JP2013074187A - Mode synchronous semiconductor laser device and control method for mode synchronous semiconductor laser - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、出力光パルス列の波長が可変である光注入同期型のモード同期半導体レーザ装置、及び同装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a light injection locking mode-locked semiconductor laser device in which the wavelength of an output light pulse train is variable, and a control method for the device.
近年、インターネットの普及等により通信需要が急速に増大しており、それに対応して光ファイバを用いた大容量で高速の光通信ネットワークが整備されつつある。一般に、長距離光通信ネットワークの光信号には、所定の繰り返し周波数(以下、パルス周波数とも称する。)の光パルス列に、「1」及び「0」に応じた強度の強弱を与えるRZ(Return to Zero)フォーマットが用いられる。連続する「1」に対応するパルスの間で強度が一旦ゼロになるRZフォーマットでは、長距離伝送時の時間波形の劣化が抑えられる。 In recent years, the demand for communication is rapidly increasing due to the spread of the Internet and the like, and a large-capacity and high-speed optical communication network using an optical fiber is being developed correspondingly. In general, an optical signal of a long-distance optical communication network gives RZ (Return to) which gives an intensity level corresponding to “1” and “0” to an optical pulse train of a predetermined repetition frequency (hereinafter also referred to as pulse frequency). Zero) format is used. In the RZ format in which the intensity is once zero between pulses corresponding to consecutive “1”, deterioration of the time waveform during long distance transmission can be suppressed.
RZフォーマットの光信号(以下、RZ光信号とも称する。)で高速な通信を行うためには、パルス周波数を高めることが有効である。そのためには、RZ光信号の元となる光パルス列を生成する光パルス光源において、パルス周波数を高める必要がある。ここで、光パルス列とは、パルス周波数の逆数で与えられる時間間隔で、光パルスを時間軸上に等時間間隔に並べた光信号である。 In order to perform high-speed communication with an RZ format optical signal (hereinafter also referred to as an RZ optical signal), it is effective to increase the pulse frequency. For this purpose, it is necessary to increase the pulse frequency in the optical pulse light source that generates the optical pulse train that is the source of the RZ optical signal. Here, the optical pulse train is an optical signal in which optical pulses are arranged at equal time intervals on the time axis at time intervals given by the reciprocal of the pulse frequency.
大容量かつ高速な光通信のために、光パルス光源には、パルス周波数を高めるだけに止まらず、さらに周波数チャーピング及び位相雑音が小さい高品質な光パルス列を生成する能力が求められている。このような光パルス光源の一つとして、10GHz超のパルス周波数が得られる等、上述の能力を満足し、さらに小型で堅牢かつ低コストなモード同期半導体レーザ(MLLD:Mode−Locked Laser Diode)が挙げられる。なお、MLLDとは、モード同期動作に好適な構成を備えた半導体レーザのことを示す。 For high-capacity and high-speed optical communication, optical pulse light sources are required not only to increase the pulse frequency, but also to have the ability to generate high-quality optical pulse trains with low frequency chirping and phase noise. As one of such optical pulse light sources, a mode-locked laser diode (MLLD) that satisfies the above-described capabilities, such as being capable of obtaining a pulse frequency exceeding 10 GHz, and is more compact, robust, and low-cost is proposed. Can be mentioned. Note that MLLD indicates a semiconductor laser having a configuration suitable for mode-locking operation.
一方、光通信ネットワークの大容量化のために、一本の光ファイバに複数チャンネルの光信号をまとめて伝送する光多重技術が用いられる。この光多重技術の一つとして、複数の異なる波長をチャンネルごとに割り当てる波長分割多重技術(WDM:Wavelength Division Multiplexing)が広く用いられている。 On the other hand, in order to increase the capacity of an optical communication network, an optical multiplexing technique is used in which optical signals of a plurality of channels are transmitted together on a single optical fiber. As one of the optical multiplexing techniques, a wavelength division multiplexing (WDM) that assigns a plurality of different wavelengths for each channel is widely used.
このWDMと、MLLDで構成された光パルス光源とを組み合わせるために、MLLDには、さらに、光パルス列の波長を所望に変化させる、いわゆる波長可変特性が求められる。 In order to combine this WDM with an optical pulse light source composed of an MLLD, the MLLD is further required to have a so-called wavelength variable characteristic that changes the wavelength of the optical pulse train as desired.
さらに、昨今のWDMでは、通信容量をより一層拡大するために、隣接チャンネル間の波長差を狭くする、いわゆるDense−WDMが用いられ始めている。Dense−WDMでは、光パルス光源に、上述の波長可変特性に加えて、隣接チャネル間での不所望な相互作用を防ぐために、光信号の中心波長の揺らぎを周波数換算で数GHz以内に抑える、高い波長安定性が求められる。 Furthermore, in recent WDM, so-called Dense-WDM, in which the wavelength difference between adjacent channels is narrowed, has begun to be used in order to further increase the communication capacity. In Dense-WDM, in addition to the above-described wavelength tunable characteristics, in the optical pulse light source, in order to prevent undesired interaction between adjacent channels, the fluctuation of the center wavelength of the optical signal is suppressed to within a few GHz in terms of frequency. High wavelength stability is required.
MLLDに求められる波長可変特性及び波長安定性の内、特に、波長可変特性に注力した技術が幾つか提案されている。一つの技術では、レーザ共振器内に、誘電体多層膜フィルタや回折格子等の光バンドパスフィルタを設ける。つまり、この光バンドパスフィルタにより選択される帯域の中心波長を、機械的又は電気的に変化させることで、波長可変特性を得る(例えば、非特許文献1参照)。また、他の技術では、集積型MLLDに備えられる分布ブラッグ反射器領域の温度を制御する。つまり、分布ブラッグ反射器領域に設けた電気抵抗層への通電時のジュール熱で生じる屈折率変化により、分布ブラッグ反射器のブラッグ反射波長を変化させ、波長可変特性を得る(例えば、非特許文献2参照)。 Among the wavelength tunable characteristics and wavelength stability required for MLLD, several techniques have been proposed, particularly focusing on the wavelength tunable characteristics. In one technique, an optical bandpass filter such as a dielectric multilayer filter or a diffraction grating is provided in the laser resonator. That is, the wavelength variable characteristic is obtained by mechanically or electrically changing the center wavelength of the band selected by the optical bandpass filter (see, for example, Non-Patent Document 1). In another technique, the temperature of the distributed Bragg reflector region provided in the integrated MLLD is controlled. That is, the Bragg reflection wavelength of the distributed Bragg reflector is changed by the refractive index change caused by Joule heat when the electric resistance layer provided in the distributed Bragg reflector region is energized to obtain a wavelength variable characteristic (for example, non-patent literature) 2).
しかし、非特許文献1及び2のMLLDは出力光パルス列の波長安定性が十分とは言えず、Dense−WDM用の光パルス光源としては不十分であった。 However, the MLLDs of Non-Patent Documents 1 and 2 cannot be said to have sufficient wavelength stability of the output optical pulse train, and are insufficient as optical pulse light sources for Dense-WDM.
このような技術的背景の下、発明者は、既に、波長可変特性及び波長安定性を同時に達成するMLLDを提案している(例えば、非特許文献3参照)。概略的には、非特許文献3の技術は、連続波光の注入により生じる光注入同期を利用した、ファブリペロ(FP:Fabry‐Perot)共振器型のMLLDである。ここで、「連続波光」とは光強度の時間変動がなく一定の大きさの光電場の振幅強度が連続的に続く光である。 Under such a technical background, the inventor has already proposed MLLD that simultaneously achieves wavelength tunable characteristics and wavelength stability (see, for example, Non-Patent Document 3). Schematically, the technique of Non-Patent Document 3 is a Fabry-Perot (FP) resonator type MLLD that utilizes light injection locking generated by continuous wave light injection. Here, “continuous wave light” is light in which the amplitude intensity of a photoelectric field having a constant magnitude continues without fluctuation of the light intensity over time.
非特許文献3の技術は、従来のFP共振器型MLLDで問題とされた周波数チャーピングを解決している。また、非特許文献3の技術は、周波数チャーピング抑制の際に生じがちな、出力光パルス列の強度低下やパルス時間幅の拡大等の問題を、注入する連続波光の光強度を適当に調整することで解決している。さらに、非特許文献3の技術に係るMLLDでは、出力光パルス列と連続波光の波長は厳密に一致する。従って、波長安定性が高くかつ波長可変な連続波光源を用いれば、広い波長範囲で波長可変特性と波長安定性とを同時に達成できる。このように、非特許文献3の技術のMLLDによれば、Dense−WDMに特に好適な光パルス光源が得られる。 The technology of Non-Patent Document 3 solves the frequency chirping that is a problem in the conventional FP resonator type MLLD. Further, the technique of Non-Patent Document 3 appropriately adjusts the light intensity of the continuous wave light to be injected for problems such as a decrease in the intensity of the output light pulse train and an increase in the pulse time width that tend to occur when frequency chirping is suppressed. It is solved by that. Furthermore, in the MLLD according to the technique of Non-Patent Document 3, the wavelengths of the output light pulse train and the continuous wave light exactly match. Therefore, if a continuous wave light source having high wavelength stability and variable wavelength is used, wavelength tunable characteristics and wavelength stability can be achieved simultaneously in a wide wavelength range. Thus, according to MLLD of the technique of nonpatent literature 3, the optical pulse light source especially suitable for Dense-WDM is obtained.
ここで、図1及び図2を参照して、光注入同期について説明する。図1(A)は、光注入同期の説明に供する模式図である。図1(B)は、連続波光の注入無しでモード同期動作をしているMLLDにおいて、内部を伝搬するレーザ発振光(以下、発振光とも称する。)LAの発振スペクトルである。図1(C)は、波長λCWの連続波光CWが注入され、光注入同期が生じた状態でモード同期動作をしているMLLDから出力される光パルス列LBの発振スペクトルである。図1(D)は、図1(B)の要部を拡大した模式図である。図1(B),(C)及び(D)の横軸は波長(任意単位)であり、縦軸は光強度(任意単位)である。また、図1(B)及び(C)中で、モード周期波長Λの間隔で並んだ直線は、それぞれ発振スペクトルの縦モードを示している。1つの縦モードの半値幅はきわめて狭いので、図では半値幅を無視した直線として描いてある。 Here, the light injection synchronization will be described with reference to FIGS. FIG. 1A is a schematic diagram for explaining the light injection synchronization. FIG. 1 (B), in MLLD that the mode-locking operation in injection without a continuous wave light, laser oscillation light propagating inside (hereinafter, the oscillation light also referred to.) Is an oscillation spectrum of L A. FIG. 1 (C) is a continuous wave light CW injection of wavelength lambda CW, an oscillation spectrum of the optical pulse train L B for optical injection locking is outputted from MLLD that the mode-locked operations when they occur. FIG. 1D is a schematic diagram enlarging the main part of FIG. In FIGS. 1B, 1C, and 1D, the horizontal axis represents wavelength (arbitrary unit), and the vertical axis represents light intensity (arbitrary unit). Further, in FIGS. 1B and 1C, straight lines arranged at intervals of the mode period wavelength Λ each indicate a longitudinal mode of the oscillation spectrum. Since the half width of one longitudinal mode is very narrow, it is drawn as a straight line ignoring the half width in the figure.
図1(A)によれば、概略的に、光注入同期とは、モード同期動作により発振光LAが内部を伝搬しているMLLDに、波長λCWの連続波光CWを注入すると、出力光パルス列LBの波長が波長λCWに一致する現象を示す。 According to FIG. 1 (A), the schematically, an optical injection locking and is to MLLD the oscillation light L A is propagated through the mode-locking operation, when injecting the continuous wave light CW of wavelength lambda CW, the output light It indicates a phenomenon in which the wavelength of the pulse train L B is equal to the wavelength lambda CW.
より詳細には、図1(B)を参照すると、光注入同期が生じない場合、発振光LAは、強度が最大の縦モードLMpの周りで、幅広な釣鐘状に分布する複数の縦モードを含む。ここで、発振光LAが含む全縦モードの包絡線をenAと称する。なお、発振光LAに限らず、複数の縦モードで構成された光について、包絡線とは、全縦モードの強度ピークを結んだ曲線とする。 More particularly, referring to FIG. 1 (B), the case where the optical injection locking does not occur, the oscillation light L A, the intensity is about the maximum longitudinal mode LM p, a plurality of longitudinally distributed in wide bell Includes modes. Here, the envelope of all the longitudinal modes oscillating light L A contains called en A. The present invention is not limited to the oscillation light L A, the light including a plurality of longitudinal modes, the envelope, the curve connecting the intensity peaks of the total longitudinal modes.
