JP2764845B2 - 光パルス発生装置 - Google Patents

光パルス発生装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高速光ファイバ通信用
のソリトン光パルス発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信技術は、光増幅技術の進
展にささえられ超長距離化が進んでおり、再生中継器を
使用せずに太平洋横断も可能となってきた。しかしなが
ら、従来の伝送方式では、伝送速度が高くなると光ファ
イバの波長分散特性や非線形光学効果に基づく伝送特性
の劣化の影響がおおきくなり、高速・大容量化には限界
があった。この波長分散特性や非線形光学効果による高
速化の限界を打破する方式として、光ソリトン通信方式
が近年脚光を浴びている。光ソリトン通信方式は、従来
伝送方式の特性劣化要因である光ファイバの波長分散特
性や非線形光学効果を積極的に利用するものであり、フ
ァイバの波長分散によるパルス広がりと非線形光学効果
に基づくパルス圧縮をバランスさせ光短パルスを形を変
えずに伝送する方式である。時間多重や波長多重も比較
的容易であり、高速大容量化に適している。これまで、
ソリトン通信用のパルス光源は、外部共振付き半導体モ
ードロックレーザや半導体レーザの利得スイッチ法によ
り実現されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光ファイバを用いたソ
リトン通信を実現するためには、光ソリトンパルスの発
生技術が重要となる。 光パルスのソリトン条件は、時
間波形がハイパボリックセカント（sech2t、ｔ：時間）
形状であること、および過剰なスペクトル広がりがなく
周波数スペクトルが時間波形のフーリエ変換で表わされ
ること（フーリエ変換リミット）である。すなわち、時
間波形の半値全幅と周波数スペクトル半値全幅の積が
０．３１５である必要がある。また、光ファイバ伝送中
に生じる隣合う光パルス間の干渉を抑制するために、パ
ルス幅はパルス間隔の２０％以下であることが望まれ
る。なお現在の実験的なソリトン光通信システムでは、
時間波形の半値全幅と周波数スペクトル半値全幅の積が
０．４４１程度以内であればよしとして用いられてい
る。
【０００４】従来の光パルス発生装置の代表例である外
部共振付き半導体モードロックレーザは、半導体レーザ
の片端面に無反射コーティングを施し、その先に反射鏡
を配置し、半導体レーザの他方の端面と反射鏡で光の共
振器を形成するよう構成される。光共振器の光の往復時
間と同期した正弦波変調電流信号で半導体レーザを駆動
する方法であるため、変調速度が光の共振器の長さに固
定されてしまう上、時間波形の半値全幅と周波数スペク
トル半値全幅の積は０．５以上となるという問題があっ
た。またこの方法は、光共振器を使用しているため、周
囲環境の変化、例えば、温度変化や機械振動に対して敏
感であるため、長期安定性には問題がある。一方、半導
体レーザを短電流パルスで直接駆動する利得スイッチ法
は、原理的には変調速度は固定されないものの、実際に
は、短電流パルス生成のためにコムジェネレータなどの
共振器型のマイクロ波回路を使用せざるをえないため、
変調速度を任意に変えるのは困難であった。この方法
は、外部共振付き半導体モードロックレーザ以上に過剰
なスペクトル広がりが生じ、時間波形の半値全幅と周波
数スペクトル半値全幅の積は１以上となる。従って、こ
のままでは光ソリトンパルスとはならず、過剰スペクト
ルを抑制するための新たな技術、例えば、狭帯域な光フ
ィルタの使用等を必要とする。いずれの従来技術でもレ
ーザの直接変調に伴い発振波長が大きく変動するため光
スペクトルが過剰に広がり、ソリトン通信用の光パルス
としてはそのまま使用することができないばかりでな
く、長期安定性のあるソリトン光パルス発生装置の実現
は困難であった。
【０００５】本発明の目的は、かかる従来技術の問題点
を解決して、変調速度が可変で、かつ過剰な光スペクト
ル広がりがないソリトン通信用の光短パルス発生装置を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の第１の光パルス発生装置は、単一波長で連続発振する
半導体レーザと、該レーザの出力光に強度変調を行なう
