JPH0817259B2 - 光増幅器 - Google Patents
光増幅器Info
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- JPH0817259B2 JPH0817259B2 JP30224587A JP30224587A JPH0817259B2 JP H0817259 B2 JPH0817259 B2 JP H0817259B2 JP 30224587 A JP30224587 A JP 30224587A JP 30224587 A JP30224587 A JP 30224587A JP H0817259 B2 JPH0817259 B2 JP H0817259B2
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 33
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 8
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- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/50—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
-
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/5063—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30 operating above threshold
-
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- H01S5/5063—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30 operating above threshold
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光通信，光情報処理等の光を信号として用
いるシステムにおける、半導体より成る光利得媒質を用
いた光増幅器に関する。
いるシステムにおける、半導体より成る光利得媒質を用
いた光増幅器に関する。
従来の技術 光通信や光コンピューテング等の光を信号として用い
る通信及び情報処理は、光が高速であること、電磁誘導
に影響されにくいこと等から実用化が期待されている。
しかしながら、信号光は伝送路中の吸収や散乱等によっ
て減衰を受けるので、伝送の途中で増幅をする必要があ
る。この光増幅の一つの手段として考えられているの
が、半導体レーザ増幅器を用いた光増幅である（例え
ば、エレクトロニクス・レターズ、第23巻，第20号,105
2〜1053頁）。
る通信及び情報処理は、光が高速であること、電磁誘導
に影響されにくいこと等から実用化が期待されている。
しかしながら、信号光は伝送路中の吸収や散乱等によっ
て減衰を受けるので、伝送の途中で増幅をする必要があ
る。この光増幅の一つの手段として考えられているの
が、半導体レーザ増幅器を用いた光増幅である（例え
ば、エレクトロニクス・レターズ、第23巻，第20号,105
2〜1053頁）。
第４図に従来の光増幅器の一例を示す。401はファブ
リペロー型の半導体レーザでありレーザ発振のためのキ
ャリア密度が変わるため、利得の飽和や共振器の光学長
の変化が生じ、光出力対光入力特性に非線形性がつきま
とった。
リペロー型の半導体レーザでありレーザ発振のためのキ
ャリア密度が変わるため、利得の飽和や共振器の光学長
の変化が生じ、光出力対光入力特性に非線形性がつきま
とった。
402は、半導体レーザ401に供給されるバイアス電流を示
しており、この値はIthより低く且つ、光入力403に対し
て半導体レーザ401の活性層が利得を持つように設定さ
れる。従って半導体レーザは自らのレーザ発振は起こさ
ない。光入力403の波長は半導体レーザの利得がほぼ最
大となる波長に選ばれるのが普通である。404は光アイ
ソレータとレンズより成る部品であり、光入力403を集
光して半導体レーザ401の活性層に入射させる。このよ
うな状態の時、光入力403は半導体レーザ401の中で約10
〜100倍程度の強度に増幅され光出力405として取り出さ
れる。
しており、この値はIthより低く且つ、光入力403に対し
て半導体レーザ401の活性層が利得を持つように設定さ
れる。従って半導体レーザは自らのレーザ発振は起こさ
ない。光入力403の波長は半導体レーザの利得がほぼ最
大となる波長に選ばれるのが普通である。404は光アイ
ソレータとレンズより成る部品であり、光入力403を集
光して半導体レーザ401の活性層に入射させる。このよ
うな状態の時、光入力403は半導体レーザ401の中で約10
〜100倍程度の強度に増幅され光出力405として取り出さ
れる。
発明が解決しようとする問題点 ところが上記した構成によると、光増幅のために半導
体レーザ401の中で電子と正孔の再結合が起こる。その
ため、電子と正孔の密度が半導体レーザ401内部の光子
密度の増加と共に減少することになり、次のような２つ
の問題点を誘起する。すなわち第１の問題点は第５図の
光出力対光入力特性中に示した１の曲線のように、光入
