JP2009224639A - Test method and test device of semiconductor laser - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、利得領域で励起した光を可飽和吸収領域で変調することによって光パルス列を生成する、モード同期半導体レーザ(MLLD:Mode Locked Laser Diode)の試験方法および試験装置に関する。この発明は、例えば、高速光通信用モード同期半導体レーザの試験に適用することができる。 The present invention relates to a test method and apparatus for a mode-locked laser diode (MLLD) that generates an optical pulse train by modulating light excited in a gain region in a saturable absorption region. The present invention can be applied to a test of a mode-locked semiconductor laser for high-speed optical communication, for example.
光通信ネットワークの中継装置等では、受信した信号光を電気信号に変換して、電気回路で信号処理を行い、処理後の電気信号を再び光信号に変換して送信する。このような装置では、信号処理速度が電気回路の処理速度に制限され、最大で40Gbps程度である。このため、さらなる高速処理を実現するためには、光信号のまま信号処理を行う技術が望まれる。光信号処理を実現するためには、繰り返し周波数が非常に高い光パルス列を使用する必要がある。高周波数の光パルス列を生成する手段としては、モード同期半導体レーザが知られている。 In a relay device or the like of an optical communication network, received signal light is converted into an electric signal, signal processing is performed by an electric circuit, and the processed electric signal is converted into an optical signal again and transmitted. In such an apparatus, the signal processing speed is limited to the processing speed of the electric circuit, and is about 40 Gbps at the maximum. For this reason, in order to realize further high-speed processing, a technique for performing signal processing with an optical signal is desired. In order to realize optical signal processing, it is necessary to use an optical pulse train having a very high repetition frequency. A mode-locked semiconductor laser is known as means for generating a high-frequency optical pulse train.
モード同期半導体レーザは、駆動条件に応じて、CW(Continuous Wave) 動作を行ったり、モード同期動作を行ったりする。CW動作とは、ピーク強度が一定の光、すなわちCW光を生成する動作である。これに対して、モード同期動作とは、CW光の光強度を所定の時間周期で変化させることによって、光パルス列を生成する動作である。本願において、‘モード同期半導体レーザ’は、CW光を生成する機構に該CW光の光強度を所定時間周期で変化させる機構を付加してなる半導体レーザを指すものとする。 The mode-synchronized semiconductor laser performs a CW (Continuous Wave) operation or a mode-synchronized operation depending on driving conditions. The CW operation is an operation that generates light having a constant peak intensity, that is, CW light. On the other hand, the mode synchronization operation is an operation for generating an optical pulse train by changing the light intensity of CW light at a predetermined time period. In the present application, 'mode-locked semiconductor laser' refers to a semiconductor laser obtained by adding a mechanism for changing the light intensity of the CW light at a predetermined time period to a mechanism for generating CW light.
図18は、モード同期半導体レーザに設けられる共振器の一構造例を概念的に示す模式図である。 FIG. 18 is a schematic diagram conceptually showing one structural example of a resonator provided in a mode-locked semiconductor laser.
図18の共振器100において、利得領域101は、直流の順方向電流Iopが注入されているとき、光励起を行う。この光励起による生成光は、反射面105や分布ブラッグ反射領域103内の回折格子(図示せず)で反射することにより、共振器100内での往復を繰り返す。励起光は、利得領域101を通過する度に増幅される。但し、利得領域101は、利得が飽和すると増幅を行わない。
In the
可飽和吸収領域102は、直流の逆バイアス電圧Vreの印加が開始されると、生成光の一部を吸収するようになる。このときの吸収係数は、入射光強度が大きくなるほど、小さくなる。可飽和吸収領域102に吸収された光は、フォトカレントImodになる。
分布ブラッグ反射領域103は、図示しない回折格子を用いて、生成光から所望の周波数帯域成分を抽出する。印加電圧Vbを変化させて分布ブラッグ反射領域103の屈折率を変えることにより、回折格子間の光学距離を変化させることができ、これにより、抽出される周波数帯域を調整することができる。
The distributed Bragg
位相調整領域104は、共振器100の両端面105,106間の全光学距離が、生成光波長の整数倍になるように調整するための領域である。印加電圧Vpを変化させることにより、位相調整領域104の屈折率(したがって光学距離)を調整することができる。共振器の光学距離を所望波長の整数倍にすると、生成光が共振器内を往復するにしたがい、当該所望波長の光のみが増幅され、他の波長の光は減衰する。
The
このような構成において、生成光が共振器100内の往復を繰り返すと、利得領域101による増幅率と可飽和吸収領域102による吸収率とが、周期的に変動する。これらの変動位相は一致しないので、生成光には、増幅率が吸収率よりも高いものと、吸収率が増幅率よりも高いものとが生じて、パルス波形化する。そして、このパルス光の光強度が所定値を超えると、両端面105,106から出力される。
In such a configuration, when the generated light repeats reciprocation in the
従来より、モード同期半導体レーザの信頼性等を評価するために、エージング試験が行われている。エージング試験とは、モード同期半導体レーザに長期間の連続動作を行わせて故障の発生状況を評価する試験である。エージング試験は、量産したモード同期半導体レーザ素子から安定動作する素子を選別する工程や、選別した素子が実際に安定動作するか否かを確認する工程で、行われる。エージング試験の所要時間は、一回の試験につき、例えば5000時間である。エージング試験では、十分なレーザ光強度が維持できるか否かの評価や、正常なモード同期動作が維持できるか否かの評価等が行われる。 Conventionally, an aging test has been performed to evaluate the reliability and the like of a mode-locked semiconductor laser. An aging test is a test in which a mode-locked semiconductor laser is operated continuously for a long period to evaluate the occurrence of a failure. The aging test is performed in a process of selecting an element that stably operates from mass-produced mode-locked semiconductor laser elements, and a process of confirming whether the selected element actually operates stably. The time required for the aging test is, for example, 5000 hours per test. In the aging test, it is evaluated whether or not sufficient laser light intensity can be maintained, and whether or not normal mode-locking operation can be maintained.
レーザ光強度を評価する方法としては、例えばAPC(Auto Power Control)法やACC(Auto Current Control)法が知られている。 As a method for evaluating the laser light intensity, for example, an APC (Auto Power Control) method and an ACC (Auto Current Control) method are known.
APC法とは、利得領域101の順方向電流Iop(図18参照)をレーザ光強度が一定となるように自動制御しながら、モード同期半導体レーザを連続動作させる方法である。このAPC法では、順方向電流Iopの値が所定値を超えたときに、故障したと判断される。APC法を用いたエージング試験方法は、例えば下記特許文献1に開示されている。特許文献1の試験方法では、フォトカレントImod(図18参照)を測定することによって、レーザ光強度を判断している(例えば、特許文献1の段落0012参照)。この方法によれば、レーザ出力光の強度を光検出器で直接検出する場合よりも正確な検出を行うことができ、したがってレーザ光強度を高精度に自動制御することが可能である。
The APC method is a method in which the mode-locked semiconductor laser is continuously operated while automatically controlling the forward current Iop (see FIG. 18) in the
また、ACC法とは、順方向電流Iopを固定値にしてモード同期半導体レーザを連続動作させ、レーザ光強度を測定する方法である。ACC法では、レーザ光強度が所定値を下回ったときに、故障したと判断される。 The ACC method is a method of measuring the laser light intensity by continuously operating the mode-locked semiconductor laser with the forward current Iop being a fixed value. In the ACC method, it is determined that a failure has occurred when the laser light intensity falls below a predetermined value.
一方、モード同期動作の正常/異常を評価する方法としては、出力された光パルス列の自己相関波形、光スペクトルおよびRF(Radio Frequency) スペクトルを観察する方法が知られている。 On the other hand, as a method for evaluating normality / abnormality of the mode synchronization operation, a method of observing an autocorrelation waveform, an optical spectrum, and an RF (Radio Frequency) spectrum of an output optical pulse train is known.
