JP2002072030A - 光半導体導波素子を含むシステム - Google Patents
光半導体導波素子を含むシステムInfo
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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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- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 光半導体導波管装置を含むシステムを提供す
る。 【解決手段】 改善された光通信システムが提供され、
そのシステムは、いわゆる短距離での使用、例えば、都
市間の使用のように、１００ｋｍ未満の距離の伝送に関
連する使用に特に適している。システムは、活性領域と
ビーム拡張領域と反射防止化層とを含む利得媒体から成
る外部空洞レーザ、利得媒体に隣接して位置する光導波
管、光導波管と一体化又は結合したブラッグ格子とを使
用している。媒体と光導波管は、ビーム拡張領域によ
り、光学系結合が無い場合でも少なくとも４０％、好ま
しくは少なくとも５０％の結合効率を示し、レーザは、
少なくとも二つのモードを放出するよう構成し作動して
いる。
る。 【解決手段】 改善された光通信システムが提供され、
そのシステムは、いわゆる短距離での使用、例えば、都
市間の使用のように、１００ｋｍ未満の距離の伝送に関
連する使用に特に適している。システムは、活性領域と
ビーム拡張領域と反射防止化層とを含む利得媒体から成
る外部空洞レーザ、利得媒体に隣接して位置する光導波
管、光導波管と一体化又は結合したブラッグ格子とを使
用している。媒体と光導波管は、ビーム拡張領域によ
り、光学系結合が無い場合でも少なくとも４０％、好ま
しくは少なくとも５０％の結合効率を示し、レーザは、
少なくとも二つのモードを放出するよう構成し作動して
いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信システムに有用
なレーザ装置、特に、波長分割多重化システムに関す
る。
なレーザ装置、特に、波長分割多重化システムに関す
る。
【０００２】
【従来技術】光通信の使用が増え続けるにつれ、波長発
生、選択、保守点検のための技術が更に重要になってい
る。これは、特に、ＷＤＭシステムのチャネルにソース
波長を正確に安定して調整することが必要となる、波長
分割多重化（ＷＤＭ）の場合である。しかし、ダイオー
ド・レーザの放出波長は温度変化に対応して変化する傾
向にあるので、種々の方式が、望ましいソース波長の放
出を安定させる試みにおいて発展してきた。一つのその
ような方式は、半導体レーザに結合されたファイバ・ブ
ラッグ格子の使用であり、そこでは、レーザが利得媒体
だけで作動し、格子がレーザの一つの反射面を構成して
いる。この装置は、従って、外部空洞レーザと一般的に
呼ばれている。格子は、装置がその波長だけでレーザ放
出するように、選択された波長だけを全体的に反射す
る。そのような装置は、望ましい波長が放出されること
を更に保証できる。
生、選択、保守点検のための技術が更に重要になってい
る。これは、特に、ＷＤＭシステムのチャネルにソース
波長を正確に安定して調整することが必要となる、波長
分割多重化（ＷＤＭ）の場合である。しかし、ダイオー
ド・レーザの放出波長は温度変化に対応して変化する傾
向にあるので、種々の方式が、望ましいソース波長の放
出を安定させる試みにおいて発展してきた。一つのその
ような方式は、半導体レーザに結合されたファイバ・ブ
ラッグ格子の使用であり、そこでは、レーザが利得媒体
だけで作動し、格子がレーザの一つの反射面を構成して
いる。この装置は、従って、外部空洞レーザと一般的に
呼ばれている。格子は、装置がその波長だけでレーザ放
出するように、選択された波長だけを全体的に反射す
る。そのような装置は、望ましい波長が放出されること
を更に保証できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらのブラ
ッグ格子装置でさえも、ダイオードの温度応答性とブラ
ッグ格子との間の不具合のような温度安定性の問題を含
めて、種々の安定性の問題に直面している。これらは、
特に単一モード出力が望ましい、レーザの動作に大きな
障害になる。例えば、Ｖｅｒｄｉｅｌｌなどへの米国特
許第５，８７０，４１７号（第２巻、２０〜３６行）を
参照。これらの安定性の問題に対応して、Ｖｅｒｄｉｅ
ｌｌなどは、レーザ・ダイオード／格子装置の出力波長
における非安定性、例えばモード・ホッピングを招く要
因を回避する又は少なくとも補償しようとする、多くの
しかし複雑な技術を提示している。そこで、単純で商業
的にも優れた技術が望まれている。
ッグ格子装置でさえも、ダイオードの温度応答性とブラ
ッグ格子との間の不具合のような温度安定性の問題を含
めて、種々の安定性の問題に直面している。これらは、
特に単一モード出力が望ましい、レーザの動作に大きな
障害になる。例えば、Ｖｅｒｄｉｅｌｌなどへの米国特
許第５，８７０，４１７号（第２巻、２０〜３６行）を
参照。これらの安定性の問題に対応して、Ｖｅｒｄｉｅ
