CN101136537A - 波长可变的激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种允许用简单和紧凑的结构进行远距离和大容量通信的可直接调制的波长可变激光器。该波长可变激光器包括半导体光学放大器、滤光器以及频率－振幅转换器。该半导体光学放大器产生光信号的光增益。由多级连接的波导环形谐振器配置的滤光器在该光信号上执行调频。该频率－振幅转换器在滤光器中调制的光信号频率上执行调幅。

Description

波长可变的激光器
背景技术
本申请基于并要求2006年8月31日申请的日本专利申请号2006-235539的优先权，在此将其公开内容全部引入供参考。
本发明涉及一种适合于小型化和降低成本的波长可变激光器。
随着互联网的广泛使用，高速和大容量光通信系统正被研制并投入实际使用。具体，由于在远距离和大容量通信系统中调制时的波长波动(下面称为波长charping)限制传输距离，因此进行努力以减轻这种限制。
FP激光器用于短距离和小容量通信，在单个波长下振荡的DFB(分布反馈)激光器用于几Gb/s的传输速度下的通信。此外，在10Gb/s的传输速度下执行几10Km传输的通信中，不对激光器应用调制，激光器被连续地振荡，执行使用外部调制器的调制。
近年来，其中用一个光纤传输具有大于或等于10Gb/s比特率的光信号的WDM(波分复用)传输技术受到关注，目前正积极地将这种转输技术引入商业系统。
但是，在WDM传输系统中需要具有不同波长的大量光源，这种光源的管理变为一个大问题。作为用于克服这种问题的一种措施，可以在宽范围上在单模式中振荡的波长可变激光器受到关注。通常，当该波长可变激光器被应用于远距离和大容量通信系统时，假定为与外部调制器结合使用。使用LN(锂铌)晶体的对称马赫-曾德耳(Mach-Zehnder)干涉仪被广泛地用于该外部调制器。
发明内容
上面所述的使用外部调制器的调制是其中波长charping较小的方法以及最适合于当前远距离和大容量通信。
但是，需要CW(连续振荡)光源和调制器，这易于增加成本。使用广泛地采用的LN晶体作为基体的调制器具有大尺寸，且因此抑制光学传送器的小型化。此外，LN调制器需要高调制电压，但是为了获得这种高调制电压，需要专用的IC和电子电路，且因此增加还涉及通过这种电路增加成本。
对通过特殊编码减窄调制频谱作为用于执行远距离传输的措施进行回顾。但是，这种措施需要专用的IC和高频滤波器，因此不适合于小型化和降低成本。
日本特开专利公报号2005-327881(专利文献1)公开了一种在波长可变的激光器中使用用于波长锁定的环形谐振器的技术。该环形谐振器用于波长锁定，但是在专利文献1中没有建议这种技术应用于使用外部调制器的调制。
日本特开专利公报号08-139401(专利文献2)公开了通过规格波长特性曲线将调频转变为调幅的结构。但是，在专利文献2中没有涉及增益区的划分。日本特开专利公报号07-082131(专利文献3)公开了一种用波导管配置环形谐振器。但是，在专利文献3中没有涉及该环形谐振器应用于波长可变激光器。日本特开专利公报号08-013017(专利文献4)公开了将调频应用于多值的方法。但是，在专利文献4中没有涉及将调频转变为调幅的应用。
本发明的示例性目的是解决相关技术中的问题并提供一种可直接调制的波长可变激光器，允许用简单和紧凑的结构进行远距离和大容量通信。
为了实现以上目的，根据本发明的波长可变激光器包括，半导体光学放大器、滤光器以及频率-振幅转换器；其中该半导体光学放大器产生光信号的光增益；由多级连接的波导管环形谐振器配置的滤光器在光信号上执行调频；以及该频率-振幅转换器在滤光器中的调制的光信号频率上进行调幅。
根据本发明的示例性方面，该滤光器被配置使用波导管环形谐振器，以及在光信号上执行调频与调幅的转换处理，以产生适合于远距离和大容量的低波长charping的光信号。
