JPH08111561A - 半導体波長変換素子 - Google Patents

半導体波長変換素子

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JPH08111561A
JPH08111561A JP24585194A JP24585194A JPH08111561A JP H08111561 A JPH08111561 A JP H08111561A JP 24585194 A JP24585194 A JP 24585194A JP 24585194 A JP24585194 A JP 24585194A JP H08111561 A JPH08111561 A JP H08111561A
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JP
Japan
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wavelength
light
wavelength conversion
semiconductor
diffraction gratings
Prior art date
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Pending
Application number
JP24585194A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Yasaka
洋 八坂
Hiroaki Sanjo
広明 三条
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光波ネットワーク、光交換、光情報処理、光
クロスコネクト等の分野に用いられる半導体により形成
された波長変換素子を提供する。 【構成】 少なくとも、電流を注入することにより光に
対する利得を有する活性層と、光の波長に対して選択的
に高い反射率を有する回析格子とを共振器内に有する半
導体レーザ構造の波長変換素子において、周期の異なる
三つの回析格子21〜23を有し、該複数の周期の回析
格子は、互いに各々の回析格子の周期により決定される
反射中央波長(ブラッグ波長)が、回析格子の透過禁止
波長幅(ストップバンド幅)よりも大きく異なっている
ようにし、単一素子から複数の波長の光を取り出すよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光波ネットワーク、光
交換、光情報処理、光クロスコネクト等の分野に用いら
れる半導体により形成された波長変換素子に関する。
【0002】
【従来の技術】光波ネットワーク、光交換、光情報処
理、光クロスネクト等の分野で用いることを目的とした
波長変換素子には、例えば、T.Durhuus 等の報告(IEEE
Photonics Technology Letters, Vol. 5,pp.86-88,199
3) による発振状態にある半導体レーザを用いたもの
と、例えば、B.Mikkelsen 等の報告(19th European Con
ference on Optical Communication,Technical Digest
ThP 12.6,1993)による半導体光増幅器を用いたものがあ
る。
【0003】この発振状態にある半導体レーザを用いた
波長変換の原理は、入力信号光によるレーザ発振モード
利得の減少である。これを図を用いて説明する。図8に
示すように、レーザ共振器内のキャリア(電子、正孔)
01の結合により、誘導放出される波長変換光(発振
光)02が出力されている半導体レーザへ、図9に示す
ように、信号光03を入力した場合には、該信号光03
の誘導増幅にレーザ共振器内のキャリヤ01が費やさ
れ、レーザの波長変換光(発振光)02の強度が減少す
る。
【0004】このため入力信号光へ重畳されていた強度
変動信号を、レーザの発振波長へ重畳することができ、
この時、両者の波長が異なるため、信号光の波長変換が
達成される。この場合、半導体レーザとしては単一モー
ドで発振するレーザが用いられるために、信号光波長が
一波長のみに変換される。
【0005】また、例えばファブリペロ型レーザのよう
なマルチモードレーザを波長変換素子として用いた場合
にも、レーザのモード間隔が狭く且つモードが多いため
に入力信号光波長に最も近接したモードが入力信号光へ
引き込まれ、その波長の発振光のみが出力される。
【0006】半導体光増幅器を用いた波長変換における
動作原理は、入力光による素子増幅利得の飽和を用いて
いる。半導体光増幅器にはその増幅利得が飽和する程度
の入力光1(プローブ光)が入力されており、そこへそ
れとは波長の異なる信号光が入力される。信号光によ
り、素子内増幅利得が飽和し、素子から出力されるプロ
ーブ光強度も信号光強度によって変動する。このため、
信号光に重畳された強度偏重情報を他の波長のプローブ
光へ乗せ変えることができ、波長変換が達成される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発振状
態にある半導体レーザを用いた波長変換においては、入
力光波長は素子の共振器により決定される一つの波長の
みに変換されていた。この場合、一つの信号光の波長を
変換してユーザへ信号を送る際には、時間分割で変換光