ｌｌなどは、レーザ・ダイオード／格子装置の出力波長
における非安定性、例えばモード・ホッピングを招く要
因を回避する又は少なくとも補償しようとする、多くの
しかし複雑な技術を提示している。そこで、単純で商業
的にも優れた技術が望まれている。
【０００４】光通信の別の問題は、半導体装置（例えば
ダイオード）を通信ファイバに結合することにある。こ
の結合が難しくて問題になる。例えば、半導体装置出力
に対してファイバが非常に僅かに変位しても、ファイバ
に向けられた光の半分以上が失われる可能性がある。こ
の理由のために、結合は、ファイバと装置との間に光学
系結合を呈することにより一般的に行われている。これ
らの光学系は、ファイバに形成された又はつながれた、
先細り状の又は円錐状のレンズ、又は種々の他のレンズ
構成も含めて、多くの形態になる。（再び、Ｖｅｒｄｉ
ｅｌｌなどの上の第４巻、２３〜５４行を参照）。しか
し、そのような光学系結合は、全体的なパッケージ構成
だけでなく装置も複雑にする。更に重大なことは、これ
らの光学系を用いても、正確な調整が依然として必要な
ことである。従って、これらの問題を解決する改善され
た技術が望まれる。
ダイオード）を通信ファイバに結合することにある。こ
の結合が難しくて問題になる。例えば、半導体装置出力
に対してファイバが非常に僅かに変位しても、ファイバ
に向けられた光の半分以上が失われる可能性がある。こ
の理由のために、結合は、ファイバと装置との間に光学
系結合を呈することにより一般的に行われている。これ
らの光学系は、ファイバに形成された又はつながれた、
先細り状の又は円錐状のレンズ、又は種々の他のレンズ
構成も含めて、多くの形態になる。（再び、Ｖｅｒｄｉ
ｅｌｌなどの上の第４巻、２３〜５４行を参照）。しか
し、そのような光学系結合は、全体的なパッケージ構成
だけでなく装置も複雑にする。更に重大なことは、これ
らの光学系を用いても、正確な調整が依然として必要な
ことである。従って、これらの問題を解決する改善され
た技術が望まれる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、改善された光
通信システム、特に、いわゆる短距離使用、例えば、都
市間使用のような１００ｋｍ未満の距離にわたる伝送を
含んでいる使用に適したものを提供する。システムは、
活性領域とビーム拡張領域と反射防止化層とを含む利得
媒体から成る外部空洞レーザ、利得媒体に隣接して位置
する光導波管、光導波管と一体化又は結合したブラッグ
格子とを使用している。媒体と光導波管は、ビーム拡張
領域により、光学系結合が無い場合でも、少なくとも４
０％、好都合に少なくとも５０％の結合効率を示し、レ
ーザは、少なくとも二つのモードで放出するよう構成さ
れ作動されている。従来の外部空洞レーザ・システムに
対する本システムの幾つかの長所と特長について次に示
す。
通信システム、特に、いわゆる短距離使用、例えば、都
市間使用のような１００ｋｍ未満の距離にわたる伝送を
含んでいる使用に適したものを提供する。システムは、
活性領域とビーム拡張領域と反射防止化層とを含む利得
媒体から成る外部空洞レーザ、利得媒体に隣接して位置
する光導波管、光導波管と一体化又は結合したブラッグ
格子とを使用している。媒体と光導波管は、ビーム拡張
領域により、光学系結合が無い場合でも、少なくとも４
０％、好都合に少なくとも５０％の結合効率を示し、レ
ーザは、少なくとも二つのモードで放出するよう構成さ
れ作動されている。従来の外部空洞レーザ・システムに
対する本システムの幾つかの長所と特長について次に示
す。
【０００６】第一に、従来の外部空洞システムは、Ｖｅ
ｒｄｉｅｌｌなどに関して既に説明したように、潜在的
モード・ホッピングで単一モード動作を維持するため
に、複雑な温度補償装置を採用しなければならない。対
照的に、本発明のレーザは、マルチモード動作に適した
短い空洞の外部空洞レーザを構成し、全体的に、十分に
広い帯域幅のブラッグ格子を選択することにより、その
ような温度補償の必要性を回避している。マルチモード
動作、すなわち、２〜３のモードが温度誘導性モード・
ホッピングに付随する騒音を一般的に低減するので、複
雑な温度補償の必要性なしに、更に堅固な温度非従属性
システムを呈することが発見された。実際、任意の温度
補償機能なしで、システムのビット誤り率は、１０−９
よりも低く、好都合に１０−１２よりも低い。（このビ
ット誤り率は、例えば、システムの送信器が１０−９よ
り大きいビット誤り率を示すと、そのシステムの他のハ
ードウェア又はソフトウェア、例えば、前の誤り補正コ
ードにより１０−９未満に補正される条件も含んでい
る）。マルチモード放出は、ＷＤＭ又は濃縮ＷＤＭ（Ｄ
ＷＤＭ）を採用する短距離使用を含めて、短距離使用に
全体的に受け入れられている。
ｒｄｉｅｌｌなどに関して既に説明したように、潜在的
モード・ホッピングで単一モード動作を維持するため
に、複雑な温度補償装置を採用しなければならない。対
照的に、本発明のレーザは、マルチモード動作に適した
短い空洞の外部空洞レーザを構成し、全体的に、十分に
広い帯域幅のブラッグ格子を選択することにより、その
ような温度補償の必要性を回避している。マルチモード
