JP2001144360A - Method and device for measuring threshold for oscillation of semiconductor laser - Google Patents

Method and device for measuring threshold for oscillation of semiconductor laser

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JP2001144360A
JP2001144360A JP2000074554A JP2000074554A JP2001144360A JP 2001144360 A JP2001144360 A JP 2001144360A JP 2000074554 A JP2000074554 A JP 2000074554A JP 2000074554 A JP2000074554 A JP 2000074554A JP 2001144360 A JP2001144360 A JP 2001144360A
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JP
Japan
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semiconductor laser
current
laser
oscillation threshold
semiconductor
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Takaaki Numai
貴陽 沼居
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure accuracy of measurement of threshold for oscillation of a laser beam, even when the intensity of the laser beam is small and to eliminate the inability to recognize laser oscillation, even in the worst case and to determine the threshold for oscillation, even when the laser beam is not emitted to the outside. SOLUTION: A threshold for oscillation of semiconductor laser is measured, based on the change in a curvature of current-voltage characteristics of the semiconductor laser. It is measured, also based on the change in the micro coefficient of the current-voltage characteristics of the semiconductor laser.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザーの
発振しきい値の測定方法及び測定装置に関し、特に素子
側面あるいは端面に全反射面を有し、半導体レーザーの
外部にレーザー光を出射しない素子のレーザー発振のし
きい値の測定方法及び測定装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for measuring an oscillation threshold value of a semiconductor laser, and more particularly, to an element having a total reflection surface on an element side face or an end face and emitting no laser light outside the semiconductor laser. The present invention relates to a method and an apparatus for measuring a threshold value of laser oscillation.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザーは、光励起あるいは電流
注入励起によって発振することが知られている。通常の
半導体レーザーは、外部にレーザー光を放出するため、
外部に放出されたレーザー光の強度を測定し、スロープ
効率あるいは外部微分量子効率が急激に変化した点を発
振しきい値としている。そして、この発振しきい値以上
では、放出光のスペクトル線幅の縮小、放出角の減少、
偏光度の向上などが観察される。
2. Description of the Related Art It is known that a semiconductor laser oscillates by light excitation or current injection excitation. Normal semiconductor lasers emit laser light to the outside,
The intensity of the laser light emitted outside is measured, and the point at which the slope efficiency or the external differential quantum efficiency sharply changes is defined as the oscillation threshold. Above this oscillation threshold, the spectral line width of the emitted light decreases, the emission angle decreases,
An improvement in the degree of polarization is observed.

【0003】これに対して、素子側面に全反射面を有す
るようなリング共振器型半導体レーザーやディスクレー
ザーでは、外部にレーザー光を取り出すことは困難であ
る。また、積極的にレーザー光を素子内部に閉じ込め
て、素子内部でのレーザー光と媒質との相互作用を利用
するような素子では、レーザー光を外部に放出しない方
が、効率が高くなる。しかし、これまで半導体レーザー
の発振しきい値は、外部に放出されたレーザー光の光強
度の変化から決定していた。
On the other hand, it is difficult for a ring resonator type semiconductor laser or a disk laser having a total reflection surface on the element side surface to extract laser light to the outside. In an element in which laser light is positively confined inside the element and the interaction between the laser light and the medium inside the element is used, the efficiency is higher if the laser light is not emitted to the outside. However, the oscillation threshold of the semiconductor laser has been determined from the change in the light intensity of the laser light emitted to the outside.

【0004】このようにレーザー光の光強度の変化から
発振しきい値を決定する方法は、すでによく知られてお
り、文献として、例えば米津宏雄著の「光通信素子工
学」(工学図書)がある。
[0004] The method of determining the oscillation threshold value from the change in the light intensity of the laser beam is already well known. For example, as a document, “Optical communication device engineering” (engineering book) by Hiroo Yonezu is known. is there.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
発振しきい値の測定方法では、リング共振器型半導体レ
ーザーやディスクレーザーのように外部に放出するレー
ザー光の強度が小さいか、あるいは外部にレーザー光を
放出しない場合、次のような欠点があった。即ち外部に
放出するレーザー光の強度が小さい場合、光検出器から
得られる信号のS/Nが悪くなるため、発振しきい値の
測定精度が低く、最悪の場合はレーザー発振の有無を確
認することができなかった。また、外部にレーザー光を
放出しない時は、発振しきい値の決定そのものができな
かった。
However, in the conventional method of measuring the oscillation threshold, the intensity of the laser light emitted to the outside is small, such as a ring resonator type semiconductor laser or a disk laser, or the laser When no light is emitted, there are the following disadvantages. That is, when the intensity of the laser light emitted to the outside is low, the S / N of the signal obtained from the photodetector is deteriorated, so that the measurement accuracy of the oscillation threshold value is low. I couldn't do that. When the laser light was not emitted to the outside, the oscillation threshold could not be determined.

