JP3093535B2 - 半導体レーザの駆動方法及び駆動装置、及びそれを用いた光通信方法及び光通信システム - Google Patents
半導体レーザの駆動方法及び駆動装置、及びそれを用いた光通信方法及び光通信システムInfo
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- JP3093535B2 JP3093535B2 JP05251833A JP25183393A JP3093535B2 JP 3093535 B2 JP3093535 B2 JP 3093535B2 JP 05251833 A JP05251833 A JP 05251833A JP 25183393 A JP25183393 A JP 25183393A JP 3093535 B2 JP3093535 B2 JP 3093535B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】半導体レーザを光通信用光源とし
て用いるときの変調、あるいは波長安定化を行なうとき
の駆動方法を提供する。
て用いるときの変調、あるいは波長安定化を行なうとき
の駆動方法を提供する。
【0002】
【従来の技術】光通信用光源として例えば、単一縦モー
ド発振する分布帰還レーザ(DFBレーザ)が開発され
ている。
ド発振する分布帰還レーザ(DFBレーザ)が開発され
ている。
【0003】このレーザを用いて現在実用化されている
直接光強度変調方式では、変調電流の振幅が数10mA
程度必要で、レーザ(以下LDともいう)のバイアス点
がしきい値近辺なので、緩和振動に起因する共振周波数
が小さく数Gbps以上の高周波変調に向かない。ま
た、変調時の波長変動が大きく、長距離伝送時の分散、
波長多重通信時のクロストークなどが問題となってい
る。
直接光強度変調方式では、変調電流の振幅が数10mA
程度必要で、レーザ(以下LDともいう)のバイアス点
がしきい値近辺なので、緩和振動に起因する共振周波数
が小さく数Gbps以上の高周波変調に向かない。ま
た、変調時の波長変動が大きく、長距離伝送時の分散、
波長多重通信時のクロストークなどが問題となってい
る。
【0004】一方、注入電流によって直接周波数変調す
る方式は、変調電流の振幅が数mAと小さく、LDのバ
イアス点がしきい値以上なので、広帯域な変調が可能
で、波長変動が小さくなるために長距離伝送や波長多重
通信の通信方式として有望視されている。
る方式は、変調電流の振幅が数mAと小さく、LDのバ
イアス点がしきい値以上なので、広帯域な変調が可能
で、波長変動が小さくなるために長距離伝送や波長多重
通信の通信方式として有望視されている。
【0005】この周波数変調方式を超長距離伝送や高密
度光周波数多重に適用するため、コヒーレント光通信を
行なう場合、光源のスペクトル線幅や発振波長が高度に
安定化されている必要があるが、それを電気的負帰還で
制御する方法もあり、その場合もレーザの直接周波数変
調特性が応用されている。このような安定化の技術は、
光計測においても応用されている。
度光周波数多重に適用するため、コヒーレント光通信を
行なう場合、光源のスペクトル線幅や発振波長が高度に
安定化されている必要があるが、それを電気的負帰還で
制御する方法もあり、その場合もレーザの直接周波数変
調特性が応用されている。このような安定化の技術は、
光計測においても応用されている。
【0006】しかしながら、レーザの直接周波数変調特
性は、数MHz 以下の低周波において劣化しているこ
とが問題となっている。例えば、図15のような単電極
のDFB レーザを正弦波電流で変調したときの、変調
周波数と変調効率(電流1mA に対して変動する周波
数シフト量)の関係を図16に、変調周波数と位相差
(変調電流と変調光信号との位相差)の関係を図17に
示す。この図のように、数MHz 以下の周波数で変調
効率は変動し、位相も変動して直流(以下DCともい
う)に近づくと逆相の応答を示すことがわかる。これ
は、レーザの直接周波数変調の物理的要因として、数M
Hz にカットオフを持つ逆相の熱による屈折率変化の
効果と、共振周波数までフラットな同相のキャリア密度
による屈折率変化の効果の2つが重ね合わされているか
らである。低域では、熱の効果が支配的になってしまう
ために、このように変調特性の平坦性が失われてしま
う。
性は、数MHz 以下の低周波において劣化しているこ
とが問題となっている。例えば、図15のような単電極
のDFB レーザを正弦波電流で変調したときの、変調
周波数と変調効率(電流1mA に対して変動する周波
数シフト量)の関係を図16に、変調周波数と位相差
(変調電流と変調光信号との位相差)の関係を図17に
示す。この図のように、数MHz 以下の周波数で変調
効率は変動し、位相も変動して直流(以下DCともい
う)に近づくと逆相の応答を示すことがわかる。これ
は、レーザの直接周波数変調の物理的要因として、数M
Hz にカットオフを持つ逆相の熱による屈折率変化の
効果と、共振周波数までフラットな同相のキャリア密度
による屈折率変化の効果の2つが重ね合わされているか
らである。低域では、熱の効果が支配的になってしまう
ために、このように変調特性の平坦性が失われてしま
う。
【0007】このような特性を示す場合、種々の問題が
生じる。まず、周波数変調としてディジタル信号を送る
FSK(Frequency shift keyin
g)の場合、パルス幅が数MHz 以下では波形変換さ
れてしまい、伝送に誤りが生じる。その例を図18に示
す。(a) のようにパルス幅 1MHz でパルスや
せが起こっており、(b) のように100kHzでは
逆相のパルスになってしまう。従って、低域に制限を受
けることになり、符号化の自由度が制限される。また、
スペクトル線幅を電気的負帰還によって狭窄化する場
合、波長のゆらぎが数MHz 以下の周波数では位相が
回るために負帰還制御が困難になる。
生じる。まず、周波数変調としてディジタル信号を送る
FSK(Frequency shift keyin
g)の場合、パルス幅が数MHz 以下では波形変換さ
れてしまい、伝送に誤りが生じる。その例を図18に示
す。(a) のようにパルス幅 1MHz でパルスや
せが起こっており、(b) のように100kHzでは
逆相のパルスになってしまう。従って、低域に制限を受
けることになり、符号化の自由度が制限される。また、
スペクトル線幅を電気的負帰還によって狭窄化する場
合、波長のゆらぎが数MHz 以下の周波数では位相が
回るために負帰還制御が困難になる。
【0008】このような問題を解決するために、半導体
レーザ装置を改良する方法もいくつか考案されている。
例えば、図19のように3電極構造にして両端の電極あ
るいは、中心電極を変調することで、熱の効果を抑える
ものがある(YUZO YOSHIKUNI,et a
l.,IEEE J.Lightwave techn
ol.,vol.LT−5,NO.4,p.516,A
pril,1987)。しかし、この場合、各電極のバ
イアス電流の値によってふるまいが変化し、素子間にば
らつきがあるために実用化が困難である。また、図20
のように中心部にλ/4シフト回折格子を持ち、回折格
子の深さが周辺部より深くなっている構造では、中心電
極を変調することで、キャリアの効果も逆相応答を示
し、熱の効果と同相になるため位相回りはなく、しかも
熱効果の低減もできるため低域特性の改善が図られる例
もある(小路元他、1992年春季応物予稿、30a−
SF−8)。しかし、作製が複雑で歩留まりが悪く、コ
ストが高くなるという欠点がある。
レーザ装置を改良する方法もいくつか考案されている。
例えば、図19のように3電極構造にして両端の電極あ
るいは、中心電極を変調することで、熱の効果を抑える
ものがある(YUZO YOSHIKUNI,et a
l.,IEEE J.Lightwave techn
ol.,vol.LT−5,NO.4,p.516,A
pril,1987)。しかし、この場合、各電極のバ
イアス電流の値によってふるまいが変化し、素子間にば
らつきがあるために実用化が困難である。また、図20
のように中心部にλ/4シフト回折格子を持ち、回折格
子の深さが周辺部より深くなっている構造では、中心電
極を変調することで、キャリアの効果も逆相応答を示
し、熱の効果と同相になるため位相回りはなく、しかも
熱効果の低減もできるため低域特性の改善が図られる例
もある(小路元他、1992年春季応物予稿、30a−
SF−8)。しかし、作製が複雑で歩留まりが悪く、コ
ストが高くなるという欠点がある。
【0009】そこで、変調効率及び位相差の低域特性
を、簡単な素子構造で改善するために本出願の発明者等
