JPH07307527A

JPH07307527A - 光半導体装置、光通信用光源の駆動方法、それを用いた光通信方式、及び光通信システム

Info

Publication number: JPH07307527A
Application number: JP6122961A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Onouchi; 敏彦尾内; Masao Majima; 正男真島; Seiji Mishima; 誠治三島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-05-12
Filing date: 1994-05-12
Publication date: 1995-11-21

Abstract

(57)【要約】【目的】動的波長変動の小さい直接偏波変調方式を用い
た光通信用光源などを構築できる光半導体装置、光通信
用光源の駆動方法、それを用いた光通信方式、及び光通
信システムである。【構成】半導体レーザ１を光通信用光源として使う。半
導体レーザ１は、光導波路の一部に流す電流を変調して
偏波面の異なる２つの発振偏波モードがスイッチする構
造である。半導体レーザ１の変調された出力光の偏波面
の異なる２つの偏波モードを異なる伝搬方向に分岐する
手段２と、２つの偏波モードのうち１つの光を光伝送路
９に結合させる手段と、残りの１つの光を電気信号に変
換するホトダイオード３とを備える。光伝送路９に結合
された光の変調状態が安定化されるように、前記電気信
号を元に半導体レーザ１に流す電流を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光半導体装置、光通信
用光源の駆動方法、それを用いた光通信方式、及び光通
信システム、特に、高速変調時においても動的波長変動
を抑え、安定に高密度の波長多重光通信を実現するため
の光通信用光源装置の駆動方法及びそれを用いた光通信
方式、光通信システムなどに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信分野において伝送容量を拡
大することが望まれており、複数の波長あるいは光周波
数を１本の光ファイバに多重させた光周波数多重（光Ｆ
ＤＭ）伝送の開発が行なわれている。

【０００３】光ＦＤＭの技術は受信方法によって２つに
大別できる。その２つは、局発光源とのビートを取って
中間周波数を得て検出するコヒーレント光通信と、波長
可変フィルタで所望の波長（周波数）の光のみを透過さ
せて検出する方法である。

【０００４】ここでは、後者の波長可変フィルタを用い
た光通信方式について問題にするものである。上記波長
可変フィルタには、マッハツェンダ型、ファイバファブ
リペロ型、ＡＯ（音響光学）変調器型、半導体型などが
あり、夫々開発が進められている。

【０００５】マッハツェンダ型、ファイバファブリペロ
ー型は透過帯域幅が比較的自由に設計でき、数Å程度の
狭いものが得られる為、光ＦＤＭ通信の周波数多重度を
大きくできる利点がある。更に、信号の偏波状態の影響
を受けないという大きなメリットがある。マッハツェン
ダ型の公知例としては、Ｋ．Ｏｄａｅｔａｌ．
“光ＦＤＭ用フィルタのチャネル選択特性”，ＯＣＳ
８９−６５１９８９に開示があり、ファイバファブ
リペロー型の公知例としては、Ｉ．Ｐ．Ｋａｍｉｎ
ｏｗｅｔａｌ． “ＦＤＭＡ−ＦＳＫＳｔａｒ
ＮｅｔｗｏｒｋｗｉｔｈａＴｕｎａｂｌｅＯｐｔ
ｉｃａｌＦｉｌｔｅｒＤｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅ
ｒ”，ＩＥＥＥＪ．ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃ
ｈｎｏｌ．，ｖｏｌ．６，ＮＯ．９，ｐ．１４０
６，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，１９８８等に開示があ
る。しかし、これらは、光の損失がある、半導体光検出
器とフィルタの集積化が不可能で受信装置の小型化が困
難である等の欠点がある。

【０００６】ＡＯ変調器型の場合は、透過帯域幅が大き
く数１０Å程度となる為、受信制御は容易であるが、波
長多重数が大きくできない。従来例としては、“Ｎ．
Ｓｈｉｍｏｓａｋａｅｔａｌ．音響光学フィルタ
を用いた波長分割／時分割複合多重型放送局内光ネット
ワーク”，ＯＣＳ９１−８３１９９１に開示があ
る。これの欠点としては、光の損失がある、集積化不可
能である、信号の偏波状態の影響を受けるので偏波制御
が必要である等が挙げられる。

【０００７】一方、半導体型の場合、例えば単一縦モー
ド化の為に光ガイド層に回折格子を備えたＤＦＢフィル
タは、透過帯域幅を狭く（数Å）できて、光の増幅作用
（２０ｄＢ程度）を合わせもち、波長多重度を大きくし
かも最低受信感度を小さくできるという利点を持つ。そ
の公知例としては、Ｔ．Ｎｕｍａｉｅｔａｌ．
“半導体可変波長フィルタ”，ＯＱＥ８８−６５
１９８８に開示がある。これは、半導体光検出器と同じ
材料で構成できる為、集積化可能であり小型化できる。

【０００８】以上より、半導体ＤＦＢ型は光ＦＤＭ通信
に適した特性をもつ光フィルタであるといえる。

【０００９】また、信号変調方式の現状は次の様なもの
である。現在、光フィルタを用いた伝送系で最も多く用
いられている方式は、ディジタル強度変調方式（ＡＳ
Ｋ；ＡｍｐｌｉｔｕｄｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）
である。この変調を行うには、ＬＤの注入電流を直接変
調する方法と、外部強度変調器を使う方法がある。前者
はＬＤの波長チャーピング（数Å程度）の為、高密度波
長多重には向かず、後者は変調器での光の損失に問題が
ある。そこで、ＬＤの注入電流に微小振幅の信号を重畳
してディジタル周波数変調（ＦＳＫ；Ｆｒｅｑｕｅｎ
ｃｙＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）を行い、光フィルタ
の波長弁別特性を利用して復調する方法も開発されてい
る（例えば、Ｍ．Ｊ．Ｃｈａｗｓｋｉｅｔａｌ．
“１．５６Ｇｂｉｔ／ｓＦＳＫＴｒａｎｓｍｉｓ
ｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍＵｓｉｎｇＴｗｏＥｌｅ
ｃｔｒｏｄｅＤＦＢＬａｓｅｒＡｓＡＴｕｎ
ａｂｌｅＦＳＫＤｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ／Ｐｈ
ｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌ
ｅｔｔ．Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．１５１９９０
参照）。この他の方式としてＤＦＢレーザの発振光の偏
波モードをスイッチングさせＴＥ、ＴＭのうち一方のモ
ードのみを選択するというものも提案されている。

【００１０】伝送容量をなるべく多くするためには、多
重信号間の波長（周波数）間隔を小さくすることが重要
である。そのためには、波長可変フィルタの透過帯域幅
が小さく、光源となるレーザの占有周波数帯域あるいは
スペクトル線幅が小さいことが望ましい。例えば、波長
可変幅３ｎｍの半導体分布帰還型（ＤＦＢ）フィルタで
は、透過帯域幅が０．０３ｎｍ程度であるため、理想的
には１００チャネルの多重が可能である。しかし、この
場合、光源のスペクトル線幅が０．０３ｎｍ以下である
ことが要求される。現状では、動的単一モード発振する
半導体レーザとして知られるＤＦＢレーザでも、直接Ａ
ＳＫ変調を行なうと、動的波長変動が起きてスペクトル
線幅が０．３ｎｍ程度まで広がってしまう。よって、こ
のレーザはこのような波長多重伝送には向かない。

【００１１】そこで、このような波長変動を抑えるた
め、前述したように、外部強度変調器を用いる方式（例
えば、鈴木他；“４／λシフトＤＦＢレーザ／吸収型光
変調器集積光源”，電子情報通信学会研究会予稿集，Ｏ
ＱＥ９０−４５，ｐ．９９，１９９０）、直接ＦＳＫ変
調方式、直接偏波変調方式（例えば、特開平２−１５９
７８１）などが提案されている。

【００１２】上記３つの提案例を比較してみる。外部強
度変調器の場合、波長変動が０．０３ｎｍ程度あって仕
様に対してぎりぎりの性能であり、装置の点数も増える
ためコストなどの面で好ましくない。また、ＦＳＫ方式
の場合、受信側のフィルタを波長弁別装置として機能さ
せる必要があり、複雑な制御技術を必要とする。

【００１３】一方、直接偏波変調方式は、通常のＤＦＢ
レーザを多電極化するだけで装置点数は増えず、波長変
動が外部変調方式に比べてさらに小さい。また、伝送信
号はＡＳＫのため、受信側のフィルタ等の負荷も小さい
という利点がある。

【００１４】

【発明が解決しようとしている課題】以上のように、偏
波変調方式は、波長多重伝送等に好適な変調方式である
が、従来の提案例では、偏波変調の駆動方法についての
言及はなく、実用化するには先ず駆動方法を確立しなけ
ればならない。

【００１５】偏波変調は、多電極ＤＦＢレーザの１つの
電極に矩形信号を与え、ＴＥ偏波とＴＭ偏波をスイッチ
ングさせ、出射端に偏光子を配していずれかの偏波を取
り出し、ＡＳＫ変調するものであるが、その消光比ない
しそれに比例する量（以下、単に消光比という）はレー
ザのバイアス電流に敏感である。例えば、バイアス電流
が０．１ｍＡずれただけで消光比が半減することもあ
る。そこで、直流電流、素子温度に精密な制御が必要に
なり、実用上問題がある。

【００１６】よって、本発明の目的は、上記問題点を解
決した光半導体装置、光通信用光源装置の駆動方法ない
し装置、及びそれを用いた光通信方式、光通信システム
等を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決し、実
用的な偏波変調駆動方式を提供するために、１つは、半
導体レーザを光通信用光源として使うときの駆動方法な
いし装置であって、前記半導体レーザは光導波路の一部
に流す電流を変調（変調信号）することで偏波面の異な
る２つの発振偏波モードがスイッチする構造であり、前
記半導体レーザの変調された出力光の前記偏波面の異な
る２つの偏波モードを異なる伝搬方向に分岐する手段
と、前記２つの偏波モードのうち１つの光を光伝送路に
結合させる手段と、残りの１つの光を電気信号に変換す
る手段とを持ち、上記光伝送路に結合された光の変調状
態が安定化されるように、前記電気信号を元に前記半導
体レーザに流す電流を制御することを特徴とする光通信
用光源の駆動方法ないし装置である。即ち、具体的に
は、偏光子の変わりに偏光ビームスプリッタを用いて、
ＴＥ偏波とＴＭ偏波の２つに分け、一方を伝送路に、も
う一方をレーザのフィードバック制御用としている。

【００１８】図１を基に具体的に説明する。２電極構成
のＤＦＢ型半導体レーザ１の片側の電極に流すバイアス
電流Ｉ₁に小振幅のディジタル信号を重畳させ、ＴＥ／
ＴＭ偏波スイッチング変調を行う。偏波変調は、図１６
に示すようにバイアス電流Ｉ₂を一定にしてＩ₁を変化さ
せた時に、あるバイアス点で発振モードがＴＥ偏波から
ＴＭ偏波にスイッチングする現象を利用して、Ｉ₁の矩
形信号に応じて図１７に示すように時間的に偏波面を変
調する技術である。その時の偏光ビームスプリッタ透過
後のＴＥ偏波光に対する消光比と変調電流振幅の関係
を、バイアス電流Ｉ₁をパラメータにプロットしたグラ
フを図２７に示す。Ｉ₁が２７．６ｍＡの時、最も小さ
い電流振幅で消光比が大きくなり、最適点であることが
わかる。Ｉ₁がこれより小さくなると、同じ消光比を得
るのにより大きな電流振幅を必要とすることがわかる。
また、Ｉ₁が大きくなると、電流振幅を大きくしても消
光比が充分に得られないことがわかる。このように、Ｉ
₁に関して最適な点が存在するが、これは、バイアス点
がＴＥ偏波寄りかＴＭ偏波寄りかによって消光比が異な
ってくるからである。そこで、偏波変調された光のうち
伝送に用いない偏波（ここではＴＭ偏波とするが）でバ
イアス点がずれた量をモニターしてフィードバック制御
を行なう。図１のようにレーザからの光を偏光ビームス
プリッタ２によってＴＥとＴＭに分け、ＴＭ光をホトダ
イオード３によって受光する。ここで得られた電気信号
からローパスフィルタ４によって低周波成分を取り出
し、レーザ駆動用の電流源５によってバイアス電流Ｉ₁
を制御する。図４に示すように、バイアス点がＴＥ偏光
寄りにずれるとこのモニタ信号が小さくなり、ＴＭにず
れると大きくなるので、この信号によってずれ量を検出
できフィードバック制御系が組める。以上のような駆動
方法により、伝送路に送り出すＴＥ光は安定な消光比を
保つことができる。