【0006】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、外部
に放出するレーザー光の強度が小さいか、あるいは外部
にレーザー光を放出しない場合でも、正確に発振しきい
値を測定することが可能な半導体レーザーの発振しきい
値の測定方法及び装置を提供することを目的とする。
In view of the above-mentioned conventional problems, the present invention makes it possible to accurately measure the oscillation threshold value even when the intensity of laser light emitted to the outside is low or no laser light is emitted to the outside. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for measuring an oscillation threshold value of a semiconductor laser.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、半導体
レーザーの電流−電圧特性の曲率の変化に基づいて半導
体レーザーの発振しきい値を測定することを特徴とする
半導体レーザーの発振しきい値の測定方法によって達成
される。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to measure an oscillation threshold of a semiconductor laser based on a change in curvature of a current-voltage characteristic of the semiconductor laser. Achieved by measuring the value.

【0008】本発明の目的は、半導体レーザーの電流−
電圧特性の微係数の変化に基づいて半導体レーザーの発
振しきい値を測定することを特徴とする半導体レーザー
の発振しきい値の測定方法によって達成される。
An object of the present invention is to provide a semiconductor laser having a current
This is achieved by a method for measuring the oscillation threshold of a semiconductor laser, which comprises measuring the oscillation threshold of the semiconductor laser based on a change in the derivative of the voltage characteristic.

【0009】本発明の目的は、半導体レーザーの電流−
電圧特性の曲率の変化に基づいて半導体レーザーの発振
しきい値を計算する回路を含むことを特徴とする半導体
レーザーの発振しきい値の測定装置によって達成され
る。
It is an object of the present invention to provide a semiconductor laser having a current
This is achieved by an apparatus for measuring the oscillation threshold of a semiconductor laser, comprising a circuit for calculating the oscillation threshold of the semiconductor laser based on a change in the curvature of the voltage characteristic.

【0010】本発明の目的は、半導体レーザーの電流−
電圧特性の微係数の変化に基づいて半導体レーザーの発
振しきい値を計算する回路を含むことを特徴とする半導
体レーザーの発振しきい値の測定装置によって達成され
る。
An object of the present invention is to provide a semiconductor laser having a current
This is achieved by an apparatus for measuring the oscillation threshold of a semiconductor laser, which includes a circuit for calculating the oscillation threshold of the semiconductor laser based on the change in the derivative of the voltage characteristic.

【0011】本発明の目的は、半導体光増幅素子と光フ
ァイバーからなるリングレーザーにおいて、前記半導体
光増幅素子の電流−電圧特性の曲率の変化あるいは微係
数の変化に基づいてレーザー発振しきい値を測定するこ
とを特徴とする半導体レーザーの発振しきい値の測定方
法によって達成される。
An object of the present invention is to measure a laser oscillation threshold value in a ring laser comprising a semiconductor optical amplifying element and an optical fiber based on a change in a curvature or a derivative of a current-voltage characteristic of the semiconductor optical amplifying element. This is achieved by a method of measuring an oscillation threshold value of a semiconductor laser.

【0012】本発明の目的は、半導体光増幅素子と光フ
ァイバーからなるリングレーザーにおいて、前記半導体
光増幅素子の電流−電圧特性の曲率の変化あるいは微係
数の変化に基づいてレーザー発振しきい値を計算する回
路を含むことを特徴とする半導体レーザーの発振しきい
値の測定装置によって達成される。
An object of the present invention is to calculate a laser oscillation threshold value in a ring laser comprising a semiconductor optical amplifying element and an optical fiber based on a change in a curvature or a derivative of a current-voltage characteristic of the semiconductor optical amplifying element. This is achieved by an apparatus for measuring the oscillation threshold of a semiconductor laser, characterized by including a circuit for performing the above.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。まず、外部に放出す
るレーザー光の強度が小さいか、あるいは外部にレーザ
ー光を放出しない場合でも、発振しきい値を測定できる
という、本発明の原理をレート方程式を用いて説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. First, the principle of the present invention that the oscillation threshold can be measured even when the intensity of the laser light emitted to the outside is low or the laser light is not emitted to the outside will be described using a rate equation.

【0014】半導体レーザー内部の光子数密度をS、キ
ャリア濃度をnとすると、レート方程式は次式で与えら
れる。
Assuming that the photon number density inside the semiconductor laser is S and the carrier concentration is n, the rate equation is given by the following equation.

