JPH0831646B2 - 光周波数変調装置 - Google Patents
光周波数変調装置Info
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- JPH0831646B2 JPH0831646B2 JP8808789A JP8808789A JPH0831646B2 JP H0831646 B2 JPH0831646 B2 JP H0831646B2 JP 8808789 A JP8808789 A JP 8808789A JP 8808789 A JP8808789 A JP 8808789A JP H0831646 B2 JPH0831646 B2 JP H0831646B2
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- 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
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
- H01S5/06255—Controlling the frequency of the radiation
-
- 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
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- H01S5/06255—Controlling the frequency of the radiation
- H01S5/06256—Controlling the frequency of the radiation with DBR-structure
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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、光ファイバ通信や光計測等に利用される周
波数変調された光を発生する光周波数変調装置に関する
ものである。
波数変調された光を発生する光周波数変調装置に関する
ものである。
（従来の技術） 光周波数変調（光FSK）通信方式や、周波数変調され
た光を利用する光センサ、誤差信号に応じて光周波数を
制御する発振周波数制御装置等においては、単一モード
で発振しているレーザの光周波数を、与えられた信号、
いわゆる変調信号に応じて変化させることが必要であ
る。
た光を利用する光センサ、誤差信号に応じて光周波数を
制御する発振周波数制御装置等においては、単一モード
で発振しているレーザの光周波数を、与えられた信号、
いわゆる変調信号に応じて変化させることが必要であ
る。
ここで、変調信号が周波数ｆ（変調周波数）の正弦波
振動である場合には、得られる光（被変調光）の周波数
も周波数ｆで正弦波状に変化することになる。この時、
被変調光の周波数変化の振幅（周波数偏移量；以下、FM
振幅という）と、変調信号の位相と被変調光の周波数が
正弦波状に変化する際の位相の関係（以下、FM位相とい
う）を、変調周波数ｆの関数として捉えることができ
る。以下、これらを周波数変調特性と総称し、それぞれ
FM振幅特性及びFM位相特性と称することにする。
振動である場合には、得られる光（被変調光）の周波数
も周波数ｆで正弦波状に変化することになる。この時、
被変調光の周波数変化の振幅（周波数偏移量；以下、FM
振幅という）と、変調信号の位相と被変調光の周波数が
正弦波状に変化する際の位相の関係（以下、FM位相とい
う）を、変調周波数ｆの関数として捉えることができ
る。以下、これらを周波数変調特性と総称し、それぞれ
FM振幅特性及びFM位相特性と称することにする。
半導体レーザは、その注入電流に変調電流を重畳する
ことによって、発振周波数を変調することができるとい
う利点を有する。特に、回折格子を内蔵した分布反射型
半導体レーザ（以下、DBR−LDという）や分布帰還型半
導体レーザ（以下、DFB−LDという）では、注入電流に
よる周波数変調時にも、安定な単一モードでの発振が可
能である（動的単一モードレーザ）。
ことによって、発振周波数を変調することができるとい
う利点を有する。特に、回折格子を内蔵した分布反射型
半導体レーザ（以下、DBR−LDという）や分布帰還型半
導体レーザ（以下、DFB−LDという）では、注入電流に
よる周波数変調時にも、安定な単一モードでの発振が可
能である（動的単一モードレーザ）。
第２図は、DBR−LDを用いた従来の光周波数変調装置
を示す構成図である（例えば、IEEE Journal of Quanta
m Electronics,Vol.QE−23,No.6,pp.835−838,1987 S.M
urata et.al.,“Spectral Characteristics for a 1.5
μm DBR Laser with Frequency−Turning Region."参
照）。
を示す構成図である（例えば、IEEE Journal of Quanta
m Electronics,Vol.QE−23,No.6,pp.835−838,1987 S.M
urata et.al.,“Spectral Characteristics for a 1.5
μm DBR Laser with Frequency−Turning Region."参
照）。
第２図において、10はDBR−LDで、誘導放出によって
光を生じる活性層領域11と、回折格子が形成され、回折
格子によって波長選択的に反射光を生じる非活性層領域
12と、活性層領域11への電流注入用電極13と、非活性層
領域12への制御電流注入用電極14とを有している。15は
注入電流供給装置で、電極13に注入電流Iaを供給し、か
つ、変調信号入力端子16に入力した変調信号に基づい
て、注入電流Iaに変調電流を重畳し、注入電流Iaの値を
変化させる。17は制御電流供給装置で、電極14に制御電
