JP2012057944A - 発光素子の評価方法及び発光素子の評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子の出力波長の波長変化量を簡便な手法で評価する。
【解決手段】半導体レーザ５を恒温槽３内に配置し、半導体レーザ５及びフォトダイオード９の間にエタロンフィルタ１１を配置した状態とエタロンフィルタ１１を退避させた状態とで、半導体レーザ５から出力される第１の光の光出力をフォトダイオード９で測定する第１工程と、半導体レーザ５を通電しながら所定時間経過後に、半導体レーザ５及びフォトダイオード９の間にエタロンフィルタ１１を配置した状態とエタロンフィルタ１１を退避させた状態とで、半導体レーザ５から出力される第２の光の光出力をフォトダイオード９で測定する第２工程と、エタロンフィルタ１１における第１の光の透過率と、エタロンフィルタ１１における第２の光の透過率と、エタロンフィルタ１１の波長−透過率特性とに基づいて、第１の光の出力波長と第２の光の出力波長との差分を導出する工程とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子の評価方法及び発光素子の評価装置に関する。

半導体レーザ（ＬＤ）、特に、単一モード分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）に対しては、長時間駆動した際の波長安定性に優れることが求められている。このような波長安定性の評価は、加速劣化試験により評価される場合がある。加速劣化試験では、半導体レーザを所定温度（例えば、室温より高温）で保持し、一定出力又は一定電流の条件で半導体レーザを駆動し、所定時間経過後の出力波長の変化率に基づき波長安定性が評価されている。このような試験において、半導体レーザの出力波長は、波長計により測定されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２００３−３４４２２１号公報

ところで、近年、波長計を用いることなく、半導体レーザなどの発光素子の波長安定性を評価することが望まれており、発光素子の出力波長の波長変化量を簡便な手法で評価することができる評価方法及び評価装置が求められている。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、発光素子の出力波長の波長変化量を簡便な手法で評価することができる発光素子の評価方法及び発光素子の評価装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る発光素子の評価方法は、発光素子及び受光素子の間に第１フィルタを配置した状態と第１フィルタを退避させた状態とで、恒温槽内に配置された発光素子から出力される第１の光の光出力を受光素子で測定する第１工程と、発光素子を通電しながら恒温槽内に保持した状態で第１工程から所定時間経過後に、発光素子及び受光素子の間に第１フィルタを配置した状態と第１フィルタを退避させた状態とで、恒温槽内に配置された発光素子から出力される第２の光の光出力を受光素子で測定する第２工程と、第１の光の光出力に基づき算出される第１フィルタにおける第１の光の透過率と、第２の光の光出力に基づき算出される第１フィルタにおける第２の光の透過率と、第１フィルタの波長−透過率特性とに基づいて、第１の光の出力波長と第２の光の出力波長との差分を導出する工程と、を備え、第１フィルタがエタロンフィルタである。

本発明に係る発光素子の評価方法では、第１フィルタとしてエタロンフィルタを用いて出力波長の差分を算出している。エタロンフィルタは周期的な波長−透過率特性を有しており、各周期において透過率が同一値から同様に変化した場合、透過率の変化量に対する出力波長の変化量は周期毎に略同一となる。本発明では、このようなエタロンフィルタの周期的な波長−透過率特性を用いることで、第１の光の透過率と第２の光の透過率とから第１の光の出力波長と第２の光の出力波長との差分を算出している。このような本発明では、エタロンフィルタを用いた上で変化前後の光の透過率を算出するだけで、変化前後の出力波長（絶対波長）を特定することなく、出力波長の波長変化量を簡便な手法で算出することができる。

本発明に係る発光素子の評価方法では、第１工程において、第１フィルタとは異なる波長−透過率特性を有する第２フィルタを発光素子及び受光素子の間に配置した状態で、恒温槽内に配置された発光素子から出力される第１の光の光出力を受光素子で更に測定し、第２工程において、第２フィルタを発光素子及び受光素子の間に配置した状態で、恒温槽内に配置された発光素子から出力される第２の光の光出力を受光素子で更に測定することが好ましい。

