DE60124834T2

DE60124834T2 - Licht emittierendes modul

Info

Publication number: DE60124834T2
Application number: DE60124834T
Authority: DE
Inventors: c/o Yokohama Works of Takashi Yokohama-shi KATO; c/o Yokohama Works of Ken-ichi Yokohama-shi KITAYAMA; c/o Yokohama Works of Akira Yokohama-shi YAMAGUCHI
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2021-03-23
Also published as: JP3931545B2; CA2374495A1; DE60124834D1; US20020018627A1; WO2001071866A1; CA2374495C; JP2001339118A; EP1191650A4; EP1191650A1; EP1191650B1; US6488419B2

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lichtemissionsmodul.
Stand der Technik
In WDM-Systemen vom 1,55 μm-Band ist der Wellenlängenabstand zwischen benachbarten Kanälen als 0,8 nm festgesetzt. Dies erfordert, dass die absolute Genauigkeit jeder Kanalwellenlänge innerhalb der Genauigkeit von ± 0,1 nm oder höher gesteuert werden sollte. DFB-Halbleiterlaser und DBR-Halbleiterlaser können für WDM-Systeme vom 1,55 μm-Band genutzt werden.
US-A-5 428 700 offenbart ein Lichtemissionsmodul, umfassend eine Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung, worin Licht über zwei Fasern und zwei Linsen mit einem hohlen Etalon in Aussparungskeilform gekoppelt wird. Lichtstrahlen, die durch den Etalon übertragen werden, werden durch erste und zweite Fotodetektoren erfasst. US-A-5 825 792 offenbart einen kompakten Wellenlängensteueraufbau, worin Licht von einer Fassette einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung über eine einzelne Linse und einen geneigten Festkörperetalon konstanter Stärke zu zwei Fotodetektoren gekoppelt wird. Das Licht, das durch die einzelne Linse bereitgestellt wird, ist leicht divergent. US-A-5 144 498 offenbart ein Mittel zum Analysieren der Wellenlängen von Licht von Lichtquellen im allgemeinen. Emit tiertes Licht wird über eine einzelne Linse und einen Etalon in Keilform zu einem Feld von Fotodetektoren übertragen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Halbleiterlaser stellen ein scharfes Oszillationsspektrum bereit, aber ihre Oszillationswellenlänge wird durch ein Beugungsgitter bestimmt, das in einem Laserchip in der Herstellungsstufe des Halbleiterlasers hergestellt wird. Es war nicht einfach, eine gewünschte Oszillationswellenlänge stabil und genau zu liefern, da Charakteristika des Beugungsgitters durch Faktoren des Herstellungsprozesses beeinflusst wurden.
Zum Implementieren der stabilen Oszillationswellenlänge wurde der folgende Versuch durchgeführt. Ein Halbleiterleserchip wird aufgebaut, um ein Lichtemissionsmodul zu erhalten. Während der Operation des Moduls wird ausgegebenes Licht von dem Lichtmodul verzweigt, und dieses verzweigte Licht wird durch eine Vorrichtung großen Maßstabs überwacht, wie etwa einen optischen Spektrumanalysator. Gemäß der Überwachungsinformation wird eine Temperatur oder ein Injektionsstrom des Halbleiterleserchips abgestimmt.
In den Wellenlängenmultiplex- (WDM) Systemen ist es jedoch nicht einfach, ein Lichtemissionsmodul zu realisieren, das auf die WDM-Systeme angewendet werden kann, da eine Vielzahl von Wellenlängen verwendet wird, um Daten in 16 Kanälen oder 32 Kanälen zu übertragen.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Lichtemissionsmodul vorzusehen, das die einfache Abstimmung der Wellenlänge von Licht, das in dem Lichtemissionsmodul generiert wird, ohne Verwendung eines beliebigen Systems großen Maßstabs wie dem optischen Spektrumanalysator gestattet.
Um das Lichtemissionsmodul zu realisieren, das zum Erreichen dieses Ziels fähig ist, haben die Erfinder eine Vielfalt von Untersuchungen durchgeführt, z.B. in den Lichtemissionsmodulen, die den Halbleiterlaser einbeziehen. Um die Oszillationswellenlänge des Lichtemissionsmoduls abzustimmen, während das Lichtemissionsmodul arbeitet, ist es notwendig, die Wellenlänge zu überwachen. Zum Extrahieren von Oszillationslicht muss eine optische Verzweigungseinrichtung, wie etwa ein optischer Koppler, mit dem Ausgang des Lichtemissionsmoduls gekoppelt sein. Falls jedoch die Einrichtung mit dieser Funktion verwendet wird, wird sich der Maßstab der WDM-Systeme vergrößern.
Gemäß diesen Untersuchungen wurde offensichtlich, dass die technischen Probleme die folgenden waren. (1) Es gibt eine Notwendigkeit zur Verwendung eines optischen Kopplungsmittels zum Erhalten von Überwachungslicht, um Licht von dem Halbleiter-Lichtemissionselement zu überwachen, wie etwa dem Halbleiterlaser. (2) Es gibt eine Notwendigkeit zur Verwendung eines Trennungsmittels zum Trennen vom Licht von dem Kopplungsmittel in Wellenlängenkomponenten. (3) Es gibt eine Notwendigkeit zur Verwendung eines Wandlungsmittels zum Wandeln der Lichtkomponenten von dem Trennungsmittel in elektrische Signale.
Angesichts dieser Probleme haben die Erfinder die vorliegende Erfindung wie in Anspruch 1 definiert bewerkstelligt.
Ein Lichtemissionsmodul der vorliegenden Erfindung umfasst eine Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung, eine Fotoerfassungseinrichtung, eine Etaloneinrichtung und ein Kollimierungsmittel. Die Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung hat erste und zweite Endflächen. Die Fotoerfassungseinrichtung hat erste und zweite Fotodetektoren, die mit der ersten Endfläche der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung optisch ge koppelt sind. Die Etaloneinrichtung hat einen ersten Abschnitt mit einer ersten Stärke und einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten Stärke. Der erste Abschnitt der ersten Stärke ist so vorgesehen, um sich zwischen der ersten Endfläche der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung und dem ersten Fotodetektor zu befinden. Der zweite Abschnitt der zweiten Stärke ist so vorgesehen, um sich zwischen der ersten Endfläche der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung und dem zweiten Phasendetektor zu befinden. Die erste Stärke der Etaloneinrichtung unterscheidet sich von der zweiten Stärke der Etaloneinrichtung. Das Kollimierungsmittel funktioniert, um im wesentlichen kollimiertes Licht für die Etaloneinrichtung vorzusehen, die das Licht von der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung empfängt.
In der Etaloneinrichtung unterscheidet sich die Stärke des Abschnitts, der sich zwischen der ersten Endfläche der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung und dem ersten Fotodetektor befindet, von der des Abschnitts, der sich zwischen der ersten Endfläche der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung und dem zweiten Fotodetektor befindet. Die Licht unterschiedlicher Wellenlängenkomponenten passiert Abschnitte der unterschiedlichen Stärken entsprechend den Wellenlängenkomponenten in der Etaloneinrichtung. Falls sich die Wellenlängenkomponenten von Licht von der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung ändert, variieren deshalb Intensitäten von Licht, das die bestimmten Abschnitte der Etaloneinrichtung passiert, als Reaktion auf die Änderung. Diese Variation wird durch den ersten Fotodetektor und den zweiten Fotodetektor in elektrische Signale gewandelt. Änderungen dieser elektrischen Signale zeigen die Änderung von Wellenlängen in dem Licht an, das in der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung generiert wird.
Ein Differenzsignal zwischen diesen elektrischen Signalen stellt eine Richtung der Änderung von Wellenlängen in dem Licht dar. Durch Steuern des Halbleiter-Lichtemissionseinrichtungsabschnitts so, um dieses Differenzsignal konstant zu halten, wird es machbar, die Wellenlänge in dem Licht konstant zu halten, das in der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung generiert wird.
Die Merkmale gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie nachstehend beschrieben wird, können mit der oben angegebenen Erfindung kombiniert werden. Die Merkmale entsprechend der vorliegenden Erfindung, wie sie nachstehend beschrieben wird, können auch miteinander kombiniert werden, um dem Modul zu ermöglichen, Aktionen und Effekte der jeweiligen Merkmale zu erhalten und auch Aktionen und Effekte zu erhalten, die durch die Kombination erreicht werden.
In dem Lichtemissionsmodul hat die Etaloneinrichtung erste und zweite Oberflächen. Die erste Oberfläche ist so angeordnet, um der zweiten Oberfläche entgegengesetzt zu sein. Die ersten und zweiten Oberflächen sind so positioniert, dass ein Intervall zwischen ihnen in dem ersten Abschnitt die erste Stärke ist. Die Etaloneinrichtung hat dritte und vierte Oberflächen. Die dritte Oberfläche ist so vorgesehen, um der vierten Oberfläche entgegengesetzt zu sein. Die dritten und vierten Oberflächen sind so angeordnet, dass ein Intervall zwischen ihnen in dem zweiten Abschnitt die zuvor erwähnte zweite Stärke ist. Diese Konfiguration kann die Etaloneinrichtung mit den ersten und zweiten Stärken bereitstellen.
In dem Lichtemissionsmodul der vorliegenden Erfindung hat die Etaloneinrichtung eine Lichtempfangsoberfläche und eine Lichtabgangsoberfläche. Die Lichtempfangsoberfläche ist so angeordnet, um das Licht von der ersten Endfläche der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung zu empfangen, und die Lichtabgangsoberfläche ist so angeordnet, um der Lichtempfangsoberfläche gegenüberzuliegen. Die Lichtempfangsoberfläche enthält erste und dritte Flächen. Die Lichtabgangsoberfläche enthält zweite und vierte Flächen. In dem Lichtemissionsmodul der vorliegenden Erfindung ist die Lichtempfangsoberfläche zu der Lichtabgangsoberfläche geneigt. Wegen dieser Neigung erhöht sich der Abstand zwischen der Lichtempfangsoberfläche und der Lichtabgangsoberfläche in einer Richtung, die von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt der Etaloneinrichtung gerichtet ist.
Die Etaloneinrichtung hat die Lichtempfangsoberfläche und die Lichtabgangsoberfläche, deren Abstand sich in der ersten Richtung ändert. Wenn die Etaloneinrichtung relativ zu den ersten und zweiten Fotodetektoren in der ersten Richtung bewegt wird, ändern sich die Übertragungsspektra, die durch die ersten und zweiten Abschnitte der Etaloneinrichtung erreicht werden. Diese Änderung führt zu einer Änderung der Wellenlängenkomponenten von Licht, das durch die Etaloneinrichtung durch die ersten und zweiten Fotodetektoren empfangen wird. Die mittlere Wellenlänge von Licht, das in der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung generiert wird, kann durch Verwendung dieser Änderung abgestimmt werden. Die Übertragungsspitzenwellenlängen der Etaloneinrichtung, die zum Abstimmen der mittlere Wellenlänge des Lichts genutzt wird, das durch die Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung generiert wird, kann auch durch Rotieren der Etaloneinrichtung abgestimmt werden. In dem Lichtemissionsmodul ist die Etaloneinrichtung als relativ zu der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung in einer Richtung senkrecht zu einer zweiten Richtung geneigt angeordnet, die als eine Richtung definiert ist, die von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt der Etaloneinrichtung gerichtet ist. Dies kann die Menge von Licht reduzieren, das durch die Etaloneinrichtung zurück zu der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung reflektiert wird.
In dem Lichtemissionsmodul kann jeder der ersten und zweiten Fotodetektoren ein Fotodiodenelement sein. In dem Lichtemissionsmodul der vorliegenden Erfindung können die ersten und zweiten Fotodetektoren an der Etaloneinrichtung angebracht sein. Das Lichtemissionsmodul der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Apertureinrichtung umfassen. Die Apertureinrichtung hat eine oder mehr Aperturen, die sich zwischen jedem der ersten und zweiten Fotodetektoren und der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung befinden. Die Apertureinrichtung definiert eine Position (Positionen) in der Etaloneinrichtung, in der (denen) Licht übertragen werden sollte. Dies bestimmt Wellenlängenregionen von Licht, das durch die ersten und zweiten Fotodetektoren empfangen wird. Die Apertureinrichtung kann optische Reflexion von den ersten und zweiten Fotodetektoren zu der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung reduzieren.
In dem Lichtemissionsmodul enthält das Kollimierungsmittel eine optische Linse. Das Kollimierungsmittel kann eine optische Linse, wie etwa konvexe Linsen oder konkave Linsen, enthalten, ist aber nicht auf diese Beispiele begrenzt. Das Kollimierungsmittel enthält eine optische Schaltung. Die optische Schaltung hat einen optischen Verzweigungswellenleiter und einen optischen Wellenleiter zum Führen des Lichts von der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung zu vorbestimmten Positionen in der Etaloneinrichtung.
Das Lichtemissionsmodul umfasst ferner Mittel zum Reduzieren optischer Rückgabe von mindestens einem der ersten und zweiten Fotodetektoren und der Etaloneinrichtung durch die optische Linse zu der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung. In dem Lichtemissionsmodul der vorliegenden Erfindung hat die Linse eine Größe, die so bestimmt ist, um die optische Rückgabe von mindestens einem der ersten und zweiten Fotodetektoren und der Etaloneinrichtung zu der Halbleiter-Lichtemissi onseinrichtung zu reduzieren. Diese Größe bedeutet mindestens eines einer Höhe und einer Breite der Linse. Die Linse hat eine Schnittfläche, die sich in einer Richtung der optischen Achse der Linse erstreckt. Wenn die optische Linse die Schnittfläche hat, kann die Höhe dieser optischen Linse gering eingestellt werden. In dem Lichtemissionsmodul der vorliegenden Erfindung hat die Linse einen Abschirmungsabschnitt, der so vorgesehen ist, um die optische Rückgabe von mindestens einem der ersten und zweiten Fotodetektoren und der Etaloneinrichtung zu der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung zu reduzieren. Dies kann die Menge von Licht verringern, das in der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung durch die optische Linse einfällt und durch die Etaloneinrichtung und die ersten und zweiten Fotodetektoren reflektiert wird.