図19(A)は、光パルス列の自己相関波形の一例を示す波形図であり、横軸は時間[ピコ秒]、縦軸は自己相関関数の強度[任意単位]である。図19(A)に示したように、自己相関波形からは、レーザ光出力の時間と強度との関係を観察できるので、パルス発振の有無を直接的に評価することができる。 FIG. 19A is a waveform diagram showing an example of an autocorrelation waveform of an optical pulse train, where the horizontal axis represents time [picoseconds] and the vertical axis represents the intensity of the autocorrelation function [arbitrary unit]. As shown in FIG. 19A, since the relationship between the time and intensity of laser light output can be observed from the autocorrelation waveform, the presence or absence of pulse oscillation can be directly evaluated.
図19(B)は、光パルス列の光スペクトルの一例を示す波形図であり、横軸は波長[nm]、縦軸は光強度[任意単位]である。図19(B)に示したように、モード同期動作が行われているとき、各波長成分には、一定の位相関係が存在する。そして、各波長成分により、同図に示したような包絡線αが得られる。これに対して、CW動作では、各波長成分の位相関係は、一定しない。図19(B)の光スペクトルは、縦モードスペクトルとも呼ばれる。縦モードスペクトルは、光パルス列の時間波形(すなわち、図19(A)の自己相関波形)をフーリエ変換したものに相当する。したがって、図19(B)に示した包絡線αの半値幅W2は、光パルス(図19(A)参照)の半値幅W1の逆数に依存して変化する。このため、これら半値幅の積W1×W2は、定数になる。この積W1×W2は、時間帯幅積と称されている。時間波形がガウス関数に一致する場合、時間帯幅積は、0.44である。よって、この時間帯幅積を求めることにより、光パルス列(図19(A)参照)を構成する各光パルスの、理論値からのずれを評価することができる。 FIG. 19B is a waveform diagram illustrating an example of an optical spectrum of an optical pulse train, where the horizontal axis represents wavelength [nm] and the vertical axis represents light intensity [arbitrary unit]. As shown in FIG. 19B, when the mode synchronization operation is performed, each wavelength component has a certain phase relationship. The envelope α as shown in the figure is obtained from each wavelength component. On the other hand, in the CW operation, the phase relationship between the wavelength components is not constant. The optical spectrum in FIG. 19B is also called a longitudinal mode spectrum. The longitudinal mode spectrum corresponds to a Fourier transform of the time waveform of the optical pulse train (that is, the autocorrelation waveform in FIG. 19A). Accordingly, the half width W2 of the envelope α shown in FIG. 19B varies depending on the reciprocal of the half width W1 of the optical pulse (see FIG. 19A). Therefore, the product of the half widths W1 × W2 is a constant. This product W1 × W2 is referred to as a time zone width product. If the time waveform matches a Gaussian function, the time zone width product is 0.44. Therefore, by obtaining this time zone width product, a deviation from the theoretical value of each optical pulse constituting the optical pulse train (see FIG. 19A) can be evaluated.
図19(C)は、光パルス列のRFスペクトルの一例を示す波形図であり、横軸は周波数[GHz]、縦軸は強度(dB)[任意単位]である。図19(C)に示したように、正常なモード同期動作が行われているとき、一定条件下で、所定周波数f(ここではf=40GHz)ごとにピークβが発生する。ピークβの周波数fは、f=c/2nL(nは屈折率、Lは共振器長)で得られる。これに対して、正常なモード周期動作が行われていないとき、上記条件下で周波数fでピークが発生せず、所定のパルセーション周波数ごとに多数のピークが発生する場合がある。このような異常ピークは、パルセーションと呼ばれる。パルセーションが発生すると、光パルス列に振幅変調が生じて定常的な光パルス列が得られなくなるという不都合が生じる。
上述のように、レーザ光強度に関しては、特許文献1の方法等を用いることにより、高精度な評価を自動で行うことができる。
As described above, regarding the laser light intensity, highly accurate evaluation can be automatically performed by using the method of
これに対して、光パルス列の正常/異常を評価する試験は、自己相関波形、光スペクトルおよびRFスペクトルを作業員がその都度観察する必要があった。 On the other hand, in the test for evaluating the normality / abnormality of the optical pulse train, an operator needs to observe the autocorrelation waveform, the optical spectrum, and the RF spectrum each time.
上述のように、エージング試験は、例えば5000時間程度の長時間にわたって連続的に行われる。評価処理は、例えば、15分間隔で20回行われ後、1時間間隔で20回行われ、さらに、20時間間隔で248回行われる。試験開始初期に評価間隔が短いのは、初期不良を検出するためである。評価の頻度が高いほど、この評価を行うための作業負担は大きくなる。 As described above, the aging test is continuously performed for a long time of, for example, about 5000 hours. For example, the evaluation process is performed 20 times at 15-minute intervals, then 20 times at 1-hour intervals, and further 248 times at 20-hour intervals. The reason for the short evaluation interval at the beginning of the test is to detect an initial failure. The higher the frequency of evaluation, the greater the workload for performing this evaluation.
また、通常のエージング試験では、統計学的な理由から、多数個のモード同期半導体レーザ素子について同時に試験を行う。実際のエージング試験で同時に使用される素子数は、例えば25個である。同時に試験する素子数が多いほど、この評価を行うための作業負担は大きくなる。 In the normal aging test, a number of mode-locked semiconductor laser elements are tested simultaneously for statistical reasons. The number of elements simultaneously used in the actual aging test is, for example, 25. The greater the number of elements to be tested simultaneously, the greater the workload for performing this evaluation.
以上のような理由から、モード同期動作の正常/異常を評価する試験は、多大な人的負担を要していた。 For the reasons described above, a test for evaluating normal / abnormal mode-synchronous operation has required a great human burden.
この発明の課題は、モード同期半導体レーザの良/不良に関する評価を簡単に行うことができ、さらには自動化が容易な、試験方法および試験装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a test method and a test apparatus that can easily evaluate whether a mode-locked semiconductor laser is good or bad and that can be easily automated.
(1)第1の発明は、駆動電流が供給されたときに光の生成および増幅を行う利得領域と、逆バイアス電圧を印加されたときに利得領域から出力された光の強度を変調する可飽和吸収領域とを備えた共振器を有する半導体レーザの試験方法に関する。 (1) In the first invention, a gain region for generating and amplifying light when a drive current is supplied, and a light intensity output from the gain region when a reverse bias voltage is applied can be modulated. The present invention relates to a method for testing a semiconductor laser having a resonator with a saturated absorption region.
そして、可飽和吸収領域で発生するフォトカレントの値を駆動電流の値を変化させつつ測定することにより駆動電流とフォトカレントとの関係を取得する測定ステップと、測定ステップで得られた関係のキンクを検出するキンク検出ステップと、キンクの検出結果に基づいて所定の駆動電流値の範囲で共振器がモード同期動作を行うか否かを判定する良否判定ステップとを含む。 Then, a measurement step for obtaining the relationship between the drive current and the photocurrent by measuring the value of the photocurrent generated in the saturable absorption region while changing the value of the drive current, and a kink of the relationship obtained in the measurement step And a pass / fail determination step for determining whether or not the resonator performs mode-locking operation within a predetermined drive current value range based on the kink detection result.
(2)第2の発明は、駆動電流が供給されたときに光の生成および増幅を行う利得領域と、逆バイアス電圧を印加されたときに利得領域から出力された光の強度を変調する可飽和吸収領域とを備えた共振器を有する半導体レーザの試験を行う試験装置に関する。 (2) The second invention is capable of modulating the intensity of light output and generated from the gain region when a reverse bias voltage is applied, and a gain region that generates and amplifies light when a drive current is supplied. The present invention relates to a test apparatus for testing a semiconductor laser having a resonator having a saturated absorption region.