この場合、第２フィルタが第１フィルタとは異なる波長−透過率特性を有していることにより、透過率の変化に対する波長変化の挙動が第１フィルタと第２フィルタとの間で異なる。そのため、第１工程及び第２工程における光出力に基づき算出される第２フィルタの光の透過率に基づき、第１フィルタの波長−透過率特性において第１の光及び第２の光の出力波長が含まれる波長領域を特定することができる。これにより、変化前後の出力波長や波長変化の変化方向（増減方向）を特定することができる。

本発明に係る発光素子の評価方法では、第２フィルタがエタロンフィルタである態様であってもよい。

また、本発明に係る発光素子の評価装置は、発光素子を収容する恒温槽と、発光素子へ駆動電流を供給する電力供給部と、発光素子から出力される光の光出力を測定する受光素子と、発光素子及び受光素子の間に挿入及び退避可能に配置された第１フィルタと、発光素子及び受光素子の間に第１フィルタを配置した状態と第１フィルタを退避させた状態とで受光素子により測定された光出力に基づき第１フィルタにおける光の透過率を算出する算出部と、第１フィルタにおける第１の上記光の透過率及び第２の上記光の透過率と第１フィルタの波長−透過率特性とに基づいて、第１の光の出力波長と第２の光の出力波長との差分を導出する導出部と、を備え、第１フィルタがエタロンフィルタである。

本発明に係る発光素子の評価装置では、第１フィルタとしてエタロンフィルタを用いて出力波長の差分を導出部において導出することができる。本発明では、エタロンフィルタが周期的な波長−透過率特性を有しており、各周期において透過率が同一値から同様に変化した場合、透過率の変化量に対する出力波長の変化量は周期毎に略同一となることに基づき導出部において出力波長の差分を導出することができる。このような本発明では、エタロンフィルタを用いた上で変化前後の光の透過率を算出するだけで、変化前後の出力波長を特定することなく、出力波長の波長変化量を簡便な手法で算出することができる。

本発明に係る発光素子の評価方法では、第１フィルタとは異なる波長−透過率特性を有すると共に発光素子及び受光素子の間に挿入及び退避可能に配置された第２フィルタを更に備え、算出部は、発光素子及び受光素子の間に第２フィルタを配置した状態と第２フィルタを退避させた状態とで受光素子により測定された光出力に基づき第２フィルタにおける光の透過率を更に算出することが好ましい。

この場合、第２フィルタが第１フィルタとは異なる波長−透過率特性を有していることにより、透過率の変化に対する波長変化の挙動が第１フィルタと第２フィルタとの間で異なる。そのため、第２フィルタにおける第１の光の透過率及び第２の光の透過率を算出部において算出することで、得られた第２フィルタの透過率に基づき、第１フィルタの波長−透過率特性において第１の光及び第２の光の出力波長が含まれる波長領域を特定することができる。これにより、変化前後の出力波長や波長変化の変化方向を特定することができる。

本発明によれば、発光素子の出力波長の波長変化量を簡便な手法で評価することができる発光素子の評価方法及び発光素子の評価装置が提供される。本発明によれば、波長計を用いることなく、発光素子の出力波長の波長変化量を簡便な手法で高精度に評価可能である。さらに、本発明では、波長計を用いる必要がないため、発光素子の出力波長の波長変化量を低コストで評価することができる。

本発明の一実施形態に係る評価装置を模式的に示す図面である。 第１フィルタの波長−透過率特性を示す図面である。 第２フィルタの波長−透過率特性を示す図面である。 本発明の一実施形態に係る評価方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る評価方法の一工程を示す図面である。 本発明の他の一実施形態に係る評価方法の一工程を示す図面である。

以下、本発明の一実施形態に係る発光素子の評価方法及び発光素子の評価装置について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。

図１は、本実施形態に係る評価装置を模式的に示す図面である。図１に示すように、信頼性評価装置１は、恒温槽３と、評価対象である半導体レーザ（発光素子）５と、半導体レーザ５へ駆動電流を供給する電源（電力供給部）７と、半導体レーザ５から出力された光の光出力を測定するフォトダイオード（受光素子）９と、エタロンフィルタ（第１フィルタ）１１と、波長選択フィルタ（第２フィルタ）１３と、透過率を算出する算出部１５と、出力波長の差分を導出する導出部１７と、リファレンス用の半導体レーザ１９と、半導体レーザ１９へ駆動電流を供給する電源２１と、半導体レーザ１９から出力された光の光出力を測定するフォトダイオード２３と、を備えている。