半導体電気吸収型光変調器と、該光変調器に該半導体レ
ーザの出力光を十分に消光するまでの逆方向の直流電圧
を加える直流電圧発生器と、該光変調器に正弦波状電圧
を加える正弦波電圧発生器とを有する事を特徴とする構
成を有している。第２の光パルス発生装置は、単一波長
で連続発振する半導体レーザと、該半導体レーザの出力
光に強度変調を行なう第１の光変調器と、該第１の光変
調器の出力光に強度変調を行なう第２の光変調器と、該
第１の光変調器と該第２の光変調器を駆動させる矩形の
パルス電圧を発生させる矩形波発生器と、該第２の光変
調器と該矩形波発生器の間に入って該矩形波発生器の矩
形のパルス電圧を予め定められた時間だけ遅らせる遅延
回路を有する事を特徴とする構成を有している。第３の
光パルス発生装置は、単一波長で連続発振する半導体レ
ーザと、該半導体レーザの出力光に強度変調を行なう第
１の半導体電気吸収型光変調器と、該第１の電気吸収型
光変調器の出力光に強度変調を行なう第２の電気吸収型
光変調器と、該第１の電気吸収型光変調器と該第２の電
気吸収型光変調器を駆動させる正弦波状の電圧を発生さ
せる正弦波電圧発生器と、該第１の電気吸収型光変調器
と該第２の電気吸収型光変調器に逆方向で前記正弦波状
の電圧の１／２以下の直流電圧を加える直流電圧発生器
と、該第２の電気吸収型光変調器と正弦波電圧発生器の
間に入って該正弦波電圧発生器の正弦波状電圧を予め定
められた時間だけ遅らせる遅延回路を有する事を特徴と
する構成を有している。
【０００７】
【作用】上記の第１の光パルス発生装置は、一定強度の
半導体レーザ光を半導体吸収型光変調器に入射し、該光
変調器の特徴である光出力が印加電圧の増加に伴いほぼ
指数関数的に単調に減少する非線形特性を利用し光パル
スを発生している。この特徴は、半導体電気吸収型光変
調器に固有のものであり、光出力が印加電圧の増加に伴
い周期的に変化する誘電体光変調器にはない特徴であ
る。該半導体電気吸収型光変調器に、直流電圧を十分光
出力が減衰する点にバイアスし、そこに直流電圧の２倍
程度の振幅を有する正弦波電圧を加えると、光出力特性
の上記非線形性から自動的に光出力パルスが正弦波電圧
よりも細くなり、短い時間のみ半導体吸収型変調器が透
明になるよう動作させることができ、光短パルスを発生
できる。この方法で得られる光パルスの時間波形は、ハ
イパボリックセカント形状とガウス形状の間となる。ま
た、バイアス電圧を消光比１０ｄＢが得られる電圧から
５０ｄＢが得られる電圧に変化させ、変調電圧の振幅を
それぞれバイアス電圧の２倍に設定すると、得られる光
パルスの半値全幅は、正弦波電圧の周期の２５％から１
０％まで変化する。更に、半導体レーザは一定の波長で
発振させ、半導体レーザを直接変調せずに半導体吸収型
光変調器によって光短パルスを発生しているため、直接
変調に伴う発振波長の変動はなく、過剰なスペクトル広
がりは抑制でき、光ソリトンパルスが得られる。第２の
光パルス発生装置は、一定出力の半導体レーザ光を、消
光比が十分とれる矩形電圧で駆動された第１の強度光変
調器に入射し、更にその出力光を前記矩形電圧と時間差
のある矩形電圧で駆動することにより、駆動波形のＡＮ
Ｄ動作を光領域で行なうことにより短光パルスを発生し
ている。非常に短い電圧パルス波形の発生は、超高速電
子回路を必要とするため、困難であるのに対して、本発
明は、比較的長い矩形電圧パルスを用いて、短い光パル
スを発生できる。光パルス幅は、該２つの矩形電圧パル
スの時間差の設定により、任意に変えられるため、前記
第１の光パルス発生装置よりも更に短い光パルスの発生
が可能である。強度光変調器は、半導体電気吸収型光変
調器および誘電体型光変調器のいずれでもよい。第３の
光パルス発生装置は、一定出力の半導体レーザ光を、バ
イアス電圧とバイアス電圧の２倍以上の正弦波状電圧で
駆動された第１の半導体電気吸収型光変調器に入射し、
更にその出力光をバイアス電圧と前記正弦波状電圧と時
間差があり、かつその振幅がバイアス電圧の２倍以上の
正弦波状電圧で駆動された第２の電気吸収型光変調器に
入射することにより、短光パルスを発生している。半導
体電気吸収型光変調器をバイアス電圧の２倍以上（すな
わちバイアス電圧は正弦波状電圧の振幅の１／２以下）
の正弦波状電圧で駆動すると、前記光出力特性の非線形