【0015】[0015]

【数1】 (Equation 1)

【0016】[0016]

【数2】 ここで、G(n)は利得係数、βS は自然放出光結合係
数、τr は発光再結合寿命、τphは光子寿命、Jは電流
密度、qは電気素量、dは活性層の厚さ、τnはキャリ
ア寿命である。そして、利得係数G(n)は、活性層が
透明になるキャリア濃度をn0 として、
(Equation 2) Here, G (n) is a gain coefficient, β S is a spontaneous emission light coupling coefficient, τ r is a luminescence recombination lifetime, τ ph is a photon lifetime, J is a current density, q is an elementary charge, and d is an active layer. The thickness, τ n, is the carrier lifetime. Then, the gain coefficient G (n) is obtained by setting the carrier concentration at which the active layer becomes transparent to n 0 .

【0017】[0017]

【数3】 と表される。(Equation 3) It is expressed as

【0018】式(1)、(2)から、定常状態では、From equations (1) and (2), in the steady state,

【0019】[0019]

【数4】 (Equation 4)

【0020】[0020]

【数5】 となる。半導体レーザーに流れる電流として、拡散電
流、ドリフト電流、再結合電流が考えられるが、ここで
は支配的な再結合電流のみを考慮し、他の寄与は無視し
ている。
(Equation 5) Becomes Diffusion current, drift current, and recombination current can be considered as the current flowing in the semiconductor laser. Here, only the dominant recombination current is considered, and other contributions are ignored.

【0021】さて、キャリア濃度nは、真性キャリア濃
度ni とpn接合に印加される電圧Vを用いて、 n=ni exp[qV/(2kB T)] …(6) で与えられる。ただし、真性キャリア濃度ni は、
The carrier concentration n is given by the following equation using the intrinsic carrier concentration n i and the voltage V applied to the pn junction: n = n i exp [qV / (2 k B T)] (6) Where the intrinsic carrier concentration ni is

【0022】[0022]

【数6】 である。kB はボルツマン定数、Tは絶対温度、hはプ
ランク定数である。また、me ,mh はそれぞれ電子、
正孔の有効質量、Eg は活性層のバンドギャップエネル
ギーである。
(Equation 6) It is. k B is Boltzmann's constant, T is absolute temperature, and h is Planck's constant. Further, m e, m h respectively electrons,
The effective mass of holes, E g, is the band gap energy of the active layer.

【0023】式(4)〜(6)から半導体レーザーへの
注入電流Iと印加電圧Vの関係式が、次のように得られ
る。
From the equations (4) to (6), the relational expression between the injection current I to the semiconductor laser and the applied voltage V is obtained as follows.

【0024】[0024]

【数7】 ここで、VA は活性層の体積であり、活性層の面積をS
A とすると、 VA =d×SA …(9) である。
(Equation 7) Here, VA is the volume of the active layer, and the area of the active layer is S
Assuming that A , VA = d × S A (9)

【0025】レーザー発振が始まって、半導体レーザー
内の光子数密度Sが、発振しきい値Ith以下の値と比べ
て急激に増加すると、式(8)にしたがって電流−電圧
特性が変化する。したがって、電流−電圧特性の曲率の
変化を検出することで、発振しきい値を測定することが
可能となる。さらに、微分抵抗など電流−電圧特性の微
係数を求めることで、電流−電圧特性の曲率の変化を検
知することが、いっそう容易となる。
The laser oscillation begins, the photon number density S of the semiconductor laser, abruptly increases as compared with the following values oscillation threshold I th, current in accordance with Equation (8) - voltage characteristic changes. Therefore, by detecting a change in the curvature of the current-voltage characteristic, the oscillation threshold can be measured. Further, by finding the derivative of the current-voltage characteristic such as the differential resistance, it becomes even easier to detect a change in the curvature of the current-voltage characteristic.

【0026】図6(a)は半導体レーザーの電流−電圧
(I−V)特性、図6(b)は電流−微分抵抗(I−d
V/dI)特性、図6(c)は電流−光強度(I−L)
特性の計算結果を示す。ここでは、τn =τr =3ns
とし、パラメーターとして光子寿命τphは、1ps(実
線)、2ps(点線)、4ps(破線)としている。ま
た、活性層のサイズは、SA =400μm2 、d=0.
1μmである。なお、図6(c)の光強度は、半導体レ
ーザー内部の光強度であり、外部に放出される光強度に
比べて大きい。また、光強度Pと光子数密度Sとの間に
は、 P=hνυgB S …(10) という関係がある。ここで、νはレーザーの発振周波
数、υg は光子の群速度、SB はレーザー光のビーム断
面積である。
FIG. 6A shows a current-voltage (IV) characteristic of a semiconductor laser, and FIG. 6B shows a current-differential resistance (Id).
V / dI) characteristic, FIG. 6C shows current-light intensity (IL)
The calculation results of the characteristics are shown. Here, τ n = τ r = 3 ns
As a parameter, the photon lifetime τ ph is 1 ps (solid line), 2 ps (dotted line), and 4 ps (dashed line). The size of the active layer is S A = 400 μm 2 , d = 0.
1 μm. The light intensity in FIG. 6C is the light intensity inside the semiconductor laser, and is larger than the light intensity emitted to the outside. Further, between the light intensity P and the photon number density S is related that P = hνυ g S B S ... (10). Here, [nu the laser oscillation frequency are upsilon g group velocity of the photon, the S B is the beam cross-sectional area of the laser beam.