流Igを供給し、かつ、変調信号入力端子18に入力した変
調信号に基づいて、制御電流Igに変調電流を重畳し、制
御電流Igの値を変化させる。
光を生じる活性層領域11と、回折格子が形成され、回折
格子によって波長選択的に反射光を生じる非活性層領域
12と、活性層領域11への電流注入用電極13と、非活性層
領域12への制御電流注入用電極14とを有している。15は
注入電流供給装置で、電極13に注入電流Iaを供給し、か
つ、変調信号入力端子16に入力した変調信号に基づい
て、注入電流Iaに変調電流を重畳し、注入電流Iaの値を
変化させる。17は制御電流供給装置で、電極14に制御電
流Igを供給し、かつ、変調信号入力端子18に入力した変
調信号に基づいて、制御電流Igに変調電流を重畳し、制
御電流Igの値を変化させる。
このような構成においては、活性層領域11に電極13を
介して注入電流Iaを注入することにより、DBR−LD10は
発振して出力光Poutを生じる。一方、非活性層領域12に
電極14を介して制御電流Igを注入すると、キャリアのプ
ラズマ効果によって非活性層領域12の屈折率が変化し、
発振周波数を変化させることができる。
介して注入電流Iaを注入することにより、DBR−LD10は
発振して出力光Poutを生じる。一方、非活性層領域12に
電極14を介して制御電流Igを注入すると、キャリアのプ
ラズマ効果によって非活性層領域12の屈折率が変化し、
発振周波数を変化させることができる。
ここで、変調信号入力端子16もしくは18に変調信号を
入力することにより、注入電流Iaもしくは制御電流Igに
変調電流が重畳され、これにより、周波数変調された光
Poutを取り出すことができる。
入力することにより、注入電流Iaもしくは制御電流Igに
変調電流が重畳され、これにより、周波数変調された光
Poutを取り出すことができる。
第３図及び第４図は、第２図の光周波数変調装置の光
周波数変調特性の測定例を示す図であって、第３図は変
調信号入力端子16に変調信号を入力した場合（注入電流
Iaに変調電流を重畳）、第４図は変調信号入力端子18に
変調信号を入力した場合（制御電流Igに変調電流を重
畳）の特性を示している。また、第３図及び第４図の
（ａ）がFM振幅特性を、両図の（ｂ）がFM位相特性を示
しており、変調周波数に対応する横軸は、300KHzから3G
Hzまでを対数目盛で示している。
周波数変調特性の測定例を示す図であって、第３図は変
調信号入力端子16に変調信号を入力した場合（注入電流
Iaに変調電流を重畳）、第４図は変調信号入力端子18に
変調信号を入力した場合（制御電流Igに変調電流を重
畳）の特性を示している。また、第３図及び第４図の
（ａ）がFM振幅特性を、両図の（ｂ）がFM位相特性を示
しており、変調周波数に対応する横軸は、300KHzから3G
Hzまでを対数目盛で示している。
第２図の装置において、注入電流Iaを変調した場合
（第３図）、低い変調周波数では、熱の効果によって注
入電流Iaが増加するときには、発振周波数が低い方へ変
化する向きに周波数変調がかかる（このFM位相をπと定
義し、以後これをレッドシフトの周波数変調と称す）。
ところが、熱の効果は時定数が大きいため、変調周波数
の増加とともに、この原理に基づくFM振幅は減少する。
（第３図）、低い変調周波数では、熱の効果によって注
入電流Iaが増加するときには、発振周波数が低い方へ変
化する向きに周波数変調がかかる（このFM位相をπと定
義し、以後これをレッドシフトの周波数変調と称す）。
ところが、熱の効果は時定数が大きいため、変調周波数
の増加とともに、この原理に基づくFM振幅は減少する。
これに対して、注入電流Iaが増加することにより、キ
ャリア数が増加して活性層領域11の屈折率が減少し、発
振周波数が高い方へ変化するという原理に基づく周波数
変調も存在する。このキャリアの効果による周波数変調
は、上記した熱の効果による発振周波数の変化と逆の向
き（FM位相零）であり、ブルーシフトの周波数変調と称
される。
ャリア数が増加して活性層領域11の屈折率が減少し、発
振周波数が高い方へ変化するという原理に基づく周波数
変調も存在する。このキャリアの効果による周波数変調
は、上記した熱の効果による発振周波数の変化と逆の向
き（FM位相零）であり、ブルーシフトの周波数変調と称
される。
このため、第３図の（ｂ）に示すように、変調周波数
の増加とともにFM位相特性は反転してしまう。また、一
般に、DBR−LD10は、活性層領域11に回折格子を内蔵し
ていないため、第３図の（ａ）に示すように、キャリア
の効果によるFM振幅は小さくFM振幅特性は平坦にはなら
ない。
の増加とともにFM位相特性は反転してしまう。また、一
般に、DBR−LD10は、活性層領域11に回折格子を内蔵し
ていないため、第３図の（ａ）に示すように、キャリア
の効果によるFM振幅は小さくFM振幅特性は平坦にはなら
ない。
一方、制御電流Igを変調した場合（第４図）、変調さ
れた電流が注入される領域が非活性層領域12であるた
め、熱の効果に比べてキャリアの効果によるFM振幅が大
きく、第４図の（ａ）に示すように、平坦なFM振幅特性
と、同図の（ｂ）に示すように、位相回転のない、ブル
ーシフトのFM位相特性を得ることができる。
れた電流が注入される領域が非活性層領域12であるた
め、熱の効果に比べてキャリアの効果によるFM振幅が大
きく、第４図の（ａ）に示すように、平坦なFM振幅特性
と、同図の（ｂ）に示すように、位相回転のない、ブル
ーシフトのFM位相特性を得ることができる。
この場合、非活性層領域12に変調をかけているため、
自然放出に基づくキャリアの寿命（１〜3ns）によって
変調帯域が制限され、6dB帯域幅は２〜300MHzに留まっ
ている。
自然放出に基づくキャリアの寿命（１〜3ns）によって
変調帯域が制限され、6dB帯域幅は２〜300MHzに留まっ
ている。
また、第５図は３電極DFB−LDを用いた従来の光周波