In dem Lichtemissionsmodul empfängt die Etaloneinrichtung vorzugsweise einfallendes Licht in einem Bereich eines Winkels von nicht mehr als 85° und/oder in einem Bereich eines Winkels von nicht weniger als 95°, wobei der Winkel mit Bezug auf eine Achse gebildet wird, die sich senkrecht zu einer Richtung erstreckt, in der die ersten und zweiten Fotodetektoren angeordnet sind.
Das Lichtemissionsmodul umfasst ferner Wellenlängenabstimmungsmittel zum Ändern einer Wellenlänge von Licht, das durch die Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung generiert wird als Reaktion auf Signale von den ersten und zweiten Fotodetektoren. Dieses Wellenlängenabstimmungsmittel kann die Temperatur der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung gemäß den elektrischen Signalen von den ersten und zweiten Fotodetektoren abstimmen, und dadurch die Wellenlänge von Licht ändern, das durch die Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung generiert wird. Z.B. enthält das Wellenlängenabstimmungsmittel ein thermoelektrisches Kühlgerät, das zum Abstimmen der Temperatur der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung fähig ist, und einen optischen Wellenleiter mit Elektroden, die zum Ändern des Brechungsindex eines Wellenleiters durch ein angelegtes elektrisches Feld fähig sind.
In dem Lichtemissionsmodul kann das Wellenlängenabstimmungsmittel eine Steuerschaltung und ein Temperaturänderungsmittel umfassen. Die Steuerschaltung kann ein Steuersignal zum Abstimmen, als Reaktion auf die elektrischen Signale von den ersten und zweiten Fotodetektoren, der Wellenlänge von Licht, das in der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung generiert wird, generieren. Das Temperaturänderungsmittel kann die Temperatur der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung gemäß dem Steuersignal abstimmen. Die Steuerschaltung kann innerhalb oder außerhalb des Lichtemissionsmoduls je nach Erfordernis angeordnet sein.
Die folgende Konfiguration kann auf das Lichtemissionsmodul angewendet werden. Die Etaloneinrichtung kann Licht bereitstellen, das eine erste Wellenlängenkomponente in einem vorbestimmten Oszillationsspektrum von Licht enthält, das von der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung empfangen wird, und Licht bereitstellen, das eine zweite Wellenlängenkomponente enthält, die sich von der ersten Wellenlänge unterscheidet. Die ersten und zweiten Fotodetektoren können erste und zweite elektrische Signale entsprechend dem Licht der ersten bzw. zweiten Wellenlänge bereitstellen. Das Temperaturänderungsmittel kann die Temperatur der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung als Reaktion auf ein Differenzsignal abstimmen, das von dem ersten elektrischen Signal und dem zweiten elektrischen Signal generiert wird. Eine Ansteuerschaltung kann einen Ansteuerstrom zum Steuern der optischen Ausgabe der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung als Reaktion auf ein Summensignal abstimmen, das von dem ersten elektrischen Signal und dem zweiten elektrischen Signal generiert wird. Die mittlere Wellenlänge von Licht, das in der Lichtemissionseinrichtung generiert wird, befindet sich vorzugsweise zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge.
Das Lichtemissionsmodul umfasst die Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung, die Etaloneinrichtung und die ersten und zweiten Fotodetektoren, und kann ferner eine Steuerschaltung und eine Temperatursteuervorrichtung umfassen. Die Etaloneinrichtung agiert als ein Wellenlängenfilter, dessen Übertragungsspektralcharakteristika sich gemäß Übertragungspositionen davon unterscheiden. Entsprechend stehen die Intensitäten von Licht, das gemäß Übertragungsspektra in den jeweiligen Übertragungsabschnitten übertragen wird, mit jenen von eingegebenem Licht in Verbindung, das durch den Etalon empfangen wird, von der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung. Die Steuerschaltung kann ein Differenzsignal zwischen elektrischen Signalen von den ersten und zweiten Fotodetektoren generieren, und kann auch ein Summensignal davon generieren. Die Temperatursteuervorrichtung ändert die Temperatur der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung als Reaktion auf das Differenzsignal von der Steuerschaltung.
In dem Lichtemissionsmodul sollte die vorbestimmte Stärke d der Etaloneinrichtung wie folgt bestimmt werden: d = c/(2·n·k·δνWDM),wobei k = 1 – (dν/dT)etalon/(dν/dT)LD,

(dν/dT)_etalon:: Änderungsrate von Lichtfrequenz gegenüber der Temperatur, wobei das Licht in der Position der Stärke d der Etaloneinrichtung interferiert,
(dν/dT)_LD:: Änderungsrate von Lichtfrequenz gegenüber der Temperatur, wobei das Licht in der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung generiert wird,
δν_WDM:: Wellenlängenmultiplex- (WDM) Frequenzabstand.

Wenn sich die Oszillationswellenlänge der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung durch Ändern der Temperatur der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung ändert, erlaubt diese Etaloneinrichtung, dass sich die Oszillationswellenlänge der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung um den Abstand zwischen den Oszillationswellenlängen des Lichts ändert, zu dessen Generierung die Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung fähig ist.
Die Merkmale gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie nachstehend beschrieben wird, werden auf die Etaloneinrichtung angewendet, in der die Lichtempfangsoberfläche relativ zu der Lichtabgangsoberfläche geneigt ist, sodass sich das Intervall zwischen der Lichtempfangsoberfläche und der Lichtabgangsoberfläche in der Richtung von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt der Etaloneinrichtung erhöht.
In dem Lichtemissionsmodul wird das Intervall zwischen dem ersten Fotodetektor und dem zweiten Fotodetektor wie folgt bestimmt: ein Absolutwert einer Steigung in einem Nullpunkt eines Differenzspektrums ist nicht kleiner als 200 (%/nm). Das Differenzspektrum ist durch eine Differenz zwischen einem ersten Übertragungsspektrum in dem ersten Abschnitt der Etaloneinrichtung und einem zweiten Übertragungsspektrum in dem zweiten Abschnitt davon definiert.
In dem Lichtemissionsmodul ist das Reflexionsvermögen von jeder der Lichtempfangsoberfläche und der Lichtabgangsoberfläche in einem Bereich von nicht weniger als 30% und nicht mehr als 60%. Der Abstand L (mm) zwischen dem ersten Fotodetektor und dem zweiten Fotodetektor erfüllt die folgenden Relationen, wobei das Reflexionsvermögen der Etaloneinrichtung R (%) ist: –0,01 × R + 0, 6 ≤ L ≤ –0,01 × R + 0,8, und 0,2 ≤ L.
In der Region, die durch diese Relationen spezifiziert wird, zeigen die Differenzspektrumcharakteristika ausgezeichnete Linearität. Die Wellenlängen des Lichts, das durch die Etaloneinrichtung übertragen wird, werden durch Änderung des Abstands zwischen den Fotodetektoren ausgewählt. Diese Auswahl gestattet eine Änderung in dem Profil des Differenzspektrums. Diese Änderung steigert optisch eine Erfassungsempfindlichkeit einer Wellenlängenverschiebung in der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung.
In dem Lichtemissionsmodul hat jeder von dem ersten Fotodetektor und dem zweiten Fotodetektor eine erste Breite und eine zweite Breite und ist so ausgebildet, dass die erste Breite kleiner als die zweite Breite ist. Die erste Breite ist als eine Länge in einer Richtung definiert, in der die Lichtempfangsoberfläche der Etaloneinrichtung relativ zu der Lichtabgangsoberfläche davon geneigt ist. Die zweite Breite ist als eine Länge in einer Richtung senkrecht zu der vorangehenden Richtung definiert, und diese Konfiguration verbessert Monochromatizität des empfangenen Lichts.
In dem Lichtemissionsmodul enthält die Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung eine Halbleiterlasereinrichtung mit ersten und zweiten Endflächen. Diese Konfiguration stellt ein Halbleiterlasermodul bereit.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die obigen Ziele und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen leichter offensichtlich, in denen:
1 eine Perspektivansicht eines Halbleiterlasermoduls ist, ein Teil dessen als eine aufgebrochene Ansicht präsentiert wird, um den Innenraum davon zu verdeutlichen;
2 eine Querschnittsansicht ist, die entlang einer Linie I-I von 1 aufgenommen ist, um den wesentlichen Teil des Halbleiterlasermoduls zu zeigen;
3 eine schematische Ansicht eines verteilten Rückkopplungs- (DFB) Halbleiterlasers ist, ein Teil dessen als eine aufgebrochene Ansicht in der Richtung der optischen Achse von Laserlicht, das emittiert wird, präsentiert wird;
4A eine Perspektivansicht ist, die ein Beispiel des Etalons zeigt, 4B eine Perspektivansicht ist, die ein anderes Beispiel des Etalons zeigt, und 4C eine Zeichnung ist, die ein spezifisches Beispiel des in 4B gezeigten Etalons zeigt;
5A eine Vorderansicht eines fotoelektrischen Wandlungsmittels ist, 5B ein schematischer Grundriss ist, der ein Beispiel einer Verwendung des fotoelektrischen Wandlungselementes von 5A mit dem Etalon von 4A zeigt, und 5C eine schematische Ansicht ist, die ein Beispiel einer Verwendung der Fotoerfassungseinrichtung von 5A mit dem Etalon von 4A zeigt;
6A ein Grundriss ist, der eine Konfiguration des Etalons als ein Beispiel zeigt, 6B ein Grundriss ist, der eine andere Konfiguration des Etalons als ein Beispiel zeigt, und 6C eine Zeichnung ist, die eine Seitenansicht der Konfiguration des Etalons als ein Beispiel zeigt;
7A und 7B schematische Ansichten sind, die Konfigurationen des Etalon als Beispiele zeigen;
8A und 8B schematische Ansichten betreffend Kollimierungslicht sind;
9A bis 9C Seitenansichten sind, die einen Halbleiterlaser, eine Linse, einen Etalon und eine Fotodetektoreinrichtung, die in einem Befestigungselement platziert sind, zeigen;
10A bis 10F charakteristische Diagramme von Filtercharakteristika von Etalons sind;
11 eine schematische Ansicht eines Halbleiterlasers ist, der einen Lichtgenerierungsabschnitt und einen optischen Wellenleiterabschnitt enthält;
12A eine schematische Ansicht ist, die Ausbreitung von Licht von dem Halbleiterlasermodul zeigt, 12B ein charakteristisches Diagramm eines Oszillationspektrums von Licht ist, das von dem Halbleiterlaser emittiert wird, 12C ein charakteristisches Diagramm von Übertragungsspektra von Licht von dem Etalon ist und 12D ein charakteristisches Diagramm von Übertragungsspektra des Etalons ist;
13A bis 13D charakteristische Diagramme sind, die Filtercharakteristika von Etalons mit dem Reflexionsvermögen von 30% bei einer Variation in dem Abstand zwischen Fotodetektoren als einen Parameter zeigen;
14A bis 14D charakteristische Diagramme sind, die Filtercharakteristika von Etalons mit dem Reflexionsvermögen von 40% bei einer Variation in dem Abstand zwischen Fotodetektoren als einen Parameter zeigen;
15A bis 15D charakteristische Diagramme sind, die Filtercharakteristika von Etalons mit dem Reflexionsvermögen von 50% bei einer Variation in dem Abstand zwischen Fotodetektoren als einen Parameter zeigen;
16A bis 16D charakteristische Diagramme sind, die Filtercharakteristika von Etalons mit dem Reflexionsvermögen von 60% bei einer Variation in dem Abstand zwischen Fotodetektoren als einen Parameter zeigen;
17 eine Grafik ist, die günstige Kombinationen zwischen Reflexionsvermögen des Etalons 18 und dem Abstand zwischen Fotodetektoren zeigt;
18A bis 18C schematische Diagramme sind, die Oszillationsspektra eines Halbleiterlasers zeigen;
19A bis 19C charakteristische Diagramme sind, die Beispiele von Temperaturabhängigkeit der optischen Frequenz von Halbleiterlaserlicht und Temperaturabhängigkeit der Frequenz von Licht, das durch den Keiletalon 18 übertragen wird, zeigen;
20 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine Schaltung veranschaulichend zeigt, die zum Realisieren eines Algorithmus für Wellenlängenabstimmung fähig ist;
21 ein charakteristisches Diagramm gemessener Werte ist, das die Variation elektrischer Signale von den Fotodetektoren gegenüber der Temperatur des Halbleiterlasers zeigt, die durch ein Peltier-Element geändert wird; und
22 ein charakteristisches Diagramm gemessener Werte ist, das eine Variation einer Ausgabe von OpAmp1 in der in 19 gezeigten Schaltung gegenüber der Temperatur des Halbleiterlasers zeigt, die durch das Peltier-Element geändert wird.