そして、駆動電流の値を変化させる駆動回路と、可飽和吸収領域で発生するフォトカレントの値を測定する電流計と、駆動回路に駆動電流の値を変化させつつ電流計にフォトカレントを測定させることにより駆動電流とフォトカレントとの関係を取得し、関係のキンクを検出し、さらに、キンクの検出結果に基づいて所定の駆動電流値の範囲で共振器がモード同期動作を行うか否かを判定する制御回路とを備える。 Then, a drive circuit that changes the value of the drive current, an ammeter that measures the value of the photocurrent generated in the saturable absorption region, and an ammeter that measures the photocurrent while changing the value of the drive current in the drive circuit Thus, the relationship between the drive current and the photocurrent is acquired, the kink of the relationship is detected, and whether or not the resonator performs the mode synchronization operation within a predetermined drive current value range based on the kink detection result. A control circuit for determination.
この発明では、駆動電流とフォトカレントとの関係に発生するキンクによってCW光発振動作とモード同期動作との切り換わりを検出するので、モード同期動作の正常/異常を簡単に評価することができ、試験の省力化や自動化が容易になる。 In the present invention, since switching between the CW optical oscillation operation and the mode synchronization operation is detected by a kink generated in the relationship between the drive current and the photocurrent, normality / abnormality of the mode synchronization operation can be easily evaluated. Labor saving and automation of the test become easy.
以下、この発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的条件は単なる例示にすぎない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the size, shape, and arrangement relationship of each component are shown only schematically to the extent that the present invention can be understood, and the numerical conditions described below are merely examples. .
<第1の実施形態>
この発明の第1の実施形態に係るモード同期半導体レーザの試験方法について、図1〜図6を用いて説明する。
<First Embodiment>
A method for testing a mode-locked semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
最初に、この実施形態に係る試験方法の基礎となる原理について説明する。 First, the principle that is the basis of the test method according to this embodiment will be described.
図1は、この実施形態で使用した測定装置の構成を示す概念図である。図1において、図18と同じ符号を付した構成要素は、それぞれ図18の場合と同じである。 FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of the measuring apparatus used in this embodiment. In FIG. 1, the components given the same reference numerals as those in FIG. 18 are the same as those in FIG.
図1に示したように、この測定装置110は、駆動回路111、逆バイアス用電源112、電流計113、フォトダイオード114および制御回路115を備えている。
As shown in FIG. 1, the measuring
駆動回路111は、利得領域101へ駆動電流Iopを供給するとともに、分布ブラッグ反射領域103および位相調整領域104に制御電圧Vb,Vpを供給する。上述のように、駆動電流Iopは、直流の順方向電流である。また、電圧Vb,Vpはモード同期半導体レーザの設定波長等に応じて定められる、固定電圧である。
The
逆バイアス用電源112は、可飽和吸収領域102に、直流の逆バイアス電圧Vreを印加する。この逆バイアス電圧Vreは、固定電圧である。
The reverse
電流計113は、フォトカレントImodを測定する。フォトカレントImodの値は、制御回路115に送られる。
The
フォトダイオード114は、分布ブラッグ反射領域103の共振器端面106から出力されたレーザ光を受光し、レーザ光強度に応じた値の電流IL を出力する。電流IL の値は、制御回路115に送られる。
The
制御回路115は、駆動回路111から利得領域101に供給される駆動電流Iopを変化させながら、電流計113およびフォトダイオード114の測定結果Imod,ILを取得する。
The
次に、測定装置110の測定結果について、図2〜図6を用いて説明する。
Next, the measurement result of the measuring
図2は、測定装置110による測定の結果を示すグラフである。図2において、横軸は駆動電流Iop[mA]であり、縦軸は光強度[mW]、フォトカレント[mA]および駆動電圧[V]である。また、図2において、曲線a1は、駆動電流Iopと駆動電圧Vopとの関係を示している。曲線b1は、駆動電流Iopと、フォトダイオード114の出力電流ILとの関係を示している。また、曲線c1は、駆動電流IopとフォトカレントImodとの関係を示している。
FIG. 2 is a graph showing the results of measurement by the
図2から分かるように、駆動電流IopとフォトカレントImodとの関係を示す曲線c1には、駆動電流Iop=75mAの付近で、キンクが発生している。これに対して、曲線a1,b1には、特異点は発生していない。なお、この実施形態において、キンクとは、駆動電流Iopの変化に対するフォトカレントImodの変化が急激に増大する部分を指している。 As can be seen from FIG. 2, a kink occurs in the curve c1 indicating the relationship between the drive current Iop and the photocurrent Imod near the drive current Iop = 75 mA. On the other hand, no singular point is generated in the curves a1 and b1. In this embodiment, the kink indicates a portion where the change in the photocurrent Imod rapidly increases with respect to the change in the drive current Iop.
図3〜図6は、この実施形態で使用したモード同期半導体レーザの、出力レーザ光の特性を示しており、それぞれ、(A)は自己相関波形、(B)は光スペクトル、(C)はRFスペクトルである。また、図3は駆動電流Iopが50mAの場合、図4は駆動電流Iopが75mAの場合、図5は駆動電流Iopが80mAの場合、図6は駆動電流Iopが100mAの場合である。 3 to 6 show the characteristics of the output laser beam of the mode-locked semiconductor laser used in this embodiment. (A) is an autocorrelation waveform, (B) is an optical spectrum, and (C) is RF spectrum. 3 shows a case where the drive current Iop is 50 mA, FIG. 4 shows a case where the drive current Iop is 75 mA, FIG. 5 shows a case where the drive current Iop is 80 mA, and FIG. 6 shows a case where the drive current Iop is 100 mA.
図3(A)および図4(A)の自己相関波形から分かるように、駆動電流Iopが50mA,75mAの場合(すなわち駆動電流Iopがキンク発生点よりも小さい場合)は、レーザ出力強度が時間的にほぼ一定であり、パルスを形成していない。また、図3(B)および図4(B)の光スペクトルから分かるように、モード同期動作時(図19(B)参照)と比較して、半値幅W3,W4が非常に広い。さらに、図3(C)および図4(C)から分かるように、一定の周波数ごとにパルセーションが発生している。このようにして、駆動電流Iopがキンク発生電流よりも小さい場合にはモード同期半導体レーザがCW動作を行っていることが確認できた。 As can be seen from the autocorrelation waveforms in FIGS. 3A and 4A, when the drive current Iop is 50 mA and 75 mA (that is, when the drive current Iop is smaller than the kink occurrence point), the laser output intensity is time. Are substantially constant and do not form pulses. Further, as can be seen from the optical spectra of FIGS. 3B and 4B, the half-value widths W3 and W4 are very wide as compared to the mode-locking operation (see FIG. 19B). Furthermore, as can be seen from FIG. 3C and FIG. 4C, pulsation occurs at every fixed frequency. In this manner, it was confirmed that the mode-locked semiconductor laser was performing the CW operation when the drive current Iop was smaller than the kink generation current.
これに対して、図5(A)および図6(A)の自己相関波形から分かるように、駆動電流Iopが80mA,100mAの場合(すなわち駆動電流Iopがキンク発生点よりも大きい場合)は、レーザ出力強度が時間的に変化して、パルスを形成している。また、図5(B)および図6(B)の光スペクトルから分かるように、出力光の半値幅は非常に狭い。さらに、図5(C)および図6(C)から分かるように、40ギガヘルツのみに強度ピークが存在しており、パルセーションは発生していない。このようにして、駆動電流Iopがキンク発生電流よりも大きい場合にはモード同期半導体レーザがモード同期動作を行っていることが確認できた。 On the other hand, as can be seen from the autocorrelation waveforms of FIGS. 5A and 6A, when the drive current Iop is 80 mA or 100 mA (that is, when the drive current Iop is larger than the kink occurrence point), The laser output intensity changes with time to form a pulse. Further, as can be seen from the optical spectra of FIGS. 5B and 6B, the half-value width of the output light is very narrow. Further, as can be seen from FIG. 5C and FIG. 6C, an intensity peak exists only at 40 GHz, and no pulsation occurs. Thus, it was confirmed that the mode-locked semiconductor laser was performing the mode-locking operation when the drive current Iop was larger than the kink generation current.