数変調装置を示す構成図である（例えば、IEEE/OSA Jou
rnal of Lightwave Technology,Vol.LT−5,No.4,pp.516
−522,1987,Y.Yoshikuni et.al.,“Multielectrode Dis
tributed Feedback Laser for Pure Frequency Modulat
ion and Chirping Suppressed Amplitunde Modulatio
n,"参照。） 第５図において、20はDFB−LDで、回折格子が形成さ
れた活性層領域21と、活性層領域21への電流注入用電極
22,23,24を有している。25は注入電流供給装置で、電極
23に注入電流Ia1を供給し、かつ、変調信号入力端子26
に入力した変調信号に基づいて、注入電流Ia1に変調電
流を重畳し、注入電流Ia1の値を変化させる。同様に、2
7は注入電流供給装置で、電極22及び24に注入電流Ia2を
供給し、かつ、変調信号入力端子28に入力した変調信号
に基づいて、注入電流Ia2に変調電流を重畳し、注入電
流Ia2の値を変化させる。
数変調装置を示す構成図である（例えば、IEEE/OSA Jou
rnal of Lightwave Technology,Vol.LT−5,No.4,pp.516
−522,1987,Y.Yoshikuni et.al.,“Multielectrode Dis
tributed Feedback Laser for Pure Frequency Modulat
ion and Chirping Suppressed Amplitunde Modulatio
n,"参照。） 第５図において、20はDFB−LDで、回折格子が形成さ
れた活性層領域21と、活性層領域21への電流注入用電極
22,23,24を有している。25は注入電流供給装置で、電極
23に注入電流Ia1を供給し、かつ、変調信号入力端子26
に入力した変調信号に基づいて、注入電流Ia1に変調電
流を重畳し、注入電流Ia1の値を変化させる。同様に、2
7は注入電流供給装置で、電極22及び24に注入電流Ia2を
供給し、かつ、変調信号入力端子28に入力した変調信号
に基づいて、注入電流Ia2に変調電流を重畳し、注入電
流Ia2の値を変化させる。
このような構成においては、回折格子を内蔵する活性
層領域21に３分割された電極22,23,24を介して注入電流
Ia1及びIa2を注入することによって、DFB−LD20は発振
して出力光Poutを生じる。
層領域21に３分割された電極22,23,24を介して注入電流
Ia1及びIa2を注入することによって、DFB−LD20は発振
して出力光Poutを生じる。
ここで、注入電流Ia1及びIa2の比率及び大きさを適当
に選定し、変調信号入力端子26もしくは28に変調信号を
入力することにより、注入電流Ia1もしくは注入電流Ia2
に変調電流が重畳され、これにより、周波数変調された
光Poutを取り出すことができる。
に選定し、変調信号入力端子26もしくは28に変調信号を
入力することにより、注入電流Ia1もしくは注入電流Ia2
に変調電流が重畳され、これにより、周波数変調された
光Poutを取り出すことができる。
第６図は、第５図の光周波数変調装置の光周波数変調
特性を示す図であって、第６図の（ａ）がFM振幅特性
を、第６図の（ｂ）がFM位相特性を示しており、変調周
波数に対応する横軸は100Hzから1GHzまでを対数目盛で
示している。
特性を示す図であって、第６図の（ａ）がFM振幅特性
を、第６図の（ｂ）がFM位相特性を示しており、変調周
波数に対応する横軸は100Hzから1GHzまでを対数目盛で
示している。
第５図の装置において、分割された電極22,23,24への
注入電流Ia1及びIa2の比率及び大きさを最適に選択でき
れば，変調信号入力端子26または28に変調信号を入力す
ることにより、第６図に示すような、平坦なFM振幅特性
と位相回転のないブルーシフトもしくはレッドシフトの
FM位相特性を得ることができる。
注入電流Ia1及びIa2の比率及び大きさを最適に選択でき
れば，変調信号入力端子26または28に変調信号を入力す
ることにより、第６図に示すような、平坦なFM振幅特性
と位相回転のないブルーシフトもしくはレッドシフトの
FM位相特性を得ることができる。
（発明が解決しようとする課題） 光FSK通信方式においては、光周波数変調装置が平坦
なFM振幅特性及びFM位相特性を有し、さらに、高い変調
周波数までそれらの特性を持続すること、即ち、広い変
調帯域を有することが重要である。前者が満たされない
と伝送特性が劣化し、また、後者が満たされなければ情
報伝送速度が制御される。加えて、光FSK通信方式を光
周波数分割多重（光FDM）方式に応用する場合等には、
同時に発振周波数の定常値を広範囲に亘って変化させ
（光周波数チューニング）得ることが望ましい。
なFM振幅特性及びFM位相特性を有し、さらに、高い変調
周波数までそれらの特性を持続すること、即ち、広い変
調帯域を有することが重要である。前者が満たされない
と伝送特性が劣化し、また、後者が満たされなければ情
報伝送速度が制御される。加えて、光FSK通信方式を光
周波数分割多重（光FDM）方式に応用する場合等には、
同時に発振周波数の定常値を広範囲に亘って変化させ
（光周波数チューニング）得ることが望ましい。
しかしながら、上記したDBR−LD10を用いた装置で
は、非活性層領域12に制御電流Igを注入することによ
り、光周波数のチューニングを容易に行なうことができ
るが、平坦で、かつ広帯域な光周波数変調特性を得るこ
とができない。
は、非活性層領域12に制御電流Igを注入することによ
り、光周波数のチューニングを容易に行なうことができ
るが、平坦で、かつ広帯域な光周波数変調特性を得るこ
とができない。
一方、３電極DFB−LD20を用いた装置では、分割され
た電極22,23,24へのバイアス条件を最適に設定すること