Beste Modi zum Ausführen der Erfindung
Nachstehend werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Falls möglich werden die gleichen Abschnitte durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In den Ausführungsformen werden die Lichtemissionsmodule der vorliegenden Erfindung auf Halbleiterlasermodule angewendet, die vorliegende Erfindung ist aber keineswegs gedacht, auf derartige Ausführungsformen begrenzt zu werden. 1 ist eine Perspektivansicht eines Halbleiterlasermoduls. 2 ist eine Querschnittsansicht, die den wesentlichen Teil des Halbleiterlasermoduls zeigt. Bezug nehmend auf 1 und 2 umfasst das Halbleiterlasermodul 1 einen Halbleiterlasermodul-Hauptabschnitt 10 und ein Gehäuse 12.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Gehäuse 12 ein Container, wie etwa ein Butterfly-Paket. Der Hauptabschnitt 10 ist auf der Bodenfläche in dem Paket 12 platziert. Der Hauptabschnitt 10 wird in dem Paket 12 versiegelt, während es mit einem Edelgas gefüllt ist, z.B. Stickstoffgas. Das Gehäuse 12 hat einen Hauptabschnitt 12a, der den Hauptabschnitt 10 unterbringt, einen zylindrischen Abschnitts 12b zum Führen einer optischen Faser 14 zu dem Hauptabschnitt 10 und eine Vielzahl von Leitungsstiften 12c.
Der Hauptabschnitt 10 hat Befestigungselemente 24, 26, 28, 30 und ein Linsenhalteelement 32 zum Halten einer Linse (32a in 2). In den Befestigungselementen 24, 26, 28, 30 sind Elemente, die optischen Halbleitereinrichtungen 16, 20a, 20b, ein Etalon 18, ein Kollimierungsmittel 21 wie eine Linse und ein Signalprozessorabschnitt 22 montiert. In dem Hauptabschnitt 10 ist das Befestigungselement 24 in einem thermoelektrischen Kühlgerät 34, z.B. einem Peltier-Element, platziert. Das thermoelektrische Kühlgerät 34 kann thermische Energie gemäß einem empfangenen Strom absorbieren oder emittieren, wobei dadurch eine Temperatur gesteuert wird. Da der Halbleiterlaser 16 in dem Befestigungselement 24 platziert ist, arbeitet das thermoelektrische Kühlgerät 34 als ein Temperaturänderungsmittel zum Steuern der Temperatur des Halbleiterlasers. Materialien, die für das Befestigungselement 24 geeignet sind, sind ausgezeichnete thermische leitende Materialien, z.B. Aluminiumnitrit (AlN), das für den Chipträger genutzt wird.
Eine Wandoberfläche des Pakethauptkörpers 12a hat ein optisches Fenster, das durch hermetisches Glas 36 abgedichtet ist, in seinem Abschnitt, der mit dem zylindrischen Abschnitt 12b in Verbindung steht. Der zylindrische Abschnitt 12b des Paketes 12 hat ein Durchgangsloch, das mit dem Hauptkörper 12a in Verbindung steht. Licht breitet sich durch das Durchgangsloch von dem Halbleiterlaser 16 zu einem Ende (nicht gezeigt) der optischen Faser 14 aus. Ein Linsenhalteelement 38 zum Halten einer Linse (38a in 2) ist in dem distalen Ende des zylindrischen Abschnitts 12b vorgesehen. Ein optischer Isolator 40 kann zwischen dem Linsenhalteelement 38 und dem zylindrischen Abschnitt 12b vorgesehen sein. Der optische Isolator 40 fängt rückwärtiges Licht von der optischen Faser 14 ab.
Die optische Faser 14 wird durch das distale Ende des zylindrischen Abschnitts 12b eingeführt. Die optische Faser 14 ist in ihrem distalen Ende durch eine Hülse 42 abgedeckt und geschützt. Das Linsenhalteelement 38 hält eine Buchse 44. Wenn die Hülse 42 in die Buchse 44 eingefügt wird, ist sie relativ zu dem Paket 12 positioniert. Danach wurden die optische Faser 14, die Linse des Linsenhalteelementes 40 und der Hauptabschnitt 10 positioniert.
Bezug nehmend auf 2 enthält in dem Hauptabschnitt 10 das Befestigungselement 24 einen Einrichtungsbefestigungsabschnitt 24a und einen Linsenstützabschnitt 24b. Der Linsenstützabschnitt 24a ist an einer Hauptoberfläche des Einrichtungsbefestigungsabschnitts 24b vorgesehen. Der Linsenstützabschnitt 24a hat ein Führungsloch zum Aufnehmen des Linsenhalteelementes 32. Das Linsenhalteelement 32 wird in das Führungsloch eingefügt, und das Linsenhalteelement 32 hält eine Linse 32a zum Komprimieren von Licht von dem Halbleiterlaser 16, der in dem Einrichtungsbefestigungsabschnitt 24a montiert ist. Der Abstand zwischen dem Halbleiterlaser 16 und der Linse 32a kann durch Bewegen der Position des Linsenhalteelementes 32 in dem Führungsloch abgestimmt werden.
Die Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung enthält eine Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung, z.B. einen Halbleiterlaser 16. Der Halbleiterlaser 16 hat eine erste Lichtreflexionsoberfläche 16b und eine zweite Lichtreflexionsoberfläche 16a, und eine aktive Schicht. Die aktive Schicht ist zwischen der ersten Lichtreflexionsoberfläche 16b und der zweiten Lichtreflexionsoberfläche 16a angeordnet, und generiert Licht in Injektionsträgern dort hinein. Die Lichtemissionsoberfläche 16a und Lichtreflexionsoberfläche 16b bilden einen optischen Hohlraum. Die Lichtemissionsoberfläche 16a ist durch die Linsen 32a und 38a mit der optischen Faser 14 optisch gekoppelt.
Der Halbleiterlaser 16 kann z.B. ein Fabry-Perot-Laser sein, er sollte aber nicht auf die Fabry-Perot-Laser begrenzt sein, und auf eine ähnliche Weise können auch verteilte Rückkopp lungs- (DFB) Halbleiterlaser verwendet werden. 3 ist eine schematische Ansicht eines DFB-Halbleiterlasers 16.
Bezug nehmend auf 3 hat der DFB-Halbleiterlaser einen vergrabenen Abschnitt 61, eine zweite Mantelschicht 62, eine Kontaktschicht 64 und eine gestreifte Elektrode 66 für den ersten Leistungsteil abwechselnd auf einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 50, und hat auch eine Elektrode 68 für den zweiten Leistungsteil auf der Rückfläche des Halbleitersubstrats 50. Der vergrabene Abschnitt 61 umfasst eine Pufferschicht 52, eine erste Mantelschicht 54, eine erste Führungsschicht 56, eine aktive Schicht 58 und eine zweite Führungsschicht 60 abwechselnd auf dem Substrat 50, und diese sind in einer rechtwinkligen Region ausgebildet, die von einer Endfläche 16a des Halbleiterlasers 16 zu der anderen Endfläche 16b entgegengesetzt zu der Endfläche 16a reicht.
Die aktive Schicht 58 enthält InGaAsP-Halbleiter. Z.B. kann die aktive Schicht 58 durch Einsetzen der MQW-Struktur aufgebaut sein, in der InGaAsP-Halbleiterschichten unterschiedlicher Zusammensetzungen in vielen Schichten angeordnet sind. Vorzugsweise kann die Mantelschicht durch Einsetzen eines InP-Halbleiters eines geeigneten Leitungstyps aufgebaut sein. Die Kontaktschicht kann durch Einsetzen eines InGaAs-Halbleiters aufgebaut sein.
Der vergrabene Abschnitt 61 hat eine Mesaregion, die sich in einer optischen Achsenrichtung (z-Achse) erstreckt, in der das Laserlicht emittiert wird. Der vergrabene Abschnitt 61 befindet sich zwischen der ersten Blockschicht 72 und der zweiten Blockschicht 74, die auf dem Substrat 50 ausgebildet sind. Wenn ein n-InP-Substrat eingesetzt wird, besteht die erste Blockschicht 72 aus einer p-InP-Halbleiterschicht, und die zweite Blockschicht 74 aus einer n-InP-Halbleiterschicht.
Das Substrat 50 und die zweite Mantelschicht 62 sind voneinander durch einen pn-Übergang elektrisch isoliert.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beugungsgitter in einer Schnittstelle zwischen der Mantelschicht 54 und der Führungsschicht 56 ausgebildet, es kann aber in einer anderen Schnittstelle zwischen der Mantelschicht 62 und der Führungsschicht 60 ausgebildet sein. Das Gitter ist in der Richtung der optischen Achse des Laserlichts ausgebildet. Licht, das in der aktiven Schicht 58 generiert wird, wird mit dem Gitter optisch gekoppelt, um eine vorbestimmte Wellenlänge auszuwählen.
Die Streifenelektrode 66 ist mit der Kontaktschicht 64 in einem Öffnungsabschnitt elektrisch verbunden, der in einem isolierenden Film 70 vorgesehen ist. Da dieser Öffnungsabschnitt entlang des vergrabenen Abschnitts 61 vorgesehen ist, können Träger effizient zu dem vergrabenen Abschnitt 61 zugeführt werden. Als ein Ergebnis werden Trägereinengung und optische Einschränkung effizient implementiert.
Die Lichtemissionsoberfläche 16a des Halbleiterlaserchips kann mit einem Beschichtungsfilm geringer Reflexion für eine Verringerung des Reflexionsvermögens beschichtet sein, und die Lichtreflexionsoberfläche 16b kann mit einer lichtreflektierenden Beschichtungsschicht zum Erhöhen des optischen Reflexionsvermögens beschichtet sein. Der Beschichtungsfilm geringer Reflexion und der lichtreflektierende Beschichtungsfilm können durch Abstimmen von Filmstärken von Mehrschichtfilmen aus SiN, a-Si usw. erhalten werden.
Bezug nehmend erneut auf 2 ist die Etaloneinrichtung, wie etwa der Etalon 18, in dem Befestigungselement 26 montiert. Eine Einlassoberfläche 18a des Etalons 18 ist mit der lichtreflektierenden Oberfläche 16b des Halbleiterlasers 16 optisch gekoppelt. Diese optische Kopplung ist durch eine Anordnung implementiert, in der die Einlassoberfläche 18a des Etalons 18 der lichtreflektierenden Oberfläche 16b des Halbleiterlasers 16 gegenüberliegt. Eine Emissionsoberfläche 18b des Etalons 18 ist mit einem fotoelektrischen Wandlungsmittel optisch gekoppelt, wie etwa der Fotoerfassungseinrichtung 20, die erste und zweite Detektoren 20a, 20b enthält. Diese optische Kopplung wird durch eine Anordnung implementiert, in der die Emissionsoberfläche 18b den ersten und zweiten Detektoren 20a, 20b gegenüberliegt.
4A zeigt einen Etalon 18 als eine Ausführungsform, und 4B zeigt einen anderen Etalon als eine Ausführungsform. Bezug nehmend auf 4A ist jede von Lichtempfangsoberfläche 18a und Lichtabgabeoberfläche 18b von Etalon 18 so vorgesehen, um eine optische Ebene zu bilden. Die Lichtempfangsoberfläche 18a und die Lichtabgabeoberfläche 18b sind in einem kleinen Winkel α relativ zueinander geneigt. Der Winkel α ist in einem Bereich eingestellt, in dem Licht, das auf den Etalon 18 einfällt, die Vielfachinterferenz zwischen der Lichtempfangsoberfläche 18a und der Lichtabgabeoberfläche 18b erlaubt. Speziell ist der Winkel α vorzugsweise nicht kleiner als 0,01 Grad und auch nicht größer als 0,1 Grad.
Der Etalon 18 hat einen Mehrschicht-Reflexionsfilm 18c, der so vorgesehen ist, um die Lichtempfangsoberfläche 18a vorzusehen, und einen Mehrschicht-Reflexionsfilm 18d, der so vorgesehen ist, um die Lichtabgabeoberfläche 18b vorzusehen. Das Reflexionsvermögen der Lichtempfangsoberfläche 18a und der Lichtabgabeoberfläche 18b kann jeweils durch die Mehrschicht-Reflexionsfilme 18c, 18d abgestimmt werden. In der nachstehenden Beschreibung wird dieser Etalon 18 auch ein Keiletalon genannt.
Wie in 4B gezeigt, hat die Etaloneinrichtung, wie etwa ein Etalon 19, eine Lichtempfangsoberfläche 19a, eine Lichtempfangsoberfläche 19c und eine Lichtabgabeoberfläche 19b, von denen jede eine optische Ebene ist. Die Lichtempfangsoberfläche 19a ist der Lichtabgabeoberfläche 19b annähernd parallel und das Intervall zwischen diesen Oberflächen ist d1. Die Lichtempfangsoberfläche 19c ist auch der Lichtabgabeoberfläche 19b annähernd parallel und das Intervall zwischen diesen Oberflächen ist d2. Der Abstand d2 ist größer als der von d1. Ferner hat der Etalon 19 Mehrschicht-Reflexionsfilme 19d, 19e, 19f darauf, wie in dem Etalon 18, um gewünschte Werte vom Reflexionsvermögen dadurch auf den jeweiligen Oberflächen zu bilden.
In 4C ist, um die Differenz zwischen dem Abstand d2 und dem Abstand d1 in dem Etalon 19 vorzusehen, ein Film 19g auf dem Etalon 19 abgelagert, um die Stärke äquivalent zu der Differenz zu erhalten. Der Film 19g besteht aus einem Material, das das Licht von der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung übertragen kann, und dieses Material kann vorzugsweise z.B. SiO₂ sein. Vorzugsweise besteht der abgelagerte Film aus einem Material mit einem Brechungsindex, der im wesentlichen dem des Etalons 19 gleich ist. Der Begriff "im wesentlichen gleich" bedeutet, dass der Brechungsindex innerhalb des Bereiches ± 0,5% entsprechend einer Filmbildungsvariation aus Sicht der Herstellung ist.