以上の説明から分かるように、モード同期半導体レーザがモード同期動作を行っているか否かは、自己相関波形等を観察しなくとも、駆動電流IopとフォトカレントImodとの関係を示す曲線のキンクから判定できる。これは、以下のような理由によるものであると推察される。 As can be seen from the above description, whether or not the mode-locked semiconductor laser is performing the mode-locking operation can be determined from the kink of the curve indicating the relationship between the drive current Iop and the photocurrent Imod without observing the autocorrelation waveform or the like. Can be judged. This is presumed to be due to the following reasons.
図5(A)および図6(A)から分かるように、モード同期動作が行われているとき、半導体レーザは、レーザ光の出力と遮断とを周期的に繰り返す。ここで、レーザ光は、強度が所定値以上のときに端面105,106から出力され、所定値未満のときに遮断される。したがって、レーザ光が遮断されるときには、可飽和吸収領域102による光吸収率が非常に高くなっており、その分だけフォトカレントImodが増大する。一方、レーザ光が出力されるときには、可飽和吸収領域102による光吸収率は低いので、フォトカレントImodも小さい。
As can be seen from FIGS. 5A and 6A, when the mode-locking operation is performed, the semiconductor laser periodically repeats the output and blocking of the laser beam. Here, the laser beam is output from the end faces 105 and 106 when the intensity is equal to or higher than a predetermined value, and is blocked when the intensity is lower than the predetermined value. Therefore, when the laser beam is interrupted, the light absorption rate by the
ここで、CW動作時には、レーザ光が常に出力状態に維持されている。したがって、フォトカレントImodの平均値は小さくなると考えられる。 Here, during the CW operation, the laser beam is always maintained in the output state. Therefore, the average value of the photocurrent Imod is considered to be small.
これに対して、モード同期動作時には、レーザ光が出力/遮断を繰り返している。したがって、周期的にフォトカレントImodが増大する分だけ、該フォトカレントImodの平均値は大きくなると考えられる。 On the other hand, at the time of the mode synchronization operation, the laser beam is repeatedly output / cut off. Therefore, it is considered that the average value of the photocurrent Imod increases as the photocurrent Imod periodically increases.
その結果、レーザ出力動作がCW動作からモード同期動作に切り換わるときには、フォトカレントImodの平均値が急激に上昇して、キンクが発生すると考えられる。 As a result, when the laser output operation is switched from the CW operation to the mode synchronization operation, it is considered that the average value of the photocurrent Imod is rapidly increased and a kink is generated.
以下、この原理を用いてモード同期半導体レーザの試験を行う方法を説明する。この実施形態に係る試験は、例えば図1に示したような装置を用いて行うことができる。但し、光電流IL や駆動電圧Vopの測定は必要なく、したがってフォトダイオード114を設ける必要はない。
A method for testing a mode-locked semiconductor laser using this principle will be described below. The test according to this embodiment can be performed using, for example, an apparatus as shown in FIG. However, the photocurrent I L and the driving voltage measurement Vop is not required and therefore it is not necessary to provide a
まず、上述のように、制御回路115が、駆動電流Iopの値を変化させつつフォトカレントImodの値を測定することにより、これら電流Iop,Imodの関係を取得する(図2参照)。
First, as described above, the
次に、制御回路115は、該測定ステップで得られた関係のキンクを検出する。この実施形態では、図2に示したように、駆動電流Iopの増加に対してフォトカレントImodが急激に増加している部分をキンクであると判定する。急激な増加であるか否かを判定するためには、例えば、Iopに対するフォトカレントImodの増加率を所定のしきい値と比較すればよい。このしきい値は、モード同期半導体レーザの種類等に応じて実験的に求めればよい。
Next, the
続いて、制御回路115は、キンクの検出結果に基づき、モード同期半導体レーザを実際に駆動させる際の駆動電流値で、共振器がモード同期動作を行うか否かを判定する。このためには、実際の使用における駆動電流値の設定範囲を決定し、該設定範囲がキンクに対応する駆動電流値よりも大きいか否かを判断すればよい。すなわち、実際に使用する駆動電流値の設定範囲全体がキンクよりも大きい電流値側に含まれる場合は正常にモード同期動作すると判断し、該設定範囲の一部または全部がキンクよりも小さい電流値側に含まれる場合は正常にモード同期しないと判断すればよい。
Subsequently, based on the kink detection result, the
以上説明したように、この実施形態によれば、自己相関波形や光スペクトル、RFスペクトルを観察すること無しに、半導体レーザがモード同期動作しているか否かを判定することができる。したがって、この実施形態によれば、モード同期動作の正常/異常に関する評価を簡単に行うことができ、さらには自動化が容易となる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to determine whether or not the semiconductor laser is operating in mode synchronization without observing the autocorrelation waveform, the optical spectrum, and the RF spectrum. Therefore, according to this embodiment, the normal / abnormal evaluation of the mode synchronization operation can be easily performed, and further automation is facilitated.
<第2の実施形態>
次に、この発明の第2の実施形態に係るモード同期半導体レーザの試験方法について、図7〜図14を用いて説明する。
<Second Embodiment>
Next, a method for testing a mode-locked semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
最初に、この実施形態に係る試験方法の基礎となる原理について説明する。 First, the principle that is the basis of the test method according to this embodiment will be described.
図7(A)および図8(A)は、測定装置110による測定の結果を示すグラフである。なお、図7(A)、図8(A)に示したような測定は、上述の第1の実施形態と同様の試験装置(図1参照)を用いて、行うことができる。図7(A)および図8(A)において、横軸は駆動電流Iop[mA]であり、縦軸は光強度[mW]、フォトカレントImod[mA]および駆動電圧Vop[V]である。また、図7(A)および図8(A)において、曲線a2,a3は、駆動電流Iopと駆動電圧Vopとの関係を示している。曲線b2,b3は、駆動電流Iopと、フォトダイオード114の出力電流IL との関係を示している。曲線c2,c3は、駆動電流IopとフォトカレントImodとの関係を示している。
FIG. 7A and FIG. 8A are graphs showing the results of measurement by the
図7(B)および図8(B)は、駆動電流Iopと、フォトカレントImodを駆動電流Iopで微分した値ΔI−Imodとの関係を示している。図7(B)および図8(B)において、横軸は駆動電流値Iop[mA]、縦軸はフォトカレントImodを駆動電流Iopで微分した値[単位無し]である。 FIGS. 7B and 8B show the relationship between the drive current Iop and a value ΔI−Imod obtained by differentiating the photocurrent Imod with the drive current Iop. 7B and 8B, the horizontal axis represents the drive current value Iop [mA], and the vertical axis represents the value [no unit] obtained by differentiating the photocurrent Imod with the drive current Iop.
上述の第1の実施形態では、フォトカレントImodが急激に増加したときに、半導体レーザがCW動作からモード同期動作に切り換わったと判断した。これに対して、図7(A)、図8(A)の例では、フォトカレントImodの急激な増加は検出されず、その代わりに、該フォトカレントImodの急激な減少と光電流IL の急激な増加とが検出された。このとき、駆動電圧の変化(曲線a1,a2参照)には、特異点は発生していない。光電流IL の急激な増加は、モードホッピングに起因していると考えられる。モードホッピングとは、半導体レーザの出力光が、ある縦モードから他のモードに急激にシフトする現象である。本発明者の検討の結果によれば、モードホッピングが発生した場合、CW動作からモード同期動作に切り換わったにもかかわらず、フォトカレントImodの急激な増加は検出されず、逆に、該フォトカレントImodの急激な減少が発生する場合がある(図7(A)参照)。さらには、CW動作からモード同期動作への切り換えが発生していない場合でも、モードホッピングの発生に伴ってフォトカレントImodが急激に減少する場合もある(図8(A)参照)。なお、モードホッピングが発生するか否かや、モードホッピングと同時にCW動作/モード同期時の切り換えが行われるか否かは、素子構造の違いや製造ばらつき等に起因していると考えられる。 In the first embodiment described above, it is determined that the semiconductor laser has switched from the CW operation to the mode-synchronized operation when the photocurrent Imod increases rapidly. On the other hand, in the examples of FIGS. 7A and 8A, a sudden increase in the photocurrent Imod is not detected. Instead, the rapid decrease in the photocurrent Imod and the photocurrent I L A sudden increase was detected. At this time, no singular point is generated in the change of the drive voltage (see curves a1 and a2). A sudden increase in the photocurrent I L is considered to be due to mode hopping. Mode hopping is a phenomenon in which the output light of a semiconductor laser is suddenly shifted from one longitudinal mode to another mode. According to the results of the study by the present inventor, when mode hopping occurs, a sudden increase in photocurrent Imod is not detected despite the switching from CW operation to mode synchronization operation. There is a case where the current Imod suddenly decreases (see FIG. 7A). Furthermore, even when the switching from the CW operation to the mode synchronization operation does not occur, the photocurrent Imod may decrease rapidly with the occurrence of mode hopping (see FIG. 8A). Whether or not mode hopping occurs and whether or not switching at the time of CW operation / mode synchronization is performed at the same time as mode hopping is considered to be caused by differences in element structures, manufacturing variations, and the like.
