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JPH0575212A - Optical nonlinear amplifying element - Google Patents

Optical nonlinear amplifying element

Info

Publication number
JPH0575212A
JPH0575212A JP23642691A JP23642691A JPH0575212A JP H0575212 A JPH0575212 A JP H0575212A JP 23642691 A JP23642691 A JP 23642691A JP 23642691 A JP23642691 A JP 23642691A JP H0575212 A JPH0575212 A JP H0575212A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
light
amplification
section
saturable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP23642691A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Tsuda
裕之 津田
Koji Nonaka
弘二 野中
Takashi Kurokawa
隆志 黒川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP23642691A priority Critical patent/JPH0575212A/en
Publication of JPH0575212A publication Critical patent/JPH0575212A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make the wavelengths of incoming and outgoing waves the same and amplify light nonlinealy by amplifying the light with a light amplifier after regenerating the waves with a saturable absorber. CONSTITUTION:Waveguide paths consisting of amplifiers 1G1-1G(n+1) and saturable absorbers 1A1-1An are arranged on a semiconductor substrate 102. The gain is saturated by lengthening the amplifier 1G(n+1) at the final state, whereby the output of an element has strong limiter property. Moreover, nonreflective structures 101 are arranged on the end face the light amplifier 1G1 at the first stage an the end face of the light amplifier 1G(n+1) at the last stage. Currents blow in forward direction in the amplifiers 1G1-1G(n+1), and those perform nearly linear light amplification. Reverse voltage is applied to the saturable absorbers 1A1-1An, and those show nonlinear input properties. And the lights are amplified with the light amplifiers 1G1-1G(n+1), after the waves of high-speed optical signals are regenerated in the saturable absorbers 1A1-1An. Hereby, the lengths of the incoming and outgoing waves can be made nearly the same, and it becomes possible to amplify the light nonlinearly.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光入出力特性が非線形
である光非線形増幅素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical non-linear amplification element having a non-linear optical input / output characteristic.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の従来の光非線形増幅素子の一例
を図11に示す。この素子は、半導体レーザの電極を二
分割し、その一方の電極の順方向注入電流を多くして利
得部とし、他方の電極の順方向注入電流を少なくし可飽
和吸収部として働かせる双安定レーザである。ここで、
201は利得部電極、202はInGaAsPコンタク
ト層、203はInP(p)クラッド層、204はIn
GaAsPの活性層、205はInP(n)クラッド
層、206はInP(n+ )基板、207は下面電極、
208は可飽和吸収電極、209は電極201および層
202と203にうがった分離溝である。
2. Description of the Related Art FIG. 11 shows an example of a conventional optical nonlinear amplification element of this type. This device is a bistable laser in which the electrode of a semiconductor laser is divided into two, and the forward injection current of one electrode is increased to serve as a gain section, and the forward injection current of the other electrode is reduced to act as a saturable absorption section. Is. here,
201 is a gain part electrode, 202 is an InGaAsP contact layer, 203 is an InP (p) cladding layer, and 204 is In.
GaAsP active layer, 205 InP (n) cladding layer, 206 InP (n + ) substrate, 207 lower surface electrode,
Reference numeral 208 is a saturable absorption electrode, and 209 is a separation groove formed in the electrode 201 and the layers 202 and 203.

【0003】図12はこの素子の利得領域への注入電流
2 対光出力の特性を示すグラフである。可飽和吸収部
への注入電流I1 を減らすことによってしきい特性(I
1 =6mAのとき)や双安定特性(I1 =5mAのと
き)が得られることがわかる。
FIG. 12 is a graph showing the characteristics of the injection current I 2 into the gain region of this element versus the optical output. By reducing the injection current I 1 to the saturable absorber, the threshold characteristic (I
It can be seen that when 1 = 6 mA) and bistable characteristics (when I 1 = 5 mA) are obtained.

【0004】この図で利得領域への注入電流I2 をIB
に設定し、I1 =6mAとする。このときの光入力Pin
と光出力Pout との特性を図示すると、図13のように
なる。図13から明らかなように、この素子は光非線形
増幅素子として機能する。
In this figure, the injection current I 2 into the gain region is I B
And I 1 = 6 mA. Optical input P in at this time
FIG. 13 shows the characteristics of the light output P out and the light output P out . As is clear from FIG. 13, this element functions as an optical nonlinear amplification element.

【0005】かかる従来の素子においては次のような問
題点があった。第一に、動作応答時間が可飽和吸収体の
活性層中のキャリア再結合寿命によって律速され高速動
作ができない。第二に、出射波長は双安定レーザの共振
器構造と利得スペクトルによって規定され一般に入射と
出射の波長は異なる。第三に、入力光強度が発振しきい
値近傍でスイッチング時間が遅くなるクリテイカルスロ
ーイングダウン現象を避けることは困難である。
The conventional device has the following problems. First, the operation response time is limited by the carrier recombination life in the active layer of the saturable absorber, and high-speed operation cannot be performed. Second, the emission wavelength is defined by the resonator structure of the bistable laser and the gain spectrum, and generally the incident and emission wavelengths are different. Thirdly, it is difficult to avoid the critical throwdown phenomenon in which the switching time is delayed when the input light intensity is near the oscillation threshold.

