JPH07307512A - 光駆動超高速強制モード同期レーザ装置 - Google Patents
光駆動超高速強制モード同期レーザ装置Info
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- JPH07307512A JPH07307512A JP9881794A JP9881794A JPH07307512A JP H07307512 A JPH07307512 A JP H07307512A JP 9881794 A JP9881794 A JP 9881794A JP 9881794 A JP9881794 A JP 9881794A JP H07307512 A JPH07307512 A JP H07307512A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 短光パルスを発生させる超高速強制モード同
期レーザ装置に関し、光駆動によって超高速の強制モー
ド同期動作を可能にする。 【構成】 ファブリーペロー共振器構造の多重量子井戸
半導体レーザの共振器中央部に、光導波路のｐｎ接合に
逆バイアスを印加する逆バイアス印加電極を備え、その
両側に光導波路のｐｎ接合に順バイアスを印加する順バ
イアス印加電極を備え、さらにレーザの屈折率をｎ、レ
ーザの共振器長をＬ、真空中の光速をｃとして、ｃ／ｎ
Ｌまたはその整数倍の繰り返し周波数を有する短光パル
ス列を発生する短光パルス列発生手段と、その短光パル
ス列を逆バイアス印加電極の下部の光導波路に入力する
光横注入導波路とを備える。
期レーザ装置に関し、光駆動によって超高速の強制モー
ド同期動作を可能にする。 【構成】 ファブリーペロー共振器構造の多重量子井戸
半導体レーザの共振器中央部に、光導波路のｐｎ接合に
逆バイアスを印加する逆バイアス印加電極を備え、その
両側に光導波路のｐｎ接合に順バイアスを印加する順バ
イアス印加電極を備え、さらにレーザの屈折率をｎ、レ
ーザの共振器長をＬ、真空中の光速をｃとして、ｃ／ｎ
Ｌまたはその整数倍の繰り返し周波数を有する短光パル
ス列を発生する短光パルス列発生手段と、その短光パル
ス列を逆バイアス印加電極の下部の光導波路に入力する
光横注入導波路とを備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば光通信または光
計測用の光源として、短光パルスを発生させる超高速強
制モード同期レーザ装置に関する。特に、光駆動によっ
て超高速の強制モード同期動作を可能にした光駆動超高
速強制モード同期レーザ装置に関する。
計測用の光源として、短光パルスを発生させる超高速強
制モード同期レーザ装置に関する。特に、光駆動によっ
て超高速の強制モード同期動作を可能にした光駆動超高
速強制モード同期レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は、従来の超高速強制モード同期レ
ーザ装置の構成を示す（参考文献：M.C. Wu et al., "T
ransform-limited 1.4ps optical pulses from a monol
ithiccolliding-pulse mode-locked quantum well lase
r", Appl.Lett.,vol.57,No.8,pp.759-761,1990)。
ーザ装置の構成を示す（参考文献：M.C. Wu et al., "T
ransform-limited 1.4ps optical pulses from a monol
ithiccolliding-pulse mode-locked quantum well lase
r", Appl.Lett.,vol.57,No.8,pp.759-761,1990)。
【０００３】図において、１１はＭＱＷ（多重量子井
戸）半導体レーザ、１２ａ，１２ｂはＭＱＷ半導体レー
ザ１１の劈開面で光強度の一部を透過する反射鏡、１３
はレーザ共振器の中央に位置する逆バイアス印加電極、
１５ａ，１５ｂは順バイアス印加電極、１７は高周波印
加電極である。本構成では、ファブリーペロー共振器構
造のＭＱＷ半導体レーザ１１の上部ストライプ電極を５
分割する。中央の電極を逆バイアス印加電極１３として
ｐｎ接合の逆バイアスを印加し、その下部の光導波路を
過飽和吸収体１４として動作させる。レーザの両端に近
い２電極を高周波印加電極１７として高周波信号を印加
し、モードロッカーとして動作させる。逆バイアス印加
電極１３と高周波印加電極１７との間を順バイアス印加
電極１５ａ，１５ｂとして順バイアスを印加し、その下
部の光導波路に光増幅作用をもたせている。
戸）半導体レーザ、１２ａ，１２ｂはＭＱＷ半導体レー
ザ１１の劈開面で光強度の一部を透過する反射鏡、１３
はレーザ共振器の中央に位置する逆バイアス印加電極、
１５ａ，１５ｂは順バイアス印加電極、１７は高周波印
加電極である。本構成では、ファブリーペロー共振器構
造のＭＱＷ半導体レーザ１１の上部ストライプ電極を５
分割する。中央の電極を逆バイアス印加電極１３として
ｐｎ接合の逆バイアスを印加し、その下部の光導波路を
過飽和吸収体１４として動作させる。レーザの両端に近
い２電極を高周波印加電極１７として高周波信号を印加
し、モードロッカーとして動作させる。逆バイアス印加
電極１３と高周波印加電極１７との間を順バイアス印加
電極１５ａ，１５ｂとして順バイアスを印加し、その下
部の光導波路に光増幅作用をもたせている。
【０００４】過飽和吸収体は、光の吸収損失が入射光強
度が増加するに従って減少する媒質であり、色素や半導
体が通常用いられる。特に波長1.55μｍ帯の光に対して
は、ＭＱＷ（多重量子井戸）構造の半導体導波路を逆バ
イアスで使用することにより、過飽和吸収体として動作
することが確認されている（Y.K.Chen et al.,"Mono-li