動作、すなわち、２〜３のモードが温度誘導性モード・
ホッピングに付随する騒音を一般的に低減するので、複
雑な温度補償の必要性なしに、更に堅固な温度非従属性
システムを呈することが発見された。実際、任意の温度
補償機能なしで、システムのビット誤り率は、１０−９
よりも低く、好都合に１０−１２よりも低い。（このビ
ット誤り率は、例えば、システムの送信器が１０−９よ
り大きいビット誤り率を示すと、そのシステムの他のハ
ードウェア又はソフトウェア、例えば、前の誤り補正コ
ードにより１０−９未満に補正される条件も含んでい
る）。マルチモード放出は、ＷＤＭ又は濃縮ＷＤＭ（Ｄ
ＷＤＭ）を採用する短距離使用を含めて、短距離使用に
全体的に受け入れられている。
【０００７】第二に、前述のように、利得媒体をファイ
バに結合するプロセスは、複雑で難しい傾向にある。し
かし、本発明の外部空洞の利得媒体は、従来用いられて
いる光学系結合が無い場合でも、媒体と光導波管との間
に高い結合効率（少なくとも５０％）の達成を可能にす
る、ビーム拡張領域を含んでいる。例えば、この高い結
合効率は、利得媒体と光導波管との間の小さな空気ギャ
ップでも達成できる。
バに結合するプロセスは、複雑で難しい傾向にある。し
かし、本発明の外部空洞の利得媒体は、従来用いられて
いる光学系結合が無い場合でも、媒体と光導波管との間
に高い結合効率（少なくとも５０％）の達成を可能にす
る、ビーム拡張領域を含んでいる。例えば、この高い結
合効率は、利得媒体と光導波管との間の小さな空気ギャ
ップでも達成できる。
【０００８】第三に、複雑で高精度の光学系結合を必要
としないので、外部空洞レーザのパッケージングは、比
較的安くて簡単である。例えば、光ファイバは、利得媒
体に隣接するｖ−溝に単純に固定できる。
としないので、外部空洞レーザのパッケージングは、比
較的安くて簡単である。例えば、光ファイバは、利得媒
体に隣接するｖ−溝に単純に固定できる。
【０００９】従って、本発明のシステムは、従来のシス
テムよりも堅固で温度非従属性であるだけでなく、パッ
ケージ化する場合でも単純で、その費用も安い。
テムよりも堅固で温度非従属性であるだけでなく、パッ
ケージ化する場合でも単純で、その費用も安い。
【００１０】
【実施例】ある実施例では、本発明の通信システムのレ
ーザは、図１Ａと１Ｂに反映するように、３つの基本要
素：利得媒体１２、光導波管１４、導波管１４に一体化
又は結合されたブラッグ格子１６を含んでいる。
ーザは、図１Ａと１Ｂに反映するように、３つの基本要
素：利得媒体１２、光導波管１４、導波管１４に一体化
又は結合されたブラッグ格子１６を含んでいる。
【００１１】利得媒体１２は、活性領域１８、ビーム拡
張領域２０、反射防止化層２２とを、導波管１４に隣接
する媒体１２の表面に含んでいる。本発明に適した一つ
の利得媒体は、Ｂｅｎ−Ｍｉｃｈａｅｌなどに共同譲渡
された米国特許第５，５７４，７４２号に開示されたタ
イプであり、その開示事項はここで引例により包含され
ている。他の適切な構成として、共同譲渡され、１９９
９年８月２０日に提出された米国特許出願番号０９／３
７８，０３２（我々の参照番号Ｅｎｇ４−５−１−１−
３）、１９９９年１月１１日に提出された出願番号０９
／２２８，２１８（我々の参照番号Ｊｏｈｎｓｏｎ６−
１９−８−１−３）、２０００年４月２８日に提出され
た出願番号０９／５６１，１４８（我々の参照番号Ａｌ
ａｍ３−６−９−９−１０−５９）に開示されており、
その開示内容はここで引例によって包含されている。短
い空洞利得媒体、すなわち、１ｃｍ未満の空洞長さを有
するものが、一般的に適している。
張領域２０、反射防止化層２２とを、導波管１４に隣接
する媒体１２の表面に含んでいる。本発明に適した一つ
の利得媒体は、Ｂｅｎ−Ｍｉｃｈａｅｌなどに共同譲渡
された米国特許第５，５７４，７４２号に開示されたタ
イプであり、その開示事項はここで引例により包含され
ている。他の適切な構成として、共同譲渡され、１９９
９年８月２０日に提出された米国特許出願番号０９／３
７８，０３２（我々の参照番号Ｅｎｇ４−５−１−１−
３）、１９９９年１月１１日に提出された出願番号０９
／２２８，２１８（我々の参照番号Ｊｏｈｎｓｏｎ６−
１９−８−１−３）、２０００年４月２８日に提出され
た出願番号０９／５６１，１４８（我々の参照番号Ａｌ
ａｍ３−６−９−９−１０−５９）に開示されており、
その開示内容はここで引例によって包含されている。短
い空洞利得媒体、すなわち、１ｃｍ未満の空洞長さを有
するものが、一般的に適している。
【００１２】図２Ａと２Ｂは、本発明での使用に適した
ビーム拡張領域３１と活性領域３０の実施例を示す。図
２Ａの側面図に示すように、活性領域、例えば、ダイオ
ード・レーザ又は光増幅器は、電流によって励起又は励
磁される時に光を生じる量子ウェル３３を含んでいる。
上部クラッディング層３２は量子ウェル３３の上部に形
成されている。上部と下部の案内層３５と３７は、底部
クラッディング層３８に沿ってウェル３３の下に位置し
ている。エッチング・ストップ層は、図２Ａの層３４と
３６とによって図示されるように、製作工程を支援する
ために一般的に存在する。図２Ｂは、活性領域３０とビ
ーム拡張領域３１の平面図を示す。この構造の変形例も
可能である。案内層３５、３７に有用な材料は、インジ