恒温槽３は、温度を制御するための温度制御部２５に接続されており、恒温槽３の内部は、温度制御部２５によって例えば２５〜１５０℃に温度制御されている。恒温槽３の一側面には、半導体レーザ５から出力された光及び半導体レーザ１９から出力された光をそれぞれ恒温槽３の外部に出力するための光学窓３ａが一次元状に複数個配列されている。

半導体レーザ５としては、例えば単一モード分布帰還型半導体レーザを用いることができる。半導体レーザ５は、出力される光の光軸上に光学窓３ａが配置されるように恒温槽３内に一次元状に複数個配列されており、半導体レーザ５から出力された光は光学窓３ａを介して恒温槽３の外側に出力される。半導体レーザ５のそれぞれは、熱的結合部材としての発光素子用基板２７にヒートシンク２９を介して接続されている。発光素子用基板２７は、銅タングステン合金などの熱伝導性に優れる材料からなる。半導体レーザ５のそれぞれは電源７に接続されており、電源７から半導体レーザ５に駆動電流を流すことにより、半導体レーザ５から光が出力される。電源７から半導体レーザ５に供給される駆動電流は、電源７に接続された制御部３１により制御されている。

フォトダイオード９としては、半導体レ−ザ５の光出力をモニタし、数％以下の光出力変化を正確にモニタできるフォトダイオ−ドであれば特に限定されるものではなく、例えばＩｎＧａＡｓフォトダイオード、Ｇｅフォトダイオードを用いることができる。フォトダイオード９は、恒温槽３の外側において半導体レーザ５と同数配列されており、それぞれの受光面が光学窓３ａを介して半導体レーザ５と対向するように配置されている。フォトダイオード９を恒温槽３の外側に配置することにより、加速劣化試験に伴いフォトダイオード９が劣化することを抑制することができる。フォトダイオード９のそれぞれは、受光素子用基板３３に接続されており、さらに、算出部１５に接続されている。

エタロンフィルタ１１及び波長選択フィルタ１３は、恒温槽３の外側において半導体レ−ザ５及びフォトダイオード９の間（特に、半導体レーザ５から出力される光の光軸上）に挿入及び退避可能に配置されており、エタロンフィルタ１１は半導体レーザ５側に配置され、波長選択フィルタ１３はフォトダイオード９側に配置されている。エタロンフィルタ１１及び波長選択フィルタ１３がそれぞれ半導体レ−ザ５及びフォトダイオード９の間に挿入及び退避可能に配置されていることから、半導体レ−ザ５及びフォトダイオード９の間は、いずれのフィルタも配置されていない状態、いずれか一方のフィルタが配置された状態、両方のフィルタが配置された状態に調整することができる。本実施形態では、いずれのフィルタも配置されていない状態、及び、いずれか一方のフィルタが配置された状態において半導体レーザ５の光出力を測定する。エタロンフィルタ１１及び波長選択フィルタ１３は、それぞれフィルタ駆動部３５に接続されており、フィルタ駆動部３５によって配置位置が調整される。

エタロンフィルタ１１は、周期的な波長−透過率特性を有している。エタロンフィルタ１１における隣接するピーク間の周波数間隔ＦＳＲ（Free Spectral Range）は、例えば１０〜１５００ＧＨｚであり、ＦＳＲが１０ＧＨｚである場合には、図２に示すような波長−透過率特性を示す。図２は、エタロンフィルタの波長−透過率特性を示す図面であり、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）の部分拡大図である。ＦＳＲが１０ＧＨｚである場合には、１３１０ｎｍ付近の波長帯では、隣接するピーク間の波長差は０．０６ｎｍ程度であり、１５５０ｎｍ付近の波長帯では、隣接するピーク間の波長差は０．０８ｎｍ程度である。

