JPH0643515A - コヒーレント検出のトランシーバ - Google Patents

コヒーレント検出のトランシーバ

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JPH0643515A
JPH0643515A JP5081074A JP8107493A JPH0643515A JP H0643515 A JPH0643515 A JP H0643515A JP 5081074 A JP5081074 A JP 5081074A JP 8107493 A JP8107493 A JP 8107493A JP H0643515 A JPH0643515 A JP H0643515A
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frequency
transceiver
optical
grating
laser
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JP5081074A
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Hisao Nakajima
ナカジマ ヒサオ
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CENTRE NAT ETD TELECOMM
France Telecom R&D SA
Original Assignee
CENTRE NAT ETD TELECOMM
Centre National dEtudes des Telecommunications CNET
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    • H04B10/43—Transceivers using a single component as both light source and receiver, e.g. using a photoemitter as a photoreceiver
    • H—ELECTRICITY
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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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    • 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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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コヒーレント検出トランシーバを単一基板上
に構成することを目的とする。 【構成】 このトランシーバは活性化層(12)と位相シフ
タ(18)を有する格子(16)のある堆積の半導体層とから構
成されている。電極(30)は電圧を取り出すため位相シフ
タの上に置かれている。この電圧は活性化層に入る光ビ
ームの変調を復元するためヘテロダイン回路(36)で処理
される。応用分野は光電気通信の分野である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はコヒーレント検出のト
ランシーバとそのようなトランシーバを使用した光学的
な双方向のリンクに関する。この発明は光電気通信に使
用される。
【０００２】
【従来の技術】コヒーレント検出の受信機にはローカル
オッシレータ、光学的ミキサおよび二次フォト検出器
（一般にはフォトダイオード）が必要である。受信機に
対するこの光学的な部分は源信号を復元する電子回路に
より行なわれる。
【０００３】３つの光学的なコンポーネントを共通の基
板の上に集積する努力が何年も行なわれている。これに
関する参考文献としてIEEE Photon.Tech.Lett.,1のペー
ジ398-400、1989年に出典されたTAKEUCHI他の“InP 基板
上へのモノリシック集積コヒーレントレシーバ”および
IEEE Photon.Tech.Lett.,2のページ577-580 に1990年に
出典されたKOCH他の“GaInAs/ GaInAsP マルチプル量子
井戸集積ヘテロダイン受信機のバランスドオペレーショ
ン”がある。
【０００４】光子集積回路すなわちPIC として知られて
いるこのタイプの集積装置により光電気通信装置に対す
る信頼性、コンパクト性および簡易性が向上される。し
かし、これらのコンポーネントが同じ構造で集積化され
ていても、送信機と受信機はまだ分離している。ローカ
ルオッシレータと受信機の両方に使用される単一のコン
ポーネントのみ使用することが好都合である。これはSo
v.Phys.JETP.、 39のページ522 から527 に1974年に出典
されたR.F.KAZARINOV 他の“注入レーザによる光のヘテ
ロダイン受信”の文献に提案されている。
【０００５】この種の検出の単一の装置にはキャリア密
度の時間変動が生ずるが、これは前記レーザ（これはロ
ーカルオッシレータとして使用されている）の光を有し
たレーザの活性化層の中に注入された信号のビートによ
る。この目的のため、レーザ端子で電圧変動が測定され
る。この原理はマルチプル量子井戸(MQW) を有するBRAG
G リフレクタ(DBR) においてASK すなわち振幅シフトキ
ーイングに対するコヒーレント受信を行なうことにより