このMLLDに、発振光LAの全縦モードの波長範囲に含まれる波長λCWであり、かつ発振光LAと偏光方向が一致する連続波光CWを注入する。そして、発振光LAに含まれる縦モードの中で連続波光CWに波長が最も近い縦モード(以下、標的縦モードとも称する。)LMと、連続波光CWとの波長差δλを適切に保つことにより、光注入同期が発現する。ここで、波長差δλの概念を、図1(D)に示す。図1(D)から判るように、標的縦モードLMの波長をλLMとすると、波長差δλはλCW−λLMと表される。 This MLLD, the wavelength lambda CW included in the wavelength range of the entire longitudinal mode of oscillation light L A, and injecting the continuous wave light CW oscillation light L A and the polarizing direction coincides. The longitudinal mode wavelength nearest to the continuous wave light CW in the longitudinal mode included in the oscillation light L A (hereinafter, also referred to as the target longitudinal mode.) And LM, appropriately maintain that the wavelength difference δλ the continuous wave light CW As a result, light injection synchronization occurs. Here, the concept of the wavelength difference δλ is shown in FIG. As can be seen from FIG. 1D, when the wavelength of the target longitudinal mode LM is λ LM , the wavelength difference δλ is expressed as λ CW −λ LM .
これにより、図1(C)に示すように、MLLDから出力される光パルス列LBでは、標的縦モードLMの波長λLMが連続波光CWの波長λCWへと厳密に一致する。また、光注入同期により、光パルス列LBでは、波長λCWの縦モードへと光強度が集中する。つまり、光パルス列LBの発振スペクトルは発振光LAに比べて狭窄化し、その包絡線enBの全半値幅が発振光LAの包絡線enAよりも大幅に小さくなる。ここで、光パルス列LBにおいて、波長λCWに等しく調整された標的縦モードLMを主縦モードLMと称する。また、最も強度が強い主縦モードの周りに対称的に分布する、主縦モードLM以外の複数の縦モードを従縦モードLnと称する。 Thus, as shown in FIG. 1 (C), the optical pulse train L B is outputted from the MLLD, wavelength lambda LM target longitudinal mode LM is exactly the same with the wavelength lambda CW continuous wave light CW. Further, the optical injection locking, the optical pulse train L B, the light intensity is concentrated to longitudinal mode wavelength lambda CW. That is, the oscillation spectrum of the optical pulse train L B is narrowed as compared with the oscillation light L A, significantly smaller than the envelope en A of FWHM oscillation light L A of the envelope en B. Here, in the optical pulse train L B, referred equally adjusted target longitudinal mode LM to the wavelength lambda CW main longitudinal mode LM. Also, most strength is symmetrically distributed around the strong main longitudinal mode, a plurality of longitudinal modes other than the main longitudinal mode LM referred従縦mode L n.
続いて、図2の発振スペクトルを参照して、光注入同期をさらに具体的に説明する。図2(A)〜(F)は、上述の波長差δλを変化させた連続波光CWを、非特許文献3のMLLDに注入して得られる、出力光パルス列LBの発振スペクトルを包絡線とともに示す特性図である。図2(A)〜(F)の縦軸は、それぞれ全光強度を基準とした光強度(dBm)であり、横軸は、波長(nm)である。 Subsequently, the light injection locking will be described more specifically with reference to the oscillation spectrum of FIG. Figure 2 (A) ~ (F) is a continuous wave light CW with varying wavelength difference δλ above, obtained by injecting the non-patent document 3 MLLD, the oscillation spectrum of the output optical pulse train L B with envelope FIG. 2A to 2F, the vertical axis represents the light intensity (dBm) based on the total light intensity, and the horizontal axis represents the wavelength (nm).
より詳細には、図2を得るに当たり、非特許文献3のFig.10に準じて実験を行った。すなわち、標的縦モードとして、波長λLMが1562.01nmの縦モードを選択し、波長λCWを1561.86〜1562.16nmで変化させた連続波光CWをMLLDに注入した。なお、この連続波光CWの波長λCWは、−0.15〜0.15nmの波長差δλに対応する。また、図2(A)〜(F)は、それぞれ、δλ=−0.1,0,0.05,0.07,0.09,0.15nmのときの光強度を示している。また、図2(A)〜(F)において、モード周期波長Λは約0.31nmで、ほぼ一定である。 In more detail, in obtaining FIG. 2, FIG. The experiment was conducted according to No. 10. That is, as the target longitudinal mode, a longitudinal mode having a wavelength λ LM of 15562.01 nm was selected, and continuous wave light CW in which the wavelength λ CW was varied between 1561.186 and 1562.16 nm was injected into the MLLD. The wavelength λ CW of the continuous wave light CW corresponds to a wavelength difference δλ of −0.15 to 0.15 nm. 2A to 2F show the light intensities when δλ = −0.1, 0, 0.05, 0.07, 0.09, and 0.15 nm, respectively. 2A to 2F, the mode period wavelength Λ is approximately 0.31 nm and is substantially constant.
図2(A)〜(F)を参照すると、波長差δλが0.05nm(図2(C))と、波長差δλが0.07nm(図2(D))とで、包絡線の半値幅が狭くなり、発振スペクトルの狭窄化が見られる。この結果から、波長差δλが0.05〜0.07nmの範囲、すなわち幅0.02nmの狭い波長範囲に収まっているときに、光注入同期が維持されることが判る。この0.02nmの波長幅は、光周波数に換算して約2.5GHzに対応する。光注入同期が維持された状態で出力される光パルス列は周波数チャーピングが大幅に抑制されるため、Dense−WDMに特に好適である。 2A to 2F, when the wavelength difference δλ is 0.05 nm (FIG. 2C) and the wavelength difference δλ is 0.07 nm (FIG. 2D), half of the envelope The value width is narrowed and the oscillation spectrum is narrowed. From this result, it can be seen that the light injection locking is maintained when the wavelength difference δλ is within a range of 0.05 to 0.07 nm, that is, a narrow wavelength range with a width of 0.02 nm. The wavelength width of 0.02 nm corresponds to about 2.5 GHz in terms of optical frequency. An optical pulse train output in a state where optical injection locking is maintained is particularly suitable for dense-WDM because frequency chirping is greatly suppressed.
図2及び非特許文献3の記載(特に、Fig.10及び11と、1108頁右欄)から明らかなように、光注入同期の維持のために波長差δλに許容される波長範囲(0.02nm)は非常に狭い。そのため、光注入同期を利用して光パルス列を出力するに当たり、MLLD装置には、この許容波長範囲内に波長差δλを収める能力が求められる。ここで、この許容波長範囲を波長同期範囲(WLR:Wavelength Locking Range)とすると、WLRは、模式的に図1(D)のように表される。 As is apparent from the description of FIG. 2 and Non-Patent Document 3 (particularly, FIGS. 10 and 11 and the right column on page 1108), the wavelength range allowed for the wavelength difference δλ (0. 02 nm) is very narrow. Therefore, when an optical pulse train is output using light injection locking, the MLLD device is required to have a capability of keeping the wavelength difference δλ within this allowable wavelength range. Here, if this allowable wavelength range is a wavelength synchronization range (WLR), the WLR is schematically represented as shown in FIG.
ところで、非特許文献3から、Fig.11に記載された指標であるI4/I0(以下、主従比率とも称する。)が、光注入同期の維持に有効であることが示唆される。I0は、出力光パルス列の主縦モードの強度である。また、I4は、主縦モードから、波長が大きくなる方向に数えて4番目の従縦モードの強度を示す。主従比率I4/I0は、出力光パルス列の包絡線の狭窄度、すなわち幅を反映する。 By the way, from Non-Patent Document 3, FIG. It is suggested that I 4 / I 0 (hereinafter also referred to as a master-slave ratio), which is an index described in No. 11, is effective in maintaining light injection locking. I 0 is the intensity of the main longitudinal mode of the output optical pulse train. I 4 indicates the intensity of the fourth subordinate mode counted from the main longitudinal mode in the direction of increasing wavelength. The master-slave ratio I 4 / I 0 reflects the degree of narrowing, that is, the width of the envelope of the output optical pulse train.
上述のように、光注入同期が生じると、出力光パルス列の包絡線が狭窄化していくので、主従比率I4/I0は、MLLDで生じている光注入同期の程度(以下、同期強度とも称する。)を表す可能性がある。図3を参照して、この点をさらに説明する。図3は、図2(A)〜(F)から求めた主従比率を示す特性図である。図3の縦軸は、主従比率(I+5/I0)(dB)であり、横軸は、波長差δλ(nm)である。なお、図3の主従比率においては、分子として、主縦モードから、波長が大きくなる方向に数えて5番目の従縦モードの光強度I+5を用いた。 As described above, when the light injection synchronization occurs, the envelope of the output optical pulse train is narrowed. Therefore, the master-slave ratio I 4 / I 0 is the degree of the light injection synchronization occurring in the MLLD (hereinafter referred to as the synchronization intensity). May be represented). This point will be further described with reference to FIG. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the master-slave ratio obtained from FIGS. The vertical axis in FIG. 3 is the master-slave ratio (I +5 / I 0 ) (dB), and the horizontal axis is the wavelength difference δλ (nm). In the master-slave ratio in FIG. 3, the light intensity I + 5 of the fifth slave mode, counted from the main longitudinal mode in the direction in which the wavelength increases, is used as the numerator.
図3を参照すると、主従比率(I+5/I0)は、波長差δλが−0.05〜0.09nmの範囲(以降、凹部範囲A1と称する。)で谷を持つ。特に、波長差δλが0.05〜0.07nmの範囲(以降、極小範囲A2と称する。)で、主従比率は、−27〜−30dBの極小を取る。波長差δλが−0.15〜−0.05nmと、0.09〜0.15nmの範囲、つまり凹部範囲以外の範囲(以下、一定値範囲A3と称する。)で、主従比率は一定値(約−3dB)を取る。 Referring to FIG. 3, the master-slave ratio (I +5 / I 0 ) has a valley in the wavelength difference δλ range (hereinafter referred to as the recess range A1). Particularly, in the range where the wavelength difference δλ is 0.05 to 0.07 nm (hereinafter referred to as the minimum range A2), the master-slave ratio takes a minimum of −27 to −30 dB. When the wavelength difference δλ is in the range of −0.15 to −0.05 nm and 0.09 to 0.15 nm, that is, in a range other than the recess range (hereinafter referred to as a constant value range A3), the master-slave ratio is a constant value ( Take about -3 dB).
図2及び図3から、主従比率が同期強度を非常に良く反映していることが判る。つまり、波長差δλが(1)一定値範囲A3内の場合、光注入同期が未発現であり、(2)凹部範囲A1内の場合、主従比率は同期強度に応じて変化し、及び(3)極小範囲A2内の場合、光注入同期が良好に維持される。従って、出力光パルス列の主従比率を指標として、出力光パルス列LBの主縦モード波長λCWについて、波長差δλを0.05〜0.07nmのWLR内に保つ制御を行えば、光注入同期を維持することができる。 2 and 3, it can be seen that the master-slave ratio reflects the synchronization strength very well. That is, when the wavelength difference δλ is (1) within the constant value range A3, the light injection synchronization is not developed, and (2) when within the recess range A1, the master-slave ratio changes according to the synchronization intensity, and (3 ) In the minimum range A2, the light injection synchronization is maintained well. Therefore, as an index master-slave ratio of the output optical pulse train, the main longitudinal mode wavelength lambda CW output optical pulse train L B, by performing the control to maintain the wavelength difference δλ in WLR of 0.05~0.07Nm, optical injection locking Can be maintained.
しかし、主従比率を用いて制御する手法では、主縦モード及び従縦モードの強度をそれぞれ測定するための装置構成が複雑かつ高価になる。例えば、主縦モード及び従縦モードの強度を十分な正確さで測定するために光スペクトルアナライザを用いると、装置の大型化と高額化が避けられない。また、主縦モードと従縦モードとを分離するために波長分離フィルタを用いると、この波長フィルタには非常に高い性能が求められる。すなわち、この波長分離フィルタには、モード周期波長Λ(図2では約0.31nm)未満の高い波長分解能と、測定対象の縦モード以外の縦モードを排除する高いスペクトル抑圧能とが要求される。その結果、たとえ、波長分離フィルタを用いたとしても、装置構成が複雑化してしまう。 However, in the method of controlling using the master-slave ratio, the apparatus configuration for measuring the strengths of the main longitudinal mode and the slave longitudinal mode is complicated and expensive. For example, if an optical spectrum analyzer is used to measure the intensity of the main longitudinal mode and the subordinate longitudinal mode with sufficient accuracy, an increase in size and cost of the apparatus cannot be avoided. Further, when a wavelength separation filter is used to separate the main longitudinal mode and the slave longitudinal mode, the wavelength filter is required to have very high performance. That is, this wavelength separation filter is required to have a high wavelength resolution less than the mode period wavelength Λ (about 0.31 nm in FIG. 2) and a high spectrum suppression capability that excludes longitudinal modes other than the longitudinal mode to be measured. . As a result, even if a wavelength separation filter is used, the device configuration becomes complicated.