【００１９】より詳細には、以下の如き構成にすること
も出来る。半導体レーザにおいて制御される電流が、変
調信号を流す光導波路の部分と同じ部分または異なる部
分に流す電流である。半導体レーザが、発光層を含む光
導波路に近接して回折格子を備えた分布帰還型半導体レ
ーザであり、前記発光層が量子井戸で構成され、ホール
の順位であるライトホール順位と電子の基底順位間のエ
ネルギーバンドギャップに対応する波長の近傍にブラッ
グ波長がくるように前記回折格子のピッチが設定され、
ブラッグ波長でのしきい値利得が前記２つの偏波モード
でほぼ等しくなるように構成されている半導体レーザを
光源とする。分布帰還型半導体レーザの発光層が、引っ
張り歪が導入された多重量子井戸で構成され、ホールの
順位であるヘビーホール順位とライトホール順位が等し
いか若しくはライトホール順位の方が高い構成とした半
導体レーザを光源とする。前記電気信号を低域通過フィ
ルタを通して差動アンプで基準電圧と比較した出力を、
比例、積分回路によって適当な帰還率で、前記半導体レ
ーザを駆動する直流電流源にフィードバックすることで
前記半導体レーザに流す電流を制御する。前記半導体レ
ーザに流す電流を低周波の正弦波によって変調する手段
と、前記電気信号と前記低周波の正弦波を乗算する手段
とを持ち、前記乗算する手段の出力を低域通過フィルタ
を通して差動アンプで基準電圧と比較し、その出力を比
例、積分回路によって適当な帰還率で、前記半導体レー
ザを駆動する直流電流源にフィードバックすることで前
記半導体レーザに流す電流を制御する。前記半導体レー
ザが、導波路の少なくとも２つの部分に流す電流の比を
変えることでその発振波長が可変であり、電気信号に変
換する手段の直前に波長の変動を透過光の強度の変動に
変換する波長弁別器を備える。前記波長弁別器を介して
前記電気信号に変換する手段に入力した光の電気信号を
低域通過フィルタを通して差動アンプで基準電圧と比較
した出力を、比例、積分回路によって適当な帰還率で、
前記半導体レーザを駆動する直流電流源にフィードバッ
クすることで前記半導体レーザに流す電流を制御する制
御法で前記発振波長を安定化する。前記半導体レーザに
流す電流を低周波の正弦波によって変調する手段と、前
記波長弁別器を介して前記電気信号に変換する手段に入
力した光の電気信号と前記低周波の正弦波を乗算する手
段とを持ち、前記乗算する手段の出力を低域通過フィル
タを通して差動アンプで基準電圧と比較し、その出力を
比例、積分回路によって適当な帰還率で、前記半導体レ
ーザを駆動する直流電流源にフィードバックすることで
前記半導体レーザに流す電流を制御する制御法で前記発
振波長を安定化する。前記半導体レーザが、導波路の少
なくとも２つの部分に流す電流の比を変えることでその
発振波長が可変であり、電気信号に変換する手段の直前
に波長の変動を透過光の強度の変動に変換する波長弁別
器を備え、前記波長弁別器を介して前記電気信号に変換
する手段に入力した光の電気信号を低域通過フィルタを
通して差動アンプで基準電圧と比較した出力を、比例、
積分回路によって適当な帰還率で、前記半導体レーザを
駆動する直流電流源にフィードバックすることで前記半
導体レーザに流す電流を制御する制御法で前記発振波長
をも同時に安定化する。前記半導体レーザが、導波路の
少なくとも２つの部分に流す電流の比を変えることでそ
の発振波長が可変であり、電気信号に変換する手段の直
前に波長の変動を透過光の強度の変動に変換する波長弁
別器を備え、前記半導体レーザに流す電流を低周波の正
弦波によって変調する手段と、前記波長弁別器を介して
前記電気信号に変換する手段に入力した光の電気信号と
前記低周波の正弦波を乗算する手段とを持ち、前記乗算
する手段の出力を低域通過フィルタを通して差動アンプ
で基準電圧と比較し、その出力を比例、積分回路によっ
て適当な帰還率で、前記半導体レーザを駆動する直流電
流源にフィードバックすることで前記半導体レーザに流
す電流を制御する制御法で前記発振波長をも同時に安定
化する。

【００２０】また、上記問題点を解決するため、本発明
の２つ目の構成の集積光半導体装置では、発光層を含
む光導波路の一部に流す電流を変調（変調信号）するこ
とで偏波面の異なる２つの発振偏波モードがスイッチす
る構造の半導体レーザと、前記半導体レーザの変調され
た出力光の前記偏波面の異なる２つの偏波モードを異な
る伝搬方向に分岐する導波型の偏波モードスプリッタ
と、前記２つに分けられた偏波モードのうち少なくとも
一方の光を電気信号に変換する光検出器とを同一基板上
に集積したことを特徴とする。即ち、直接偏波変調可能
な半導体レーザと、偏光ビームスプリッタと、ホトダイ
オードを光導波路を用いて集積化するものである。

【００２１】具体的には、図９のようにＹ分岐型の偏波
ビームスプリッタと３電極型のＤＦＢレーザを集積し、
ビームスプリッタの終端の一方にはホトダイオードを同
一半導体基板上にモノリシックに集積化したものであ
る。偏波ビームスプリッタは、超格子の混晶化で屈折率
がＴＥ偏波に対しては減少、ＴＭ偏波に対しては増加す
る効果を利用して作製できる（鈴木他；“半導体超格子
の混晶化による偏波モードフィルタ／スプリッタ”，電
子情報通信学会研究会報告ＯＱＥ９１−１６０，ｐ．５
５，１９９１）。他に、Ｙ分岐型偏波モードスプリッタ
には、金属装荷した導波路はＴＭモードの損失が大きく
なることを利用したもの（Ｙ．Ｙａｍａｍｏｔｏｅｔ
ａｌ．，Ｊ．Ｑ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ＱＥ−１１，
ｐ．７２９，１９７５）、図１１のようにＬｉＮｂＯ₃
基板を用いた偏波モードスプリッタに半導体レーザ及び
ホトダイオードをハイブリッド実装したものでもよい。
また、図１２のように縦型の方向性結合器と半導体レー
ザ及びホトダイオードを集積化させる方法もある。

【００２２】より詳細には、以下の如き構成も可能であ
る。半導体レーザを有し、前記半導体レーザは光導波路
の一部に流す電流を変調（変調信号）することで偏波面
の異なる２つの発振偏波モードがスイッチする構造であ
り、前記半導体レーザの変調された出力光の前記偏波面
の異なる２つの偏波モードを異なる伝搬方向に分岐する
手段と、前記２つの偏波モードのうち１つの光を光伝送
路に結合させる手段と、残りの１つの光を電気信号に変
換する手段とを持ち、上記光伝送路に結合された光の変
調状態と発振波長のうち少なくとも一方が安定化される
ように、前記電気信号を元に前記半導体レーザに流す電
流を制御する。発光層を含む光導波路の一部に流す電流
を変調（変調信号）することで偏波面の異なる２つの発
振偏波モードがスイッチする構造の半導体レーザと、前
記半導体レーザの変調された出力光の前記偏波面の異な
る２つの偏波モードを異なる伝搬方向に分岐する導波型
の偏波モードスプリッタと、前記２つに分けられた偏波
モードのうち少なくとも一方の光を電気信号に変換する
光検出器とを同一基板上に集積している。前記偏波モー
ドスプリッタが、同一平面上にＹ分岐導波路層で形成さ
れ、導波路層に半導体超格子を含み、前記Ｙ分岐導波路
層の一方の導波路層のみ前記半導体超格子を混晶化して
ある。前記偏波モードスプリッタが、同一平面上にＹ分
岐導波路層で形成され、前記Ｙ分岐導波路層の一方の導
波路層のみ金属を装荷してある。前記偏波モードスプリ
ッタが、縦方向に少なくとも２つの導波層で形成され、
前記導波層のいずれかの近傍に回折格子を備えている。
前記偏波モードスプリッタが、前記半導体レーザの共振
器の両側に２つ備えられている。前記光検出器は、前記
偏波モードスプリッタの片方の導波路層の光のみを検出
するために１つだけ備えている。前記光検出器は、前記
偏波モードスプリッタの両方の導波路層の光を検出する
ために２つ備えている。集積光半導体装置の外部に出射
される光の変調状態と発振波長のうちの少なくとも一方
が安定化されるように、前記光検出器で得られた電気信
号を元に、前記半導体レーザに流す電流を制御する。

【００２３】また、上記目的を達成する本発明の光通信
方式においては、前記通信方式に用いる光源が、光導波
路の一部に流す電流を変調（変調信号）することで偏波
面及び波長の異なる２つの発振モードがスイッチする構
造の半導体レーザであって、前記半導体レーザの変調さ
れた出力光のうち、波長弁別する手段によって前記２つ
の発振モードのうち１つの発振モードを選択して光伝送
路に結合させることによって前記出力光をＡＳＫ変調
し、光通信の信号に用いることを特徴とする。

【００２４】より詳細には、以下の構成も可能である。
前記波長弁別する手段として、前記半導体レーザから出
射される２つの発振モードのうちいずれか１つを光伝送
路に結合させるような固定フィルタを用い、信号光をＡ
ＳＫ変調する。前記ＡＳＫ変調された信号光を光ファイ
バで伝送し、光受信器で直接検波する。前記波長弁別す
る手段がファブリペローエタロンで構成されている。前
記半導体レーザが、光導波路の少なくとも２つ以上の部
分に流す電流の比を変えることによって、その２つの発
振モードの発振波長が可変であり、前記波長弁別する手
段として、前記半導体レーザの発振波長に同調して２つ
の発振モードのうちいずれか１つを光伝送路に結合させ
るような波長可変フィルタを用い、信号光をＡＳＫ変調
する。１本の光ファイバに光通信用光源を複数接続し、
複数の波長の光をそれぞれ変調して伝送させ、光フィル
タを備えた光受信器により所望の波長に光にのせた信号
のみを取り出すように、波長分割多重伝送する。前記固
定光フィルタが、ＤＦＢフィルタで構成されている。前
記波長可変フィルタが、ＤＦＢフィルタで構成されてい
る。前記波長弁別する手段として、特定の波長の光波と
それ以外の光波を空間的に分離する素子を用い、２つの
発振モードのうち１つを光伝送路に結合させ、残り１つ
のモードを電気信号に変換させる手段を具備しており、
前記電気信号を元に前記光源となる半導体レーザの駆動
条件を設定することによって、前記光伝送路に結合され
た光波の変調状態と発振波長のうち少なくとも一方を安
定化させる。