thic colliding-pulse mode-locked quantum well lase
r", in Tech. Digestof Conference on Lasers and Ele
ctro-optics(CLEO'91), No.CWK#,pp.304-307,1991) 。
本従来構成では、この原理を利用して逆バイアス印加電
極１３に逆バイアスを印加することにより、逆バイアス
印加電極下部の光導波路を過飽和吸収体１４として用い
ている。
度が増加するに従って減少する媒質であり、色素や半導
体が通常用いられる。特に波長1.55μｍ帯の光に対して
は、ＭＱＷ（多重量子井戸）構造の半導体導波路を逆バ
イアスで使用することにより、過飽和吸収体として動作
することが確認されている（Y.K.Chen et al.,"Mono-li
thic colliding-pulse mode-locked quantum well lase
r", in Tech. Digestof Conference on Lasers and Ele
ctro-optics(CLEO'91), No.CWK#,pp.304-307,1991) 。
本従来構成では、この原理を利用して逆バイアス印加電
極１３に逆バイアスを印加することにより、逆バイアス
印加電極下部の光導波路を過飽和吸収体１４として用い
ている。
【０００５】高周波印加電極１７に高周波信号を印加す
ると、その振幅に応じて高周波印加電極下部の光導波路
の損失（または利得）が変化する。これにより、高周波
印加電極下部の光導波路を光パルスのシャッタとして作
用させることができる。すなわち、高周波印加電極１７
に高周波信号を印加したときに、高周波印加電極下部の
光導波路の損失が減少するとシャッタが開き、光導波路
の損失が増加するとシャッタが閉じる。
ると、その振幅に応じて高周波印加電極下部の光導波路
の損失（または利得）が変化する。これにより、高周波
印加電極下部の光導波路を光パルスのシャッタとして作
用させることができる。すなわち、高周波印加電極１７
に高周波信号を印加したときに、高周波印加電極下部の
光導波路の損失が減少するとシャッタが開き、光導波路
の損失が増加するとシャッタが閉じる。
【０００６】いま、高周波印加電極１７に高周波信号を
印加してシャッタを開くと、図８に示すようにレーザ共
振器の左右両端から中央に向かって光パルスが伝搬しは
じめる。本レーザは左右対称の構造になっているので、
両パルスの波形，振幅，速度は同じであり、レーザ中央
部で同じ波形の２つの光パルスが衝突することになる。
このとき、真空中の光速をｃ、レーザの屈折率をｎ、レ
ーザの共振器長をＬとし、高周波印加電極１７に印加す
る高周波信号の周波数ｆを ｆ＝ｃ／ｎＬ とすると、レーザの一方の端面を出発した光パルスが他
方の端面に到着する時にちょうど他方の端面のシャッタ
が開くことになるので、強制モード同期の条件が満たさ
れることになる。
印加してシャッタを開くと、図８に示すようにレーザ共
振器の左右両端から中央に向かって光パルスが伝搬しは
じめる。本レーザは左右対称の構造になっているので、
両パルスの波形，振幅，速度は同じであり、レーザ中央
部で同じ波形の２つの光パルスが衝突することになる。
このとき、真空中の光速をｃ、レーザの屈折率をｎ、レ
ーザの共振器長をＬとし、高周波印加電極１７に印加す
る高周波信号の周波数ｆを ｆ＝ｃ／ｎＬ とすると、レーザの一方の端面を出発した光パルスが他
方の端面に到着する時にちょうど他方の端面のシャッタ
が開くことになるので、強制モード同期の条件が満たさ
れることになる。
【０００７】また、レーザの左右両端から中央に向かっ
て伝搬する２つの光パルスがレーザ中央部で衝突すると
光の定在波ができ、この定在波のピーク強度が高くな
る。一方、逆バイアス印加電極１３に逆バイアスを印加
して過飽和吸収体１４として作用するレーザ中央部で
は、過飽和吸収体１４のシャッタ作用により光パルスは
波形整形された急峻な短光パルスとなる。以上の原理
は、藤井陽一，西沢一 編、「先端光技術（アグネ承風
社）」 110〜129 頁に説明されている。
て伝搬する２つの光パルスがレーザ中央部で衝突すると
光の定在波ができ、この定在波のピーク強度が高くな
る。一方、逆バイアス印加電極１３に逆バイアスを印加
して過飽和吸収体１４として作用するレーザ中央部で
は、過飽和吸収体１４のシャッタ作用により光パルスは
波形整形された急峻な短光パルスとなる。以上の原理
は、藤井陽一，西沢一 編、「先端光技術（アグネ承風
社）」 110〜129 頁に説明されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の超高速強制モード同期レーザ装置では、半導体基板
上に設けられた高周波印加電極１７から高周波信号（ク
ロック）を印加して強制モード同期動作をさせている。
しかし、高周波信号の周波数が高くなると、電極の寄生
容量によって高周波信号が減衰して強制モード同期動作
ができなくなることが知られている。上述のチェン氏ら
の文献でも強制モード同期状態では動作速度の上限は約
40ＧHzとされている。
来の超高速強制モード同期レーザ装置では、半導体基板
上に設けられた高周波印加電極１７から高周波信号（ク
ロック）を印加して強制モード同期動作をさせている。
しかし、高周波信号の周波数が高くなると、電極の寄生
容量によって高周波信号が減衰して強制モード同期動作
ができなくなることが知られている。上述のチェン氏ら
の文献でも強制モード同期状態では動作速度の上限は約
40ＧHzとされている。
【０００９】一方、外部から同期クロックを強制しない
受動モード同期（自励振動）においては、同文献で 350
ＧHzの動作速度が確認されている。これは、ＭＱＷ半導
体レーザを用いた従来の超高速強制モード同期レーザ装
置が 350ＧHzの動作速度でも動作可能なことを示してい