性により、立ち上がり及び立ち下がり時間が非常に短い
光パルス波形を得ることができる。第１の半導体電気吸
収型光変調器の光出力パルスを第２の半導体電気吸収型
光変調器で切りとることにより、立ち上がり及び立ち下
がり時間のきわめて短い光パルスを発生することができ
る。光パルス幅の制御は、該２つの正弦波状電圧の時間
差の設定により、任意に変えられるため、前記第１およ
び第２の光パルス発生装置よりも更に短い光パルスの発
生が可能である。
【０００８】
【実施例１】以下図面により、本発明を詳細に説明す
る。第１の実施例を図１に示す。（ａ）は、光パルス発
生装置の全体図、（ｂ）は、半導体電気吸収型光変調器
による短光パルス発生の原理図である。始めに動作原理
について説明する。図１において、ＩｎＧａＡｓＰλ／
４シフト分布帰還型（ＤＦＢ）単一波長レーザ１からの
波長１．５５μｍの一定出力の光を、ＩｎＧａＡｓＰ電
気吸収型光変調器２に入射する。光変調器のＩｎＧａＡ
ｓＰ変調導波路層の禁制帯波長は１．４４μｍから１．
５μｍの間に設定し、電圧を加えないときにはほとんど
透明で、変調器への逆方向電圧を増加するに従い、光が
吸収され透過しなくなる。図１（ｂ）に逆方向電圧に対
する電気吸収型光変調器の透過特性（消光比）をログス
ケールで示す。電気吸収型光変調器の消光比はほぼ電気
吸収型変調器に加える逆方向電圧に比例する。すなわ
ち、光出力は、電圧に対して非線形特性を示す。直流電
圧源３より、図１（ｂ）に示すようにほとんど光が透過
しない点にバイアス電圧４を加える。更に、正弦波電圧
発生器５の出力である変調電圧６の振幅をバイアス電圧
４の２倍程度に設定して、前記光変調器に加えると、光
短パルス７を得ることができる。
【０００９】本発明者らは、この効果を確認するため、
１．５５μｍの単一波長で発振するＩｎＧａＡｓＰλ／
４シフトＤＦＢレーザと禁制帯波長１．４５μｍのＩｎ
ＧａＡｓＰ変調導波路層を有する電気吸収型光変調器を
用いた本実施例の動作試験を行なった。本発明者らの試
験では、−３Ｖのバイアス電圧により光変調器出力は０
Ｖバイアス時の１００分の１（消光比２０ｄＢ）に減少
した。更に、前記光変調器に変調電圧振幅６Ｖの５ＧＨ
ｚの正弦波を加えた結果、パルス半値全幅４０ピコ秒の
超短光パルスが得られた。また、バイアス電圧を−２Ｖ
から−６Ｖまで変化させ、変調電圧の振幅をバイアス電
圧の２倍に設定した結果、光パルスの半値全幅は４９ピ
コ秒から２２ピコ秒まで変化した。該正弦電圧の周期が
２００ピコ秒であることから、周期の２４．５％から１
１％のパルス幅が得られた。本発明は、従来例のように
光の共振器を使用していないため、変調速度は任意に設
定できる。本実施例の試験では、正弦波電圧の周波数を
１５ＧＨｚ及び２０ＧＨｚに設定した。バイアス電圧を
−２Ｖ、正弦電圧の振幅を７．２Ｖとした結果、１５Ｇ
Ｈｚで１４ピコ秒、２０ＧＨｚで１１ピコ秒の半値全幅
を有する光短パルスが得られた。使用した光変調器の周
波数特性の３ｄＢ帯域幅は７ＧＨｚであるため、１５Ｇ
Ｈｚ及び２０ＧＨｚでは直流の変調効率よりも４ｄＢお
よび６ｄＢ劣化していたが、その劣化量を補正するよう
変調電圧の振幅を増大してやれば、原理的に変調速度の
制限がないことが判明した。
【００１０】次に光スペクトルの測定を行なった。繰り
返し週波数５ＧＨｚ及び１５ＧＨｚの半値全幅２２ピコ
秒及び１４ピコ秒の時間波形のスペクトル半値全幅は、
それぞれ１４ＧＨｚ及び２３ＧＨｚであった。時間波形
の半値全幅とスペクトル半値全幅の積はいずれも、０．
３２であり、ソリトンパルス条件であるハイパボリック
セカント波形の時間波形の半値全幅とスペクトル半値全
幅の積０．３１５に極めて近い値が得られた。 本発明
による光パルスは、ほぼソリトン条件を満足し、かつ、
パルス幅がパルス間隔の２０％以下であるため、ソリト
ン光ファイバ通信システムに適用できる。そこで、本パ
ルス発生装置により発生した半値全幅６０ピコ秒、２．
４８ＧＨｚの短パルス列を１０、０００ｋｍの光ファイ
バを伝送し、波形観測を行なった。その結果、１０、０
００ｋｍ伝送後も波形に顕著な劣化は観測されず、本パ
ルス発生装置が長距離ソリトン光通信用の光ソリトン光
源となることが実証された。尚、電気吸収型光変調の光
出力特性は、必ずしも厳密に消光比が電圧に対して直線
である必要はない。低い電圧領域で消光比が直線で増加