5A ist eine Zeichnung, die das fotoelektrische Wandlungsmittel zeigt, wie durch Fotodetektoren 20a, 20b dargestellt. Bezug nehmend auf 5A sind die Fotodetektoren 20a, 20b in einer ersten Richtung auf einem Fotodiodenchip 20 angeordnet. Die Fotodetektoren 20a, 20b können Fotodioden mit einer jeweiligen Fotoempfangsempfindlichkeit zu einer Wellenlängenregion sein, die die Wellenlängen des Laserlichts enthält, das von dem Halbleiterlaser 16 emittiert wird. Die Fo todetektoren 20a, 20b sind in der ersten Richtung angeordnet. Jeder der Fotodetektoren 20a, 20b hat eine maximale Breite W einer Fotoerfassungsfläche mit Bezug auf die erste Richtung und eine maximale Länge L der Fotoerfassungsfläche mit Bezug auf eine zweite Richtung senkrecht zu der vorangehenden ersten Richtung.
Vorzugsweise ist die maximale Breite W kürzer als die maximale Länge L. Diese Konfiguration ist insbesondere bei Verwendung mit dem Keiletalon 18 wünschenswert. Da die Lichtempfangsoberfläche 18a des Keiletalons 18 relativ zu der Lichtabgabeoberfläche 18b geneigt ist, variieren auch Wellenlängen des übertragenen Lichts in der Richtung dieser Neigung. In dieser Konfiguration wird, je kleiner die Breite (die maximale Breite in einer oben beschriebenen Richtung) der Fotoerfassungsflächen der Fotodetektoren 20a, 20b ist, die Monochromatizität von Licht, das in elektrische Signale gewandelt wird, umso mehr verbessert. Diese Verbesserung in Monochromatizität erlaubt, dass sich das Ausgangssignal von jedem Fotodetektor gegenüber einer Änderung von Wellenlängen steil ändert. Falls jedoch die Breite der Fotoerfassungsflächen lediglich verringert wird, wird die Intensität der gesamten empfangenen Leistung abgesenkt. Um die Verringerung in der Quantität von Licht zu kompensieren, sollte vermerkt werden, dass es keine Änderung in der Wellenlänge von Licht von dem Etalon gibt, d.h. keine chromatische Dispersion in der zweiten Richtung senkrecht zu der zuvor erwähnten ersten Richtung. Die Größen der Fotodetektoren 20a, 20b sind in der senkrechten zweiten Richtung lang, und sind in der ersten Richtung kurz, in der chromatische Dispersion auftritt.
Die Fotodetektoren 20a, 20b sind relativ zu dem Keiletalon 18 positioniert, wie in 5A bis 5C gezeigt. In 5A bis 5C sind die Fotoerfassungsflächen der Fotodetektoren 20a, 20b rechtwinklig, und die Fotoerfassungsflächen können z.B. in der Feldrichtung kurz und in der Richtung senkrecht zu der Feldrichtung lang sein. Obwohl der Etalon 19 keine chromatische Dispersion zeigt, können die Fotodetektoren 20a, 20b wie in 5A gezeigt mit dem Etalon 19 kombiniert sein.
6A bis 6C zeigen schematisch die Anordnung des Halbleiterlasers 16, des Etalons und des Kollimierungsmittels 21. Der in 4A gezeigte Etalon 18 oder der in 4A und 4C gezeigte Etalon 19 ist auf einen Etalon hierin anwendbar. Das Lichtemissionsmodul 1a kann das Kollimierungsmittel 21 enthalten, wenn erforderlich, um so in der Lage zu sein, den Etalon 18 mit im wesentlichen kollimierten Licht zu versehen. Das Kollimierungsmittel ist zwischen der Etaloneinrichtung und der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung angeordnet und arbeitet, das Licht von der ersten Endfläche der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung zu empfangen und das im wesentlichen kollimierte Licht vorzusehen.
Wie in 8A gezeigt, steht die Definition des im wesentlichen kollimierten Lichts mit einer Strahlenbreitenänderung, die durch die folgende Gleichung spezifiziert wird, zwischen einer Strahlenbreite D₀ in einer gewissen Position und einer Strahlenbreite D₁ in einer anderen Position getrennt von der Position um einen Abstand t in Verbindung: δD = (D1 – D0)/D0.
Das "im wesentlichen kollimierte Licht" bedeutet den Bereich von |δD| ≤ 0,5. Wie in 8A gezeigt, bezeichnet das Bezugszeichen D₀ eine Strahlenbreite in einer Austrittsposition des Kollimierungsmittels 21, wie etwa einer Linse, und Bezugszeichen D₁ bezeichnet eine Strahlenbreite in einer Position 20 cm von dort getrennt. Wie in 8B gezeigt, ist die Strahlenbreite D als ein Intervall zwischen zwei Punkten in der Wellenlängenachse definiert, wo die optische Leistung 1/e² mal der Intensität in der Spitze des Spektrums des Lichts von dem Halbleiterlaser 16 ist. Die Erfinder denken, dass Werte von typischen D₀ in den Halbleiterlasermodulen in dem Bereich von nicht weniger als 0,3 mm und nicht mehr als 5 mm sind.
In 6A und 6B emittiert die Lichtreflexionsoberfläche 16b des Halbleiterlasers 16 divergentes Licht D. Das Lichtkollimierungsmittel 21, wie etwa eine sphärische Linse, wandelt das Licht D in im wesentlichen kollimiertes Licht G und H. Danach fällt das Licht G und H auf den einzelnen Etalon 18 ein. Das Licht G und H fällt hauptsächlich auf einer ersten Position ein, in der der Etalon 18 die Stärke d1 hat, und in einer zweiten Position, in der der Etalon 18 die Stärke d2 (= d1 + ≤) hat. Unter diesem Licht G und H überträgt der Etalon Wellenlängenkomponenten entsprechend den Stärken des Etalons in den Einfallpositionen.
Der Etalon 18 ist der Keiletalon, der den Winkel α zwischen der Lichtempfangsoberfläche 18a und der Lichtabgabeoberfläche 18b herstellt, wie in 6A gezeigt. Diese Neigung realisiert die Stärke d1 in der ersten Position des Etalons 18 und die Stärke d2 in der zweiten Position. Die Stärken des Etalons 18 in den ersten und zweiten Positionen variieren mit einer Bewegung des Etalons 18 in der Richtung, die durch Pfeil X angezeigt wird. Dies führt zu einer Änderung von Übertragungsspektra. Dies kann eine Wellenlänge in einem Schnittpunkt zwischen einem Paar von Spektra ändern, spezifiziert durch die ersten und zweiten Positionen.
In dem Etalon 19 realisieren, wie in 6B gezeigt, die Lichtempfangsoberfläche 19a und die Lichtabgabeoberfläche 19b nahe der ersten Position die Stärke d1, und die Lichtempfangsoberfläche 19c und die Lichtabgabeoberfläche 19b nahe der zweiten Position die Stärke d2. Diese Oberflächen 19a, 19b, 19c sind im wesentlichen parallel zueinander vorgesehen. In diesem Etalon ändern sich die Übertragungsspektra durch eine kleine Variation in der Positionierung des Etalons 18 in einer Richtung, die durch Pfeil X angezeigt wird, nicht. Dies zeigt, dass es wenig Variation in einer Wellenlänge in dem Schnittpunkt zwischen dem Paar von Spektra gibt, spezifiziert durch die ersten und zweiten Positionen, worin das Licht G und H passiert, selbst wenn irgend ein Platzierungsfehler in dem Aufbau auftritt. Wenn der Etalon 18 in einer Winkelrichtung Θ₀ um eine Achse Y rotiert wird, variieren die Werte effektiver Stärke in den ersten und zweiten Positionen, wie etwa die optischen Stärkewerte des Etalons 18, um so die Übertragungsspektra, z.B. die Wellenlängen des übertragenen Lichts, zu ändern. Die Achse Y (die Richtung lotrecht zu der Oberfläche der Zeichnung) ist senkrecht zu der Richtung X und zu der Richtung der optischen Achse der Linse 21.
6C ist eine Querschnittsansicht, die in einer Linie II-II von 6A aufgenommen ist. Der Etalon 18 befindet sich in der Befestigungsoberfläche 26a des Befestigungselementes 26, sodass die Lichtempfangsoberfläche 18a des Etalons 18 relativ zu der Befestigungsoberfläche 26a geneigt ist. Diese Neigung gestattet dem Etalon 18, den konstanten freien spektralen Bereich (FSR) zu zeigen, selbst wenn sich der Etalon 18 in der Richtung bewegt, die durch Pfeil X angezeigt wird. In diesem Fall ist die Lichtempfangsoberfläche 18a des Etalons 18 in einem Winkel β relativ zu der Reflexionsendfläche 16b der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung 16 geneigt. Diese Neigung wird durch Rotieren des Etalons um eine Rotationsachse (senkrecht zu der Oberfläche der Zeichnung) in der X-Achse, die in 6A gezeigt wird, realisiert.
7A zeigt eine Konfiguration, in der eine Apertureinrichtung 25 der in 6A gezeigten hinzugefügt ist. Die Apertureinrichtung 25 hat eine Vielzahl von Aperturen 25a, 25b.
Die Positionen der Aperturen 25a, 25b sind so bestimmt, um den ersten und zweiten Fotodetektoren 20a, 20b zu entsprechen. Die Apertureinrichtung 25 ist so angeordnet, um einer der Lichtempfangsoberfläche 18a und der Lichtabgabeoberfläche 18b des Etalons 18 gegenüberzuliegen. In 7A ist z.B. die Apertureinrichtung 25 auf der Lichtabgabeoberfläche 18b angeordnet. In dieser Konfiguration können die Fotodetektoren 20a, 20b nur das Licht empfangen, das durch den Etalon 18 übertragen wird und die Aperturen der Apertureinrichtung 25 passieren kann. Deshalb definieren die Positionen 25a, 25b der Aperturen der Apertureinrichtung 25 die Wellenlängen von Licht, das die Fotodetektoren 20a, 20b erreicht. Die Apertureinrichtung 25 ist an dem Etalon 18 angebracht. Diese Anordnung kann das Paar von Spektra von Licht von dem Etalon 18 definitiver spezifizieren. Die Apertureinrichtung 25 kann sich auch im Abstand von dem Etalon 18 befindet.
7B zeigt eine Konfiguration, in der die Apertureinrichtung 25 dem Etalon 19, wie in 6B oder 6C gezeigt, hinzugefügt ist. Die Apertureinrichtung 25 kann sich zwischen dem Etalon 19 und dem Halbleiterlaser 16 befinden, oder kann sich zwischen dem Etalon 19 und der Linse 21 befinden. In dieser Konfiguration wird Licht, das zu dem Etalon 19 einfällt, durch die Aperturen in der Apertureinrichtung 25 bereitgestellt. Dieses Licht durchläuft den Etalon 19 und erreicht danach die Fotodetektoren 20a, 20b. Deshalb befinden sich die Aperturen 25a, 25b der Apertureinrichtung 25 in jeweiligen Positionen, wo der Etalon unterschiedliche Stärken aufweist. Diese Anordnung gestattet auch, dass das Paar von Spektra des Lichts von dem Etalon 18 definitiver spezifiziert wird. Die Apertureinrichtung 25 kann auch so angeordnet sein, um an dem Etalon 19 angebracht zu sein.
In 7B ist der Fotodiodenchip 20, der die ersten und zweiten Fotodetektoren 20a, 20b enthält, in der Lichtabgabe oberfläche 19b des Etalons 19 platziert. Diese Anordnung verringert die Zahl von Herstellungsschritten für optische Positionierungsoperationen, da der Etalon 19 und die ersten und zweiten Fotodetektoren 20a, 20b im voraus ausgerichtet werden können. Der Fotodiodenchip 20 ist vorzugsweise ein Chip vom Rückeinfalltyp. Da der Fotodiodenchip 20 die ersten und zweiten Fotodetektoren 20a, 20b in dem gleichen Halbleitersubstrat enthält, zeigen die Fotodetektoren identische Charakteristika.
Die Apertureinrichtung 25 kann auch unerwartetes gestreutes Licht verringern, das die Fotodetektoren erreicht.
9A bis 9C zeigen Seitenansichten des Halbleiterlasers 16, der Linse 81, des Etalons 18 und des Fotodetektors 20, die auf dem Befestigungselement 26 platziert sind. Die aktive Schicht 58 wird in dem Halbleiterlaser 16 veranschaulicht, und eine Achse 80 zeigt eine Ausdehnungsrichtung der aktiven Schicht 58 an. Der Halbleiterlaser 16, die Linsen 81 und 91, der Etalon 18 und der Fotodetektor 20 sind so montiert, um auf der Befestigungsoberfläche 26a miteinander optisch gekoppelt zu sein. Der Fotodetektor 20 ist in einer Position platziert, die höher als die Höhe der Achse 80 ist. Diese Anordnung unterstützt die optische Kopplung des Fotodetektors 20 mit dem Halbleiterlaser 16 durch die Linse.
Bezug nehmend auf 9A fällt Licht 84 von dem Halbleiterlaser 16 durch die Linse 81 zu dem Etalon 18 ein. Licht 86 von Wellenlängenkomponenten, das durch den Etalon 18 übertragen wird, wird durch die Fotoerfassungseinrichtung 20 empfangen. Ein Teil von Licht, das sich zu dem Etalon 18 bewegt, wird in der Oberfläche davon reflektiert, um seine Bewegungsrichtung umzukehren, und dann bewegt sich das reflektierte Licht 88 zu dem Halbleiterlaser 16. Die Linse 81 hat ihre Spitze über der optischen Achse entfernt. Diese Konfiguration kann Neueintritt des reflektierten Lichts 88 in den Halbleiterlaser 16 wegen der Komprimierungsaktion der Linse verringern.