力が大きくなると利得が飽和し、光出力の増加量が小さ
くなってしまう。次に、第２の問題点は、正孔と電子の
密度の減少に伴う屈折率の増加により半導体レーザ401
の共振器の光学長が変わり第５図の2,3の曲線のように
特性が非線形になることである。これは、光学長の変化
により共振器内を往復する光が互いに強め合ったり弱め
合ったりするからである。
体レーザ401の中で電子と正孔の再結合が起こる。その
ため、電子と正孔の密度が半導体レーザ401内部の光子
密度の増加と共に減少することになり、次のような２つ
の問題点を誘起する。すなわち第１の問題点は第５図の
光出力対光入力特性中に示した１の曲線のように、光入
力が大きくなると利得が飽和し、光出力の増加量が小さ
くなってしまう。次に、第２の問題点は、正孔と電子の
密度の減少に伴う屈折率の増加により半導体レーザ401
の共振器の光学長が変わり第５図の2,3の曲線のように
特性が非線形になることである。これは、光学長の変化
により共振器内を往復する光が互いに強め合ったり弱め
合ったりするからである。
ところが増幅器の特性は、入力に対する出力の関係が
線形であることが望まれるので、第５図のような非線形
応答はこの光増幅器の特性における大きな問題点であっ
た。
線形であることが望まれるので、第５図のような非線形
応答はこの光増幅器の特性における大きな問題点であっ
た。
問題点を解決するための手段 本発明は上記のような問題点を解決するために、半導
体レーザを用いた光増幅器において、バイアス電流をし
きい値電流より大きく設定してレーザ発振を起こすこと
により、外部から注入される光入力の強度に関係なく半
導体レーザの活性層中の正孔と電子の密度を固定するこ
とを主眼としており、以上の構成のほかに半導体レーザ
に対して光を一方的に注入するための手段と、前記半導
体レーザ固有の発振により、前記半導体レーザが発生す
るレーザ光を選択的に遮断し、かつ、前記半導体レーザ
の外部から一方的に入射させる光入力を、前記半導体レ
ーザの内部で増幅したことにより得られる光出力のみを
選択的に透過させる手段とを具備してなるものである。
体レーザを用いた光増幅器において、バイアス電流をし
きい値電流より大きく設定してレーザ発振を起こすこと
により、外部から注入される光入力の強度に関係なく半
導体レーザの活性層中の正孔と電子の密度を固定するこ
とを主眼としており、以上の構成のほかに半導体レーザ
に対して光を一方的に注入するための手段と、前記半導
体レーザ固有の発振により、前記半導体レーザが発生す
るレーザ光を選択的に遮断し、かつ、前記半導体レーザ
の外部から一方的に入射させる光入力を、前記半導体レ
ーザの内部で増幅したことにより得られる光出力のみを
選択的に透過させる手段とを具備してなるものである。
作用 上記した構成によれば、光入力の変化による正孔と電
子の密度の変動がないため、利得及び共振器の光学長が
一定に維持できるので光出力対光入力特性の線形性が保
たれる。
子の密度の変動がないため、利得及び共振器の光学長が
一定に維持できるので光出力対光入力特性の線形性が保
たれる。
実施例 第１図に本発明による実施例の構成図を示す。101は
半導体レーザでしきい値電流がIthである。これに電流
源102からIthより高い値のバイアス電流を供給する。よ
って、活性層103より波長λ１のレーザ光104が横電界姿
態（以下、TEモードと記す。）で出射される。さてこの
状態において外部より波長λ２の光入力106を注入す
る。107,108はそれぞれ光アイソレータ．レンズであ
り、光入力106が活性層103に注入され、且つ半導体レー
ザ101からの出射光が光入力104と逆方向に進行するのを
防いでいる。半導体レーザ101の右側の端面からはレー
ザ光104と、増幅光109、すなわち光入力106が活性層103
中で増幅されて出力される光の２種類の光が出射され
る。これらの光はレンズ110で平行光線に変換され、波
長フィルター105に入射する。波長フィルター105は波長
λ１を通さず波長λ２を通すように作られている。よっ
て、増幅器109のみが選択的に波長フィルター105から出
力される。尚、λ２は、λ１と等しくなく且つ半導体レ
ーザ101が利得を有する波長域内に設定される。
半導体レーザでしきい値電流がIthである。これに電流
源102からIthより高い値のバイアス電流を供給する。よ
って、活性層103より波長λ１のレーザ光104が横電界姿
態（以下、TEモードと記す。）で出射される。さてこの
状態において外部より波長λ２の光入力106を注入す
る。107,108はそれぞれ光アイソレータ．レンズであ
り、光入力106が活性層103に注入され、且つ半導体レー
ザ101からの出射光が光入力104と逆方向に進行するのを
防いでいる。半導体レーザ101の右側の端面からはレー
ザ光104と、増幅光109、すなわち光入力106が活性層103
中で増幅されて出力される光の２種類の光が出射され
る。これらの光はレンズ110で平行光線に変換され、波
長フィルター105に入射する。波長フィルター105は波長
λ１を通さず波長λ２を通すように作られている。よっ
て、増幅器109のみが選択的に波長フィルター105から出
力される。尚、λ２は、λ１と等しくなく且つ半導体レ
ーザ101が利得を有する波長域内に設定される。
さて、発明者らは、上記した構成によると、半導体レ