図２（ｂ）に示すように、光出力１０ｍＷで分解能０．１ｍＷである場合には、０．０１単位の透過率変化を検出可能であり、波長変化に対する透過率の変化が小さい谷の部分で見積もっても０．０１ｎｍ単位の波長変化を検出可能である。また、図２（ｃ）に示すように、光出力１０ｍＷで分解能０．０１ｍＷである場合には、０．００１単位の透過率変化を検出可能であり、谷の部分で見積もっても０．００５ｎｍ単位の波長変化を検出可能である。光通信システムに使用される半導体レーザに要求される長期的波長信頼性は、例えば波長変化量±０．１ｎｍ程度であることから、上記図２（ｂ）、（ｃ）は十分な検出能力を有している。

波長選択フィルタ１３は、上記エタロンフィルタ１１とは異なる波長−透過率特性を有しており、例えば、エタロンフィルタ１１よりもＦＳＲが大きい周期的な波長−透過率特性を有するエタロンフィルタや、図３に示すように波長−透過率特性が周期性を有していないフィルタである。図３（ａ）のフィルタの層構成は、「ガラス基板／ＴｉＯ_２（７８ｎｍ）／［Ａｌ_２Ｏ_３（２１３ｎｍ），ＴｉＯ_２（１５６ｎｍ）］×７層／Ａｌ_２Ｏ_３（２１３ｎｍ）／ＴｉＯ_２（７８ｎｍ）」である。図３（ｂ）のフィルタの層構成は、「ガラス基板／［Ａｌ_２Ｏ_３（１２３３ｎｍ），ＴｉＯ_２（４４６ｎｍ）］×８層」である。

算出部１５は、半導体レ−ザ５及びフォトダイオード９の間にフィルタ（エタロンフィルタ１１や波長選択フィルタ１３）を配置した状態とフィルタを退避させた状態とでフォトダイオード９により測定された光出力に基づき、フィルタにおける光の透過率を算出する。フィルタにおける光の透過率は、（フィルタを配置した状態の光出力）／（フィルタを退避させた状態の光出力）の比率として算出される。算出部１５は、導出部１７に接続されている。

導出部１７は、フィルタにおける任意の２つの光の透過率と、フィルタの波長−透過率特性とに基づいて当該２つの光の出力波長の差分を導出する。導出部１７には、エタロンフィルタ１１や波長選択フィルタ１３の波長−透過率特性に関する情報が予め格納されている。

半導体レーザ５の加速劣化試験は、例えば、高温に保持された恒温槽３内で半導体レ−ザ５を駆動し、駆動電流を一定に保った場合の光出力の変化に基づくＡＣＣ（Automatic Current Control）試験により行われる。電源７から半導体レーザ５に一定の駆動電流を供給し半導体レーザ５から出力された光は、光学窓３ａを透過してフォトダイオード９の受光面に入射、又は、光学窓３ａ及びフィルタ（エタロンフィルタ１１や波長選択フィルタ１３）を透過してフォトダイオード９の受光面に入射する。フォトダイオード９は、光出力を測定する光出力測定部（図示せず）を備えており、受光面に光が入射すると、入射した光の光出力に応じた電気信号が光出力測定部に入力され、受光面に入射した光の光出力が測定される。測定された光出力に関する光出力情報は、フォトダイオード９の光出力測定部から算出部１５へ出力され、半導体レ−ザ５及びフォトダイオード９の間にフィルタを配置した状態の光出力情報及びフィルタを退避させた状態の光出力情報が算出部１５に入力された場合には、半導体レーザ５から出力された光の透過率が算出部１５において算出される。算出された透過率に関する透過率情報は、算出部１５から導出部１７へ出力され、出力波長の差分の導出に用いられる。なお、導出部１７における出力波長の差分の導出方法については後述する。