In 9A wird eine Kugellinse als die Linse 81 verwendet. Die Linse 81 ist auf der Befestigungsoberfläche 26a platziert. Die Linse 81 ist mit einer Installationsoberfläche 81a für diese Anordnung versehen. Die Installationsoberfläche 81a ist so angeordnet, um der Befestigungsoberfläche 26a gegenüberzuliegen, und diese Anordnung bestimmt die Höhe der optischen Achse der Linse 81. Die Linse 81 hat eine obere Oberfläche 81b entgegengesetzt zu der Installationsoberfläche 81a. Die Installationsoberfläche 81a und die obere Oberfläche 81b erstrecken sich beide in einer Richtung der optischen Achse der Linse 81. Die Höhe der Linse 81 wird durch den Abstand zwischen der Installationsoberfläche 81a und der oberen Oberfläche 81b definiert. Da die optische Linse mit ihrer oberen Oberfläche versehen ist, kann die Höhe der Linse 81 auf einen Wert verringert werden, der für einen Kollimierungsabschnitt notwendig ist, der der Linse 81 ermöglicht, das Licht zu kollimieren. Die Linse kann eine Menge von Licht reduzieren, das über die optische Linse 81 zu dem Halbleiterlaser 16 zurückkehrt, nachdem es durch den Etalon 18 und die ersten und zweiten Fotodetektoren 20 (20a, 20b) reflektiert ist.
Als eine andere Platzierungskonfiguration der Linse kann die Befestigungsoberfläche 26a des Befestigungselementes 26 mit einem niedergedrückten Abschnitt zum Aufnehmen des Befestigungsabschnitts der Kollimierungslinse versehen sein. Wenn der Befestigungsabschnitt der Linse in diesem niedergedrückten Abschnitt eingepasst ist, wird der Standort der Linse bestimmt, und die Höhe der Linse 81 von der Befestigungsoberfläche 26a wird auch bestimmt.
In 9B wird eine Linse 91 an Stelle der Linse 81 wie in 9A eingesetzt. Die Linse 91 hat einen Film 91a, der ihren oberen Teil abdeckt, der für das reflektierte Licht 88 undurchsichtig ist. Der Film 91a ist aus einem Material mit einem ausreichend kleinen Durchlässigkeitsgrad von Licht im Vergleich mit dem Material der Linse hergestellt. Da die Linse 91 mit dem Abschirmungsfilm 91a über ihrem Teil über der optischen Achse davon versehen ist, kann der Abschirmungsfilm 91a Neueintritt, wegen der Konvergierungsaktion der Linse, des reflektierten Lichts 88 zu dem Halbleiterlaser 16 reduzieren.
Auf diese Weise ist in 9A und 9B die Linse 81 oder 91 mit einem Mittel zum Verringern einer Menge von zurückkehrenden Licht versehen, das durch mindestens eines von dem Etalon 18 und den Fotodetektoren 20a, 20b reflektiert wird und zu der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung durch die Linse zurückkehrt.
Die Erfinder haben offenbart, dass es für den Etalon 18 wünschenswert war, das einfallende Licht in einem Winkel Θ₂ zu empfangen, der in einem Bereich von nicht mehr als 85 Grad und nicht weniger als 95 Grad war, und dass der Winkel 02 mit Bezug auf eine Achse 90 senkrecht zu einer Richtung gebildet wird, in der die Fotodetektoren 20a, 20b angeordnet waren (die Richtung lotrecht zu der oberen Oberfläche von 9C). Zum Implementieren dieser Konfiguration sind die Fotodetektoren 20a, 20b positioniert, ohne sich mit einer Ebene zu schneiden, die die Achse 80 enthält und sich entlang der aktiven Schicht 58 des Halbleiterlasers 16 erstreckt, und sind entweder über oder unter dieser Ebene positioniert. In der Ausführungsform von 9C befinden sich die Fotodetektoren 20a, 20b über der Ebene. Deshalb ist ein Winkel Θ₁ des Lichts, das auf den Etalon 18 einfällt, vorzugsweise in einem Bereich innerhalb von ±5°. Dies kann eine Menge von Licht verringern, das von dem Etalon 18 reflektiert wird und direkt auf den Halbleiterlaser 16 einfällt.
10A bis 10F zeigen Beispiele der Kalkulation spektraler Charakteristika von Etalons. In 10A bis 10F stellt die Abszisse die Wellenlänge (μm) und die Ordinate den Oberflächendurchlässigkeitsgrad dar. Die Spektra, die darin veranschaulicht werden, wurden mit einer Änderung in der Finesse F (oder Oberflächendurchlässigkeitsgrad T) unter Verwendung der folgenden Werte kalkuliert, wobei die Stärke in der ersten Position des Etalons 18d ist, die Stärke in der zweiten Position d + δ ist und der Brechungsindex n ist:
d = 74 μm;
δ = 0,24 μm;
n = 1,6.
Hier bezeichnen T und R den optischen Durchlässigkeitsgrad bzw. das optische Reflexionsvermögen jeder Etalonoberfläche von dem Etalon zu einer Luftschicht, und es wird angenommen, dass T und R auf den zwei Oberflächen der Etalons einander gleich sind.
Die Finesse und der freie spektrale Bereich sind wie folgt definiert. Finesse: F = 4 × R/(1 – R)2 freier spektraler Bereich: FSR = c/(2·n·d·cos(Θ))
In jeder von 10A bis 10F wird das Übertragungsspektrum in der ersten Position durch Linie (1), das Übertragungsspektrum in der ersten Position durch Linie (2) und ein Differenzspektrum zwischen diesen Spektra durch Linie (3) angezeigt. Eine gestrichelte Linie zeigt ein Übertragungsspektrum in einer Zwischenposition zwischen den ersten und zweiten Positionen in dem Keiletalon an.
Gemäß dieser Kalkulation werden gute Ergebnisse erhalten, wenn der Durchlässigkeitsgrad T des Etalons in einem Bereich von nicht weniger als 0,7 und nicht mehr als 0,9 ist. Der obige Bereich ist in Anbetracht der Reaktionseigenschaft der Rückkopplungsschleife auf eine Abweichung von der sperrenden Wellenlänge vorzuziehen. In diesem Bereich ist die Linearität gegenüber Wellenlängen um den Nullpunkt der vertikalen Achse herum überlegen, wie durch die Form der durchgehenden Linie (Differenzcharakteristika) in 10A bis 10F angezeigt. Wenn dieser Durchlässigkeitsgrad T kleiner als 0,7 ist, ist die Linearität nicht immer wünschenswert, wie in den Figuren gezeigt. Wenn der Durchlässigkeitsgrad T größer als 0,9 ist, wird die Steigung gegenüber Wellenlängen um den Nullpunkt herum der vertikalen Achse klein, wie in diesen Figuren gezeigt. Diese kleine Steigung sieht keine ausgezeichnete Reaktion gegenüber einer Änderung der Wellenlänge vor.
11 zeigt einen Halbleiterlaser 27 mit einem Lichtgenerierungsabschnitt 27a und einem Wellenlängenänderungsabschnitt 27b. Der Lichtgenerierungsabschnitt 27a und der Wellenlängenänderungsabschnitt 27b sind durch einen Trennungsabschnitt, wie etwa einem Graben, der vorgesehen ist, um so die zweite Mantelschicht 62 zu erreichen, im wesentlichen voneinander elektrisch getrennt. Dieser Wellenlängenänderungsabschnitt 27a hat einen optischen Wellenleiter 58b, der an die aktive Schicht 58a des Wellenlängengenerierungsabschnitts 27a anstößt.
Der Lichtgenerierungsabschnitt 27a hat einen vergrabenen Abschnitt 61a, und der Wellenlängenänderungsabschnitt 27b hat einen vergrabenen Abschnitt 61b. Die vergrabenen Abschnitte 61a, 61b können in der gleichen Halbleiterschichtstruktur hergestellt werden, und können aus den gleichen Halbleitermaterialien wie in dem Halbleiterlaser 16 hergestellt werden, sie sind aber nicht darauf begrenzt.
Um Träger in den optischen Wellenleiter 58b zu injizieren, ist eine Elektrode 66b getrennt von einer Elektrode 66a für den Lichtgenerierungsabschnitt 27a vorgesehen. Ein Signal, das zwischen den Elektroden 66b, 68 angelegt wird, ist ein Differenzsignal, das aus den Signalen von den ersten und zweiten Fotodetektoren 20a, 20b generiert wird.
Wenn Träger durch die Elektroden 66b, 68 in den optischen Wellenleiter 58b injiziert werden, ändert der optische Wellenleiter 58b seinen Brechungsindex. Da die optische Schicht 58b mit dem optischen Wellenleiter 58b optisch gekoppelt ist, ändert sich der optische Abstand zwischen den zwei Endflächen des Halbleiterlasers 27 durch die Injizierung von Trägern. Dies erlaubt die Steuerung der Wellenlängen des Lichts, das durch den Halbleiterlaser 27 generiert wird.
In der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist jeder der Fotodetektoren 20a, 20b mit einem fotoelektrischen Wandlungselement versehen. Z.B. können Fotodioden als diese fotoelektrischen Wandlungselemente verwendet werden.
Der Signalprozessorabschnitt 22 ist in dem Befestigungselement 30 montiert. Der Signalprozessorabschnitt 22 enthält z.B. einen Temperaturabstimmungsabschnitt zum Ansteuern des thermoelektrischen Kühlgerätes 34 und einen Leistungsabstimmungsabschnitt zum Ansteuern des Halbleiterlasers 16. Der Temperaturabstimmungsabschnitt empfängt elektrische Signale von den Fotodetektoren 20a, 20b, wie etwa den fotoelektrischen Wandlungselementen. Als Reaktion auf diese elektrischen Signale stimmt der Temperaturabstimmungsabschnitt ein elektrisches Signal zu dem thermoelektrischen Kühlgerät 34 ab, um die Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers 16 zu steuern. Der Leistungsabstimmungsabschnitt empfängt die elektrischen Signale von der Fotoerfassungseinrichtung 20. Als Reaktion auf die elektrischen Signale stimmt der Leistungsabstimmungsabschnitt den Ansteuerstrom zu dem Halbleiterlaser 16 ab, um die Oszillationsleistung des Halbleiterlasers 16 zu steuern.
Der Signalprozessorabschnitt 22 kann getrennt von dem Lichtemissionsmodul 1a angeordnet sein, ohne in dem Gehäuse 12 untergebracht zu sein. In dieser Konfiguration werden die elektrischen Signale durch die Anschlüsse 12c des Gehäuses 12 transferiert. Die elektrischen Signale von den ersten und zweiten Fotodetektoren 20a, 20b werden durch die Anschlüsse 12c zu dem Signalprozessorabschnitt 22 transferiert. Elektrische Signale von dem Signalprozessorabschnitt 22 werden durch die Anschlüsse 12 zu dem Halbleiterlaser 16 und/oder zu dem thermoelektrischen Kühlgerät 34 transferiert.
Das Befestigungselement 26 und das Befestigungselement 28 sind an dem Befestigungselement 24 platziert, um so die optische Kopplung des Halbleiterlasers 16, des Etalons 18 und der Fotodetektoren 20a, 20b zu erreichen. Das Befestigungselement 30 ist an dem Befestigungselement 24 platziert, um so die elektrischen Signale von Fotodetektoren 20a, 20b zu empfangen. Die hauptsächlichen Funktionskomponenten, die das Halbleiterlasermodul bilden, sind nämlich hauptsächlich an dem Befestigungselement 24 angeordnet. Dies umgeht die Notwendigkeit für eine Übertragung elektrischer und optischer Signale zu und von der Außenseite des Paketes 12, um die Oszillationswellenlänge und Oszillationsleistung des Halbleiterlasers 16 zu steuern. Das Halbleiterlasermodul, das zum Abstimmen der Oszillationswellenlänge davon mit hoher Genauigkeit fähig ist, kann in dem Paket untergebracht werden.
Bezug nehmend erneut auf 1 und 2 sind die optische Faser 14, Linsen 32a, 38a, der Halbleiterlaser 16, der Etalon 18 und die Fotodetektoren 20a, 20b in einer Richtung einer vorbestimmten Achse 46 in dem Halbleiterlasermodul 1a angeordnet. Dieses Halbleiterlasermodul 1a nutzt das ausgegebene Licht von der Rückfläche des Halbleiterlasers 16. Dieses ausgegebene Licht wird durch Verwendung des Etalons 18 spektroskopisch gesplittet, um eine Vielzahl von Überwachungslicht zu erhalten, das jeweilige Wellenlängenkomponenten mit einem vorbestimmten Wellenlängenabstand in dem Wellenlängenspektrum des Halbleiterlasers 16 enthält. Die Temperatur des Halbleiterlasers 16 wird gemäß Differenzinformation zwischen Intensitäten dieses Überwachungslichts abgestimmt. Durch diese Abstimmung kann die Operationswellenlänge auf einen gewünschten Wert abgestimmt werden. Ferner wird der Ansteuerstrom des Halbleiterlasers 16 gemäß Summeninformation von Lichtintensitäten jenes Überwachungslichts abgestimmt. Durch diese Abstimmung kann die Oszillationsleistung auf einen gewünschten Wert abgestimmt werden.