ができれば、平坦で、かつ広帯域の良好な光周波数変調
特性を得ることができる。しかし、このような最適なバ
イアス条件は、変調電流が重畳された電流が注入される
活性層領域21に、回折格子が内蔵されていることに由来
する多くの要因が複雑に作用し、個々のレーザについて
系統的に設定することは困難である。
た電極22,23,24へのバイアス条件を最適に設定すること
ができれば、平坦で、かつ広帯域の良好な光周波数変調
特性を得ることができる。しかし、このような最適なバ
イアス条件は、変調電流が重畳された電流が注入される
活性層領域21に、回折格子が内蔵されていることに由来
する多くの要因が複雑に作用し、個々のレーザについて
系統的に設定することは困難である。
また、発振周波数をチューニングするために、バイア
ス条件を変化させると、光周波数変調特性が劣化してし
まう事態が生じうる。
ス条件を変化させると、光周波数変調特性が劣化してし
まう事態が生じうる。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、
その目的は、FM振幅特性が平坦で、かつ、FM位相特性に
位相回転のないという良好な光周波数変調特性を広い周
波数帯域に亘って有し、しかも発振周波数のチューニン
グを容易に行なうことのできる光周波数変調装置を提供
することにある。
その目的は、FM振幅特性が平坦で、かつ、FM位相特性に
位相回転のないという良好な光周波数変調特性を広い周
波数帯域に亘って有し、しかも発振周波数のチューニン
グを容易に行なうことのできる光周波数変調装置を提供
することにある。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明では、活性層領域
と、回折格子を内蔵した分布反射層領域を含む非活性層
領域とを有する分布反射型半導体レーザを備えた光周波
数変調装置において、注入電流の一部を供給する注入電
流供給装置と、残りの注入電流に光周波数変調用の変調
電流を重畳して変調させた被変調注入電流を供給する被
変調注入電流供給装置と、前記活性層領域の一部に前記
注入電流を注入するための少なくとも一つの電流注入用
電極と、前記注入電流の注入領域とは異なる前記活性層
領域の残りの部分に注入電流密度が前記電流注入用電極
による注入電流密度より低くなるように前記被変調注入
電流を注入するための少なくとも一つの被変調電流注入
用電極とを備えた。
と、回折格子を内蔵した分布反射層領域を含む非活性層
領域とを有する分布反射型半導体レーザを備えた光周波
数変調装置において、注入電流の一部を供給する注入電
流供給装置と、残りの注入電流に光周波数変調用の変調
電流を重畳して変調させた被変調注入電流を供給する被
変調注入電流供給装置と、前記活性層領域の一部に前記
注入電流を注入するための少なくとも一つの電流注入用
電極と、前記注入電流の注入領域とは異なる前記活性層
領域の残りの部分に注入電流密度が前記電流注入用電極
による注入電流密度より低くなるように前記被変調注入
電流を注入するための少なくとも一つの被変調電流注入
用電極とを備えた。
（作用） 本発明によれば、活性層領域に注入する電流密度が不
均一となるよう分割した電流注入用及び被変調電流注入
用の各電極に、注入電流供給装置及び被変調注入電流供
給装置により注入電流を供給すると、活性層領域に不均
一なキャリア分布が生じる。この時、被変調注入電流供
給装置により、変調電流を重畳して変調した被変調注入
電流を被変調電流注入用電極に供給すると、その部分で
生じるキャリアの効果によって、ブルーシフトの向きに
発振周波数が変化しようとする（この場合のFM振幅は、
第３図の（ａ）に示したように一般に小さい）。
均一となるよう分割した電流注入用及び被変調電流注入
用の各電極に、注入電流供給装置及び被変調注入電流供
給装置により注入電流を供給すると、活性層領域に不均
一なキャリア分布が生じる。この時、被変調注入電流供
給装置により、変調電流を重畳して変調した被変調注入
電流を被変調電流注入用電極に供給すると、その部分で
生じるキャリアの効果によって、ブルーシフトの向きに
発振周波数が変化しようとする（この場合のFM振幅は、
第３図の（ａ）に示したように一般に小さい）。
一方、変調電流の重畳された被変調注入電流を活性層
領域に注入することによって、強度変調も誘起されて、
活性層領域での光子数密度が変化する。これに伴い、変
調電流の重畳されていない電流が注入された活性層領域
のキャリア密度も変化する。変調電流が増加して光強度
が増す場合、変調電流の重畳されていない電流が注入さ
れた領域のキャリア密度は減少するため、レッドシフト
の向きに発振周波数が変化しようとする。
領域に注入することによって、強度変調も誘起されて、
活性層領域での光子数密度が変化する。これに伴い、変
調電流の重畳されていない電流が注入された活性層領域
のキャリア密度も変化する。変調電流が増加して光強度
が増す場合、変調電流の重畳されていない電流が注入さ
れた領域のキャリア密度は減少するため、レッドシフト
の向きに発振周波数が変化しようとする。
この効果によるFM振幅は、上記したように変調電流が
重畳された被変調注入電流を被変調電流注入用電極に供
給することにより、大きくすることができる。従って、
キャリアの効果によるFM位相特性を、熱の効果と同相の
レッドシフトにすることが可能となり、平坦なFM振幅特
性が実現される。この効果に関与するのは、活性層領域
のキャリアであり、その寿命は、強い誘導放出によって
等価的に短く、高い周波数まで変調をかけることができ
る。
重畳された被変調注入電流を被変調電流注入用電極に供
給することにより、大きくすることができる。従って、
キャリアの効果によるFM位相特性を、熱の効果と同相の
レッドシフトにすることが可能となり、平坦なFM振幅特
性が実現される。この効果に関与するのは、活性層領域
のキャリアであり、その寿命は、強い誘導放出によって
等価的に短く、高い周波数まで変調をかけることができ
る。