は次のような半導体レーザの駆動方法を提案している。
これについて簡単に説明する。
を、簡単な素子構造で改善するために本出願の発明者等
は次のような半導体レーザの駆動方法を提案している。
これについて簡単に説明する。
【0010】まず、図1 のように2電極構造のDFB
レーザとする。このときの片電極の変調特性は図2のよ
うになる。この場合、図15のレーザと比較すると低域
の熱効果は小さくなるが、やはり数MHz 程度までし
か平坦な領域がないことがわかる。そこで、低域(数
MHz以下)の周波数で上記の変調信号と同期した逆相
信号をもう片方の電極に加える。すると、図3のように
数kHzまで低域特性を伸ばすことができる。
レーザとする。このときの片電極の変調特性は図2のよ
うになる。この場合、図15のレーザと比較すると低域
の熱効果は小さくなるが、やはり数MHz 程度までし
か平坦な領域がないことがわかる。そこで、低域(数
MHz以下)の周波数で上記の変調信号と同期した逆相
信号をもう片方の電極に加える。すると、図3のように
数kHzまで低域特性を伸ばすことができる。
【0011】このような逆相信号を発生させる手段は色
々考えられるが、DC〜数MHzという低周波でのみ考
えればよいので簡単に実現できる。たとえば、図21の
ように信号をパワーデバイダによって2つに分割し、ひ
とつは広帯域な反転アンプを通し、もうひとつはカット
オフ数MHz 程度の非反転アンプを通してそれぞれの
電極にバイアスT を通してDC電流と重畳すればよ
い。この図でレーザは2つのダイオードの並列として表
現してある。
々考えられるが、DC〜数MHzという低周波でのみ考
えればよいので簡単に実現できる。たとえば、図21の
ように信号をパワーデバイダによって2つに分割し、ひ
とつは広帯域な反転アンプを通し、もうひとつはカット
オフ数MHz 程度の非反転アンプを通してそれぞれの
電極にバイアスT を通してDC電流と重畳すればよ
い。この図でレーザは2つのダイオードの並列として表
現してある。
【0012】
【発明が解決しようとしている課題】上記のように2電
極DFB レーザで両方の電極を互いに逆相で変調する
方式は有効ではあるが、互いに逆相な電流の振幅の比を
最適化する必要がある。
極DFB レーザで両方の電極を互いに逆相で変調する
方式は有効ではあるが、互いに逆相な電流の振幅の比を
最適化する必要がある。
【0013】最適な振幅の比は素子の材料、構造、実装
形態によって異なり、一つ一つの素子を実装後に最適電
流比を決定する必要がある。また、周囲の温度、レーザ
のDCバイアス電流値等によっても最適電流比が変化す
る可能性があり、その変化量が許容変化量を超えるとき
はその都度再調整が必要となってしまう。
形態によって異なり、一つ一つの素子を実装後に最適電
流比を決定する必要がある。また、周囲の温度、レーザ
のDCバイアス電流値等によっても最適電流比が変化す
る可能性があり、その変化量が許容変化量を超えるとき
はその都度再調整が必要となってしまう。
【0014】
【課題を解決するための手段】そこで、逆相電流の最適
電流振幅比を自動制御するため、本出願では、電流注入
用の電極として少なくとも第1の電極と第2の電極を持
つ半導体レーザを、変調電流を直接注入することによっ
て周波数変調する駆動方法であって、変調電流の周波数
帯域が高周波の時は第1の電極に変調電流を注入し、低
周波の時は第1の電極に高周波の時と同様に変調電流を
注入すると同時に、第2の電極に該変調電流とは逆相の
変調電流を注入し、第1の電極と第2の電極に注入する
互いに逆相の変調電流の振幅の比を該半導体レーザの光
出力によってフィードバック制御することを特徴とする
半導体レーザの駆動方法を提案する。
電流振幅比を自動制御するため、本出願では、電流注入
用の電極として少なくとも第1の電極と第2の電極を持
つ半導体レーザを、変調電流を直接注入することによっ
て周波数変調する駆動方法であって、変調電流の周波数
帯域が高周波の時は第1の電極に変調電流を注入し、低
周波の時は第1の電極に高周波の時と同様に変調電流を
注入すると同時に、第2の電極に該変調電流とは逆相の
変調電流を注入し、第1の電極と第2の電極に注入する
互いに逆相の変調電流の振幅の比を該半導体レーザの光
出力によってフィードバック制御することを特徴とする
半導体レーザの駆動方法を提案する。
【0015】更に具体的には、本出願では熱の効果が支
配的な低周波信号を電極に注入する電流に重畳して注入
し、ウォブリング法によりフィードバック制御をかける
方法を提案する。すなわち、熱の効果が支配的な低周波
信号、例えば100Hz 程度の正弦波電流で2つの電
極を互いに同じ振幅の逆相で変調し、レーザの出力信号
の一部を取り出し、バンドパスフィルタによって100
Hz の成分のみ取り出し、レーザを変調している10
0Hz の正弦波信号との積をとる。そして、そのDC
成分をローパスフィルタによって取出すと2つの電極領
域における熱効果による変調度の強弱によって正、0
、負のDC出力が得られる。この信号をもとにフィー
ドバック制御をかけ2つの電極のうち一方の変調振幅を
増幅器(減衰器)によって調整する。
配的な低周波信号を電極に注入する電流に重畳して注入
し、ウォブリング法によりフィードバック制御をかける
方法を提案する。すなわち、熱の効果が支配的な低周波
信号、例えば100Hz 程度の正弦波電流で2つの電
極を互いに同じ振幅の逆相で変調し、レーザの出力信号
の一部を取り出し、バンドパスフィルタによって100
Hz の成分のみ取り出し、レーザを変調している10
0Hz の正弦波信号との積をとる。そして、そのDC
成分をローパスフィルタによって取出すと2つの電極領
域における熱効果による変調度の強弱によって正、0
、負のDC出力が得られる。この信号をもとにフィー
ドバック制御をかけ2つの電極のうち一方の変調振幅を
増幅器(減衰器)によって調整する。
【0016】
【実施例】図1は本発明による駆動方法を実現するため
の2電極DFB レーザの斜視図、図4は本発明による
第1の実施例の駆動方法を説明する図である。
の2電極DFB レーザの斜視図、図4は本発明による
第1の実施例の駆動方法を説明する図である。
【0017】図1で、101 はn−GaAs基板、1
02 はn−AlGaAs(x=0.45) クラッド
層、103 はi−GaAs 6nm 井戸層/i−
AlGaAs(x=0.22) 10nm が5 層交
互に積まれた多重量子井戸活性層、104 は p−A
lGaAs(x=0.15) 光ガイド層、105はp
−AlGaAs(x=0.45)クラッド層、106
はp−AlGaAs(x=0.07) コンタクト層、
107 はp−AlGaAs(x=0.4) 埋め込み
層、108 はn−AlGaAs(x=0.4) 埋め
込み層、109 はp電極、110 はn電極である。
光ガイド層上にはピッチ245nm、深さ 100nm
の回折格子が形成され、片方の出射端面には無反射コー
ティング111 を施してある。p電極109 および
コンタクト層106 は図のように素子中央付近で2つ
に分けられている。
02 はn−AlGaAs(x=0.45) クラッド
層、103 はi−GaAs 6nm 井戸層/i−
AlGaAs(x=0.22) 10nm が5 層交
互に積まれた多重量子井戸活性層、104 は p−A
lGaAs(x=0.15) 光ガイド層、105はp
−AlGaAs(x=0.45)クラッド層、106
はp−AlGaAs(x=0.07) コンタクト層、
107 はp−AlGaAs(x=0.4) 埋め込み
層、108 はn−AlGaAs(x=0.4) 埋め
込み層、109 はp電極、110 はn電極である。
光ガイド層上にはピッチ245nm、深さ 100nm
の回折格子が形成され、片方の出射端面には無反射コー
ティング111 を施してある。p電極109 および
コンタクト層106 は図のように素子中央付近で2つ
に分けられている。
【0018】無反射コーティング側の電極に流すバイア
ス電流をI 1 、反対側に流すバイアス電流をI 2 と
し、しきい値I 1 +I 2 =30mA(I 1 ,I 2
>10mA)でDFB モードで発振した。発振して
いる状態でI 1 にのみ変調電流である高周波電流ΔI
1 をAC結合の手段であるバイアスT にて重畳して
周波数変調した場合、その変調特性は図2のようになっ
た。数MHz 〜数GHz の変調周波数にわたって
0.6GHz/mA 程度の平坦な変調効率を示すが、
数MHz 以下の周波数では、変調効率が大きくなるこ
とがわかる。これは、課題の項目で述べたように低域で
熱の効果が大きく支配的になるためである。位相特性
は、従来例と同じ図17のようであった。