ウム・ガリウム砒素燐（ＩｎＧａＡｓＰ）であるが、種
々の他の化合物半導体、例えば、III〜IV属の材料も可
能である。ＩｎＧａＡｓＰを用いる時に、エッチング・
ストップ層は、ＩｎＧａＡｓＰで用いられるエッチング
液に対して高い抵抗性を示す、リン化インジウム（Ｉｎ
Ｐ）から一般的に形成されている。全体的な構造は、前
述の引用例で述べているように、分子・ビーム・エピキ
タシ、気相エピキタシ、又は金属有機化学蒸気蒸着（Ｍ
ＯＣＶＤ）のような技術を用いて形成することができ
る。
ビーム拡張領域３１と活性領域３０の実施例を示す。図
２Ａの側面図に示すように、活性領域、例えば、ダイオ
ード・レーザ又は光増幅器は、電流によって励起又は励
磁される時に光を生じる量子ウェル３３を含んでいる。
上部クラッディング層３２は量子ウェル３３の上部に形
成されている。上部と下部の案内層３５と３７は、底部
クラッディング層３８に沿ってウェル３３の下に位置し
ている。エッチング・ストップ層は、図２Ａの層３４と
３６とによって図示されるように、製作工程を支援する
ために一般的に存在する。図２Ｂは、活性領域３０とビ
ーム拡張領域３１の平面図を示す。この構造の変形例も
可能である。案内層３５、３７に有用な材料は、インジ
ウム・ガリウム砒素燐（ＩｎＧａＡｓＰ）であるが、種
々の他の化合物半導体、例えば、III〜IV属の材料も可
能である。ＩｎＧａＡｓＰを用いる時に、エッチング・
ストップ層は、ＩｎＧａＡｓＰで用いられるエッチング
液に対して高い抵抗性を示す、リン化インジウム（Ｉｎ
Ｐ）から一般的に形成されている。全体的な構造は、前
述の引用例で述べているように、分子・ビーム・エピキ
タシ、気相エピキタシ、又は金属有機化学蒸気蒸着（Ｍ
ＯＣＶＤ）のような技術を用いて形成することができ
る。
【００１３】ビーム拡張領域３１は、活性領域３０で生
じるビームの大きさを、二つの考えられる方向に拡張す
る。第一に、横向きの広がりは、図２Ｂに反映するよう
に、ビーム拡張領域３１を活性領域よりも広くすること
によって可能になる。第二に、縦向きの広がりは、光が
ビーム拡張領域３１の末端端に向けて伝わるので、二つ
の案内層３５、３７から単一の案内層３７に変更するこ
とで達成された。ビーム拡張は、光ビームを隣接する光
導波管に大きな影響を及ぼさずに結合させ、その誤配置
は、従来の装置と比べると、結合効率に及ぼす影響をそ
れほど大きくしないと思われる。
じるビームの大きさを、二つの考えられる方向に拡張す
る。第一に、横向きの広がりは、図２Ｂに反映するよう
に、ビーム拡張領域３１を活性領域よりも広くすること
によって可能になる。第二に、縦向きの広がりは、光が
ビーム拡張領域３１の末端端に向けて伝わるので、二つ
の案内層３５、３７から単一の案内層３７に変更するこ
とで達成された。ビーム拡張は、光ビームを隣接する光
導波管に大きな影響を及ぼさずに結合させ、その誤配置
は、従来の装置と比べると、結合効率に及ぼす影響をそ
れほど大きくしないと思われる。
【００１４】図１Ａと１Ｂに示すように、利得媒体１０
は、反射防止化層２２も含んでいる。層２２は、レーザ
・チップが面にレーザ放出することを防止する、すなわ
ち、ファブリー・ペロー動作を防止するので、利得媒体
を単に増幅器にしてしまう。又、反射防止化層は、ビー
ムが光導波管１４に入る時に、ビームの反射を低減す
る。導波管は一般的に光ファイバであるが、他の導波
管、例えば、プレーナ導波管も可能である。導波管は、
光ビームがビーム拡張領域から反射防止化層を通って導
波管に誘導されるように、利得媒体に隣接して設けられ
ている。前述のように、ビーム拡張領域を用いると、任
意の光学系の結合を回避できる。例えば、ビームは、導
波管の研磨端に簡単に誘導され、かつ、高い結合効率、
一般的に少なくとも４０％、更に少なくとも５０％を達
成できる。例えば、光ファイバを、利得媒体に隣接した
ｖ−溝に単純に設置又は接着できる。種々の他の結合構
造も適切に実施できる。更に反射を減少させて結合効率
を高めるために、利得媒体とファイバとの間にある屈折
率整合材を配置することもできる。
は、反射防止化層２２も含んでいる。層２２は、レーザ
・チップが面にレーザ放出することを防止する、すなわ
ち、ファブリー・ペロー動作を防止するので、利得媒体
を単に増幅器にしてしまう。又、反射防止化層は、ビー
ムが光導波管１４に入る時に、ビームの反射を低減す
る。導波管は一般的に光ファイバであるが、他の導波
管、例えば、プレーナ導波管も可能である。導波管は、
光ビームがビーム拡張領域から反射防止化層を通って導
波管に誘導されるように、利得媒体に隣接して設けられ
ている。前述のように、ビーム拡張領域を用いると、任
意の光学系の結合を回避できる。例えば、ビームは、導
波管の研磨端に簡単に誘導され、かつ、高い結合効率、
一般的に少なくとも４０％、更に少なくとも５０％を達
成できる。例えば、光ファイバを、利得媒体に隣接した
ｖ−溝に単純に設置又は接着できる。種々の他の結合構
造も適切に実施できる。更に反射を減少させて結合効率
を高めるために、利得媒体とファイバとの間にある屈折
率整合材を配置することもできる。
【００１５】光が導波管１４に入ると、光はブラッグ格
子１６に誘導される。一般的に、光導波管はファイバで