Die Ausbreitung von Licht in dem Halbleiterlasermodul 1a wird nachstehend mit Verweis auf 12A bis 12C beschrieben. 12A ist eine schematische Ansicht, die die Ausbreitung von Licht in dem Halbleiterlasermodul 1 zeigt. Die optische Faser 14, die Linse 38a, die Linse 32a, der Halbleiterlaser 16, der Etalon 18, die optische Wellenleiterschaltung 21 und die Fotodetektoren 20a, 20b sind abwechselnd in einer Richtung der vorbestimmten Achse 46 angeordnet. Das Licht A emittiert von der Lichtemissionsoberfläche 16a des Halbleiterlasers 16 und konvergiert dann durch die Linse 32a zu der Linse 38a, um Licht B zu bilden. Ferner konvergiert das Licht B durch die Linse 38a so, um in die Endfläche der optischen Faser 14 einzutreten, um Licht C zu bilden. Andererseits emittiert das Licht D von der Lichtreflexionsoberfläche 16b des Halbleiterlasers 16 und wird in Licht G und Licht H in dem Lichtkollimierungsmittel 21, wie etwa einer optischen Wellenleiterschaltung, gesplittet und danach fällt das Licht G und H auf die Eingangsoberfläche 18a des Etalons 18 ein. 12B zeigt ein Spektrum von Licht D. Dieses Spektrum reflektiert die Oszillationscharakteristika des Halbleiterlasers 16. Der Etalon 18 erreicht spektroskopische Trennung des einfallenden Lichts in den räumlich unterschiedlichen Positionen. Licht E, F, das so getrennt wird, emittiert von der Ausgangsoberfläche des Etalons 18. Durchgehende Linien in 12C stellen die Spektra des Lichts E und F dar. In 12C stellt eine gestrichelte Linie das optische Spektrum des Lichts D dar. Die optischen Spektra reflektieren die optische spektrale Eigenschaft des Etalons 18. Das Licht E und F wird in die Fotodetektoren 20a, 20b eingeführt. Die Fotodetektoren 20a, 20b wandeln das eingegebene Licht E und F jeweils in elektrische Signale.
12D ist ein spektrales Diagramm, um ein Beispiel der Übertragungskalkulation für den Keiletalon zu zeigen. In 12D stellen eine durchgehende Linie und eine gestrichelte Linie ein Beispiel von Übertragungsspektrumskalkulation in zwei Positionen dar. Diese Kalkulation wurde basierend auf den folgenden Parametern durchgeführt, wobei die Stärke in der ersten Position des Etalons 18d ist, die Stärke in der zweiten Position d + δ ist, das Reflexionsvermögen in der Eintrittsoberfläche und in der Austrittsoberfläche des Etalons R sind und der Brechungsindex n ist:
d = 1000 μm;
δ = 0,78 μm;
R = 0,27;
n = 1,5589.
Gemäß diesem Übertragungsspektraldiagramm haben die Spektra in den unterschiedlichen Positionen ihre jeweiligen Spitzen in unterschiedlichen Wellenlängen und überlappen einander in einer Wellenlänge, die einen vorbestimmten Durchlässigkeitsgrad zwischen jenen Spitzenwellenlängen anzeigt. In dem Lichtemissionsmodul, das diesen Etalon einsetzt, kann die Wellenlänge z.B. in einer sperrenden Wellenlänge eines Schnittpunkts zwischen der durchgehenden Linie und der gestrichelten Linie gesteuert werden, ist aber nicht darauf begrenzt.
Als Nächstes wird die Differenzspektrumsänderung beschrieben, die auftritt, wenn der Abstand L zwischen den Fotodetektoren 20a, 20b in dem Halbleiterlichtmodul geändert wird, das den Keiletalon 18 verwendet.
13A bis 13D bis 16A des 16D zeigen Änderungen in der Form der Differenzspektrallinie gemäß der Änderung in dem Abstand L zwischen den Fotodetektoren 20a, 20b. 13A bis 13D zeigen Kalkulationsbeispiele, in denen das Reflexionsvermögen R 30% ist. 14A bis 14D zeigen Kalkulationsbeispiele, in denen das Reflexionsvermögen R 40% ist, 15A bis 15D zeigen Kalkulationsbeispiele, in denen das Reflexionsvermögen R 50% ist, und 16A bis 16D zeigen Kalkulationsbeispiele, in denen das Reflexionsvermögen R 60% ist. 13A, 14A, 15A und 16A zeigen die Charakteristika, in denen der Abstand L 0,2 mm ist; 13B, 14B, 15B und 16B zeigen die Charakteristika, in denen der Abstand L 0,3 mm ist; 13C, 14C, 15C und 16C zeigen die Charakteristika, in denen der Abstand L 0,4 mm ist; 13D, 14D, 15D und 16D zeigen die Charakteristika, in denen der Abstand L 0,5 mm ist.
In jeder dieser Figuren wird das Übertragungsspektrum in der ersten Position durch Linie (1) angezeigt, das Übertragungsspektrum in der zweiten Position wird durch Linie (2) angezeigt, und das Differenzspektrum zwischen diesen Spektra wird durch Linie (3) angezeigt. In dem Keiletalon 18, der für die se Kalkulationen verwendet wird, war der relative Neigungswinkel α zwischen der Lichtempfangsoberfläche 18a und der Lichtabgabeoberfläche 18b 0,029135° und der Brechungsindex n war 1,5589.
Aus den in 13A bis 13D bis 16A bis 16D gezeigten Kalkulationen ist offensichtlich, dass die Form der Differenzspektrallinie (3) auf verschiedene Art und Weise variiert, abhängig von Kombinationen des Reflexionsvermögens R mit dem Abstand L. Die Charakteristika mit einem Reflexionsvermögen R von 50%, die in 15A bis 15D gezeigt werden, werden nachstehend als ein Beispiel beschrieben. Während sich der Abstand L von 0,5 mm (15D) verringert, verschiebt sich die Übertragungsspektrallinie (2) relativ zu der Übertragungsspektrallinie (1). Mit der relativen Verschiebung verschlechtert sich die Symmetrie in der Differenzspektrallinie (3), die aus diesen zwei Übertragungsspektra abgeleitet wird. Es wird jedoch hier vermerkt, dass die Linearität dieses Differenzspektrums in einem Kurvenabschnitt Q, der in 15B gezeigt wird, äußerst gut ist. Falls die sperrende Wellenlänge in diesem Abschnitt mit guter Linearität eingestellt ist, kann die Antworteigenschaft der Rückkopplungsschleife gegenüber einer Abweichung von der sperrenden Wellenlänge verbessert werden. Diese Verbesserung wird optisch erreicht.
Die Erfinder haben Untersuchungen in der Antworteigenschaft der Rückkopplungsschleife durchgeführt. Aus den Untersuchungen haben die Erfinder einen bevorzugten Bereich für die Steigung des Differenzspektrums herausgefunden. Der Bereich ist wie folgt: ein Absolutwert einer Änderungsrate in einer Wellenlängenbreite von 0,1 nm, die die sperrende Wellenlänge enthält, z.B. die Wellenlänge in einer Null des Differenzspektrums, war nicht kleiner als 20%. Es ist nämlich wün schenswert, dass der Absolutwert der Steigung in einer Null des Differenzspektrums nicht kleiner als 200 (%/nm) ist.
Basierend auf den oben beschriebenen Beispielen von Kalkulationen haben die Erfinderbedingungen für das Reflexionsvermögen R und den Fotodetektorabstand L untersucht, um ein Differenzspektrum mit ausgezeichneter Linearität zu erhalten. Aus den Untersuchungen denken die Erfinder, dass der schraffierte Bereich in 17 bevorzugte Bedingungen des Reflexionsvermögens R und des Fotodetektorabstands L darstellt. Die durch die folgenden Formeln spezifizierte Region ist nämlich für L (mm) und R (%) vorzuziehen. R ≥ 30 Gl.(1) R ≤ 60 Gl.(2) L ≥ –0,01 × R + 0,6 Gl.(3) L ≤ –0,01 × R + 0,8 Gl.(4) L ≤ 0,2 Gl.(5)
Das Reflexionsvermögen R von nicht weniger als 30% (Gl.(1)) ist wünschenswert, da der Effekt von Interferenz in dem Keiletalon 18 bei zu geringem Reflexionsvermögen schwach wird. Das Reflexionsvermögen von nicht mehr als 60% (Gl.(2)) ist wünschenswert, da zu hohe Reflexionsvermögen die Zahl von vielfachen Reflexionen innerhalb des Etalons erhöhen und somit dazu führen, dass das herausragende intrinsische Leistungsvermögen des Etalons nicht zu Stande kommt.
Die Erfinder haben die Steigung und Linearität nahe Nullen der Differenzspektrallinie (3) bemerkt. Die Erfinder haben Untersuchungen mit verschiedenen Änderungen in dem Abstand zwischen den Fotodetektoren 20a, 20b durchgeführt und sind zu dem Schluss gekommen, dass bevorzugte Relationen des Reflexionsvermögens R mit dem Abstand L zwischen den Fotodetektoren 20a, 20b Gl.(3) und (4) zusätzlich zu den zuvor erwähnten Gl.(1) und (2) waren.
Falls der Abstand L zwischen den Fotodetektoren 20a, 20b zu klein wird, wird die Differenz zwischen den Wellenlängen des übertragenen Lichts in den ersten und zweiten Positionen (die Differenz zwischen den Übertragungsspektra) klein. Dies wird zu einer Möglichkeit führen, dass das Erhalten des Differenzspektrums mit ausreichender Intensität nicht zu Stande kommt. Die Erfinder haben weitere Untersuchungen mit Betrachtung dieses Punktes durchgeführt und sind zu dem Schluss gekommen, dass der Abstand L vorzugsweise nicht kleiner als 0,2 mm (Gl.(5)) war.
Die Erfinder haben auch die Wellenlängenempfindlichkeit in dem schraffierten Bereich in 17 bestimmt. In diesem Bereich wird die gute Wellenlängenempfindlichkeit erhalten und ist nicht kleiner als 15 dB/nm.
Das Folgende beschreibt, wie das Reflexionsvermögen R des Keiletalons 18 und der Abstand L zwischen den Fotodetektoren 20a, 20b bewerkstelligt werden, um so die zuvor erwähnten bevorzugten Bedingungen zu erfüllen. Der erste Schritt besteht darin, den Winkel α der Neigung des Keiletalons 18 und das Reflexionsvermögen (30% bis 60%) der Lichtempfangsoberfläche 18a und der Lichtabgabeoberfläche 18b zu bestimmen. Danach wird der Abstand L zwischen den Fotodetektoren kalkuliert. Dann wird die Fotoerfassungseinrichtung 20 so hergestellt, um die Fotodetektoren 20a, 20b in dem so kalkulierten Abstand anzuordnen.
Als Nächstes wird ein Algorithmus zum Abstimmen des Oszillationspektrums gemäß der Information über Lichtintensitäten in den zwei Wellenlängen in dem Oszillationsspektrum des Halbleiterlasers 16, der auf diese Art und Weise erhalten wird, beschrieben. 18A bis 18C sind schematische Diagramme, die die Oszillationsspektra des Halbleiterlasers zeigen. Die Abszisse stellt die Wellenlänge von Licht dar, und die Ordinate stellt die spektrale Intensität (Leistung) dar. Die mittlere Wellenlänge des Laserlichts wird durch λ₀ bezeichnet. Auf beiden Seiten dieser mittleren Wellenlänge λ₀ werden mindestens zwei Wellenlängen (Wellenlängenregionen) λ₁, λ₂ in dem Oszillationsspektrum ausgewählt. In dem in 3 gezeigten Etalon 18 wird das Licht der Wellenlängen λ₁, λ₂ ausgewählt.
18A zeigt ein Spektrum, das erhalten wird, wenn der Halbleiterlaser 16 in der mittleren Wellenlänge λ₀ schwingt. In dieser Situation sind die Intensitäten von Signalen, die aus der fotoelektrischen Wandlung des Lichts der Wellenlängen λ₁, λ₂ resultieren, die durch den Etalon 18 optisch getrennt werden, einander gleich. Deshalb wird das Differenzsignal V(R1) – V(R2) ein vorbestimmter Wert, d.h. in diesem Fall Null.
18B zeigt ein Spektrum, das erhalten wird, wenn der Halbleiterlaser 16 in einer Wellenlänge schwingt, die kürzer als die mittlere Wellenlänge λ₀ ist. In dieser Situation wird das Differenzsignal V(R1) – V(R2) größer als der vorbestimmte Wert. Dieses Differenzsignal zeigt an, dass die Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers 16 zu der längeren Wellenlängenregion verschoben werden muss. Gemäß diesem Signal wird die Temperatur des Halbleiterlasers 16 durch das Peltier-Element 34 geändert. In dieser Situation werden, da die Temperatur des Halbleiterlasers 16 erhöht werden muss, die Polarität und Größe des Stroms zu dem Peltier-Element 34 gesteuert.
18C zeigt ein Spektrum, das erhalten wird, wenn der Halbleiterlaser 16 in einer Wellenlänge schwingt, die länger als die Wellenlänge λ₀ ist. In dieser Situation wird das Differenzsignal V(R1) – V(R2) kleiner als der vorbestimmte Wert.
Dieses Differenzsignal zeigt an, dass die Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers 16 zu der kürzeren Wellenlängenregion verschoben werden muss. Gemäß diesem Signal wird die Temperatur des Halbleiterlasers 16 durch das Peltier-Element 34 geändert. Da in dieser Situation die Temperatur des Halbleiterlasers 16 verringert werden muss, werden die Polarität und Größe des Stroms zu dem Peltier-Element 34 gesteuert.