ス電流をI 1 、反対側に流すバイアス電流をI 2 と
し、しきい値I 1 +I 2 =30mA(I 1 ,I 2
>10mA)でDFB モードで発振した。発振して
いる状態でI 1 にのみ変調電流である高周波電流ΔI
1 をAC結合の手段であるバイアスT にて重畳して
周波数変調した場合、その変調特性は図2のようになっ
た。数MHz 〜数GHz の変調周波数にわたって
0.6GHz/mA 程度の平坦な変調効率を示すが、
数MHz 以下の周波数では、変調効率が大きくなるこ
とがわかる。これは、課題の項目で述べたように低域で
熱の効果が大きく支配的になるためである。位相特性
は、従来例と同じ図17のようであった。
【0019】そこで、図4のような方法でI2に補償電
流ΔI 2 を重畳して流した。変調電源409 からの
信号を1 :1 のパワーデバイダ408 によって2
つに分け、1つは利得10、カットオフ周波数10GH
z の反転広帯域ビデオアンプ406 を通し、低域カ
ットオフ周波数1kHzのバイアスT402によってD
C 電源405の直流電流と重畳させてレーザ401の
電流として駆動する。パワーデバイダのもうひとつの出
力は、利得g、カットオフ周波数10MHzの非反転オ
ペアンプ407 を通し、同様にバイアスT404によ
ってDC電源405 の直流電流と重畳させてレーザ4
01 の電流として駆動する。この場合、変調電源は出
力可変のもので、変調度は電源で調整する。アンプ40
7の利得gは可変であり、 低域での熱効果を抑えるた
めに最適化を行う。その方法を以下で説明する。
流ΔI 2 を重畳して流した。変調電源409 からの
信号を1 :1 のパワーデバイダ408 によって2
つに分け、1つは利得10、カットオフ周波数10GH
z の反転広帯域ビデオアンプ406 を通し、低域カ
ットオフ周波数1kHzのバイアスT402によってD
C 電源405の直流電流と重畳させてレーザ401の
電流として駆動する。パワーデバイダのもうひとつの出
力は、利得g、カットオフ周波数10MHzの非反転オ
ペアンプ407 を通し、同様にバイアスT404によ
ってDC電源405 の直流電流と重畳させてレーザ4
01 の電流として駆動する。この場合、変調電源は出
力可変のもので、変調度は電源で調整する。アンプ40
7の利得gは可変であり、 低域での熱効果を抑えるた
めに最適化を行う。その方法を以下で説明する。
【0020】正弦波発振器410 で5kHzの信号を
出力させ、一方を変調電源409に入力し、変調信号に
重畳する。もう一方は、レーザの光出力の一部をビーム
スプリッタ414 で取り出して ファブリペロエタ
ロンなどの周波数弁別器415 を透過させ光検出器4
13で電気信号に変換し、バンドパスフィルタ412
により5kHz近傍の信号成分のみ取り出したものと、
平衡変調器411によってミキシングさせる。そのミキ
シング出力のDC成分をローパスフィルタ416 によ
って取出、その信号によってアンプ407 の利得g
を自動制御させる。その原理を図5によって説明する。
出力させ、一方を変調電源409に入力し、変調信号に
重畳する。もう一方は、レーザの光出力の一部をビーム
スプリッタ414 で取り出して ファブリペロエタ
ロンなどの周波数弁別器415 を透過させ光検出器4
13で電気信号に変換し、バンドパスフィルタ412
により5kHz近傍の信号成分のみ取り出したものと、
平衡変調器411によってミキシングさせる。そのミキ
シング出力のDC成分をローパスフィルタ416 によ
って取出、その信号によってアンプ407 の利得g
を自動制御させる。その原理を図5によって説明する。
【0021】レーザを5kHzで変調するとほぼ熱効果
のみで周波数変調されるが、レーザの2つの電極の熱効
果の大きさの違いによって3つの場合がありうる。
(a)のようにΔI 2 による熱効果で起きた周波数変
動Δf 2 がΔI 1 による熱効果で起きた周波数変動
Δf 1 より小さい場合、出力される光の周波数変動は
Δf 1 と同相すなわちΔI 1 と逆相となる。一方、
(c) のようにその逆の場合は、ΔI 1 と同相とな
る。また、(b) のようにほぼ等しい場合は、打ち消
し合って周波数変動はない。この周波数変部を周波数弁
別器の正のスロープで検出し、この出力と正弦波信号と
のミキシングを取ると、(a) のようにΔI 1 と逆
相すなわち正弦波信号と同相の信号(△I 1 は反転ア
ンプ406を通しているので)の場合は、正のDC出力
を得る。逆に、(c) のように正弦波信号と逆相の場
合は負のDC出力を得、(b) のように周波数変動の
ない場合はミキシング出力は0である。(b) の場合
のように出力0の場合が2つの電極領域における熱効果
が打ち消し合って最適になる点であり、その点からどち
ら側にずれているかを検出しているため、アンプ407
の自動利得制御が可能となる。従って、ΔI 1 とΔ
I 2 の振幅比を常に最適に自動制御できる。
のみで周波数変調されるが、レーザの2つの電極の熱効
果の大きさの違いによって3つの場合がありうる。
(a)のようにΔI 2 による熱効果で起きた周波数変
動Δf 2 がΔI 1 による熱効果で起きた周波数変動
Δf 1 より小さい場合、出力される光の周波数変動は
Δf 1 と同相すなわちΔI 1 と逆相となる。一方、
(c) のようにその逆の場合は、ΔI 1 と同相とな
る。また、(b) のようにほぼ等しい場合は、打ち消
し合って周波数変動はない。この周波数変部を周波数弁
別器の正のスロープで検出し、この出力と正弦波信号と
のミキシングを取ると、(a) のようにΔI 1 と逆
相すなわち正弦波信号と同相の信号(△I 1 は反転ア
ンプ406を通しているので)の場合は、正のDC出力
を得る。逆に、(c) のように正弦波信号と逆相の場
合は負のDC出力を得、(b) のように周波数変動の
ない場合はミキシング出力は0である。(b) の場合
のように出力0の場合が2つの電極領域における熱効果
が打ち消し合って最適になる点であり、その点からどち
ら側にずれているかを検出しているため、アンプ407
の自動利得制御が可能となる。従って、ΔI 1 とΔ
I 2 の振幅比を常に最適に自動制御できる。
【0022】このような駆動方法で周波数変調したとこ
ろ図3のように低域特性が大幅に改善でき、数kHz
まで平坦な特性が得られた。このとき位相特性も数kH
z〜1GHzで同相応答を示した。これにより、簡単な
構造のDFB レーザにおいて、パルス幅数kHz 〜
数GHz までの矩形波信号による周波数変調すなわち
FSK 伝送が可能となった。伝送する場合は、受信側
で、制御の為に使用した5kHzの正弦波成分を除去す
るようにする。
ろ図3のように低域特性が大幅に改善でき、数kHz
まで平坦な特性が得られた。このとき位相特性も数kH
z〜1GHzで同相応答を示した。これにより、簡単な
構造のDFB レーザにおいて、パルス幅数kHz 〜
数GHz までの矩形波信号による周波数変調すなわち
FSK 伝送が可能となった。伝送する場合は、受信側
で、制御の為に使用した5kHzの正弦波成分を除去す
るようにする。
【0023】また本実施例では広帯域ビデオアンプを反
転型に、オペアンプを非反転型にした。これは一般に広
帯域アンプは反転型の方が良い特性が得られるからであ
り、要求される仕様によっては逆になっていても問題で
はない。
転型に、オペアンプを非反転型にした。これは一般に広
帯域アンプは反転型の方が良い特性が得られるからであ
り、要求される仕様によっては逆になっていても問題で
はない。
【0024】また本実施例では、正弦波の周波数を5k
Hzとしたが、これは、熱効果のみで周波数変調される
程度に低い周波数で、かつバイアスT を通過するとき
カットされない程度に高い周波数として選んだ周波数で
ある。
Hzとしたが、これは、熱効果のみで周波数変調される
程度に低い周波数で、かつバイアスT を通過するとき
カットされない程度に高い周波数として選んだ周波数で
ある。
【0025】(実施例2)図6は本発明による第2の実
施例の駆動方法を説明する図である。使用する素子は、
実施例1とほぼ同じ2電極のDFB レーザである。
施例の駆動方法を説明する図である。使用する素子は、
実施例1とほぼ同じ2電極のDFB レーザである。
【0026】本実施例では、低域カットオフを持つバイ
アスT を使用せず、同時に駆動系全体を小型にするた
めに、変調可能な結合手段である電圧電流変換器として
レーザドライバICを用いたものである。電圧電流変換
器は電圧信号により電流を駆動できるものである。この
ドライバICの中身は図6の603 、604 のよう
に直流電流源Ibと変調電流源Ipが並列に集積化され
