注入変調半導体レーザーからの倍周期パルス発振の観測とその光スイッチングへの応用

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本申請課題では,緩和振動周波数付近で利得変調されたAlGaAs半導体レーザーから発生する倍周期パルス発振(変調周期の倍の周期で一定のパルス波形を繰り返す発振状態)を観測するとともに,この状態にあるレーザーに対して,戻り光を帰還することによって変動するパルス発振状態について詳細に調べている.実験では,半導体レーザーに注入する変調電流の変調周波数と変調振幅をそれぞれ,2GHz,22dBmに固定し,戻り光量と直流バイアス電流値のみ変化させ,発生する光パルス列を分光器とストリークカメラを組み合わせた受光器により、時間分解スペクトルとして観測した.直流バイアス電流を走査したときに得られる光パルス列のピーク値を,横軸にバイアス電流値をとってプロットした,パルスピーク分布図を描くことによって,パルス発振状態を調べた.戻り光のないときは,分布図上の比較的広いバイアス電流範囲で,倍周期発振する領域が存在することを確認した.戻り光を帰還すると,その量が少ないうちは,倍周期発振領域は拡大する傾向を示したが,最大に達したのちは,戻り光量の増加につれて倍周期発振領域が縮小し,やがて消滅した.得られた一連の倍周期発振領域の推移は,同時に観測した周波数スペクトルの変化と対応しており,注入同期による単一モード化や戻り光による利得制限により,領域がそれぞれ拡大,縮小することをレート方程式を用いた数値計算によって確認した.以上の得られた結果から,緩和振動周波数付近で利得変調されたAlGaAs半導体レーザーにおいて,帰還する戻り光量を調整することによって,正規および,倍周期発振の両状態間でレーザーの発振状態を制御できることがわかった.