あり、ブラッグ格子がファイバに形成されている（すな
わち、ファイバと一体化されている）が、代替実施例も
可能である。例えば、ブラッグ格子が形成されているプ
レーナ導波管、又は別に形成されたブラッグ格子に結合
した導波管である。ブラッグ格子１６は、選ばれた波長
を利得媒体１２に向けて反射して戻し、利得媒体の遠端
に高反射性の層２４が存在するので、レーザ放出が、そ
の選ばれた波長で生じる。従って、更なる波長フィルタ
が不要になる。
子１６に誘導される。一般的に、光導波管はファイバで
あり、ブラッグ格子がファイバに形成されている（すな
わち、ファイバと一体化されている）が、代替実施例も
可能である。例えば、ブラッグ格子が形成されているプ
レーナ導波管、又は別に形成されたブラッグ格子に結合
した導波管である。ブラッグ格子１６は、選ばれた波長
を利得媒体１２に向けて反射して戻し、利得媒体の遠端
に高反射性の層２４が存在するので、レーザ放出が、そ
の選ばれた波長で生じる。従って、更なる波長フィルタ
が不要になる。
【００１６】レーザは１．２〜１．６μｍの範囲の波長
で全体的に作動するので、これは、短距離で使用する際
に大きな長所になる。しかし、他の波長も可能である。
利得媒体は、直接変調によって全体的に作動し、そこで
は、媒体に送られる電流が望ましいビット・レートを導
いている。本システムの一般的なビット・レートは、１
００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲にある。
で全体的に作動するので、これは、短距離で使用する際
に大きな長所になる。しかし、他の波長も可能である。
利得媒体は、直接変調によって全体的に作動し、そこで
は、媒体に送られる電流が望ましいビット・レートを導
いている。本システムの一般的なビット・レートは、１
００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲にある。
【００１７】ブラッグ格子が、導波管と一体化するか又
は結合するかは、少なくとも二つのモード、全体的に複
数の近隣モードのレーザ放出を呈するように選択されて
いる。前述のように、マルチモード放出は、システム全
体で望ましい特性を得るために重要になる。特に、複合
温度補償装置が、モード・ホッピングを回避するため
に、単一モード放出を維持するために全体的に必要にな
る。しかし、マルチモード放出は、モード・ホッピング
のために騒音の影響を大きく受けないので、そのような
複合的な温度補償機能なしで、外部空洞レーザの動作を
可能にする。特に、あるモードから別のモードへのパワ
ー転移に伴って生じるパワー変動は、単一モード動作と
比較すると実質的に小さくなる。なぜならば、複数のモ
ードで、常にレーザ放出している、すなわち、平均的な
又は総合的なパワーは、モード変化間の相対的なパワー
により一定になるからである。実際に、このマルチモー
ド動作を用いると、例えば、約２．５ＧＨｚで温度補償
なしに利得媒体を作動する時に、１０−９、好ましくは
１０−１２より低いビット誤り率を達成できる。マルチ
モード放出は、１００ｋｍ未満の距離の伝送に全体的に
適している。
は結合するかは、少なくとも二つのモード、全体的に複
数の近隣モードのレーザ放出を呈するように選択されて
いる。前述のように、マルチモード放出は、システム全
体で望ましい特性を得るために重要になる。特に、複合
温度補償装置が、モード・ホッピングを回避するため
に、単一モード放出を維持するために全体的に必要にな
る。しかし、マルチモード放出は、モード・ホッピング
のために騒音の影響を大きく受けないので、そのような
複合的な温度補償機能なしで、外部空洞レーザの動作を
可能にする。特に、あるモードから別のモードへのパワ
ー転移に伴って生じるパワー変動は、単一モード動作と
比較すると実質的に小さくなる。なぜならば、複数のモ
ードで、常にレーザ放出している、すなわち、平均的な
又は総合的なパワーは、モード変化間の相対的なパワー
により一定になるからである。実際に、このマルチモー
ド動作を用いると、例えば、約２．５ＧＨｚで温度補償
なしに利得媒体を作動する時に、１０−９、好ましくは
１０−１２より低いビット誤り率を達成できる。マルチ
モード放出は、１００ｋｍ未満の距離の伝送に全体的に
適している。
【００１８】多種多様なブラッグ格子の構成が、従来技
術で周知のように、例えば、チャープト格子又はアポダ
イズ格子が可能である。少なくとも二つのモード、例え
ば、幾つかのモードの放出に対して十分な帯域幅を呈す
る格子を選択することは、例えば、次の例１で反映され
ているように、当業者には自明のことであり、そのよう
な格子が市場で容易に入手できる。
術で周知のように、例えば、チャープト格子又はアポダ
イズ格子が可能である。少なくとも二つのモード、例え
ば、幾つかのモードの放出に対して十分な帯域幅を呈す
る格子を選択することは、例えば、次の例１で反映され
ているように、当業者には自明のことであり、そのよう
な格子が市場で容易に入手できる。
【００１９】本発明のシステムは種々の用途で有用であ
る。前述のように、このシステムは、短距離の都市間の
使用に特に有用である。
る。前述のように、このシステムは、短距離の都市間の
使用に特に有用である。