ており、 ECLレベルの変調信号を入力することでD
Cオフセット電流を持つ変調電流を駆動できるものであ
る。その変調度及びバイアス電流量はIC側で制御でき
る。
アスT を使用せず、同時に駆動系全体を小型にするた
めに、変調可能な結合手段である電圧電流変換器として
レーザドライバICを用いたものである。電圧電流変換
器は電圧信号により電流を駆動できるものである。この
ドライバICの中身は図6の603 、604 のよう
に直流電流源Ibと変調電流源Ipが並列に集積化され
ており、 ECLレベルの変調信号を入力することでD
Cオフセット電流を持つ変調電流を駆動できるものであ
る。その変調度及びバイアス電流量はIC側で制御でき
る。
【0027】次に、具体的な駆動方法を説明する。EC
L 出力をもつ変調電源605 の出力をドライバIC
603、604 に入力する。変調電源を2つに分岐
するときは2つのドライバICの直前で行なえばパワー
デバイダは不要になる。ドライバIC 603は変調入
力に対し同相出力、ドライバIC 604は逆相出力を
取り出す。これは、同相出力、逆相出力の2つを持つド
ライバIC1つで駆動してもよい。逆相出力の方はカッ
トオフ10MHz のローパスフィルタ602を通して
レーザ601 の電流I2+ΔI2 として駆動する。
同相出力の方はそのままレーザ601 の電流I 1
+ΔI 1 として駆動する。ΔI2とΔI1の電流比に
ついては、実施例1と同様の方法で最適化する。すなわ
ち、100Hz の正弦波信号を重畳し、実施例1と同
様の方法で得たミキシング出力でドライバICの変調電
流振幅Ipを自動制御する。正弦波信号の周波数はNR
Z信号の連続度を上げるには低いほうが良く、ここでは
実施例1のようにバイアスT の低域カットオフの制限
がないので100Hz とした。ここで、ドライバIC
は図6のように、レーザをグランドにつって電流を引き
込む形にした方が高速性を出すことができるので望まし
い。そこで、この実施例では、図1と導電型を逆にして
p 基板を用い、電極分離する側をn 電極にした素子
を用いた。
L 出力をもつ変調電源605 の出力をドライバIC
603、604 に入力する。変調電源を2つに分岐
するときは2つのドライバICの直前で行なえばパワー
デバイダは不要になる。ドライバIC 603は変調入
力に対し同相出力、ドライバIC 604は逆相出力を
取り出す。これは、同相出力、逆相出力の2つを持つド
ライバIC1つで駆動してもよい。逆相出力の方はカッ
トオフ10MHz のローパスフィルタ602を通して
レーザ601 の電流I2+ΔI2 として駆動する。
同相出力の方はそのままレーザ601 の電流I 1
+ΔI 1 として駆動する。ΔI2とΔI1の電流比に
ついては、実施例1と同様の方法で最適化する。すなわ
ち、100Hz の正弦波信号を重畳し、実施例1と同
様の方法で得たミキシング出力でドライバICの変調電
流振幅Ipを自動制御する。正弦波信号の周波数はNR
Z信号の連続度を上げるには低いほうが良く、ここでは
実施例1のようにバイアスT の低域カットオフの制限
がないので100Hz とした。ここで、ドライバIC
は図6のように、レーザをグランドにつって電流を引き
込む形にした方が高速性を出すことができるので望まし
い。そこで、この実施例では、図1と導電型を逆にして
p 基板を用い、電極分離する側をn 電極にした素子
を用いた。
【0028】このような駆動系を組めば、系全体を非常
に小型にでき、1つの箱にモジュール化できる。また、
実施例1ではバイアスT の帯域で低域が制限される
が、本実施例では低域の制限がない。そのため、低域特
性をさらに改善することができ、100Hz 〜数GH
z にわたって変調特性を平坦にすることができた。こ
れにより、FSK 伝送する場合に、 3Gbpsで連
続度が2 20 −1 以上のNRZ(No Retur
n to Zero)信号で符号化することができ、
非常に高密度な伝送が可能となる。
に小型にでき、1つの箱にモジュール化できる。また、
実施例1ではバイアスT の帯域で低域が制限される
が、本実施例では低域の制限がない。そのため、低域特
性をさらに改善することができ、100Hz 〜数GH
z にわたって変調特性を平坦にすることができた。こ
れにより、FSK 伝送する場合に、 3Gbpsで連
続度が2 20 −1 以上のNRZ(No Retur
n to Zero)信号で符号化することができ、
非常に高密度な伝送が可能となる。
【0029】(実施例3)本発明による第3の実施例
は、レーザの低域特性を改善する実施例1の駆動方法
を、発振スペクトルの電気的フィードバックによる狭窄
化に適用したものであり、波長のゆらぎの周期が一定の
値よりも長い場合には一般的なフィードバックによる狭
窄化では熱効果による位相のずれが生じるため対応でき
ないが、本実施例により対応できるようになる。その駆
動系を図7に示す。
は、レーザの低域特性を改善する実施例1の駆動方法
を、発振スペクトルの電気的フィードバックによる狭窄
化に適用したものであり、波長のゆらぎの周期が一定の
値よりも長い場合には一般的なフィードバックによる狭
窄化では熱効果による位相のずれが生じるため対応でき
ないが、本実施例により対応できるようになる。その駆
動系を図7に示す。
【0030】半導体DFB レーザ701 からでた光
を周波数弁別器710 を通して、光の周波数のゆらぎ
を光強度のゆらぎに変換し、これを光検出器709 で
電気信号に変換する。ここでは、周波数弁別器として、
フリースペクトルレンジ5GHz、フィネス50のファ
ブリペロエタロンを用い、光検出器としてGaAsのp
in ホトダイオードを用いた。その電気信号を5kH
zのバンドエリミネートフィルタ(トラップ回路)71
2 を通し、実施例1と同様の方法でレーザ701 の
注入電流に重畳させて、フィードバック制御を行なう。
その帰還率は、アンプA1 706及びアンプA2 7
07の利得と、光検出器に入射する光パワーで調整でき
る。ここでは、アンプA1の利得を100 、アンプA
2の利得を可変とし、光パワーは10μW〜100 μ
Wの間で最適調整した。また、フィードバック系の実距
離が高域の帯域を制限するため、10cm程度に小型化
し、フィードバックの時間遅れから共振してしまう周波
数を3GHzに遠ざけた。
を周波数弁別器710 を通して、光の周波数のゆらぎ
を光強度のゆらぎに変換し、これを光検出器709 で
電気信号に変換する。ここでは、周波数弁別器として、
フリースペクトルレンジ5GHz、フィネス50のファ
ブリペロエタロンを用い、光検出器としてGaAsのp
in ホトダイオードを用いた。その電気信号を5kH
zのバンドエリミネートフィルタ(トラップ回路)71
2 を通し、実施例1と同様の方法でレーザ701 の
注入電流に重畳させて、フィードバック制御を行なう。
その帰還率は、アンプA1 706及びアンプA2 7
07の利得と、光検出器に入射する光パワーで調整でき
る。ここでは、アンプA1の利得を100 、アンプA
2の利得を可変とし、光パワーは10μW〜100 μ
Wの間で最適調整した。また、フィードバック系の実距
離が高域の帯域を制限するため、10cm程度に小型化
し、フィードバックの時間遅れから共振してしまう周波
数を3GHzに遠ざけた。
【0031】この制御系において実施例1などと同様に
一方のアンプのゲインを自動制御によって最適化する。
2つのアンプ 706、 707の両方に正弦波発振器
711 によって5kHzの信号を入力し、光検出器7
09 の出力を5kHzのバンドパスフィルタ713
を通して、平衡変調器714 によって正弦波とのミキ
シングを取り、この信号によってアンプ707 のゲイ
ンを自動制御して熱効果をキャンセルさせる。前記バン
ドエリミネートフィルタ712 はこの正弦波信号によ
る発振波長の変動を光検出器でとらえた信号がそのまま
入力されてしまって発振を起こすのを防ぐ為に、その周
波数の成分を取り除く為のものである。
一方のアンプのゲインを自動制御によって最適化する。
2つのアンプ 706、 707の両方に正弦波発振器
711 によって5kHzの信号を入力し、光検出器7
09 の出力を5kHzのバンドパスフィルタ713
を通して、平衡変調器714 によって正弦波とのミキ
シングを取り、この信号によってアンプ707 のゲイ
ンを自動制御して熱効果をキャンセルさせる。前記バン
ドエリミネートフィルタ712 はこの正弦波信号によ
る発振波長の変動を光検出器でとらえた信号がそのまま
入力されてしまって発振を起こすのを防ぐ為に、その周
波数の成分を取り除く為のものである。
【0032】この結果、フィードバック制御しない状態
で15MHz 程度あったスペクトル線幅が、200k