半導体レーザ１９は、恒温槽３の温度変動や電源７からの電流変動に起因する半導体レーザ５の波長変動により半導体レーザ５の波長変化量の測定精度が低下することを抑制するためのリファレンスサンプルである。半導体レーザ１９としては、波長変化量の測定制度を向上させる観点から、半導体レーザ５と同一（同バッチ、同ロット）であり、材料や構造、出力波長の温度依存性が同じものが好ましい。半導体レーザ１９は、出力される光の光軸上に光学窓３ａが配置されるように恒温槽３内に一次元状に複数個配列されており、半導体レーザ１９から出力された光は光学窓３ａを介して恒温槽３の外側に出力される。半導体レーザ１９のそれぞれは、熱的結合部材としての発光素子用基板２７にヒートシンク３７を介して接続されており、半導体レーザ５と略同一の温度を有するように調整されている。半導体レーザ１９のそれぞれは、電源２１に接続されており、電源２１から半導体レーザ１９に駆動電流を流すことにより、半導体レーザ１９から光が出力される。電源２１から半導体レーザ１９に供給される駆動電流は、電源２１に接続された制御部３１により制御されている。半導体レーザ１９に供給される駆動電流の電流量は、制御部３１により半導体レーザ５と同等に制御されていることが好ましい。また、半導体レーザ５の光出力の測定時にのみ半導体レーザ１９に通電することで、半導体レーザ１９が劣化することを抑制することができる。

フォトダイオード２３としては、フォトダイオード９と同一（同バッチ、同ロット）であるものが好ましい。フォトダイオード２３は、恒温槽３の外側において半導体レーザ１９と同数配列されており、それぞれの受光面が光学窓３ａを介して半導体レーザ１９と対向するように配置されている。フォトダイオード２３のそれぞれは、受光素子用基板３９に接続されており、さらに、算出部１５に接続されている。半導体レーザ１９及びフォトダイオード２３を用いて温度変動等に伴う波長変化量を除去する方法については後述する。

次に、図４及び図５を参照しながら、本実施形態に係る評価方法について説明する。本実施形態に係る評価方法では、信頼性評価装置１を用いて半導体レーザ５の信頼性を評価する。本実施形態に係る評価方法では、波長選択フィルタ１３として、波長−透過率特性が周期性を有していないフィルタを用いている。

図４は、本実施形態に係る評価方法を示すフローチャートである。図５は、本実施形態に係る評価方法の一工程を示す図面である。本実施形態に係る評価方法は、図４に示すように、温度調整工程Ｓ１と、第１光出力測定工程（第１工程）Ｓ３と、高温保持工程Ｓ５と、第２光出力測定工程（第２工程）Ｓ７と、透過率算出工程Ｓ９と、波長変化量導出工程Ｓ１１と、発光素子評価工程Ｓ１３とをこの順に備えている。

温度調整工程Ｓ１では、上記信頼性評価装置１を準備し、半導体レーザ５を収容した恒温槽３内の温度が一定となるように温度制御部２５により調整する。なお、以下の工程において半導体レーザ５は恒温槽３内に保持され続けている。また、恒温槽３内の温度は、温度調整工程Ｓ１で調整された温度に維持されている。

第１光出力測定工程Ｓ３では、まず、半導体レーザ５とフォトダイオード９との間からエタロンフィルタ１１及び波長選択フィルタ１３を退避させた状態で、半導体レーザ５から出力された第１出力光の光出力をフォトダイオード９で測定する。すなわち、複数の半導体レーザ５のそれぞれに電源７から一定の駆動電流を供給し、それぞれの半導体レーザ５からフォトダイオード９へ第１出力光を出力させる。第１出力光は光学窓３ａを透過してフォトダイオード９に達し、それぞれの半導体レーザ５から出力された第１出力光の光出力がフォトダイオード９の光出力測定部において測定される。

次に、半導体レーザ５とフォトダイオード９との間にエタロンフィルタ１１を配置した状態で、エタロンフィルタ１１を透過してフォトダイオード９に達した光の光出力を上記と同様にフォトダイオード９で測定する。さらに、半導体レーザ５とフォトダイオード９との間にエタロンフィルタ１１に代えて波長選択フィルタ１３を配置した状態で、波長選択フィルタ１３を透過してフォトダイオード９に達した光の光出力を上記と同様にフォトダイオード９で測定する。第１出力光に関して得られた光出力情報は、算出部１５へ出力される。

高温保持工程Ｓ５では、温度調整工程Ｓ１で調整された恒温槽３内の温度を維持しつつ、電源７から半導体レーザ５へ駆動電流を供給し半導体レーザ５を通電状態で所定時間保持する。高温保持工程Ｓ５は、例えば３０００時間程度行われ、これにより０．０３ｎｍ程度の波長変化が生じる。高温保持工程Ｓ５において、半導体レーザ１９には駆動電流が供給されず消電状態とされている。