図9、図10は、図7の測定で用いたモード同期半導体レーザ素子の出力レーザ光特性を示しており、図9は駆動電流Iopが115mAの場合、図10は駆動電流Iopが117mAの場合である。図9および図10において、(A)は自己相関波形、(B)は光スペクトル、(C)はRFスペクトルである。 9 and 10 show the output laser light characteristics of the mode-locked semiconductor laser device used in the measurement of FIG. 7. FIG. 9 shows the case where the drive current Iop is 115 mA, and FIG. 10 shows the case where the drive current Iop is 117 mA. It is. 9 and 10, (A) is an autocorrelation waveform, (B) is an optical spectrum, and (C) is an RF spectrum.
図9から分かるように、図7の測定で用いたモード同期半導体レーザ素子では、駆動電流Iopが115mAのとき、自己相関波形や光スペクトルはモード同期動作に近い状態になっているものの、RFスペクトルではパルセーションが観察された。なお、モード同期周波数は、第1の実施形態と同様、40GHzである。一方、図10から分かるように、駆動電流Iopが117mAのときには、自己相関波形、光スペクトル、RFスペクトルともに正常なモード同期動作を示していた。このことから、図7に対応するモード同期半導体レーザ素子では、駆動電流Iopが115mAから117mAの間、すなわちフォトカレントImodの急激な減少と光電流IL の急激な増加との発生付近で、CW動作からモード同期動作への移行が行われていることが分かる。 As can be seen from FIG. 9, in the mode-locked semiconductor laser device used in the measurement of FIG. 7, when the driving current Iop is 115 mA, the autocorrelation waveform and the optical spectrum are close to the mode-locking operation, but the RF spectrum Then pulsation was observed. Note that the mode synchronization frequency is 40 GHz as in the first embodiment. On the other hand, as can be seen from FIG. 10, when the driving current Iop was 117 mA, the autocorrelation waveform, the optical spectrum, and the RF spectrum showed normal mode-locking operation. Therefore, in the mode-locked semiconductor laser device corresponding to FIG. 7, while the driving current Iop of 117mA from 115mA, i.e. near the occurrence of a rapid increase in rapid decline and photocurrent I L photocurrent Imod, CW It can be seen that the transition from the operation to the mode synchronization operation is performed.
図11〜図14は、図8の測定で用いたモード同期半導体レーザ素子の出力レーザ光特性を示しており、図11は駆動電流Iopが50mAの場合、図12は駆動電流Iopが60mAの場合、図13は駆動電流Iopが65mAの場合、図14は駆動電流Iopが100mAの場合である。図11〜図14において、(A)は自己相関波形、(B)は光スペクトル、(C)はRFスペクトルである。 FIGS. 11 to 14 show output laser light characteristics of the mode-locked semiconductor laser device used in the measurement of FIG. 8, FIG. 11 shows the case where the drive current Iop is 50 mA, and FIG. 12 shows the case where the drive current Iop is 60 mA. 13 shows a case where the drive current Iop is 65 mA, and FIG. 14 shows a case where the drive current Iop is 100 mA. 11 to 14, (A) is an autocorrelation waveform, (B) is an optical spectrum, and (C) is an RF spectrum.
図11〜図14から分かるように、図8に対応するモード同期半導体レーザ素子では、駆動電流Iopが50〜100mAの全域において、自己相関波形、光スペクトル、RFスペクトルともに図19と同様の特徴を有しており、したがって正常なモード同期動作を示していた。このことから、図8に対応するモード同期半導体レーザ素子では、駆動電流Iopの全域でモード同期動作していることが分かる。すなわち、図8の例では、フォトカレントImodの急激な減少と光電流IL の急激な増加との発生付近で、CW動作からモード同期動作への移行は行われていない。但し、駆動電流Iopが60mAから65mAに移行する間に、光スペクトルの中心周波数が高周波側にシフトしている。このシフトは、モードホッピングに起因していると思われる。 As can be seen from FIGS. 11 to 14, in the mode-locked semiconductor laser device corresponding to FIG. 8, the autocorrelation waveform, the optical spectrum, and the RF spectrum have the same characteristics as those in FIG. 19 in the entire driving current Iop of 50 to 100 mA. Therefore, it showed normal mode synchronization operation. From this, it can be seen that the mode-locked semiconductor laser device corresponding to FIG. 8 operates in the mode-locked manner in the entire drive current Iop. That is, in the example of FIG. 8, in the vicinity of the occurrence of a rapid increase in rapid decline and photocurrent I L photocurrent Imod, the transition from CW operation to mode-locking operation is not performed. However, the center frequency of the optical spectrum is shifted to the high frequency side while the drive current Iop is shifted from 60 mA to 65 mA. This shift is likely due to mode hopping.
このように、モードホッピングが発生したために、フォトカレントImodのキンクを検出するだけの方法(第1の実施形態参照)では、CW動作からモード同期動作への移行を検出できない場合がある。これに対して、この実施形態では、駆動電流Iopと微分値ΔI−Imodとの関係を用いて、CW動作/モード同期動作の判別を行う(図7(B)、図8(B)参照)。上述したように、微分値ΔI−Imodとは、フォトカレントImodを駆動電流Iopで微分した値である。 As described above, since mode hopping has occurred, the transition from the CW operation to the mode synchronization operation may not be detected by the method that only detects the kink of the photocurrent Imod (see the first embodiment). In contrast, in this embodiment, the CW operation / mode synchronization operation is determined using the relationship between the drive current Iop and the differential value ΔI-Imod (see FIGS. 7B and 8B). . As described above, the differential value ΔI−Imod is a value obtained by differentiating the photocurrent Imod with the drive current Iop.
図7(B)から分かるように、CW動作のときは微分値ΔI−Imodの変動幅が非常に大きいが、モード同期動作のときは該変動幅が小さくなる。また、図8(B)の例すなわち常にモード同期動作を行う場合は、微分値ΔI−Imodの変動幅も常に小さい値である。したがって、微分値ΔI−Imodの変動幅と所定幅とを比較することによって、半導体レーザ素子がCW動作しているのか或いはモード同期動作しているのかの判別を行うことができる。判別の基準となる所定幅は、モード同期半導体レーザの設計条件等によって異なる。 As can be seen from FIG. 7B, the variation range of the differential value ΔI-Imod is very large during the CW operation, but the variation range is small during the mode synchronization operation. Further, in the example of FIG. 8B, that is, when the mode synchronization operation is always performed, the fluctuation range of the differential value ΔI-Imod is always a small value. Therefore, by comparing the fluctuation range of the differential value ΔI-Imod with a predetermined width, it is possible to determine whether the semiconductor laser element is operating in CW mode or mode-locking. The predetermined width that serves as a criterion for discrimination differs depending on the design conditions of the mode-locked semiconductor laser.