Hz程度まで約1/100 に狭窄化でき、コヒーレン
ト光通信の光源として使用可能なレベルとなった。
で15MHz 程度あったスペクトル線幅が、200k
Hz程度まで約1/100 に狭窄化でき、コヒーレン
ト光通信の光源として使用可能なレベルとなった。
【0033】この状態で、更に変調電流を重畳すること
により実施例1あるいは実施例2の駆動系および駆動方
法でFSK 伝送が可能である。
により実施例1あるいは実施例2の駆動系および駆動方
法でFSK 伝送が可能である。
【0034】この駆動方法で駆動する光源を用いて光伝
送系を組んだ例を図8に示す。光源801 から出た光
をシングルモード光フアイバ802 に結合させて伝送
する。受信側では、光源 801と同じ波長で発振する
局部発振器としてのレーザ803 とのビートをとり、
光検出器 804で検出して遅延検波法などで検波す
る。レーザ803 の発振波長はビート信号を光検出器
805 で検出した信号をもとにPLL (Phase
Lock Loop )法により発振波長が安定化さ
れる。
送系を組んだ例を図8に示す。光源801 から出た光
をシングルモード光フアイバ802 に結合させて伝送
する。受信側では、光源 801と同じ波長で発振する
局部発振器としてのレーザ803 とのビートをとり、
光検出器 804で検出して遅延検波法などで検波す
る。レーザ803 の発振波長はビート信号を光検出器
805 で検出した信号をもとにPLL (Phase
Lock Loop )法により発振波長が安定化さ
れる。
【0035】(実施例4)本発明による第4の実施例
は、波長多重伝送を行なうため、レーザの波長可変特性
を利用するものである。実施例1の2電極DFB レー
ザでは、それぞれの電極に流す電流値を制御すること
で、発振波長を変えることができる。その波長可変特性
を図9に示す。それぞれの電極に流すバイアス電流を等
しく、すなわちI 1 =I 2 の関係を保って電流I
1 を20mAから60mAまで変化させると発振波長
が835nm から836nmまで約1nm 波長を連
続的に変化できる。本実施例ではそのことを利用して、
バイアス電流を制御して中心となる発振波長を決定した
うえで、実施例1もしくは2で示したような変調をかけ
たり、実施例3で示したような発振スペクトルの狭窄化
を行ったりすることができることを示すものである。
は、波長多重伝送を行なうため、レーザの波長可変特性
を利用するものである。実施例1の2電極DFB レー
ザでは、それぞれの電極に流す電流値を制御すること
で、発振波長を変えることができる。その波長可変特性
を図9に示す。それぞれの電極に流すバイアス電流を等
しく、すなわちI 1 =I 2 の関係を保って電流I
1 を20mAから60mAまで変化させると発振波長
が835nm から836nmまで約1nm 波長を連
続的に変化できる。本実施例ではそのことを利用して、
バイアス電流を制御して中心となる発振波長を決定した
うえで、実施例1もしくは2で示したような変調をかけ
たり、実施例3で示したような発振スペクトルの狭窄化
を行ったりすることができることを示すものである。
【0036】次に、図10に沿って本実施例による駆動
方法を用いて波長多重通信を行なう方法を説明する。1
001は本発明によってFSK 方式で変調されている
光通信用光源である。この光源では、上に述べたように
1nm の範囲で波長を変えられる。本実施例ではFS
K の周波数偏移量を5GHzとした。本実施例におけ
る素子では、変調電流振幅を8.3mA とすることに
よって5GHzの周波数偏移量が得られた。そこで、波
長多重する場合に 10GHz(〜0.02nm)程度
の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、この光源装置を用いた場合、1
/0.02=50チャンネル程度の波長多重が可能で
ある。この光源から出射された光をシングルモードファ
イバ1002に結合させ伝送する。光ファイバを伝送し
た信号光は受信装置において、光フィルタ1003によ
り所望の波長の光を選択分波し、光検出器1004によ
り信号検波する。ここでは、光フィルタとして実施例1
などのDFB レーザと同じ構造のものを、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一定で透過波長
を1nm 変えることができる。このフィルタの10d
Bダウンの透過幅は約10GHz (〜 0.02nm
)であり、上記のように0.02nmの間隔で波長多
重するのに十分な特性を持っている。
方法を用いて波長多重通信を行なう方法を説明する。1
001は本発明によってFSK 方式で変調されている
光通信用光源である。この光源では、上に述べたように
1nm の範囲で波長を変えられる。本実施例ではFS
K の周波数偏移量を5GHzとした。本実施例におけ
る素子では、変調電流振幅を8.3mA とすることに
よって5GHzの周波数偏移量が得られた。そこで、波
長多重する場合に 10GHz(〜0.02nm)程度
の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、この光源装置を用いた場合、1
/0.02=50チャンネル程度の波長多重が可能で
ある。この光源から出射された光をシングルモードファ
イバ1002に結合させ伝送する。光ファイバを伝送し
た信号光は受信装置において、光フィルタ1003によ
り所望の波長の光を選択分波し、光検出器1004によ
り信号検波する。ここでは、光フィルタとして実施例1
などのDFB レーザと同じ構造のものを、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一定で透過波長
を1nm 変えることができる。このフィルタの10d
Bダウンの透過幅は約10GHz (〜 0.02nm
)であり、上記のように0.02nmの間隔で波長多
重するのに十分な特性を持っている。
【0037】FSK 信号の検波にはこのフィルタの透
過特性を利用する。図11のように、フィルタの透過ピ
ーク波長を波長多重信号の中の所望のチャンネル、例え
ばCH2 の光のマーク周波数(FSK 信号の”1
”に当たる)に合わせてやると、スペース周波数(F
SK 信号の”0”に当たる)は上記で述べた周波数偏
移量5GHzだけ離れているため、フィルタ透過後に1
0dBの消光比で”1”、”0”の検波をすることがで
きる。
過特性を利用する。図11のように、フィルタの透過ピ
ーク波長を波長多重信号の中の所望のチャンネル、例え
ばCH2 の光のマーク周波数(FSK 信号の”1
”に当たる)に合わせてやると、スペース周波数(F
SK 信号の”0”に当たる)は上記で述べた周波数偏
移量5GHzだけ離れているため、フィルタ透過後に1
0dBの消光比で”1”、”0”の検波をすることがで
きる。
【0038】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つなげて伝送
してもよい。
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つなげて伝送
してもよい。
【0039】また、波長多重信号の受信の方法は本実施
例以外に、実施例3で述べたようなコヒーレント方式で
もよい。
例以外に、実施例3で述べたようなコヒーレント方式で
もよい。
【0040】以上は、GaAs系のレーザについて述べ
てきたが、InP 系など他の材料でも同様に実現でき
る。
てきたが、InP 系など他の材料でも同様に実現でき
る。
【0041】(実施例5)図12に、本発明による光通
信用光源の駆動方法及びそれを用いた光通方式を波長多
重光LANシステムに応用する場合の各端末に接続され
る光一電気変換部(ノード)の構成例を、図13にその
ノードを用いた光LANシステムの構成例を示す。
信用光源の駆動方法及びそれを用いた光通方式を波長多
重光LANシステムに応用する場合の各端末に接続され
る光一電気変換部(ノード)の構成例を、図13にその
ノードを用いた光LANシステムの構成例を示す。
【0042】外部に接続された光ファイバ1201を媒
体として光信号がノードに取り込まれ、分岐部1202
によりその一部が実施例4に示したような波長可変光フ
ィルタを備えた受信装置1203に入射する。この受信
装置により実施例4の方法で所望の波長の光信号だけ取
り出して信号検波を行う。受信方法としては、実施例3
で述べたようなコヒーレント方式でもよい。その場合、
光フィルタではなく、局部発振レーザを備えることにな
る。
体として光信号がノードに取り込まれ、分岐部1202
によりその一部が実施例4に示したような波長可変光フ