第２光出力測定工程Ｓ７では、第１光出力測定工程Ｓ３と同様の手法により半導体レーザ５から出力された光の光出力を測定する。第２光出力測定工程Ｓ７では、まず、半導体レーザ５とフォトダイオード９との間からエタロンフィルタ１１及び波長選択フィルタ１３を退避させた状態で、半導体レーザ５から出力された第２出力光の光出力をフォトダイオード９で測定する。次に、半導体レーザ５とフォトダイオード９との間にエタロンフィルタ１１を配置した状態で、エタロンフィルタ１１を透過してフォトダイオード９に達した光の光出力を上記と同様にフォトダイオード９で測定する。さらに、半導体レーザ５とフォトダイオード９との間にエタロンフィルタ１１に代えて波長選択フィルタ１３を配置した状態で、波長選択フィルタ１３を透過してフォトダイオード９に達した光の光出力を上記と同様にフォトダイオード９で測定する。第２出力光に関して得られた光出力情報は、算出部１５へ出力される。

透過率算出工程Ｓ９は、工程Ｓ９ａ〜工程Ｓ９ｄを有している。工程Ｓ９ａでは、エタロンフィルタ１１における第１出力光の透過率を算出する。工程Ｓ９ｂでは、エタロンフィルタ１１における第２出力光の透過率を算出する。工程Ｓ９ｃでは、波長選択フィルタ１３における第１出力光の透過率を算出する。工程Ｓ９ｄでは、波長選択フィルタ１３における第２出力光の透過率を算出する。

工程Ｓ９ａでは、第１光出力測定工程Ｓ３において半導体レーザ５とフォトダイオード９との間にエタロンフィルタ１１を配置した状態とエタロンフィルタ１１及び波長選択フィルタ１３を退避させた状態とで第１出力光の光出力を測定した測定結果に基づき、エタロンフィルタ１１における第１出力光の透過率が算出部１５において算出される。工程Ｓ９ｂでは、第２光出力測定工程Ｓ７において半導体レーザ５とフォトダイオード９との間にエタロンフィルタ１１を配置した状態とエタロンフィルタ１１及び波長選択フィルタ１３を退避させた状態とで第２出力光の光出力を測定した測定結果に基づき、エタロンフィルタ１１における第２出力光の透過率が算出部１５において算出される。

工程Ｓ９ｃでは、第１光出力測定工程Ｓ３において半導体レーザ５とフォトダイオード９との間に波長選択フィルタ１３を配置した状態とエタロンフィルタ１１及び波長選択フィルタ１３を退避させた状態とで第１出力光の光出力を測定した測定結果に基づき、波長選択フィルタ１３における第１出力光の透過率が算出部１５において算出される。工程Ｓ９ｄでは、第２光出力測定工程Ｓ７において半導体レーザ５とフォトダイオード９との間に波長選択フィルタ１３を配置した状態とエタロンフィルタ１１及び波長選択フィルタ１３を退避させた状態とで第２出力光の光出力を測定した測定結果に基づき、波長選択フィルタ１３における第２出力光の透過率が算出部１５において算出される。透過率算出工程Ｓ９において得られた透過率情報は、導出部１７へ出力される。

波長変化量導出工程Ｓ１１では、工程Ｓ９ａにおいて算出された第１出力光の透過率と、工程Ｓ９ｂにおいて算出された第２出力光の透過率と、エタロンフィルタ１１の波長−透過率特性とに基づき、第１出力光及び第２出力光の波長差を導出部１７において導出する。また、波長変化量導出工程Ｓ１１では、工程Ｓ９ｃにおいて算出された第１出力光の透過率と、工程Ｓ９ｄにおいて算出された第２出力光の透過率と、波長選択フィルタ１３の波長−透過率特性とに基づき、第１出力光及び第２出力光の波長差を導出部１７において導出することもできる。

第１出力光と第２出力光との波長差を導出する手順について図５に基づき説明する。図５の縦軸は透過率を示しており、横軸は波長を示している。また、図５中のグラフＡはエタロンフィルタ１１の周期的な波長−透過率曲線を示しており、グラフＢは波長選択フィルタ１３の波長−透過率曲線を示している。