【００２０】本発明は、代表例となる、次の例から更に
明確になると思われる。
明確になると思われる。
【００２１】実験 約２５０μｍの空洞長を有すると共に前述のタイプのビ
ーム拡張領域を含んでいる利得媒体が、直接変調に相応
して備えられ構成されている。媒体は、後面に高反射性
のコーティング、前面に１０−４未満の反射率をもつ反
射防止コーティングを備えている。利得媒体は、試験ス
タブ上に設置され、約５μｍの空気ギャップでファイバ
・ブラッグ格子に突き出して結合している。これらの外
部空洞装置の出力は、Ｒｉｆｏｃｓ５７８Ｌパワー・メ
ータを用いて測定し、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ
７９５１Ｂ光学的スペクトル分析器を用いて、特性を求
めた。ＲＦ応答は、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ８
５９３Ｅスペクトル分析器を用いて測定した。
ーム拡張領域を含んでいる利得媒体が、直接変調に相応
して備えられ構成されている。媒体は、後面に高反射性
のコーティング、前面に１０−４未満の反射率をもつ反
射防止コーティングを備えている。利得媒体は、試験ス
タブ上に設置され、約５μｍの空気ギャップでファイバ
・ブラッグ格子に突き出して結合している。これらの外
部空洞装置の出力は、Ｒｉｆｏｃｓ５７８Ｌパワー・メ
ータを用いて測定し、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ
７９５１Ｂ光学的スペクトル分析器を用いて、特性を求
めた。ＲＦ応答は、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ８
５９３Ｅスペクトル分析器を用いて測定した。
【００２２】例１ モデル実験を、二つの外部空洞レーザに対して実施し
た。一つは２３ＧＨｚの帯域幅の格子を備え、二つ目は
９０ＧＨｚの帯域幅の格子を備えている。両方の格子
は、１３１０ｎｍに名目上の中心がある。図３Ａは、第
一のモデルとなったレーザの単一モード動作における電
力と電流の関係をプロットで示している。モード・ホッ
プによる非連続性が明らかである。そのような非連続性
は、そのような装置において大きなビット誤りを招くと
思われる。図３Ｂは、第二のマルチ・モード装置におけ
る電力と電流との関係をプロットで示している。それ
は、より堅固で温度非反応性の装置を示す非常に滑らか
な曲線になっている。
た。一つは２３ＧＨｚの帯域幅の格子を備え、二つ目は
９０ＧＨｚの帯域幅の格子を備えている。両方の格子
は、１３１０ｎｍに名目上の中心がある。図３Ａは、第
一のモデルとなったレーザの単一モード動作における電
力と電流の関係をプロットで示している。モード・ホッ
プによる非連続性が明らかである。そのような非連続性
は、そのような装置において大きなビット誤りを招くと
思われる。図３Ｂは、第二のマルチ・モード装置におけ
る電力と電流との関係をプロットで示している。それ
は、より堅固で温度非反応性の装置を示す非常に滑らか
な曲線になっている。
【００２３】例２ 外部空洞レーザは、９０ＧＨｚのＦＷＨＭをもつブラッ
グ格子を用いて、マルチモード動作に相応して構成され
ている。再び、ブラッグ格子は１３１０ｎｍの波長に中
心がある。図４は、３３℃における装置の電力と電流の
関係をプロットで示している。モードからモードへ比較
的滑らかな変化が、単一モード動作の場合と比較しなが
ら図示されている。
グ格子を用いて、マルチモード動作に相応して構成され
ている。再び、ブラッグ格子は１３１０ｎｍの波長に中
心がある。図４は、３３℃における装置の電力と電流の
関係をプロットで示している。モードからモードへ比較
的滑らかな変化が、単一モード動作の場合と比較しなが
ら図示されている。
【００２４】図５は、温度と時間の関数としてモード・
ホップを示している。特に、温度が時間の経過と共に変
わる時に、作動モードは、マルチ・モード動作を維持し
ながら移行している。
ホップを示している。特に、温度が時間の経過と共に変
わる時に、作動モードは、マルチ・モード動作を維持し
ながら移行している。
【００２５】例３ 二つの外部空洞レーザは、９０ＧＨｚのＦＷＨＭをもつ
ブラッグ格子を用いて、マルチモード動作に相応して構
成されている。第一のものは、０．３２５ｎｍの△λを
もち、１３０９．３の波長に中心がある、ブラッグ格子
を具備している。第二のものは、０．４３８ｎｍの△λ
をもち、１３１６．３の波長に中心がある、ブラッグ格
子を備えている。各々の装置が約３つのモードを放出し
ている。図６は、利得媒体を周囲温度で約２．５ＧＨｚ
で変調する時の、両装置の出力を示している。望ましく
ないファブリー・ペロット・モードが、望ましい状態で
抑制されていることが明らかである。
ブラッグ格子を用いて、マルチモード動作に相応して構
成されている。第一のものは、０．３２５ｎｍの△λを
もち、１３０９．３の波長に中心がある、ブラッグ格子
を具備している。第二のものは、０．４３８ｎｍの△λ
をもち、１３１６．３の波長に中心がある、ブラッグ格
子を備えている。各々の装置が約３つのモードを放出し
ている。図６は、利得媒体を周囲温度で約２．５ＧＨｚ