【００２５】また、上記目的を達成する光通信方式で
は、上記の駆動方法で光通信用光源を直接変調して、光
ファイバで伝送し、光受信器で直接検波することを特徴
とする。

【００２６】また、上記目的を達成する光通信方式で
は、１本の光ファイバに、上記の駆動方法で直接変調す
る光通信用光源を複数接続し、複数の波長の光をそれぞ
れ変調して伝送させ、光フィルタを備えた光受信器によ
り所望の波長に光にのせた信号のみを取り出すように、
波長分割多重伝送することを特徴とする。

【００２７】また、上記目的を達成する光−電気変換装
置または波長分割多重光伝送システムでは、上記光通信
用光源と光受信器を１つにまとめ、上記の光通信方式に
よる光送受信を行うことを特徴とする。

【００２８】また、上記目的を達成する光ＣＡＴＶシス
テムでは、放送センタに、上記の駆動方法で直接変調す
る光通信用光源を備えて、光加入者に光フィルタを備え
た光受信器を備え、上記の光通信方式を行うことを特徴
とする。

【００２９】

【実施例１】本発明による第１の実施例を説明する。図
２（ａ）は本実施例で使われる半導体ＤＦＢレーザの断
面斜視図である。同図において、１０１は基板となるｎ
−ＩｎＰ、１０２は深さ０．０５μｍの回折格子ｇが形
成されたｎ−ＩｎＰバッファ層、１０３は厚さ０．２μ
ｍのｎ−Ｉｎ_０．８２Ｇａ_０．１８Ａｓ_０．４Ｐ_０．６
下部光ガイド層、１０４はｉ−Ｉｎ_０．２８Ｇａ
_０．７２Ａｓ井戸層（厚さ１０ｎｍ）、ｉ−Ｉｎ
_０．８２Ｇａ_０．１８Ａｓ_０．４Ｐ_０．６バリア層（厚
さ１０ｎｍ）１０層からなる歪超格子構造の活性層、１
０５はｐ−ＩｎＰクラッド層、１０６はｐ−Ｉｎ
_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓコンタクト層、１０７は高抵
抗ＩｎＰ埋め込み層、１０８はコンタクト層１０６が除
去された電極分離領域、１０９は光出射側の電極である
Ｃｒ／ＡｕＺｎＮｉ／Ａｕ層、１１０は信号を重畳した
電流を流す電極であるＣｒ／ＡｕＺｎＮｉ／Ａｕ層、１
１１は基板側電極であるＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ層、１１２
は反射防止膜となるＳｉＯ膜である。ここで、このＤＦ
Ｂレーザは、活性層１０４が引っ張り歪をもつ多重量子
井戸層になっており、Ｅ_ｌｈ０−Ｅ_ｅ０とＥ_ｈｈ０−Ｅ
_ｅ０（すぐ下で説明）の遷移エネルギーを等しく設計し
てあるため、通常のＤＦＢレーザに比べるとＴＭ偏波
（ライトホールと電子の基底準位間遷移エネルギー（Ｅ
_ｌｈ０−Ｅ_ｅ０）に対応する）での発振しきい値が低
く、効率よく偏波スイッチングできる構成になってい
る。図１に示したＤＦＢレーザ１ではグレーティングｇ
が活性層の上部に形成されていて、図２（ａ）の構成と
は異なる様に描いてあるが、動作は実質的に両者同じで
ある。

【００３０】上記構成で、電極１０９、１１０にバイア
ス電流を流し、レーザ発振直前の状態にした時の発光ス
ペクトルを図２（ｂ）に示す。ライトホールと電子の基
底準位間遷移エネルギー（Ｅ_ｌｈ０−Ｅ_ｅ０）に対応す
る波長は１．５６μｍ、ヘビーホールと電子の基底準位
間遷移エネルギー（Ｅ_ｈｈ０−Ｅ_ｅ０）に対応する波長
も１．５６μｍとなる。また、ＴＥモード（実線）とＴ
Ｍモード（破線）の発光スペクトルはほぼ重なるが、回
折格子ｇによる分布帰還波長はＥ_ｌｈ０−Ｅ_ｅ０に対応
する波長の近傍となるように回折格子ｇのピッチを２４
０ｎｍに設定し、ＴＥモードで１．５６２μｍ、ＴＭモ
ードで１．５５８μｍにブラッグ波長を持つ構成にして
いる。

【００３１】ここで、電極１０９にＤＣバイアス５２ｍ
Ａ、電極１１０にＤＣバイアス２７．６ｍＡを流し、電
極１１０に振幅５ｍＡのディジタル信号を重畳させる
と、すでに述べたようにＴＥ／ＴＭ間で偏波スイッチン
グが起こる。このレーザ光を図１に示した様に偏光ビー
ムスプリッタによってＴＥ偏波とＴＭ偏波に分ける。こ
のときの時間波形を図３に示す。図３において、（１）
は電流源７からの変調電流ΔＩ_１の波形、（２）はレー
ザの出力光、（３）はＴＥ偏波の光出力、（４）はＴＭ
偏波の光出力を表している。図３のように、レーザ出力
光は変調によって大きく変化しないが（図３（２））、
偏光分離後はそれぞれ逆相で変調されていることがわか
る（図３（３），（４））。この時、変調帯域は２００
ｋＨｚ〜５ＧＨｚであった。低域特性が悪いのは、熱の
影響のためである。

【００３２】実際の駆動方法について図１に沿って述べ
る。偏光ビームスプリッタ２によって分けられたＴＥ光
は、アイソレータ１０（偏光面を４５度回すファラデー
回転子をグラントムソンプリズムで挟んだ構成を持つ）
を通して光ファイバ９に結合させられて伝送される。こ
こで、アイソレータ１０は、伝送路９等からの反射光が
半導体レーザ１に入射して発振が乱れる事を防ぐだけで
なく、アイソレータ１０の両面に備えられたグラントム
ソンプリズムによってＴＥ偏波とＴＭ偏波の消光比を向
上させる機能もある。この時、ＴＥとＴＭの消光比は２
０ｄＢ以上得られ、この消光比をもつＡＳＫ伝送が可能
である。

【００３３】一方、ＴＭ光はホトダイオード３によって
検出し、モニタする。この信号をローパスフィルタ４に
よって帯域１０ｋＨｚ以下の信号にすると、１００Ｍｂ
ｐｓ以上の高速信号で変調している成分は平均化され、
図４に示すように、電流のバイアス点のずれ量に応じて
出力電圧が変化する。そのため、差動アンプ８で基準電
圧と比較後、電極１１０にＤＣバイアスを流す電流源５
にフィードバックすれば、バイアス点の自動安定化が可
能である。なお、フィードバツクは変調しない電極１０
９にＤＣバイアスを流す電流源６でもよい。この自動安
定化はＰＩ（比例、積分）制御で行ったが、利得ないし
帰還率、積分時間を最適化することによって、長期間に
わたって消光比の変化を１％以内にすることが可能であ
った。これにより、従来の偏波変調伝送で問題だった長
期的な誤り率の低下を改善することができた。

【００３４】

【実施例２】本発明による第２の実施例を図５に沿って
説明する。図５のａの部分は、半導体ＤＦＢレーザの斜
視図で、第１実施例と同様の構造であるが、３電極構造
にして中心部の電極２１０には活性層が除去された位相
調整領域があり、偏波スイッチングの制御性をより向上
させている。

【００３５】図５において、２０１は基板となるｎ−Ｉ
ｎＰ、２０２は深さ０．０５μｍの回折格子ｇが形成さ
れたｎ−ＩｎＰバッファ層、２０３は厚さ０．２μｍの
ｎ−Ｉｎ_0.82Ｇａ_0.18Ａｓ_0.4Ｐ_0.6下部光ガイド層、２
０４は井戸層ｉ−Ｉｎ_0.28Ｇａ_0.72Ａｓ（厚さ１０ｎ
ｍ）、バリア層ｉ−Ｉｎ_0.82Ｇａ_0.18Ａｓ_0.4Ｐ_0.6（厚
さ１０ｎｍ）１０層からなる歪超格子構造の活性層、２
０５はｐ−ＩｎＰクラッド層、２０６はｐ−Ｉｎ_0.53Ｇ
ａ_0.47Ａｓコンタクト層、２０７は高抵抗ＩｎＰ埋め込
み層、２０８及び２０８’はコンタクト層２０６が除去
された電極分離領域、２０９及び２０９’は光出射側の
電極であるＣｒ／ＡｕＺｎＮｉ／Ａｕ層、２１０は信号
を重畳した電流を流す電極であるＣｒ／ＡｕＺｎＮｉ／
Ａｕ層、２１１は基板側電極であるＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ
層、２１２及び２１２’は反射防止膜となるＳｉＯ膜で
ある。

【００３６】活性層が除去された中心部は、コンタクト
層、クラッド層、活性層をエッチングした後、ｉ−Ｉｎ
_0.82Ｇａ_0.18Ａｓ_0.4Ｐ_0.6光ガイド層２１３、ｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層２１４、ｐ−Ｉｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓコンタ
クト層２１５が選択再成長により形成されている。グレ
ーティングｇのピッチ等は第１実施例と同じである。

【００３７】電流駆動方法は、両側電極２０９、２０
９’には同じＤＣバイアスＩ₂を電流源２１７から流
し、中心電極２１０には電流源２１６からのＤＣバイア
スＩ₁及び変調電流ΔＩ₁を流す。Ｉ₂＝６０ｍＡ、Ｉ₁＝
２０ｍＡのときΔＩ₁＝２ｍＡのディジタル信号を重畳
させることでＴＥ／ＴＭの偏波スイッチングを行うこと
ができた。

【００３８】第１実施例に比べると、中心電極２１０の
位相調整領域で利得は変化させずに位相のみを制御で
き、しかも熱の影響が小さくキャリア密度の変化のみで
屈折率を変えて位相制御するため、高効率で広帯域（変
調帯域について）にできる。そのため、第１実施例に比
べると変調電流ΔＩ₁の振幅は２ｍＡと小さく、変調帯
域も１０ｋＨｚ〜５ＧＨｚと改善される。

【００３９】バイアス点の安定化方法は第１実施例と同
様に行うことができるが、ここでは、さらに精度よく安
定化する方法の実施例を図５にそって述べる。ＤＣバイ
アスＩ₁を、正弦波発振器２１８によって２０ｋＨｚの
偏波スイッチングが起こらない０．２ｍＡ程度の振幅を
持つ正弦波で変調して、偏光ビームスプリッタ２２０で
取り出したＴＭ光をホトダイオード２２１で検出し、上
記正弦波と同じ信号とのミキシングを平衡変調器ないし
掛算器２２２で行う。この出力をカットオフ周波数１０
ｋＨｚのローパスフィルタ２２３を通すと、その出力
は、図６のように図４の微分波形になり、この波形でピ
ークの左側のスロープ特性を利用する。この出力を差動
アンプ２２４で基準電圧と比較して出力し、Ｉ₁の電流
源２１６にフィードバックする。これにより、ＴＭ偏波
光のパワーの変動を第１実施例よりも精度よく検出する
ことができる。また、ＴＭ光の検出の前にアイソレータ
２１９を挿入すれば、雑音としてのＴＥ光をさらに除去
することができ、レーザへの戻り光の抑制を行うことが
できる。ホトダイオード２２１を光の入射方向から傾け
るなどでレーザへの戻り光を抑制する場合には、アイソ
レータの代わりに偏光板のみでもよい。