以下、この原理を用いてモード同期半導体レーザの試験を行う方法を説明する。この実施形態に係る試験は、例えば図1に示したような装置を用いて行うことができる。但し、光電流IL や駆動電圧Vopの測定は必要なく、したがってフォトダイオード114を設ける必要はない。また、制御回路115には、微分値ΔI−Imodを求めるための演算機能等が設けられる。
A method for testing a mode-locked semiconductor laser using this principle will be described below. The test according to this embodiment can be performed using, for example, an apparatus as shown in FIG. However, the photocurrent I L and the driving voltage measurement Vop is not required and therefore it is not necessary to provide a
まず、上述のように、制御回路115が、駆動電流Iopの値を変化させつつフォトカレントImodの値を測定することにより、これら電流Iop,Imodの関係を取得する(図7(A)、図8(A)参照)。
First, as described above, the
次に、制御回路115は、電流Iop,Imodの関係の、キンクを検出する。この実施形態では、図7(A)および図8(A)に示したように、駆動電流Iopの増加に対してフォトカレントImodが急激に減少している場合に、キンクであると判定する。急激な減少を検出するためには、Iopに対するフォトカレントImodの増加率を所定のしきい値と比較すればよい。このしきい値は、モード同期半導体レーザの種類や設計値等に応じて、実験的に求めればよい。
Next, the
キンクが検出されると、制御回路115は、モード同期半導体レーザを実際に駆動させる際に許容される駆動電流値の範囲内で、共振器がモード同期動作を行うか否かを判定する。キンクが‘急激な減少’であるとき、制御回路115は、キンクよりも駆動電流Iopが小さい領域および大きい領域に分けて、微分値ΔI−Imodの変動幅を所定値と比較することにより、これら領域で半導体レーザがモード同期動作するか否かを判定する。そして、制御回路115は、実際に使用する駆動電流値が、モード同期動作の領域に対応しているか否かを判断する。なお、キンクが‘急激な増加’であるときの判定方法は、この実施形態と同様の方法でもよいし、上述の第1の実施形態と同様の方法でもよい。
When the kink is detected, the
以上説明したように、この実施形態によれば、自己相関波形や光スペクトル、RFスペクトルを観察すること無しに、半導体レーザがモード同期動作しているか否かを判定することができる。したがって、この実施形態によれば、モード同期動作の正常/異常に関する評価を簡単に行うことができ、さらには自動化が容易になる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to determine whether or not the semiconductor laser is operating in mode synchronization without observing the autocorrelation waveform, the optical spectrum, and the RF spectrum. Therefore, according to this embodiment, the normal / abnormal evaluation of the mode synchronization operation can be easily performed, and further automation is facilitated.
<第3の実施形態>
次に、この発明の第3の実施形態に係るモード同期半導体レーザの試験方法について、図15〜図17を用いて説明する。
<Third Embodiment>
Next, a method for testing a mode-locked semiconductor laser according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
この実施形態では、モード同期動作に関するエージング試験を、レーザ光強度や発振しきい値のエージング試験と並行して行う場合を説明する。 In this embodiment, a case will be described in which an aging test relating to mode-locking operation is performed in parallel with an aging test of laser light intensity and oscillation threshold.
この実施形態に係る試験は、例えば図1に示したような装置を用いて行うことができる。但し、制御回路115には、レーザ光強度や発振しきい値のエージング試験を行うための機能や、微分値ΔI−Imodや二次微分値Δ(ΔI−Imod)を求めるための演算機能等が設けられる。
The test according to this embodiment can be performed using, for example, an apparatus as shown in FIG. However, the
上述のように、レーザ光強度を評価する方法としては、APC法やACC法が知られている。この実施形態では、ACC法、すなわち駆動電流Iopを固定してモード同期半導体レーザを連続動作させながらレーザ光強度を測定する方法を採用する。モード同期半導体レーザの場合は、駆動条件を変えるとレーザ出力の繰り返し周期が変化してしまい、実際の使用に近い評価試験を行い難いと思われるからである。駆動電流Iopの固定値としては、例えば、実際に当該半導体レーザを使用するときの電流値が採用される。 As described above, the APC method and the ACC method are known as methods for evaluating the laser beam intensity. In this embodiment, the ACC method, that is, a method of measuring the laser light intensity while continuously operating the mode-locked semiconductor laser with the driving current Iop fixed. This is because in the case of a mode-locked semiconductor laser, the repetition period of laser output changes when the driving conditions are changed, and it seems difficult to perform an evaluation test close to actual use. As the fixed value of the drive current Iop, for example, a current value when the semiconductor laser is actually used is employed.
図15〜図17は、この実施形態に係る試験方法を説明するための図であり、図15はフローチャート、図16(A)〜(C)および図17(A)〜(C)はグラフである。 15 to 17 are diagrams for explaining the test method according to this embodiment. FIG. 15 is a flowchart, and FIGS. 16A to 16C and FIGS. 17A to 17C are graphs. is there.
図16(A)および図17(A)において、横軸は駆動電流Iop[mA]、縦軸はレーザ光強度P[mW]およびフォトカレントImod[mA]である。図16(B)および図17(B)において、横軸は駆動電流Iop[mA]、縦軸はフォトカレントImodの微分値ΔI−Imod[単位無し]である。また、図16(C)および図17(C)において、横軸は駆動電流Iop[mA]、縦軸はフォトカレントImodの二次微分値Δ(ΔI−Imod)[mA−1]である。 In FIGS. 16A and 17A, the horizontal axis represents the drive current Iop [mA], and the vertical axis represents the laser light intensity P [mW] and the photocurrent Imod [mA]. In FIG. 16B and FIG. 17B, the horizontal axis is the drive current Iop [mA], and the vertical axis is the differential value ΔI−Imod [no unit] of the photocurrent Imod. In FIG. 16C and FIG. 17C, the horizontal axis represents the drive current Iop [mA], and the vertical axis represents the secondary differential value Δ (ΔI−Imod) [mA −1 ] of the photocurrent Imod.
まず、評価用の半導体レーザを恒温槽に搬入して、槽内温度を上昇させる(ステップS1参照)。 First, the semiconductor laser for evaluation is carried into a constant temperature bath, and the temperature inside the bath is raised (see step S1).
