成果報告書詳細
管理番号20090000000204
タイトル平成18年度-平成20年度成果報告書 エネルギー使用合理化技術戦略的開発/エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発/非温調WDM光源の研究開発
公開日2009/9/9
報告書年度2006 - 2008
委託先名日本電気株式会社
プロジェクト番号P03033
部署名省エネルギー技術開発部 研究開発グループ
和文要約本研究の目的は、非温調で動作可能な光変調器集積フルCバンド(波長可変域>40nm)波長可変レーザを世界で初めて実現し、光源モジュール当たりの消費電力を約60%(光源モジュールにおける光源部分のみの消費電力は従来の約3.5Wから約0.5Wへ削減)と大幅に削減した、究極のWDM(WDM:Wavelength Division Multiplexing、波長分割多重)光源ともいえる、非温調WDM光源を開発することにある。これを実現するためには、温度変化に起因して、利得素子の利得帯域が変動し、所望の波長からずれたり、波長可変フィルタの波長ずれが生じたりする課題を克服する必要がある。開発項目である非温調WDM光源とは、一定温度で80nm以上の利得帯域を持つ利得素子、および波長可変フィルタを開発し、それらをモノリシックに集積した波長可変光源であり、余剰波長可変域分を利用することによって、非温調で40nmの波長可変域を実現しようというものである。研究成果として、次を得ることができた。 a)超広帯域利得制御では、非温調WDM光源における利得領域の活性層利得の超広帯域化の実現を目指し、目標利得帯域は、一定温度で80nm以上、非温調で40nm以上とした。この活性層利得の帯域を拡大する手法として、異なる井戸幅・井戸組成の量子井戸(QW)と結合QWを組み合わせる手法を検討、結果として、一定温度で利得帯域-80nm、T=15-85℃で>40nm(利得平坦性<6cm-1)を実現した。b)超広帯域波長可変フィルタでは、非温調WDM光源における波長可変フィルタ領域の超広帯域化を目指し、目標フィルタ帯域は80nm以上とした。高帯域と低挿入損失を実現できるフィルタとして、新しい非対称MZI(Asymmetric Mach-Zehnder Interferometer)構造を導入したループリング(RL)型波長可変フィルタを提案、波長可変幅80nmを設計し、WDM光源に適用した。実デバイスではΔλ-60nmで動作した。c)異機能領域のモノリシック集積では、最終的に、利得・波長可変フィルタ・MZ光変調器を集積したWDM光源を試作し、非温調動作Δλ>40nm、変調器光出力>6mW、10Gbps変調を目標とした。まずMZ光変調器単体(集積度1)を試作、25℃で、入力した光の波長域Δλ>80nmで10Gb/s変調動作を確認した。次に、非対称MZI-2RL型波長可変フィルタを集積した波長可変レーザ(集積度3)を試作し、一定温度でΔλ-60nm、T=20-45℃でΔλ>37nmを得た。次に、Al系MZ変調器を集積したモノリシック波長可変レーザ(集積度4)を試作、T=20-70℃でΔλ>20nm、集積されたMZ光変調器はT=20-70℃で消光比>9dBで動作した。d)光源駆動アルゴリズムでは、非温調の波長制御アルゴリズムおよび変調器制御アルゴリズムを確立することを目標とした。非温調の波長制御アルゴリズムについては、基本的な制御手法の有効性を実験的に検証。非温調変調器制御については、実験的に検証したところ、温度に対して特別な制御は必要なく、制御可能であることを確認した。以上より、プロジェクト目標の温度範囲を完全にはカバーしていないが、非温調WDM光源開発の大枠はほぼ達成し、実現可能性を十分実証できた。
英文要約Title : Research and Development of An Uncooled WDM Light source The target of this research is to develop uncooled full C-band (40-nm range) wavelength-tunable lasers, which can be used in wavelength division multiplexing (WDM) optical network systems. Normally the temperature of tunable lasers must be controlled with thermo-electric cooler (TEC) in light source modules, otherwise the wavelength of the laser would change. However the power consumption of the TEC can reach 3 W in the worst case, which accounts for about 60% of the total power consumption of the module. To reduce the power consumption, the TEC must be dismounted from the module; therefore uncooled wavelength-tunable lasers are needed. To realize uncooled tunable lasers, both the gain bandwidth and the optical tunable filter range of 80 nm at a fixed temperature must be developed. By utilizing the extra tuning range, the laser can be operated without TEC. We obtained the results as follows, a) 80-nm band gain property: We introduced coupling quantum wells and two different bandgaps into the quantum wells (QWs). We obtained 80-nm gain bandwidth at a fixed temperature and 40-nm range from 15 to 85 degree C. b) 80-nm wideband optical tunable filter: We introduced an asymmetric Mach-Zehnder (MZ) Interferometer with double ring resonator onto a loop ring filter. The filter was designed for 80-nm tuning operation, and 60-nm tuning range was obtained in a monolithic tunable laser at a fixed temperature. c) Monolithic integration technology: At first, we fabricated a MZ optical modulator, and 80-nm operation at 10 Gb/s was successfully obtained at 25 degree C. Then we fabricated a monolithic tunable laser with an AMZI and double ring loop filter. We obtained 60-nm tuning range at a fixed temperature and 37-nm tuning range from 20 to 45 degree C. Then we fabricated an Al-based MZ modulator integrated monolithic tunable laser. We obtained 20-nm tuning range and an extinction ratio of 9 dB from 20 to 70 degree C. d) Operation algorithm: We experimentally examined uncooled operation algorithm for both the tunable laser and the modulator. To conclude, we did not cover full temperature range for uncooled operation, however we have successfully demonstrated uncooled tunable laser operation and the feasibility was shown.
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