【0027】図6(a)、(c)からわかるようにレー
ザー発振が始まると、I−V特性の曲率が変化し、図6
(a)の矢印で示すようにI−V特性にわずかに折れ曲
がりが生じる。この矢印で示す電流値が発振しきい値で
ある。このI−V特性における曲率の変化の様子は、図
6(b)のように微分抵抗dV/dIを考えると、さら
に明確になる。なお、図6では、接触抵抗の効果を無視
して計算している。
As can be seen from FIGS. 6A and 6C, when laser oscillation starts, the curvature of the IV characteristic changes.
As shown by the arrow in (a), the IV characteristics are slightly bent. The current value indicated by this arrow is the oscillation threshold. The state of the change of the curvature in the IV characteristic becomes clearer when the differential resistance dV / dI is considered as shown in FIG. In FIG. 6, the calculation is performed ignoring the effect of the contact resistance.

【0028】次に、このような原理をふまえて本発明の
実施の形態について説明する。図1は本発明の発振しき
い値測定装置の一実施形態の構成を示すブロック図であ
る。図1において、1は電流源、2は保護抵抗、3は測
定対象の半導体レーザー、4はデジタルマルチメータ
ー、5はパーソナルコンピューター、6は半導体レーザ
ー3から出射されたレーザー光、7は光パワーメーター
である。
Next, an embodiment of the present invention will be described based on such a principle. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the oscillation threshold value measuring device of the present invention. In FIG. 1, 1 is a current source, 2 is a protection resistor, 3 is a semiconductor laser to be measured, 4 is a digital multimeter, 5 is a personal computer, 6 is a laser beam emitted from the semiconductor laser 3, and 7 is an optical power meter. It is.

【0029】ここでは、半導体レーザー3の発振しきい
電流IthがI−dV/dI特性から判定できることを示
すために半導体レーザー外部にレーザー光を放出する半
導体レーザーを用い、I−L特性とI−dV/dI特性
を同時に測定している。半導体レーザー3は、発振波長
1.55μmの分布帰還型レーザー(DFB−LD)で
あり、50Ωの保護抵抗2と直列に接続されている。半
導体レーザー3の発振しきい値を測定する場合は、パー
ソナルコンピューター5を用いてプログラマブル電流源
1を制御し、0.1mA刻みで電流値を増加する。
Here, in order to show that the oscillation threshold current I th of the semiconductor laser 3 can be determined from the I-dV / dI characteristics, a semiconductor laser which emits laser light to the outside of the semiconductor laser is used. The -dV / dI characteristics are measured simultaneously. The semiconductor laser 3 is a distributed feedback laser (DFB-LD) having an oscillation wavelength of 1.55 μm, and is connected in series with the 50Ω protection resistor 2. When measuring the oscillation threshold value of the semiconductor laser 3, the personal computer 5 controls the programmable current source 1 to increase the current value in steps of 0.1 mA.

【0030】電流値を増加させると同時に、半導体レー
ザー3のアノード/カソード間電圧をデジタルマルチメ
ーター4で計測し、デジタルマルチメーター4からの出
力をパーソナルコンピューター5に入力し、パーソナル
コンピューターでdV/dIを求め、I−dV/dI特
性を出力する。また、半導体レーザー3から出射したレ
ーザー光6の強度を光パワーメーター7で計測し、光パ
ワーメーター7の出力をパーソナルコンピューター5に
入力し、パーソナルコンピューターを用いて、I−L特
性を出力する。
At the same time as increasing the current value, the voltage between the anode and the cathode of the semiconductor laser 3 is measured by the digital multimeter 4, the output from the digital multimeter 4 is input to the personal computer 5, and dV / dI is output from the personal computer. And outputs the I-dV / dI characteristic. The intensity of the laser beam 6 emitted from the semiconductor laser 3 is measured by an optical power meter 7, the output of the optical power meter 7 is input to a personal computer 5, and the IL characteristics are output using the personal computer.