槽内が設定温度に達すると、制御回路115が、半導体レーザへの駆動電流Iopの供給を開始する。また、可飽和吸収領域102、分布ブラッグ反射領域103および位相調整領域104に、電圧Vre,Vb,Vpが印加される。これにより、半導体レーザのレーザ出力が開始される。そして、制御回路115は、駆動電流Iopを上述の固定値に設定した状態で、フォトダイオード114の出力電流IL を測定することにより、レーザ光強度の初期値P0を取得する。また、制御回路115は、これと同時に、フォトカレントの初期値Imod0を取得する。続いて、制御回路115は、第2の実施形態と同様、駆動電流Iopをスキャンして、該駆動電流Iopとレーザ光強度Pとの関係を測定し(図7(A)、図8(A)の曲線b2,b3参照)、この測定値から、発振しきい値電流(すなわち、半導体レーザが発光するために必要な駆動電流Iopの最小値)の初期値Ith0を取得する(ステップS2参照)。
When the inside of the tank reaches the set temperature, the
その後、制御回路115は、以下のような評価処理を繰り返し行う(ステップS3〜S11参照)。
Thereafter, the
ステップS3では、制御回路115が、次回の評価処理を実行する時刻まで、駆動電流Iopを上述の固定値に設定した状態でレーザ出力を行いながら、次回の評価処理を行う時刻まで待機する。評価処理のタイムスケジュールは、従来と同様で良く、例えば、最初に15分間隔で20回、次に1時間間隔で20回、その後、20時間間隔で248回である。
In step S3, the
評価処理を行う時刻になると、制御回路115は、まず、フォトダイオード114の電流IL からレーザ光強度Pを求めるとともに、フォトカレントImodを測定する(ステップS4参照)。
When it is time to evaluate processing, the
次に、制御回路115は、レーザ光強度Pの変化量ΔP(=P0−P)を計算し、さらに、初期値P0に対する変化率(すなわち、100×ΔP/P0[%])を求める。そして、制御回路115は、この変化率が所定範囲外の場合、当該半導体レーザが故障したと判断して試験を終了する(ステップS5参照)。変化率の許容範囲は、例えば±10%であるが、半導体レーザの種類等に応じて任意に定めればよい。
Next, the
一方、レーザ光強度Pの変化率が所定範囲内の場合、続いて制御回路115は、駆動電流Iopをスキャンして、該駆動電流Iopとレーザ光強度Pとの関係(図16(A)、図17(A)の曲線b4,b5参照)を測定する。上述のように、レーザ光強度Pは、電流IL から、知ることができる。これと同時に、制御回路115は、該駆動電流IopとフォトカレントImodとの関係(図16(A)、図17(A)の曲線c4,c5参照)も測定する(ステップS6参照)。
On the other hand, when the rate of change of the laser beam intensity P is within the predetermined range, the
続いて、制御回路115は、駆動電流Iopとレーザ光強度Pとの関係から、該半導体レーザのしきい値電流Ithを判断する。次に、制御回路115は、しきい値電流の変化量ΔIth(=Ith0−Ith)を計算し、さらに、初期値Ith0に対する変化率(すなわち、100×ΔIth/Ith0[%])を求める。そして、この変化率が所定範囲外の場合、制御回路115は、当該半導体レーザが故障したと判断して試験を終了する(ステップS7参照)。変化率の許容範囲は、例えば±10%であるが、半導体レーザの種類等に応じて任意に定めればよい。
Subsequently, the
一方、しきい値電流Ithの変化率が所定範囲内の場合、続いて制御回路115は、ステップS4で測定したフォトカレントImodを用いて、変化量ΔImod(=Imod0−Imod)を求める。そして、制御回路115は、初期値Imod0に対する変化率(すなわち、100×ΔImod/Imod0[%])を求める。
On the other hand, when the rate of change of the threshold current Ith is within the predetermined range, the
フォトカレントImodの変化率が所定範囲内の場合、制御回路115は、その回の評価処理を終え、ステップS3に戻って次の評価処理まで待機する(ステップS8参照)。なお、この変化率の許容範囲も、例えば±10%であるが、半導体レーザの種類等に応じて任意に定めればよい。
If the rate of change of the photocurrent Imod is within the predetermined range, the
一方、該変化率が+10%よりも大きい場合、制御回路115は、以下のようにして、該半導体レーザがモード同期動作しているか否かを判定する(ステップS9〜S11参照)。この判定処理では、上述のステップS6で測定された、駆動電流IopとフォトカレントImodとの関係が使用される。
On the other hand, if the rate of change is greater than + 10%, the
まず、駆動電流IopとフォトカレントImodとの関係を示す測定結果を該駆動電流Iopで微分して、駆動電流Iopと微分結果ΔI−Imodとの関係(図16(B)、図17(B)の曲線d4,d5参照)を求める。そして、制御回路115は、キンクが発生するときの駆動電流Iop2を検出する(ステップS9参照)。
First, the measurement result indicating the relationship between the drive current Iop and the photocurrent Imod is differentiated by the drive current Iop, and the relationship between the drive current Iop and the differential result ΔI-Imod (FIG. 16B, FIG. 17B). Curve d4, d5). Then, the
そして、制御回路115は、図16(B)、図17(B)に示した区間R1,R2における、微分結果ΔI−Imodの変動幅を検出する(ステップS10参照)。この実施形態では、測定誤差等を考慮して、区間R1を、駆動電流値Iop2の値を基準にして−5〜−35mAの区間とし、また、区間R2を、駆動電流値Iop2の値を基準にして+5〜+35mAの区間とする。さらに、この実施形態では、微分結果ΔI−Imodの変動幅を検出するために、駆動電流Iopと微分結果ΔImodとの関係を、さらに駆動電流Iopで微分する。そして、駆動電流Iopと二次微分結果Δ(ΔI−Imod)との関係を求める。図16(C)および図17(C)に示したように、二次微分結果Δ(ΔI−Imod)は、零座標を中心にして変動する。制御回路115は、この曲線の各極大値および各極小値の絶対値をそれぞれ算出し、さらに、これら絶対値の平均値を区間R1,R2に分けて算出する。そして、この平均値が所定値(ここでは‘0.02’とする)以下のとき、当該区間がモード同期区間であると判定する。
Then, the
図16(C)の例では、区間R1における該平均値が0.049であり、また、区間R2における該平均値が0.015である。このため、区間R1はCW動作区間、区間R2はモード同期区間であると判定される。 In the example of FIG. 16C, the average value in the section R1 is 0.049, and the average value in the section R2 is 0.015. For this reason, it is determined that the section R1 is a CW operation section and the section R2 is a mode synchronization section.
一方、図17(C)の例では、区間R1,R2における該平均値は、ともに0.012である。このため、区間R1,R2は、ともにモード同期区間であると判定される。 On the other hand, in the example of FIG. 17C, the average values in the sections R1 and R2 are both 0.012. For this reason, it is determined that both the sections R1 and R2 are mode synchronization sections.
次に、制御回路115は、区間R1,R2の判定結果に基づいて、実際に使用する際の駆動電流Iopにおける動作がモード同期動作であるか否かを判定する(ステップS11参照)。そして、当該駆動電流IopがCW動作区間に属していれば故障と判定して試験を終了し、区間R2に属していればステップS3に戻って試験が続行される。
Next, the
以上説明したように、この実施形態によれば、エージング試験において、自己相関波形や光スペクトル、RFスペクトルを観察すること無しに、半導体レーザの正常/故障を判定することができる。したがって、この実施形態によれば、エージング試験を簡単に行うことができ、さらには自動化が容易である。 As described above, according to this embodiment, the normal / failure of the semiconductor laser can be determined without observing the autocorrelation waveform, the optical spectrum, and the RF spectrum in the aging test. Therefore, according to this embodiment, the aging test can be easily performed, and further automation is easy.
この実施形態では、上述の第2の実施形態と同様、駆動電流Iopと微分値ΔI−Imodとの関係を用いてCW動作/モード同期動作を判別した。但し、第1の実施形態と同様の方法、すなわちキンク発生点よりも駆動電流Iopが大きい領域のみモード同期動作であると判断する方法を、この実施形態のエージング試験に採用することも可能である。 In this embodiment, the CW operation / mode synchronization operation is determined using the relationship between the drive current Iop and the differential value ΔI-Imod, as in the second embodiment. However, the same method as that of the first embodiment, that is, the method of determining that the mode-locking operation is performed only in the region where the drive current Iop is larger than the kink occurrence point can be adopted in the aging test of this embodiment. .
この実施形態のエージング試験により、半導体レーザの動作が安定するような駆動条件(駆動電流Iopや逆バイアス電圧Vre等)を判定することも可能である。例えば、実際に使用する際の駆動電流Iopの近傍にフォトカレントImodのキンクが発生しないような駆動条件や、該キンクが発生してもΔImodの変動幅が小さくなるような駆動条件では、半導体レーザの動作が安定すると考えられる。したがって、この実施形態に係るエージング試験を様々な駆動条件で行うことにより、フォトカレントImodのキンクを利用して、動作の安定性を長期間にわたって維持できるような駆動条件を見つけることが可能になる。 By the aging test of this embodiment, it is also possible to determine a driving condition (driving current Iop, reverse bias voltage Vre, etc.) that stabilizes the operation of the semiconductor laser. For example, under a driving condition in which the kink of the photocurrent Imod does not occur in the vicinity of the driving current Iop when actually used, or in a driving condition in which the fluctuation range of ΔImod is small even if the kink occurs, the semiconductor laser It is considered that the operation is stable. Therefore, by performing the aging test according to this embodiment under various driving conditions, it becomes possible to find a driving condition that can maintain the operation stability over a long period of time by using the kink of the photocurrent Imod. .
上述の各実施形態は、この発明を半導体レーザ素子に適用した場合を例に採って説明したが、フォトカレントImod用の電流計や駆動制御回路をモジュールに組み込むことにすれば、この発明をレーザモジュールの試験に適用することも可能である。 In each of the above embodiments, the case where the present invention is applied to a semiconductor laser element has been described as an example. However, if an ammeter for photocurrent Imod or a drive control circuit is incorporated in a module, the present invention is applied to a laser. It can also be applied to module testing.