【００４０】

【実施例３】本発明による第３の実施例を図７にそって
説明する。本実施例では、レーザを波長多重伝送の光源
として用いるため、第１及び第２実施例で述べたＤＦＢ
レーザの発振波長をＤＣバイアス電流を変化させること
で変え、波長安定化も行うものである。

【００４１】第２実施例で述べた３電極型ＤＦＢレーザ
の波長可変特性を図８に示す。ここでは、両側の電極２
０９、２０９’に注入する電流を、Ｉ₂、Ｉ₂’と独立に
制御し、Ｉ₂＋Ｉ₂’の値を６０ｍＡと一定にしながら、
その比を変化させたものである。ただし、Ｉ₁＝２０ｍ
Ａと一定とし、ＴＥモードで単一モード発振する範囲で
測定している。この図のように、電流比を０．１〜０．
４まで変化させることで、単一モードを保持して約３．
０ｎｍの可変幅が得られる。

【００４２】波長の安定化は、図７のように第２実施例
と同様な系で行う。ただし、波長の変化を検出する波長
弁別器、例えばファブリペロエタロン３０３を透過させ
て光を検出する。ファブリペロエタロン３０３の透過ピ
ークよりも波長が短波長側にある場合には、ＤＦＢレー
ザ３０１の発振波長の変化は、発振器３０８と逆相で、
逆に長波長側にあるときは同相で、ちょうどピークにあ
るときは倍周波でホトダイオード３０４により信号が検
出され、平衡変調器３０５の出力は、それぞれ負、０、
正となる。そのため、フィードバック制御することによ
って、ＤＦＢレーザ３０１の発振波長はファブリペロエ
タロン３０３の透過ピークに安定化される。ここで、使
用したファブリペロエタロン３０３は、フリースペクト
ルレンジ１０ＧＨｚ、フィネス１０のものであり、ＤＦ
Ｂレーザ３０１の発振波長は、１０ＧＨｚ（約０．０５
ｎｍ）間隔で、しかも０．１ＧＨｚ以下の波長安定度で
並べられる。もちろん、ファブリペロエタロン３０３の
設計値を変えることによって波長間隔や波長安定度は所
望の値に設定できる。なお、ファブリペロエタロンで検
出する波長ゆらぎ量と、ＴＭ偏波の光パワーのゆらぎ量
とのＳ／Ｎは１０以上であり、制御するのに十分なＳ／
Ｎが得られている。

【００４３】このような波長安定化と第２実施例で述べ
たバイアス点安定化を同時に並列的に行えば（第３実施
例と第２実施例の構成を並列的に設ければよい）、波長
多重伝送に最適の光源の駆動方法となる。

【００４４】本実施例では、第２実施例と同様にＤＦＢ
レーザを低周波で変調して制御する方式を説明したが、
第１実施例のように変調しないで制御してもよい。尚、
図７において、３０２は偏光ビームスプリッタ、３０６
はローパスフィルタ、３０７は差動アンプ、３０９はＤ
ＦＢレーザ３０１の中心電極に対応する電流源、３１
０、３１１は夫々ＤＦＢレーザ３０１の両側電極に対応
する電流源である。

【００４５】

【実施例４】本発明による第４の実施例を、図９及び図
１０に沿って説明する。図９は集積半導体装置の斜視
図、図１０はその導波路に沿った断面図である。

【００４６】図９のように、３電極構造の分布帰還（Ｄ
ＦＢ）レーザ１１０１と、Ｙ分岐構造の偏光モードスプ
リッタ１１０２と、一方の発振偏波モードのみを検出す
る光検出器１１０３が集積されている。これらの導波路
は、高抵抗のＩｎＰによる埋め込み構造１１０６で形成
している。この実施例では、偏光モードスプリッタ１１
０２は、１１０４の領域のみＳｉＮ膜を装荷しアニール
することで、導波路を形成している超格子の混晶化を行
なって、ＴＭ偏波のみが導波するようになっている。従
って、ＴＭモードの光のみ光検出器１１０３で受光する
ことができ、ＴＥモードの光は、出射部１１０５から取
り出す。このとき、Ｙ分岐偏光モードスプリッタ１１０
２のそれぞれの端におけるＴＥ／ＴＭの消光比として１
０ｄＢが得られている。もちろん、光検出器１１０３で
受光する光をＴＥモードにして、ＴＭモードを出射させ
てもよい。また、偏光モードスプリッタ１１０２の作製
は、ＺｎＯを装荷してアニールしＺｎの拡散により混晶
化したり、金属薄膜を装荷した方がＴＭの損失が大きい
ため非対称Ｙ分岐を形成して金属薄膜側にＴＥモードを
導波させたりしてもよい。本素子の長さは、１１０１の
ＤＦＢレーザ部は８００μｍ、１１０２の偏光モードス
プリッタは約２５００μｍ、１１０３の光検出部は２０
０μｍで、全長は約３５００μｍとなっている。

【００４７】次に、図１０に沿って素子構造及び作製方
法について述べる。１２０１は基板となるｎ−ＩｎＰ、
１２０２は深さ０．０５μｍの回折格子ｇが一部に形成
されたｎ−ＩｎＰバッファ層、１２０３は厚さ０．２μ
ｍのｎ−Ｉｎ_０．８２Ｇａ_０．１８Ａｓ_０．４Ｐ_０．６
下部光ガイド層、１２０４はｉ−Ｉｎ_０．２８Ｇａ
_０．７２Ａｓ井戸層（厚さ１０ｎｍ）、ｉ−Ｉｎ
_０．８２Ｇａ_０．１８Ａｓ_０．４Ｐ_０．６バリア層（厚
さ１０ｎｍ）１０層からなる歪超格子構造の活性層、１
２０５はｐ−ＩｎＰクラッド層、１２０６はｐ−Ｉｎ
_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓコンタクト層、１２０８及び
１２０８’はコンタクト層１２０６が除去された電極分
離領域、１２０９及び１２０９’はｐ側の電極であるＣ
ｒ／ＡｕＺｎＮｉ／Ａｕ層、１２１０は信号を重畳した
電流を流す電極であるＣｒ／ＡｕＺｎＮｉ／Ａｕ層、１
２１１は基板側電極であるＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ層、１２
２０は光検出器の電極であるＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ層、１
２１２及び１２１２’は反射防止膜となるＳｉＯ膜であ
る。

【００４８】ＤＦＢレーザ１１０１の一部及びＹ分岐導
波路部１１０２においては、パターニング後、コンタク
ト層、クラッド層、活性層をエッチングした後、ｉ−Ｉ
ｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ井戸層（厚さ３ｎｍ）、ｉ
−ＩｎＰバリア層（厚さ５ｎｍ）２０層からなる超格子
構造の光ガイド層１２１３、ｐ−ＩｎＰクラッド層１２
１４、ｐ−Ｉｎ_０．５９Ｇａ_０．４１Ａｓ_０．９Ｐ
_０．１コンタクト層１２１５（これはＹ分岐導波路部に
は形成されない）が選択再成長により形成されている。
その後、Ｙ字状にパターニングして基板１２０１までエ
ッチングした後、高抵抗ＩｎＰ埋め込み層を形成して埋
め込み構造１１０６を作成する。再成長した光ガイド層
１２１３は、エネルギーバンドギャップに相当する波長
が約１．３μｍであり、レーザの発振波長１．５５μｍ
の光に対しては損失の小さい構造になっている。

【００４９】ここで、このＤＦＢレーザ１１０１は、活
性層１２０４が引っ張り歪をもつ多重量子井戸層になっ
ており、ライトホールと電子の基底準位間遷移エネルギ
ー（Ｅ_ｌｈ０−Ｅ_ｅ０）に対応する波長は１．５６μ
ｍ、ヘビーホールと電子の基底準位間遷移エネルギー
（Ｅ_ｈｈ０−Ｅ_ｅ０）に対応する波長も１．５６μｍと
遷移エネルギーを等しく設計してあるため、通常のＤＦ
Ｂレーザに比べるとＴＭ偏波での発振しきい値が低く、
効率よく偏波スイッチングできる構成になっている。こ
こで、ＤＦＢレーザ部の回折格子ｇによる分布帰還波長
は、Ｅ_ｌｈ０−Ｅ_ｅ０に対応する波長の近傍となるよう
回折格子ｇのピッチを２４０ｎｍに設定し、ＴＥモード
で１．５６２μｍ、ＴＭモードで１．５５８μｍにブラ
ッグ波長を持つ構成にしている。これらは第１実施例の
レーザと同じである。

【００５０】このＤＦＢレーザ部１１０１は、その他の
構造、例えば、活性層のない領域（電極１２１０のある
領域）に回折格子ｇもない構造、回折格子ｇにシフト領
域が設けられた構造、すべての領域に活性層１２０４が
ある構造などでもよい。また、簡単のため、２電極構成
のＤＦＢレーザでもよい。即ち、偏波変調可能な半導体
レーザならどの様なものを用いても良い。

【００５１】次に、再び図９に沿って本素子の駆動方法
を説明する。電極１２０９、１２０９’にそれぞれ直流
電流源１１１０、１１１０’によってＤＣバイアス２６
ｍＡ、電極１２１０に直流電流源１１１によってＤＣバ
イアス２７．６ｍＡを流し、電極１２１０に振幅２ｍＡ
のデイジタル信号１１１５を重畳させると、ＴＥ／ＴＭ
のスイッチングが起こる。このレーザ光を１１０２の偏
光モードスプリッタによってＴＥ偏波とＴＭ偏波に分け
る。このときの時間波形は図３に示したものと実質的に
同じである。。

【００５２】偏光ビームスプリッタ１１０２によって分
けられたＴＥ光は、アイソレータ１１２０を通して光フ
ァイバ１１２１に結合させて伝送する。ここで、アイソ
レータは伝送路等からの反射光が半導体レーザ１１０１
に入射して発振が乱れることを防ぐだけでなく、アイソ
レータ１１２０の両面に備えられたグラントムソンプリ
ズムによってＴＥ偏波とＴＭ偏波の消光比を向上させる
機能もある。この時、ＴＥとＴＭの消光比は２０ｄＢ以
上得られ、この消光比をもつＡＳＫ伝送が可能である。

【００５３】一方、ＴＭ光はホトダイオード１１０３に
よって検出し、モニタする。この信号をローパスフィル
タ１１４によって帯域１０ｋＨｚ以下の信号にすると、
１００Ｍｂｐｓ以上の高速信号で変調している成分は平
均化され、第１実施例の図４に示すように、バイアス点
のずれ量に応じて出力電圧が変化するため、差動アンプ
１１１３で基準電圧と比較後、制御回路１１１２を介し
て、電極１２１０にＤＣバイアスを流す電流源１１１１
にフィードバックすれば、バイアス点の自動安定化が可
能である。なお、フイードバックは変調しない電極にＤ
Ｃバイアスを流す電流源１１１０あるいは１１１０’で
もよい。この自動安定化は制御回路１１１２によるＰＩ
（比例、積分）制御で行ったが、利得、積分時間を最適
化することによって、長期間にわたって消光比の変化を
１％以内にすることが可能であった。これにより、第１
実施例と同様に、従来の偏波変調伝送で問題だった長期
的な誤り率の低下を改善することができた。

【００５４】また、ＤＦＢレーザ１１０１は、電極１２
０９、１２０９’に流す電流の比を変えることによっ
て、発振波長を変化できる。上記のように同じ電流を流
した場合、発振波長は１．５６２μｍだったが、合計電
流を５２ｍＡ一定に保って比を１：１から１：９まで変
えると、１．５６５μｍまで約３ｎｍ波長を変えること
ができた。