波長を切り替えて、多数のユーザへ信号を送る必要があ
り、複数ユーザへの、同時に一括しての信号伝送は不可
能であった。
【0008】また、半導体光増幅器を用いた波長変換に
おいては、プローブ光として複数の波長の光を導入する
ことにより、入力光波長を複数波長の信号へ変換するこ
とは可能であるものの、プローブ光光源として複数の装
置が必要となり、システムが大きなものとなると共に消
費電力も大きくなるという点、また変換光波長により、
変換効率が急激に変化してしまう点等が問題点であっ
た。
【0009】これらの問題点を解決するために低消費電
力、コンパクトで、入力信号光波長を複数の波長へ変換
できる波長変換素子の実現が必要であった。
【0010】本発明は、上記従来技術に鑑みて成された
ものであり、低消費電力、コンパクトで、入力信号光波
長を複数の波長へ変換できる波長変換素子を提供するこ
とを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに本発明の半導体波長変換素子の構成は、少なくと
も、電流を注入することにより光に対する利得を有する
活性層と、光の波長に対して選択的に高い反射率を有す
る回析格子とを共振器内に有する半導体レーザ構造の波
長変換素子において、周期の異なる回析格子を少なくと
も二以上有し、該複数の周期の回析格子は、互いに各々
の回析格子の周期により決定される反射中央波長(ブラ
ッグ波長)が、回析格子の透過禁止波長幅(ストップバ
ンド幅)よりも大きく異なっていることを特徴とする。
【0012】前記構成の半導体波長変換素子において、
共振器内に形成された前記複数の回析格子は、各回析格
子領域の光の進行方向に対して中央部分に回析格子の位
相を半周期ずらせた部分を有することを特徴とする。
【0013】前記構成の半導体波長変換素子において、
素子へのバイアス電流を印可する片側の電極を、分割電
極構造とすることを特徴とする。
【0014】すなわち、本発明では、素子の共振器内に
複数の周期の回析格子を形成し、素子自身はその複数の
回析格子の周期で決まる複数の波長で発振可能となって
おり、信号光を素子へ注入することにより信号光へ重畳
された信号を、素子の複数発振波長へ変換することがで
きるようにしたものである。
【0015】
【作用】上記構成において、光導波路に形成された回析
格子のブラッグ波長λB は2Λ・n eq と表される。こ
こで、Λは回析格子の周期、n eq は光導波路の光に対
する等価屈折率を表す。また、当該回析格子のために、
光導波路を伝搬できる光には波長依存性があらわれ、特
定の波長領域の光が当該光導波路を伝搬できなくなる。
この波長領域を「ストップバンド」と称している。光導
波路内に異なる周期Λ’の回析格子を設け、且つ両者の
ブラッグ波長差を回析格子のストップバンド幅以上とす
ることにより、当該光導波路に光に対する利得を待たせ
た場合に両ブラッグ波長近傍の同時発振が得られる。当
該光導波路内に周期の異なる複数の回析格子を形成する
ことにより、対応した複数波長での発振光を得ることが
できる。このように、素子共振器内に形成する回析格子
の周期を変化することにより、その回析格子のブラッグ
波長が変化し、その波長に対応した波長で発振が行われ
ることになり、単一素子から複数波長の光を取り出すこ
とができる。
【0016】
【実施例】以下、本発明についての好適な一実施例を参
照して詳細に説明する。
【0017】〔実施例1〕図1は、本発明の半導体波長
変換素子の第1の実施例の概略を示す。
【0018】同図に示すように、n−InP基板11上
に形成された活性領域12は、バンド端波長1.55μ
mのInGaAsP半導体混晶により形成した。上記活
性領域12の上にたバンド端波長1.3μmのInGa
AsP層13が形成され、この上に各回析格子21,2
2,23を各々形成した。この後、p−InP14が形
成され、p側電極15、及びn側電極16を各々形成し
た。
【0019】本実施例では、回析格子の周期変化数は3
とした。この回析格子21〜23の三つの領域の長さL
は、300μmであった(全素子長900μm)。
【0020】また、回析格子の結合定数は100cm-1
であり、各々中央部に位相を反転させた領域( λ/4シフ
ト領域) 24を形成した。領域I,II,及びIIIの
回析格子21〜23の周期Λ1 , Λ2 及びΛ3 は240
6A,2422A及び2438Aとした。この素子のし
きい値以上でのバイアス電流印可時の発振スペクトル
を、図2に示す。1.54μm(λ1 )、1.55μm
(λ2 )及び1.56μm(λ3 )にそれぞれの回析格
子の周期に対応して発振モードが3本観測された。この
波長間隔はそれぞれの回析格子のストップバンド幅(〜
3nm)に較べ十分大きかった。
【0021】図3に示すように、10Gb/sNRZ信
号により強調された波長1.555μm(λ0 )の信号
光を注入した際の、素子からの出力光(波長変換光)の
時間依存性を図4に示す。波長(λ0 )の入力信号光に
重畳された信号を波長λ1 、λ2 及びλ3 の信号光へ同
時に変換できていることが判明した。
【0022】また、回析格子の周期の異なる領域を増加
することにより、同時信号変換波長を増やすことができ
ることはいうまでもない。
【0023】〔実施例2〕図5は、本発明の半導体波長
変換素子の第2の実施例の概略を示す。
【0024】同図に示すように、本実施例に係る素子は