し、高い電圧領域で消光比の増加率がわずかに低下する
場合には、得られる時間波形は、ハイパボリックセカン
ト波形により近い形状となる。この現象は、光変調器の
入出力端にレンズ等を介して光ファイバを配置し、ファ
イバと光変調器の光軸がわずかにずれている場合に観測
された。
【００１１】また、低い電圧領域で消光比が直線で電圧
増加に対して消光比の増加率がわずかに上昇する場合に
は、得られる時間波形は、ガウス波形に極めて近くな
る。いずれの場合も、ソリトン光源として許容できる。
また、本実施例において、入射光の波長を１．５２ミ
クロンから１．５７ミクロンまで変化させ、パルス形状
の測定を行なったが、いずれの場合も前記とほぼ同様な
光短パルスが得られた。本実施例のパルス発生装置は、
パルス幅の調整が容易に行なわれることから、ソリトン
光パルスの発生のみならず、通常のリターン−ゼロ符号
を用いる光パルス発生装置としても使用できる。 本実
施例の特徴は、光の共振器を使用していないため温度、
振動等の外部環境の変化にたいして安定である点、変調
速度が可変である点、更に特殊なマイクロ波電圧発生装
置を使用せずに正弦波電圧のみで簡便に過剰スペクトル
広がりのないソリトン通信用の短光パルスを発生できる
点にある。なお実際の利用に当たっては、半導体電気吸
収型光変調器２からの出力光に情報信号を加える情報信
号生成用の第２の光変調器を用いることが想定される。
【００１２】
【実施例２】図２（ａ）は、本発明による第２の実施例
の全体図、（ｂ）は、短パルスの発生原理図である。本
実施例の特徴は、実施例１と違って、時間差のある変調
電圧により２台の電気吸収型光変調器を駆動し短パルス
を発生する点にある。ＩｎＧａＡｓＰλ／４シフト分布
帰還型（ＤＦＢ）単一波長レーザ１からの波長１．５５
μｍの一定出力の光を、第１のＩｎＧａＡｓＰ電気吸収
型光変調器２に入射する。該第１の光変調器を矩形波発
生器９の出力を２分岐した振幅３Ｖ（０Ｖから−３Ｖ）
の５ＧＨｚの繰り返し周波数の矩形電圧（パルス幅Ｔ１
＝２００ピコ秒）で駆動する。正弦波電圧発生器と異な
り、矩形波電圧発生器９からの出力電圧は、立ち上がり
時間及び立ち下がり時間が１０ピコ秒程度の短いパルス
電圧を発生できるため、第１のＩｎＧａＡｓＰ電気吸収
型光変調器２からの光出力パルスは、消光比２０ｄＢ以
上の矩形光パルスとなる。前記光パルスを、第２のＩｎ
ＧａＡｓＰ電気吸収型光変調器８に入射する。矩形波発
生器９の出力電圧を２分岐した他方の出力を同軸線路等
で構成される遅延回路１０（遅延時間Ｔ）を通した後
に、その矩形電圧で第２の光変調器を駆動する。このよ
うな構成にすることにより、変調電圧のＡＮＤ動作が光
領域で可能であり、光変調器２へ入射した光は光変調器
８の出力時にはパルス幅Ｔ１と遅延時間Ｔの時間差に対
応したパルス幅の短光パルスとなる。遅延時間を１８０
ピコ秒に設定すると光出力パルスのパルス幅Ｔ１−Ｔ
は、２０ピコ秒以下となる。電気信号の段階で極めて細
いパルス幅の変調電圧を発生するのが困難であるのに対
して、本実施例の特徴は、２つの比較的長い変調電圧パ
ルスの遅延時間を利用することにより、任意のパルス幅
の短光パルスが得られる点にある。従って本実施例も、
ソリトン光パルスの発生のみならず、通常のリターン−
ゼロ符号を用いる光パルス発生装置としても使用でき
る。
【００１３】本発明者らの前記ＩｎＧａＡｓＰ電気吸収
型光変調器を用いた本実施例の動作試験によれば、矩形
電圧で駆動した変調器出力として、立ち上がり及び立ち
下がり時間約２０から３０ピコ秒の光波形が得られてお
り、２台の変調器を用いることによりパルス幅が２０ピ
コ秒以下の超短パルスが発生可能である。なお、本実施
例の光変調器は、すべての強度変調器に適用できるた
め、構造及び材料は問わない。従って、半導体光変調器
に限らずＬｉＮｂＯ3 等を用いる誘電体光変調器でもよ
い。なお実際の利用に当たっては、半導体電気吸収型光
変調器８からの出力光に情報信号を加える情報信号生成
用の第３の光変調器を用いることが想定される。
【００１４】
【実施例３】図３（ａ）は、本発明による第３の実施例
の全体図、（ｂ）は、短パルスの発生原理図である。本
実施例の特徴は、実施例２と違って、時間差のある正弦
波状変調電圧とバイアス電圧により２台の電気吸収型光