ーザの共振器内の光入力の光子密度が或る値以下の時、
活性層103の正孔と電子の密度が光入力106の値に関係な
く一定に保たれることを、実験的及び理論的に確かめ
た。以下にその機構について説明する。
ーザの共振器内の光入力の光子密度が或る値以下の時、
活性層103の正孔と電子の密度が光入力106の値に関係な
く一定に保たれることを、実験的及び理論的に確かめ
た。以下にその機構について説明する。
第２図A,Bはそれぞれ、共振器内のレーザ光の光子密
度と共振器内の光入力の光子密度の関係、及び活性層10
3中の電子密度と共振器内の光入力の光子密度の関係を
示す。光入力が零の時、半導体レーザはTEモードで発振
をしている。この時の共振器内のレーザ光の光子密度を
P0とする。第２図Ｂ中のNthはしきい値キャリア密度で
ある。供給される電流がIthより大きいときのキャリア
密度はNthに固定される。次に、光入力106を注入して、
共振器内の光入力の光子密度を上げていくと、光入力に
対する光増幅とレーザ発振とが共存する。しかしなが
ら、バイアス電流が一定なので総利得は一定であるか
ら、光入力の光子密度が上昇すると光増幅が盛んにな
り、レーザ発振に費せる利得が減少する。従って第２図
Ａのような関係になり、光入力の光子密度がPiのときに
レーザ光の光子密度はほぼ零になる。ところが、光入力
の光子密度がPiより小さいときは、第２図Ａに示したよ
うにレーザ発振が維持されているから、第２図Ｂに示し
たように電子密度はNthに保たれる。ここが本発明の要
点である。電子密度が一定に保たれるから、利得は常に
一定に保たれ、且つ光学長に一定に保たれる。第３図A,
Bはそれぞれ外部からの光入力の強度に対する透過率す
なわち光入力に対する増幅光の強度の比と、増幅光の強
度を示す。Eiは、共振器内の光入力の光子密度がPiにな
る時の光入力の値である。光入力がEi以下のときは第３
図Ａのように透過率は一定に保たれている。従って、増
幅光と光入力の関係は第３図Ｂに示すように線形にな
る。従ってEi以下の光入力が入射するような条件下で
は、線形応答のできる光増幅器が構成できる。
度と共振器内の光入力の光子密度の関係、及び活性層10
3中の電子密度と共振器内の光入力の光子密度の関係を
示す。光入力が零の時、半導体レーザはTEモードで発振
をしている。この時の共振器内のレーザ光の光子密度を
P0とする。第２図Ｂ中のNthはしきい値キャリア密度で
ある。供給される電流がIthより大きいときのキャリア
密度はNthに固定される。次に、光入力106を注入して、
共振器内の光入力の光子密度を上げていくと、光入力に
対する光増幅とレーザ発振とが共存する。しかしなが
ら、バイアス電流が一定なので総利得は一定であるか
ら、光入力の光子密度が上昇すると光増幅が盛んにな
り、レーザ発振に費せる利得が減少する。従って第２図
Ａのような関係になり、光入力の光子密度がPiのときに
レーザ光の光子密度はほぼ零になる。ところが、光入力
の光子密度がPiより小さいときは、第２図Ａに示したよ
うにレーザ発振が維持されているから、第２図Ｂに示し
たように電子密度はNthに保たれる。ここが本発明の要
点である。電子密度が一定に保たれるから、利得は常に
一定に保たれ、且つ光学長に一定に保たれる。第３図A,
Bはそれぞれ外部からの光入力の強度に対する透過率す
なわち光入力に対する増幅光の強度の比と、増幅光の強
度を示す。Eiは、共振器内の光入力の光子密度がPiにな
る時の光入力の値である。光入力がEi以下のときは第３
図Ａのように透過率は一定に保たれている。従って、増
幅光と光入力の関係は第３図Ｂに示すように線形にな
る。従ってEi以下の光入力が入射するような条件下で
は、線形応答のできる光増幅器が構成できる。
尚、本実施例では、光入力の偏波方向は指定せず、レ
ーザ光との波長の違いを利用して増幅光とレーザ光とを
分離したが、光入力の偏波方向を半導体レーザ101内部
で横磁界モードになるように設定すれば、波長フィルタ
ー105のかわりに偏光子を用いることにより、増幅光と
レーザ光を容易に分離できる。この場合、２つの光の波
長は同一でもかまわない。
ーザ光との波長の違いを利用して増幅光とレーザ光とを
分離したが、光入力の偏波方向を半導体レーザ101内部
で横磁界モードになるように設定すれば、波長フィルタ
ー105のかわりに偏光子を用いることにより、増幅光と
レーザ光を容易に分離できる。この場合、２つの光の波
長は同一でもかまわない。
発明の効果 本発明によれば、信号光に対する強度の増幅を線形に
行なうことのできる光増幅器が容易に構成できる。また
電子と正孔の濃度を従来例と比べて高く設定するので、
それらの寿命を短くすることができ、高速動作に適して
いる。
行なうことのできる光増幅器が容易に構成できる。また
電子と正孔の濃度を従来例と比べて高く設定するので、
それらの寿命を短くすることができ、高速動作に適して
いる。
第１図は本発明の光増幅器の一実施例の構成図、第２図
Ａは本発明による実施例の共振器内のレーザ光の光子密
度と共振器内の光入力の光子密度の関係を示す図、第２
図Ｂは本発明による実施例の活性層中の電子密度と共振
器内の光入力の光子密度の関係を示す図、第３図Ａは本
発明による実施例の光入力の透過率と光入力の関係を示
す図、第３図Ｂは本発明による実施例の増幅光対光入力
の関係を示す図、第４図は従来の増幅器の構成図、第５