この発明は、このような問題に鑑みなされた。従って、この発明の目的は、光注入同期の維持能力を非特許文献3の技術と同様に保ちながらも、同技術よりも簡易なモード同期半導体レーザ装置、及び同装置の制御方法を提案することにある。 The present invention has been made in view of such problems. Accordingly, an object of the present invention is to propose a mode-locked semiconductor laser device and a control method for the device that are simpler than the technology while maintaining the capability of maintaining the light injection locking as in the technology of Non-Patent Document 3. It is in.
発明者は鋭意検討の結果、以下のようなモード同期半導体レーザ装置で、非特許文献3の技術と同様に光注入同期を維持できることに想到した。すなわち、この発明のモード同期半導体レーザ装置は、主縦モード波長を中心とする所定波長幅で光パルス列を区画し、この波長幅以外の縦モードを含む波長成分の強度から得られた制御指標により光注入同期を維持する。 As a result of intensive studies, the inventors have conceived that light injection locking can be maintained in the following mode-locked semiconductor laser device as in the technique of Non-Patent Document 3. That is, the mode-locked semiconductor laser device of the present invention partitions an optical pulse train with a predetermined wavelength width centered on the main longitudinal mode wavelength, and uses a control index obtained from the intensity of wavelength components including longitudinal modes other than this wavelength width. Maintain light injection locking.
従って、この発明のモード同期半導体レーザ装置は、モード同期半導体レーザ素子と、分離手段と、制御手段とで構成される。 Therefore, the mode-locked semiconductor laser device according to the present invention comprises the mode-locked semiconductor laser element, the separating means, and the control means.
モード同期半導体レーザ素子は、発振光が伝搬するコアと、クラッドとを備えた光導波路を有する。ここで、コアは、反転分布を形成する光利得領域と、光強度を変調する光変調領域と、発振光の波長を変化させる調整部を備えた受動導波路領域とを備えている。 The mode-locked semiconductor laser element has an optical waveguide that includes a core through which oscillation light propagates and a cladding. Here, the core includes an optical gain region that forms an inversion distribution, an optical modulation region that modulates the light intensity, and a passive waveguide region that includes an adjustment unit that changes the wavelength of the oscillation light.
そして、このモード同期半導体レーザ素子は、連続波光が入力され、光パルス列を出力する。ここで、入力される連続波光は、発振光に含まれる複数の縦モードの内何れかの縦モードである標的縦モードとの間に光注入同期を発現可能な波長差を有し、かつ発振光と偏光方向が一致する。また、出力される光パルス列は、連続波光に等しい波長の縦モードである主縦モード、及び主縦モード波長の周りに分布する複数の従縦モードを含む。 The mode-locked semiconductor laser element receives continuous wave light and outputs an optical pulse train. Here, the input continuous wave light has a wavelength difference capable of expressing light injection synchronization with the target longitudinal mode which is one of the longitudinal modes included in the oscillation light, and oscillates. The light and the polarization direction coincide. The output optical pulse train includes a main longitudinal mode which is a longitudinal mode having a wavelength equal to that of continuous wave light, and a plurality of subordinate longitudinal modes distributed around the main longitudinal mode wavelength.
分離手段は、光パルス列を、強度比が、光パルス列の全光強度に対する主縦モードの比率を反映するように第1及び第2光成分に分離する。 The separating means separates the optical pulse train into first and second light components such that the intensity ratio reflects the ratio of the main longitudinal mode to the total light intensity of the optical pulse train.
制御手段は、第2光成分の光強度を用いて制御指標を求めるとともに、制御指標を用いて調整部を制御して、波長差が光注入同期を維持可能な波長同期範囲内に保たれるように、主縦モードの波長を変化させる。 The control means obtains the control index using the light intensity of the second light component, and controls the adjustment unit using the control index, so that the wavelength difference is kept within the wavelength synchronization range in which the light injection synchronization can be maintained. As described above, the wavelength of the main longitudinal mode is changed.
そして、第1光成分を、主縦モード波長を中心とする分離波長幅内に含まれる複数の縦モードとし、及び第2光成分を、光パルス列に含まれる全ての縦モードから第1光成分を除いた縦モードとする。 Then, the first light component is a plurality of longitudinal modes included in the separation wavelength width centered on the main longitudinal mode wavelength, and the second light component is the first light component from all the longitudinal modes included in the optical pulse train. The vertical mode is excluded.
この発明のモード同期半導体レーザ装置は、上述のように構成されているので、光注入同期の維持能力を非特許文献3の技術と同様に保ちつつ、非特許文献3の技術よりも構成を簡易にすることができる。 Since the mode-locked semiconductor laser device of the present invention is configured as described above, the configuration is simpler than the technique of Non-Patent Document 3 while maintaining the capability of maintaining the light injection lock in the same manner as the technique of Non-Patent Document 3. Can be.
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。なお、各図において各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示してある。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the shape, size, and arrangement relationship of each component are schematically shown to the extent that the present invention can be understood. Moreover, although the preferable structural example of this invention is demonstrated hereafter, the material of each component, a numerical condition, etc. are only a suitable example. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to a common component and the description may be abbreviate | omitted.
<原理>
まず、図4及び図5を参照して、この発明のMLLDを用いて光注入同期を維持するための原理について説明する。図4(A)及び(B)は、それぞれ光パルス列の包絡線を示す模式図である。
<Principle>
First, the principle for maintaining the light injection lock using the MLLD of the present invention will be described with reference to FIGS. FIGS. 4A and 4B are schematic diagrams showing the envelope of the optical pulse train, respectively.
図4(A)の包絡線enCWは、光注入同期が維持された状態でモード同期動作を行うMLLDから出力される光パルス列LCWの発振スペクトルに対応する。図4(B)の包絡線enNCWは、光注入同期が発現しない状態でモード同期動作を行うMLLDから出力される光パルス列LNCWの発振スペクトルに対応する。以降、光パルス列LNCW及びLCWを区別するために、光パルス列LNCWを非同期光パルス列LNCWとも称し、光パルス列LCWを同期光パルス列LCWとも称する。MLLDから出力される任意の光パルス列LBは、同期強度に応じて、非同期光パルス列LNCWと同期パルス列LCWの間の発振スペクトルを取る。 The envelope en CW in FIG. 4A corresponds to the oscillation spectrum of the optical pulse train L CW output from the MLLD that performs the mode locking operation in a state where the light injection locking is maintained. The envelope en NCW in FIG. 4B corresponds to the oscillation spectrum of the optical pulse train L NCW output from the MLLD that performs the mode-locking operation in a state where the optical injection locking does not occur. Later, in order to distinguish the optical pulse train L NCW and L CW, an optical pulse train L NCW referred to as asynchronous pulse train L NCW, also referred to as the optical pulse train L CW synchronization light pulse train L CW. Any optical pulse train L B outputted from MLLD, depending on the synchronization strength, take the oscillation spectrum between asynchronous pulse train L NCW and synchronization pulse train L CW.
なお、図面の煩雑化を防ぐために、同期光パルス列LCW及び非同期光パルス列LNCWに含まれる個々の縦モードの描画を省略する。また、同期光パルス列LCW及び非同期光パルス列LNCWともに、主縦モード波長λCWを中心波長としてモード同期状態にあるとする。また、図4(A)及び(B)の横軸は、ともに波長(任意単位)であり、及び縦軸は、ともに強度(任意単位)である。 In order to prevent complication of the drawing, drawing of individual longitudinal modes included in the synchronous optical pulse train L CW and the asynchronous optical pulse train L NCW is omitted. Further, it is assumed that both the synchronous optical pulse train L CW and the asynchronous optical pulse train L NCW are in a mode-locked state with the main longitudinal mode wavelength λ CW as the center wavelength. 4A and 4B both indicate the wavelength (arbitrary unit), and the vertical axis indicates the intensity (arbitrary unit).
発明者は、上述の主従比率に代えて、光注入同期の維持のために、第2波長範囲Rf内での光パルス列LBの強度、すなわち符号L2で示した領域の強度を利用できることに想到した。すなわち、光注入同期の維持状態では、包絡線が狭窄化し、主縦モード波長λCW近傍の第1波長範囲Trに強度が集中するので、この波長λCWから離れた、包絡線の裾の部分での強度は逆に低下する。よって、この裾の部分に対応する第2波長範囲Rf内での光パルス列LBの強度を用いた指標(以下、制御指標とも称する。)が、MLLDで生じている同期強度を反映する可能性がある。 Inventor, instead of the master-slave ratio described above, for the optical injection maintaining synchronization, the optical pulse train L strength B in the second wavelength range Rf, i.e. conceive the availability of the strength of the area indicated by reference numeral L2 did. That is, in the state where the light injection locking is maintained, the envelope is narrowed and the intensity is concentrated in the first wavelength range Tr in the vicinity of the main longitudinal mode wavelength λ CW, so that the portion of the hem of the envelope away from this wavelength λ CW On the contrary, the strength at is lowered. Therefore, the index using the intensity of the optical pulse train L B in the second wavelength range Rf corresponding to a portion of the skirt (hereinafter, also referred to as control index.) It is likely to reflect a synchronous intensity occurring in MLLD There is.
以下、図5を参照して、この点について説明する。図5は、図2(A)〜(F)から求めた制御指標を示す特性図である。図5の縦軸は、制御指標(dBm)であり、横軸は、波長差δλ(nm)である。 Hereinafter, this point will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a characteristic diagram showing the control index obtained from FIGS. The vertical axis in FIG. 5 is the control index (dBm), and the horizontal axis is the wavelength difference δλ (nm).
図5で用いた制御指標の説明に先立ち、まず、制御指標の導出の基礎となる量につき説明する。始めに、図4に示すように、光パルス列LBを、第1波長範囲Trの第1光成分L1と、第2波長範囲Rfの第2光成分L2とに分離する。ここで、第1波長範囲Trは、主縦モード波長λCWを中心とする分離波長幅Wλ以内の範囲の波長とする。また、第2波長範囲Rfは、光パルス列LBの全縦モードが延在する波長範囲から、上述の第1波長範囲Trを除いた範囲の波長とする。 Prior to the description of the control index used in FIG. 5, first, an amount serving as a basis for deriving the control index will be described. First, as shown in FIG. 4, an optical pulse train L B, the first light component L1 of the first wavelength range Tr, is separated into a second light component L2 of the second wavelength range Rf. Here, the first wavelength range Tr is set to a wavelength within a separation wavelength width Wλ centered on the main longitudinal mode wavelength λ CW . Further, the second wavelength range Rf is a wavelength range in which all the longitudinal modes of the optical pulse train L B is extended, the wavelength range excluding the first wavelength range Tr described above.
第1光成分L1は、光パルス列LBに含まれる全縦モードの中で、第1波長範囲Tr内の波長を有する縦モードからなる。そして、第1波長範囲Trでの強度の積分値を第1光成分強度IL1とする。また、第2光成分L2は、光パルス列LBに含まれる全縦モードから、第1光成分L1を除いた縦モード、すなわち波長範囲Rfに含まれる縦モードからなる。そして、第2波長範囲Rfでの強度の積分値を第2光成分強度IL2とする。さらに、第1光成分強度IL1に対する第2光成分強度IL2の比率IL2/IL1を成分間強度比Rとする。 First light component L1 is among all longitudinal modes included in the optical pulse train L B, consisting of longitudinal modes having a wavelength within a first wavelength range Tr. The integrated value of the intensity in the first wavelength range Tr is defined as the first light component intensity IL1. Further, the second light component L2 from the total longitudinal mode included in the optical pulse train L B, longitudinal mode excluding the first light component L1, that is, a longitudinal mode included in the wavelength range Rf. The integrated value of the intensity in the second wavelength range Rf is set as the second light component intensity IL2. Further, the ratio IL2 / IL1 of the second light component intensity IL2 to the first light component intensity IL1 is defined as an inter-component intensity ratio R.
このとき、制御指標として、この成分間強度比Rを用いることができる。ただし、第1光成分強度IL1は、光注入同期の有無に拠らず、実用上十分な精度で一定とみなすことができる。この点について、非特許文献3には、連続波光CWを約6dBmまで強めることで光注入同期を消失させた前後において、第1光成分強度IL1の変化率は、約0.6dBに止まることが示されている。よって、この場合には、制御指標として、成分間強度比Rに代えて、第2光成分強度IL2を用いることができる。第2光成分強度IL2を制御指標とすることで、第1光成分強度L1の測定が不要となるので、後述する分離手段の構成をより簡略化できる。 At this time, the intensity ratio R between components can be used as a control index. However, the first light component intensity IL1 can be regarded as constant with a practically sufficient accuracy regardless of the presence or absence of light injection synchronization. In this regard, Non-Patent Document 3 discloses that the rate of change of the first light component intensity IL1 remains at about 0.6 dB before and after the light injection locking is lost by increasing the continuous wave light CW to about 6 dBm. It is shown. Therefore, in this case, the second light component intensity IL2 can be used as the control index instead of the inter-component intensity ratio R. By using the second light component intensity IL2 as a control index, the measurement of the first light component intensity L1 is not necessary, and the configuration of the separating means described later can be further simplified.