【００５５】このように、本実施例による集積半導体装
置は、上記のような駆動方法により、波長多重光通信に
適した光源となる。

【００５６】

【実施例５】本発明による第５の実施例を図１１に沿っ
て説明する。図１１は、図示したような形状のＬｉＮｂ
Ｏ₃基板１３０１にＹ分岐型の偏波モードスプリッタ１
３０４を構成し、３電極型のＤＦＢレーザ１３０２及び
ホトダイオード１３０３を接着剤でハイブリッドに実装
した装置である。偏波モードスプリッタ１３０４は、Ｙ
分岐の片方の導波路に金属薄膜１３０５を装荷し、こち
ら側にＴＥモードが伝搬するようになっている。もう一
方の導波路にはＴＭモードが伝搬し、ホトダイオード１
３０３によって検出される。ＤＦＢレーザは第４実施例
のＤＦＢレーザ部と同構造で、中心電極に振幅２ｍＡの
変調信号を加えることで、偏波変調できる。ハイブリッ
ド実装の光結合部ａ、ｂおよび、ＴＥモードの出射端ｃ
には、反射を抑えるために無反射コートを施してある。
駆動方法等は、第４実施例と同様である。

【００５７】

【実施例６】本発明による第６の実施例は、図１２のよ
うな縦型の順方向結合器を偏波モードスプリッタとして
利用し、半導体基板上にモノリシックに集積化したもの
である。

【００５８】本装置の構造と作製方法を述べる。ｎ−Ｉ
ｎＰ基板１４０１上に、ｎ−ＩｎＰバッファ層１４０
２、バンドギャップ波長１．１μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ下部導波層１４０３、ｎ−ＩｎＰクラッド層１４０４
が順に１回目の成長で積層されている。クラッド層１４
０４には、ＤＦＢレーザ部にピッチ２４０ｎｍの細かい
回折格子１４０６が形成され、順方向結合器部にはピッ
チ１４．５μｍの粗い回折格子１４０７が形成されてい
る。光検出部には回折格子は形成されていない。このク
ラッド層１４０４上に、バンドギャップ波長１．１μｍ
のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１４０５、バンドギャ
ップ波長１．３μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ上部導波層１
４０８、井戸層ｉ−Ｉｎ_0.28Ｇａ_0.72Ａｓ（厚さ１０ｎ
ｍ）、バリア層ｉ−Ｉｎ_0.82Ｇａ_0.18Ａｓ_0.4Ｐ_0.6（厚
さ１０ｎｍ）１０層からなる歪超格子構造の活性層１４
０９、ｐ−ＩｎＰクラッド層１４１０、Ｉｎ_0.53Ｇａ
_0.47Ａｓコンタクト層１４１１が２回目の成長で積層さ
れる。

【００５９】続いて、ＤＦＢレーザ部の中心部及び順方
向結合器部において活性層１４０９を除去するために上
部導波層１４０８までエッチングし、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層１４１２、Ｉｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓコンタクト層１４
１３を３回目選択成長で積層する。導波路は、２．５μ
ｍ幅の高抵抗ＩｎＰ（不図示）による埋め込み構造とし
た。次に、ｐ側電極１４１４、ｎ側電極１４１５を形成
し、ｐ側電極１４１４はＤＦＢレーザ部においては３電
極に、順方向結合器部においては電極、コンタクト層を
除去する。素子を切り出した後、両端面には無反射コー
ティング１４１６、１４１６’を施した。それぞれの部
分の長さは、ＤＦＢレーザ部が８００μｍ、順方向結合
器部が１０００μｍ、光検出部が２００μｍとなってい
る。

【００６０】本装置の動作について説明する。ＤＦＢレ
ーザ部では、第４実施例と同様に中心電極に振幅２ｍＡ
の変調信号を加えることで偏波変調できる。順方向結合
器部では、上部導波層１４０８を伝搬する光Ａの一部が
下部導波層１４０３に結合（Ｂ）して伝搬し、外部に取
り出せる。波長弁別器として働くこの順方向結合器にお
ける、上部導波路１４０８から下部導波路１４０３への
結合特性を図１３に示す。この図のように、ＴＥモード
の光に対しては、レーザの発振波長１．５５μｍを中心
波長とするフィルタ特性を示す。その半値幅は約５ｎｍ
である。一方、ＴＭ光に対しては、これより約３０ｎｍ
短波長側に中心波長を持つ特性になっている。したがっ
て、レーザの発振波長１．５５μｍの光は、ＴＥ光のみ
下部導波路１４０３を伝搬し、外部に取り出せる。ＴＭ
光は上部導波路１４０８をそのまま伝搬し、光検出器に
よって検出される。

【００６１】下部導波路１４０３から出射される光は、
偏波変調した光のＴＥモードのみであるから、ＡＳＫ信
号となっており、光ファイバ１４１７に結合される。こ
のとき、上部導波路１４０８を伝搬し、光検出器の後部
から漏れるＴＭ光をカットするために、光検出器後部の
みエッチングなどにより端面を傷つけて漏れ光を散乱さ
せてもよい。また、光ファイバ１４１７に結合する際に
アイソレータを入れてもよい。

【００６２】装置の駆動方法等については、第４実施例
と同様である。ＤＦＢレーザは第４実施例のように約３
ｎｍの波長可変特性をもつが、その波長範囲では、ＴＥ
光の下部導波路１４０３への結合効率は約２５％ダウン
する程度である。

【００６３】この順方向結合器は、電界をかけること
で、フィルタリングの中心波長を変化することができる
ので、レーザの発振波長の変化にあわせて中心波長をシ
フトさせれば、結合効率を一定にできる。

【００６４】

【実施例７】本発明による第７の実施例は、図１４のよ
うにＤＦＢレーザ１１０１の両出射端に第４実施例のＹ
分岐構造の偏波モードスプリッタ１１０２、１１０２’
を２つ集積したものである。光検出器１１０３’、１１
０３”は、片方の偏波モードスプリッタ１１０２’に
は、いずれの偏波の光も検出できるように２つ備えられ
ている。また、もう片方には、ＴＭモードのみ検出でき
るように光検出器１１０３は１つだけ備えられている。

【００６５】それぞれの光の光検出器出力を、第４実施
例のように消光比の安定化用に用いたり、あるいは光出
力の安定化のためのＡＰＣ（Ａｕｔｏｐｏｗｅｒｃ
ｏｎｔｒｏｌ）用に用いたりできる。消光比の制御がＴ
Ｍ光だけでは不十分で、ＴＥ光も必要とするときに本実
施例が有効になる。

【００６６】外に取り出す光は、一方の偏波モードスプ
リッタ１１０２のＴＥ光出力であり、これを光ファイバ
１１２１に結合させて伝送する。

【００６７】このように、２つ備える偏波モードスプリ
ッタ１１０２、１１０２’は、第５実施例のようなハイ
ブリッド実装型、第６実施例のような縦型の順方向結合
器、あるいはこれらの複合でもよい。

【００６８】また、第４実施例から本実施例の集積光半
導体装置において、偏波モードスプリッタから外部に取
り出す光のパワーを補償するために、半導体光アンプを
出射端に集積化させてもよい。

【００６９】

【実施例８】本発明による第８の実施例を説明する。図
１５において、２１０１は本方式に用いる光源となる半
導体分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ、２１０２は波長フィ
ルタとなるファブリペローエタロン、２１０３は光信号
を伝送する光ファイバを示している。

【００７０】本実施例の光源となる半導体ＤＦＢレーザ
２１０１の構成は、図２（ａ）で説明したものと実質的
に同じである。

【００７１】上記構成のＤＦＢレーザ２１０１におい
て、ＡＲコートのない端面側電極１０９に流すバイアス
電流をある値Ｉ₂に固定し、ＡＲ側電極１１０に流す電
流Ｉ₁に流す電流を変えていくと、図１６に示すように
ある値で発振偏波モードがＴＥモードからＴＭモードへ
とスイッチする。そこで、この偏波がスイッチするバイ
アス点近傍で、図１６に示すようにＴＥモードの出力と
スイッチ後のＴＭモードの出力が同じになるような振幅
で微小デジタル信号ΔＩ₁を重畳させると、図１７に示
すように重畳した電流波形と同位相で電界成分Ｅ_yのＴ
Ｍモードが発振し、逆位相で電界成分Ｅ_xのＴＥモード
が発振する。各発振光の発振波長は、本実施例のような
構造においてはＴＥモードの発振波長が１．５６２μ
ｍ、ＴＭモードの発振波長が１．５５８μｍの共振ピー
クをもち、２つのモード間の発振波長差が４ｎｍと大き
く異なっている。

【００７２】以上に示した特性を持つ光源となるＤＦＢ
レーザ２１０１の出射光を図１５にあるように波長フィ
ルタとなるファブリペローエタロン２１０２に入射す
る。今、ファブリペローエタロン２１０２の透過特性
が、図１８（ａ）に示すようにＴＥモードの発振波長に
ピークをもち、１０ｄＢ透過全幅がＤＦＢレーザ２１０
１の２つの発振モードの波長差より十分小さく、ＴＭモ
ードの発振波長近傍に透過ピークを持たないよう構成す
れば、図１９（ａ）に示すような電流波形で変調するこ
とにより、ＴＥモードの発振光のみ透過するため、図１
９（ｂ）に示すように信号電流と逆位相にＡＳＫ変調さ
れた出力波形が得られる。同様に、図１８（ｂ）に示す
ようにＴＭモードの発振波長にピークをもち、１０ｄＢ
透過全幅がＤＦＢレーザ２１０１の２つの発振モードの
波長差より十分小さく、ＴＥモードの発振波長近傍に透
過ピークを持たないよう構成すれば、図１９（ｃ）に示
すような電流波形で変調することによりＴＭモードの発
振光のみ透過するために、図１９（ｄ）に示すように信
号電流と同位相にＡＳＫ変調された出力波形が得られ
る。

【００７３】この変調光は、レーザ２１０１内のキャリ
ア密度、光子密度の変動が少ないため、動的波長変動が
５ＧＨｚの変調周波数で０．０１ｎｍ以下と非常に小さ
くする事ができる。また、２つのモードの発振波長の差
が数ｎｍと大きいため、光フィルタ２１０２の１０ｄＢ
透過全幅よりはるかに大きく取れる事から、消光比が大
きく取れ、誤り率の低い受信を簡単な構成で行う事がで
きる。

【００７４】本実施例においては、波長フィルタ２１０
２としてファブリペローエタロンを用いたが、ＤＦＢレ
ーザ２１０１の２つの発振モード間でクロストークを生
じないような透過特性を有している波長フィルタ（ＤＦ
Ｂフィルタ、誘電体フィルタ等）を用いても、同様な効
果を期待する事ができる。

【００７５】

【実施例９】本発明の第９実施例を図２０に示す。第２
実施例は第１実施例の光通信方式を波長多重通信方式に
応用したものである。

【００７６】図２０において、２３０１は光源となるＤ
ＦＢレーザ、２３０２は波長可変ＤＦＢフィルタ、２３
０３は光信号の伝達を行う光ファイバ、２３０４は受信
側の波長可変ＤＦＢフィルタ、２３０５は受光器であ
る。