試験される。これは1989年のOFC'89, ペーパーWN4 に出
典されたR.A.LINKE 他の“自己発振方式ミキサ受信機”
に記載されている。外部キャビティレーザと外部変調器
により構成された送信機を用いて400Mb/s で−36.6dBm
の感度が得られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの周知
の方法には種々の不利な点がある。光子集積法は最もシ
ンプルな内容であるが、技術的な観点から効果を上げる
ことが難しい。この複雑性から生ずる余分なコストをか
けることより信号処理の手続きは商業的なシステムとし
て適当なものになる。DBR レーザ内のビートにより生ず
るキャリアの変調を検出する考えは魅力的なものである
が、電圧変動は制限され非常に高い電気的な利得が必要
となる(60dB を越える) 。
【０００７】この発明の目的はこれらの不利な点を除去
することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的のため、この発
明では単一の半導体構造を提案しているが、これは非常
にシンプルで効果を上げ更に感度を改善している。注入
された光パワーが-35dBmの場合、雑音レベルより15dB高
い信号が測定されている。装置の寸法も全てにわたり小
さい（0.1 ×0.1 ×0.6mm3) 。
【０００９】これらの結果は活性化層、分布型フィード
バック(DFB) およびλ/4位相シフタを有した半導体構造
から成る受信機に対して得られるが、この構造には位相
シフタの上にある中央の電極とスレショルドを越える電
流が供給される２つの側面の電極がある。この装置はロ
ーカルオッシレータ（周波数がFoで動作する）と周波数
がFiの受信した光信号に対するフォトレシーバとして動
作する。FiとFoの間の変動は保持バンドを越える必要が
あるが、これはフォトレシーバが入射周波数を排除しな
いようにするためである。３つの異なる周波数Fo,Fo+d
F,Fo-dF(dF=Fi-Fo)に対し同時に３つの信号がある。周
波数Fo+dF とFo-dF での信号は４つのウエィヴミキシン
グプロセスにより増幅される。中央の電極の上に表れる
電圧を取り出すこととヘテロダイン検出でその電圧を処
理することにより、検出にはこれらの周波数にビートが
生ずるが、これは変動dFのサイン関数であり、この検出
は入射光信号を変調するため使用される情報を復元す
る。
【００１０】このヘテロダイン検出はフォトダイオード
の場合より感度が良いが、この検出ではローカルレーザ
から入射光信号と波（ウエィブ）を受ける。この感度の
改善は一方では位相シフタのDFB 構造において光パワー
が電圧の取出し電極のある位相シフタの領域に集中する
ことに依っており、他方では４つのウエィブミキシング
の結果として光増幅が行なわれることに依っている。
【００１１】この発明に基づく装置は周波数シフトキー
イング(FSK),振幅シフトキーイング(ASK),または位相シ
フトキーイング(PSK) において動作することができる。
【００１２】この発明は更に前述の２つのトランシーバ
を使用した双方向光リンクに関している。
【００１３】
【実施例】図１に示すトランシーバには堆積の層により
構成される分布型フィードバック(DFB) 半導体構造10が
あるが、この層には周波数Fiで光ビーム14を受ける活性
化層12を含んでいる。この構造には更に活性化層12に光
学的に結合された回折格子16がある。この格子16には光
位相シフトを生ずる中央領域18がある。
【００１４】この構造の端子で電圧を取り出す装置は光
位相シフトを生ずる格子の中央領域18の上にある中央の
電極30により構成されている。
【００１５】更に２つの側面の電極22、24は中央の電極
の両面にあり電気的に絶縁している。これらの２つの電
極22、24は電源供給装置26に並列に接続されているが、
この電源供給装置はこの構造にレーザスレショルドを越
えて電源を供給している。この電源供給装置はこれらの
２つの電極に分離して供給することも当然できる。電極
25はこの構造の下にあり、更に例えばアースまたはグラ
ンドに接続されている。取出し用電極30は抵抗32とヘテ
ロダイン検出回路36に接続されている。出力接続38は受
信機出力である。
【００１６】レーザスレショルドを越えて供給されるの
で、半導体構造は送信機レーザのように振舞う。このレ
ーザには固有周波数Foがある。前述のように、入射光信
号14の周波数Fiは固定用レンジの外にある必要がある。
前記のレンジ内で、レーザの発振は入射信号の周波数に
従うが、これは固有ではない。このようにこの発明で
は、コヒーレント検出で動作することが期待でき、それ
故ローカルレーザが固有周波数で形成されることが不可
欠である。この構造にスレショルドを越えて電源を供給
することと、更に入射信号の周波数Fiとレーザの固有周
波数Foとの変動dFが固定されるのを防ぐことが十分であ
ることが必要である。
【００１７】種々の周波数の配置は図２に示しており、
レーザの固有周波数FoとdF=Fi-Foの時Fo-dF とFo+dF で
のビート周波数を見ることができる。避けるべき固定用
バンドは幅がBvのハッチしたバンドである。
【００１８】この状態を考慮する時、４つのウエィブ混
合がレーザ内で得られ、更にレーザは周波数Fo,Fo+dF,F
o-dFで光を放射する。Appl.Phys.Lett.,47のページ769
から771 に1985年に出典されたH.NAKAJIMAとR.FREYの
“(GaAl)As半導体レーザ内で４つのウエィブのミキシン
グを多少悪化させるイントラキャビティ(intracavit