さらに、分布反射層領域を含むので、このように、電
流を不均一に注入し、かつ、周波数変調をかけた状態で
も安定な単一モードでの発振が保持される。また、非活
性層領域に制御電流が注入されて、光周波数変調特性に
影響を与えることなく、発振周波数のチューニングが行
なわれる。
流を不均一に注入し、かつ、周波数変調をかけた状態で
も安定な単一モードでの発振が保持される。また、非活
性層領域に制御電流が注入されて、光周波数変調特性に
影響を与えることなく、発振周波数のチューニングが行
なわれる。
（実施例） 第１図は、本発明に係る光周波数変調装置の第１の実
施例を示す構成図である。第１図において、30はDBR−L
D（分布反射型半導体レーザ）で、誘導放出によって光
を生じる長さ300μｍの活性層領域31と、回折格子が形
成され、回折格子によって波長選択的に反射光を生じる
非活性層領域（分布反射層領域）32と、活性層領域31に
後記する注入電流Ia1を注入するための長さが200μｍに
設定された電流注入用電極33aと、活性層領域31に後記
する被変調注入電流ＩAを注入するための長さが100μｍ
に設定された被変調電流注入用電極33bと、非活性層領
域32に後記する制御電流Igを注入するための制御電流注
入用電極34とを有している。
施例を示す構成図である。第１図において、30はDBR−L
D（分布反射型半導体レーザ）で、誘導放出によって光
を生じる長さ300μｍの活性層領域31と、回折格子が形
成され、回折格子によって波長選択的に反射光を生じる
非活性層領域（分布反射層領域）32と、活性層領域31に
後記する注入電流Ia1を注入するための長さが200μｍに
設定された電流注入用電極33aと、活性層領域31に後記
する被変調注入電流ＩAを注入するための長さが100μｍ
に設定された被変調電流注入用電極33bと、非活性層領
域32に後記する制御電流Igを注入するための制御電流注
入用電極34とを有している。
35は注入電流供給装置で、電極33aに100mAの注入電流
Ia1を供給する。36は被変調注入電流供給装置で、電極3
3bに20mAの注入電流Ia2を供給するとともに、変調信号
入力端子37に入力した変調信号に基づいて、注入電流Ia
2に変調電流を重畳して変調させた被変調注入電流ＩAを
電流33bに供給する。38は制御電流供給装置で、電極34
に制御電流Igを供給するとともに、チューニング信号入
力端子39に入力したチューニング信号に基づいて、制御
電流Igに変調電流を重畳して制御電流Igの値を変化させ
る。
Ia1を供給する。36は被変調注入電流供給装置で、電極3
3bに20mAの注入電流Ia2を供給するとともに、変調信号
入力端子37に入力した変調信号に基づいて、注入電流Ia
2に変調電流を重畳して変調させた被変調注入電流ＩAを
電流33bに供給する。38は制御電流供給装置で、電極34
に制御電流Igを供給するとともに、チューニング信号入
力端子39に入力したチューニング信号に基づいて、制御
電流Igに変調電流を重畳して制御電流Igの値を変化させ
る。
なお、上記DBR−LD30としては、例えばMOVPE方で作製
されたバットジョイント型DBR−LD（Electronics Lette
rs,Vol.24,No.24,pp.1481−1483,1988,Y.Tohmori et a
l.,“NARROW LINEWIDTH AND LOW CHIRPING CHARACTERIS
TICS IN HIGH POWER OPERATING BUTT−JOINTED DBR LAS
ERS GROWN BY MOVPE."参照）により構成される。
されたバットジョイント型DBR−LD（Electronics Lette
rs,Vol.24,No.24,pp.1481−1483,1988,Y.Tohmori et a
l.,“NARROW LINEWIDTH AND LOW CHIRPING CHARACTERIS
TICS IN HIGH POWER OPERATING BUTT−JOINTED DBR LAS
ERS GROWN BY MOVPE."参照）により構成される。
次に、上記構成による動作を説明する。
活性層領域31に、注入電流供給装置35により100mAの
注入電流Ia1が電極33aを介して注入されるとともに、被
変調注入電流供給装置36により変調信号入力端子37に入
力した変調信号に基づいて、20mAの注入電流Ia2に変調
電流が重畳され変調された被変調注入電流ＩAが注入さ
れる。これにより、活性層領域31に不均一なキャリア分
布が生じ、被変調注入電流ＩAが注入された流域では、
キャリアの効果によってブルーシフトの向きに発振周波
数が変化しようとする。
注入電流Ia1が電極33aを介して注入されるとともに、被
変調注入電流供給装置36により変調信号入力端子37に入
力した変調信号に基づいて、20mAの注入電流Ia2に変調
電流が重畳され変調された被変調注入電流ＩAが注入さ
れる。これにより、活性層領域31に不均一なキャリア分
布が生じ、被変調注入電流ＩAが注入された流域では、
キャリアの効果によってブルーシフトの向きに発振周波
数が変化しようとする。
また、被変調注入電流ＩAが注入された活性層領域31
では、強度変調も誘起されて光子密度が変化し、これに
伴い、注入電流Ia1が注入された活性層領域31のキャリ
ア密度も変化する。ここで、変調電流を増加して光強度
を増すと、注入電流Ia1が注入された活性層領域31のキ
ャリア密度が減少し、レッドシフトの向きに発振周波数
が変化しようとする。
では、強度変調も誘起されて光子密度が変化し、これに
伴い、注入電流Ia1が注入された活性層領域31のキャリ
ア密度も変化する。ここで、変調電流を増加して光強度
を増すと、注入電流Ia1が注入された活性層領域31のキ
ャリア密度が減少し、レッドシフトの向きに発振周波数
が変化しようとする。
このように、２分割した電極33a,33bのうち、注入電
流Ia1を電極33aに、被変調注入電流ＩAを33bに供給し、