【００７７】図２０の光源となるＤＦＢレーザ２３０１
の詳細は、図５で説明したものと実質的に同じである。

【００７８】本実施例における３電極型ＤＦＢレーザ２
３０１のＴＥモードにおける波長可変特性は、図８に示
したものと同じである。即ち、両側の電極に注入する電
流を、Ｉ₂、Ｉ’₂と独立に制御し、Ｉ₂＋Ｉ’₂の値を６
０ｍＡと一定にしながら、その比を一定にする。ただ
し、Ｉ₁は２０ｍＡと一定にし、ＴＥモードで単一発振
する。この様に、電流比を０．１〜０．４まで変化させ
る事によって単一モードを保持しつつ約３．０ｎｍの可
変幅が得られる。同様な方法でＴＭモードについても波
長可変できる。更に、Ｉ₁に重畳して振幅２ｍＡの変調
電流を重畳する事によって上記実施例と同様に偏波変調
を行う事ができる。

【００７９】このようにして変調された光波を、光フィ
ルタ２３０２に入射する。この時、光フィルタの透過中
心波長をＤＦＢレーザ２３０１のＴＥモード（もしくは
ＴＭモード）のみ透過するように設定すると、上記実施
例と同様ＡＳＫ変調された信号光が得られる。この信号
光を光ファイバ２３０３に結合させて伝送し、光受信器
を構成する光フィルタ２３０４によって選択分波した
後、光検出器２３０５によって電気信号に変換する。

【００８０】本実施例の様な波長多重通信システムの構
成における波長多重数は、波長可変ＤＦＢフィルタ２３
０２、２３０４の波長可変範囲（約３ｎｍ）と透過帯域
幅（１０ｄＢ透過帯域幅で０．０３ｎｍ程度）によって
決定される。ただし、一般に波長可変ＤＦＢフィルタは
偏光依存性があり、同じ駆動状態でもＴＥモードとＴＭ
モードの透過中心波長は異なる値となるので、これらの
値をクロストークが生じないように設定する必要があ
る。今、波長可変ＤＦＢフィルタ２３０２、２３０４の
透過波長をＴＥモードに合わせた時、ＴＭモードの発振
波長が波長可変ＤＦＢフィルタ２３０２、２３０４の可
変範囲（約３ｎｍ）で変化させても透過しないように構
成すれば、ＴＭモードの発振光はクロストークの要因と
ならない。よって、ＤＦＢフィルタ２３０２、２３０４
として波長可変範囲が３ｎｍ、１０ｄＢ透過帯域幅が
０．０３ｎｍのものを用いたとすると、波長可変範囲内
の波長多重光通信システムとして約１００ｃｈの多重伝
送が可能となる。

【００８１】

【実施例１０】図２１は本発明の第１０の実施例を示す
図である。第１０実施例は本発明の光通信方式を安定化
させる方法に関わる。図２１において、２５０１は光源
となるＤＦＢフィルタ、２５０２は空間的に波長分割を
行う偏波無依存型ＡＯ波長フィルタであり、入力光２５
１０について特定の波長の光波のみを導波路２５１１
に、その他の波長をもつ光波を導波路２５１２に分岐さ
せている。波長フィルタ２５０２の透過帯域幅は、ＦＷ
ＨＭ（ｆｕｌｌ−ｗｉｄｔｈａｔｈａｌｆｍａｘ
ｉｍｕｍ）＝２．６ｎｍである。また、２５０３は光信
号の伝送を行う光ファイバであり、２５０４は波長フィ
ルタ２５０２で分岐された光波（参照光）を受信するホ
トダイオード、２５０５はローパスフィルタ、２５０６
はＤＦＢレーザを駆動する電源、２５０７は差動アンプ
である。

【００８２】本実施例に用いたＤＦＢレーザ２５０１に
おいては、電極２５０９に流すバイアス電流Ｉ₁が変動
すると、変調電流振幅ΔＩ₁を大きくしても充分な消光
比が得られない事が知られており、そのために光信号と
して伝送しない光波を偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
などを用いて分離／検出し、その値を用いてフィードバ
ック制御する方法が上記実施例に述べられている。そこ
で、より高い消光比を得るための本実施例においては、
波長フィルタ２５０２の透過中心波長を信号光となるＤ
ＦＢレーザ２５０１のＴＥモード（もしくはＴＭモー
ド）に設定する事によって、２つのモードを導波路２５
１１、２５１２に分岐する。分岐された光波のうち、導
波路２５１１に導かれた信号光即ちＴＥモード（若しく
はＴＭモード）は光ファイバ２５０３に結合し伝送され
る。また、導波路２５１２に導かれた光波即ちＴＭモー
ド（若しくはＴＥモード）はホトダイオード２５０４で
受光する。ここで得られた電気信号からローパスフィル
タ２５０５によって低周波成分を取り出し、差動アンプ
２５０７を介してレーザ駆動電源２５０６にフィードバ
ックする事によって、消光比の安定した駆動を実現する
事ができる。

【００８３】

【実施例１１】本発明による光源装置ないし集積光半導
体装置を光通信用光源として用いて、光伝送を行った実
施例を図２２に沿って説明する。３８０１は本発明によ
って消光比が安定に制御され偏波変調されている光源装
置ないし集積光半導体装置である。この光源３８０１で
は、上記実施例に述べたように３ｎｍの範囲で波長を変
えられる。また、偏波変調では、通常の直接強度変調で
問題になるようなチャーピングと呼ばれる動的波長変動
が２ＧＨｚ以下（波長にして約０．０１ｎｍ）と非常に
小さいため、波長多重する場合に１０ＧＨｚ（約０．０
５ｎｍ）程度ないし０．０３ｎｍ程度の波長間隔で並べ
ても隣のチャンネルにクロストークを与えることはな
い。従って、この光源装置３８０１を用いた場合、３／
０．０５＝６０または３／０．０３＝１００チャンネル
程度の波長多重が可能である。

【００８４】この光源３８０１から出射された光をシン
グルモードファイバ３８０２に結合させ伝送する。光フ
ァイバ３８０２を伝送した信号光は、受信装置におい
て、光フィルタ３８０３により所望の波長の光が選択分
波され、光検出器３８０４により信号検波される。ここ
では、光フィルタ３８０３として上記実施例のＤＦＢレ
ーザと同じ構造のものを用い、しきい値以下に電流をバ
イアスして使用している。２電極の電流比率を変えるこ
とで、透過利得を２０ｄＢと一定で透過波長を３ｎｍの
範囲で変えることができる。図２３にその様子を示す。
このグラフは光フィルタ３８０３のＴＥモードに対する
特性であり、ＴＭモードで結合した場合には、これより
約４ｎｍ短波長側に透過ピークが存在する。また、この
フィルタ３８０３の１０ｄＢダウンの透過幅は０．０３
ｎｍであり、上記のように０．０５ｎｍないし０．０３
ｎｍの間隔で波長多重するのに十分な特性を待ってい
る。

【００８５】光フィルタとして、その他のもの、例え
ば、従来例で挙げたマッハツエンダ型、ファイバファブ
リペロ型などを用いてもよい。また、ここでは光源３８
０１と受信装置を１つずつしか記載していないが、当
然、光カップラなどでいくつかの光源あるいは受信装置
を繋げて伝送を行ってもよい。

【００８６】

【実施例１２】図２４に、本発明による光通信用光源の
駆動方法、それを用いた光通信方式などを波長多重光Ｌ
ＡＮシステムに応用する場合の各端末に接続される光−
電気変換部（ノード）の構成例を示し、図２５にそのノ
ードを用いた光ＬＡＮシステムの構成例を示す。

【００８７】外部に接続された光ファイバ３９０１を媒
体として光信号がノード４０００に取り込まれ、分岐部
３９０２によりその一部が上記実施例のような波長可変
光フィルタ等を備えた受信装置３９０３に入射する。こ
の受信装置３９０３により所望の波長の光信号だけ取り
出して信号検波を行う。一方、ノード４０００から光信
号を送信する場合には、半導体レーザ装置３９０４を上
記実施例の方法で駆動し、偏波変調してそれが偏光ビー
ムスプリッタ、アイソレータ３９０５などで強度変調に
変換された出力光を分岐部３９０６を介して光伝送路３
９０１に入射せしめる。そのとき、上記実施例のような
駆動方法により、所望の波長を発振させ安定化を行って
もよい。

【００８８】また、半導体レーザ装置及び波長可変光フ
ィルタを２つ以上の複数設けて、波長可変範囲を広げる
こともできる。

【００８９】光ＬＡＮシステムのネットワークとして、
図２５に示すものはバス型であり、ＡおよびＢの方向に
ノード４０００を接続しネットワーク化された多数の端
末４００１及びセンタを設置することができる。ただ
し、多数のノード４０００を接続するためには、光の減
衰を補償するために光増幅器を伝送路３９０１上に直列
に配することが必要となる。また、各端末４００１にノ
ード４０００を２つ接続し伝送路３９０１を２本にする
ことでＤＱＤＢ方式による双方向の伝送が可能となる。

【００９０】このような光ネットワークシステムにおい
て、本発明による装置の駆動方法、光伝送方式などを用
いれば、上記実施例で述べたように多重度６０ないし１
００の高密度波長多重光伝送ネットワークを構築でき
る。また、ネットワークの方式として、図２５のＡとＢ
をつなげたループ型やスター型あるいはそれらを複合し
た形態のものでも良い。

【００９１】

【実施例１３】本発明による装置の駆動方法、光通信方
式などにより、図２６のようなトポロジーを持つ波長多
重光ＣＡＴＶの構築ができる。ＣＡＴＶセンタ４５０１
において半導体レーザ装置ないし波長可変レーザを上記
実施例の駆動方法で偏波変調し、波長多重光源とする。
受け手となる加入者４５０２側において、上記実施例の
ような波長可変フィルタを備えた受信装置を用いる。従
来は、ＤＦＢレーザの動的波長変動の影響により、ＤＦ
Ｂフィルタをこのようなシステムに用いることが困難で
あったが、本発明により可能となった。

【００９２】さらに、加入者４５０２に外部変調器を持
たせ、加入者４５０２からの信号をその変調器からの反
射光で受け取り（簡易型双方向光ＣＡＴＶの一形態、例
えば、石川、古田“光ＣＡＴＶ加入者系における双方向
伝送用ＬＮ外部変調器”，ＯＣＳ９１−８２，ｐ．５
１）、図２４のようなスター型ネットワークを構築する
ことで、双方向光ＣＡＴＶが可能となり、サービスの高
機能化が図れる。

【００９３】本発明においては、ＤＦＢレーザとしてＩ
ｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系の構造について述べたが、Ｇａ
Ａｓ／ＡｌＧａＡｓのような短波長系の構造についても
同様な効果が期待できる。

【００９４】

【発明の効果】本発明により、動的波長変動の極めて小
さい直接偏波変調方式を用いて、高密度波長多重光通信
システムなどを、コヒーレント光通信のような高度な波
長制御技術、電子回路技術等を必要とせずに構築でき
る。また、動的波長変動の極めて小さい直接偏波変調方
式を用いた高密度波長多重光通信システムなどのため
の、小型で生産性の高い光通信用光源などを構築でき
る。

【００９５】更に、本発明における光通信システムにお
いては、前記通信方式に用いる光源が光導波路の一部に
流す電流を変調することで偏光波面及び波長の異なる２
つの偏波モードがスイッチする構造とし、一方の発振モ
ードの発振を選択して出射する半導体レーザを用い、半
導体レーザの変調された出力光について、波長弁別する
手段によって２つの発振モードの内１つの光波を光伝送
路に結合させ、該光波をＡＳＫ変調することによって光
通信の信号に用いることを特徴としているので、動的波
長変動のない直接変調方式でのレーザ駆動が可能とな
り、高密度波長多重通信システムなどを簡便な方法で構
築することが出来る。

【００９６】また、半導体ＤＦＢレーザ装置以外に、偏
波ビームスプリッタ、ホトダイオードなどの光学装置が
必要な為、光通信用光源として使用する場合に、小型に
モジュール化することが困難であり、しかもモジュール
化するときに光学調整が必要で、生産性が悪いという様
な問題点が、本発明により、解決される。。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体レーザの駆動方法の第１
実施例を説明する図。