在本发明的示例性方面，该频率-振幅转换器希望地由波导管环形谐振器配置。载送到半导体光学放大器的调制区的偏置电流被希望地设置为低于载送到半导体光学放大器的增益区的偏置电流。
在本发明的示例性方面，该滤光器根据载送到半导体光学放大器的调制区的偏置电流来改变振荡波长，并在该光信号上执行调频。
在本发明的示例性方面，该频率-振幅转换器希望地具有引入在滤光器中调制的光信号频率，以及使光信号不穿过该滤光器，并在该光信号上执行调幅的结构。该半导体光学放大器、滤光器以及频率-振幅转换器希望地集成并形成在相同的衬底上。
作为根据本发明的示例性优点，使用波导管环形谐振器配置该滤光器，以及在光信号上执行调频与调幅的转换处理，以产生适合于远距离和大容量的低波长charping的光信号。
作为根据本发明的再一示例性优点，除波长可变的功能之外，该光学发送器允许用简单结构实现远距离和大容量传输，而不使用昂贵的和大的光学器件如LN调制器。
附图说明
通过连同附图一起参考本优选示例性实施例的描述，可以很好的理解本发明，连同其目的和优点，其中：
图1示出了根据本发明示例性实施例的波长可变激光器的结构视图；以及
图2示出了半导体激光器的增益外形的特性曲线图。
具体实施方式
现在将基于附图详细描述本发明的示例性实施例。
如图1所示，根据本发明示例性实施例的波长可变激光器包括在相同衬底4上集成并形成的半导体光学放大器(SOA)1、滤光器2以及频率-振幅调制器3。
半导体光学放大器1产生光增益，以及包括增益区1a和调制区1b。增益区1a和调制区1b由相同的成分形成，其中恒定电流被载送到增益区1a，以及该恒定电流被偏置，以便调制电流被载送到调制区1b。
波导管5被连接到半导体光学放大器1的调制区lb的输出端，波导管5的远端侧被Y-分叉，以形成两个分叉的波导管6，7。
滤光器2执行波长可变激光器的波长选择。滤光器2具有多级连接的波导管环形谐振器2a、2b、2c的结构。在图1中，波导管环形谐振器2a、2b、2c被三级连接，但是不限于此。配置滤光器2的波导管环形谐振器仅仅需要两级或更多级，以及连接级数不被限制。
波导管环形谐振器2a，是多级连接的第一级，被连接到Y-分叉的分支波导管6，以及波导管环形谐振器2c，是多级连接的末级，被连接到Y-分叉的另一分支波导管7。
如图2所示，当滤光器2具有其中波导管环形谐振器2a、2b、2c被多级连接的结构时，滤光器2的振荡波长根据将被施加到半导体光学放大器1的调制区1b的调制电流而变化，由此可以在滤光器2中执行调频。
由该波导管环形谐振器配置的频率-振幅转换器3将滤光器2中调制的光信号频率转变为振幅调制的光信号。亦即，频率-振幅转换器3执行FM-AM(调频-调幅)转换。
频率振幅转换器3在输入侧上具有光学抽头8。光学抽头8由光耦合器配置并被光学地耦合到波导管5。光学抽头8将滤光器2中调制的光信号频率引入到频率-振幅转换器3，以及还将不通过滤光器2的光信号，亦即，从半导体光学放大器1输出的光信号，直接引入到频率-振幅转换器3。
现在将描述根据本发明示例性实施例的波长可变激光器的操作。
从半导体激光器如DFB激光器(未示出)输出的光信号被输入到半导体光学放大器1的增益区1a。恒定电流被载送到半导体光学放大器1的增益区1a，以及恒定电流被偏置，以便调制电流被载送到半导体光学放大器1的调制区1b，由此保证输入到半导体光学放大器1的光信号的增益，亦即，产生光信号的光增益。
半导体光学放大器1输出该增益调整的光信号到未被Y-分叉的波导管5。然后输入到波导管5的光信号通过Y-分叉的一个波导管6输入到滤光器2。
滤光器2将引入的光信号从第一级波导管环形谐振器2a通向末级波导管环形谐振器2c，并在该光信号上执行调频。亦即，在将引入的光信号从第一级波导管环形谐振器2a通向末级波导管环形谐振器2c的过程中，滤光器2根据载送到半导体光学放大器1的调制区1b的调制电流，通过波导管环形谐振器2a、2b、2c改变振荡波长，并在该光信号上执行调频。