変調器を駆動し短パルスを発生する点にある。 ＩｎＧａＡｓＰλ／４シフト分布帰還型（ＤＦＢ）単一
波長レーザ１からの波長１．５５μｍの一定出力の光
を、第１のＩｎＧａＡｓＰ電気吸収型光変調器２に入射
する。該第１の光変調器に直流電圧源３の出力である逆
方向バイアス電圧−３Ｖを印加する。正弦波発生器５の
出力を２分岐し、一方の出力である５ＧＨｚの正弦波状
電圧の振幅をバイアス電圧の２倍以上の９Ｖとし、該第
１の光変調器に加える。半導体電気吸収型光変調器をバ
イアス電圧の２倍以上の振幅の正弦波状電圧で駆動する
と、電気吸収型光変調器の光出力特性が図１（ｂ）に示
すように、逆方向電圧に対しては非線形に減少し正方向
電圧に対してはほとんど変化しないことにより、立ち上
がり及び立ち下がり時間が非常に短い矩形光パルス波形
を得ることができるため、第１のＩｎＧａＡｓＰ電気吸
収型光変調器２からの光出力パルスは、消光比２０ｄＢ
以上の立ち上がり立ち下がり時間の極めて短い矩形光パ
ルスとなる。前記光パルスを、第２のＩｎＧａＡｓＰ電
気吸収型光変調器８に入射する。第２の光変調器には直
流電圧源１３により、バイアス電圧−３Ｖを印加し、更
に、正弦波発生器９の出力電圧を２分岐した他方の出力
正弦波状電圧を同軸線路等で構成される遅延回路１０
（図示のように正弦波電圧の半周期の範囲内の遅延時間
Ｔ）を通した後に印加する。このような構成にすること
により、正弦波電圧で駆動しているにも係わらず、矩形
光パルスのＡＮＤ動作が可能であり、光変調器２へ入射
した光は光変調器８出力時にはパルス幅Ｔ1 と遅延時間
Ｔの時間差に対応したパルス幅の短光パルスとなる。遅
延時間Ｔを１９０ピコ秒に設定すると光出力パルスのパ
ルス幅Ｔ1 −Ｔは、１０ピコ秒以下となる。なお実際の
利用に当たっては、半導体電気吸収型光変調器８からの
出力光に情報信号を加える情報信号生成用の第３の光変
調器を用いることが想定される。
【００１５】
【実施例４】図４に、本発明の第４の実施例の一部とし
て、前記半導体レーザと前記短パルス生成用の電気吸収
型光変調器を集積した素子の断面図を示す。実施例１の
光パルス発生装置中のＩｎＧａＡｓＰλ／４シフト分布
帰還型（ＤＦＢ）単一波長レーザ１とＩｎＧａＡｓＰ電
気吸収型光変調器２がＩｎＰ半導体基板１１上に一体集
積されている。両素子は、半絶縁性ＩｎＰ１２により電
気的に絶縁されている。本発明者らは、レーザ部の長さ
が３００ミクロン半絶縁性ＩｎＰ１２の長さが５０ミク
ロン、変調器部の長さが２９０ミクロンの集積素子を作
製した。光変調器からのレーザへの光の反射によって引
き起こされる発振波長の変動を抑制するため両端面には
無反射膜を施してある。レーザ及び光変調器間の電気分
離抵抗は１ＭΩであり、両素子の電気的干渉を抑制して
いる。ＩｎＧａＡｓＰ変調導波路層の禁制帯エレルギー
は１．４４ミクロンである。レーザ部に１８０ｍＡの直
流電流を印加したところ発振波長１．５５ミクロンで単
一波長発振し、変調器部に−２Ｖのバイアス電圧を印加
したところ２５ｄＢの消光比が得られた。更に光変調器
部に５ＧＨｚ、振幅４Ｖの正弦波状電圧を印加した結
果、半値全幅３３ピコ秒の光パルスが得られた。時間半
値全幅とスペクトル半値全幅の積は、０．３１５であ
り、ソリトン光源となることを確認した。本実施例で
は、単一波長レーザとして、ＩｎＧａＡｓＰλ／４シフ
トＤＦＢレーザを用いたが、単一波長レーザであればい
かなる構造でもよく、分布反射型レーザ、均一回折格子
を用いる通常型ＤＦＢレーザ、さらには、波長可変レー
ザにも適用可能である。更に、材料系も問わず、レーザ
の活性層及び変調導波路層に量子井戸構造を適用しても
よい。本実施例の特徴は、レーザと変調器が一体化され
ているため、レーザと光変調器間の光の結合損失が大幅
に低減されるうえ、ワンチップの半導体素子と直流電圧
源及び正弦波電圧発生器で損失が少ない光パルス発生装
置が構成できる点にある。
【００１６】
【実施例５】図５に、本発明の第５の実施例の一部とし
て、前記短パルス生成用の電気吸収型光変調器２つを集
積した素子の断面図を示す。実施例２及び３の２つのＩ
ｎＧａＡｓＰ電気吸収型光変調器２、８がＩｎＰ半導体
１１上に一体集積化されており、両素子は半絶縁性Ｉｎ
Ｐ１２により電気的に絶縁されている。この集積素子
は、同一組成のＩｎＧａＡｓＰ変調層で構成されるた