【図２】本発明の第１の実施例の素子構成及び特性を
表す図。

【図３】本発明の第１実施例に使用する半導体レーザ
の駆動原理を説明する図。

【図４】バイアス点のずれとＴＭ偏波光の強さの関係
を示す図。

【図５】本発明による半導体レーザの駆動方法の第２
実施例を説明する図。

【図６】第２実施例の平衡変調器の出力を説明する
図。

【図７】本発明による半導体レーザの駆動方法の第３
実施例を説明する図。

【図８】第３実施例の波長可変レーザの波長可変特性
を表す図。

【図９】本発明による第４実施例の集積光半導体装置
及びその駆動方法を説明する図。

【図１０】第４実施例の集積光半導体装置の導波路方
向の断面図。

【図１１】本発明による第５実施例のハイブリッド実
装集積光半導体装置を説明する図。

【図１２】本発明による第６実施例の集積光半導体装
置の断面図。

【図１３】本発明による第６実施例の集積光半導体装
置における順方向結合器部の特性を説明する図。

【図１４】本発明による第７実施例の集積光半導体装
置の斜視図。

【図１５】本発明による第８実施例を説明する図。

【図１６】半導体レーザの電流−光出力特性を表す
図。

【図１７】半導体レーザの変調波形を示す図。

【図１８】本発明による第８実施例の光源の発振スペ
クトルと光フィルタの透過特性を示す図。

【図１９】本発明による第８実施例における変調波形
を示す図。

【図２０】本発明による第９実施例を説明する図。

【図２１】本発明による第１０実施例を説明する図。

【図２２】本発明による第１１実施例の光通信方式を
説明する図。

【図２３】第１１実施例の波長可変フィルタの波長可
変特性を表す図。

【図２４】本発明による第１２の実施例である光ノー
ドの構成例の図。

【図２５】光ＬＡＮネットワークを説明する図。

【図２６】本発明による第１３の実施例である光ＣＡ
ＴＶシステムを説明する図。

【図２７】偏波変調の消光比と変調電流振幅の関係を
示す図。

【符号の説明】

１、２０１、３０１、、１１０１、１３０２、２１０
１、２３０１、２５０１半導体ＤＦＢレーザ２、２２０、３０２偏光ビームスプリッタ３、２２１、３０４、１１０３、１１０３’、１１０
３”、１３０３、２５０４ホトダイオード４、２２３、３０６、１１１４、２５０５ローパス
フィルタ５、６、２１６、２１７、３０９、３１０、３１１、１
１１０、１１１０’、１１１１、２５０６直流電流
源７、１１１５変調器８、２２４、３０７、１１１３、２５０７差動ア
ンプ９、４０２、、１１２１、１４１７、２１０３、２３０
３、２５０３、３８０２、３９０１光ファイバ１０、２１９、１１２０、２５０３、３９０５光ア
イソレータ１０１、２０１、１２０１、１３０１、１４０１基
板１０２、２０２、１２０２、１４０２バッファ層１０３、２０３、２１３、１２０３、１２１３、１４０
５光ガイド層１０４、２０４、１２０４、１４０９活性層１０５、２０５、２１４、１２０５、１２１４、１４０
４、１４１０、１４１２クラッド層１０６、２０６、２０６’、２１５、１２０６、１２１
５、１４１１、１４１３コンタクト層１０７、２０７、１１０６埋め込み層１０８、２０８、２０８’、１２０８、１２０８’
電極分離部１０９、１１０、１１１、２０９、２０９’、２１０、
２１１、１２０９、１２０９’、１２１０、１２２０、
１２１１、１４１４、１４１５、２５０９電極１１２、２１２、２１２’、１２１２、１２１２’、１
４１６、１４１６’ 無反射コート膜２１８、３０８正弦波発振器２２２、３０５平衡変調器３０３ファブリペロエタロン１１０２、１１０２’、１３０４偏光モードスプリ
ッタ１１０４混晶化領域１１０５出射部１１１２制御回路１３０５金属薄膜１４０３、１４０８導波層ｇ回折格子１４０６細かいピッチの回折格子１４０７粗いピッチの回折格子２１０２、２５０２、３８０３波長フィルタ２３０２、２３０４半導体ＤＦＢフィルタ２３０５、３８０４受光器２５１１、２５１２導波路３８０１光通信用光源３９０２、３９０６光合流分岐器３９０３光受信部３９０４光送信部４０００ノード４００１端末４５０１センタ４５０２加入者