【0031】図2はこれらのI−dV/dI特性とI−
L特性とを重ねて出力したものである。現実の半導体レ
ーザーでは、接触抵抗にショットキー接触の効果が含ま
れている。また、電流を0.1mA刻みで変化させてい
るので、微分抵抗dV/dIの折れ曲がりが計算ほどは
明確ではなかった。しかし、紙面の法線方向を視線に対
して70度から80度近く傾け、電流値が大きい方から
図2を眺めると、図2の矢印の位置(電流I=38m
A)に微分抵抗dV/dIの折れ曲がりを観察すること
ができる。図2に示すI−L特性と比べると、この電流
値I=38mAが発振しきい値であることがわかる。
FIG. 2 shows these I-dV / dI characteristics and I-dV / dI characteristics.
This is an output obtained by superimposing the L characteristic. In a real semiconductor laser, the effect of Schottky contact is included in the contact resistance. Also, since the current was changed in steps of 0.1 mA, the bending of the differential resistance dV / dI was not as clear as the calculation. However, when the normal direction of the paper surface is inclined from 70 degrees to nearly 80 degrees with respect to the line of sight and FIG. 2 is viewed from the side where the current value is larger, the position of the arrow in FIG. 2 (current I = 38 m
In A), the bending of the differential resistance dV / dI can be observed. Compared with the IL characteristic shown in FIG. 2, it can be seen that this current value I = 38 mA is the oscillation threshold.

【0032】なお、ここでは、パーソナルコンピュータ
ー5を用いて微分抵抗を計算しているが、微分抵抗に限
らず、半導体レーザー3の電流−電圧特性の曲率の変化
がわかるようなパラメーターであれば、どのようなもの
を計算してもよいことはいうまでもない。
In this case, the differential resistance is calculated using the personal computer 5, but the differential resistance is not limited to the differential resistance, and any parameter can be used as long as the change in the curvature of the current-voltage characteristic of the semiconductor laser 3 can be understood. It goes without saying that any calculation may be performed.

【0033】さらに、何もパーソナルコンピューター5
を用いなくても、微分抵抗を簡単な回路で調べることが
できる。図3はこの測定装置の構成を示している。同図
において、11は微分回路、12は微分回路、21は除
算回路である。この組み合わせによって、除算回路21
からdV/dIを求めることができる。図4はこの微分
回路11、12、図5は除算回路21の例を示してい
る。微分回路11,12は増幅器A1、抵抗器Rs 、R
f 、コンデンサCs ,Cf で構成されている。また、除
算回路21は抵抗器R1 〜R6 、トランジスタTr1,T
r2、増幅器A2 ,A3 で構成されている。
Further, nothing is provided with the personal computer 5
The differential resistance can be checked with a simple circuit without using. FIG. 3 shows the configuration of this measuring device. In the figure, 11 is a differentiating circuit, 12 is a differentiating circuit, and 21 is a dividing circuit. By this combination, the division circuit 21
DV / dI can be obtained from FIG. 4 shows an example of the differentiating circuits 11 and 12, and FIG. The differentiating circuits 11 and 12 include an amplifier A1, resistors R s and R
f , capacitors C s and C f . The dividing circuit 21 includes resistors R 1 to R 6 and transistors Tr 1 and T r1 .
r2, is composed of an amplifier A 2, A 3.

【0034】図7は本発明の他の実施形態を示す図であ
る。本実施形態では、半導体光増幅素子と光ファイバー
からなるリングレーザーの発振しきい値を測定するもの
である。リングレーザーは周知のように半導体レーザー
(半導体光増幅素子)に光ファイバーを加えた構成であ
るので、発振しきい値を測定する原理は先の実施形態で
説明した半導体レーザーの場合と全く同様である。図7
において、100は半導体光増幅素子、101は偏波保
持ファイバーである。半導体光増幅素子100として
は、ファブリ・ペローレーザー端面に反射防止膜(残留
反射率0.01%程度)が形成された進行波型増幅器を
用いている。増幅の中心は波長1.55μmである。
FIG. 7 is a diagram showing another embodiment of the present invention. In the present embodiment, the oscillation threshold of a ring laser composed of a semiconductor optical amplifier and an optical fiber is measured. As is well known, the ring laser has a configuration in which an optical fiber is added to a semiconductor laser (semiconductor optical amplifying element). Therefore, the principle of measuring the oscillation threshold is exactly the same as that of the semiconductor laser described in the above embodiment. . FIG.
In the figure, 100 is a semiconductor optical amplifying element, and 101 is a polarization maintaining fiber. As the semiconductor optical amplifying element 100, a traveling-wave amplifier having an antireflection film (residual reflectance of about 0.01%) formed on the end face of the Fabry-Perot laser is used. The center of amplification is at a wavelength of 1.55 μm.