活性層領域31への電流注入密度の不釣り合いを大きくす
ることで、FM振幅を大きくすることができる。従って、
キャリアの効果によるFM位相特性を熱の効果と同相のレ
ッドシフトにすることが可能となり、平坦なFM位相特性
が実現される。
流Ia1を電極33aに、被変調注入電流ＩAを33bに供給し、
活性層領域31への電流注入密度の不釣り合いを大きくす
ることで、FM振幅を大きくすることができる。従って、
キャリアの効果によるFM位相特性を熱の効果と同相のレ
ッドシフトにすることが可能となり、平坦なFM位相特性
が実現される。
また、以上の変調には、活性層領域31のキャリアが関
与し、その寿命は強い誘導放出の効果によって等価的に
短い。従って、高い周波数領域まで変調をかけることが
できる。
与し、その寿命は強い誘導放出の効果によって等価的に
短い。従って、高い周波数領域まで変調をかけることが
できる。
さらに、チューニング信号入力端子39に入力したチュ
ーニング信号に基づいて、変調電流が重畳された制御電
流Igを電極34に供給し、非活性層領域32に注入すること
により、光周波数特性に影響を与えることなく、発振周
波数のチューニングを行なうことができる。
ーニング信号に基づいて、変調電流が重畳された制御電
流Igを電極34に供給し、非活性層領域32に注入すること
により、光周波数特性に影響を与えることなく、発振周
波数のチューニングを行なうことができる。
第７図は、第１図の装置の変調信号によって副次的に
生じる光強度変調の影響をキャンセルする光周波数測定
法（岩下，“光周波数変調特性の測定装置",特願昭63−
092783号参照）を用いて測定した光周波数変調特性を示
す図である。第７図の（ａ）がFM振幅特性を、第７図の
（ｂ）がFM位相特性を示しており、変調周波数に対応す
る横軸は、300KHzから3GHzまでの対数目盛で示してい
る。
生じる光強度変調の影響をキャンセルする光周波数測定
法（岩下，“光周波数変調特性の測定装置",特願昭63−
092783号参照）を用いて測定した光周波数変調特性を示
す図である。第７図の（ａ）がFM振幅特性を、第７図の
（ｂ）がFM位相特性を示しており、変調周波数に対応す
る横軸は、300KHzから3GHzまでの対数目盛で示してい
る。
第７図から明らかなように、第３図及び第４図に基づ
いて説明した、活性層領域への電流注入用電極を分割し
ていないDBR−LDを用いた従来の装置の光周波数変調特
性と比較して、第１図の装置においては、位相回転のな
い平坦なFM位相特性（レッドシフト）と、比較的平坦な
FM振幅特性が得られ、かつ、非活性層領域32に変調をか
けた場合（第４図、6dB帯域幅２〜300MHz）と比較して
広い変調帯域（6dB帯域幅約1GHz）が得られている。
いて説明した、活性層領域への電流注入用電極を分割し
ていないDBR−LDを用いた従来の装置の光周波数変調特
性と比較して、第１図の装置においては、位相回転のな
い平坦なFM位相特性（レッドシフト）と、比較的平坦な
FM振幅特性が得られ、かつ、非活性層領域32に変調をか
けた場合（第４図、6dB帯域幅２〜300MHz）と比較して
広い変調帯域（6dB帯域幅約1GHz）が得られている。
なお、この変調帯域は、実際に試作した装置の電極の
容量（キャパシタンス）及び給電線のインダクタンスに
よって注入電流に重畳される高い周波数の変調電流が減
衰させられてしまう効果によって制限されており、電極
・給電部分の改良により、さらに変調帯域を広げること
が可能である。
容量（キャパシタンス）及び給電線のインダクタンスに
よって注入電流に重畳される高い周波数の変調電流が減
衰させられてしまう効果によって制限されており、電極
・給電部分の改良により、さらに変調帯域を広げること
が可能である。
さらに、この時上記したようにチューニング信号入力
端子39に信号を入力して制御電流Igを変化させることに
より、第７図に示された光周波数変調特性に影響を与え
ることなく独立に発振周波数をチューニングすることが
できるが、試作した装置でも約30GHzの連続チューニン
グが可能であった。
端子39に信号を入力して制御電流Igを変化させることに
より、第７図に示された光周波数変調特性に影響を与え
ることなく独立に発振周波数をチューニングすることが
できるが、試作した装置でも約30GHzの連続チューニン
グが可能であった。
なお、電極33aと33bの役割を入れ換えても、やはり同
様な利点を持つ装置を構成することができる。また、活
性層領域31への電流注入用電極を３つ以上に分割して
も、注入電流の少ない１ないし複数の電極に変調電流を
重畳することによって同様な装置を構成することができ
る。
様な利点を持つ装置を構成することができる。また、活
性層領域31への電流注入用電極を３つ以上に分割して
も、注入電流の少ない１ないし複数の電極に変調電流を
重畳することによって同様な装置を構成することができ
る。
第８図は、本発明に係る光周波数変調装置の第２の実
施例を示す構成図である。本第２の実施例と前記第１の
実施例の異なる点は、非活性層領域41が、回折格子を内
蔵する分布反射層領域41aと、回折格子を内蔵しない位
相整合領域41bに分割されたDBR−LD40を用い、かつ、制
御電流注入用電極42,43を介して制御電流供給装置38か
ら供給され、抵抗R1,R2によって適当な比率で分割され
た制御電流Ig1,Ig2が分布反射層領域41a及び位相整合領
域41bにそれぞれ注入されるように構成したことにあ
る。
施例を示す構成図である。本第２の実施例と前記第１の
実施例の異なる点は、非活性層領域41が、回折格子を内
蔵する分布反射層領域41aと、回折格子を内蔵しない位
相整合領域41bに分割されたDBR−LD40を用い、かつ、制
御電流注入用電極42,43を介して制御電流供給装置38か
ら供給され、抵抗R1,R2によって適当な比率で分割され
た制御電流Ig1,Ig2が分布反射層領域41a及び位相整合領
域41bにそれぞれ注入されるように構成したことにあ