y)”に記載されたように、周波数Fo+dF とFo-dF での電
界は４つのウエィブのミキシングプロセスにより光学的
に増幅される。
【００１９】中央の電極30による検出はフォトダイオー
ドの場合より効果的に行なわれるが、これは位相シフト
DFB レーザにおいて光パワーは構造の中央に集中する傾
向にあり、この現象は図３に図示している。活性化層に
沿った距離Ｘの関数として光パワーＷ（任意の単位にお
ける）を見ることができる。レーザキャビティは長さＬ
を有するとみなすことができる。最大値は横軸の中央の
ゾーンＬ/2で生じている。
【００２０】図３は係数ＫＬがほぼ４に対応している
が、Ｋは活性化層を有した格子の結合係数であり、Ｌは
レーザキャビティの長さである。
【００２１】図４には非キーイング信号（ａの部分）と
ＦＳＫ信号（ｂの部分）に対し周波数差(dF)の関数とし
てのヘテロダイン信号を図示している。図４で、周波数
変動は横軸の上に生じ０から２GHz まで変化する。目盛
りは200MHzである。周波数変動dFはほぼ800MHzである
（図ａ）。ＦＳＫは200bit/sに相当しており、周波数の
エクスカーションは600MHzである。図（4b）において
は、600MHz離れた論理“１”と“０”に対応する２つの
ピークを見ることができる。
【００２２】この発明の特徴の１つは電圧取出し電極の
下に、周知のタイプの位相シフタを置くことができるこ
とである。構造に関する種々の実施例は特に次の文献に
記載されている：
【００２３】1.1984年、Electron.Lett.,20 のページ80
から81に記載のK.SEKARTEDJO他の“シングルモード動作
に対する1.5 μm 位相シフトDFB レーザ”。
【００２４】2.1988年９月、J.Physique会議C4,no4に対
する補足，M.GILLERON他の“1.5 μm位相シフト分布型
フィードバックレーザ”。
【００２５】3.1990年、IEEE Photnics Techn.Lett. の
ページ612 から613 に記載の“狭いすじの領域を有した
DFB レーザのTMモード抑圧特性”。
【００２６】位相シフタの３つの例が図５に示されてい
るが、これがこの発明の範囲を制限しないことは明らか
である。
【００２７】ａの部分では、周期的な波動すなわち間隔
がｐのリップルを有する表面がある回折格子を見ること
ができる。中央の領域18a 内では、前記の間隔は４分の
１だけ広がっているが(p/4) 、これにより一方すなわち
他の方向に沿って通過するウエィブに対し４分の１波長
の光位相シフトが生ずる。更に４分の１の間隔により回
折を短くすることができる。
【００２８】ｂの部分では、規則的な間隔であるが中央
の領域18b が広がった回折16を見ることができる。広が
った部分の長さは４分の１波長光位相シフトに相当して
いる。ｃの部分では、回折には縮まった領域18c があ
る。
【００２９】これらの全ての位相シフタはこの発明で使
用される。
【００３０】あらゆる周知のプロセスがこの発明に基づ
く構造を形成するのに使用できる。例えば、いわゆる埋
め込みリッジストライク法を使用することができる。こ
の種の方法は、1989年Electron.Lett.,25 ページ1477
から1479に出典のJ.CHARIL他による“1.5 μmGaInAsP/I
nP埋め込みリッジストライクレーザの極めて低いスレシ
ョルドの動作”に記載されている。この実施例はこの発
明を制限しないが、図６に縦方向の断面(a) と横断面
(b) を示している。図１にすでに示したエレメントを見
ることができ、同じ参照番号すなわち活性化層12、格子
16、横の電極22、24、低い電極25、中央の電極30を有し
ている。22、24 の一方の電極と30の他方の電極はエッチ
ングにより得られる２つの溝42、44 により分離してい
る。ｂの部分では活性化層12は層15内の埋め込みすじの
中にある。活性化層12は制限(confine-ment)層13の上に
あるが、この層も基板11の上にある。最後に、高い密度
でドーピングされた半導体層17は上側の電極22、24、30と
層15の間にある。
【００３１】例えば、活性化層12は波長が1.5 μm にセ
ンタがあるMQW 構造のマルチプル量子井戸を構成してい
る堆積の層により形成できる。基板はＮドーピングInP
であるが、制限層13は層15と同じく波長が1.3 μm にセ
ンタがありいずれもP+ドーピングInP である。層17はＰ
ドーピングInP である。
【００３２】この発明は更に図７に示すように双方向光
リンクに関している。このリンクには一番目のサブアセ
ンブリSE1 と、光ファイバFOと、二番目のサブアセンブ
リSE2 とがある。これらの２つのサブアセンブリは同一
であり、一番目にはサブスクリプト１を二番目にはサブ
スクリプト２を付けた同じ装置がある。
【００３３】一番目のサブアセンブリSE1 は図１に基づ
くトランシーバER1 と、中央の電圧取り出し電極に接続
されたヘテロダイン処理回路36とにより構成されてい
る。電源供給I1はコンデンサとインダクタンスコイルに
より構成された偏波ＴカプラT1を通過し側面の供給電極
に接続されている。情報ジェネレータG1は伝送周波数を
変調するためレーザ電流を変調している。I1により供給
された電流の強度はレーザスレショルドを越えて調整さ
れている。
【００３４】回路36は増幅器A1と、信号から有益な部分
を取り出すバンドパスフィルタFPB1と、遅延線LAR1を有
した弁別器MX1 と、マルチプレイヤM1と、ローパスフィ
ルタFPb1とから構成されている。復調信号は出力SD1 の
上に表れる。図７のシステムの構成は完全に対象であ