図5及び以下の説明では、分離波長幅Wλを2nm及び5nmと設定した場合の第2光成分強度IL2を制御指標R2nm及びR5nmとして用いている。この分離波長幅Wλ(2nm及び5nm)は、図2(C)及び(D)から得られる光注入同期の維持状態での包絡線の全半値幅(約1nm)の約2倍及び5倍の波長範囲にそれぞれ相当する。なお、図5を得るに当たっては、光パルス列LBが、第1及び第2光成分L1及びL2に強度ロス無く分離されると仮定している。つまり、光パルス列の全強度が、第1及び第2光成分強度IL1及びIL2の和に一致すると仮定している。 In FIG. 5 and the following description, the second light component intensity IL2 when the separation wavelength width Wλ is set to 2 nm and 5 nm is used as the control indices R 2 nm and R 5 nm . This separation wavelength width Wλ (2 nm and 5 nm) is about twice and five times the full width at half maximum (about 1 nm) of the envelope in the state of maintaining the light injection locking obtained from FIGS. 2 (C) and (D). Each corresponds to a wavelength range. Incidentally, in obtaining the FIG. 5, an optical pulse train L B it has been assumed to be the strength without loss divided into first and second light components L1 and L2. That is, it is assumed that the total intensity of the optical pulse train matches the sum of the first and second optical component intensities IL1 and IL2.
図5と図3とを比較すると、主従比率(I+5/I0)と、制御指標R2nm及びR5nmとは、挙動がよく似通っていることが判る。すなわち、制御指標R2nm及びR5nmは、主従比率と同様に、凹部範囲A1、極小範囲A2、及び一定値範囲A3を取る。このように、制御指標R2nm及びR5nmは、主従比率と同様に、同期強度を非常に良く反映している。よって、制御指標R2nm及びR5nmと予め定められた基準値との差を小さくする制御、つまり波長差δλを上述のWLR内に保つ制御を主縦モード波長λCWに行えば、MLLDの光注入同期を維持できる。上述した理由により、成分間強度比Rを制御指標としたとしても、その挙動は、制御指標R2nm及びR5nmと等しくなる。 Comparing FIG. 5 and FIG. 3, it can be seen that the master-slave ratio (I +5 / I 0 ) and the control indices R 2 nm and R 5 nm are similar in behavior. In other words, the control indexes R 2 nm and R 5 nm take the concave portion range A1, the minimum range A2, and the constant value range A3, similarly to the master-slave ratio. As described above, the control indices R 2 nm and R 5 nm reflect the synchronization intensity very well, similar to the master-slave ratio. Therefore, if the main longitudinal mode wavelength λ CW is controlled so as to reduce the difference between the control indices R 2 nm and R 5 nm and a predetermined reference value, that is, the control that keeps the wavelength difference δλ within the WLR described above, the MLLD light Injection locking can be maintained. For the reasons described above, even if the intensity ratio R between components is used as a control index, the behavior is equal to the control indices R 2 nm and R 5 nm .
次に、分離波長幅Wλの大きさについて説明する。概略的には、分離波長幅Wλは、光パルス列LBの包絡線enの尖り具合い、すなわち主縦モード波長λCW近傍への強度の集中度を反映するような波長幅に設定するのが好ましい。より詳細には、分離波長幅Wλは、成分間強度比R(=IL2/IL1)が、光パルス列LBの全強度に対する主縦モードの強度比を反映する波長幅に設定する必要がある。 Next, the size of the separation wavelength width Wλ will be described. Schematically, separated wavelength width Wλ is preferably set envelope en optical pulse train L B kurtosis degree, that is, a wavelength width that reflect the degree of concentration of the intensity of the Shutate mode wavelength lambda CW vicinity . More specifically, the separation wavelength width Wλ, the components between the intensity ratio R (= IL2 / IL1) needs to be set to a wavelength width to reflect the intensity ratio of Shutate mode to the total intensity of the optical pulse train L B.
より定量的には、分離波長幅Wλは、図4(B)の非同期光パルス列全幅WNCW未満で、図4(A)の同期光パルス列全幅WCWを超える波長範囲に設定することが好ましい。ここで、非同期光パルス列全幅WNCWとは、非同期パルス列LNCWの包絡線enNCWのピーク強度をPNCWとした場合、この包絡線enNCWで、強度がxPNCW(ただし、xは0<x<1)以上となる波長範囲とする。同様に、同期光パルス列全幅WCWとは、同期光パルス列LCWの包絡線enCWのピーク強度をPCWとした場合、この包絡線enCWで、強度がxPCW以上となる波長範囲とする。例えば、強度比xを0.5とした場合、非同期及び同期光パルス列全幅WNCW及びWCWは、それぞれ包絡線enNCW及びenCWの全半値幅と等しくなる。適切な強度比xの下で分離波長幅Wλを設定すれば、成分間強度比Rは、光パルス列LBの全強度に対する主縦モードの強度比を反映する。 More quantitatively, the separation wavelength width Wλ is preferably set to a wavelength range that is less than the asynchronous optical pulse train full width W NCW in FIG. 4B and exceeds the synchronous optical pulse train full width W CW in FIG. Here, the asynchronous pulse train full width W NCW, if the peak intensity of the envelope en NCW asynchronous pulse train L NCW was P NCW, this envelope en NCW, strength xP NCW (here, x is 0 <x <1) The wavelength range is as described above. Similarly, the synchronous optical pulse train full width W CW, if the peak intensity of the envelope en CW synchronous optical pulse train L CW was P CW, in the envelope en CW, the wavelength range where the intensity is equal to or greater than xP CW . For example, when the intensity ratio x is 0.5, the asynchronous and synchronous optical pulse train full widths W NCW and W CW are equal to the full widths at half maximum of the envelopes en NCW and en CW , respectively. By setting the separation wavelength width Wλ under appropriate intensity ratio x, the inter-component intensity ratio R reflects the intensity ratio of Shutate mode to the total intensity of the optical pulse train L B.
なお、MLLDからの出力光パルス列LBを構成する個々の光パルスの波長幅及び時間幅は、互いにフーリエ共役の関係にあることが知られている。従って、同期光パルス列LCWの第1光成分LCW1を出力光パルス列として外部に出力させる場合、分離波長幅Wλは、実用上十分に短い時間幅の光パルスが得られる波長幅を超えていることが好ましい。 The wavelength width and the duration of individual optical pulses forming the output optical pulse train L B from MLLD is known that the relation of Fourier conjugates of each other. Therefore, when the first optical component L CW 1 of the synchronous optical pulse train L CW is output to the outside as an output optical pulse train, the separation wavelength width Wλ exceeds the wavelength width at which an optical pulse with a sufficiently short time width can be obtained in practice. Preferably it is.
また、分離波長幅Wλが過大だと、第1光成分L1が光パルス列LBの殆どの縦モードを含む結果、同期及び非同期光パルス列LCW及びLNCWの成分間強度比Rで、光注入同期の有無による差が消失してしまう。よって、分離波長幅Wλは、光注入同期の有無により成分間強度比Rに識別可能な差が生じるような幅未満とすることが好ましい。 Further, when it excessive separation wavelength width Wramuda, results first light component L1 contains most longitudinal modes of the optical pulse train L B, in synchronous and asynchronous optical pulse train L CW and L NCW components between the intensity ratio R, the light injection The difference due to the presence or absence of synchronization disappears. Therefore, it is preferable that the separation wavelength width Wλ be less than a width that causes a discernable difference in the intensity ratio R between components depending on the presence or absence of light injection synchronization.
次に、図5を参照しながら、制御指標R2nm及びR5nmによる主縦モード波長λCWの制御において、基準となる基準値について説明する。制御指標R5nmを例に挙げると、概略的には、基準値は、上述した一定値範囲A3での制御指標の値を上限とし、極小範囲A2での制御指標の値を下限とする範囲内で設定することが好ましい。 Next, a reference value that serves as a reference in the control of the main longitudinal mode wavelength λ CW using the control indices R 2 nm and R 5 nm will be described with reference to FIG. Taking the control index R 5 nm as an example, generally, the reference value is within a range in which the upper limit is the value of the control index in the constant value range A3 and the lower limit is the value of the control index in the minimum range A2. It is preferable to set by.
より詳細には、一定値範囲A3内の波長差δλで、図4(B)の非同期光パルス列LNCWがMLLDから出力され、及び、極小範囲A2内の波長差δλで、図4(A)の同期光パルス列LCWがMLLDから出力される。ここで、非同期光パルス列LNCWから求められる、一定値範囲A3内での制御指標の値を、非同期強度比RNCW(=ILNCW2/ILNCW1)とする。同様に、同期光パルス列LCWから求められる、極小範囲A2内での制御指標の値を、同期強度比RCW(=ILCW2/ILCW1)とする。この場合に、基準値は、同期強度比RCW以上で、非同期強度比RNCW未満の範囲内で、設計に応じた好適な値を選択することが好ましい。特に、光注入同期を良好に維持する観点からは、基準値を同期強度比RCW近傍の値とすることが好ましい。例えば、図5の例での制御指標R5nmでは、基準値を極小値と等しい−31dBmとして制御を行えば、光同期状態が維持された光パルス列LCWをMLLDから常に出力させることができる。 More specifically, the asynchronous optical pulse train L NCW in FIG. 4B is output from the MLLD with the wavelength difference δλ within the constant value range A3, and the wavelength difference δλ within the minimum range A2 is illustrated in FIG. The synchronized optical pulse train LCW is output from the MLLD. Here, the value of the control index within the constant value range A3 obtained from the asynchronous optical pulse train L NCW is defined as an asynchronous intensity ratio R NCW (= IL NCW 2 / IL NCW 1). Similarly, the value of the control index within the minimum range A2 obtained from the synchronization optical pulse train L CW is defined as a synchronization intensity ratio R CW (= IL CW 2 / IL CW 1). In this case, it is preferable to select a suitable value according to the design as the reference value within the range of the synchronous strength ratio R CW or more and less than the asynchronous strength ratio R NCW . In particular, from the viewpoint of maintaining good light injection synchronization, the reference value is preferably set to a value in the vicinity of the synchronization intensity ratio RCW . For example, with the control index R 5 nm in the example of FIG. 5, if the control is performed with the reference value set to −31 dBm which is equal to the minimum value, the optical pulse train L CW in which the optical synchronization state is maintained can always be output from the MLLD.
このように、制御指標である成分間強度比Rは、縦モードの個別分離のために、例えば0.3nm程度の高い波長分解能を要した主従比率よりも、分解能を、例えば2〜5nm程度まで低くできる。その結果、成分間強度比Rは、より単純な構成の波長分離手段で求めることができる。よって、この制御指標を用いることで、光注入同期の維持能力を非特許文献3の技術と同様に保ちつつ、非特許文献3の技術よりもMLLD装置、特に、波長分離手段の構成を単純にすることができる。 As described above, the intensity ratio R between components, which is a control index, has a resolution of, for example, about 2 to 5 nm, rather than a master-slave ratio that requires a high wavelength resolution of, for example, about 0.3 nm for the individual separation of the longitudinal mode. Can be lowered. As a result, the intensity ratio R between components can be obtained by a wavelength separation means having a simpler configuration. Therefore, by using this control index, the structure of the MLLD device, in particular, the wavelength separation means, is simplified compared to the technique of Non-Patent Document 3, while maintaining the capability of maintaining the light injection synchronization as in the technique of Non-Patent Document 3. can do.
なお、この項においては、制御指標として、第1光成分L1に対する第2光成分L2の強度比である成分間強度比Rを用いた場合について主に説明した。しかし、制御指標は、光パルス列LBの全強度に対する主縦モードの強度比を反映するような量であれば、成分間強度比Rには限定されない。例えば、図5で示したように第2光成分L2の強度そのものや、第2光成分の光パルス列LBの全強度に対する第2光成分の強度比などを制御指標として用いることができる。 In this section, the case where the intensity ratio R between components that is the intensity ratio of the second light component L2 to the first light component L1 is mainly used as the control index has been described. However, control indicator, if that amount to reflect the intensity ratio of Shutate mode to the total intensity of the light pulse train L B, it is not limited to inter-component intensity ratio R. For example, it can be used as a control index such as the intensity ratio of the second optical component to the total intensity of the intensity itself or of the second light component L2, the optical pulse train of the second optical component L B, as shown in FIG.
次に、図6を参照して、光パルス列LBを、第1波長範囲Trの第1光成分L1と、第2波長範囲Rfの第2光成分L2とに分離するための分離手段の具体的な構成について説明する。図6の縦軸は、分離手段を透過する光の透過率であり、0から1範囲の値である。横軸は任意単位の波長である。図6の曲線Iは、分離手段を透過した第1光成分L1の波長特性を示し、曲線IIは、分離手段で反射された第2光成分L2の波長特性を示す。 Next, referring to FIG. 6, an optical pulse train L B, the first light component L1 of the first wavelength range Tr, specific separation means for separating the second light component L2 of the second wavelength range Rf A typical configuration will be described. The vertical axis in FIG. 6 is the transmittance of light transmitted through the separating means, and is a value in the range of 0 to 1. The horizontal axis is the wavelength in arbitrary units. A curve I in FIG. 6 shows the wavelength characteristic of the first light component L1 transmitted through the separating means, and a curve II shows the wavelength characteristic of the second light component L2 reflected by the separating means.