【0035】また、102は半導体光増幅素子100に
電流を供給する電流源、103は保護回路、104は半
導体光増幅素子100のアノード/カソード間の電圧を
測定する電圧計、105は半導体光増幅素子100の温
度を一定に制御する温度制御装置、106は光コネクタ
である。107はリングレーザーの電流−電圧特性、電
流−微分抵抗特性、電流−光出力特性を計算するパーソ
ナルコンピューター、108はリングレーザー内の光を
取り出す光カプラー、109は光カプラー108から取
り出された光量を測定する光パワーメーター、110は
光アイソレータ、111は光ファイバーである。
Reference numeral 102 denotes a current source for supplying a current to the semiconductor optical amplifier 100; 103, a protection circuit; 104, a voltmeter for measuring the voltage between the anode and cathode of the semiconductor optical amplifier 100; A temperature control device 106 for controlling the temperature of the element 100 to a constant value is an optical connector. 107 is a personal computer that calculates the current-voltage characteristics, current-differential resistance characteristics, and current-light output characteristics of the ring laser, 108 is an optical coupler that extracts light from the ring laser, and 109 is the light amount extracted from the optical coupler 108. An optical power meter for measurement, 110 is an optical isolator, and 111 is an optical fiber.

【0036】リングレーザーの発振しきい値を測定する
場合、電流源102から半導体光増幅素子100への注
入電流を増加させて、半導体光増幅素子100のアノー
ド/カソード間の電圧を電圧計104により計測する。
また、電圧計104の出力と電流源102の注入電流量
をパーソナルコンピューター107に入力し、パーソナ
ルコンピューター107で電圧計出力と注入電流量に基
づいてdV/dIを計算し、電流−微分抵抗特性(I−
dV/dI特性)を出力する。
When measuring the oscillation threshold of the ring laser, the current injected from the current source 102 into the semiconductor optical amplifier 100 is increased, and the voltage between the anode and cathode of the semiconductor optical amplifier 100 is measured by the voltmeter 104. measure.
The output of the voltmeter 104 and the amount of injected current of the current source 102 are input to the personal computer 107, and the personal computer 107 calculates dV / dI based on the output of the voltmeter and the amount of injected current. I-
dV / dI characteristic).

【0037】一方、半導体光増幅素子100と光ファイ
バー101から構成されたリングレーザー内の光を光カ
プラー108により外部に取り出し、その光を光パワー
メーター109によって測定する。そして、光パワーメ
ーター109の測定値をパーソナルコンピューター10
7に入力し、パーソナルコンピューター107において
光パワーメーター109の測定値と電流源2からの注入
電流量に基づいて電流−光出力特性(I−L特性)を出
力する。
On the other hand, the light in the ring laser constituted by the semiconductor optical amplifier 100 and the optical fiber 101 is taken out to the outside by the optical coupler 108, and the light is measured by the optical power meter 109. Then, the measured value of the optical power meter 109 is transferred to the personal computer 10.
7, the personal computer 107 outputs current-light output characteristics (IL characteristics) based on the measured value of the optical power meter 109 and the amount of current injected from the current source 2.

【0038】図8はこのようにして得られたリングレー
ザーのI−dV/dI特性とI−L特性を重ねて示して
いる。図8から明らかなように注入電流量が約11.5
mAで、微分抵抗に大きな変化が現われている(図8の
破線位置)。これは、本半導体光増幅素子において、良
好なオーミック接触が実現されているためである。ま
た、重ねて示すI−L特性から、図8の破線位置に相当
する電流値が発振しきい値であることがわかる。
FIG. 8 shows the I-dV / dI characteristics and the IL characteristics of the ring laser obtained in this manner. As apparent from FIG. 8, the injection current amount is about 11.5.
At mA, a large change appears in the differential resistance (the position of the broken line in FIG. 8). This is because good ohmic contact is realized in the present semiconductor optical amplifier. Further, from the IL characteristics shown in an overlapped manner, it is understood that the current value corresponding to the position indicated by the broken line in FIG. 8 is the oscillation threshold value.