【0006】従来の光非線形素子の他の例を図14に示
す。この素子は、半導体レーザに光変調器を集積化した
ものである。ここで、LDは半導体レーザ、MDは光変
調器である。211はInGaAsPコンタクト層、2
12はInP(p)クラッド層、213はInGaAs
Pガイド層、214はMQW活性層、215はInP
(n)クラッド層、216はInP(n+ )基板、21
7は下面電極、218は電極221と222との境の部
分および層211および222にうがった分離溝、21
9は無反射コーティング、220はグレーティング、2
21は変調部電極、222はレーザ部電極である。
Another example of a conventional optical nonlinear element is shown in FIG. This element is an integrated semiconductor laser with an optical modulator. Here, LD is a semiconductor laser and MD is an optical modulator. 211 is an InGaAsP contact layer, 2
12 is an InP (p) clad layer, 213 is InGaAs
P guide layer, 214 MQW active layer, 215 InP
(N) clad layer, 216 is an InP (n + ) substrate, 21
7 is a lower surface electrode, 218 is a separation groove formed on the boundary between the electrodes 221 and 222 and the layers 211 and 222, 21
9 is a non-reflective coating, 220 is a grating, 2
Reference numeral 21 is a modulator electrode, and 222 is a laser electrode.

【0007】この従来の素子においては、半導体レーザ
LDと光変調器MDを集積した際に、十分なコントラス
トを得るためには変調器MDの部分を100μm程度ま
で長くし、電圧振幅の大きい信号を印加する必要があっ
た。このため以下の3点の問題点があった。第一に、変
調部での損失が大きく強い出力を得られない。第二に、
電極面積が大きく、すなわち、RC時定数が大きくな
り、変調帯域が制限され易い。第三に、電圧振幅の大き
い周波数の信号を生成するのは困難である。
In this conventional device, when the semiconductor laser LD and the optical modulator MD are integrated, in order to obtain a sufficient contrast, the portion of the modulator MD is lengthened to about 100 μm and a signal with a large voltage amplitude is applied. It was necessary to apply. Therefore, there were the following three problems. First, there is a large loss in the modulator and a strong output cannot be obtained. Secondly,
The electrode area is large, that is, the RC time constant is large, and the modulation band is likely to be limited. Thirdly, it is difficult to generate a signal having a frequency with a large voltage amplitude.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
背景の下になされたもので、高速動作が可能であり、か
つ入射と出射の波長を同一の波長にすることが可能で、
非線形に光増幅を行う光非線形増幅素子を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made under such a background, and it is possible to operate at high speed and to make incident and outgoing wavelengths the same.
An object of the present invention is to provide an optical non-linear amplification element that performs non-linear optical amplification.

【0009】さらにまた、本発明は、高速な強度変調光
を得るために半導体レーザと一体化した光非線形増幅素
子を提供することをも目的とする。
Still another object of the present invention is to provide an optical non-linear amplification element integrated with a semiconductor laser for obtaining high speed intensity modulated light.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項1記載の発明は、半導体光導波路中に光増
幅部と可飽和吸収部とを交互に配置し、初段の光増幅部
の端面および最終段の光増幅部の端面に無反射構造を配
設したことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is characterized in that an optical amplification section and a saturable absorption section are alternately arranged in a semiconductor optical waveguide, and the first stage optical amplification is carried out. It is characterized in that a non-reflection structure is provided on the end face of the section and the end face of the final stage optical amplification section.

【0011】請求項2記載の発明は、請求項1記載の光
非線形増幅素子において、前記光増幅部および前記可飽
和吸収部の各々の活性層を多重量子井戸構造で構成した
ことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the optical nonlinear amplification element according to the first aspect, the active layers of the optical amplification section and the saturable absorption section are each formed of a multiple quantum well structure. ..

【0012】請求項3記載の発明は、請求項1または2
記載の光非線形増幅素子において、前記最終段の光増幅
部の長さを中間段の光増幅部の長さよりも長くしたこと
を特徴とする。
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2.
In the described optical nonlinear amplifier element, the length of the final stage optical amplifier section is longer than the length of the intermediate stage optical amplifier section.

【0013】請求項4記載の発明は、請求項1ないし3
のいずれかの項に記載の光非線形増幅素子の前段に分布
帰還形半導体レーザを配置したことを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the invention according to claims 1 to 3.
The distributed feedback semiconductor laser is arranged in front of the optical non-linear amplification element described in any one of 1.

【0014】請求項5記載の発明は、請求項1ないし3
のいずれかの項に記載の光非線形増幅素子の前段に分布
反射形半導体レーザを配置したことを特徴とする。
The invention as defined in claim 5 is defined by claim 1 through claim 3.
A distributed Bragg reflector semiconductor laser is arranged in the preceding stage of the optical nonlinear amplifier element described in any one of the above paragraphs.

【0015】[0015]

【作用】本発明によれば、高速の光信号を可飽和吸収部
で波形再生した上で光増幅部で光増幅するようにしたの
で、高速動作が可能であり、かつ入射と出射の波長を同
一の波長にすることが可能で、非線形に光を増幅を行う
光非線形増幅素子を提供することが可能である。
According to the present invention, since the high-speed optical signal is regenerated by the saturable absorption section and then amplified by the optical amplification section, high-speed operation is possible and the incident and emission wavelengths can be controlled. It is possible to provide the optical non-linear amplification element which can make the same wavelength and amplifies light non-linearly.

【0016】[0016]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】図1は本発明の一実施例の構成図であっ
て、ここで、1G1〜1G(n+1) は増幅部、1A1 〜1
n は可飽和吸収部、1E1 〜1E(2n+1)は電極、10
1は無反射構造、102は半導体基板であり、半導体基
板102上に増幅部1G1 〜1G(n+1) と可飽和吸収部
1A1 〜1An からなる導波路を配置する。最終段の増
幅部1G(n+1)を長くすることで利得飽和をさせ、素子
の出力に強いリミッタ特性を持たせている。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, in which 1G 1 to 1G (n + 1) are amplifying units and 1A 1 to 1A.
A n is a saturable absorber, 1E 1 to 1E (2n + 1) is an electrode, 10
Reference numeral 1 is a non-reflective structure, 102 is a semiconductor substrate, and a waveguide composed of the amplification units 1G 1 to 1G (n + 1) and the saturable absorption units 1A 1 to 1A n is arranged on the semiconductor substrate 102. By making the amplifying section 1G (n + 1) at the final stage long, gain saturation is achieved and the output of the element has a strong limiter characteristic.

【0018】図2は図1においてk番目の増幅部1Gk
および可飽和吸収部1Ak の導波路方向への断面図であ
る。ここで、103はコンタクト層、104はクラッド
層、105はMQW活性層、106はクラッド層、10
7は下面電極、1Gk はk番目の増幅部、1Ak はk番
目の可飽和吸収部、1S(2k-1)は(2k−1)番目の電
極分離構造、1E(2k-1)および1E2kは、それぞれ、k
番目の可飽和吸収部1Ak およびk番目の増幅部1Gk
の上面電極層である。
FIG. 2 shows the k-th amplification unit 1G k in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the saturable absorber 1A k in the waveguide direction. Here, 103 is a contact layer, 104 is a cladding layer, 105 is an MQW active layer, 106 is a cladding layer, 10
7 is a bottom electrode, 1G k is a k-th amplification section, 1A k is a k-th saturable absorption section, 1S (2k-1) is a (2k-1) -th electrode separation structure, 1E (2k-1) and 1E 2k is k
Th saturable absorber 1A k and kth amplifier 1G k
Of the upper electrode layer.

【0019】k番目の増幅部1Gk にはIk の電流を流
し、k番目の可飽和吸収部1Ak には−Vk の逆方向電
圧を印加する。
A current of I k is supplied to the kth amplifying section 1G k, and a reverse voltage of −V k is applied to the kth saturable absorbing section 1A k .

【0020】この構成では活性層105としてMQW構
造を用いているため、逆方向電圧を印加することでQC
SE(Quantum Confined Stark
Effect)を起こして可飽和領域の吸収を制御し
ている。
In this structure, since the MQW structure is used as the active layer 105, it is possible to apply QC by applying a reverse voltage.
SE (Quantum Confined Stark)
Effect) to control the absorption in the saturable region.

【0021】次に、本実施例の光非線形増幅素子の動作
原理を図3〜図6に従って説明する。
Next, the operation principle of the optical non-linear amplification element of this embodiment will be described with reference to FIGS.

【0022】図3はk番目の増幅部1Gk および可飽和
吸収部1Ak での光入出力特性を図示したものである。
ここで、増幅部1Gk には順方向に電流が流れており、
ほぼ線形な光増幅を行う。代表的な値として増幅率は3
00(1/cm)程度であり、可飽和吸収部1Ak に入
る前に光強度は100kW/cm2 程度まで増幅され
る。可飽和吸収部1Ak での吸収係数は1500(1/
cm)程度であり、増幅部1Gk での増幅を補償するた
めに、増幅部1Gk に対して約1/5の長さである。可
飽和吸収部1Ak では光強度が強いほど吸収係数が小さ
くなるので、図3に示したように非線形な入出力特性を
示すことになる。
FIG. 3 shows the optical input / output characteristics of the kth amplifying section 1G k and the saturable absorbing section 1A k .
Here, a current is flowing in the forward direction in the amplification unit 1G k ,
Performs almost linear optical amplification. Amplification factor is 3 as a typical value
It is about 00 (1 / cm), and the light intensity is amplified to about 100 kW / cm 2 before entering the saturable absorber 1A k . The absorption coefficient of the saturable absorber 1A k is 1500 (1 /
cm) it is about, in order to compensate for the amplification in the amplifier section 1G k, a length of about 1/5 with respect to the amplification unit 1G k. In the saturable absorber 1A k , the higher the light intensity is, the smaller the absorption coefficient is, and therefore the nonlinear input / output characteristic is exhibited as shown in FIG.

【0023】一般に、可飽和吸収体は光強度が20kW
/cm2 以上ないと有効に働かず、可飽和吸収部で光強
度は急激に減少するので、本実施例において、可飽和吸
収部1Ak の長さは10μm程度、よって、増幅部1G
k の長さは50μm程度(最終段の増幅部1G(n+1)
利得飽和を起こすために500μm程度の長さとする)
である。
Generally, the saturable absorber has a light intensity of 20 kW.
If it is equal to or more than / cm 2, it does not work effectively and the light intensity sharply decreases at the saturable absorber, so in this embodiment, the saturable absorber 1A k has a length of about 10 μm, and therefore the amplifier 1G
The length of k is about 50 μm (the amplification unit 1G (n + 1) at the final stage has a length of about 500 μm to cause gain saturation)
Is.

【0024】可飽和吸収部1Ak と増幅部1Gk の長さ
は増幅部1Gk での光入出力が線形でかつ可飽和吸収部
1Ak での光入出力が非線形であるための光強度に対す
る条件と、実効的な増幅率および吸収係数は動作波長,
材料,光導波路の閉じこめ係数で変化するが、中間段で
は増幅と吸収が補償するような長さの比の条件とから求
められる。
The lengths of the saturable absorber 1A k and the amplifier 1G k are such that the light input / output in the amplifier 1G k is linear and the light input / output in the saturable absorber 1A k is non-linear. And the effective amplification factor and absorption coefficient are
It depends on the material and the confinement coefficient of the optical waveguide, but in the intermediate stage it is obtained from the condition of the ratio of length so that amplification and absorption are compensated.

【0025】図3に示したように一段の増幅部1Gk
可飽和吸収部1Ak では十分な非線形性が得られないの
で、これが多段に配置される。
As shown in FIG. 3, since sufficient nonlinearity cannot be obtained in the amplification section 1G k and the saturable absorption section 1A k in one stage, they are arranged in multiple stages.

【0026】図4は素子全体としての光入出力特性であ
る。ここで、破線は最終段の増幅部1G(n+1) の長さが
十分でない場合を示し、増幅が飽和せずリミッタ特性が
十分でない。最終段の増幅部1G(n+1) を長くし増幅飽
和を起こすようにすることで良いしきい特性が得られる
ことになる。
FIG. 4 shows the light input / output characteristics of the entire device. Here, the broken line shows the case where the length of the amplification unit 1G (n + 1) at the final stage is not sufficient, the amplification is not saturated, and the limiter characteristic is not sufficient. A good threshold characteristic can be obtained by lengthening the amplification unit 1G (n + 1) at the final stage to cause amplification saturation.

【0027】図5はこの実施例の素子に崩れた波形の光
信号Pinを入力した場合の光出力Pout の例である。素
子の非線形性により波形再生されて信号のS/Nが改善
されたのちに光増幅される。この場合、入射した信号と
出射される信号はまったく同一の波長となる。
FIG. 5 shows an example of the optical output P out when the optical signal P in having a broken waveform is input to the device of this embodiment. The signal is reproduced by the non-linearity of the element to improve the S / N of the signal and then optically amplified. In this case, the incident signal and the emitted signal have exactly the same wavelength.

【0028】本発明においては、可飽和吸収領域には常
に逆方向電圧が印加されているので、素子応答時間は可
飽和吸収領域でのキャリア再結合寿命ではなくMQWに
おけるバリア層のトンネル時間で律速されるため、高速
に素子を応答させることが可能となる。しかもまた、可
飽和吸収部の吸収係数を容易に制御可能なので非線形増
幅素子のしきい値を容易に制御できる。
In the present invention, since the reverse voltage is always applied to the saturable absorption region, the device response time is rate-controlled not by the carrier recombination lifetime in the saturable absorption region but by the tunnel time of the barrier layer in MQW. Therefore, the device can be made to respond at high speed. Moreover, since the absorption coefficient of the saturable absorber can be easily controlled, the threshold value of the non-linear amplification element can be easily controlled.

【0029】なお、図2に示すように、本実施例におい
ては増幅部1Gkおよび可飽和吸収部1Ak の活性層1
05には同じMQW層を用いているが、異なるバンドギ
ャップを持つMQW層を用いても良いことは言うまでも
ない。あるいはまた、MQW構造にワニエ励起子を生じ
るMQW層としてバリア層を薄くしたMQW活性層を用
いることもできる。この場合には逆方向電圧を可飽和吸
収体に印加した場合にバンド端が短波側にシフトする。
そのため、動作波長を可飽和吸収部の吸収スペクトルの
バンド端近傍の波長として、可飽和吸収部の非線形性を
大きくした上で、その波長での増幅部の利得を大きく設
定することが容易となる。
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the active layer 1 of the amplification section 1G k and the saturable absorption section 1A k.
Although the same MQW layer is used for 05, it goes without saying that MQW layers having different band gaps may be used. Alternatively, an MQW active layer having a thin barrier layer can be used as the MQW layer that produces Wannier excitons in the MQW structure. In this case, when a reverse voltage is applied to the saturable absorber, the band edge shifts to the short wave side.
Therefore, it becomes easy to set the operating wavelength to a wavelength near the band edge of the absorption spectrum of the saturable absorber, increase the nonlinearity of the saturable absorber, and then set the gain of the amplifier at that wavelength to be large. ..

【0030】図6にこの一例を示す。この場合、利得部
の利得スペクトルの最大値は波長1.53μmにある。
可飽和吸収部の吸収スペクトルは通常のバリア層の厚い
MQWの場合には、逆方向電圧印加にともなって破線で
示したように長波側に移動する。このため利得の大きい
波長1.53μmでは、バンド端が遠ざかるので可飽和
吸収部の非線形性が小さくなる。ところが、ワニエ励起
子を生じるMQWの場合には波長1.53μmにおいて
大きな利得かつ大きな非線形性を得ることができる。す
なわち、可飽和吸収部の少ない段数で光非線形増幅素子
を構成することができる。
FIG. 6 shows an example of this. In this case, the maximum value of the gain spectrum of the gain section is at the wavelength of 1.53 μm.
In the case of a normal MQW thick barrier layer, the absorption spectrum of the saturable absorber moves to the long-wave side as shown by the broken line with the application of a reverse voltage. Therefore, at a wavelength of 1.53 μm, where the gain is large, the band edge is moved away, and the non-linearity of the saturable absorber is reduced. However, in the case of MQW that produces Wannier excitons, a large gain and a large nonlinearity can be obtained at a wavelength of 1.53 μm. That is, it is possible to configure the optical non-linear amplification element with a small number of stages of saturable absorbers.

【0031】もちろん、バルク活性層あるいは歪量子井
戸活性層を用いることができるのは言うまでもない。あ
るいはまた、GaAs系半導体材料でも同様の構成がで
きることは言うまでもない。
Needless to say, a bulk active layer or a strained quantum well active layer can be used. Alternatively, it goes without saying that a similar structure can be made with a GaAs-based semiconductor material.

【0032】図7は本発明の具体的な実施例の構成図で
あって、素子の外観を示す斜視図である。図8はこの具
体的な実施例において導波路の軸上での断面図である。
図9はこの具体的な実施例において、導波路に垂直な方
向の断面図である。この例では4段の可飽和吸収部と5
段の利得部とから光非線形増幅素子が構成されている。
FIG. 7 is a constitutional view of a specific embodiment of the present invention and is a perspective view showing the appearance of the element. FIG. 8 is a sectional view on the axis of the waveguide in this specific example.
FIG. 9 is a sectional view in the direction perpendicular to the waveguide in this specific example. In this example, four saturable absorbers and 5
An optical non-linear amplification element is composed of the stepped gain section.

【0033】ここで、5E1 〜5E9 は電極、502は
InP(n+ )基板である。5G1〜5G5 は増幅部、
5A1 〜5A4 は可飽和吸収部、501は無反射コーテ
ィング層、502はInP(n+ )基板、503はIn
GaAsPコンタクト層、504はInP(p)クラッ
ド層、505はInGaAs(70オングストローム)
/InP(30オングストローム)の30周期からなる
MQW活性層、506はInP(n)クラッド層、50
7は下面電極、5S1 〜5S8 は電極分離溝である。5
09はInP(p)層、510はInP(n)層、51
1はInP(p)層である。
Here, 5E 1 to 5E 9 are electrodes, and 502 is an InP (n + ) substrate. 5G 1 to 5G 5 are amplification units,
5A 1 to 5A 4 are saturable absorbers, 501 is a non-reflective coating layer, 502 is an InP (n + ) substrate, and 503 is In.
GaAsP contact layer, 504 is InP (p) clad layer, and 505 is InGaAs (70 angstrom)
/ InP (30 angstrom) 30 periods MQW active layer, 506 is InP (n) cladding layer, 50
Reference numeral 7 is a lower surface electrode, and 5S 1 to 5S 8 are electrode separation grooves. 5
09 is an InP (p) layer, 510 is an InP (n) layer, 51
1 is an InP (p) layer.

【0034】可飽和吸収部5A1 〜5A4 の各長さは1
0μm、前段の4段の利得部5G1〜5G4 の長さは5
0μm、最終段の利得部5G5 の長さは400μmであ
る。
Each of the saturable absorbers 5A 1 to 5A 4 has a length of 1
0 μm, the length of the preceding four gain sections 5G 1 to 5G 4 is 5
The length of the final gain section 5G 5 is 0 μm and 400 μm.

【0035】なお、本実施例ではpn型の埋め込み構造
を用いているが、鉄ドープ高抵抗InPによる埋め込
み、リッジ導波構造などの他の電気・光閉じこめ構造を
用いることができることは言うまでもない。
Although the pn type buried structure is used in this embodiment, it is needless to say that other electric / optical confinement structure such as buried by iron-doped high resistance InP, ridge waveguide structure and the like can be used.

【0036】さたにまた、電極分離はエッチングにより
溝を構成して行っているが、イオン注入による電極分離
も可能であることは言うまでもない。
Further, although the electrodes are separated by etching to form the grooves, it goes without saying that the electrodes can be separated by ion implantation.

【0037】図10は本発明の別の具体的な実施例の構
成図であり、半導体レーザ光源と光非線形増幅素子とを
一体に集積したものである。ここで、6Lは分布帰還形
半導体レーザ、6Pは光非線形増幅素子である。6G2
〜6G5 は増幅部、6A1 〜6A4 は可飽和吸収部、6
1 〜6E9 は電極、601は無反射コーティング層、
602はInP(n+ )基板、603はInGaAsP
コンタクト層、604はInP(p)クラッド層、60
5はInGaAsPクラッド層、606はInGaAs
(70オングストローム)/InP(30オングストロ
ーム)の30周期からなるMQW活性層、607はIn
P(n)クラッド層、608は下面電極、609はグレ
ーティング、610はグレーティングピッチシフト部、
6S1 〜6S8 は電気分離溝である。長さについては、
半導体レーザ6Lが300μm、可飽和吸収部6A1
20μm、可飽和吸収部6A2 〜6A4 が10μm、増
幅部6G2 〜6G4 が50μm、最終段増幅部6G5
400μm、分離溝6S1〜6S8 が5μmである。
FIG. 10 is a block diagram of another specific embodiment of the present invention, in which a semiconductor laser light source and an optical non-linear amplification element are integrated together. Here, 6L is a distributed feedback semiconductor laser, and 6P is an optical non-linear amplification element. 6G 2
~ 6G 5 is an amplifier, 6A 1 ~ 6A 4 is a saturable absorber, 6
E 1 to 6 E 9 are electrodes, 601 is a non-reflective coating layer,
602 is an InP (n + ) substrate, 603 is InGaAsP
Contact layer, 604 is InP (p) clad layer, 60
5 is an InGaAsP clad layer, 606 is InGaAs
(70 angstrom) / InP (30 angstrom) MQW active layer consisting of 30 periods, 607 is In
P (n) clad layer, 608 lower surface electrode, 609 grating, 610 grating pitch shift part,
6S 1 to 6S 8 are electrical isolation grooves. For length,
The semiconductor laser 6L is 300 μm, the saturable absorber 6A 1 is 20 μm, the saturable absorbers 6A 2 to 6A 4 are 10 μm, the amplifiers 6G 2 to 6G 4 are 50 μm, the final stage amplifier 6G 5 is 400 μm, the separation groove 6S 1 ˜6S 8 is 5 μm.

【0038】この素子では高速の電気変調信号が電極6
2 、すなわち可飽和吸収部6A1に印加される。ここ
で、分布帰還形半導体レーザ6Lから出射された光は、
わずかに変調され光非線形増幅素子を透過するにつれて
波形整形され、コントラストの大きい変調信号光となっ
て出力される。従来の技術に比較して電気的変調を印加
する導波路長が短く(電極面積が小さくなる)、印加電
圧振幅が小さくとも大きいコントラストを得ることがで
きる。このためRC時定数による周波数制限を受けにく
く、変調用の電気パルスの生成が容易である。しかもま
た、損失が保証されるため、大きな光出力が得られる。
In this element, a high-speed electric modulation signal is applied to the electrode 6
It is applied to E 2 , that is, saturable absorber 6A 1 . Here, the light emitted from the distributed feedback semiconductor laser 6L is
The waveform is slightly modulated and shaped as it passes through the optical non-linear amplification element, and is output as modulated signal light with high contrast. Compared with the conventional technique, the length of the waveguide for applying electrical modulation is short (the electrode area is small), and a large contrast can be obtained even if the applied voltage amplitude is small. Therefore, the frequency limitation by the RC time constant is less likely to occur, and the electric pulse for modulation can be easily generated. Moreover, since the loss is guaranteed, a large light output can be obtained.

【0039】本実施例では半導体レーザとして分布帰還
形半導体レーザを用いたが、分布反射形半導体レーザを
用いることもできるのは言うまでもない。さらにまた、
半導体レーザと光非線形増幅素子の活性層およびクラッ
ド層は共通であるとしたが、各々にバンドギャップの異
なる活性層およびクラッド層を用いることもできること
は言うまでもない。
Although the distributed feedback type semiconductor laser is used as the semiconductor laser in this embodiment, it goes without saying that a distributed reflection type semiconductor laser can also be used. Furthermore,
Although the active layer and the clad layer of the semiconductor laser and the optical non-linear amplification element are common, it goes without saying that the active layer and the clad layer having different band gaps may be used respectively.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高速の光信号を可飽和吸収部で波形再生した上で光増幅
部で光増幅するようにしたので、高速動作が可能であ
り、かつ入射と出射の波長を同一の波長にすることが可
能で、非線形に光増幅を行う光非線形増幅素子を提供す
ることが可能である。
As described above, according to the present invention,
Since the high-speed optical signal is regenerated by the saturable absorption section and then amplified by the optical amplification section, high-speed operation is possible and the incident and emission wavelengths can be the same. It is possible to provide an optical non-linear amplification element that performs non-linear optical amplification.

【0041】しかもまた、本発明光非線形増幅素子は小
型にモジュール化できるため、取扱も容易となるととも
に、他の装置への組み込みも可能となるなどの利点があ
り、高速の光信号処理装置,光信号伝送装置等に使用す
ることができる。
Moreover, since the optical nonlinear amplification element of the present invention can be modularized in a small size, it is easy to handle and can be incorporated into other devices. It can be used for optical signal transmission devices and the like.

【0042】加えて、本発明光非線形増幅素子を半導体
レーザと集積化することで高速の強度変調用光源を構成
することもできる。
In addition, a light source for high-speed intensity modulation can be constructed by integrating the optical nonlinear amplification element of the present invention with a semiconductor laser.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明における実施例の構成を示す模式図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an exemplary embodiment of the present invention.

【図2】本発明における実施例の導波路の一部分の断面
図である。
FIG. 2 is a sectional view of a part of a waveguide according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明におけるk番目の増幅部と可飽和吸収部
の光入出力特性図である。
FIG. 3 is a light input / output characteristic diagram of a k-th amplification section and a saturable absorption section in the present invention.

【図4】本発明における実施例の光入出力特性図であ
る。
FIG. 4 is a light input / output characteristic diagram of an example of the present invention.

【図5】本発明における実施例の光信号入力と出力とを
対比して示す信号波形図である。
FIG. 5 is a signal waveform diagram showing the optical signal input and output of the embodiment of the present invention in comparison.

【図6】本発明における可飽和吸収体の吸収スペクトル
の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of an absorption spectrum of a saturable absorber according to the present invention.

【図7】本発明の具体的な実施例の構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram of a specific embodiment of the present invention.

【図8】図7に示した具体的実施例の導波路軸方向の断
面図である。
8 is a sectional view taken along the waveguide axis of the specific example shown in FIG.

【図9】図7に示した具体的な実施例の導波路に垂直な
方向の断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view taken in a direction perpendicular to the waveguide of the specific example shown in FIG.

【図10】本発明の別の具体的な実施例の構成図であ
る。
FIG. 10 is a configuration diagram of another specific embodiment of the present invention.

【図11】従来例の構成を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional example.

【図12】従来例の注入電流対光出力特性図である。FIG. 12 is a characteristic diagram of injection current vs. optical output of a conventional example.

【図13】従来例の光入出力特性図である。FIG. 13 is a light input / output characteristic diagram of a conventional example.

【図14】別の従来例の構成を示す模式図である。FIG. 14 is a schematic diagram showing the configuration of another conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1G1 〜1G(n+1) 増幅部 1A1 〜1An 可飽和吸収部 101 無反射構造 102 半導体基板 103 上面電極層 104 コンタクト層 105 クラッド層 106 MQW活性層 107 クラッド層 108 下面電極 109 光導波路 1Gk k番目の増幅部 1Ak k番目の可飽和吸収部 1S(2k-1) (2k−1)番目の電極分離溝 201 可飽和吸収部電極 202 InGaAsPコンタクト層 203 InP(p)クラッド層 204 InGaAsPの活性層 205 InP(n)クラッド層 206 InP(n+ )基板 207 下面電極 208 増幅部電極 209 分離溝 LD 半導体レーザ MD 光変調器 211 InGaAsPコンタクト層 212 InP(p)クラッド層 213 InGaAsPガイド層 214 MQW活性層 215 InP(n)クラッド層 216 InP(n+ )基板 217 下面電極 218 分離溝 219 無反射コーティング 220 グレーティング 221 変調部電極 222 レーザ部電極 5E1 〜5E9 電極 502 InP(n+ )基板 5G1 〜5G5 増幅部 5A1 〜5A4 可飽和吸収部 501 無反射コーティング層 502 InP(n+ )基板 503 InGaAsPコンタクト層 504 InP(p)クラッド層 505 MQW活性層 506 InP(n)クラッド層 507 下面電極 5S1 〜5S8 電極分離溝 509 InP(p)層 510 InP(n)層 511 InP(p)層 6L 分布帰還形半導体レーザ 6P 光非線形増幅素子 6G2 〜6G5 増幅部 6A1 〜6A4 可飽和吸収部 6E1 〜6E9 電極 601 無反射コーティング層 602 InP(n+ )基板 603 InGaAsPコンタクト層 604 InP(p)クラッド層 605 InGaAsPクラッド層 606 MQW活性層 607 InP(n)クラッド層 608 下面電極 609 グレーティング 610 グレーティングピッチシフト部 6S1 〜6S8 電極分離溝1G 1 to 1G (n + 1) amplification section 1A 1 to 1A n saturable absorption section 101 non-reflective structure 102 semiconductor substrate 103 top electrode layer 104 contact layer 105 clad layer 106 MQW active layer 107 clad layer 108 bottom electrode 109 optical waveguide 1G k k-th amplification section 1A k k-th saturable absorption section 1S (2k-1) (2k-1) -th electrode separation groove 201 Saturable absorption section electrode 202 InGaAsP contact layer 203 InP (p) cladding layer 204 InGaAsP active layer 205 InP (n) clad layer 206 InP (n + ) substrate 207 bottom electrode 208 amplification part electrode 209 isolation groove LD semiconductor laser MD optical modulator 211 InGaAsP contact layer 212 InP (p) clad layer 213 InGaAsP guide layer 214 MQW active layer 215 InP (n) Cladding layer 216 InP (n + ) substrate 217 Lower surface electrode 218 Separation groove 219 Antireflection coating 220 Grating 221 Modulation part electrode 222 Laser part electrode 5E 1 to 5E 9 electrode 502 InP (n + ) substrate 5G 1 to 5G 5 amplification part 5A 1 to 5 A 4 saturable absorber 501 non-reflective coating layer 502 InP (n + ) substrate 503 InGaAsP contact layer 504 InP (p) clad layer 505 MQW active layer 506 InP (n) clad layer 507 lower surface electrode 5S 1 to 5S 8 Electrode separation groove 509 InP (p) layer 510 InP (n) layer 511 InP (p) layer 6L Distributed feedback semiconductor laser 6P Optical nonlinear amplification element 6G 2 to 6G 5 Amplification section 6A 1 to 6A 4 Saturable absorption section 6E 1 ~6E 9 electrodes 601 anti-reflective coating layer 602 InP (n +) Plate 603 InGaAsP contact layer 604 InP (p) cladding layer 605 InGaAsP clad layer 606 MQW active layer 607 InP (n) cladding layer 608 lower electrode 609 grating 610 grating pitch shift unit 6S 1 ~6S 8 electrode separation grooves

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01S 3/108 8934−4M ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01S 3/108 8934-4M

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体光導波路中に光増幅部と可飽和吸
収部とを交互に配置し、初段の光増幅部の端面および最
終段の光増幅部の端面に無反射構造を配設したことを特
徴とする光非線形増幅素子。
1. An optical amplification section and a saturable absorption section are alternately arranged in a semiconductor optical waveguide, and a non-reflection structure is arranged on an end surface of the first stage optical amplification section and an end surface of the final stage optical amplification section. An optical nonlinear amplification element characterized by.
【請求項2】 請求項1記載の光非線形増幅素子におい
て、前記光増幅部および前記可飽和吸収部の各々の活性
層を多重量子井戸構造で構成したことを特徴とする光非
線形増幅素子。
2. The optical nonlinear amplification element according to claim 1, wherein the active layers of the optical amplification section and the saturable absorption section each have a multiple quantum well structure.
【請求項3】 請求項1または2記載の光非線形増幅素
子において、前記最終段の光増幅部の長さを中間段の光
増幅部の長さよりも長くしたことを特徴とする光非線形
増幅素子。
3. The optical nonlinear amplification element according to claim 1, wherein the length of the final stage optical amplification section is longer than the length of the intermediate stage optical amplification section. ..
【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかの項に記載
の光非線形増幅素子の前段に分布帰還形半導体レーザを
配置したことを特徴とする光非線形増幅素子。
4. An optical non-linear amplification element characterized in that a distributed feedback semiconductor laser is arranged in the preceding stage of the optical non-linear amplification element according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】 請求項1ないし3のいずれかの項に記載
の光非線形増幅素子の前段に分布反射形半導体レーザを
配置したことを特徴とする光非線形増幅素子。
5. An optical non-linear amplification element characterized in that a distributed Bragg reflector semiconductor laser is arranged in the preceding stage of the optical non-linear amplification element according to any one of claims 1 to 3.
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