JPS6281086A - 光送信装置 - Google Patents

光送信装置

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JPS6281086A
JPS6281086A JP60220310A JP22031085A JPS6281086A JP S6281086 A JPS6281086 A JP S6281086A JP 60220310 A JP60220310 A JP 60220310A JP 22031085 A JP22031085 A JP 22031085A JP S6281086 A JPS6281086 A JP S6281086A
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JP
Japan
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extinction ratio
optical output
optical
oscillation
deterioration
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JP60220310A
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English (en)
Inventor
Sadao Fujita
定男 藤田
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NEC Corp
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NEC Corp
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光フアイバ通信システムに用いる光送信装置、
時に高速変調時にも高消光比で狭いスペクトル幅で動作
する光送信装置に関する。
〔従来の技術〕
近年、光フアイバ通信では、単一モードファイバの最低
損失帯である波長1.5μm帯を利用した長距離大容量
の光フアイバ通信システムの検討がなされている。
ところで波長1.5 μm帯では、単一モードファイバ
に波長の違いによって伝搬速度が異なる性質つまり波長
分散がある。このため、長距離大容量の光フアイバ通信
システムには、単一モードファイバの波長分散の影響を
除くため、高速変調時に単一軸モードで発振しかつスペ
クトル幅拡がりの小さな光源が必要とされる。現在、単
一軸モードで発振する上記の光源としては、素子内部に
回折格子を有し、その波長選択性を利用して単一軸モー
ドで発振する分布帰還型半導体レーザ(DFBレーザ)
が開発されている。DFBレーザは高速変調時にも、単
一軸モードで発振し、変調時のスペクトル幅の拡がりも
比較的狭い半導体レーザであり、1.5μm帯DFBレ
ーザを用いて、ビットレイト1.8Gb/sで60km
の単一モードファイバ伝送が実現されている(藤田他、
1.5μm帯DFB−LDを用いた高速長距離光フアイ
バ伝送の検討、昭和59年度電子通信学会通信部門全国
大会739)。
前記の報告例では、マーク“1”とスペース“0”の2
値で高速変調された送信光のスペクトル幅拡がりを小さ
くするため、DFBレーザを発振の閾値以上にバイアス
して動作させている。その結果、DFBレーザの高速変
調時のスペクトル幅は狭くなり、60kmの単一モード
ファイバ伝送後の波長分散による感度劣化は約1dB程
度に抑えられている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、上記のDFBレーザを閾値以上にバイアスして
2値の強度変調を行なった場合、スペース“0”の部分
でもレーザ発振するため、消光比の低下による感度劣化
が生じるという問題があった。因に、前記の報告例では
消光比の低下により約2dBの感度劣化が生じていた。
本発明の目的は高速変調時にも狭スペクトル幅で発振す
るとともに、消光比劣化の生じない光フアイバ通信用の
光送信装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の光送信装置は、送信光源としての半導体レーザ
素子と、前記半導体レーザ素子をパルス変調するための
駆動回路と、前記半導体レーザ素子と光学的に結合され
た可飽和吸収体とを含み、前記可飽和吸収体で前記半導
体レーザ素子からのパルス変調光の消光比改善を行なっ
て、前記可飽和吸収体からの光出力を送信光として用い