【0039】図9は本実施形態によるリングレーザーの
電流−電圧特性、電流−微分抵抗特性、電流−光出力特
性の計算値を示している。ここで、オーミック接触が実
現されているとし、接触抵抗を4Ωとおいた。この計算
結果は図7の装置により前述のような原理に基づいて計
算を行い、グラフとして描いたものである。図9(a)
はリングレーザーの電流−電圧特性、図9(b)は電流
−微分抵抗特性、図9(c)は電流−光出力特性であ
る。図9(a)においては図中に電流−電圧特性の曲率
の変化点を図示している。なお、図9は図8と同じ数値
範囲で計算を行っている。また、図9では光子寿命を4
ps、3ps、2psとした時の特性を示している。図
9から明らかなように電流−光出力特性より明確にわか
る発振しきい値に対応する注入電流量で、微分抵抗が急
激に変化している。即ち、このことは電流−微分抵抗特
性に基づいてレーザ発振しきい値を求めることができる
ことを意味している。
FIG. 9 shows calculated values of current-voltage characteristics, current-differential resistance characteristics, and current-light output characteristics of the ring laser according to the present embodiment. Here, it is assumed that ohmic contact is realized, and the contact resistance is set to 4Ω. The calculation result is calculated as a graph based on the above-described principle using the apparatus shown in FIG. FIG. 9 (a)
9 shows current-voltage characteristics of the ring laser, FIG. 9B shows current-differential resistance characteristics, and FIG. 9C shows current-light output characteristics. In FIG. 9A, a change point of the curvature of the current-voltage characteristic is illustrated. Note that FIG. 9 performs calculations in the same numerical range as FIG. In FIG. 9, the photon lifetime is 4
The characteristics when ps, 3 ps, and 2 ps are set are shown. As is apparent from FIG. 9, the differential resistance sharply changes at the injection current amount corresponding to the oscillation threshold value clearly seen from the current-light output characteristics. That is, this means that the laser oscillation threshold can be obtained based on the current-differential resistance characteristics.

【0040】なお、図7の実施形態では、パーソナルコ
ンピューター107を用いて微分抵抗を計算している
が、本発明は、微分抵抗に限ることなく、半導体光増幅
素子100の電流−電圧特性の曲率の変化がわかるよう
なパラメータであれば、どのようなものを計算しても構
わない。また、図1の実施形態でも説明したようにパー
ソナルコンピューター107を用いなくても、図3に示
すような回路を用いても調べることができる。
In the embodiment shown in FIG. 7, the differential resistance is calculated by using the personal computer 107. However, the present invention is not limited to the differential resistance and the curvature of the current-voltage characteristic of the semiconductor optical amplifying element 100 may be calculated. Any parameter may be calculated as long as it is a parameter that indicates the change in In addition, as described in the embodiment of FIG. 1, the check can be performed without using the personal computer 107 or using a circuit as shown in FIG.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体レーザーの電流−電圧特性の曲率の変化に基づいて
発振しきい値を測定することにより、半導体レーザーの
出射光の光強度を測定しなくても発振しきい値を測定で
き、半導体レーザーの外部に放出するレーザー光の強度
が小さいか、あるいは外部にレーザー光を放出しない場
合でも、正確に発振しきい値を測定することができる。
また、半導体レーザーの電流−電圧特性の微係数の変化
に基づいて発振しきい値を測定することにより、更に正
確に発振しきい値を測定することができる。
As described above, according to the present invention, the light intensity of the emitted light of the semiconductor laser is measured by measuring the oscillation threshold based on the change in the curvature of the current-voltage characteristic of the semiconductor laser. The oscillation threshold can be measured without the need to accurately measure the oscillation threshold even when the intensity of the laser light emitted to the outside of the semiconductor laser is low or the laser light is not emitted outside. .
Further, by measuring the oscillation threshold based on the change in the derivative of the current-voltage characteristic of the semiconductor laser, the oscillation threshold can be measured more accurately.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体レーザーの発振しきい値測定装
置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a semiconductor laser oscillation threshold value measuring apparatus according to the present invention.

【図2】図1の装置を用いて半導体レーザーのI−dV
/dI特性とI−L特性を測定した結果を示す図であ
る。
FIG. 2 shows the I-dV of a semiconductor laser using the apparatus of FIG.
It is a figure showing the result of having measured / dI characteristic and IL characteristic.

【図3】本発明の他の実施形態を示すブロック図であ
る。
FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the present invention.

【図4】図3の実施形態の微分回路の例を示す回路図で
ある。
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating an example of a differentiating circuit according to the embodiment of FIG. 3;

【図5】図3の実施形態の除算回路の例を示す回路図で
ある。
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating an example of a division circuit according to the embodiment of FIG. 3;

【図6】半導体レーザーのI−V特性、I−dV/dI
特性、I−L特性の計算結果を示す図である。
FIG. 6 shows IV characteristics of a semiconductor laser, and I-dV / dI.
It is a figure showing the calculation result of a characteristic and IL characteristic.