る。しかし、電気駆動系の制限（電極の寄生容量）によ
って強制モード同期では高々40ＧHz程度が限界となって
いた。
受動モード同期（自励振動）においては、同文献で 350
ＧHzの動作速度が確認されている。これは、ＭＱＷ半導
体レーザを用いた従来の超高速強制モード同期レーザ装
置が 350ＧHzの動作速度でも動作可能なことを示してい
る。しかし、電気駆動系の制限（電極の寄生容量）によ
って強制モード同期では高々40ＧHz程度が限界となって
いた。
【００１０】本発明は、ＭＱＷ半導体レーザの高速性
と、動作速度が電気駆動系に起因して制限される点に着
目し、光駆動によって超高速の強制モード同期動作を可
能にする光駆動超高速強制モード同期レーザ装置を提供
することを目的とする。
と、動作速度が電気駆動系に起因して制限される点に着
目し、光駆動によって超高速の強制モード同期動作を可
能にする光駆動超高速強制モード同期レーザ装置を提供
することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の光駆動
超高速強制モード同期レーザ装置は、ファブリーペロー
共振器構造のレーザの共振器中央部に、入射光強度が増
加するに従って光の吸収損失が減少する過飽和吸収体を
備え、さらにレーザの屈折率をｎ、レーザの共振器長を
Ｌ、真空中の光速をｃとして、ｃ／ｎＬまたはその整数
倍の繰り返し周波数を有する短光パルス列を発生する短
光パルス列発生手段と、その短光パルス列を過飽和吸収
体に入力する光注入手段とを備える。
超高速強制モード同期レーザ装置は、ファブリーペロー
共振器構造のレーザの共振器中央部に、入射光強度が増
加するに従って光の吸収損失が減少する過飽和吸収体を
備え、さらにレーザの屈折率をｎ、レーザの共振器長を
Ｌ、真空中の光速をｃとして、ｃ／ｎＬまたはその整数
倍の繰り返し周波数を有する短光パルス列を発生する短
光パルス列発生手段と、その短光パルス列を過飽和吸収
体に入力する光注入手段とを備える。
【００１２】請求項２に記載の光駆動超高速強制モード
同期レーザ装置は、請求項１の構成に加えて、レーザ共
振器中の過飽和吸収体の両側に、透過光波長が可変の波
長可変光学フィルタと、光の遅延時間が可変の可変光遅
延器とを備える。
同期レーザ装置は、請求項１の構成に加えて、レーザ共
振器中の過飽和吸収体の両側に、透過光波長が可変の波
長可変光学フィルタと、光の遅延時間が可変の可変光遅
延器とを備える。
【００１３】請求項３に記載の光駆動超高速強制モード
同期レーザ装置は、ファブリーペロー共振器構造の多重
量子井戸半導体レーザの共振器中央部に、光導波路のｐ
ｎ接合に逆バイアスを印加する逆バイアス印加電極を備
え、その両側に光導波路のｐｎ接合に順バイアスを印加
する順バイアス印加電極を備え、さらにレーザの屈折率
をｎ、レーザの共振器長をＬ、真空中の光速をｃとし
て、ｃ／ｎＬまたはその整数倍の繰り返し周波数を有す
る短光パルス列を発生する短光パルス列発生手段と、そ
の短光パルス列を逆バイアス印加電極の下部の光導波路
に入力する光横注入導波路とを備える。
同期レーザ装置は、ファブリーペロー共振器構造の多重
量子井戸半導体レーザの共振器中央部に、光導波路のｐ
ｎ接合に逆バイアスを印加する逆バイアス印加電極を備
え、その両側に光導波路のｐｎ接合に順バイアスを印加
する順バイアス印加電極を備え、さらにレーザの屈折率
をｎ、レーザの共振器長をＬ、真空中の光速をｃとし
て、ｃ／ｎＬまたはその整数倍の繰り返し周波数を有す
る短光パルス列を発生する短光パルス列発生手段と、そ
の短光パルス列を逆バイアス印加電極の下部の光導波路
に入力する光横注入導波路とを備える。
【００１４】
【作用】請求項１に記載の構成では、レーザの共振器中
央部に配置された過飽和吸収体部分に、ｃ／ｎＬまたは
その整数倍の繰り返し周波数を有する短光パルス列を入
射する。このとき、共振器中を伝搬する光パルスは過飽
和吸収体で損失を受けず、モードロッカとして機能させ
ることができる。すなわち、光信号による超高速の強制
モード同期動作が可能になる。
央部に配置された過飽和吸収体部分に、ｃ／ｎＬまたは
その整数倍の繰り返し周波数を有する短光パルス列を入
射する。このとき、共振器中を伝搬する光パルスは過飽
和吸収体で損失を受けず、モードロッカとして機能させ
ることができる。すなわち、光信号による超高速の強制
モード同期動作が可能になる。
【００１５】請求項２に記載の構成では、さらに波長可
変光学フィルタをレーザ共振器中に挿入することにより
レーザの発振波長を変化させることができる。可変光遅
延器は、レーザの発振波長の変化に伴うレーザの共振周
波数の変化を補償する。
変光学フィルタをレーザ共振器中に挿入することにより
レーザの発振波長を変化させることができる。可変光遅
延器は、レーザの発振波長の変化に伴うレーザの共振周
波数の変化を補償する。
【００１６】請求項３に記載の構成では、ファブリーペ
ロー共振器構造の多重量子井戸半導体レーザの共振器中
央部に逆バイアスを印加して過飽和吸収体として動作さ
せる。この過飽和吸収体部分に、ｃ／ｎＬまたはその整
数倍の繰り返し周波数を有する短光パルス列を入射する
と、共振器中を伝搬する光パルスは過飽和吸収体で損失
を受けず、モードロッカとして機能させることができ
る。すなわち、光信号による駆動が実現し、電極の寄生
容量に影響されずに超高速の強制モード同期動作が可能
になる。
ロー共振器構造の多重量子井戸半導体レーザの共振器中
央部に逆バイアスを印加して過飽和吸収体として動作さ
せる。この過飽和吸収体部分に、ｃ／ｎＬまたはその整
数倍の繰り返し周波数を有する短光パルス列を入射する
と、共振器中を伝搬する光パルスは過飽和吸収体で損失
を受けず、モードロッカとして機能させることができ
る。すなわち、光信号による駆動が実現し、電極の寄生
容量に影響されずに超高速の強制モード同期動作が可能
になる。
【００１７】