光パルス列LBを第1及び第2光成分L1及びL2に分離する分離手段として、図6に示すような、透過・反射特性を示す光透過反射フィルタが好適である。すなわち、この光透過反射フィルタは、第1波長範囲Trを通過帯域として、第1光成分L1を透過光として透過させ、第2光成分L2を反射光として反射させる。このような光透過反射フィルタを分離手段として用いれば、第1及び第2光成分L1及びL2を、それぞれ透過光及び反射光として分離して出力させることができる。このような光透過反射フィルタとしては、分離波長幅Wλの設計自由度が高い誘電体多層膜が好適である。 As a separation means for separating the optical pulse train L B in the first and second light components L1 and L2, as shown in FIG. 6, it is preferable light transmissive reflection filter showing the transmission and reflection characteristics. That is, the light transmission / reflection filter transmits the first light component L1 as transmitted light and reflects the second light component L2 as reflected light using the first wavelength range Tr as a pass band. If such a light transmission / reflection filter is used as the separating means, the first and second light components L1 and L2 can be separated and output as transmitted light and reflected light, respectively. As such a light transmission / reflection filter, a dielectric multilayer film having a high degree of freedom in designing the separation wavelength width Wλ is suitable.
<実施例>
以下、図7〜図11を参照して、MLLD装置の幾つかの実施例を例示する。図7〜図10は、第1〜第4実施例のMLLD装置の構成を模式的に示す模式図である。図11は、第4実施例のMLLD装置の効果を説明するための特性図である。
<Example>
Hereinafter, several embodiments of the MLLD apparatus will be illustrated with reference to FIGS. 7 to 10 are schematic views schematically showing the configuration of the MLLD apparatus of the first to fourth embodiments. FIG. 11 is a characteristic diagram for explaining the effect of the MLLD device of the fourth embodiment.
(第1実施例)
図7を参照すると、第1実施例のMLLD装置102は、モード同期手段70と、分離手段60と、制御手段50とを備えている。さらに、MLLD装置102は、任意的な要素として光カプラ21を備えている。
(First embodiment)
Referring to FIG. 7, the MLLD apparatus 102 according to the first embodiment includes a mode synchronization unit 70, a separation unit 60, and a control unit 50. Furthermore, the MLLD device 102 includes an optical coupler 21 as an optional element.
分離手段60は、光注入同期状態でモード同期動作を行うモード同期手段70からの出力光パルス列LBが含む第1光成分L1を透過させ、第2光成分L2を反射させる透過反射フィルタとして構成されている。この透過反射フィルタの構成は上述したとおりである。 Separating means 60, is transmitted through the output optical pulse train L first light component L1 B contains from mode synchronization means 70 for mode-locking operation by the optical injection locking state, constituting a second light component L2 as a transmissive reflection filter for reflecting Has been. The configuration of the transmission / reflection filter is as described above.
光カプラ21は、分離手段60と強度検出部51との間の第1光成分L1の伝搬経路に介在する光分岐素子である。光カプラ21は、第1光成分L1を所定の強度割合で分離して、一方を光パルス列LB’として系外に出力し、他方を強度検出部51に向けて出力する。 The optical coupler 21 is an optical branching element interposed in the propagation path of the first light component L1 between the separating means 60 and the intensity detector 51. The optical coupler 21 separates the first light component L1 at a predetermined intensity ratio, outputs one as an optical pulse train L B ′ outside the system, and outputs the other toward the intensity detector 51.
制御手段50は、強度検出部51と、制御部52とを備えている。強度検出部51は、第1及び第2光成分L1及びL2の強度をそれぞれ検出する。制御部52は、まず、第1及び第2光成分L1及びL2の強度から制御指標Rを算出する。さらに、制御部52は、この制御指標Rと、予め別手段で定められた基準値とを比較して、両者の差を小さくするように、モード同期手段70の後述する調整部23をフィードバック制御する。 The control unit 50 includes an intensity detection unit 51 and a control unit 52. The intensity detector 51 detects the intensity of the first and second light components L1 and L2, respectively. The controller 52 first calculates the control index R from the intensities of the first and second light components L1 and L2. Further, the control unit 52 compares the control index R with a reference value determined in advance by another means, and feedback-controls the adjusting unit 23 described later of the mode synchronization means 70 so as to reduce the difference between the two. To do.
モード同期手段70は、制御手段50の制御の下で、出力光パルス列LBの波長を光注入同期が維持される範囲に保つように構成されている。より詳細には、モード同期手段70は、MLLD素子1と、調整部23とを備えている。さらに、モード同期手段70は、任意的な要素として、CW光源19と、入力光学系110と、出力光学系112と、直流電源11と、変調電源13と、電圧源12と、温度制御部32とを備えている。 Mode-locking means 70, under the control of the control unit 50 is configured to wavelength of the output optical pulse train L B so as to keep a range of optical injection locking is maintained. More specifically, the mode synchronization unit 70 includes the MLLD element 1 and the adjustment unit 23. Further, the mode synchronization means 70 includes, as optional elements, a CW light source 19, an input optical system 110, an output optical system 112, a DC power supply 11, a modulation power supply 13, a voltage source 12, and a temperature control unit 32. And.
MLLD素子1は、概略的には、pn接合を含んで構成される光利得領域3に電流を注入することで、反転分布を形成してレーザ発振を実現する半導体レーザダイオードである。MLLD素子1は、適当な電圧及び電流の印加によりモード同期状態で動作する。この状態のMLLD素子1に、波長λCWの連続波光CWを注入すると、光注入同期が生じ、内部を伝搬する伝搬光LAと連続波光CWとが相互作用し、波長がλCWに等しい光パルス列LBが出力される。MLLD素子1は、調整部23を介して制御手段50により制御される。この制御により、光注入同期が維持されるように、伝搬光LA、すなわち出力光パルス列LBの主縦モード波長λLMをλCWに一致させる。 The MLLD element 1 is generally a semiconductor laser diode that realizes laser oscillation by forming an inversion distribution by injecting a current into an optical gain region 3 including a pn junction. The MLLD element 1 operates in a mode-locked state by applying an appropriate voltage and current. To MLLD device 1 in this state, when injecting the continuous wave light CW of wavelength lambda CW, optical injection locking occurs, propagates light L A and interaction with the continuous wave light CW propagating inside the light wavelength is equal to lambda CW pulse train L B is outputted. The MLLD element 1 is controlled by the control means 50 via the adjustment unit 23. With this control, the main longitudinal mode wavelength λ LM of the propagation light L A , that is, the output light pulse train L B is made to coincide with λ CW so that the light injection locking is maintained.
構造的には、MLLD素子1は、伝搬光が伝搬するコア30と、このコア30を厚さ方向の上下から挟み込む、p型クラッド5及びn型クラッド6を備えた光導波路40を有する。 Structurally, the MLLD element 1 includes a core 30 through which propagating light propagates, and an optical waveguide 40 including a p-type cladding 5 and an n-type cladding 6 that sandwich the core 30 from above and below in the thickness direction.
コア30は、記載順で直列に配置された、光変調領域2と、光利得領域3と、受動導波路領域4とを備えている。なお、これらの3つの領域の区分は飽くまで機能的なものであり、3つの領域に構造的な違いは無い。つまり、これらの3つの領域は、コア30を一体的に構成している。 The core 30 includes an optical modulation region 2, an optical gain region 3, and a passive waveguide region 4, which are arranged in series in the order of description. It should be noted that the division of these three regions is functional until they are tired, and there is no structural difference between the three regions. That is, these three regions integrally form the core 30.
光利得領域3は、レーザ発振のための光増幅機能を有する領域である。より詳細には、光利得領域3には、p側電極9とn側共通電極7とを介して直流電源11から定電流が注入されて、レーザ発振に必要な反転分布が形成される。 The optical gain region 3 is a region having an optical amplification function for laser oscillation. More specifically, a constant current is injected into the optical gain region 3 from the DC power supply 11 through the p-side electrode 9 and the n-side common electrode 7 to form an inversion distribution necessary for laser oscillation.
光変調領域2は、モード同期動作を行うために、伝搬光LAの光強度を変調する領域であり、透過率が外部から変調される。より詳細には、光変調領域2には、p側電極8とn側共通電極7とを介して、電圧源12から逆バイアス電圧が印加される。さらに、同電極7及び8を介して、変調電源13からMLLD素子1の有する共振器周回周波数の自然数倍の周波数の変調電圧が印加される。これらの印加電圧により、光変調領域2の透過率が変調される。光変調領域2は、受動モード同期レーザにおける可飽和吸収帯や、能動モード同期レーザにおける電界吸収型光変調器などの光変調器に相当する。 Optical modulation region 2, in order to perform mode-locking operation, a region for modulating light intensity of the propagating light L A, the transmittance is modulated externally. More specifically, a reverse bias voltage is applied from the voltage source 12 to the light modulation region 2 via the p-side electrode 8 and the n-side common electrode 7. Further, a modulation voltage having a frequency that is a natural number multiple of the resonator circulation frequency of the MLLD element 1 is applied from the modulation power source 13 via the electrodes 7 and 8. The transmittance of the light modulation region 2 is modulated by these applied voltages. The optical modulation region 2 corresponds to an optical modulator such as a saturable absorption band in a passive mode-locked laser or an electroabsorption optical modulator in an active mode-locked laser.
受動導波路領域4は、発振光LAの波長に対して透明な材料で構成され、調整部23による屈折率の調整を受けて、発振光LAの波長、すなわち出力光パルス列LBの主縦モード波長λLMを変化させる領域である。より詳細には、受動導波路領域4に対応する領域に延在する光導波路40にはpin接合が形成されている。このpin接合では、受動導波路領域4が真性半導体層(i層)であり、該領域4に対応する領域に延在するp型及びn型クラッド5及び6がそれぞれp層及びn層である。このpin接合に、p側電極10とn側共通電極7とを介して、調整部23から、制御手段50の制御に従った制御電流を注入する。これにより、受動導波路領域4に生じるプラズマ効果を利用して、該領域4の屈折率を変化させる。この屈折率の変化により、受動導波路領域4の光路長を変化させ、コア30を伝搬する発振光LAの波長、すなわち出力光パルス列LBの主縦モード波長λLMが波長同期範囲WLR内に保たれるように調整する。より詳細には、出力光パルス列LBと連続波光CWとの波長差δλが光注入同期を維持可能な波長同期範囲WLR内に保たれるように調整する(図1(C)参照)。 Passive waveguide region 4 is composed of a material transparent to the wavelength of the oscillation light L A, it receives the adjustment of the refractive index by adjusting unit 23, the wavelength of the oscillation light L A, or main output optical pulse train L B This is a region in which the longitudinal mode wavelength λ LM is changed. More specifically, a pin junction is formed in the optical waveguide 40 extending in a region corresponding to the passive waveguide region 4. In this pin junction, the passive waveguide region 4 is an intrinsic semiconductor layer (i layer), and the p-type and n-type claddings 5 and 6 extending to the region corresponding to the region 4 are a p-layer and an n-layer, respectively. . A control current in accordance with the control of the control means 50 is injected from the adjustment unit 23 into the pin junction via the p-side electrode 10 and the n-side common electrode 7. Thereby, the refractive index of the region 4 is changed by utilizing the plasma effect generated in the passive waveguide region 4. This change in refractive index, the passive waveguide to change the optical path length of the region 4, the core 30 the wavelength of the oscillation light L A for propagating, that is, the output optical pulse train main longitudinal mode wavelength lambda LM wavelength tuning range within WLR of L B Make adjustments so that More specifically, the wavelength difference δλ the continuous wave light CW is adjusted to be kept in optical injection locking a wavelength tuning range WLR sustainable output optical pulse train L B (see FIG. 1 (C)).
ここで、「発振光LA及び出力光パルス列LBの波長を調整する」とは、主縦モード波長λLMのみでなく、発振光LA及び出力光パルス列LBに含まれる全縦モードの波長を同時に同じ波長幅だけシフトさせることを意味する。 Here, the "adjusting the wavelength of the oscillation light L A and the output optical pulse train L B", the main longitudinal mode wavelength λ not only LM, of the total longitudinal mode included in the oscillation light L A and the output optical pulse train L B This means that the wavelengths are simultaneously shifted by the same wavelength width.
再びモード同期手段70の構成の説明に戻る。調整部23は、上述のように、制御手段50の制御の下で、受動導波路領域4の屈折率を調整することにより、発振光LA全体の波長を変化させて、出力光パルス列LBの主縦モード波長λLMを、光注入同期が維持される波長範囲内に保つ。この実施例では、調整部23は、制御手段50の制御に従った制御電流を受動導波路領域4に対応する光導波路40のpin接合に注入する制御電流注入装置として構成されている。 Returning to the description of the configuration of the mode synchronization means 70 again. Adjustment unit 23, as described above, under the control of the control unit 50, by adjusting the refractive index of the passive waveguide region 4, by changing the wavelength of the entire oscillation light L A, the output optical pulse train L B The main longitudinal mode wavelength λ LM is kept within the wavelength range in which the light injection locking is maintained. In this embodiment, the adjusting unit 23 is configured as a control current injection device that injects a control current according to the control of the control means 50 into the pin junction of the optical waveguide 40 corresponding to the passive waveguide region 4.
