光励起面発光レーザを用いた超高速光信号処理デバイスの研究

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本研究では,外部光注入による面発光レーザの横モードスイッチング特性の解明とその全光信号処理技術について研究を進め,面発光レーザに対する注入同期特性についての知見を得るとともに,面発光レーザを用いた光2R動作を初めて実証した.具体的にはまず,1.5μm面発光レーザを用いた光インバータの動作実証実験を行った.LP02モードに対して外部光を注入したときLP01モード出力のOn-Off比は20dB以上となり,1GbpsのNRZ信号光の偏光を時間的にランダムに変化させて入力させた場合でも,インバータ動作することを確認した.つづいて光インバータによる全光信号再生実験を行った.1Gbps NRZの劣化信号を光インバータに入力しビットエラーレート測定を行ったところ,出力信号の最低受信感度が1.2dB改善し,面発光レーザの横モードスイッチングを用いた光信号再生を初めて実証した.さらに光インバータの高速動作限界について検証し,緩和振動周波数程度になることを理論的に明らかにした.面発光レーザの横モードスイッチングを用いた光信号処理のさらなる高速化のためには,面発光レーザ自身の高性能化が必要となる.半導体レーザの性能を向上させる手法として,外部光注入による緩和振動の抑圧,緩和振動周波数の増大およびチャープの低減が報告されている.この手法を面発光レーザによる全光信号処理に応用した2モード注入同期法を提案し,NRZ to RZフォーマット変換および3R信号再生,さらに偏光制御機能を有する新しい"4R"(3R+Re-polarization)の実現可能性を数値解析により示した.これらの研究成果は将来のフォトニックネットワーク構築に不可欠な高性能なノードおよび光中継器の実現に貢献すると考えられる.