で変調する時の、両装置の出力を示している。望ましく
ないファブリー・ペロット・モードが、望ましい状態で
抑制されていることが明らかである。
【００２６】例４ 本発明の装置の温度反応性を定める実験を、ビット誤り
率を監視することによって実施した。レーザ装置は、例
２で用いたものと同じである。約２．５ＧＨｚ迄の高速
動作は、安立ＭＰ１６６２Ａデジタル・データ分析器を
用いて特徴を求めた。レーザ装置を熱電気クーラーの上
に配置し、３２ｋｍのファイバを通してのビット誤り率
（ＢＥＲ）を温度の関数として測定した。クーラーは、
望ましい温度変化とするために用いた。バイアス電流
は、ＢＥＲを測定した各々の温度に対して、受信器で実
質的に一定の電力を維持するよう調整されていた。結果
を、図７Ａに示す。図７Ｂは、同じ測定結果を、狭い温
度範囲で示す。図７Ｂから分かるように、僅か数度の温
度変動なので、ＢＥＲに実質的に影響を及ぼしていな
い。この実験はチップだけ加熱し、装置の残りの部分は
室温に維持されたままである、悪い状態での測定を反映
していることに注目すべきである。
率を監視することによって実施した。レーザ装置は、例
２で用いたものと同じである。約２．５ＧＨｚ迄の高速
動作は、安立ＭＰ１６６２Ａデジタル・データ分析器を
用いて特徴を求めた。レーザ装置を熱電気クーラーの上
に配置し、３２ｋｍのファイバを通してのビット誤り率
（ＢＥＲ）を温度の関数として測定した。クーラーは、
望ましい温度変化とするために用いた。バイアス電流
は、ＢＥＲを測定した各々の温度に対して、受信器で実
質的に一定の電力を維持するよう調整されていた。結果
を、図７Ａに示す。図７Ｂは、同じ測定結果を、狭い温
度範囲で示す。図７Ｂから分かるように、僅か数度の温
度変動なので、ＢＥＲに実質的に影響を及ぼしていな
い。この実験はチップだけ加熱し、装置の残りの部分は
室温に維持されたままである、悪い状態での測定を反映
していることに注目すべきである。
【００２７】図８は、非冷却モードにおけるレーザ動作
中のＢＥＲを示す。すなわち、温度変動の無い状態で、
３２ｋｍのファイバを数日間、約２．５ＧＨｚで作動す
るレーザを用いている。室温の変動は、ＢＥＲにほとん
ど影響を及ぼさないことが明らかである。
中のＢＥＲを示す。すなわち、温度変動の無い状態で、
３２ｋｍのファイバを数日間、約２．５ＧＨｚで作動す
るレーザを用いている。室温の変動は、ＢＥＲにほとん
ど影響を及ぼさないことが明らかである。
【００２８】
【発明の効果】 本発明の他の実施例は、当業者にとっ
て、ここに開示された本発明の明細書と具体例を検討す
ると自明のことと思われる。
て、ここに開示された本発明の明細書と具体例を検討す
ると自明のことと思われる。
【図１Ａ】本発明のシステムの外部空洞レーザの実施例
を示す図である。
を示す図である。
【図１Ｂ】本発明のシステムの外部空洞レーザの実施例
を示す図である。
を示す図である。
【図２Ａ】本発明のシステムの外部空洞レーザのビーム
拡張領域の実施例を示す図である。
拡張領域の実施例を示す図である。
【図２Ｂ】本発明のシステムの外部空洞レーザのビーム
拡張領域の実施例を示す図である。
拡張領域の実施例を示す図である。
【図３Ａ】本発明のシステムのマルチモード動作の長所
を示す図である。
を示す図である。
【図３Ｂ】本発明のシステムのマルチモード動作の長所
を示す図である。
を示す図である。
【図４】本発明のシステムの外部空洞レーザの望ましい
波長選択性を示す図である。
波長選択性を示す図である。
【図５】本発明の実施例で生じるモード・ホッピングを
示す図である。
示す図である。
【図６】本発明の二つの実施例の出力を示す図である。
【図７Ａ】温度の関数としての、本発明の実施例が呈す
るビット誤り率を示す図である。
るビット誤り率を示す図である。
【図７Ｂ】温度の関数としての、本発明の実施例が呈す
るビット誤り率を示す図である。
るビット誤り率を示す図である。
【図８】本発明の実施例における一般的な温度変動のも
とでのビット誤り率を示す図である。
とでのビット誤り率を示す図である。
【符号の説明】 １０ 利得媒体 １２ 利得媒体 １４ 光導波管 １６ ブラッグ格子 １８ 活性領域 ２０ ビーム拡張領域 ２２ 反射防止化層 ２４ 高反射性層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｓ 5/14 Ｈ０１Ｓ 5/14 Ｈ０４Ｂ 10/04 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｙ 10/06 10/14 10/26 10/28 (72)発明者 ウィリアム ラリー ウィルソン アメリカ合衆国 08876 ニュージャーシ ィ，サマーヴィル，ウエスト クリフ ス トリート 130 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA02 CA04 CA05 2H050 AC84 AD00 5F073 AA65 AA83 AA89 AB28 BA02 CA12 EA12 5K002 AA01 BA02 BA13 BA21 BA31 CA13 DA02 FA01
Claims (15)
- 【請求項１】 外部空洞レーザを含む光通信システムで
