 | 1994-03-29 | Gte Laboratories Incorporated | Monolithically integrated optical amplifier and photodetector tap |
| US5436759A (en) * | 1994-06-14 | 1995-07-25 | The Regents Of The University Of California | Cross-talk free, low-noise optical amplifier |
| DE69510331T2 (de) * | 1994-12-12 | 1999-11-25 | Uniphase Opto Holdings Inc., San Jose | Halbleiterlaserdiodenverstärker und dessen herstellung |
| JP4146800B2 (ja) * | 2002-01-09 | 2008-09-10 | 株式会社アドバンテスト | 位相変調回路、試験装置、及び通信システム |
| US6943939B1 (en) * | 2002-03-19 | 2005-09-13 | Finisar Corporation | Optical amplifier with damped relaxation oscillation |
| US8970948B2 (en) | 2012-09-12 | 2015-03-03 | Innovative Photonic Solutions, Inc. | Method and system for operating semiconductor optical amplifiers |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1251845A (en) * | 1984-08-06 | 1989-03-28 | Ian D. Henning | Optical amplification |
| GB8612956D0 (en) * | 1986-05-28 | 1986-07-02 | British Telecomm | Optical signal regenerator |
| US4860276A (en) * | 1986-09-18 | 1989-08-22 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Micro optical head with an optically switched laser diode |
| JPS63205984A (ja) * | 1987-02-23 | 1988-08-25 | Mitsubishi Electric Corp | 面発光型半導体レ−ザ |
| JPH0817259B2 (ja) * | 1987-11-30 | 1996-02-21 | 松下電器産業株式会社 | 光増幅器 |
| US4965525A (en) * | 1989-11-13 | 1990-10-23 | Bell Communications Research, Inc. | Angled-facet flared-waveguide traveling-wave laser amplifiers |
-
1990
- 1990-12-31 US US07/636,526 patent/US5119039A/en not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-12-10 CA CA002057374A patent/CA2057374A1/en not_active Abandoned
- 1991-12-13 JP JP3351189A patent/JPH04322475A/ja not_active Withdrawn
- 1991-12-23 EP EP19910122116 patent/EP0493776A3/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0493776A3 (en) | 1992-10-21 |
| CA2057374A1 (en) | 1992-07-01 |
| US5119039A (en) | 1992-06-02 |
| EP0493776A2 (en) | 1992-07-08 |
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