る。
このような構成にすることにより、制御電流Ig2のみ
を変化させる場合（第１図の構成に相当）に生じるモー
ドジャンプを、制御電流Ig1を位相整合領域41bに注入す
ることにより発振の位相条件が調整される効果によって
抑圧し、モードジャンプなく広い範囲に亘って発振周波
数を変化させることができる（例えば、日経エレクトロ
ニクス,1987.6.15,（no,423）,pp.149−161,小林他，
“半導体レーザの波長を連続的に変える”）。
を変化させる場合（第１図の構成に相当）に生じるモー
ドジャンプを、制御電流Ig1を位相整合領域41bに注入す
ることにより発振の位相条件が調整される効果によって
抑圧し、モードジャンプなく広い範囲に亘って発振周波
数を変化させることができる（例えば、日経エレクトロ
ニクス,1987.6.15,（no,423）,pp.149−161,小林他，
“半導体レーザの波長を連続的に変える”）。
一方、活性層領域31への電流注入用電極を分割するこ
とによる効果は、第１の実施例と同様の効果を得ること
ができ、第２の実施例においても良好な光周波数変調特
性が得られる。即ち、広い範囲に亘って発振周波数のチ
ューニングを行なうことができ、かつ、良好な光周波数
変調特性を有する光周波数変調装置を実現している。
とによる効果は、第１の実施例と同様の効果を得ること
ができ、第２の実施例においても良好な光周波数変調特
性が得られる。即ち、広い範囲に亘って発振周波数のチ
ューニングを行なうことができ、かつ、良好な光周波数
変調特性を有する光周波数変調装置を実現している。
なお、第８図では位相整合領域41bが活性層領域31と
分布反射層領域41aの間に配置されているが、これを活
性層領域31の左側に設けても同様な効果を有する光周波
数変調装置を構成することが可能である。
分布反射層領域41aの間に配置されているが、これを活
性層領域31の左側に設けても同様な効果を有する光周波
数変調装置を構成することが可能である。
第９図は、本発明に係る光周波数変調装置の第３の実
施例を示す構成図である。本第３の実施例と前記第１の
実施例の異なる点は、第１の実施例では、第１図に示す
ように、図面に向かって左端が壁開による半透過鏡構成
であるDBR−LD30を用いているのに対して、第３の実施
例では、左端にも右端と同様の非活性層領域（分布反射
層領域）51を有するDBR−LD50を用い、制御電流供給装
置38からの制御電流Igを制御電流注入用電極34及び52を
介して、非活性層領域32及び51に注入するように構成し
たことにある。
施例を示す構成図である。本第３の実施例と前記第１の
実施例の異なる点は、第１の実施例では、第１図に示す
ように、図面に向かって左端が壁開による半透過鏡構成
であるDBR−LD30を用いているのに対して、第３の実施
例では、左端にも右端と同様の非活性層領域（分布反射
層領域）51を有するDBR−LD50を用い、制御電流供給装
置38からの制御電流Igを制御電流注入用電極34及び52を
介して、非活性層領域32及び51に注入するように構成し
たことにある。
このような構成においても、チューニング信号入力端
子39にチューニング信号を入力することによって、第１
の実施例と同様に発振周波数をチューニングすることが
できる。さらに、左端に設けた非活性層領域51によって
等価的なキャビティ長が長くなるため、位相雑音の小さ
い、即ち、狭いスペクトル線幅の出力光Poutを得ること
ができる。
子39にチューニング信号を入力することによって、第１
の実施例と同様に発振周波数をチューニングすることが
できる。さらに、左端に設けた非活性層領域51によって
等価的なキャビティ長が長くなるため、位相雑音の小さ
い、即ち、狭いスペクトル線幅の出力光Poutを得ること
ができる。
一方、活性層領域31への電流注入用電極を分割するこ
とによる効果は第１の実施例と同様の効果を得ることが
でき、第３の実施例においても、良好な光周波数変調特
性が得られる。即ち、狭いスペクトル線幅を有し、か
つ、良好な光周波数変調特性を有する光周波数変調装置
を実現している。
とによる効果は第１の実施例と同様の効果を得ることが
でき、第３の実施例においても、良好な光周波数変調特
性が得られる。即ち、狭いスペクトル線幅を有し、か
つ、良好な光周波数変調特性を有する光周波数変調装置
を実現している。
なお、第９図の非活性層領域51の部分以外を前記第２
の実施例と同様な構成にしたり、さらにまた、左端部の
非活性層領域51と活性層領域31間に位相整合領域を配置
した構成も実現可能である。
の実施例と同様な構成にしたり、さらにまた、左端部の
非活性層領域51と活性層領域31間に位相整合領域を配置
した構成も実現可能である。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、広い変調周波
数帯域を有する平坦でかつ位相回転のない良好な光周波
数変調特性と、広い周波数チューニング帯域とを併せ持
つ光周波数変調装置を容易に得ることができる。このた
め、光FSK通信システムにおいて、送信機側の発振周波
数を容易に調整できることになり、レーザ製造時の発振
周波数の値へのスペックが軽減されたり、光周波数多重
通信方式を利用するようなシステムを構成する際の設計
の自由度が増すという利点がある。
数帯域を有する平坦でかつ位相回転のない良好な光周波
数変調特性と、広い周波数チューニング帯域とを併せ持
つ光周波数変調装置を容易に得ることができる。このた
め、光FSK通信システムにおいて、送信機側の発振周波
数を容易に調整できることになり、レーザ製造時の発振
周波数の値へのスペックが軽減されたり、光周波数多重
通信方式を利用するようなシステムを構成する際の設計
の自由度が増すという利点がある。
さらに、干渉計によって検出される誤差信号や他の光
とのビート信号を利用して負帰環制御をかけ、その発振
周波数やスペクトル線幅を制御する場合にも、FM位相特
性の反転による不安定が生じず、帰還系電気回路の設計