ることを特徴とする。
〔作用〕
次に本発明の作用について述べる。前述のように、高速
変調されたDFBレーザの発振スペクトルを狭くするた
めには、DFBレーザのバイアス電流を発振閾値以上に
設定するのが望ましいが、この場合には変調光の消光比
劣化が生じる。そこで、本発明では、閾値以上にバイア
スしたDFBレーザの変調光の消光比を改善するために
、可飽和吸収体を用いる。
第6図にその原理図を示す。第6図(a)に閾値以上に
バイアスし、消光比が低下したDFBレーザの光変調出
力を示す。第6図(b)は可飽和吸収体の先人出力特性
を示す ものである。可飽和吸収体は光入力が一定値 
以上になると、急に光吸収型が減少する特性をもつため
、その先人出力特性は第6図(b)の様になる。さて、
第6図(a)に示す光変調出力を第6図(b)に示す特
性を持つ可飽和吸収体に入射させる。このとき可飽和吸
収体からの光出力は、第6図(c)に示される様にスペ
ース“O”の部分の光出力が小さくなった波形となり、
消光比が改善される。また、この可飽和吸収体を用いて
、高速変調されたDFBレーザの発振スペクトル幅をさ
らに狭めることができる。
第7図(a)に、発振閾値以上にバイアスし、2値のラ
ンダムパターンで高速変調をかけたDFBレーザの発振
スペクトルを示す。この場合、発振スペクトルには変調
信号のマーク“1”とスペース“0”に対応した2つの
レーザ発振のピークが表われる。そこで、可飽和吸収体
を用いて、スペース“0”の部分の光出力を減少させる
ことにより、発振スペクトルを第7図(b)に示すよう
に、狭くすることができる。
〔実施例〕
以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第1図は本発明の第1の実施例である光送信装置の構成
図を示したものであり、集積型半導体レーザ素子32と
周辺電気回路からなっている。
集積型半導体レーデ素子32は、n−1nP基板1の上
に波長組成1.55μmのInGaAsPの活性層2お
よび波長組成1.3.umのn−InGaAsPの光ガ
イド層3を順にエピタキシャル成長させた後、光ガイド
層30表面のレーザ領域13となる部分にのみ周期約2
400人の回折格子10を形成し、可飽和吸収領域14
となる部分は平坦な状態として構成されている。その後
、レーザ領域13および可飽和吸収領域14の全面を覆
うようにp−InPのクラッド層4およびp” −In
GaAsPのキャップ層5を順にエピタキシャル成長さ
せ、レーザ領域13及び可飽和吸収領域14のキャップ
層5上にそれぞれ第1.第2の電極6.7を形成し、I
nP基板1の下には第3の電極8を形成する。第1゜第
2の電極6.7の間には、両電極間の電気的アイソレー
ションをよくするために、キャップ層5より深い溝9が
形成しである。
また、周辺回路は前述のレーザ領域13にバイアス電流
20と変調電流21を注入するための駆動用電気回路1
1と、可飽和吸収領域14で光吸収の制御を行うために
可飽和吸収領域14にバイアス電流23を注入する制御
用電気回路12とからなっている。
この集積型半導体レーザ素子32のレーザ領域13は、
回折格子100波長選択性を利用して単一軸モード発振
するDFBレーザとして作用する。しかし、この素子で
は、レーザ領域13の端面17と可飽和吸収領域14の
端面18とで構成される共振器により、光出力にヒステ
リシス特性が生じやすくなる。
これを防ぐために本実施例では、可飽和吸収領域14側
の端面18には、SiNを用いて反射率1%以下の無反
射コーテイング膜15が形成しである。
さて、この集積型半導体レーザ素子32のレーザ領域1
3のみに駆動用電気回路12を介して電流を注入すると
、波長1.55μm付近で単一軸モード発振する。また
、発振閾値電流は40mAである。この時の集積型半導
体レーザ素子32の電流対光出力特性を第2図に示す。
ここで、第2図の線(a)はレーザ領域13の端面17
からの第1の光出力19であり、第2図の線(C)は可
飽和吸収領域14の端面18からの第2の光出力16で
ある。可飽和吸収領域14内の電流の注入されていない
活性層2は、光入力の増加に伴い、光吸収量が減少する
可飽和吸収体として働くので、第2の光出力16の電流
対光出力特性には第2図の線(C)の様にキングが生じ
る。一方、可飽和吸収領域14に制御用電気回路12を
介して6mAの電流を注入した場合には、可飽和吸収領
域の光吸収量が減少し、第2の光出力16の電流対先出
力特性は第2図の線(b>の様になる。次にこの集積型
半導体レーザ素子32をビットレイ)2Gb/sのRZ