CW光源19は、MLLD素子1の外部に設けられており、単一波長λCWの出力光を出力する光源である。この出力光は、入力光学系110で連続波光CWへと変換された後に、コア30に注入される。なお、連続波光CWをコア30に注入するとは、コア30に連続波光CWを入力することを示す。 The CW light source 19 is provided outside the MLLD element 1 and is a light source that outputs output light having a single wavelength λ CW . This output light is converted into continuous wave light CW by the input optical system 110 and then injected into the core 30. Injecting continuous wave light CW into the core 30 indicates that continuous wave light CW is input to the core 30.
入力光学系110は、概略的には、CW光源19からの出力光を連続波光CWへと変換するとともに、この連続波光CWをコア30に入力するための光学系である。入力光学系110は、偏光面調整素子20、光サーキュレータ18及び結合レンズ17を備えている。 The input optical system 110 is generally an optical system for converting the output light from the CW light source 19 into continuous wave light CW and inputting the continuous wave light CW into the core 30. The input optical system 110 includes a polarization plane adjusting element 20, an optical circulator 18, and a coupling lens 17.
偏光面調整素子20は、CW光源19からの出力光を、MLLD素子1内部の伝搬光LAに等しい偏光方向の連続波光CWへと変換する素子である。より詳細には、偏光面調整素子20は、例えば、1/2波長板等で構成される。すなわち、1/2波長板の結晶軸(進相軸又は遅相軸)を回転させることより、CW光源19からの出力光の偏光面を回転させ、偏光方向が伝搬光LAに一致した連続波光CWを得る。 Polarization plane adjustment element 20 is an element for converting the output light from the CW light source 19, the same polarization direction propagating light L A of the internal MLLD element 1 to the continuous wave light CW. More specifically, the polarization plane adjustment element 20 is configured by, for example, a half-wave plate. In other words, continuous from rotating crystal axis of 1/2-wavelength plate (phase advancing axis or slow axis), which rotates the polarization plane of the output light from the CW light source 19, the polarization direction coincides with the propagation light L A Wave light CW is obtained.
光サーキュレータ18は、コア30に入力される連続波光CWと、コア30から出力される光パルス列LBとを光非相反的に分離する素子である。つまり、光サーキュレータ18は、3個の入出力ポート181,182及び183を備えており、入出力ポート181に入力された連続波光CWは、入出力ポート182から出力されて、結合レンズ17を介して入出力端面Qからコア30に注入される。また、コア30の入出力端面Qから出力される光パルス列LBは、入出力ポート182に入力され、入出力ポート183から分離手段60に向けて出力される。 Optical circulator 18, a continuous wave light CW inputted to the core 30, an element which optical nonreciprocal separate the optical pulse train L B outputted from the core 30. In other words, the optical circulator 18 includes three input / output ports 18 1 , 18 2 and 18 3 , and the continuous wave light CW input to the input / output port 18 1 is output from the input / output port 18 2 , It is injected into the core 30 from the input / output end face Q via the coupling lens 17. Further, the optical pulse train L B outputted from the output end face Q of the core 30 is input to the input-output port 18 2, is output from the output port 18 3 toward the separating means 60.
入力光学系110を構成する結合レンズ17は、連続波光CWのコア30への結合効率と、コア30から出力される光パルス列LBの出力光学系112への結合効率とを、それぞれ高めるための素子である。 Coupling lens 17 constituting the input optical system 110, and the coupling efficiency to the core 30 of the continuous wave light CW, and a coupling efficiency to the output optical system 112 of the optical pulse train L B outputted from the core 30, to enhance each It is an element.
出力光学系112は、概略的には、MLLD素子1からの出力光パルス列LBを外部に出力させるための光学系であり、MLLD素子1と分離手段60との間に介在している。出力光学系112は、結合レンズ17、光サーキュレータ18を備えている。ここで、出力光学系112は、結合レンズ17及び光サーキュレータ18を入力光学系110と共有している。 Output optics 112 is schematically an optical system for outputting an output optical pulse train L B from MLLD element 1 to the outside is interposed between the MLLD element 1 and the separation means 60. The output optical system 112 includes a coupling lens 17 and an optical circulator 18. Here, the output optical system 112 shares the coupling lens 17 and the optical circulator 18 with the input optical system 110.
温度制御部32は、MLLD素子1の温度を一定に保つことで、MLLD素子1からの出力光パルスLBの縦モード波長を安定化させる。温度制御部32は、発熱・吸熱素子14と、温度モニタ15と、温度コントローラ16とを備えている。より詳細には、温度モニタ15は、MLLD素子1の温度を観測する。温度コントローラ16は、温度モニタ15の観測温度と、予め定められた設定温度との差に基づいて、発熱・吸熱素子14を制御する。発熱・吸熱素子14は、例えばペルチエ素子で構成され、温度コントローラ16からの制御を受け、MLLD素子1の温度を一定に保つように、吸熱又は発熱する。 Temperature control unit 32, to keep the temperature of the MLLD device 1 constant, stabilizing the longitudinal mode wavelength of the output light pulse L B from MLLD element 1. The temperature control unit 32 includes a heat generation / heat absorption element 14, a temperature monitor 15, and a temperature controller 16. More specifically, the temperature monitor 15 observes the temperature of the MLLD element 1. The temperature controller 16 controls the heat-generating / heat-absorbing element 14 based on the difference between the observed temperature of the temperature monitor 15 and a preset temperature. The heat-generating / heat-absorbing element 14 is composed of a Peltier element, for example, and receives heat or generates heat so as to keep the temperature of the MLLD element 1 constant under the control of the temperature controller 16.
続いて、適宜図1,図4及び図7を参照して、MLLD装置の制御方法を、動作とともに説明する。 Next, the control method of the MLLD device will be described together with the operation with reference to FIGS. 1, 4 and 7 as appropriate.
(第1過程)
第1過程では、連続波光CWの注入により、光注入同期が維持された状態でモード同期動作を行うMLLD素子1から、光パルス列LBが出力される(図1(A)参照)。
(First step)
In the first step, the injection of the continuous wave light CW, from MLLD device 1 for optical injection locking mode while it is maintained synchronous operation, the optical pulse train L B is outputted (refer to FIG. 1 (A)).
より詳細には、直流電源11、電圧源12及び変調電源13を用いて、コア30に適当な電圧及び電流を印加することで、MLLD素子1はモード同期動作する。モード同期動作の結果、縦モードLMpの波長λpを中心波長とする、図1(B)に示すような発振スペクトルを持つ伝搬光LAが、コア30を伝搬する。 More specifically, the MLLD element 1 is mode-locked by applying an appropriate voltage and current to the core 30 using the DC power supply 11, the voltage source 12, and the modulation power supply 13. Results of mode-locking operation, the wavelength lambda p longitudinal mode LM p centered wavelength, propagating light L A having an oscillation spectrum as shown in FIG. 1 (B), propagated the core 30.
この状態のMLLD素子1に、所定条件を満たす連続波光CWを、入力光学系110を介してCW光源19から注入することで、MLLD素子1に光注入同期が発現する。ここで、所定条件とは(1)連続波光CWの波長λCWが発振光LAの全縦モードが分布する波長範囲に含まれること、及び(2)連続波光CWの偏光方向が発振光LAと一致することである。 By injecting continuous wave light CW satisfying a predetermined condition into the MLLD element 1 in this state from the CW light source 19 via the input optical system 110, light injection synchronization appears in the MLLD element 1. Here, the predetermined condition (1) that the wavelength lambda CW continuous wave light CW is included in the wavelength range in which all longitudinal modes to distribution of the oscillation light L A, and (2) the polarization direction of the continuous wave light CW oscillation light L Match A.
光注入同期状態にあるMLLD素子1からは、主縦モード波長が、連続波光CWの波長λCWに等しい、図1(C)に示すような発振スペクトルを持つ光パルス列LBが出力される。光パルス列LBは、出力光学系112を介して、分離手段60である光透過反射フィルタに入力される。 From MLLD element 1 in the optical injection locking state, the main longitudinal mode wavelength equal to the wavelength lambda CW continuous wave light CW, the optical pulse train L B having an oscillation spectrum as shown in FIG. 1 (C) is output. Optical pulse train L B via the output optical system 112, is input to the light transmission reflecting filter is a separating means 60.
(第2過程)
第2過程では、光パルス列LBに含まれる第1及び第2光成分L1及びL2を、第1及び第2光成分L1及びL2の強度比が光パルス列LBの全光強度に対する主縦モードの強度比を反映するように波長分離する。
(Second process)
In the second step, Shutate mode the first and second light components L1 and L2 contained in the optical pulse train L B, the intensity ratio of the first and second light components L1 and L2 to the total light intensity of the optical pulse train L B The wavelength separation is performed so as to reflect the intensity ratio.
より詳細には、分離手段60は、光パルス列LBを、第1波長範囲Trの第1光成分L1と、第2波長範囲Rfの第2光成分L2とに波長分離する(図4(A)及び(B)参照)。より具体的には、分離手段60は、第1光成分L1を透過させ、第2光成分L2を反射させる。上述のように、分離手段60の分離波長幅Wλは、第1及び第2光成分L1及びL2の強度比(IL2/IL1)が光パルス列LBの全光強度に対する主縦モードの比率を反映するように決められている。 More specifically, the separation means 60, an optical pulse train L B, the first light component L1 of the first wavelength range Tr, wavelength separated into a second light component L2 of the second wavelength range Rf (FIG 4 (A ) And (B)). More specifically, the separating means 60 transmits the first light component L1 and reflects the second light component L2. As described above, the separation wavelength width Wλ separation means 60, reflects the ratio of Shutate mode intensity ratio of the first and second light components L1 and L2 (IL2 / IL1) is to the total light intensity of the optical pulse train L B It is decided to do.
(第3過程)
第3過程では、第1及び第2光成分L1及びL2の強度比(IL2/IL1)もしくは第2光成分L2の光強度IL2を用いて発振光LAの波長を制御して、波長差δλが光注入同期を維持可能な波長同期範囲WLR内に保たれるように、出力光パルス列LBの主縦モードの波長λLMを変化させる。
(Third process)
In a third step, the intensity ratio of the first and second light components L1 and L2 (IL2 / IL1) or by controlling the wavelength of the oscillation light L A using the light intensity IL2 of the second light component L2, a wavelength difference δλ so it remains in the optical injection locking a wavelength tuning range WLR sustainable, changing the wavelength lambda LM main longitudinal mode of the output optical pulse train L B.
より詳細には、第1及び第2光成分L1及びL2は、制御手段50の強度検出部51に入力され、それぞれの強度が検出される。制御手段50の制御部52は、検出された第1及び第2光成分L1及びL2の強度を用いて、第1光成分L1に対する第2光成分L2の強度比である制御指標Rを算出する。上述のように、この制御指標Rは、MLLD素子1の同期強度を反映している。 More specifically, the first and second light components L1 and L2 are input to the intensity detector 51 of the control means 50, and the respective intensities are detected. The control unit 52 of the control unit 50 uses the detected intensities of the first and second light components L1 and L2 to calculate a control index R that is an intensity ratio of the second light component L2 to the first light component L1. . As described above, this control index R reflects the synchronization strength of the MLLD element 1.
さらに、制御部52は、制御指標Rと、予め定められた基準値とを比較して、両者の差を小さくするように、モード同期手段70の調整部23をフィードバック制御する。つまり、制御部52は、MLLD素子1で光注入同期が維持されるように、調整部23を制御する。 Further, the control unit 52 compares the control index R with a predetermined reference value, and feedback-controls the adjustment unit 23 of the mode synchronization means 70 so as to reduce the difference between the two. That is, the control unit 52 controls the adjustment unit 23 so that the light injection synchronization is maintained in the MLLD element 1.
より具体的には、制御部52は、調整部23を制御して、伝搬光LAの主縦モード波長λLMを変化させる。つまり、制御部52の制御の結果として生じる伝搬光LAの縦モード波長λLMの変化は、同期強度を変え、これにより、さらに光パルス列LBの縦モード波長λLMの変化が引き起こされる。この光パルス列LBの縦モード波長λLMの変化は、制御指標Rの変化として観測され、再び制御部52に戻される。このように、制御部52は、制御指標Rと基準値との差の変化率として、自らの制御結果の適否を確認でき、この制御結果に基づき適切な制御を調整部23に実施する。 More specifically, the control unit 52 controls the adjusting unit 23 changes the main longitudinal mode wavelength lambda LM of the propagation light L A. That is, the longitudinal mode wavelength lambda LM change of the propagation light L A as a result of control of the control unit 52 changes the synchronous strength, thereby further longitudinal mode wavelength lambda LM of change in the optical pulse train L B is caused. The longitudinal mode wavelength lambda LM of change in the optical pulse train L B is observed as a change in the control index R, and returned again to the control unit 52. In this way, the control unit 52 can confirm the suitability of its own control result as the rate of change of the difference between the control index R and the reference value, and performs appropriate control on the adjustment unit 23 based on this control result.