め、容易に結晶成長ができ、光の結合損失は生じない。
両素子の電気分離抵抗は半絶縁性ＩｎＰの採用により１
ＭΩ以上とれる。本実施例の特徴は、２台の変調器が一
体化されているため、変調器間の光の結合損失が全く生
じない点にある。
【００１７】
【実施例６】図６に、本発明の第６の実施例の一部とし
て、短パルス発生用の電気吸収型光変調器と情報信号生
成用の電気吸収型光変調器を集積した素子の断面図を示
す。第１の実施例の短パルス発生用のＩｎＧａＡｓＰ電
気吸収型光変調器２と、情報信号生成用のＩｎＧａＡｓ
Ｐ電気吸収型光変調器１３が、ＩｎＰ半導体１１上に一
体集積化されており、両素子は半絶縁性ＩｎＰ１２によ
り電気的に絶縁されている。本実施例の特徴は、実施例
１に新たに信号生成用の変調器が光の損失増加を招くこ
となく付加される点にある。
【００１８】
【実施例７】図７に、本発明の第７の実施例の一部とし
て、短パルス発生用の２つの電気吸収型光変調器と情報
信号生成用の電気吸収型光変調器を集積した素子の断面
図を示す。実施例５の２つのＩｎＧａＡｓＰ電気吸収型
光変調器２、８と情報信号生成用のＩｎＧａＡｓＰ電気
吸収型光変調器１３が、ＩｎＰ半導体１１上に一体集積
化されており、３素子は半絶縁性ＩｎＰ１２により電気
的に絶縁されている。本実施例の特徴は、３つの変調器
が一体化されているため、実施例５に新たに信号生成用
の変調器が光の損失増加を招くことなく付加される点に
ある。
【００１９】
【実施例８】図８に、本発明の第８の実施例の一部とし
て、２つの電気吸収型光変調器と半導体レーザを集積し
た素子の断面図を示す。実施例５の２つのパルス生成用
ＩｎＧａＡｓＰ電気吸収型光変調器２、８、又は実施例
６のパルス生成用ＩｎＧａＡｓＰ電気吸収型光変調器２
と情報信号生成用のＩｎＧａＡｓＰ電気吸収型光変調器
１３、がＩｎＧａＡｓＰλ／４シフト分布帰還型（ＤＦ
Ｂ）単一波長レーザ１と共にＩｎＰ半導体１１上に一体
集積化されており、３素子は半絶縁性ＩｎＰ１２により
電気的に絶縁されている。
【００２０】
【実施例９】図９に、本発明の第９の実施例の一部とし
て、短パルス発生用の２つの電気吸収型光変調器と情報
信号生成用の電気吸収型光変調器及び半導体レーザを集
積した素子の断面図を示す。実施例７の２つのＩｎＧａ
ＡｓＰ電気吸収型光変調器２、８と情報信号生成用のＩ
ｎＧａＡｓＰ電気吸収型光変調器１３、及びＩｎＧａＡ
ｓＰλ／４シフト分布帰還型（ＤＦＢ）単一波長レーザ
１がＩｎＰ半導体１１上に一体集積化されており、４素
子は半絶縁性ＩｎＰ１２により電気的に絶縁されてい
る。本実施例の特徴は、レーザ及び２台の短パルス発生
用変調器及び情報信号生成用変調器が一体化されている
ため、非常に損失の少ない短パルス発生装置が得られ
る。
【００２１】尚、以上の説明では、光変調器としてＩｎ
ＧａＡｓＰ電気吸収型光変調器を用いて説明したが、そ
の他、量子井戸層がＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓで
構成され、量子障壁層が量子井戸層より禁制帯エネルギ
の大きいＩｎＰ又はＩｎＧａＡｓＰで構成される量子井
戸構造の吸収型光変調器にも適用可能である。更に、Ｉ
ｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡ
ｌＡｓ量子井戸構造の吸収型光変調器にも適用可能であ
る。前記の２つの変調器を用いて短光パルスを生成する
ための光変調器及び情報信号生成用変調器については、
すべての強度変調器が適用できるため、構造及び材料は
問わない。従って、半導体光変調器に限らずＬｉＮｂＯ
3 等を用いる誘電体光変調器でもよい。集積型の光パル
ス発生装置については、レーザ、変調器などの内、いず
れか２つ以上任意の組み合わせが可能であり、材料も前
記量子井戸構造が適用できる。
【００２２】また、以上の説明では、ソリトン光通信用
の光パルス発生装置について説明したが、通常のリター
ン−ゼロ符号を用いる光パルス発生装置として使用でき
ることは言うまでもない。更に、本発明により光パルス
を発生した後に、光ファイバの非線形性あるいは過飽和
吸収体によるパルス圧縮効果を利用すれば、パルス幅１
ピコ秒以下の超短光パルスが得られることは言うまでも
ない。
【００２３】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