符号で変調した場合について説明する。この場合、レー
デ領域13からの第1の光出力19の発振スペクトルが
狭くなる様にレーザ領域13へのバイアス電流を発振閾
値以上の50mAに設定し、可飽和吸収領域への注入電
流は、6mAとした。第3図に2Gb/sのRZ符号で
変調した時の第1の光出力19及び第2の光出力16の
発振スペクトルを示す。レーザ領域13からの第1の光
出力19の発振スペクトル(第3図の線(a))は変調
信号のマーク“1″、スペース“0”に対応した双峰性
の発振スペクトルであり、発振スペクトルのすそ幅は約
4人であった。一方、可飽和吸収領域14からの光出力
16の発振スペクトル(第3図の線(b))は、光出力
の小さいスペース“0”のスペクトルが減衰させられる
ため、発振スペクトルのすそ幅は約1.5人と狭くなっ
ている。
第4図には、2Gb/sのRZ符号で変調した時の第1
の光出力19及び第2の光出力16の光変調波形を示す
。レーザ領域13からの第1の光出力19の光変調波形
(第4図の線(a))はバイアス電流を発振閾値以上と
しているため、消光比が4:1と悪い状態である。一方
、可飽和吸収領域14からの第2の光出力16はスペー
ス“0”の光出力が減衰するので、消光比は15:1ま
で改善されている。
実際にこの集積型半導体レーザ素子32の可飽和吸収領
域14からの光出力16をアイソレータ及び対物レンズ
を介して、単一モードファイバに入射させ、2Gb/s
のRZ符号で、100 kmの単一モードファイバ伝送
実験を行なった結果、消光比劣化による感度劣化は0.
5dB以下程度であった。また波長1.5.umでの波
長分散18ps/km/nmの単一モードファイバを1
00 km伝送した後の分散による感度劣化は0.5d
Bと小さくできた。
第5図は本発明の第2の実施例の光送信装置のブロック
図である。ここでは光源に、1.55μm帯で単一軸モ
ード発振するDFBレーザ24を用い、可飽和吸収体2
7には、InGaASとInAl1ASによる多重量子
井戸(MQW)構造のものを用いた。この可飽和吸収体
27は、InP基板上に、厚さ1μmのInAl2AS
層を形成し、その上に、厚さがそれぞれ80人のrnc
aAs層とr nAlAs層とを交互に30周期に亘っ
て成長させた構造であり、波長1.55μm付近にエキ
シトンの関与する吸収ピークが存在するものである。
第5図に於いて、DFBレーザ24からの光出力3oは
対物レンズ25、戻り光防止のためのアイソレーク26
を介して、可飽和吸収体27に入射している。
可飽和吸収体27からの光出力28は対物レンズ33を
介して送信用の単一モードファイバ34に入射している
。また、アイソレータ26からの光出力31は、可飽和
吸収体27の各層に対して垂直に入射している。以上の
構成で、DFBレーザ24の発振スペクトルが狭くなる
ように、DFBレーザ24を発振閾値以上にバイアスし
、2Gb/sのRZ符号で変調した。その結果DFBレ
ーザ24からの被変調光である光出力29は、消光比が
5=1で発振スペクトル幅のすそ拡がりが4人と云う状
態であった。
一方、可飽和吸収体27ではスペース“0”に相当する
光出力が吸収されるため、可飽和吸収体27からの光出
力28は、消光比が18:1と改善され、発振スペクト
ル幅のすそ拡がりも1人と狭くなっている。この光出力
28を送信光として、100 kmの単一モードファイ
バを伝送し、受信感度の符号誤り率特性を調べた結果、
消光比劣化及び分散による感度劣化はそれぞれ0.5d
B以下と小さかった。
以上、前述のように、可飽和吸収体を用いることにより
、DFBレーザの光変調出力の消光比の改善及び発振ス
ペクトル幅の減少が可能となり、長距離の単一モードフ
ァイバ伝送時にも、受信感度劣化の生じない送信光を得
ることができる。
なお、上記実施例では、光源に1.5μm帯で発振する
DFBレーザを用いたが光源はこれに限らず、例えば単
一軸モード発振する分布帰還形レーザ(DBRレーザ)
、ファブリ・ペロー型半導体レーザ等を用いてもよい。
また、光源の発振波長は1.5μm帯に限らず、波長1
.3μm帯でもよい。また、可飽和吸収体には、半導体
で構成されたものを用いたが、可飽和吸収体の材料は半
導体に限らず、レーザの発振波長で可飽和吸収の効果を
示すものであればいかなるものでもよい。
〔発明の効果〕
本発明による光送信装置では、高速変調時にも狭いスペ
クトル幅で発振するとともに、消光比の高い光変調波形
が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す光送信装置の構成