図は従来例の光出力対光入力の関係を示す図である。 101……半導体レーザ、102……電流源、103……活性
層、104……レーザ光、105……波長フィルター、106…
…光入力、107……光アイソレータ、108……レンズ、10
9……増幅光、110……レンズ。
Ａは本発明による実施例の共振器内のレーザ光の光子密
度と共振器内の光入力の光子密度の関係を示す図、第２
図Ｂは本発明による実施例の活性層中の電子密度と共振
器内の光入力の光子密度の関係を示す図、第３図Ａは本
発明による実施例の光入力の透過率と光入力の関係を示
す図、第３図Ｂは本発明による実施例の増幅光対光入力
の関係を示す図、第４図は従来の増幅器の構成図、第５
図は従来例の光出力対光入力の関係を示す図である。 101……半導体レーザ、102……電流源、103……活性
層、104……レーザ光、105……波長フィルター、106…
…光入力、107……光アイソレータ、108……レンズ、10
9……増幅光、110……レンズ。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体レーザと、 前記半導体レーザにしきい値電流以上のバイアス電流を
供給する電流源と、 前記半導体レーザに外部からの光を一方的に入射させる
手段と、 前記半導体レーザ固有の発振により、前記半導体レーザ
が発生するレーザ光を選択的に遮断し、 かつ、前記半導体レーザの外部から一方的に入射させる
光入力を、前記半導体レーザの内部で増幅したことによ
り得られる光出力のみを選択的に透過させる手段と、を
備えたことを特徴とする光増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30224587A JPH0817259B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 光増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30224587A JPH0817259B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 光増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01143382A JPH01143382A (ja) | 1989-06-05 |
| JPH0817259B2 true JPH0817259B2 (ja) | 1996-02-21 |
Family
ID=17906698
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30224587A Expired - Lifetime JPH0817259B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 光増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0817259B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5119039A (en) * | 1990-12-31 | 1992-06-02 | Gte Laboratories Incorporated | Semiconductor optical amplifier with wideband electrical response |
| FR2709189B1 (fr) * | 1993-08-20 | 1995-09-15 | Alcatel Nv | Amplificateur optique à semiconducteur, présentant une non-linéarité réduite. |
| WO1996013084A1 (de) * | 1994-10-21 | 1996-05-02 | Besse Pierre Andre | Verfahren zur bekämpfung der sättigung und der nichtlinearen effekte in optischen halbleiterverstärkern |
| JPH09326528A (ja) * | 1996-06-05 | 1997-12-16 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 短光パルス波形整形装置 |
| FR3114887A1 (fr) | 2020-10-06 | 2022-04-08 | Marc Grosman | Amplificateur optique a ondes progressives dont l'amplification est commandee par des transistors a effet de champ |
-
1987
- 1987-11-30 JP JP30224587A patent/JPH0817259B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01143382A (ja) | 1989-06-05 |
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