上述の各実施形態では、図18と同じ構造のモード同期半導体レーザを試験する場合を例に採って説明したが、利得領域および可飽和吸収領域を有するモード同期半導体レーザであれば、他の構造のものであってもこの発明を適用できる。 In each of the above-described embodiments, the case where the mode-locked semiconductor laser having the same structure as that of FIG. 18 is tested has been described as an example. This invention can be applied even if it is.
上述の各実施形態では、例えば図1の試験装置を用いて評価試験を自動化する場合を説明したが、実験者が図2等に示した特性グラフを直接観察して半導体レーザの動作を判断するような場合にも、従来のように自己相関波形や光スペクトル、RFスペクトルを観察する方法と比較して作業負担を軽減でき、この発明の効果を得ることができる。 In each of the above-described embodiments, for example, the case where the evaluation test is automated using the test apparatus of FIG. 1 has been described. However, the experimenter directly observes the characteristic graph shown in FIG. Even in such a case, the work load can be reduced as compared with the conventional method of observing the autocorrelation waveform, optical spectrum, and RF spectrum, and the effects of the present invention can be obtained.
100 共振器
101 利得領域
102 可飽和吸収領域
103 分布ブラッグ反射領域
104 位相調整領域
110 測定装置
111 駆動回路
112 逆バイアス用電源
113 電流計
114 フォトダイオード
115 制御回路
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記可飽和吸収領域で発生するフォトカレントの値を、前記駆動電流の値を変化させつつ測定することにより、該駆動電流と該フォトカレントとの関係を取得する測定ステップと、
該測定ステップで得られた関係のキンクを検出するキンク検出ステップと、
前記キンクの検出結果に基づいて、所定の駆動電流値で前記共振器がモード同期動作を行うか否かを判定する良否判定ステップと、
を含むことを特徴とする半導体レーザの試験方法。 A resonance comprising a gain region that generates and amplifies light when a drive current is supplied, and a saturable absorption region that modulates the intensity of light output from the gain region when a reverse bias voltage is applied A test method for a semiconductor laser having a detector, comprising:
A measurement step of obtaining a relationship between the drive current and the photocurrent by measuring a value of the photocurrent generated in the saturable absorption region while changing the value of the drive current;
A kink detection step for detecting a kink of the relationship obtained in the measurement step;
A pass / fail determination step for determining whether or not the resonator performs mode-locking operation at a predetermined drive current value based on the kink detection result;
A method for testing a semiconductor laser, comprising:
前記良否判定ステップは、前記所定の駆動電流値が当該キンクに対応する前記駆動電流値よりも大きい場合は前記モード同期動作を行うと判断し、他の場合は該モード同期動作を行わないと判断する第2ステップである、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザの試験方法。 The kink detecting step is a first step of determining that the portion where the photocurrent increases by a first threshold value or more with respect to the increase of the driving current is the kink, and
The pass / fail determination step determines that the mode synchronization operation is performed when the predetermined drive current value is larger than the drive current value corresponding to the kink, and otherwise determines that the mode synchronization operation is not performed. Is the second step
The method for testing a semiconductor laser according to claim 1.
前記良否判定ステップは、前記測定ステップが取得した前記関係を前記駆動電流で微分する第3ステップと、前記キンクよりも前記駆動電流が小さい領域と大きい領域とに分けて前記微分結果の変動幅を所定変動幅と比較する第4ステップと、該微分結果の変動幅が該所定変動幅よりも大きい領域では前記共振器がCW発振動作を行っており、該微分結果の変動幅が該所定変動幅よりも小さい領域では前記共振器が前記モード同期動作していると判断する第5ステップと、該第5ステップの判定結果に基ついて、前記所定の駆動電流値が前記モード同期動作に対応するか否かを判定する第6ステップとを含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザの試験方法。 The kink detecting step is a step of determining that the portion where the photocurrent decreases by a second threshold value or more with respect to the increase of the driving current is the kink, and
The pass / fail judgment step divides the variation range of the differentiation result into a third step for differentiating the relationship acquired by the measurement step with the drive current, and a region where the drive current is smaller and larger than the kink. In the fourth step for comparing with a predetermined fluctuation range, and in a region where the fluctuation range of the differential result is larger than the predetermined fluctuation range, the resonator performs a CW oscillation operation, and the fluctuation range of the differential result is the predetermined fluctuation range. A fifth step for determining that the resonator is in the mode-synchronized operation in a smaller region, and whether the predetermined drive current value corresponds to the mode-synchronized operation based on the determination result of the fifth step. A sixth step of determining whether or not
The method for testing a semiconductor laser according to claim 1.
前記駆動電流の値を変化させる駆動回路と、
前記可飽和吸収領域で発生するフォトカレントの値を測定する電流計と、
前記駆動回路に前記駆動電流の値を変化させつつ前記電流計に前記フォトカレントを測定させることにより該駆動電流と該フォトカレントとの関係を取得し、該関係のキンクを検出し、さらに、該キンクの検出結果に基づいて所定の駆動電流値で前記共振器がモード同期動作を行うか否かを判定する制御回路と、
を備えることを特徴とする半導体レーザの試験装置。 A resonance comprising a gain region that generates and amplifies light when a drive current is supplied, and a saturable absorption region that modulates the intensity of light output from the gain region when a reverse bias voltage is applied A semiconductor laser test apparatus for testing a semiconductor laser having a container,
A drive circuit for changing the value of the drive current;
An ammeter for measuring the value of photocurrent generated in the saturable absorption region;
Obtaining the relationship between the drive current and the photocurrent by causing the ammeter to measure the photocurrent while changing the value of the drive current in the drive circuit, detecting a kink of the relationship, and A control circuit for determining whether or not the resonator performs mode-locking operation at a predetermined drive current value based on a kink detection result;
A semiconductor laser testing apparatus comprising:
前記駆動電流の増加に対して前記フォトカレントが第1しきい値以上増加する部分を前記キンクであると判定し、かつ、
前記所定の駆動電流値が当該キンクに対応する前記駆動電流値よりも大きい場合は前記モード同期動作を行うと判断し、他の場合は該モード同期動作を行わないと判断する、
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体レーザの試験装置。 The control circuit comprises:
A portion where the photocurrent increases by a first threshold value or more with respect to the increase in the driving current is determined to be the kink; and
If the predetermined drive current value is larger than the drive current value corresponding to the kink, it is determined to perform the mode synchronization operation; otherwise, it is determined not to perform the mode synchronization operation.
6. The semiconductor laser testing apparatus according to claim 5, wherein:
前記駆動電流の増加に対して前記フォトカレントが第2しきい値以上減少する部分を前記キンクであると判定し、かつ、
前記制御回路が取得した前記関係を前記駆動電流で微分し、前記キンクよりも前記駆動電流が小さい領域と大きい領域とに分けて前記微分結果の変動幅を所定変動幅と比較し、該微分結果の変動幅が該所定変動幅よりも大きい領域では前記共振器がCW発振動作を行っておりかつ該微分結果の変動幅が該所定変動幅よりも小さい領域では前記共振器が前記モード同期動作していると判断し、この判定結果に基ついて、前記所定の駆動電流値が前記モード同期動作に対応するか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体レーザの試験装置。 The control circuit comprises:
A portion where the photocurrent decreases by a second threshold value or more with respect to an increase in the drive current is determined to be the kink; and
The relationship obtained by the control circuit is differentiated by the driving current, the fluctuation width of the differentiation result is compared with a predetermined fluctuation width divided into a region where the driving current is smaller and a region larger than the kink, and the differentiation result The resonator performs the CW oscillation operation in a region where the fluctuation width of the differential is larger than the predetermined fluctuation width, and the resonator performs the mode-locking operation in a region where the fluctuation width of the differential result is smaller than the predetermined fluctuation width. And based on the determination result, determine whether or not the predetermined drive current value corresponds to the mode synchronization operation.
6. The semiconductor laser testing apparatus according to claim 5, wherein:
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