【実施例】図１は、本発明の第１実施例の構成を示す
（請求項３）。図において、１１はＭＱＷ（多重量子井
戸）半導体レーザである。ＭＱＷ半導体レーザ１１の劈
開面は光強度の一部を透過する反射鏡１２ａ，１２ｂを
形成しており、この２つの反射鏡１２ａ，１２ｂによっ
てファブリーペロー共振器が構成される。このファブリ
ーペロー共振器構造のＭＱＷ半導体レーザ１１の上部ス
トライプ電極を３分割し、共振器中央部の電極を逆バイ
アス印加電極１３としてｐｎ接合の逆バイアスを印加
し、その下部の光導波路を過飽和吸収体１４として動作
させる。また、逆バイアス印加電極１３の両側の電極を
順バイアス印加電極１５ａ，１５ｂとして順バイアスを
印加し、その下部の光導波路を光増幅媒質として動作さ
せる。
（請求項３）。図において、１１はＭＱＷ（多重量子井
戸）半導体レーザである。ＭＱＷ半導体レーザ１１の劈
開面は光強度の一部を透過する反射鏡１２ａ，１２ｂを
形成しており、この２つの反射鏡１２ａ，１２ｂによっ
てファブリーペロー共振器が構成される。このファブリ
ーペロー共振器構造のＭＱＷ半導体レーザ１１の上部ス
トライプ電極を３分割し、共振器中央部の電極を逆バイ
アス印加電極１３としてｐｎ接合の逆バイアスを印加
し、その下部の光導波路を過飽和吸収体１４として動作
させる。また、逆バイアス印加電極１３の両側の電極を
順バイアス印加電極１５ａ，１５ｂとして順バイアスを
印加し、その下部の光導波路を光増幅媒質として動作さ
せる。
【００１８】短光パルス列発生手段２０は、発振器２
１，光パルス発生器２２および光パルス時分割多重回路
２３により構成される。この短光パルス列発生手段２０
から出力される光パルスは、光横注入導波路１６を介し
て逆バイアス印加電極下部の過飽和吸収体１４に入力さ
れる。以下、ＭＱＷ半導体レーザ１１内で発生する光パ
ルスと区別し、過飽和吸収体１４に外部から入力される
光パルスをクロック光パルという。
１，光パルス発生器２２および光パルス時分割多重回路
２３により構成される。この短光パルス列発生手段２０
から出力される光パルスは、光横注入導波路１６を介し
て逆バイアス印加電極下部の過飽和吸収体１４に入力さ
れる。以下、ＭＱＷ半導体レーザ１１内で発生する光パ
ルスと区別し、過飽和吸収体１４に外部から入力される
光パルスをクロック光パルという。
【００１９】本実施例構成の動作について説明する。順
バイアス印加電極１５ａ，１５ｂの下部の光導波路には
ｐｎ接合が形成されており、このｐｎ接合に数10ｍＡ程
度の順バイアス電流を流すとレーザ発振が開始する。こ
のとき逆バイアス印加電極１３に数Ｖ程度の逆バイアス
電圧を印加すると、従来技術の説明で述べたように、逆
バイアス印加電極１３の下部の光導波路が過飽和吸収体
１４として入射光強度が強いときに光の吸収が小さくな
る性質をもつ。よって、この過飽和吸収体１４の部分に
光横注入導波路１６からクロック光パルスを入射したと
きに、ＭＱＷ半導体レーザ１１の光導波路内の損失が最
も小さくなる。
バイアス印加電極１５ａ，１５ｂの下部の光導波路には
ｐｎ接合が形成されており、このｐｎ接合に数10ｍＡ程
度の順バイアス電流を流すとレーザ発振が開始する。こ
のとき逆バイアス印加電極１３に数Ｖ程度の逆バイアス
電圧を印加すると、従来技術の説明で述べたように、逆
バイアス印加電極１３の下部の光導波路が過飽和吸収体
１４として入射光強度が強いときに光の吸収が小さくな
る性質をもつ。よって、この過飽和吸収体１４の部分に
光横注入導波路１６からクロック光パルスを入射したと
きに、ＭＱＷ半導体レーザ１１の光導波路内の損失が最
も小さくなる。
【００２０】ＭＱＷ半導体レーザ１１の共振器中を伝搬
する光パルスについてみれば、光横注入導波路１６から
クロック光パルスが入射されたときに過飽和吸収体１４
を通過するときの損失が最も小さくなる。すなわち、ク
ロック光パルスが入射した過飽和吸収体１４は、強制モ
ード同期用の強度変調器と同じ作用をすることになる。
したがって、過飽和吸収体１４にクロック光パルスを入
射することにより強制モード同期動作が実現する。
する光パルスについてみれば、光横注入導波路１６から
クロック光パルスが入射されたときに過飽和吸収体１４
を通過するときの損失が最も小さくなる。すなわち、ク
ロック光パルスが入射した過飽和吸収体１４は、強制モ
ード同期用の強度変調器と同じ作用をすることになる。
したがって、過飽和吸収体１４にクロック光パルスを入
射することにより強制モード同期動作が実現する。
【００２１】ここで、本実施例構成における強制モード
同期動作について説明する。クロック光パルスが入射し
た過飽和吸収体１４を通過する光パルスとしては、左右
両方向に進む２つの光パルスが存在する。この２つの光
パルスは過飽和吸収体１４を中心にして左右対称に進む
光パルスであり、両光パルスとも過飽和吸収体１４を１
度通過してから反射鏡１２ａ，１２ｂで反射して戻って
くる時間Ｔは等しく、 Ｔ＝ｎＬ／ｃ で表される。なお、ｎはレーザの屈折率、Ｌはレーザの
共振器長、ｃは真空中の光速である。この時間Ｔの逆数
に等しい繰り返し周波数を有するクロック光パルスを過
飽和吸収体１４に入射すると、ＭＱＷ半導体レーザ１１
の共振器中を伝搬する光パルスは、過飽和吸収体１４で
損失を受けずに共振器を往復することが可能となり、強
制モード同期の条件が満足されることになる。
同期動作について説明する。クロック光パルスが入射し
た過飽和吸収体１４を通過する光パルスとしては、左右
両方向に進む２つの光パルスが存在する。この２つの光
パルスは過飽和吸収体１４を中心にして左右対称に進む
光パルスであり、両光パルスとも過飽和吸収体１４を１
度通過してから反射鏡１２ａ，１２ｂで反射して戻って
くる時間Ｔは等しく、 Ｔ＝ｎＬ／ｃ で表される。なお、ｎはレーザの屈折率、Ｌはレーザの
共振器長、ｃは真空中の光速である。この時間Ｔの逆数
に等しい繰り返し周波数を有するクロック光パルスを過