あって、 利得媒体であって、活性領域とビーム拡張領域と反射防
止化層とを前記の利得媒体の第一の表面上に含むような
利得媒体と、 光導波管であって、前記の活性領域で生じた電磁エネル
ギーの少なくとも一部が、前記のビーム拡張領域を通る
と共に前記の反射防止化層を通って、前記の光導波管に
進むように、前記利得媒体に隣接して位置するような光
導波管と、 前記の光導波管と一体化するか又は結合する、ブラッグ
格子とを含んでいて、 前記の媒体と前記の光導波管とが、前記の利得媒体と前
記の光導波管との間に位置する光学系結合の存在の有無
にかかわらず、少なくとも４０％の結合効率を示し、 前記のレーザは、少なくとも２つのモードのマルチモー
ドを呈するように構成され作動されることを特徴とす
る、前記の光通信システム。 - 【請求項２】 前記の結合効率が、前記の利得媒体と前
記の光導波管との間に位置する光学系結合の存在の有無
にかかわらず、少なくとも４０％であることを特徴とす
る、請求項１に記載のシステム。 - 【請求項３】 前記の利得媒体が、長さが１ｃｍより短
い空洞を有することを特徴とする、請求項１に記載の前
記のシステム。 - 【請求項４】 前記のシステムの長さが、１００ｋｍよ
りも短いことを特徴とする、請求項１に記載のシステ
ム。 - 【請求項５】 レーザが、直接変調によって作動される
ことを特徴とする、請求項１に記載の前記のシステム。 - 【請求項６】 前記のシステムの前記のビット誤り率
が、１０−９ 未満であることを特徴とする、請求項１
に記載のシステム。 - 【請求項７】 前記のシステムの前記のビット誤り率
が、１０−１２ 未満であることを特徴とする、請求項
６に記載のシステム。 - 【請求項８】 前記のレーザが、２．５ＧＨｚ以上で作
動することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。 - 【請求項９】 前記のレーザが温度補償装置なしで作動
することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。 - 【請求項１０】 前記の利得媒体と光導波管が、光学系
結合が無い状態で結合されることを特徴とする、請求項
１に記載のシステム。 - 【請求項１１】 外部空洞レーザを含む光通信システム
であって、 利得媒体において、活性領域とビーム拡張領域と反射防
止化層とを前記の利得媒体の第一の表面上に含む、前記
の利得媒体と、 光導波管において、前記の活性領域で生じた電磁エネル
ギーの少なくとも一部が、前記のビーム拡張領域を通る
と共に前記の反射防止化層を通って、前記の光導波管に
進むように、前記の利得媒体に隣接して位置する、前記
の光導波管と、 前記の光導波管と一体化するか又は結合する、ブラッグ
格子とを含んでいて、 前記の媒体と前記の光導波管とが、前記の利得媒体と前
記の光導波管との間に位置する光学系結合が無い場合で
も、少なくとも４０％の結合効率を示し、 前記のレーザは、少なくとも２つのモードのマルチモー
ドを呈するように構成され作動され、 前記のレーザが直接変調によって作動され、 前記のレーザが温度補償装置なしで作動され、 前記の利得媒体が長さ１ｃｍ未満の空洞を含み、 前記のシステムの長さが１００ｋｍ未満であることを特
徴とする、前記の光通信システム。 - 【請求項１２】 前記の結合効率が、前記の利得媒体と
前記の光導波管との間に位置する光学系結合の存在の有
無にかかわらず、少なくとも４０％であることを特徴と
するシステム、請求項１１に記載のシステム。 - 【請求項１３】 前記のシステムの前記のビット誤り率
が１０−９ 未満であることを特徴とする、請求項１１
に記載の前記のシステム。 - 【請求項１４】 前記のシステムの前記のビット誤り率
が１０−１２ 未満であることを特徴とする、請求項１
３に記載の前記のシステム。 - 【請求項１５】 前記のレーザが２．５ＧＨｚ以上で作
動することを特徴とする、請求項１３に記載の前記のシ
ステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/608,639 US6888863B1 (en) | 2000-06-30 | 2000-06-30 | System comprising optical semiconductor waveguide device |
| US09/608639 | 2000-06-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002072030A true JP2002072030A (ja) | 2002-03-12 |
Family
ID=24437358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001197591A Abandoned JP2002072030A (ja) | 2000-06-30 | 2001-06-29 | 光半導体導波素子を含むシステム |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6888863B1 (ja) |
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