ィルタを備えた受信装置1203に入射する。この受信
装置により実施例4の方法で所望の波長の光信号だけ取
り出して信号検波を行う。受信方法としては、実施例3
で述べたようなコヒーレント方式でもよい。その場合、
光フィルタではなく、局部発振レーザを備えることにな
る。
【0043】一方、ノードから光信号を送信する場合に
は、波長可変DFBレーザ1204を実施例1〜2のい
ずれかの方法で駆動し、FSK方式による変調を行って
アイソレータ1205を通して分岐部1206を介して
光伝送路に入射せしめる。
は、波長可変DFBレーザ1204を実施例1〜2のい
ずれかの方法で駆動し、FSK方式による変調を行って
アイソレータ1205を通して分岐部1206を介して
光伝送路に入射せしめる。
【0044】また、波長可変DFBレーザ及び波長可変
フィルタを2つ以上の複数を設けて、波長可変範囲を広
げることもできる。
フィルタを2つ以上の複数を設けて、波長可変範囲を広
げることもできる。
【0045】光LANシステムのネットワークとして、
図13に示すものはバス型であり、AおよびBの方向に
ノードを接続しネットワーク化された多数の端末及びセ
ンタを設置することができる。ただし、多数のノーザを
接続するためには、光の減補償するために光増幅器を伝
送路上に直列に配すことが必要となる。また、各端末に
ノードを2つ接続し伝送路を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。
図13に示すものはバス型であり、AおよびBの方向に
ノードを接続しネットワーク化された多数の端末及びセ
ンタを設置することができる。ただし、多数のノーザを
接続するためには、光の減補償するために光増幅器を伝
送路上に直列に配すことが必要となる。また、各端末に
ノードを2つ接続し伝送路を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。
【0046】このような光ネットワークシステムにおい
て、本発明のよる装置の駆動方法を用いれば、実施例4
で述べたように多重度50の高密度波長多重光伝送ネッ
トワークを構築できる。
て、本発明のよる装置の駆動方法を用いれば、実施例4
で述べたように多重度50の高密度波長多重光伝送ネッ
トワークを構築できる。
【0047】また、ネットワークの方式として、図13
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。
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。
【0048】(実施例6)本発明による装置及び光通信
方式により、図14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センタにおいて波
長可変レーザを本発明による実施例1あるいは2つの駆
動方法で変調し、実施例4の駆動方法で波長多重光源と
する。受け手となる加入者側において実施例4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、DFB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、本発明により可変となった。
方式により、図14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センタにおいて波
長可変レーザを本発明による実施例1あるいは2つの駆
動方法で変調し、実施例4の駆動方法で波長多重光源と
する。受け手となる加入者側において実施例4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、DFB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、本発明により可変となった。
【0049】さらに、加入者に外部変調器を持たせ、加
入者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.51)、図14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CA
TVが可変となり、サービスの高機能化が図れる。
入者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.51)、図14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CA
TVが可変となり、サービスの高機能化が図れる。
【0050】
【発明の効果】本発明により、半導体レーザの周波数変
調をする際の低域側の変調帯域を、実装形態や使用環境
の変化に関わらず安定に大幅に伸ばすことができ、高密
度伝送が可能となる。また、発振スペクトル線幅を電気
的フィードバック法により狭窄化する時の帯域が広がる
ため、従来より狭いスペクトル線幅が簡単に得られ、コ
ヒーレント光通信に適した光源を提供できる。
調をする際の低域側の変調帯域を、実装形態や使用環境
の変化に関わらず安定に大幅に伸ばすことができ、高密
度伝送が可能となる。また、発振スペクトル線幅を電気
的フィードバック法により狭窄化する時の帯域が広がる
ため、従来より狭いスペクトル線幅が簡単に得られ、コ
ヒーレント光通信に適した光源を提供できる。
【図1】本発明による駆動方法を適用する分布帰還型半
導体レーザの斜視図の一部を断面で表わした図
導体レーザの斜視図の一部を断面で表わした図
【図2】2電極のうち片方の電極のみを周波数変調した
ときの変調特性を示す図
ときの変調特性を示す図
【図3】本発明による駆動方法で周波数変調したときの
変調特性を示す図
変調特性を示す図
【図4】本発明による第1の実施例の駆動方法を説明す
るブロック図
るブロック図
【図5】本発明による駆動方法の原理を説明する図
【図6】本発明による第2の実施例の駆動方法を説明す
るブロック図
るブロック図
【図7】本発明による第3の実施例であるスペクトル線
幅狭窄化の駆動方法を説明するブロック図
幅狭窄化の駆動方法を説明するブロック図
【図8】第3の実施例の駆動方法を用いてコヒーレント
光通信を行なう伝送系を示す図
光通信を行なう伝送系を示す図
【図9】分布帰還型半導体レーザの波長可変特性を示す
図
図
【図10】第4の実施例である波長多重伝送を行なうと
きの伝送系を示す図
きの伝送系を示す図
【図11】波長多重信号の受信方法を説明する図
【図12】第5の実施例である光ノードの構成例を示す
図
図
【図13】光LAN ネットワークを説明する図
【図14】光CATVシステムを説明する図
【図15】単電極の分布帰還型レーザを示す図
【図16】従来の周波数変調特性を示す図
【図17】従来の位相特性を示す図
【図18】従来のFSK 応答特性を説明する図
【図19】3電極分布帰還型レーザの従来例を示す図
【図20】不均一深さ回折格子を持つ分布帰還型レーザ
の従来例を示す図
の従来例を示す図
【図21】2電極DFB レーザでFSK 変調すると
きの従来の駆動方法を示す図
きの従来の駆動方法を示す図
101 、1041、1051 基板 102 、105 クラッド層 103 、1042、1054 活性層 104 、 1043 、1053 光ガイド層 106 コンタクト層 107 、108 埋め込み層 109 、110 、 1045 、1055 電極 401 、601 、701 、1601 2電極半導
体レーザ 402 、404 、702 、704 、1602、
1604 バイアスT 403 、405 、703 、705 、1603、
1605 直流電流源 406 、407 、 706、 707、1606、
1607 アンプ 408 、708 、1608 パワーデバイダ 409 、1609 変調電源 602 、406 、611 、715 ローパスフィ
ルタ 412 、608 、713 バンドパスフィルタ 712 バンドエリミネイトフィルタ 410 、606 、711 正弦波発振器 411 、607 、714 平衡変調器 603 、604 レーザドライバIC 605 変調電源 413 、609 、709 、804 、805 、
1004 光検出器 415 、610 、710 周波数弁別器 801 、1001、1204 光通信光源 802 、1002、1201 光ファイバ 803 局部発振レーザ 806 PLL 用制御回路 1003 波長可変光フィルタ 414 、1202、1206 光分岐器 1205 光アイソレータ 1203 受信装置 1044、1052 回折格子 1056 λ/4 シフト部
体レーザ 402 、404 、702 、704 、1602、
1604 バイアスT 403 、405 、703 、705 、1603、