るので、次のような効果が得られる。第１の光パルス発
生装置は、従来技術で無し得なかった可変変調速度と過
剰スペクトル広がりの抑制を、半導体レーザ、電気吸収
型光変調器、直流電圧源及び正弦波電圧発生器から構成
される簡便な方法で実現し、過剰スペクトル広がりのな
いの短光パルスを発生できるため、長期信頼性のある安
定なソリトン通信用の光パルス発生装置として極めて有
望である。第２の光パルス発生装置は、２台の光変調器
へ加える矩形電圧信号の遅延時間を変えることにより、
任意のパルス幅の短光パルスが得られるため、可変変調
速度と過剰スペクトル抑制が可能なばかりでなく、繰り
返し周期の１／１０以下のパルス幅の短光パルスを容易
に発生することができ、ソリトン通信用の光パルス発生
装置として極めて有望である。
【００２４】第３の光パルス発生装置は、２台の電気吸
収型光変調器へ加える正弦波電圧信号の遅延時間を変え
ることにより、特殊な高速電子回路を必要とせずに、可
変変調速度と過剰スペクトル抑制が可能なばかりでな
く、繰り返し周期の１／１０以下のパルス幅の短光パル
スを容易に発生することができ、ソリトン通信用の光パ
ルス発生装置として極めて有望である。本発明者らは、
装置の簡便さおよび単一周波数動作の観点から、第１の
光パルス発生装置が最も有望と考えている。また一層パ
ルス幅の狭い短光パルスを求める場合には、第３の光パ
ルス発生装置が重要と考えている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体電気吸収型光変調器を用い
る光パルス発生装置の第１の実施例の全体を示す図
（ａ）とこの実施例の半導体電気吸収型光変調器による
短光パルスの原理を説明するための図（ｂ）である。
【図２】本発明による２つの半導体電気吸収型光変調器
を用いる光パルス発生装置の第２の実施例の全体を示す
ブロック図（ａ）とこの実施例の半導体電気吸収型光変
調器による短光パルスの原理を説明するための図（ｂ）
である。
【図３】本発明による正弦波電圧駆動の２つの半導体電
気吸収型光変調器を用いる光パルス発生装置の第３の実
施例を示すブロック図（ａ）と本発明による第３の実施
例の半導体電気吸収型光変調器による短光パルスの原理
を説明するための図（ｂ）である。
【図４】実施例４の内の半導体レーザとパルス生成用電
気吸収型光変調器を一体集積した部分を示す断面図であ
る。
【図５】実施例５の内のパルス生成用の２台の電気吸収
型光変調器を一体集積した部分を示す断面図である。
【図６】実施例６の内のパルス生成用と情報信号生成用
の２つの電気吸収型光変調器を一体集積した部分を示す
断面図である。
【図７】実施例７の内の３つの電気吸収型光変調器を一
体集積した部分を示す断面図である。
【図８】実施例８の内のパルス生成用と情報信号生成用
の２つの電気吸収型光変調器と半導体レーザを一体集積
した部分を示す断面図である。
【図９】実施例９の内の３つの電気吸収型光変調器と半
導体レーザを一体集積した部分を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ＩｎＧａＡｓＰλ／４シフト分布帰還型レーザ ２、８、１３ ＩｎＧａＡｓＰ電気吸収型光変調器 ３、１３ 直流電圧源 ４ バイアス電圧 ５ 正弦波電圧発生器 ６ 変調用電圧 ７ 光短パルス ９ 矩形波発生器 １０ 遅延回路 １１ ＩｎＰ半導体基板 １２ 半絶縁性ＩｎＰ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−286587（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−143721（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−40122（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−212804（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−187719（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−249517（ＪＰ，Ａ) ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷ ＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ＶＯ Ｌ．