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｂ 10/04 10/06 Ｈ０４Ｊ 14/00 14/02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザを光通信用光源として使う
ときの駆動方法であって、前記半導体レーザは光導波路
の一部に流す電流を変調（変調信号）することで偏波面
の異なる２つの発振偏波モードがスイッチする構造であ
り、前記半導体レーザの変調された出力光の前記偏波面
の異なる２つの偏波モードを異なる伝搬方向に分岐する
手段と、前記２つの偏波モードのうち１つの光を光伝送
路に結合させる手段と、残りの１つの光を電気信号に変
換する手段とを備え、上記光伝送路に結合された光の変
調状態が安定化されるように、前記電気信号を元に前記
半導体レーザに流す電流を制御することを特徴とする光
通信用光源の駆動方法。
【請求項２】前記半導体レーザにおいて制御される電
流が、変調信号を流す光導波路の部分と同じ部分に流す
電流であることを特徴とする請求項１記載の駆動方法。
【請求項３】前記半導体レーザにおいて制御される電
流が、変調信号を流す光導波路の部分と異なる部分に流
す電流であることを特徴とする請求項１記載の駆動方
法。
【請求項４】前記半導体レーザが、発光層を含む光導
波路に近接して回折格子を備えた分布帰還型半導体レー
ザであり、前記発光層が量子井戸で構成され、ホールの
順位であるライトホール順位と電子の基底順位間のエネ
ルギーバンドギャップに対応する波長の近傍にブラッグ
波長がくるように前記回折格子のピッチが設定され、ブ
ラッグ波長でのしきい値利得が前記２つの偏波モードで
ほぼ等しくなるように構成されている半導体レーザを光
源とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに
記載の駆動方法。
【請求項５】前記分布帰還型半導体レーザの発光層
が、引っ張り歪が導入された多重量子井戸で構成され、
ホールの順位であるヘビーホール順位とライトホール順
位が等しいか若しくはライトホール順位の方が電子の基
底順位に近い構成とした半導体レーザを光源とすること
を特徴とする請求項４記載の駆動方法。
【請求項６】前記電気信号を低域通過フィルタを通し
て差動アンプで基準電圧と比較した出力を、比例、積分
回路によって適当な帰還率で、前記半導体レーザを駆動
する直流電流源にフィードバックすることで前記半導体
レーザに流す電流を制御することを特徴とする請求項１
乃至３のいずれかに記載の駆動方法。
【請求項７】前記半導体レーザに流す電流を低周波の
正弦波によって変調する手段と、前記電気信号と前記低
周波の正弦波を乗算する手段とを備え、前記乗算する手
段の出力を低域通過フィルタを通して差動アンプで基準
電圧と比較し、その出力を比例、積分回路によって適当
な帰還率で、前記半導体レーザを駆動する直流電流源に
フィードバックすることで前記半導体レーザに流す電流
を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
に記載の駆動方法。
【請求項８】前記半導体レーザは、導波路の少なくと
も２つの部分に流す電流の比を変えることでその発振波
長が可変であり、電気信号に変換する手段の直前に波長
の変動を透過光の強度の変動に変換する波長弁別器を備
えることを特徴とする請求項１記載の駆動方法。
【請求項９】前記波長弁別器を介して前記電気信号に
変換する手段に入力した光の電気信号を低域通過フィル
タを通して差動アンプで基準電圧と比較した出力を、比
例、積分回路によって適当な帰還率で、前記半導体レー
ザを駆動する直流電流源にフィードバックすることで前
記半導体レーザに流す電流を制御する制御法で前記発振
波長を安定化することを特徴とする請求項８記載の駆動
方法。
【請求項１０】前記半導体レーザに流す電流を低周波
の正弦波によって変調する手段と、前記波長弁別器を介
して前記電気信号に変換する手段に入力した光の電気信
号と前記低周波の正弦波を乗算する手段とを備え、前記
乗算する手段の出力を低域通過フィルタを通して差動ア
ンプで基準電圧と比較し、その出力を比例、積分回路に
よって適当な帰還率で、前記半導体レーザを駆動する直
流電流源にフィードバックすることで前記半導体レーザ
に流す電流を制御する制御法で前記発振波長を安定化す
ることを特徴とする請求項８記載の駆動方法。
【請求項１１】前記半導体レーザは、導波路の少なく
とも２つの部分に流す電流の比を変えることでその発振
波長が可変であり、電気信号に変換する手段の直前に波
長の変動を透過光の強度の変動に変換する波長弁別器を
備え、前記波長弁別器を介して前記電気信号に変換する
手段に入力した光の電気信号を低域通過フィルタを通し
て差動アンプで基準電圧と比較した出力を、比例、積分
回路によって適当な帰還率で、前記半導体レーザを駆動
する直流電流源にフィードバックすることで前記半導体
レーザに流す電流を制御する制御法で前記発振波長をも
同時に安定化することを特徴とする請求項６または７記
載の駆動方法。
【請求項１２】前記半導体レーザは、導波路の少なく
とも２つの部分に流す電流の比を変えることでその発振
波長が可変であり、電気信号に変換する手段の直前に波
長の変動を透過光の強度の変動に変換する波長弁別器
と、前記半導体レーザに流す電流を低周波の正弦波によ
って変調する手段と、前記波長弁別器を介して前記電気
信号に変換する手段に入力した光の電気信号と前記低周
波の正弦波を乗算する手段とを備え、前記乗算する手段
の出力を低域通過フィルタを通して差動アンプで基準電
圧と比較し、その出力を比例、積分回路によって適当な
帰還率で、前記半導体レーザを駆動する直流電流源にフ
ィードバックすることで前記半導体レーザに流す電流を
制御する制御法で前記発振波長をも同時に安定化するこ
とを特徴とする請求項６または７記載の駆動方法。
【請求項１３】請求項１乃至１２のいずれかに記載の
駆動方法で光通信用光源を直接変調して、光ファイバで
伝送し、光受信器で直接検波することを特徴とする光通
信方式。
【請求項１４】１本の光ファイバに、請求項８乃至１
２のいずれかに記載の駆動方法で直接変調する光通信用
光源を複数接続し、複数の波長の光をそれぞれ変調して
伝送させ、光フィルタを備えた光受信器により所望の波
長に光にのせた信号のみを取り出すように、波長分割多
重伝送することを特徴とする光通信方式。
【請求項１５】請求項１４記載の光通信方式に用いる
光通信用光源と光受信器を１つにまとめ、請求項１４記
載の光通信方式による光送受信を行うことを特徴とする
光−電気変換装置。
【請求項１６】請求項１４記載の光通信方式に用いる
光通信用光源と光受信器を１つにまとめ、請求項１４記
載の光通信方式による光送受信を行う光−電気変換装置
を用いたことを特徴とする波長分割多重光伝送システ
ム。
【請求項１７】放送センタに、請求項８乃至１２のい
ずれかに記載の駆動方法で直接変調する光通信用光源を
備えて、光加入者に光フィルタを備えた光受信器を備
え、請求項１４記載の光通信方式を行うことを特徴とす
る光ＣＡＴＶシステム。
【請求項１８】半導体レーザを有し、前記半導体レー
ザは光導波路の一部に流す電流を変調（変調信号）する
ことで偏波面の異なる２つの発振偏波モードがスイッチ
する構造であり、前記半導体レーザの変調された出力光
の前記偏波面の異なる２つの偏波モードを異なる伝搬方
向に分岐する手段と、前記２つの偏波モードのうち１つ
の光を光伝送路に結合させる手段と、残りの１つの光を
電気信号に変換する手段とを持ち、上記光伝送路に結合
された光の変調状態が安定化されるように、前記電気信
号を元に前記半導体レーザに流す電流を制御することを
特徴とする光源の駆動装置。
【請求項１９】前記分岐手段は偏光ビームスプリッタ
であることを特徴とする請求項１８記載の光源の駆動装
置。
【請求項２０】前記１つの光を光伝送路に結合させる
手段はアイソレータを含むことを特徴とする請求項１８
記載の光源の駆動装置。
【請求項２１】発光層を含む光導波路の一部に流す電
流を変調（変調信号）することで偏波面の異なる２つの
発振偏波モードがスイッチする構造の半導体レーザと、
前記半導体レーザの変調された出力光の前記偏波面の異
なる２つの偏波モードを異なる伝搬方向に分岐する導波
型の偏波モードスプリッタと、前記２つに分けられた偏
波モードのうち少なくとも一方の光を電気信号に変換す
る光検出器とを同一基板上に集積したことを特徴とする
集積光半導体装置。
【請求項２２】全て同一半導体結晶基板上にモノリシ
ックに集積したことを特徴とする請求項２１記載の集積
光半導体装置。
【請求項２３】全て同一基板上にハイブリッドに集積
したことを特徴とする請求項２１記載の集積光半導体装
置。
【請求項２４】前記半導体レーザが、発光層を含む光
導波路に近接して回折格子を備えた分布帰還型半導体レ
ーザであり、前記発光層が量子井戸で構成され、ホール
の順位であるライトホール順位と電子の基底順位間のエ
ネルギーバンドギャップに対応する波長の近傍にブラッ
グ波長がくるように前記回折格子のピッチが設定され、
ブラッグ波長でのしきい値利得が前記２つの偏波モード
でほぼ等しくなるように構成されている半導体レーザを
光源とすることを特徴とする請求項２１に記載の集積光
半導体装置。
【請求項２５】前記分布帰還型半導体レーザの発光層
が、引っ張り歪が導入された多重量子井戸で構成され、
ホールの順位であるヘビーホール順位とライトホール順
位が等しいか若しくはライトホール順位の方が電子の基
底順位に近い構成とした半導体レーザを備えたことを特
徴とする請求項２１記載の集積光半導体装置。
【請求項２６】前記偏波モードスプリッタが、同一平
面上にＹ分岐導波路層で形成され、導波路層に半導体超
格子を含み、前記Ｙ分岐導波路層の一方の導波路層のみ
前記半導体超格子を混晶化してあることを特徴とする請
求項２１記載の集積光半導体装置。
【請求項２７】前記偏波モードスプリッタが、同一平
面上にＹ分岐導波路層で形成され、前記Ｙ分岐導波路層
の一方の導波路層のみ金属を装荷してあることを特徴と
する請求項２１記載の集積光半導体装置。
【請求項２８】前記偏波モードスプリッタが、縦方向
に少なくとも２つの導波層で形成され、前記導波層のい
ずれかの近傍に回折格子を備えていることを特徴とする
請求項２１記載の集積光半導体装置。
【請求項２９】前記偏波モードスプリッタが、前記半
導体レーザの共振器の両側に２つ備えられていることを
特徴とする請求項２１記載の集積光半導体装置。
【請求項３０】前記光検出器は、前記偏波モードスプ
リッタの片方の導波路層の光のみを検出するために１つ
だけ備えていることを特徴とする請求項２１記載の集積
光半導体装置。
【請求項３１】前記光検出器は、前記偏波モードスプ
リッタの両方の導波路層の光を検出するために２つ備え
ていることを特徴とする請求項２１記載の集積光半導体
装置。
【請求項３２】集積光半導体装置の外部に出射される
光の変調状態が安定化されるように、前記光検出器で得
られた電気信号を元に、前記半導体レーザに流す電流を
制御することを特徴とする請求項２１乃至３１のいずれ
かに記載の集積光半導体装置。
【請求項３３】前記半導体レーザにおいて制御される
電流が、変調信号を流す光導波路の部分と同じ部分に流
す電流であることを特徴とする請求項３２記載の集積光
半導体装置。
【請求項３４】前記半導体レーザにおいて制御される
電流が、変調信号を流す光導波路の部分と異なる部分に
流す電流であることを特徴とする請求項３２記載の集積
光半導体装置。
【請求項３５】前記電気信号を低域通過フィルタを通
して差動アンプで基準電圧と比較した出力を、比例、積
分回路によって適当な帰還率で、前記半導体レーザを駆
動する直流電流源にフィードバックすることで前記半導
体レーザに流す電流を制御することを特徴とする請求項
３２乃至３４のいずれかに記載の集積光半導体装置。
【請求項３６】請求項２１乃至３１のいずれかに記載
の集積光半導体装置を、電気信号を低域通過フィルタを
通して差動アンプで基準電圧と比較した出力を、比例、
積分回路によって適当な帰還率で、前記半導体レーザを
駆動する直流電流源にフィードバックすることで前記半
導体レーザに流す電流を制御する駆動方法で直接変調す
る光通信用光源として用い、変調信号を光ファイバで伝
送し、光受信器で直接検波することを特徴とする光通信
方式。
【請求項３７】請求項２１乃至３１のいずれかに記載
の集積光半導体装置を、電気信号を低域通過フィルタを
通して差動アンプで基準電圧と比較した出力を、比例、
積分回路によって適当な帰還率で、前記半導体レーザを
駆動する直流電流源にフィードバックすることで前記半
導体レーザに流す電流を制御する駆動方法で直接変調す
る光通信用光源として、１本の光ファイバに複数接続
し、複数の波長の光をそれぞれ変調して伝送させ、光フ
ィルタを備えた光受信器により所望の波長に光にのせた
信号のみを取り出すように、波長分割多重伝送すること
を特徴とする光通信方式。
【請求項３８】請求項３７記載の光通信方式に用いる
光通信用光源と光受信器を１つにまとめ、請求項３７記
載の光通信方式による光送受信を行うことを特徴とする
光−電気変換装置。
【請求項３９】請求項３７記載の光通信方式に用いる
光通信用光源と光受信器を１つにまとめ、請求項３７記
載の光通信方式による光送受信を行う光−電気変換装置
を用いたことを特徴とする波長分割多重光伝送システ
ム。
【請求項４０】放送センタに、請求項２１乃至３１の
いずれかに記載の集積光半導体装置を光通信用光源とし
て備えて、光加入者に光フィルタを備えた光受信器を備
え、請求項３７記載の光通信方式を行うことを特徴とす
る光ＣＡＴＶシステム。
【請求項４１】発光層を含む光導波路の一部に流す電
流を変調（変調信号）することで偏波面の異なる２つの
発振偏波モードがスイッチする構造の半導体レーザと、
前記半導体レーザの変調された出力光の前記偏波面の異
なる２つの偏波モードを異なる伝搬方向に分岐する手段
と、前記２つに分けられた偏波モードのうち少なくとも
一方の光を電気信号に変換する光検出手段とを有する装
置の外部に出射される光の変調状態と発振波長のうち少
なくとも一方が安定化されるように、前記光検出手段で
得られた電気信号を元に、前記半導体レーザに流す電流
を制御することを特徴とする半導体レーザの駆動方法。
【請求項４２】光通信の方法において、前記通信方式
に用いる光源が、光導波路の一部に流す電流を変調（変
調信号）することで偏波面及び波長の異なる２つの発振
モードがスイッチする構造の半導体レーザであって、前
記半導体レーザの変調された出力光のうち、波長弁別す
る手段によって前記２つの発振モードのうち１つの発振
モードを選択して光伝送路に結合させることによって前
記出力光をＡＳＫ変調し、光通信の信号に用いることを
特徴とする光通信方式。
【請求項４３】前記半導体レーザが、発光層を含む光
導波路に近接して回折格子を備えた分布帰還型半導体レ
ーザであり、前記発光層が量子井戸で構成され、ホール
の順位であるライトホール順位と電子の基底順位間のエ
ネルギーバンドギャップに対応する波長の近傍にブラッ
グ波長がくるように前記回折格子のピッチが設定され、
ブラッグ波長でのしきい値利得が前記２つの偏波モード
でほぼ等しくなるように構成されている半導体レーザを
光源とすることを特徴とする請求項４２記載の光通信方
式。
【請求項４４】前記分布帰還型半導体レーザの発光層
が、引っ張り歪が導入された多重量子井戸で構成され、
ホールの順位であるヘビーホール順位とライトホール順
位が等しいか若しくはライトホール順位の方が電子の基
底順位に近い構成とした半導体レーザを光源とすること
を特徴とする請求項４２記載の光通信方式。
【請求項４５】前記波長弁別する手段として、前記半
導体レーザから出射される２つの発振モードのうちいず
れか１つを光伝送路に結合させるような固定フィルタを
用い、信号光をＡＳＫ変調することを特徴とする請求項
４２記載の光通信方式。
【請求項４６】前記固定光フィルタが、ＤＦＢフィル
タで構成されていることを特徴とする請求項４５記載の
光通信方式。
【請求項４７】前記ＡＳＫ変調された信号光を光ファ
イバで伝送し、光受信器で直接検波することを特徴とす
る請求項４２記載の光通信方式。
【請求項４８】前記波長弁別する手段がファブリペロ
ーエタロンで構成されていることを特徴とする請求項４
２記載の光通信方式。
【請求項４９】前記半導体レーザが、光導波路の少な
くとも２つ以上の部分に流す電流の比を変えることによ
って、その２つの発振モードの発振波長が可変であり、
前記波長弁別する手段として、前記半導体レーザの発振
波長に同調して２つの発振モードのうちいずれか１つを
光伝送路に結合させるような波長可変フィルタを用い、
信号光をＡＳＫ変調することを特徴とする請求項４２記
載の光通信方式。
【請求項５０】前記波長可変フィルタが、ＤＦＢフィ
ルタで構成されていることを特徴とする請求項４９記載
の光通信方式。
【請求項５１】１本の光ファイバに光通信用光源を複
数接続し、複数の波長の光をそれぞれ変調して伝送さ
せ、光フィルタを備えた光受信器により所望の波長に光
にのせた信号のみを取り出すように、波長分割多重伝送
することを特徴とする請求項４２記載の光通信方式。
【請求項５２】前記波長弁別する手段として、特定の
波長の光波とそれ以外の光波を空間的に分離する素子を
用い、２つの発振モードのうち１つを光伝送路に結合さ
せ、残り１つのモードを電気信号に変換させる手段を具
備しており、前記電気信号を元に前記光源となる半導体
レーザの駆動条件を設定することによって、前記光伝送
路に結合された光波の変調状態と発振波長のうち少なく
とも一方を安定化させることを特徴とする請求項４１記
載の光通信方式。
【請求項５３】光源が、光導波路の一部に流す電流を
変調することで偏波面及び波長の異なる２つの発振モー
ドがスイッチする構造の半導体レーザであって、前記半
導体レーザの変調された出力光のうち、波長弁別する手
段によって前記２つの発振モードのうち１つの発振モー
ドを選択して出力することによって前記出力光をＡＳＫ
変調することを特徴とする光通信装置。