1605 直流電流源 406 、407 、 706、 707、1606、
1607 アンプ 408 、708 、1608 パワーデバイダ 409 、1609 変調電源 602 、406 、611 、715 ローパスフィ
ルタ 412 、608 、713 バンドパスフィルタ 712 バンドエリミネイトフィルタ 410 、606 、711 正弦波発振器 411 、607 、714 平衡変調器 603 、604 レーザドライバIC 605 変調電源 413 、609 、709 、804 、805 、
1004 光検出器 415 、610 、710 周波数弁別器 801 、1001、1204 光通信光源 802 、1002、1201 光ファイバ 803 局部発振レーザ 806 PLL 用制御回路 1003 波長可変光フィルタ 414 、1202、1206 光分岐器 1205 光アイソレータ 1203 受信装置 1044、1052 回折格子 1056 λ/4 シフト部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H04B 10/28 (56)参考文献 特開 平4−137778(JP,A) 特開 平3−295289(JP,A) 特開 昭61−290789(JP,A) 特開 平3−174791(JP,A) 特開 平2−248125(JP,A) 特開 昭63−204779(JP,A) 特開 平2−201986(JP,A) 特開 平5−267760(JP,A) 特開 昭64−73687(JP,A) 特開 平2−234484(JP,A) 特開 昭61−290789(JP,A) 特開 平5−95153(JP,A) 特開 平2−268479(JP,A) 特開 平2−268478(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 H04B 10/00
Claims (24)
- 【請求項1】 電流注入用の電極として少なくとも第1
の電極と第2の電極を持つ半導体レーザを、変調電流を
直接注入することによって周波数変調する駆動方法であ
って、変調電流の周波数帯域が高周波の時は第1の電極
に変調電流を注入し、低周波の時は第1の電極に高周波
の時と同様に変調電流を注入すると同時に、第2の電極
に該変調電流とは逆相の変調電流を注入し、第1の電極
と第2の電極に注入する互いに逆相の変調電流の振幅の
比を該半導体レーザの光出力によってフィードバック制
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2】 逆相の変調電流を注入する低周波の周波
数帯域が、10MHz 程度以下であることを特徴とす
る請求項1記載の半導体レーザの駆動方法。 - 【請求項3】 請求項1及び2記載のフィードバック制
御は、第1の電極に注入する変調信号と、変調された光
周波数変調信号との間の位相差が、広帯域にわたって一
定になるように制御するフィードバック制御であること
を特徴とする半導体レーザの駆動方法。 - 【請求項4】 フィードバック制御する方法が、前記互
いに逆相の変調電流の両方に、該変調周波数より周波数
の低い正弦波信号を重畳し、該正弦波信号による半導体
レーザの光周波数のゆらぎを光強度のゆらぎに変換して
検出し、該検出した信号と前記正弦波信号との積を取
り、該積を取った信号から前記正弦波信号より低い周波
数成分を取り出し、該取り出した信号により前記互いに
逆相な変調電流のうち少なくとも1つの変調振幅を制御
する方法であることを特徴とする請求項1乃至3の半導
体レーザ駆動方法。 - 【請求項5】 電流注入用の電極として少なくとも第1
の電極と第2の電極を持つ半導体レーザを、変調電流を
直接注入することによって周波数変調する半導体レーザ
の駆動装置であって、変調信号と、少なくとも該変調信
号の周波数より低い周波数の正弦波信号が重畳された同
一の2つの信号の一方を利得のカットオフが数GHz
以上の第1の増幅器を通した後、直流成分をカットして
バイアス電流に重畳し、第1の電極に注入する手段と、
残りの一方を利得のカットオフ周波数が第1の増幅器よ
りも低い第2の増幅器を通した後、直流成分をカットし
てバイアス電流に重畳し、第2の電極に注入する手段
と、半導体レーザの光出力の一部を取り出す手段と、該
光出力の光周波数のゆらぎを光強度のゆらぎに変換する
光周波数弁別器と、該光周波数弁別器を通した光出力を
検出する光検出器と、該光検出器で得られた電気信号の
うち前記正弦波信号の周波数近傍成分のみ取り出す帯域
通過フィルタと、該帯域通過フィルタを通過した電気信
号と前記正弦波信号との積を取る手段と、該積を取った
電気信号のうち前記正弦波より低い周波数成分を取り出
す低域通過フィルタと、該低域通過フィルタ出力をもと
に前記第1の増幅器と第2の増幅器の利得の比を調整す
る手段とを有し、前記第1の増幅器と第2の増幅器の一
方が反転増幅器であり、残りの一方が非反転増幅器であ
ることを特徴とする半導体レーザの駆動装置。 - 【請求項6】 第2の増幅器のカットオフ周波数が、1
0MHz 程度であることを特徴とする請求項5記載の
半導体レーザの駆動装置。 - 【請求項7】 電流注入用の電極として少なくとも第1
の電極と第2の電極を持つ半導体レーザを、変調電流を
直接注入することによって周波数変調する半導体レーザ
の駆動装置であって、変調信号と、少なくとも該変調信
号の周波数より低い周波数の正弦波信号が重畳された同
一の2つの信号の一方をバイアス電流とともに第1の電
極に注入する逆相出力の電圧電流変換器と、残りの一方
をバイアス電流とともに第2の電極に注入する同相出力
の電圧電流変換器と、該2つの電圧電流変換器いずれか
一方と該半導体レーザの間に設けられた低域通過フィル
タと、半導体レーザの光出力の一部を取り出す手段と、
該光出力の光周波数のゆらぎを光強度のゆらぎに変換す
る光周波数弁別器と、該光周波数弁別器を通した光出力
を検出する光検出器と、該光検出器で得られた電気信号
のうち前記正弦波信号の周波数近傍成分のみ取り出す帯
域通過フィルタと、該帯域通過フィルタを通過した電気
信号と前記正弦波信号との積を取る手段と、該積を取っ
た電気信号のうち前記正弦波より低い周波数成分を取り
出す低域通過フィルタと、該低域通過フィルタ出力をも
とに前記逆相出力の電圧電流変換器と同相出力の電圧電
流変換器の利得の比を調整する手段とを有することを特
徴とする半導体レーザの駆動装置。 - 【請求項8】 2つの電圧電流変換器いずれか一方と半
導体レーザの間に設けられた低域通過フィルタのカット
オフ周波数が、10MHz 程度であることを特徴とす
る請求項7記載の半導体レーザ駆動装置。 - 【請求項9】 電流注入用の電極として少なくとも第1
の電極と第2の電極を持つ半導体レーザの発振スペクト
ル線幅を狭窄化して駆動する方法であって、該レーザの
出力光の発振波長の揺らぎを検出して得られた電気信号
を、該電気信号の周波数帯域が高周波のときは第1の電
極に該電気信号による負帰還電流を注入し、低周波の時
は第1の電極に高周波の時と同様に該電気信号による負
帰還電流を注入すると同時に、第2の電極に該電気信号
による負帰還電流とは逆相の電流を注入し、第1の電極
と第2の電極に注入する互いに逆相の電流の比を該半導
体レーザの光出力によってフィードバック制御すること
を特徴とする半導体レーザの駆動方法。 - 【請求項10】 逆相の電流を注入する低周波の周波数
帯域が、10MHz程度以下であることを特徴とする請
求項9記載の半導体レーザの駆動方法。 - 【請求項11】 請求項8及び9記載のフィードバック
制御は、第1の電極に注入する電流と、前記2つの電流
注入による光周波数の変動との間の位相差が、広帯域に
わたって一定になるように制御するフィードバック制御
であることを特徴とする半導体レーザの駆動方法。 - 【請求項12】 フィードバック制御する方法が、前記
互いに逆相の電流の両方に、該電流周波数より周波数の
低い正弦波信号を重畳し、該正弦波信号による半導体レ
ーザの光周波数のゆらぎを光強度のゆらぎに変換して検
出し、該検出した信号と前記正弦波信号との積を取り、
該積を取った信号から前記正弦波信号より低い周波数成
分を取り出し、該取り出した信号により前記互いに逆相
な電流の比を制御する方法であることを特徴とする請求
項9乃至11記載の半導体レーザ駆動方法。 - 【請求項13】 電流注入用の電極として少なくとも第
1の電極と第2の電極を持つ半導体レーザの発振スペク
トル線幅を狭窄化して駆動する装置であって、位相のそ
ろった2つの正弦波信号の一方を、利得のカットオフが
数GHz 以上の第1の増幅器を通した後、直流成分を
カットしてバイアス電流に重畳し、第1の電極に注入す