８ ＮＯ．９ ＰＰ．1357−1362 （1990年９月) 1992年電子情報通信学会春季大会講演 論文集 〜分冊４！ 通信・エレクトロ ニクス Ｐ．４−260 「Ｃ−218 超高 速変調用光変調器の製作と実験」 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/00 - 1/025 H01S 3/18 H01S 3/10 - 3/133 H01L 27/15 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 単一波長で連続発振する半導体レーザ
    と、該レーザの出力光に強度変調を行なう半導体電気吸
    収型光変調器と、該半導体電気吸収型光変調器に該半導
    体レーザの出力光を十分に消光するまでの逆方向の直流
    電圧を加える直流電圧発生器と、該半導体電気吸収型光
    変調器に正弦波状電圧を加える正弦波電圧発生器とを有
    することを特徴とする光パルス発生装置。
  2. 【請求項２】 単一波長で連続発振する半導体レーザ
    と、該半導体レーザの出力光に強度変調を行なう第１の
    半導体電気吸収型光変調器と、該第１の電気吸収型光変
    調器の出力光に強度変調を行なう第２の電気吸収型光変
    調器と、該第１の電気吸収型光変調器と該第２の電気吸
    収型光変調器を駆動させる正弦波状の電圧を発生させる
    正弦波電圧発生器と、該第１の電気吸収型光変調器と該
    第２の電気吸収型光変調器に逆方向で前記正弦波状の電
    圧の１／２以下の直流電圧を加える直流電圧発生器と、
    該第２の電気吸収型光変調器と正弦波電圧発生器の間に
    入って該正弦波電圧発生器の正弦波状電圧を前記正弦波
    状の電圧の（１／２）周期の範囲で予め定められた時間
    だけ遅らせる遅延回路を有することを特徴とする光パル
    ス発生装置。
  3. 【請求項３】 前記半導体電気吸収型光変調器からの出
    力光に情報信号を加える情報信号生成用の第２の光変調
    器を有することを特徴とする請求項１に記載の光パルス
    発生装置。
  4. 【請求項４】 前記第２の半導体電気吸収型光変調器か
    らの出力光に情報信号を加える情報信号生成用の第３の
    光変調器を有することを特徴とする請求項２に記載の光
    パルス発生装置。
  5. 【請求項５】 前記半導体レーザおよび前記半導体電気
    吸収型光変調器が半導体基板上に一体集積されているこ
    とを特徴とする請求項１に記載の光パルス発生装置。
  6. 【請求項６】 前記半導体レーザ、前記第１の半導体電
    気吸収型光変調器および第２の半導体電気吸収型光変調
    器の少なくとも２つ以上が半導体基板上に一体集積され
    ていることを特徴とする請求項２に記載の光パルス発生
    装置。
  7. 【請求項７】 前記半導体レーザ、前記半導体電気吸収
    型光変調器および第２の光変調器少なくとも２つ以上が
    半導体基板上に一体集積されていることを特徴とする請
    求項３に記載の光パルス発生装置。
  8. 【請求項８】 前記半導体レーザ、前記第１の半導体電
    気吸収型光変調器、第２の半導体電気吸収型光変調器お
    よび第３の光変調器の少なくとも２つ以上が半導体基板
    上に一体集積されていることを特徴とする請求項４に記
    載の光パルス発生装置。
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１９９２年電子情報通信学会春季大会講演論文集 〜分冊４！ 通信・エレクトロニクス Ｐ．４−２６０ 「Ｃ−２１８ 超高速変調用光変調器の製作と実験」
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ＶＯＬ．８ ＮＯ．９ ＰＰ．１３５７−１３６２ （１９９０年９月）

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