滤光器2经由Y-分叉的另一波导管7输出该调频的光信号到频率-振幅转换器3。
当从光学抽头8引入该调频的光信号时，频率-振幅转换器3在相关的光信号上执行将调频转变为调幅的处理，以将该光信号的调频分量转变为调幅分量。
频率-振幅转换器3从光学抽头引入从半导体光学放大器1输出的光信号当中没有通过滤光器2的光信号，并在该引入的光信号上执行将调频转变为调幅的处理。频率-振幅转换器3通过滤光器2阻止波带减窄，并通过在没有穿过滤光器2的光信号上执行将调频转变为调幅的处理，抑制高速响应特性退化到最小。
频率振幅转换器3输出经受调频至调幅转换处理的光信号到输出端3a。
在本示例性实施例中，载送到半导体光学放大器1的调制区1b的偏置电流D1被设为低于增益区1a的偏置电流D2的点。图2示出了半导体激光器的增益外形。如从图2可以明显看出，通过设置载送到半导体光学放大器1的调制区1b的偏置电流D1为低于增益区1a的偏置电流D2，增益量相对于电流增加而增加。这对应于微分增益的增加，微分增益在提高高速响应特性中是必需的。
而且，通过抑制载送到半导体光学放大器1的调制区1b的偏置电流D1为低于增益区1a的偏置电流D2，可以实现所有红移(red shift)，红移是在频率-振幅转换器3中获得满意的FM调制特性曲线中所必需的。下面将描述该原因。
当在普通的半导体激光器上执行调制时，在低速区中发生由于通过电流注入的热量产生而引起的红移。但是，由于这不具有高达MHz级的反应速度，在高于或等于MHz的高速区中由于载流子效应的蓝移(blue shift)变得占优势。因此在KHz级的频率中发生由调制方向中的反转所引起的倾斜(dip)。由于该相位被反转，在低于或等于倾斜频率时不能执行该调制操作。但是，在所有红移操作的半导体激光器中，不会发生倾斜和来自DC的GHz级宽频率上的调制操作变为可能。
在该示例性实施例中，半导体光学放大器1的调制区1b的偏置电流被设为为低于增益区1a。因此，当调制区电流增加时，配置频率振幅转换器3的波导管环形谐振器中的损耗减小，以及阈值载流子密度减小。由此实现红移。因为这匹配通过电流注入的热量产生方向，不会发生在普通半导体激光器的调频特性曲线中看到的倾斜，以及在来自DC的GHz波带的宽范围中实现不反相的满意调制特性曲线。亦即，通过利用增益杠杆效应(1evering effect)，获得在高速调制下在低速区中没有倾斜的调制特性曲线(所有都红移)。
根据如上所述的本发明，除波长可变的功能之外，该光学发送器允许用简单结构实现远距离和大容量传输，而不使用昂贵的和大的光学器件如LN调制器。
所属领域的技术人员应当明白，在不脱离本发明的精神或范围的条件下，可以以许多其他特定的形式体现本发明。因此，本发明不限于在此给出的细节，而是可以在所附权利要求的范围和等效权利内进行修改。

Claims (6)

1.一种波长可变激光器，包括，半导体光学放大器、滤光器以及频率-振幅转换器；其中
该半导体光学放大器产生光信号的光增益；
由多级连接的波导管环形谐振器配置的滤光器在光信号上执行调频；以及
频率-振幅转换器在滤光器中调制的光信号频率上执行调幅。
2.根据权利要求1的波长可变激光器，其中通过该波导管环形谐振器配置该频率-振幅转换器。
3.根据权利要求1的波长可变激光器，其中载送到该半导体光学放大器的调制区的偏置电流被设置为低于载送到该半导体光学放大器的增益区的偏置电流。
4.根据权利要求1的波长可变激光器，其中该滤光器根据载送到半导体光学放大器的调制区的偏置电流来改变振荡波长，并在该光信号上执行调频。
5.根据权利要求1的波长可变激光器，其中该频率-振幅转换器引入在该滤光器中调制的光信号频率，光信号不穿过该滤光器，以及在该光信号上执行调幅。
6.根据权利要求1的多波长可变激光器，其中在相同的衬底上集成并形成半导体光学放大器、滤光器以及频率-振幅转换器。
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