る手段と、残りの一方を利得のカットオフ周波数が第1
の増幅器より低い第2の増幅器を通した後、直流成分を
カットしてバイアス電流に重畳し、第2の電極に注入す
る手段と、前記半導体レーザの出力光の一部を取り出す
手段と、該レーザの発振波長の揺らぎを検出する周波数
弁別器と、該周波数弁別器を通過した光を検出する光検
出器と、該光検出器で得た信号から前記正弦波の周波数
成分を取り除いた信号を前記2つの正弦波信号にそれぞ
れ重畳して第1の増幅器と第2の増幅器に入力する手段
と、前記光検出器で得られた電気信号のうち前記正弦波
信号の周波数近傍成分のみ取り出す帯域通過フィルタ
と、該帯域通過フィルタを通過した電気信号と前記正弦
波信号との積を取る手段と、該積を取った電気信号のう
ち前記正弦波信号より低い周波数成分を取り出す低域通
過フィルタと、該低域通過フィルタ出力をもとに前記第
1の増幅器と第2の増幅器の利得の比を調整する手段と
を有し、前記第1の増幅器と第2の増幅器の一方が反転
増幅器であり、残りの一方が非反転増幅器であることを
特徴とする半導体レーザの駆動装置。 - 【請求項14】 第2の増幅器のカットオフ周波数が、
10MHz 程度であることを特徴とする請求項13記
載の半導体レーザの駆動装置。 - 【請求項15】 電流注入用の電極として少なくとも第
1の電極と第2の電極を持つ半導体レーザの発振スペク
トル線幅を狭窄化して駆動する装置であって、位相のそ
ろった2つの正弦波信号の一方を、バイアス電流ととも
に第1の電極に注入する逆相出力の電圧電流変換器と、
残りの一方をバイアス電流とともに第2の電極に注入す
る同相出力の電圧電流変換器と、前記半導体レーザの出
力光の一部を取り出す手段と、該レーザの発振波長の揺
らぎを検出する周波数弁別器と、該周波数弁別器を通過
した光を検出する光検出器と、該光検出器で得た信号か
ら前記正弦波の周波数成分を取り除いた信号を前記2つ
の正弦波信号にそれぞれ重畳して第1の増幅器と第2の
増幅器に入力する手段と、前記2つの電圧電流変換器い
ずれか一方と該半導体レーザの間に設けられた低域通過
フィルタと、前記光検出器で得られた電気信号のうち前
記正弦波信号の周波数近傍成分のみ取り出す帯域通過フ
ィルタと、該帯域通過フィルタを通過した電気信号と前
記正弦波信号との積を取る手段と、該積を取った電気信
号のうち前記正弦波信号より低い周波数成分を取り出す
低域通過フィルタと、該低域通過フィルタ出力をもとに
前記逆相出力の電圧電流変換器と同相出力の電圧電流変
換器の利得の比を変える手段とを有することを特徴とす
る半導体レーザの駆動装置。 - 【請求項16】 2つの電圧電流変換器いずれか一方と
半導体レーザの間に設けられた低域通過フィルタのカッ
トオフ周波数が、10MHz 程度であることを特徴と
する請求項15記載の半導体レーザ駆動装置。 - 【請求項17】 請求項9乃至11記載の駆動方法によ
って半導体レーザを駆動する際、半導体レーザに注入す
る2つの電流に、請求項1乃至4記載の半導体レーザ駆
動方法における第1の電極と第2の電極に注入する電流
をそれぞれ重畳して周波数変調することを特徴とする半
導体レーザの駆動方法。 - 【請求項18】 周波数変調が、ディジタル信号で変調
するFSK(Frecuency Shift Key
ing)であることを特徴とする請求項17記載の半導
体レーザの駆動方法。 - 【請求項19】 請求項18記載の駆動方法で変調した
送信光を光ファイバで伝送し、受信側では局部発振レー
ザを用いてビート検出してコヒーレント通信を行う光通
信方法。 - 【請求項20】 周波数変調が、ディジタル信号で変調
するFSKであることを特徴とする請求項1乃至3記載
の半導体レーザの駆動方法。 - 【請求項21】 請求項18もしくは20記載の駆動方
法で変調した送信光を光ファイバで伝送して、受信側で
波長フィルタを通して直接検波する光通信方法。 - 【請求項22】 送信光源を複数接続し一本の光ファイ
バに複数の波長の光をそれぞれ変調して伝送させ、受信
側で所望の波長の光にのせた信号のみを取り出すような
波長分割多重伝送をする光通信方法において、それぞれ
の波長ごとの光通信の方法が請求項19または21記載
の方法であることを特徴とする光通信方法。 - 【請求項23】 一本の光ファイバに複数のノードを接
続し、複数の波長の光をそれぞれ変調して波長分割多重
伝送する光通信システムにおいて、おのおののノードは
送信部と受信部からなる光−電気変換装置を有し、請求
項22記載の光通信方法により通信を行うことを特徴と
する光通信システム。 - 【請求項24】 放送センタを有し、該放送センタと光
加入者を光ファイバで結び、放送センタは請求項1乃至
3もしくは17記載の半導体レーザの駆動方法により半
導体レーザを駆動して信号を送信し、光加入者は局部発
振レーザを用いてビート検出して受信するか、もしくは
波長フィルタを通して直接検波して受信することによっ
て光CATVを構築する光通信システム。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05251833A JP3093535B2 (ja) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | 半導体レーザの駆動方法及び駆動装置、及びそれを用いた光通信方法及び光通信システム |
CA002132043A CA2132043C (en) | 1993-09-17 | 1994-09-14 | Method and apparatus for frequency modulating a semiconductor laser, and an optical communication system using the same |
EP94114538A EP0644635B1 (en) | 1993-09-17 | 1994-09-15 | Method and apparatus for frequency modulating a semiconductor laser, and an optical communication system using the same |
DE69408759T DE69408759T2 (de) | 1993-09-17 | 1994-09-15 | Verfahren und Gerät zur Frequenzmodulation eines Halbleiterlasers und darauf beruhendes optisches Kommunikationssystem |
US08/678,946 US6055251A (en) | 1993-09-17 | 1996-07-12 | Method and apparatus for frequency modulating a semiconductor laser, and an optical communication system using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05251833A JP3093535B2 (ja) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | 半導体レーザの駆動方法及び駆動装置、及びそれを用いた光通信方法及び光通信システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07106677A JPH07106677A (ja) | 1995-04-21 |
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Family
ID=17228609
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05251833A Expired - Fee Related JP3093535B2 (ja) | 1993-09-17 | 1993-10-07 | 半導体レーザの駆動方法及び駆動装置、及びそれを用いた光通信方法及び光通信システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3093535B2 (ja) |
-
1993
- 1993-10-07 JP JP05251833A patent/JP3093535B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07106677A (ja) | 1995-04-21 |
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