制御手段50の制御を受けるモード同期手段70の調整部23は、受動導波路領域4に制御に応じた制御電流を注入する。これにより、該領域4にプラズマ効果を発生させ、受動導波路領域4の屈折率を変化させる。この屈折率の変化により、受動導波路領域4の光路長を変化させ、コア30を伝搬する発振光LAの波長、すなわち出力光パルス列LBの主縦モード波長λLMが波長同期範囲WLR内に保たれるように調整する。より詳細には、出力光パルス列LBと連続波光CWとの波長差δλが光注入同期を維持可能な波長同期範囲WLR内に保たれるように調整する(図1(C)参照)。 The adjustment unit 23 of the mode synchronization unit 70 that is controlled by the control unit 50 injects a control current corresponding to the control into the passive waveguide region 4. Thereby, a plasma effect is generated in the region 4 and the refractive index of the passive waveguide region 4 is changed. This change in refractive index, the passive waveguide to change the optical path length of the region 4, the core 30 the wavelength of the oscillation light L A for propagating, that is, the output optical pulse train main longitudinal mode wavelength lambda LM wavelength tuning range within WLR of L B Make adjustments so that More specifically, the wavelength difference δλ the continuous wave light CW is adjusted to be kept in optical injection locking a wavelength tuning range WLR sustainable output optical pulse train L B (see FIG. 1 (C)).
このように、この実施例のMLLD装置の制御方法によれば、非特許文献3の技術よりも簡単な方法で、非特許文献3の技術と同等に光注入同期を維持できる。 Thus, according to the control method of the MLLD device of this embodiment, the light injection synchronization can be maintained in the same manner as the technique of Non-Patent Document 3 by a simpler method than the technique of Non-Patent Document 3.
この実施例においては、結合レンズ17を用いた場合について説明した。しかし、連続波光CW及び光パルス列LBの入出力効率が十分に大きいならば、結合レンズ17を省略してもよい。 In this embodiment, the case where the coupling lens 17 is used has been described. However, if input and output efficiency of the continuous wave light CW and the optical pulse train L B is sufficiently large, it may be omitted coupling lens 17.
また、この実施例においては、MLLD素子1のコア30が、光利得領域3、光変調領域2及び受動導波路領域4を備える場合について説明した。しかし、MLLD素子1は、これらの3つの領域を備える必要は無く、以下の3条件を満たす任意のMLLD素子を用いることができる。その条件とは(1)MLLD素子1を電流注入により励起してレーザ発振させること、(2)MLLD素子1の共振器の周回周波数の自然数倍の周波数で光変調を行なうことでモード同期を実現させること、及び(3)発振光LAの波長が可変であること、である。 In this embodiment, the case where the core 30 of the MLLD element 1 includes the optical gain region 3, the optical modulation region 2, and the passive waveguide region 4 has been described. However, the MLLD element 1 does not have to include these three regions, and any MLLD element that satisfies the following three conditions can be used. The conditions are as follows: (1) excitation of the MLLD element 1 by current injection to cause laser oscillation; and (2) optical modulation at a frequency that is a natural number multiple of the round frequency of the resonator of the MLLD element 1. it is realized, and (3) the wavelength of the oscillation light L a is variable, a.
(第2実施例)
図8を参照して、第2実施例のMLLD装置103について説明する。この実施例のMLLD装置103は、モード同期手段72の調整部24を除いて第1実施例のMLLD装置102と同様に構成されている。従って、この相違点に関して主に説明する。
(Second embodiment)
With reference to FIG. 8, the MLLD apparatus 103 of 2nd Example is demonstrated. The MLLD device 103 of this embodiment is configured in the same manner as the MLLD device 102 of the first embodiment except for the adjustment unit 24 of the mode synchronization means 72. Therefore, this difference will be mainly described.
MLLD装置103の調整部24は、制御手段50の制御に従った逆バイアス電圧である制御逆バイアス電圧を、受動導波路領域4に対応する光導波路40のpin接合に印加する制御電圧印加装置として構成されている。調整部24は、制御逆バイアス電圧を印加することで、受動導波路領域4で生じるポッケルス効果を利用して受動導波領域4の屈折率を変化させる。 The adjustment unit 24 of the MLLD device 103 is a control voltage application device that applies a control reverse bias voltage, which is a reverse bias voltage according to the control of the control unit 50, to the pin junction of the optical waveguide 40 corresponding to the passive waveguide region 4. It is configured. The adjustment unit 24 changes the refractive index of the passive waveguide region 4 using the Pockels effect generated in the passive waveguide region 4 by applying a control reverse bias voltage.
第1実施例のMLLD装置102とは異なり、この実施例のMLLD装置103は、屈折率の制御に当たり、受動導波路領域4に電流を注入しない。その結果、MLLD装置103では受動導波路領域4で自由キャリア吸収が発生しない。このため、この実施例のMLLD装置103は、MLLD装置102よりも高強度の出力光パルス列LBを出力できる。 Unlike the MLLD device 102 of the first embodiment, the MLLD device 103 of this embodiment does not inject current into the passive waveguide region 4 when controlling the refractive index. As a result, free carrier absorption does not occur in the passive waveguide region 4 in the MLLD device 103. Therefore, MLLD device 103 of this embodiment can output an output optical pulse train L B of higher strength than MLLD device 102.
なお、MLLD装置103は、MLLD装置102と同様の変形が可能である。 The MLLD device 103 can be modified in the same manner as the MLLD device 102.
(第3実施例)
図9を参照して、第3実施例のMLLD装置104について説明する。この実施例のMLLD装置104は、モード同期手段74の調整部27を除いて第1実施例のMLLD装置102と同様に構成されている。従って、この相違点に関して主に説明する。
(Third embodiment)
With reference to FIG. 9, the MLLD apparatus 104 of 3rd Example is demonstrated. The MLLD device 104 of this embodiment is configured in the same manner as the MLLD device 102 of the first embodiment except for the adjusting unit 27 of the mode synchronization means 74. Therefore, this difference will be mainly described.
MLLD装置104の調整部27は、制御手段50の制御に従って受動導波路領域4の温度を調整する温度調整装置として構成されている。調整部27は、抵抗膜26への通電で発生するジュール熱を利用して温度を調整し、受動導波路領域4の屈折率を変化させる。より詳細には、調整部27は、絶縁層25と、抵抗膜26とを備えている。絶縁層25は、受動導波路領域4に対応するp型クラッド5の上面に設けられており、抵抗膜26と、MLLD素子1との間の電気的絶縁性を確保する。抵抗膜26は、絶縁層25の直上に設けられた、例えば、白金薄膜等の電気抵抗膜である。抵抗膜26では、通電される電流値に対応した熱量のジュール熱が生じ、この熱量に応じて受動導波路領域4の屈折率が変化する。 The adjusting unit 27 of the MLLD device 104 is configured as a temperature adjusting device that adjusts the temperature of the passive waveguide region 4 under the control of the control means 50. The adjustment unit 27 adjusts the temperature using Joule heat generated by energization of the resistance film 26 and changes the refractive index of the passive waveguide region 4. More specifically, the adjustment unit 27 includes an insulating layer 25 and a resistance film 26. The insulating layer 25 is provided on the upper surface of the p-type cladding 5 corresponding to the passive waveguide region 4 and ensures electrical insulation between the resistance film 26 and the MLLD element 1. The resistance film 26 is an electrical resistance film such as a platinum thin film provided immediately above the insulating layer 25. In the resistance film 26, Joule heat having a heat amount corresponding to the current value to be energized is generated, and the refractive index of the passive waveguide region 4 changes according to the heat amount.
この実施例のMLLD装置104は、第2実施例のMLLD装置103と同様に、屈折率の制御に当たり、受動導波路領域4に電流を注入しない。よって、MLLD装置104は、MLLD装置103と同様に、受動導波路領域4での自由キャリア吸収を防止し、MLLD装置102よりも高強度の出力光パルス列LBを出力できる。 As in the MLLD device 103 of the second embodiment, the MLLD device 104 of this embodiment does not inject current into the passive waveguide region 4 when controlling the refractive index. Therefore, MLLD device 104, like the MLLD device 103, to prevent the free carrier absorption in the passive waveguide region 4, can output an output optical pulse train L B of higher strength than MLLD device 102.
さらに、温度変化を利用するMLLD装置104では、MLLD装置103よりも広い屈折率変化幅が得られる。よって、MLLD装置104は、より広い波長範囲での縦モード波長の調整が要求される場合に特に好適である。例えば、モード同期周波数が高く、MLLD素子1の安定動作のために求められる縦モード波長の調整幅が数nmオーダに及ぶ場合等に好適である。 Furthermore, the MLLD device 104 that uses temperature changes can provide a wider refractive index change width than the MLLD device 103. Therefore, the MLLD device 104 is particularly suitable when adjustment of the longitudinal mode wavelength in a wider wavelength range is required. For example, it is suitable when the mode-locking frequency is high and the adjustment width of the longitudinal mode wavelength required for stable operation of the MLLD element 1 is on the order of several nm.
(第4実施例)
図10及び図11を参照して、第4実施例のMLLD装置105について説明する。この実施例のMLLD装置105は、連続波光CWと光パルス列LBとが、それぞれモード同期手段76のコア30の異なる端面P及びQから入出力される点を除いて第1実施例のMLLD装置102と同様に構成されている。従って、この相違点に関して主に説明する。
(Fourth embodiment)
With reference to FIGS. 10 and 11, the MLLD device 105 of the fourth embodiment will be described. MLLD apparatus of this embodiment 105, the continuous wave light CW and the optical pulse train L B is, MLLD device of the first embodiment except that it is output from a different end face P and Q of the core 30 of each mode synchronization means 76 The configuration is the same as 102. Therefore, this difference will be mainly described.
すなわち、MLLD装置105では、コア30の一方の端面を連続波光CWの入力端Pとし、コア30の他方の端面を光パルス列LBの出力端Qとする。 That is, in the MLLD device 105, the one end face of the core 30 and the input terminal P of the continuous wave light CW, the other end face of the core 30 and the output terminal Q of the optical pulse train L B.
これにより、MLLD装置105は、第1〜第3実施例のMLLD装置102〜104に比較して、出力光パルス列LBの消光比を改善することができる。 Thus, MLLD device 105 may be compared to MLLD devices 102 to 104 of the first to third embodiments, to improve the extinction ratio of the output optical pulse train L B.
以下、図11を参照して、この点について説明する。図11は、MLLD装置105の効果を説明するための特性図である。図11の横軸は、遅延時間(ps)であり、縦軸は、SHG(Second Harmonic Generation)強度(dB)である。図11の曲線Iは、第1実施例のMLLD装置102から出力される光パルス列LBのSHG自己相関波形であり、曲線IIは、MLLD装置105から出力される光パルス列LBのSHG自己相関波形である。 Hereinafter, this point will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a characteristic diagram for explaining the effect of the MLLD device 105. In FIG. 11, the horizontal axis represents delay time (ps), and the vertical axis represents SHG (Second Harmonic Generation) intensity (dB). Curve I in FIG. 11 is a SHG autocorrelation waveform of the optical pulse train L B outputted from MLLD device 102 of the first embodiment, the curve II is SHG autocorrelation of the optical pulse train L B outputted from MLLD device 105 It is a waveform.
曲線I及びIIにおいて、最大値と最小値との比を消光比と規定すると、第1実施例に対応する曲線Iの消光比は、バックグラウンド成分のために、約18dBに止まる。それに対し、この実施例に対応する曲線IIの消光比は、約28dBに増加しており、第1実施例よりも消光比が改善している。 In the curves I and II, if the ratio between the maximum value and the minimum value is defined as the extinction ratio, the extinction ratio of the curve I corresponding to the first example is only about 18 dB due to the background component. On the other hand, the extinction ratio of the curve II corresponding to this embodiment is increased to about 28 dB, and the extinction ratio is improved as compared with the first embodiment.