飽和吸収体１４に入射すると、ＭＱＷ半導体レーザ１１
の共振器中を伝搬する光パルスは、過飽和吸収体１４で
損失を受けずに共振器を往復することが可能となり、強
制モード同期の条件が満足されることになる。
【００２２】また、過飽和吸収体１４がＭＱＷ半導体レ
ーザ１１の共振器中央部に位置することとレーザ構造の
対称性から、共振器を互いに逆方向に往復する２つの光
パルスは過飽和吸収体１４を中心として左右対称の位置
を伝搬し、両光パルスは過飽和吸収体１４で衝突する。
このとき、過飽和吸収体１４にはクロック光パルスも同
時に入射され、さらに入射光強度が大きくなる。すなわ
ち、過飽和吸収体１４の損失がさらに小さくなり、レー
ザの動作状態が最も安定した状態となる。また、従来技
術と同様に２つの光パルスが衝突する時に光のピーク強
度が大きくなり、この過飽和吸収体１４のシャッタ作用
により共振器中を伝搬する光パルスはさらに急峻な短光
パルスとなる。
ーザ１１の共振器中央部に位置することとレーザ構造の
対称性から、共振器を互いに逆方向に往復する２つの光
パルスは過飽和吸収体１４を中心として左右対称の位置
を伝搬し、両光パルスは過飽和吸収体１４で衝突する。
このとき、過飽和吸収体１４にはクロック光パルスも同
時に入射され、さらに入射光強度が大きくなる。すなわ
ち、過飽和吸収体１４の損失がさらに小さくなり、レー
ザの動作状態が最も安定した状態となる。また、従来技
術と同様に２つの光パルスが衝突する時に光のピーク強
度が大きくなり、この過飽和吸収体１４のシャッタ作用
により共振器中を伝搬する光パルスはさらに急峻な短光
パルスとなる。
【００２３】図２は、過飽和吸収体１４の入射光パワー
と光吸収度（損失）の関係を示す。図において、ａは光
パルス１個が通過したときの入射光パワー、ｂは光パル
ス２個が衝突したときの入射光パワー、ｃは光パルス２
個が衝突するときにクロック光パルスが入射したときの
入射光パワーである。このように、光パルス１個が通過
するときよりも光パルス２個が衝突するときの光吸収度
が小さく、また光パルス２個が衝突するときにクロック
光パルスが入射すると光吸収度がさらに小さくなること
がわかる。
と光吸収度（損失）の関係を示す。図において、ａは光
パルス１個が通過したときの入射光パワー、ｂは光パル
ス２個が衝突したときの入射光パワー、ｃは光パルス２
個が衝突するときにクロック光パルスが入射したときの
入射光パワーである。このように、光パルス１個が通過
するときよりも光パルス２個が衝突するときの光吸収度
が小さく、また光パルス２個が衝突するときにクロック
光パルスが入射すると光吸収度がさらに小さくなること
がわかる。
【００２４】このように本実施例構成では、ファブリー
ペロー共振器構造のＭＱＷ半導体レーザ１１の共振器中
央部に逆バイアスを印加し、過飽和吸収体１４として動
作させる部分にクロック光パルスを入射してモードロッ
カとして機能させている。なお、過飽和吸収体１４は従
来技術と同様にシャッタ作用によって短光パルス化を図
る機能を有しており、本実施例ではさらにモードロッカ
としての機能が付加された構成になる。従来構成では高
周波印加電極に高周波信号（電気信号）を印加してモー
ドロッカとして動作させていたが、本発明によってクロ
ック光パルス（光信号）による駆動が可能となる。した
がって、従来の電気駆動の場合にみられた電極の寄生容
量による帯域制限がなく高速動作が可能となる。たとえ
ば、ＩnＧaＡs系半導体では屈折率ｎが約3.4 であるの
で、共振器長Ｌを１ｍｍとすると、クロック光パルスの
繰り返し周波数は88ＧHzとなるが十分に動作可能であ
る。
ペロー共振器構造のＭＱＷ半導体レーザ１１の共振器中
央部に逆バイアスを印加し、過飽和吸収体１４として動
作させる部分にクロック光パルスを入射してモードロッ
カとして機能させている。なお、過飽和吸収体１４は従
来技術と同様にシャッタ作用によって短光パルス化を図
る機能を有しており、本実施例ではさらにモードロッカ
としての機能が付加された構成になる。従来構成では高
周波印加電極に高周波信号（電気信号）を印加してモー
ドロッカとして動作させていたが、本発明によってクロ
ック光パルス（光信号）による駆動が可能となる。した
がって、従来の電気駆動の場合にみられた電極の寄生容
量による帯域制限がなく高速動作が可能となる。たとえ
ば、ＩnＧaＡs系半導体では屈折率ｎが約3.4 であるの
で、共振器長Ｌを１ｍｍとすると、クロック光パルスの
繰り返し周波数は88ＧHzとなるが十分に動作可能であ
る。
【００２５】ところで、このような高い繰り返し周波数
を有するクロック光パルスは、発振器２１，光パルス発
生器２２および光パルス時分割多重回路２３により構成
される短光パルス列発生手段２０により容易に生成する
ことができる。以下、クロック光パルスの生成法につい
て説明する。
を有するクロック光パルスは、発振器２１，光パルス発
生器２２および光パルス時分割多重回路２３により構成
される短光パルス列発生手段２０により容易に生成する
ことができる。以下、クロック光パルスの生成法につい
て説明する。
【００２６】まず、発振器２１によって光パルス発生器
２２が駆動され、光パルス列が出力される。光パルス発
生器２２としては、半導体レーザのゲインスイッチ法
（参考文献：A.Takada et al., "High-speed Picosecon
d Optical Pulse Compressionfrom Gain-Switched 1.3
μｍ Distributed Feedback-Laser Diode throughH
ighly Dispersive Single-Mode Fiber", IEEE Jour. Li
ghtwave Technol. vol.LT-5,pp.1525-1533,1987) や、
モード同期ファイバレーザ（参考文献：H.Takaraet al.