図、 第2図はこの光送信装置の電流対光出力特性を示す線図
、 第3図は前記光送信装置の発振スペクトル特性を示す線
図、 第4図は前記光送信装置の光変調波形を示す線図、 第5図は本発明の第2の実施例を示す光送信装置のブロ
ック図、 第6図および第7図は本発明の詳細な説明するための線
図である。 1 ・・・・・・・・・・・・・・・ n−1nP基板
2 ・・・・・・・・・・・・・・・ 活性層3 ・・
・・・・・・・・・・・・・ 光ガイド層4 ・・・・
・・・・・・・・・・・ クラッド層5 ・・・・・・
・・・・・・・・・ キャップ層6.7.8  ・・・
 電極 9・・・・・・・・・・・・・・・溝 10  ・・・・・・・・・・・・・・・ 回折格子1
1  ・・・・・・・・・・・・・・・ 駆動用電気回
路12  ・・・・・・・・・・・・・・・ 制御用電
気回路13  ・・・・・・・・・・・・・・・ レー
ザ領域14  ・・・・・・・・・・・・・・・ 可飽
和吸収領域15  ・・・・・・・・・・・・・・・ 
無反射コーテイング膜16、19.28.29.30.
31・・・ 光出力17、18  ・・・・・・・・・
 端面20  ・・・・・・・・・・・・・・・ バイ
アス電流21  ・・・・・・・・・・・・・・・ 変
調電流23  ・・・・・・・・・・・・・・・ 制御
電流24  ・・・・・・・・・・・・・・・ DFB
レーザ25、33・・・・・・・・・・・・ 対物レン
ズ26  ・・・・・・・・・・・・・・・ アイソレ
ータ27  ・・・・・・・・・・・・・・・ 可飽和
吸収体32  ・・・・・・・・・・・・・・・ 集積
型半導体レーザ素子34  ・・・・・・・・・・・・
・・・ 単一モードファイバ代理人 弁理士  岩 佐
 義 幸 第2図 第3図 第4図 (C)  可1四佃ΩILIlスイ本カ゛らの    
(b)  可i秒十ロp及リスイ本の売出力     
       光入社カ性寺小生第6図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)送信光源としての半導体レーザ素子と、前記半導
    体レーザ素子をパルス変調するための駆動回路と、前記
    半導体レーザ素子と光学的に結合された可飽和吸収体と
    を含み、前記可飽和吸収体で前記半導体レーザ素子から
    のパルス変調光の消光比改善を行なって前記可飽和吸収
    体からの光出力を送信光として用いることを特徴とする
    光送信装置。
JP60220310A 1985-10-04 1985-10-04 光送信装置 Pending JPS6281086A (ja)

Priority Applications (1)

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JP60220310A JPS6281086A (ja) 1985-10-04 1985-10-04 光送信装置

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JP60220310A JPS6281086A (ja) 1985-10-04 1985-10-04 光送信装置

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JPS6281086A true JPS6281086A (ja) 1987-04-14

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ID=16749136

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01312881A (ja) * 1988-06-09 1989-12-18 Nec Corp 可変波長変換素子
JPH0387085A (ja) * 1989-06-30 1991-04-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 超短光パルス発生装置
JP2005236209A (ja) * 2004-02-23 2005-09-02 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> レーザー光源
JP2014178688A (ja) * 2013-03-14 2014-09-25 Emcore Corp 光変調器製造及び動作方法

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