これは、第1〜第3実施例のMLLD装置102〜104では、連続波光CWと出力光パルス列LBの入出力に、光サーキュレータ18を用いていることに由来する。つまり、光サーキュレータ18の入出力ポート182に入力される連続波光CWの戻り光成分が、出力光パルス列LBとともに入出力ポート183から出力されてしまう。その結果、連続波光CWの戻り光成分が、曲線Iのバックグラウンド成分として検出され、消光比を悪化させる。一方、この実施例のMLLD装置105は、光サーキュレータを用いていないので、消光比を良好に保つことができる。ただし、この実施例の場合、光サーキュレータを用いていないために、反射戻り光の防止のために、連続波光CWの入力端P、光パルス列LBの出力端Qにそれぞれ第1光アイソレータ121、第2光アイソレータ122を接続して用いるのが好適である。 This is because in MLLD devices 102 to 104 of the first to third embodiments, the input and output of the continuous wave light CW output optical pulse train L B, derived from the fact that using an optical circulator 18. That is, the return light component of the continuous wave light CW input to the input-output port 18 2 of the optical circulator 18, thereby being output from the output port 18 3 together with the output optical pulse train L B. As a result, the return light component of the continuous wave light CW is detected as the background component of the curve I, and the extinction ratio is deteriorated. On the other hand, since the MLLD device 105 of this embodiment does not use an optical circulator, the extinction ratio can be kept good. However, in this embodiment, in order to not using an optical circulator, in order to prevent the reflected return light, the input end P of the continuous wave light CW, optical pulse train L first optical isolator 121 to the output terminal Q of B, The second optical isolator 122 is preferably connected and used.
なお、この実施例は、第1〜第3実施例のMLLD装置102〜104と組み合わせて用いることができる。 This embodiment can be used in combination with the MLLD devices 102 to 104 of the first to third embodiments.
(変形例)
(1)第1〜第4実施例は、上述した能動モード同期半導体レーザだけでなく、受動モード同期半導体レーザや、両者を併用したハイブリッドモード同期半導体レーザにも適用できる。
(Modification)
(1) The first to fourth embodiments can be applied not only to the above-described active mode-locked semiconductor laser, but also to a passive mode-locked semiconductor laser or a hybrid mode-locked semiconductor laser using both.
(2)第1〜第4実施例は、変調電源13を有しないために、変調電源13の繰り返し周波数よりも高い周波数で動作する受動モード半導体レーザにも適用できる。 (2) Since the first to fourth embodiments do not have the modulation power source 13, they can be applied to passive mode semiconductor lasers that operate at a frequency higher than the repetition frequency of the modulation power source 13.
(3)受動導波路路領域4の屈折率を調整するに当たり、実施例で説明したプラズマ効果やポッケルス効果に代えて、バンドフィリング効果や、量子サイズ効果であるフランツケルディッシュ効果などを用いることができる。 (3) In adjusting the refractive index of the passive waveguide region 4, it is possible to use a band filling effect, a Franzkeldish effect which is a quantum size effect, or the like instead of the plasma effect and the Pockels effect described in the embodiments. it can.
1:モード同期半導体レーザ素子(MLLD素子)
2:光変調領域
3:光利得領域
4:受動導波路領域
5:p型クラッド層
6:n型クラッド層
7:n側共通電極
8:光変調領域のp側電極
9:光利得領域のp側電極
10:受動導波路領域のp側電極
11:直流電源
12:電圧源
13:変調電源
14:発熱・吸熱素子
15:温度モニタ
16:温度コントローラ
17、17−1、17−2:結合レンズ
18:光サーキュレータ
181,182,183 入出力ポート
19、119:CW光源
20、120:偏光面調整素子
21:光カプラ
23,24,27:調整部
25:絶縁層
26:抵抗膜
30:コア
32:温度制御部
40:光導波路
50:制御手段
51:強度検出部
52:制御部
60:分離手段
70,72,74,76:モード同期手段
102、103、104、105:MLLD装置
110、114:入力光学系
112、116:出力光学系
121:第1光アイソレータ
122:第2光アイソレータ
1: Mode-locked semiconductor laser element (MLLD element)
2: light modulation region 3: light gain region 4: passive waveguide region 5: p-type cladding layer 6: n-type cladding layer 7: n-side common electrode 8: p-side electrode 9 in the light modulation region 9: p in the light gain region Side electrode 10: p-side electrode in passive waveguide region 11: DC power supply 12: voltage source 13: modulation power supply 14: heat generation / heat absorption element 15: temperature monitor 16: temperature controllers 17, 17-1, 17-2: coupling lens 18: optical circulators 18 1 , 18 2 , 18 3 input / output ports 19, 119: CW light source 20, 120: polarization plane adjusting element 21: optical couplers 23, 24, 27: adjusting unit 25: insulating layer 26: resistive film 30 : Core 32: Temperature control unit 40: Optical waveguide 50: Control unit 51: Intensity detection unit 52: Control unit 60: Separation unit 70, 72, 74, 76: Mode synchronization units 102, 103, 104, 105: MLLD device 110 114: input optics 112, 116: output optics 121: first optical isolator 122: second optical isolator
Claims (11)
前記発振光に含まれる複数の縦モードの内何れかの縦モードである標的縦モードとの間に光注入同期を発現可能な波長差を有し、かつ前記発振光と偏光方向が一致する連続波光が入力され、該連続波光に等しい波長の縦モードである主縦モード、及び該主縦モード波長の周りに分布する複数の従縦モードを含む光パルス列を出力するモード同期半導体レーザ素子と、
前記光パルス列に含まれる第1及び第2光成分を、当該第1及び第2光成分の強度比が、前記光パルス列の全光強度に対する前記主縦モードの比率を反映するように分離する分離手段と、
前記第2光成分の光強度を用いて制御指標を求めるとともに、該制御指標を用いて前記調整部を制御して、前記波長差が前記光注入同期を維持可能な波長同期範囲内に保たれるように、前記主縦モードの波長を変化させる制御手段と
を備え、
前記第1光成分を、前記主縦モード波長を中心とする分離波長幅内に含まれる前記縦モードとし、及び前記第2光成分を、前記光パルス列に含まれる全ての縦モードから前記第1光成分を除いた縦モードとする
ことを特徴とするモード同期半導体レーザ装置。 An optical gain region that forms an inversion distribution, a light modulation region that modulates the light intensity, and a passive waveguide region in which the wavelength of the oscillation light is changed by the adjustment unit, and includes a core through which the oscillation light propagates, and a cladding Including an optical waveguide
A continuous wave having a wavelength difference capable of realizing light injection locking with a target longitudinal mode which is one of a plurality of longitudinal modes included in the oscillation light and having the polarization direction coincident with the oscillation light A mode-locked semiconductor laser element that receives a light wave and outputs an optical pulse train including a main longitudinal mode that is a longitudinal mode having a wavelength equal to that of the continuous wave light, and a plurality of subordinate longitudinal modes distributed around the main longitudinal mode wavelength;
Separating the first and second light components included in the optical pulse train so that the intensity ratio of the first and second light components reflects the ratio of the main longitudinal mode to the total light intensity of the optical pulse train Means,
A control index is obtained using the light intensity of the second light component, and the adjustment unit is controlled using the control index, so that the wavelength difference is kept within a wavelength synchronization range in which the light injection synchronization can be maintained. Control means for changing the wavelength of the main longitudinal mode,
The first optical component is the longitudinal mode included in a separation wavelength width centered on the main longitudinal mode wavelength, and the second optical component is the first longitudinal component from all longitudinal modes included in the optical pulse train. A mode-locked semiconductor laser device characterized by a longitudinal mode excluding light components.
前記制御手段は、前記成分間強度比と予め定められた基準値との差異を小さくするように、前記調整部を制御することを特徴とする請求項1に記載のモード同期半導体レーザ装置。 As the control index, an inter-component intensity ratio that is an intensity ratio of the second light component to the first light component is used.
The mode-locked semiconductor laser device according to claim 1, wherein the control unit controls the adjustment unit so as to reduce a difference between the intensity ratio between components and a predetermined reference value.
前記光注入同期が維持されている状態の前記モード同期半導体レーザ素子から出力される前記光パルス列が含む全縦モードの包絡線において、該包絡線のピーク対して強度比が前記x以上となる波長範囲を同期光パルス列全幅とする場合、
前記分離手段の前記分離波長幅を、前記非同期光パルス列全幅未満で、前記同期光パルス列全幅を超える波長範囲に設定することを特徴とする請求項1又は2に記載のモード同期半導体レーザ装置。 In the envelope of all longitudinal modes included in the asynchronous optical pulse train output from the mode-locked semiconductor laser element in a state where the light injection locking is not manifested, the intensity ratio to the peak of the envelope is x (where x Is a wavelength range in which 0 <x <1) or more is defined as the full width of the asynchronous optical pulse train,
In the envelope of all longitudinal modes included in the optical pulse train output from the mode-locked semiconductor laser element in a state where the light injection locking is maintained, the wavelength at which the intensity ratio with respect to the peak of the envelope is not less than x When the range is the full width of the synchronous optical pulse train,
3. The mode-locked semiconductor laser device according to claim 1, wherein the separation wavelength width of the separation unit is set to a wavelength range that is less than the full width of the asynchronous optical pulse train and exceeds the full width of the synchronous light pulse train.
前記光注入同期が維持されている状態における前記成分間強度比を同期強度比とする場合、
前記基準値を、前記非同期強度比と前記同期強度比の間の値に設定することを特徴とする請求項2に記載のモード同期半導体レーザ装置。 In the first and second light components when the separation means separates the asynchronous light pulse train output from the mode-locked semiconductor laser element in a state where the light injection locking is not manifested, the first light component is compared with the first light component. The intensity ratio of the two light components is the asynchronous intensity ratio,
When the intensity ratio between the components in the state where the light injection synchronization is maintained as a synchronous intensity ratio,
3. The mode-locked semiconductor laser device according to claim 2, wherein the reference value is set to a value between the asynchronous intensity ratio and the synchronous intensity ratio.
前記調整部は、前記制御手段の制御に従った制御電流を前記受動導波路領域に注入することにより、該受動導波路領域の屈折率を変化させる制御電流注入装置として構成されていることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載のモード同期半導体レーザ装置。 The optical waveguide is provided with a pin junction formed by the passive waveguide region as an intrinsic semiconductor layer and the p-type cladding and the n-type cladding as the cladding sandwiching the passive waveguide region from both sides,
The adjusting unit is configured as a control current injection device that changes a refractive index of the passive waveguide region by injecting a control current according to the control of the control unit into the passive waveguide region. A mode-locked semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 5.
前記調整部は、前記制御手段の制御に従った制御逆バイアス電圧を前記受動導波路領域に印加することにより、該受動導波路領域の屈折率を変化させる制御電圧印加装置として構成されていることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載のモード同期半導体レーザ装置。 The optical waveguide is provided with a pin junction formed by the passive waveguide region as an intrinsic semiconductor layer and the p-type cladding and the n-type cladding as the cladding sandwiching the passive waveguide region from both sides,
The adjusting unit is configured as a control voltage applying device that changes a refractive index of the passive waveguide region by applying a control reverse bias voltage according to the control of the control unit to the passive waveguide region. The mode-locked semiconductor laser device according to claim 1, wherein
前記光パルス列に含まれる第1及び第2光成分を、当該第1及び第2光成分の強度比が前記光パルス列の全光強度に対する前記主縦モードの強度比を反映するように分離する第2過程と、
前記第2光成分の光強度を用いて前記発振光の波長を制御して、前記波長差の大きさが前記光注入同期を維持可能な波長同期範囲内に保たれるように、前記主縦モードの波長を変化させる第3過程と
を備え、
前記第1光成分を、前記主縦モード波長を中心とする分離波長幅内に含まれる複数の前記縦モードとし、及び前記第2光成分を、前記光パルス列に含まれる全ての縦モードから前記第1光成分を除いた縦モードとする
ことを特徴とするモード同期半導体レーザ装置の制御方法。
An optical waveguide having an optical gain region that forms an inversion distribution, an optical modulation region that modulates light intensity, and a passive waveguide region, and a core through which the oscillation light propagates and a cladding are provided, and the oscillation light includes Continuous wave light having a wavelength difference capable of realizing light injection locking with a target longitudinal mode, which is one of the longitudinal modes included, and having the polarization direction coincident with the oscillation light is input. A first step of outputting an optical pulse train including a main longitudinal mode which is a longitudinal mode having a wavelength equal to the continuous wave light and a plurality of subordinate longitudinal modes distributed around the main longitudinal mode wavelength from the mode-locked semiconductor laser device,
The first and second light components included in the optical pulse train are separated such that the intensity ratio of the first and second light components reflects the intensity ratio of the main longitudinal mode with respect to the total light intensity of the optical pulse train. Two processes,
The wavelength of the oscillation light is controlled using the light intensity of the second light component, and the main vertical length is maintained so that the magnitude of the wavelength difference is maintained within a wavelength synchronization range in which the light injection synchronization can be maintained. A third step of changing the wavelength of the mode,
The first light component is a plurality of the longitudinal modes included in a separation wavelength width centered on the main longitudinal mode wavelength, and the second light component is from all longitudinal modes included in the optical pulse train. A method for controlling a mode-locked semiconductor laser device, wherein a longitudinal mode excluding the first light component is selected.
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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| US10328511B2 (en) | 2010-12-03 | 2019-06-25 | Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. | Laser apparatus with capacitor disposed in vicinity of laser diode |
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2011
- 2011-09-28 JP JP2011213113A patent/JP2013074187A/en not_active Withdrawn
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