Auf diese Weise kann das Oszillationsspektrum durch Ausführen der negativen Rückkopplungssteuerung basierend auf der Differenzinformation zwischen Lichtintensitäten in zwei Überwachungswellenlängen in dem Oszillationsspektrum abgestimmt werden. Das obige Beispiel zeigt den Algorithmus für zwei Wellenlängen auf den beiden Seiten der mittleren Wellenlänge λ₀, der Steueralgorithmus ist aber nicht auf dieses Beispiel begrenzt. Wenn die Überwachungswellenlängen in der kürzeren Wellenlängenregion als die mittlere Wellenlänge λ₀ ausgewählt sind, kann das Oszillationsspektrum auch ähnlich durch Steuern des Differenzsignals V(R1) – V(R2) zu einem vorbestimmten Wert abgestimmt werden. Ein Koeffizient der Temperaturänderung der Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers 16 ist z.B. ungefähr 0,1 nm/°C.
Es kann eine automatische Steuerung der Oszillationsleistung des Halbleiterlasers 16 (APC-Steuerung) basierend auf dem Summensignal von Signalen in einer Vielzahl von Überwachungswellenlängen durchgeführt werden. In diesem Fall wird der Ansteuerstrom des Halbleiterlasers 16 so gesteuert, um den Wert des Summensignals konstant zu halten.
Das obige Beispiel hat die Konfiguration von zwei fotoelektrischen Wandlungselementen 12 zum Überwachen des Oszillationsspektrums veranschaulicht, es können aber drei oder mehr fotoelektrische Wandlungselemente eingesetzt werden. Falls elektrische Signale von diesen fotoelektrischen Wandlungsele menten durch einen Mikrocomputer (CPU) gesteuert werden, kann in diesem Fall auch Information über die Form des Oszillationsspektrums erhalten werden. In diesem Fall kann die Oszillationsleistung des Halbleiterlasers 16 auch basierend auf der Summe der Signale von den drei oder mehr fotoelektrischen Wandlungselementen geschätzt werden.
Da der Etalon (Etalon 18 oder Etalon 19) an dem gleichen Befestigungselement 26 wie der Halbleiterlaser 16 montiert ist, variiert die Temperatur des Etalons auch mit einer Änderung in der Temperatur des Peltier-Elementes 34.
Wenn die Wellenlängensperrung in der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung in anderen Wellenlängen als in den WDM-Systemen bewirkt wird, werden die folgenden Probleme entstehen. Das Problem resultiert aus der Differenz zwischen Temperaturabhängigkeit der Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers 16 und Temperaturabhängigkeit der Etaloneigenschaften. Die Stärke und der Brechungsindex des Etalons variieren mit einer Änderung in der Temperatur des Etalons. Diese Variationen wegen einer Temperaturänderung verursachen eine Variation in optischen Charakteristika (Etaloneigenschaften), wie etwa die Wellenlängen des Lichts, das durch den Etalon übertragen wird, und das FSR davon.
Wenn sich die sperrende Wellenlänge von einer voreingestellten Wellenlänge zu einer anderen Wellenlänge ändert, die um den WDM-Wellenlängenabstand getrennt ist, ändert sich die Temperatur des Halbleiterlasers 16 so, um die Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers 16 um den WDM-Wellenlängenabstand zu verschieben. Falls der WDM-Wellenlängenabstand ungefähr gleich dem FSR des Etalons ist, werden die Rückkopplungscharakteristika in dem sperrenden Punkt nach dieser Änderung nahezu identisch werden. Somit werden die Charakteristika in jeder WDM-Wellenlänge ausgezeichnet. Der WDM-Wellen längenabstand ist jedoch nicht immer gleich dem FSR des Etalons wegen den folgenden Faktoren: die Etaloneigenschaften weisen auch eine Temperaturabhängigkeit auf; und die Temperatur des Etalons variiert auch zu der gleichen Zeit wie die Änderung der Temperatur des Halbleiterlasers 16.
Die Erfinder haben die folgenden Konzepte zum Lösen dieses Problems herausgefunden. Die Konzepte werden mit Verweis auf 19A bis 19C beschrieben. 19A bis 19C sind schematische Diagramme, die Temperaturabhängigkeit der Frequenz des Halbleiterlaserlichts und Temperaturabhängigkeit von Licht, das durch den Keiletalon 18 übertragen wird, veranschaulichend zeigen. Die Frequenz vom Laserlicht variiert mit einer Änderung in der Temperatur des Halbleiterlasers. In diesen Figuren stellt eine gerade Linie M die Änderung der Frequenz gegenüber der Temperatur dar. Licht, das in Interferenzordnungen m – 1, m, m + 1 interferiert, variiert mit der Änderung in der Temperatur des Etalons 18. Gerade Linien m_-1, m₀, m₁ stellen Temperaturänderungen des Interferenzlichts der jeweiligen Ordnungen dar.
Das FSR des Keiletalons hat einen Wert der Frequenz von 100 GHz (δν_WDM: WDM-Frequenz), was aus den WDM-Wellenlängenabstand gewandelt wird. Angenommen, dass der Etalon aus Quarz hergestellt ist, wird eine Stärke d in einem mittleren Punkt zwischen der ersten Position von Stärke d1 und der zweiten Position von Stärke d2 wie folgt kalkuliert. d = c/(2·n·νWDM) = 1,04 mm
In dieser Gleichung sind c die Lichtgeschwindigkeit und n der Brechungsindex von Quarz (1,44).
Wir nehmen an, dass in dem Lichtemissionsmodul, das den Keiletalon verwendet, die Wellenlängensperrung bewirkt wird, z.B. in einem Punkt A in 19A bis 19C. Für eine Verschiebung von dem Sperrpunkt zu einem Punkt B getrennt durch den WDM-Frequenzabstand W (100 GHz) wird eine Temperaturänderung δT entsprechend dieser Verschiebung wie folgt kalkuliert. δT = 100 GHz/(–13 GHz/°C) = 7,7°C
Hier wurde –13 GHz/°C als die Temperaturabhängigkeit der Oszillationsfrequenz des Halbleiterlasers 16 eingesetzt. Gemäß dem Ergebnis dieser Kalkulation kann der Sperrpunkt zu dem Punkt B durch Ändern der Temperatur des Halbleiterlasers 16 um 7,7°C (δT) verschoben werden. Falls die Frequenzen des Interferenzlichts des Etalons 18 keine Temperaturabhängigkeit aufweisen sollten, würde sich die gerade Linie m₀, die die Frequenz von Interferenzlicht des Etalons 18 darstellt, in dem Punkt B mit der geraden Linie M schneiden, wie in 19A gezeigt. Die gerade Linie M zeigt die Temperaturabhängigkeit der Oszillationsfrequenz des Halbleiterlasers 16 an. Deshalb können die Rückkopplungscharakteristika, die jenen vor der Verschiebung nahezu äquivalent sind, sogar mit der Verschiebung der sperrenden Wellenlänge realisiert werden.
Da jedoch die tatsächlichen Frequenzen des Interferenzlichts des Etalons 18 die Temperaturabhängigkeit aufweisen, haben die geraden Linien m_-1, m₀, m₁ eine Steigung, wie in 19B gezeigt. Für diese Steigung schneiden sich die gerade Linie M und die gerade Linie m₀ nicht in dem Punkt B, sondern schneiden sich miteinander in einem Punkt B'. Da die Temperaturabhängigkeit der Frequenzen des Interferenzlichts des Etalons –1,5 GHz/°C ist, ergibt sich speziell der FSR-Abstand des Etalons 18 wie folgt; FSR = 100 GHz + (–1,5 GHz/°C)·7,7°C = 112 GHz,was ein Wert F' ist, der sich von den WDM-Frequenzabstand unterscheidet (100 GHz). Dieser FSR-Abstand F' von 112 GHz wird in 19B gezeigt.
Die Erfinder haben entdeckt, dass die Einführung eines Korrekturfaktors k zum Erhalten eines gewünschten Etalons zweckdienlich ist. Die Erfinder haben die Stärke d in dem Mittelpunkt zwischen der ersten Position von Stärke d1 und der zweiten Position von Stärke d2 des Quarzetalons wie nachstehend beschrieben kalkuliert. d = c/(2·n·k·δνWDM) Gl.(6)
In dieser Gleichung ergibt sich k (0 < k < 1) vorzugsweise wie folgt. k = 1 – (dν/dT)etalon/(dν/dT)LD
Gemäß einer Schätzung durch die Erfinder werden die Gradienten wie folgt geschätzt. (dν/dT)etalon = –1,5 GHz/°C (dν/dT)LD = –13 GHz/°C
Dies stellt das folgende dar. k = 1 – (–1,5/–13) = 0,88
Deshalb ergibt sich die Stärke d des Quarzkeiletalons wie folgt. d = 1,04/0,88 = 1,18 mm
Der FSR-Wert ist 88,3 GHz. Dieser FSR-Wert entspricht dem Abstand F von 19C.
Zum Verschieben des Sperrpunktes von dem Punkt A zu dem Punkt B in 19C sollte die Temperatur des Halbleiterlasers 16 um 7,7°C geändert werden. Zur gleichen Zeit wie diese Änderung ändert sich auch die Temperatur des Etalons 18 um 7,7°C. Da die Temperaturabhängigkeit der Frequenzen des Interferenzlichts –1,5 GHz/°C in dem Etalon 18 ist, wird der FSR-Abstand wie folgt kalkuliert. FSR = 88,3 GHz + (–1,5 GHz/°C)·7,7°C = 100 GHz
Da diese Änderung nahezu gleich dem WDM-Frequenzabstand (W in 19C) ist, schneiden sich die gerade Linie M und die gerade Linie m₀ in dem Punkt B miteinander, wie in 19C gezeigt. Entsprechend können ausgezeichnete Rückkopplungscharakteristika durch Sperren der Wellenlänge in diesem Punkt B implementiert werden.
In der obigen veranschaulichenden Beschreibung wurde die Stärke d in dem Mittelpunkt zwischen der ersten Position von Stärke d1 und der zweiten Position von Stärke d2 in dem Keiletalon 18 basierend auf der obigen Gleichung (6) kalkuliert. Es ist selbstverständlich, dass die Stärke d1 in der ersten Position basierend auf Gleichung (6) bestimmt werden kann. In dem Fall des Etalons 19, der verwendet wird, kann die Stärke d, die durch die obigen Gleichung (6) bestimmt wird, ausgewählt werden, gleich einem Mittelwert der Stärke d1 und der Stärke d2 zu sein, oder die Stärke d1 in der ersten Position kann ausgewählt werden, gleich der Stärke d zu sein, die durch die obigen Gleichung (6) bestimmt wird.
20 ist ein Schaltungsdiagramm einer beispielhaften Schaltung, die den bisher beschriebenen Steueralgorithmus realisieren kann. Die elektrischen Stromsignale von den fotoelektrischen Wandlungselementen 20a, 20b werden jeweils in Spannungssignale V1, V2 durch Strom-Spannungs-Wandler 101, 102 gewandelt. Die Spannungssignale V1, V2 werden durch Vorverstärker 103a, 103b, 103c, 103d verstärkt, um jeweils Spannungssignale V3, V4, V5, V6 zu generieren. Die Spannungssignale V3, V4 werden einer Differenzsignal-Generierungsschaltung 104 bereitgestellt und dann in ein Stromsignal zum Ansteuern des Peltier-Elementes 34 gewandelt. Die Spannungssignale V5, V6 werden einer Summensignal-Generierungsschaltung 105 bereitgestellt und dann in ein Stromsignal zum Ansteuern des Halbleiterlasers 16 gewandelt.
Die Differenzsignal-Generierungsschaltung 104 empfängt das eingegebene Spannungssignal V3 in einem Ende des Widerstands R1. Das andere Ende des Widerstands R1 ist mit einem negativen Eingang eines Operationsverstärkers (OpAmp1) und mit einem Ende des Widerstands R2 verbunden. Das andere Ende des Widerstands R2 ist mit einem Ausgang des Operationsverstärkers (OpAmp2) verbunden. Die Differenzsignal-Generierungsschaltung 104 empfängt das eingegebene Spannungssignal V4 in einem Ende des Widerstands R3. Das andere Ende des Widerstands R3 ist mit einem positiven Eingang des Operationsverstärkers (OpAmp1) und mit einem Ende des Widerstands R4 verbunden. Das andere Ende des Widerstands R4 ist mit einem Bezugspotenzial (Masse) verbunden. Wenn die Widerstandswerte von R1, R2, R3 und R4 einander gleich sind, erscheint eine Spannung, die eine Differenz zwischen den eingegebenen Signalen V3, V4 anzeigt, in dem Ausgang des Operationsverstärkers (OpAmp1). Dieses Differenzsignal wird einer Peltier-Element-Ansteuerschaltung 106 bereitgestellt, um das Peltier-Element 34 anzusteuern. Die Ausgabe des Operationsverstärkers (OpAmp1) kann an einen positiven Eingang eines Operationsver stärkers (OpAmp2) angelegt werden, und die Ausgabe des Operationsverstärkers (OpAmp2) an den Eingang der Peltier-Element-Ansteuerschaltung 106. Falls eine Leistungszufuhr V_OFF1 für eine Versatzabstimmung mit einem negativen Eingang des Operationsverstärkers (OpAmp2) verbunden ist, um die Anwendung eines Versatzes an die sperrende Wellenlänge zu ermöglichen, kann das Peltier-Element 34 unter einer bevorzugten Bedingung angesteuert werden.