, "Generation of highly stable 20ＧHz transform-l
imited opticalpulses from actively mode-locked E
r3+-doped fiber lasers with an allpolarization-m
aintaining ring cavity", Electron.Lett., vol.28, p
p.2095-2096, 1992) その他を用いることができる。こ
のような光パルス発生器では、繰り返し周波数が約20Ｇ
Hz、パルス幅が５ｐｓ以下の光パルス列を発生させるこ
とができる。この光パルス発生器２２で発生させた光パ
ルス列を光パルス時分割多重回路２３に入力し、時分割
多重化によって繰り返し周波数が20ＧHzを越える高速の
光パルス（クロック光パルス）を生成する。
２２が駆動され、光パルス列が出力される。光パルス発
生器２２としては、半導体レーザのゲインスイッチ法
（参考文献：A.Takada et al., "High-speed Picosecon
d Optical Pulse Compressionfrom Gain-Switched 1.3
μｍ Distributed Feedback-Laser Diode throughH
ighly Dispersive Single-Mode Fiber", IEEE Jour. Li
ghtwave Technol. vol.LT-5,pp.1525-1533,1987) や、
モード同期ファイバレーザ（参考文献：H.Takaraet al.
, "Generation of highly stable 20ＧHz transform-l
imited opticalpulses from actively mode-locked E
r3+-doped fiber lasers with an allpolarization-m
aintaining ring cavity", Electron.Lett., vol.28, p
p.2095-2096, 1992) その他を用いることができる。こ
のような光パルス発生器では、繰り返し周波数が約20Ｇ
Hz、パルス幅が５ｐｓ以下の光パルス列を発生させるこ
とができる。この光パルス発生器２２で発生させた光パ
ルス列を光パルス時分割多重回路２３に入力し、時分割
多重化によって繰り返し周波数が20ＧHzを越える高速の
光パルス（クロック光パルス）を生成する。
【００２７】図３は、光ファイバを用いた光パルス時分
割多重回路２３の基本構成を示す。図において、３１は
入力端子、３２ａ，３２ｂは光ファイバカプラ、３３は
光ファイバ遅延線、３４は出力端子である。入力端子３
１から入射した光パルスは光ファイバカプラ３２ａによ
って２分される。２分された一方の光パルスは、光ファ
イバ遅延線３３によってＴ／２＋ｍＴ（Ｔは光パルスの
タイムスロット（１／f0）、ｍは整数）の遅延が加えら
れた後に、光ファイバカプラ３２ｂで他方の光パルスと
合波される。これにより、出力端子３４には繰り返し周
波数が２倍（２f0）のクロック光パルスが得られる。ま
た、光パルスの多重度を２より大きくする場合には、本
光パルス時分割多重回路２３を多段に接続すればよい。
ｋ段の縦続接続により光パルスの多重度は２k となる。
ただし、入射側からｋ番目の光パルス時分割多重回路に
おける光ファイバ遅延線の遅延量は、（Ｔ／２k＋ｍＴ)
である。
割多重回路２３の基本構成を示す。図において、３１は
入力端子、３２ａ，３２ｂは光ファイバカプラ、３３は
光ファイバ遅延線、３４は出力端子である。入力端子３
１から入射した光パルスは光ファイバカプラ３２ａによ
って２分される。２分された一方の光パルスは、光ファ
イバ遅延線３３によってＴ／２＋ｍＴ（Ｔは光パルスの
タイムスロット（１／f0）、ｍは整数）の遅延が加えら
れた後に、光ファイバカプラ３２ｂで他方の光パルスと
合波される。これにより、出力端子３４には繰り返し周
波数が２倍（２f0）のクロック光パルスが得られる。ま
た、光パルスの多重度を２より大きくする場合には、本
光パルス時分割多重回路２３を多段に接続すればよい。
ｋ段の縦続接続により光パルスの多重度は２k となる。
ただし、入射側からｋ番目の光パルス時分割多重回路に
おける光ファイバ遅延線の遅延量は、（Ｔ／２k＋ｍＴ)
である。
【００２８】図４は、光導波路を用いた３段８多重の光
パルス時分割多重回路２３の構成を示す（参考文献：S.
Kawanishi et al., " 100Gbit/s, 50km, and Non-Repea
tedOptical Transmission Employing All-Optical Mult
i/Demultiplexing and PLLTiming",Electronics Letter
s, vol.29,pp.1075-1076,1993)。
パルス時分割多重回路２３の構成を示す（参考文献：S.
Kawanishi et al., " 100Gbit/s, 50km, and Non-Repea
tedOptical Transmission Employing All-Optical Mult
i/Demultiplexing and PLLTiming",Electronics Letter
s, vol.29,pp.1075-1076,1993)。
【００２９】図において、４１は入力端子、４２ａ〜４
２ｄは光合波器、４３ａ〜４３ｆは光導波路、４４は出
力端子である。本回路は、図３に示す回路の３段構成の
ものをシリコン基板上に集積化した構成であり機能自体
は同じである。本回路はモノリシック集積化されている
ので、小型で温度等の変動を受けない安定した動作が可
能になっている。
２ｄは光合波器、４３ａ〜４３ｆは光導波路、４４は出
力端子である。本回路は、図３に示す回路の３段構成の
ものをシリコン基板上に集積化した構成であり機能自体
は同じである。本回路はモノリシック集積化されている
ので、小型で温度等の変動を受けない安定した動作が可
能になっている。
【００３０】なお、光パルス発生器２２として、上述の
ゲインスイッチ半導体レーザやモード同期ファイバレー
ザを用いた場合には、発生する光パルスの幅を５ｐｓ以
下にすることが可能である。したがって、図３あるいは
図４に示すような光パルス時分割多重回路２３を用いる
ことにより、 100ＧHz以上の繰り返し周波数を有するク
ロック光パルスを生成することが可能である。このよう
にして生成されたクロック光パルスは、光横注入導波路
１６を介して過飽和吸収体１４に入力される。
ゲインスイッチ半導体レーザやモード同期ファイバレー
ザを用いた場合には、発生する光パルスの幅を５ｐｓ以
下にすることが可能である。したがって、図３あるいは
図４に示すような光パルス時分割多重回路２３を用いる
ことにより、 100ＧHz以上の繰り返し周波数を有するク
ロック光パルスを生成することが可能である。このよう
にして生成されたクロック光パルスは、光横注入導波路
１６を介して過飽和吸収体１４に入力される。