が容易になるという利点もある。
とのビート信号を利用して負帰環制御をかけ、その発振
周波数やスペクトル線幅を制御する場合にも、FM位相特
性の反転による不安定が生じず、帰還系電気回路の設計
が容易になるという利点もある。
第１図は本発明に係る光周波数変調装置の第１の実施例
を示す構成図、第２図は分布反射型（DBR）半導体レー
ザを用いた従来の光周波数変調装置の構成図、第３図及
び第４図は第２図に示した従来装置の光周波数変調特性
の測定結果を示す図、第５図は分布帰還型（DFB）半導
体レーザ用いた従来の光周波数変調装置の構成図、第６
図は第５図に示した従来装置の光周波数変調特性を示す
図、第７図は第１図に示した本発明の第１の実施例に基
づく装置の光周波数変調特性の測定結果を示す図、第８
図は本発明に係る光周波数変調装置の第２の実施例を示
す構成図、第９図は本発明に係る光周波数変調装置の第
３の実施例を示す構成図である。 図中、30,40,50……分布反射型半導体レーザ（DBR−L
D）、31……活性層領域、32,41,51……非活性層領域、3
3a……電流注入用電極、33b……被変調電流注入用電
極、34,42,43,52……制御電流注入用電極、35……注入
電流供給装置、36……被変調注入電流供給装置、38……
制御電流供給装置。
を示す構成図、第２図は分布反射型（DBR）半導体レー
ザを用いた従来の光周波数変調装置の構成図、第３図及
び第４図は第２図に示した従来装置の光周波数変調特性
の測定結果を示す図、第５図は分布帰還型（DFB）半導
体レーザ用いた従来の光周波数変調装置の構成図、第６
図は第５図に示した従来装置の光周波数変調特性を示す
図、第７図は第１図に示した本発明の第１の実施例に基
づく装置の光周波数変調特性の測定結果を示す図、第８
図は本発明に係る光周波数変調装置の第２の実施例を示
す構成図、第９図は本発明に係る光周波数変調装置の第
３の実施例を示す構成図である。 図中、30,40,50……分布反射型半導体レーザ（DBR−L
D）、31……活性層領域、32,41,51……非活性層領域、3
3a……電流注入用電極、33b……被変調電流注入用電
極、34,42,43,52……制御電流注入用電極、35……注入
電流供給装置、36……被変調注入電流供給装置、38……
制御電流供給装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾江 邦重 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−238686（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−223791（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−175277（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】活性層領域と、回折格子を内蔵した分布反
射層領域を含む非活性層領域とを有する分布反射型半導
体レーザを備えた光周波数変調装置において、 注入電流の一部を供給する注入電流供給装置と、 残りの注入電流に光周波数変調用の変調電流を重畳して
変調させた被変調注入電流を供給する被変調注入電流供
給装置と、 前記活性層領域の一部に前記注入電流を注入するための
少なくとも一つの電流注入用電極と、 前記注入電流の注入領域とは異なる前記活性層領域の残
りの部分に注入電流密度が前記電流注入用電極による注
入電流密度より低くなるよいに前記被変調注入電流を注
入するための少なくとも一つの被変調電流注入用電極と
を備えた ことを特徴とする光周波数変調装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8808789A JPH0831646B2 (ja) | 1989-04-10 | 1989-04-10 | 光周波数変調装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8808789A JPH0831646B2 (ja) | 1989-04-10 | 1989-04-10 | 光周波数変調装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02268478A JPH02268478A (ja) | 1990-11-02 |
| JPH0831646B2 true JPH0831646B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=13933083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8808789A Expired - Fee Related JPH0831646B2 (ja) | 1989-04-10 | 1989-04-10 | 光周波数変調装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0831646B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5530229B2 (ja) * | 2010-03-16 | 2014-06-25 | アンリツ株式会社 | 半導体発光素子およびそれを用いた光パルス試験器 |
| JP6730868B2 (ja) * | 2016-07-15 | 2020-07-29 | 日本電信電話株式会社 | 波長可変半導体レーザ |
-
1989
- 1989-04-10 JP JP8808789A patent/JPH0831646B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02268478A (ja) | 1990-11-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |