JPH11168258A - 光増幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体光増幅器における信号波形歪みが補償さ
れた光信号を出力することができる光増幅装置を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】半導体光増幅器１と、半導体光増幅器１の
出力光が入力される可飽和吸収体２と、可飽和吸収体２
からの出力光を制御する光出力制御手段３とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムで
用いられる光増幅装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムの従来の光増幅装置にお
いては、入力された信号光の光強度を増幅して出力する
半導体光増幅器が用いられる。半導体光増幅器は、小型
かつ他の光回路との集積化が可能という特色を持ってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の光増幅装置においては、通常半導体光増幅器に強い
光強度の信号光を入力すると、誘導放出により増幅器内
のキャリア密度が減少し、これに伴って増幅利得が減少
する。信号光が強度変調されていれば、光強度オンのと
きにキャリア密度小、光強度オフのときキャリア密度大
となるが、キャリア密度は光強度の変化に瞬時に応答す
るわけではなく、所定の時定数をもって変化する。

【０００４】例えば、単一パルスの信号光が半導体光増
幅器に入力される場合について図８を参照して説明す
る。半導体光増幅器のキャリア密度が大の状態で入力さ
れる信号光の先頭部は高い利得を受け、光強度オンの状
態が続くとキャリア密度は所定の定常値に向かって減少
していく。すなわち、半導体光増幅器の出力光パルス波
形は、矩形の入力光パルス波形とは異なった形となる。
このようなメカニズムにより、強度変調信号光を強い光
強度で半導体光増幅器に入力すると信号波形歪みが生じ
るという問題がある。

【０００５】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、半導体光増幅器における信号波形歪みが補
償された光信号を出力することができる光増幅装置を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、半導体光増幅器と、上記半導体
光増幅器の出力光が入力される可飽和吸収体と、上記可
飽和吸収体からの出力光を制御する光出力制御手段とを
備える。

【０００７】また、上記可飽和吸収体と上記半導体光増
幅器とは同一の構造とし、上記光出力制御手段に、上記
可飽和吸収体の活性層に注入される電流を、媒質が損失
媒質として作用する値に制御、設定する手段を備える。

【０００８】また、上記可飽和吸収体と上記半導体光増
幅器とは同一の構造とし、上記光出力制御手段に、上記
可飽和吸収体への注入電流を、上記可飽和吸収体の前段
にある上記半導体光増幅器への入力光強度に応じて制御
する手段を備える。

【０００９】また、上記可飽和吸収体と上記半導体光増
幅器とは同一の構造とし、上記光出力制御手段に、上記
可飽和吸収体への注入電流を、上記可飽和吸収体の前段
にある上記半導体光増幅器の活性層の端子間電圧に応じ
て制御する手段を備える。

【００１０】また、上記半導体光増幅器と上記可飽和吸
収体とを同一基板上に集積化する。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る光増幅装置の
第１の実施形態を示す図である。図に示すように、半導
体光増幅器１の後段に半導体可飽和吸収体２と光出力制
御手段３が備えられた構成となっている。

【００１２】半導体可飽和吸収体２は、素子構造として
は半導体光増幅器１と同一である。但し、半導体活性層
への流入電流量が異なる。半導体光増幅器１の場合には
高電流が注入される。これにより、キャリア反転分布が
形成され、入力光に対し利得を与える。一方、半導体可
飽和吸収体２においてはゼロまたは小さい電流量が注入
される。このようにすると、下の準位にキャリアが多く
存在し、入力された光は吸収されることになる。（な
お、厳密には、下準位のキャリア・ホールであって、下
準位のキャリアという言い方はおかしいのだが、通常の
レーザ理論との対応付け及び説明のしやすさという観点
からこのように表現する。）光が吸収されると、その分
キャリアは上準位へ励起される。入力光強度が小さい場
合は、励起されるキャリア数も少ないが、入力光強度が
大きいと励起キャリア数が多くなり、入力光強度が大き
い時の方が入力光強度が小さい時に比べて、上準位のキ
ャリア密度が大きくなる。ところで、光が受ける吸収率
はキャリア分布状態に依存する。下準位のキャリア密度
が大きいと吸収率は大きく、上準位のキャリア密度が大
きいと吸収率は小さい。したがって、入力光強度が小さ
いと吸収率は大きく、入力光強度が大きいと吸収率は小
さい。このように、半導体可飽和吸収体２の活性層に注
入される電流を、光出力制御手段３により制御し、半導
体可飽和吸収体２の媒質の吸収率を増大させて、損失媒
質として作用する電流値に設定する手段が設けられる。

【００１３】図２は、発明者が実際に行った入力強度対
透過率の実験結果である。図に示すように、入力光強度
を大きくするにつれて吸収率減少すなわち透過率増加と
なっているのがわかる。なお、入力光強度を強くしてい
った極限では上準位と下準位のキャリア密度が等しくな
り、吸収率ゼロすなわち媒質は入力光に対し透明という
状態になる。

【００１４】以上は、半導体可飽和吸収体２の静的特性
である。入力光強度が時間的に変化する場合には、キャ
リア密度は瞬時に反応することができず、所定の時定数
で定常値へと変化していくことになる。例えば、単一パ
ルス入力に対する出力は図３のようになる。パルスの先
頭部ではキャリアが充分励起されていないため、吸収率
大すなわち透過率小であるが、時間とともにキャリアが
励起され、透過率大の定常値へと移行する。ここで、変
化の時定数はおおむねキャリア寿命時間で決められる。

【００１５】この半導体可飽和吸収体２の時間応答特性
を利用すると、半導体光増幅器１で生じる信号波形歪み
を補償することができる。図８に示すように半導体光増
幅器１における波形歪みは、パルスの先頭部で出力レベ
ルが大きく、それが低レベルへ緩和していく形になって
いる。一方、半導体可飽和吸収体２のパルス応答は低レ
ベルから高レベルの定常値へ緩和していく形であり、半
導体光増幅器１とは逆の特性となっている。さらに両者
の緩和速度はキャリア寿命時間で決まるものであり、ほ
ぼ等しい。従って図１のように、半導体可飽和吸収体２
を半導体光増幅器１の後段に置き、光出力制御手段３を
備える構成をとることにより、両者の動的特性が相補っ
て図４のように波形歪みの少ない信号光を得ることがで
きる。

【００１６】なお、半導体可飽和吸収体２における吸収
率の変化の仕方は入力光強度に依存するので、半導体光
増幅器１で生じる波形歪みを補償する入出力特性を得る
ために、必要に応じて半導体光増幅器１と半導体可飽和
吸収体２との間に光強度を調節する手段を挿入してもよ
い。

【００１７】半導体光増幅器１における波形の歪み具合
は入力光強度に依存する。したがって、これを補償する
半導体可飽和吸収体２の動的特性にも、半導体光増幅器
１への入力光強度に依存した最適値が存在する。半導体
可飽和吸収体２の動的特性は活性層への注入電流によっ
て制御可能である。そこで、半導体光増幅器１への入力
光強度に応じて半導体可飽和吸収体２への注入電流を制
御すれば、常に最適な状態で波形歪みを補償することが
できる。

【００１８】図５は本発明に係る光増幅装置の第２の実
施形態を示す図である。図に示すように、基本的構成及
びその動作原理は図１と同様であるが、前段の半導体光
増幅器１への入力光の一部を光分岐用ミラー３ｃにより
分岐し、その強度を光検出器３ｂで検出し、検出された
光強度に応じて半導体可飽和吸収体２への注入電流を制
御する制御回路３ａを有しており、制御回路３ａ、光検
出器３ｂ、光分岐用ミラー３ｃで光出力制御手段が構成
されている。これにより、常に最適な状態で波形歪みを
補償することができる。

【００１９】半導体光増幅器１における波形の歪み具合
が入力光強度に依存するのは、入力光強度によって利得
飽和の状態が異なるためである。つまり、波形歪みは利
得飽和状態に依存すると言い替えることができる。した
がって、利得飽和状態を検出し、それに応じて半導体可
飽和吸収体２への注入電流を制御すれば、常に最適補償
状態を実現することができる。