【００３１】次に、第１実施例で用いたレーザ材料を半
導体に限定せず、一般的な構成に拡張したものについて
説明する。図５は、本発明の第２実施例の構成を示す
（請求項１）。
導体に限定せず、一般的な構成に拡張したものについて
説明する。図５は、本発明の第２実施例の構成を示す
（請求項１）。
【００３２】図において、過飽和吸収体５１の両側に光
増幅媒質５２ａ，５２ｂを配置し、さらにその外側に反
射鏡５３ａ，５３ｂを配置してファブリーペロー共振器
構造としている。光増幅媒質５２ａ，５２ｂとしては、
固体レーザのロッド、気体レーザ用増幅媒質、希土類ド
ープファイバ、希土類ドープ光導波路（参考文献：T.Ki
tagawa, " Rare-earth-doped planar waveguide amplif
iers", in technicaldigest of Optical Amplifiers an
d their Applications Topical Meeting (OAA'93),No.M
C-1,pp.136-139,1993) 、その他レーザ媒質であればよ
い。短光パルス列発生手段２０は、発振器２１，光パル
ス発生器２２および光パルス時分割多重回路２３により
構成される。この短光パルス列発生手段２０から出力さ
れるクロック光パルスは、光注入手段５４を介して過飽
和吸収体５１に入力される。なお、光注入手段５４には
光導波路（光横注入導波路），レンズ，その他が用いら
れる。本実施例の動作は、第１実施例と同じである。
増幅媒質５２ａ，５２ｂを配置し、さらにその外側に反
射鏡５３ａ，５３ｂを配置してファブリーペロー共振器
構造としている。光増幅媒質５２ａ，５２ｂとしては、
固体レーザのロッド、気体レーザ用増幅媒質、希土類ド
ープファイバ、希土類ドープ光導波路（参考文献：T.Ki
tagawa, " Rare-earth-doped planar waveguide amplif
iers", in technicaldigest of Optical Amplifiers an
d their Applications Topical Meeting (OAA'93),No.M
C-1,pp.136-139,1993) 、その他レーザ媒質であればよ
い。短光パルス列発生手段２０は、発振器２１，光パル
ス発生器２２および光パルス時分割多重回路２３により
構成される。この短光パルス列発生手段２０から出力さ
れるクロック光パルスは、光注入手段５４を介して過飽
和吸収体５１に入力される。なお、光注入手段５４には
光導波路（光横注入導波路），レンズ，その他が用いら
れる。本実施例の動作は、第１実施例と同じである。
【００３３】図６は、本発明の第３実施例の構成を示す
（請求項２）。図において、過飽和吸収体５１の両側に
光増幅媒質５２ａ，５２ｂを配置し、さらにその外側に
反射鏡５３ａ，５３ｂを配置してファブリーペロー共振
器構造としている。また、過飽和吸収体５１と光増幅媒
質５２ａ，５２ｂとの間に、波長可変光学フィルタ６１
と可変光遅延器６２を配置し、必要に応じて光導波路６
３を配置する。波長可変光学フィルタ６１としては、例
えば角度を変えることにより透過波長が変わる誘電体多
層膜フィルタを用いることができる。可変光遅延器６２
としては、光ファイバをピエゾ素子等を用いて力学的に
伸縮させて光路長を変化させる方法や、レーザ光を空間
ビームとして空間を伝搬する距離を可変にする方法をと
る光トロンボーン回路を用いることができる。短光パル
ス列発生手段２０は、発振器２１，光パルス発生器２２
および光パルス時分割多重回路２３により構成される。
この短光パルス列発生手段２０から出力されるクロック
光パルスは、光注入手段５４を介して過飽和吸収体５１
に入力される。
（請求項２）。図において、過飽和吸収体５１の両側に
光増幅媒質５２ａ，５２ｂを配置し、さらにその外側に
反射鏡５３ａ，５３ｂを配置してファブリーペロー共振
器構造としている。また、過飽和吸収体５１と光増幅媒
質５２ａ，５２ｂとの間に、波長可変光学フィルタ６１
と可変光遅延器６２を配置し、必要に応じて光導波路６
３を配置する。波長可変光学フィルタ６１としては、例
えば角度を変えることにより透過波長が変わる誘電体多
層膜フィルタを用いることができる。可変光遅延器６２
としては、光ファイバをピエゾ素子等を用いて力学的に
伸縮させて光路長を変化させる方法や、レーザ光を空間
ビームとして空間を伝搬する距離を可変にする方法をと
る光トロンボーン回路を用いることができる。短光パル
ス列発生手段２０は、発振器２１，光パルス発生器２２
および光パルス時分割多重回路２３により構成される。
この短光パルス列発生手段２０から出力されるクロック
光パルスは、光注入手段５４を介して過飽和吸収体５１
に入力される。
【００３４】本実施例の基本動作は、第１実施例および
第２実施例と同じである。さらに、本実施例では、波長
選択性のある波長可変光学フィルタ６１をレーザ共振器
中に挿入することにより、レーザの波長可変動作を実現
するようになっている。なお、レーザ媒質が波長分散を
有していると、レーザの発振波長の変化によって共振周
波数が変化する。これを補償する手段として可変光遅延
器６２が用いられる。
第２実施例と同じである。さらに、本実施例では、波長
選択性のある波長可変光学フィルタ６１をレーザ共振器
中に挿入することにより、レーザの波長可変動作を実現
するようになっている。なお、レーザ媒質が波長分散を
有していると、レーザの発振波長の変化によって共振周
波数が変化する。これを補償する手段として可変光遅延
器６２が用いられる。
【００３５】また、レーザを安定に動作させるために
は、過飽和吸収体５１の右側と左側で、光路長や光の利
得などの光学的特性が同じであることが望ましい。した
がって、波長可変光学フィルタ６１や可変光遅延器６２
は、過飽和吸収体５１を中心として左右に配置してその
光路長や光の損失を等しくする。ただし、両者の特性が
異なる場合には、その一方に適当な光導波路６３を挿入
して補償する。
は、過飽和吸収体５１の右側と左側で、光路長や光の利
得などの光学的特性が同じであることが望ましい。した
がって、波長可変光学フィルタ６１や可変光遅延器６２
は、過飽和吸収体５１を中心として左右に配置してその
光路長や光の損失を等しくする。ただし、両者の特性が
異なる場合には、その一方に適当な光導波路６３を挿入
して補償する。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光駆動超
高速強制モード同期レーザ装置は、強制モード同期駆動
用信号として光信号（クロック光パルス）を用いる。こ
れにより、従来の電気信号駆動では実現できなかった超
高速の強制モード同期動作を実現することができ、超高
速の短光パルス列を発生させることができる。
高速強制モード同期レーザ装置は、強制モード同期駆動
用信号として光信号（クロック光パルス）を用いる。こ
れにより、従来の電気信号駆動では実現できなかった超
高速の強制モード同期動作を実現することができ、超高
速の短光パルス列を発生させることができる。