る。
【００３５】安定した動作を得るため、中間周波数安定
回路を使用することもできる。この回路は他の回路と同
じくヘテロダイン回路であるということにより記載して
いない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるトランシーバを示す。
【図２】周波数分布を示す。
【図３】活性化層に沿った光パワーの変動を示す。
【図４】非キーイング信号(a) およびFSK 信号(b) のそ
れぞれに対する周波数差の関数として検出された信号の
形態を示す。
【図５】位相シフタの実施例を示す。
【図６】半導体構造の詳細を示す。
【図７】この発明に基づく２つのトランシーバを使用し
た双方向リンクを示す。
【符号の説明】
10 DFB 半導体構造 12 活性化層 14 光ビーム 16 回折格子 18 中央の領域 22、24 横の電極 25 電極 26 電源供給 30 中央の電極 32 抵抗 36 ヘテロダイン検出回路 38 出力接続

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コヒーレント検出のトランシーバで、こ
    のトランシーバには堆積の層から成る分布型フィードバ
    ック(DFB) 半導体構造(10)があり、この層は活性化層(1
    2)とこの活性化層(12)の少なくとも一部分に光学的に結
    合された回折格子(16)を有しているが、前記の格子(16)
    には光学的な位相シフトを生ずる中央領域(18)があり活
    性化層(12)は周波数がFiの情報で変調された光学的な入
    射信号(14)を受けるが、この受信機には更に光学的な位
    相シフトを生ずる格子の中央領域(18)の上にある中央電
    極(30)と、この中央電極(30)の両側にあり電気的に絶縁
    された２つの側面電極(22、24) と、２つの側面電極(22、
    24) に接続され半導体構造にスレショルドを越える電力
    を供給する電力供給源(26)とがあり、レーザ送信は周波
    数がFoでこの周波数Foは構造の固有周波数であり、入射
    周波数Fiと固有周波数Foとの周波数差dFは保持バンドの
    幅(Bv)を越えるが、この保持バンド内でレーザ送信の周
    波数は光学的な入射ビームの周波数に保持され、しかも
    ヘテロダインタイプの電子装置(36)は中央電極(30)に接
    続され取り出された電気信号を処理でき更に光学的な入
    射信号(14)を変調している情報を復元する復調信号(SD)
    を供給できることを特徴とする。
  2. 【請求項２】 活性化層(12)がマルチプル量子井戸タイ
    プであることを特徴とする請求項１に記載のトランシー
    バ。
  3. 【請求項３】 位相シフトを生ずる格子(16)の中央領域
    (18)は、格子の間隔が局所的に減少または増加(18a) し
    ている領域であるか、あるいは格子の幅が増加(18b) ま
    たは減少している領域であり、この間隔が同じ状態を維
    持していることを特徴とする請求項１に記載のトランシ
    ーバ。
  4. 【請求項４】 電子装置(36)に高周波増幅器(A1,A2)
    と、入射周波数Fiとレーザの固有周波数Foとの間の差(d
    F)に中心があるバンドパスフィルタ(FPB1,FPB2) と、周
    波数弁別器(MX1,MX2) と、ローパスフィルタ(FPb1,FPb
    2) とがあることを特徴とする請求項１に記載のトラン
    シーバ。
  5. 【請求項５】 光学的な双方向のリンクで、一番目のト
    ランシーバアセンブリ(SE1) と、光学的な伝送ライン(F
    O)と、二番目のトランシーバアセンブリ(SE2) とから成
    り、一番目と二番目のトランシーバアセンブリ(SE1,SE
    2) のそれぞれが請求項１に基づくトランシーバである
    ことを特徴とする。
JP5081074A 1992-03-20 1993-03-17 コヒーレント検出のトランシーバ Pending JPH0643515A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9203382A FR2688963B1 (fr) 1992-03-20 1992-03-20 Emetteur-recepteur a detection coherente.
FR9203382 1992-03-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0643515A true JPH0643515A (ja) 1994-02-18

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ID=9427903

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5081074A Pending JPH0643515A (ja) 1992-03-20 1993-03-17 コヒーレント検出のトランシーバ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5355239A (ja)
EP (1) EP0561706B1 (ja)
JP (1) JPH0643515A (ja)
DE (1) DE69319011T2 (ja)
FR (1) FR2688963B1 (ja)

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