【００２０】図６は本発明に係る光増幅装置の第３の実
施形態を示す図である。図に示すように、基本的構成及
びその動作原理は図１と同様であるが、前段の半導体光
増幅器１の活性層の端子間電圧を検出する端子間電圧モ
ニター３ｅを設け、その端子間電圧値に応じて半導体可
飽和吸収体２への注入電流を制御する制御回路３ｄを有
しており、制御回路３ｄ、端子間電圧モニター３ｅで光
出力制御手段が構成されている。半導体光増幅器１の利
得飽和は、活性層内の上準位のキャリア密度が減少する
ことにより生じる。このキャリア密度の減少度は、活性
層の端子間電圧によりモニターすることができる。した
がって、図６の構成により半導体可飽和吸収体２による
波形補償動作を最適化することができる。

【００２１】上述の実施の形態では半導体光増幅器１と
半導体可飽和吸収体２を個別の素子として説明したが、
両者を同一素子として構成することも可能である。図７
にその構成例を示す。ひとつの基板５上に、半導体光増
幅器１と半導体可飽和吸収体２を集積化し、それぞれの
上に２つの電流印加電極４ａ、４ｂを設け、それぞれ独
立に電流が注入されるものとする。そして、一方の電流
印加電極４ａに高電流を、他方の電流印加電極４ｂに低
電流を注入すれば、前者を光増幅領域、後者を可飽和吸
収領域とすることができ、第１の実施形態で説明した構
成を同一基板上で実現することができる。

【００２２】第２、第３の実施の形態についても、ガラ
スやプラスチックの導波路上に半導体素子を搭載するハ
イブリッド集積化技術を用いることにより、同一基板上
にその実施構成を実現することが可能である。

【００２３】上述のような各種実施の形態を用いること
により、半導体光増幅器の信号波形歪みを補償すること
が可能となる。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る光増幅
装置においては、半導体光増幅器における信号波形歪み
が補償された光信号を出力することができ、良好な光通
信システムを構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光増幅装置の第１の実施形態を示
す図である。

【図２】半導体可飽和吸収体の入力強度対透過率の実験
結果である。

【図３】半導体可飽和吸収体のパルス出力波形である。

【図４】半導体可飽和吸収体を半導体光増幅器の後段に
備えた構成におけるパルス出力波形である。

【図５】本発明に係る光増幅装置の第２の実施形態を示
す図である。

【図６】本発明に係る光増幅装置の第３の実施形態を示
す図である。

【図７】半導体光増幅器と半導体可飽和吸収体を同一基
板上に構成する例である。

【図８】従来の半導体光増幅器におけるパルス出力波形
である。

【符号の説明】

１ 半導体光増幅器 ２ 半導体可飽和吸収体 ３ 光出力制御手段 ３ａ 制御回路 ３ｂ 光検出器 ３ｃ 光分岐用ミラー ３ｄ 制御回路 ３ｅ 端子間電圧モニタ ４ａ 電流印加電極 ４ｂ 電流印加電極 ５ 基板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体光増幅器と、上記半導体光増幅器の
   出力光が入力される可飽和吸収体と、上記可飽和吸収体
   からの出力光を制御する光出力制御手段とを備えている
   ことを特徴とする光増幅装置。
2. 【請求項２】上記可飽和吸収体は上記半導体光増幅器と
   同一の構造を有し、上記光出力制御手段に、上記可飽和
   吸収体の活性層に注入される電流を、媒質が損失媒質と
   して作用する値に制御、設定する手段を備えることを特
   徴とする請求項１に記載の光増幅装置。
3. 【請求項３】上記可飽和吸収体は上記半導体光増幅器と
   同一の構造を有し、上記光出力制御手段に、上記可飽和
   吸収体への注入電流を、上記可飽和吸収体の前段にある
   上記半導体光増幅器への入力光強度に応じて制御する手
   段を備えることを特徴とする請求項１に記載の光増幅装
   置。
4. 【請求項４】上記可飽和吸収体は上記半導体光増幅器と
   同一の構造を有し、上記光出力制御手段に、上記可飽和
   吸収体への注入電流を、上記可飽和吸収体の前段にある
   上記半導体光増幅器の活性層の端子間電圧に応じて制御
   する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の光
   増幅装置。
5. 【請求項５】上記半導体光増幅器と上記可飽和吸収体が
   同一基板上に集積化されていることを特徴とする請求項
   １乃至４のいずれかに記載の光増幅装置。