Die Summensignal-Generierungsschaltung 105 empfängt das eingegebene Spannungssignal V5 in einem Ende des Widerstands R5. Das andere Ende des Widerstands R5 ist mit einem negativen Eingang eines Operationsverstärkers (OpAmp3) und mit einem Ende des Widerstands R6 verbunden. Das andere Ende des Widerstands R6 ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (OpAmp3) verbunden. Die Summensignal-Generierungsschaltung 105 empfängt das eingegebene Spannungssignal V6 in einem Ende des Widerstands R7. Das andere Ende des Widerstands R7 ist mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers (OpAmp3) und mit einem Ende von jedem Widerstand R5, R6 verbunden. Der positive Eingang des Operationsverstärkers (OpAmp3) ist mit dem Bezugspotenzial (Masse) verbunden. Wenn die Widerstandswerte von R5, R6 und R7 einander gleich sind, erscheint eine Spannung, die die Summe der eingegebenen Signale V5, V6 anzeigt, in dem Ausgang des Operationsverstärkers (OpAmp3). Dieses Summensignal wird einer Ansteuerschaltung 107 des Halbleiterlasers 16 bereitgestellt, um den Halbleiterlaser 16 anzusteuern. Die Ausgabe des Operationsverstärkers (OpAmp3) kann an einen positiven Eingang eines Operationsverstärkers (OpAmp4) angelegt werden, und die Ausgabe des Operationsverstärkers (OpAmp4) an den Eingang der Ansteuerschaltung 107 des Halbleiterlasers 16. Falls eine Spannungszufuhr V_OFF2 für eine Versatzabstimmung mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers (OpAmp4) verbunden wird, kann der Halbleiterlaser 16 geeignet angesteuert werden.
In 2 wird der Signalverarbeitungsabschnitt 22 in dem kompakten Aufbau unter Verwendung einer integrierten Schaltung und passiver Elemente, wie etwa Widerstände, Kondensatoren, realisiert. Deshalb können diese Komponenten in dem gleichen Gehäuse untergebracht oder außerhalb des Gehäuses platziert werden.
21 ist ein charakteristisches Diagramm, um tatsächliche Messungen für die Änderung von Stromsignalen von den Fotodetektoren 20a, 20b gegenüber der Temperatur des Halbleiterlasers, die durch das Peltier-Element absichtlich geändert wird, zu zeigen. Eine durchgehende Linie stellt das Signal von dem Fotodetektor 20a dar, und eine gestrichelte Linie stellt das Signal von dem Fotodetektor 20b dar. 22 ist ein charakteristisches Diagramm, um ein Beispiel tatsächlicher Messungen für das Differenzsignal, d.h. die Ausgabe von OpAmp1 in der in 20 gezeigten Schaltung, zu zeigen, das sich mit einer Temperaturänderung in dem Halbleiterlaser ändert. Diese gemessenen Werte sind für die tatsächlich gemessenen Werte der Ausgangssignale von den Fotodetektoren 20a, 20b und des Differenzsignals zwischen diesen Signalen veranschaulichend.
Wie oben beschrieben, gestattet das Lichtemissionsmodul der vorliegenden Ausführungsform die Abstimmung der Wellenlänge von Licht, das ohne Verwendung einer derartigen Vorrichtung wie dem optischen Spektrumanalysator generiert wird.
Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung wurden bisher mit den bevorzugten Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben, und es sollte durch einen Fachmann verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung verschiedene Modifikationen in Anordnung und in Details ohne Abweichung von den beschriebenen Prinzipien einbezieht. Z.B. wurden der Keiletalon 18 und der Etalon 19 beispielhaft dargestellt, der Etalon kann aber einer von Etalons in anderen Konfigurationen sein, die unterschiedliche Stärken in unterschiedlichen Positionen aufweisen. Es ist auch möglich, eine Etaloneinrichtung als eine Kombination einer Vielzahl von Etalons, jeder mit einer vorbestimmten Lichtinterferenzeigenschaft, zu nutzen. Entsprechend beanspruchen die Erfinder Rechte über alle Modifikationen und Änderungen, die in den Bereich der angefügten Ansprüche fallen.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben detailliert beschrieben, variieren, wenn sich die Wellenlängenkomponenten von Licht von der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung in dem optischen Modul gemäß der vorliegenden Erfindung ändern, die Intensitäten von Licht, das die bestimmten Abschnitte der Etaloneinrichtung passiert, in Übereinstimmung mit der Änderung. Diese Variation wird durch den ersten Fotodetektor und den zweiten Fotodetektor in elektrische Signale gewandelt. Die Änderungen dieser elektrischen Signale zeigen die Änderung von Wellenlängen in dem Licht an, das in der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung generiert wird.
Das Differenzsignal zwischen diesen elektrischen Signalen stellt eine Richtung der Änderung von Wellenlängen des Lichts dar. Durch Steuern des Halbleiter-Lichtemissionseinrichtungsabschnitts so, um dieses Differenzsignal konstant zu halten, wird es machbar, die Wellenlänge in dem Licht, das in der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung generiert wird, konstant zu halten.
Deshalb stellt die vorliegende Erfindung das Lichtemissionsmodul bereit, das zum Abstimmen der Wellenlänge von Licht fähig ist, das in dem Lichtemissionsmodul generiert wird.

Claims

Wellenlängenstabilisiertes Lichtemissionsmodul (1), umfassend: a) ein Halbleiter-Lichtemissionsgerät (16) mit einer ersten und einer zweiten Seitenfläche (16b, 16a), wobei die zweite Seitenfläche (16a) optisch mit einem Lichtleiter (14) verbunden ist, b) ein Lichterkennungsgerät (20) mit einem ersten und zweiten Lichtdetektor (20a, 20b), die jeweils optisch mit der ersten Seitenfläche (16b) des Halbleiter-Lichtemissionsgeräts (16) verbunden sind, c) ein Etalon-Gerät (18, 19), das einen ersten Abschnitt mit einer ersten Dicke (d1) und einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten Dicke (d2) aufweist, wobei sich der erste Abschnitt zwischen der ersten Seitenfläche (16b) des Halbleiter-Lichtemissionsgeräts (16) und dem ersten Lichtdetektor (20a) befindet und sich der zweite Abschnitt zwischen der ersten Seitenfläche (16b) des Halbleiter-Lichtemissionsgeräts (16) und dem zweiten Lichtdetektor (20b) befindet, und d) eine optische Linse (21), die zwischen dem Halbleiter-Lichtemissionsgerät (16) und dem Etalon-Gerät (18, 19) angeordnet ist, zum Aufnehmen von Licht von der ersten Seitenfläche (16b) des Halbleiter-Lichtemissionsgeräts und zum Liefern von im Wesentlichen parallel gerichtetem Licht (G, H) an das Etalon-Gerät (18, 19) zu dessen erstem und zweiten Abschnitt, e) wobei sich die erste Dicke (d1) des Etalon-Geräts (18, 19) von der zweiten Dicke (d2) des Etalon-Geräts (18) unterscheidet, f1) wobei das Etalon-Gerät (18, 19) das parallel gerichtete Licht (G, H) direkt über die optische Linse (14) von dem Halbleiter-Lichtemissionsgerät (16) an seinem ersten und zweiten Abschnitt empfängt und mit diesem Licht (G, H) Wellenlängenbestandteile (E, F) an den ersten und zweiten Lichtdetektor (20a, 20b) sendet, die der ersten Dicke (d1) und der zweiten Dicke (d2) des ersten und des zweiten Abschnitts des Etalon-Geräts (18) entsprechen, und f2) wobei das Etalon-Gerät (18, 19) aus einem optisch transparenten Material, z.B. Quarz, besteht.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 1, wobei das Etalon-Gerät (18) eine Lichtaufnahmeoberfläche zum Aufnehmen von Licht von der ersten Seitenfläche des Halbleiter-Lichtemissionsgeräts sowie eine Lichtaustrittsoberfläche gegenüber der Lichtaufnahmeoberfläche aufweist, wobei in dem Etalon-Gerät die Lichtaufnahmeoberfläche die ersten und dritten Oberflächen und die Lichtaustrittsoberfläche die zweiten und vierten Oberflächen umfasst, und wobei die Lichtaufnahmeoberfläche gegenüber der Lichtaustrittsoberfläche geneigt ist, so dass sich ein Abstand zwischen der Lichtaufnahmeoberfläche und der Lichtaustrittsoberfläche in einer Richtung vergrößert, die von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt des Etalon-Geräts gerichtet ist.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 1, wobei das Etalon-Gerät gegenüber dem Halbleiter-Lichtemissionsgerät in Bezug auf eine Richtung geneigt ist, die senkrecht zu einer Richtung steht, die von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt des Etalon-Geräts gerichtet ist.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Lichtdetektor jeweils ein Photodiodengerät ist und der erste und der zweite Lichtdetektor an dem Etalon-Gerät befestigt sind.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 1, ferner ein Öffnungsgerät umfassend, das mehrere Öffnungen aufweist, welche sich jeweils zwischen dem ersten und dem zweiten Lichtdetektor und dem Halbleiter-Lichtemissionsgerät befinden.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 1, wobei das Parallelrichtungsmittel eine optische Linse umfasst.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 1, wobei die optische Linse eine flache obere Oberfläche umfasst, um eine Lichtmenge zu reduzieren, die von mindestens einem der ersten und zweiten Lichtdetektoren und dem Etalon-Gerät durch die optische Linse zu dem Halbleiter-Lichtemissionsgerät zurückkehrt.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 1, wobei das Etalon-Gerät solcherart angeordnet ist, dass es Auflicht in einem Winkel empfängt, der gegenüber einer Achse gebildet wird, welche senkrecht zu einer Array-Richtung des ersten und des zweiten Lichtdetektoren verläuft, und wobei dieser Winkel in einem Bereich von nicht mehr als 85 Grad oder weniger als 95 Grad liegt.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 1, ferner Mittel zur Einstellung der Lichtwellenlänge zum Ändern einer Lichtwellenlänge entsprechend Signalen von dem ersten und dem zweiten Lichtdetektoren umfassend, wobei das Licht von dem Halbleiter-Lichtemissionsgerät erzeugt wird.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 1, wobei die Lichtdurchlässigkeit der Oberfläche des Etalon-Gerätes nicht weniger als 0,7 und nicht mehr als 0,9 beträgt
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 2, wobei der Reflexionsgrad der Lichtaufnahmeoberfläche und der Lichtaustrittsoberfläche des Etalon-Geräts jeweils in einem Bereich von nicht weniger als 30% und nicht mehr als 60 liegt.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 11, wobei ein Abstand L (mm) zwischen dem ersten Lichtdetektor und dem zweiten Lichtdetektor die folgenden Verhältnisse erfüllt: –0,01 × R + 0,6 ≤ L ≥ –0,01 × R + 0,8,wobei R (%) für einen Oberflächenreflexionsgrad des Etalon-Geräts steht und 0,2 ≤ L ist.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 2, wobei ein Abstand zwischen dem ersten Lichtdetektor und dem zweiten Lichtdetektor so festgelegt ist, dass ein Absolutwert eines Anstiegs an einem Nullpunkt eines Differenzspektrums, das aus einem Unterschied zwischen einem ersten Sendespektrum und einem zweiten Sendespektrum erzielt wurde, nicht weniger als 200 (%/nm) beträgt, wobei das erste Sendespektrum im ersten Abschnitt des Etalon-Geräts bestimmt wird und wobei das zweite Sendespektrum im zweiten Abschnitt des Etalon-Geräts bestimmt wird.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 2, wobei der erste und der zweite Lichtdetektor jeweils eine erste Breite in einer ersten Richtung und eine zweite Breite in einer zweiten Richtung aufweisen und sie jeweils so geformt sind, dass die erste Breite geringer als die zweite Breite ist, wobei die Lichtaufnahmeoberfläche des Etalon-Geräts gegenüber der Lichtaustrittsoberfläche in der ersten Richtung geneigt ist und wobei die zweite Richtung senkrecht zur ersten Richtung verläuft.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 2, wobei eine vorbestimmte Dicke d des Etalon-Geräts folgendermaßen bestimmt ist: d = c/(2·n·k·δ νWDM),wobei k = 1 – (dν/dT)Etalon/(dν/dT)LD,(dν/dT)_Etalon: Änderungsrate der Spitzeninterferenzfrequenz von gesendetem Licht zu Temperatur, wobei das Licht an einer Position der Dicke d des Etalon-Geräts interferiert, (dν/dT)_LD: Änderungsrate der Frequenz des Emittierens von Licht zu Temperatur, wobei das Licht in dem Halbleiter-Lichtemissionsgerät erzeugt wird, δ ν_WDM: Frequenzabstände des Wellenlängenmultiplexens (WDM).
Lichtemissionsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Halbleiter-Lichtemissionsgerät ein Halbleiter-Lasergerät umfasst.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 1, g1) wobei das Etalon-Gerät (18, 19) eine erste Oberfläche (19a) und eine zweite Oberfläche (19b) aufweist und die erste Oberfläche (19a) und die zweite Oberfläche (19b) parallel angeordnet sind, so dass sie einander gegenüber liegen, so dass das Etalon-Gerät (18, 19) eine erste Dicke (d1) in einem ersten Abschnitt zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche (19a, 19b) aufweist, und g2) wobei das Etalon-Gerät eine dritte Oberfläche (19c) und eine vierte Oberfläche (19d) aufweist und die dritte Oberfläche (19c) und die vierte Oberfläche (19d) parallel angeordnet sind, so dass sie einander gegenüber liegen, so dass das Etalon-Gerät (18) die zweite Dicke (d2) in dem zweiten Abschnitt zwischen der dritten und der vierten Oberfläche (19c, 19d) aufweist