図1に示す第1の実施例に係る素子におけるn側電極1
6が、回析格子21〜23の周期の異なる三領域I,I
I,IIIで三分割、すなわち、領域Iのn側電極16
A、領域IIのn側電極 16B及び領域IIIのn側
電極16Cとなるように、各々分割されていることを特
徴とする。これにより、各々の領域I,II,IIIへ
バイアスする電流値を独立に制御することが可能となっ
ている。
【0025】上記三領域を同時にバイアスし、図3に示
す波長(λ0 )の信号光を注入した際には、実施例1に
示したと同様な、図4の結果を得ることができた。
【0026】さらに、本実施例による素子において、領
域IIへバイアスする電流値を当該領域が発振に至る値
の直下にバイアスすることにより、図6(変換光スペク
トル)及び図7(時間対応スペクトル)に示すように、
波長λ2 の変換光を取り除くことができた。
【0027】この機構は、他の波長の変換光においても
実現でき、多波長へ変換された信号光の削除が簡単に、
且つ各波長で独立に行えることがわかった。
【0028】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明の半導体波長変換素子によれば、コン
パクトな一台の半導体素子で、一つの入力信号光の波長
を、他の複数の波長の信号光へと一括して同時に変換す
ることが可能となった。
【0029】また、複数波長へと変換された信号光は独
立に素子へのバイアス電流を制御することにより、制御
可能となるという、効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例としての半導体波長変換
素子の概略図である。
【図2】図1の素子の変換光スペクトルである。
【図3】入力信号光(波長λ0 =1.555μm)の時
間対応スペクトルである。
【図4】実施例1による半導体波長変換素子から変換光
の時間応答スペクトルである。
【図5】本発明の第2の実施例としての半導体波長変換
素子の概略図である。
【図6】実施例2による半導体波長変換素子の第II領
域へのバイアス電流のみをしきい値直下とした場合の変
換光スペクトルである。
【図7】実施例2による半導体波長変換素子の第II領
域へのバイアス電流のみをしきい値直下とした場合の変
換光の時間対応スペクトルである。
【図8】波長変換素子の動作原理を説明するための図で
ある。
【図9】波長変換素子の動作原理を説明するための図で
ある。
【符号の説明】
11 n−InP基板 12 活性領域 13 InGaAsP層 14 p−InP 15 p側電極 16 n側電極 16A 領域Iのn側電極 16B 領域IIのn側電極 16C 領域IIIのn側電極 21 領域Iの周期Λ1 の回析格子 22 領域IIの周期Λ2 の回析格子 23 領域IIIの周期Λ3 の回析格子 24 領域( λ/4シフト領域)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも、電流を注入することにより
    光に対する利得を有する活性層と、光の波長に対して選
    択的に高い反射率を有する回析格子とを共振器内に有す
    る半導体レーザ構造の波長変換素子において、 周期の異なる回析格子を少なくとも二以上有し、 該複数の周期の回析格子は、互いに各々の回析格子の周
    期により決定される反射中央波長(ブラッグ波長)が、
    回析格子の透過禁止波長幅(ストップバンド幅)よりも
    大きく異なっていることを特徴とする半導体波長変換素
    子。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体波長変換素子にお
    いて、 共振器内に形成された前記複数の回析格子は、各回析格
    子領域の光の進行方向に対して中央部分に回析格子の位
    相を半周期ずらせた部分を有することを特徴とする半導
    体波長変換素子。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の半導体波長変換素
    子において、 素子へのバイアス電流を印可する片側の電極を、分割電
    極構造とすることを特徴とする半導体波長変換素子。
JP24585194A 1994-10-12 1994-10-12 半導体波長変換素子 Pending JPH08111561A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005064471A (ja) * 2003-07-25 2005-03-10 Mitsubishi Electric Corp 光デバイスとその製造方法および半導体レーザ発振器
EP2113973A1 (en) * 2008-04-29 2009-11-04 Alcatel Lucent Laser source and method for generating millimeter wave
US8238017B2 (en) 2009-12-18 2012-08-07 Alcatel Lucent Photonic match filter

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Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20030826