半導体レーザにおける動的非線形現象および戻り光雑音の解析

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半導体レーザの発振モードは、レーザ利得の非線形効果によって変動する。また、光ディスクや光ファイバ端面などからの戻り光が再入射すると戻り光雑音が発生したり、動作が不安定になる。当該研究代表者は、20数年間に渡りこれらの課題を理論解析してきたが、その手法はレーザの共振器モードや光強度振動の周波数成分で展開する、いわば調和解析手法であった。近年になり、当該研究分担者が加わり、動作方程式を直接的に時間積分し、時間軸上での変化と周波数成分の両者を数値解析する方法を確立してきた。この解析手法により、光ファイバ通信用の長波長帯半導体レーザでは、利得飽和効果が長波長側と短波長側で非対称になる効果が強いため、発振モードが不規則に変動し、時間的に平均すると、多モード発振として観測されることを理論的に示した。また、発振モードの実測も行い、この現象によるスペクトルの特色を説明した。また、戻り光が有る場合の解析も行っている。従来まで用いられていた方程式は戻り光が弱い場合にしか適用できない。戻り光が強い場合も含めたより一般的な方程式を導出し、まず、単一モード発振の場合について、吟味している。戻り光との位相関係で、連続発振、パスル成分を含んだ発振、カオス状態などが存在する事が示されてた。さらに,多モード動作において戻り光がある場合への拡張を試みている。