【図7】本発明の他の実施形態を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing another embodiment of the present invention.

【図8】図7の実施形態で得られたリングレーザーの電
流−微分抵抗特性、電流−光出力特性を示す図である。
8 is a diagram showing current-differential resistance characteristics and current-light output characteristics of the ring laser obtained in the embodiment of FIG. 7;

【図9】図7の実施形態で計算されたリングレーザーの
電流−電圧特性、電流−微分抵抗特性、電流−光出力特
性を示す図である。
9 is a diagram illustrating current-voltage characteristics, current-differential resistance characteristics, and current-light output characteristics of a ring laser calculated in the embodiment of FIG. 7;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電流源 2 保護抵抗 3 半導体レーザー 4 デジタルマルチメーター 5 パーソナルコンピューター 6 レーザー光 7 光パワーメーター 11,12 微分回路 21 除算回路 100 半導体光増幅素子 101 偏波保持ファイバー 102 電流源 103 保護回路 104 電圧計 105 温度制御装置 106 光コネクタ 107 パーソナルコンピューター 108 光カプラー 109 光パワーメーター 110 光アイソレータ 111 光ファイバー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Current source 2 Protective resistor 3 Semiconductor laser 4 Digital multimeter 5 Personal computer 6 Laser light 7 Optical power meter 11, 12 Differentiation circuit 21 Division circuit 100 Semiconductor optical amplifier 101 Polarization holding fiber 102 Current source 103 Protection circuit 104 Voltmeter 105 Temperature control device 106 Optical connector 107 Personal computer 108 Optical coupler 109 Optical power meter 110 Optical isolator 111 Optical fiber

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体レーザーの電流−電圧特性の曲率
の変化に基づいて半導体レーザーの発振しきい値を測定
することを特徴とする半導体レーザーの発振しきい値の
測定方法。
1. A method for measuring an oscillation threshold value of a semiconductor laser, comprising: measuring an oscillation threshold value of the semiconductor laser based on a change in curvature of a current-voltage characteristic of the semiconductor laser.
【請求項2】 半導体レーザーの電流−電圧特性の微係
数の変化に基づいて半導体レーザーの発振しきい値を測
定することを特徴とする半導体レーザーの発振しきい値
の測定方法。
2. A method for measuring an oscillation threshold value of a semiconductor laser, comprising measuring an oscillation threshold value of the semiconductor laser based on a change in a derivative of a current-voltage characteristic of the semiconductor laser.
【請求項3】 半導体レーザーの電流−電圧特性の曲率
の変化に基づいて半導体レーザーの発振しきい値を計算
する回路を含むことを特徴とする半導体レーザーの発振
しきい値の測定装置。
3. An apparatus for measuring an oscillation threshold of a semiconductor laser, comprising: a circuit for calculating an oscillation threshold of the semiconductor laser based on a change in curvature of a current-voltage characteristic of the semiconductor laser.
【請求項4】 半導体レーザーの電流−電圧特性の微係
数の変化に基づいて半導体レーザーの発振しきい値を計
算する回路を含むことを特徴とする半導体レーザーの発
振しきい値の測定装置。
4. An apparatus for measuring an oscillation threshold value of a semiconductor laser, comprising a circuit for calculating an oscillation threshold value of the semiconductor laser based on a change in a derivative of a current-voltage characteristic of the semiconductor laser.
【請求項5】 半導体光増幅素子と光ファイバーからな
るリングレーザーにおいて、前記半導体光増幅素子の電
流−電圧特性の曲率の変化あるいは微係数の変化に基づ
いてレーザー発振しきい値を測定することを特徴とする
半導体レーザーの発振しきい値の測定方法。
5. A ring laser comprising a semiconductor optical amplifier and an optical fiber, wherein a laser oscillation threshold value is measured based on a change in a curvature or a derivative of a current-voltage characteristic of the semiconductor optical amplifier. Method for measuring the oscillation threshold of a semiconductor laser.
【請求項6】 半導体光増幅素子と光ファイバーからな
るリングレーザーにおいて、前記半導体光増幅素子の電
流−電圧特性の曲率の変化あるいは微係数の変化に基づ
いてレーザー発振しきい値を計算する回路を含むことを
特徴とする半導体レーザーの発振しきい値の測定装置。
6. A ring laser comprising a semiconductor optical amplifying element and an optical fiber, comprising a circuit for calculating a laser oscillation threshold based on a change in a curvature or a derivative of a current-voltage characteristic of the semiconductor optical amplifying element. An apparatus for measuring an oscillation threshold value of a semiconductor laser, comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009224693A (en) * 2008-03-18 2009-10-01 Noritsu Koki Co Ltd Laser exposure device

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