【図１】本発明の第１実施例の構成を示すブロック図。
【図２】過飽和吸収体１４の入射光パワーと光吸収度の
関係を示す図。
関係を示す図。
【図３】光ファイバを用いた光パルス時分割多重回路２
３の基本構成を示す図。
３の基本構成を示す図。
【図４】光導波路を用いた３段８多重の光パルス時分割
多重回路２３の構成を示す図。
多重回路２３の構成を示す図。
【図５】本発明の第２実施例の構成を示すブロック図。
【図６】本発明の第３実施例の構成を示すブロック図。
【図７】従来の超高速強制モード同期レーザ装置の構成
を示すブロック図。
を示すブロック図。
【図８】従来の超高速強制モード同期レーザ装置の動作
を説明する図。
を説明する図。
１１ ＭＱＷ（多重量子井戸）半導体レーザ １２ａ，１２ｂ 反射鏡 １３ 逆バイアス印加電極 １４ 過飽和吸収体 １５ａ，１５ｂ 順バイアス印加電極 １６ 光横注入導波路 １７ 高周波印加電極 ２０ 短光パルス列発生手段 ２１ 発振器 ２２ 光パルス発生器 ２３ 光パルス時分割多重回路 ３１ 入力端子 ３２ａ，３２ｂ 光ファイバカプラ ３３ 光ファイバ遅延線 ３４ 出力端子 ４１ 入力端子 ４２ａ〜４２ｄ 光合波器 ４３ａ〜４３ｆ 光導波路 ４４ 出力端子 ５１ 過飽和吸収体 ５２ａ，５２ｂ 光増幅媒質 ５３ａ，５３ｂ 反射鏡 ５４ 光注入手段
Claims (3)
- 【請求項１】 ファブリーペロー共振器構造のレーザの
共振器中央部に、入射光強度が増加するに従って光の吸
収損失が減少する過飽和吸収体を備え、 前記レーザの屈折率をｎ、前記レーザの共振器長をＬ、
真空中の光速をｃとして、ｃ／ｎＬまたはその整数倍の
繰り返し周波数を有する短光パルス列を発生する短光パ
ルス列発生手段と、 前記短光パルス列発生手段から出力された短光パルス列
を前記過飽和吸収体に入力する光注入手段とを備えたこ
とを特徴とする光駆動超高速強制モード同期レーザ装
置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光駆動超高速強制モー
ド同期レーザ装置において、 レーザ共振器中の過飽和吸収体の両側に、透過光波長が
可変の波長可変光学フィルタと、光の遅延時間が可変の
可変光遅延器とを備えたことを特徴とする光駆動超高速
強制モード同期レーザ装置。 - 【請求項３】 ファブリーペロー共振器構造の多重量子
井戸半導体レーザの共振器中央部に、光導波路のｐｎ接
合に逆バイアスを印加する逆バイアス印加電極を備え、 前記逆バイアス印加電極の両側に、光導波路のｐｎ接合
に順バイアスを印加する順バイアス印加電極を備え、 前記レーザの屈折率をｎ、前記レーザの共振器長をＬ、
真空中の光速をｃとして、ｃ／ｎＬまたはその整数倍の
繰り返し周波数を有する短光パルス列を発生する短光パ
ルス列発生手段と、 前記短光パルス列発生手段から出力された短光パルス列
を前記逆バイアス印加電極の下部の光導波路に入力する
光横注入導波路とを備えたことを特徴とする光駆動超高
速強制モード同期レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9881794A JPH07307512A (ja) | 1994-05-12 | 1994-05-12 | 光駆動超高速強制モード同期レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9881794A JPH07307512A (ja) | 1994-05-12 | 1994-05-12 | 光駆動超高速強制モード同期レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07307512A true JPH07307512A (ja) | 1995-11-21 |
Family
ID=14229878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9881794A Pending JPH07307512A (ja) | 1994-05-12 | 1994-05-12 | 光駆動超高速強制モード同期レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07307512A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09167870A (ja) * | 1995-12-15 | 1997-06-24 | Nec Corp | 光クロック再生器 |
| US6580734B1 (en) | 1999-07-07 | 2003-06-17 | Cyoptics Ltd. | Laser wavelength stabilization |
| US6625192B2 (en) | 2000-01-20 | 2003-09-23 | Cyoptics (Israel) Ltd. | High repetition rate optical pulse generator |
| US6862136B2 (en) | 2002-01-31 | 2005-03-01 | Cyoptics Ltd. | Hybrid optical transmitter with electroabsorption modulator and semiconductor optical amplifier |
| JP5343855B2 (ja) * | 2007-10-11 | 2013-11-13 | 富士通株式会社 | 光パルス生成装置 |
| US8693508B2 (en) | 2010-07-30 | 2014-04-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Light source apparatus and image pickup apparatus equipped with same |
-
1994
- 1994-05-12 JP JP9881794A patent/JPH07307512A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09167870A (ja) * | 1995-12-15 | 1997-06-24 | Nec Corp | 光クロック再生器 |
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| JP5343855B2 (ja) * | 2007-10-11 | 2013-11-13 | 富士通株式会社 | 光パルス生成装置 |
| US8693508B2 (en) | 2010-07-30 | 2014-04-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Light source apparatus and image pickup apparatus equipped with same |
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