例えば、工程Ｓ９ａにおいて算出された第１出力光の透過率が、グラフＡにおけるピーク頂上の透過率ａ１であり、工程Ｓ９ｂにおいて算出された第２出力光の透過率が、グラフＡにおける透過率ａ２であるとする。エタロンフィルタ１１は周期的な波長−透過率特性を有しているため、透過率ａ１となる位置及び透過率ａ２となる位置はグラフＡにそれぞれ複数存在しており、透過率ａ１を示す出力波長と透過率ａ２を示す出力波長との波長差は、周期毎に略同一となる。そのため、透過率ａ１及び透過率ａ２を測定した後、任意の一つの周期を抽出し当該周期において透過率ａ１を示す出力波長と透過率ａ２を示す出力波長とをそれぞれ求めて波長差を導出することにより、実際に半導体レーザ５から出力された第１出力光の出力波長と第２出力光の出力波長とを特定することなく、第１出力光及び第２出力光の出力波長の波長差を得ることができる。

また、波長選択フィルタ１３を用いて取得した情報に基づき、実際に半導体レーザ５から出力された第１出力光及び第２出力光の出力波長を特定することもできる。例えば、グラフＢにおいて、工程Ｓ９ｃにおいて算出された第１出力光の透過率が透過率ｂ１であり、工程Ｓ９ｄにおいて算出された第２出力光の透過率が透過率ｂ２であるとする。本実施形態の波長選択フィルタ１３では、例えば、図５に示すように、透過率ｂ１，ｂ２を有する波長領域において波長−透過率特性が周期性を有さず、透過率が波長に対して単調に増加している。このようなグラフＢにおいて、透過率ｂ１となる位置及び透過率ｂ２となる位置はそれぞれ１つずつ存在することになり、第１出力光の出力波長と第２出力光の出力波長とを含む波長領域が特定される。そのため、特定された波長領域においてエタロンフィルタ１１又は波長選択フィルタ１３の透過率から第１出力光の出力波長λ１と第２出力光の出力波長λ２とを特定することができる。

さらに、本実施形態においては、出力波長を特定することなく、波長選択フィルタ１３の透過率に基づき出力波長の変化方向を特定することができる。すなわち、エタロンフィルタ１１では、第１出力光の出力波長λ１が、第２出力光において出力波長λ２又はλ３のいずれに変化しても、いずれも透過率ａ２となるため出力波長の変化方向は特定されない。一方、波長選択フィルタ１３では、第１出力光の出力波長λ１が、第２出力光において出力波長λ２又はλ３のいずれに変化しても、透過率ｂ２と透過率ｂ３とが異なるため出力波長の変化方向が特定される。したがって、本実施形態では、第１出力光の透過率がエタロンフィルタ１１の波長−透過率曲線のピーク頂上の透過率を示したとしても、第２出力光の透過率を算出するだけで、出力波長を特定することなく出力波長の変化方向を特定することができる。

このような導出方法に関して、導出部１７においては例えば以下の処理が行われる。すなわち、導出部１７では、工程Ｓ９ａ及び工程Ｓ９ｂにおいて導出部１７に出力された透過率情報と、エタロンフィルタ１１の波長−透過率特性に関する情報とに基づき、エタロンフィルタ１１の波長−透過率特性における任意の一つの周期を抽出し当該周期において透過率ａ１を示す出力波長と透過率ａ２を示す出力波長とをそれぞれ求めた後、それらの波長差を算出することで、第１出力光及び第２出力光の出力波長の波長差を導出する。また、導出部１７では、工程Ｓ９ｃ及び工程Ｓ９ｄにおいて導出部１７に出力された透過率情報と、波長選択フィルタ１３の波長−透過率特性に関する情報とに基づき、透過率ｂ１を示す第１出力光の出力波長λ１及び透過率ｂ２を示す第２出力光の出力波長λ２をそれぞれ特定することで、出力波長に関する情報を得ると共に、それらの波長差を算出して波長差情報を得ることもできる。また、波長選択フィルタ１３を用いて取得した情報に基づき、エタロンフィルタ１１の波長−透過率特性において第１出力光及び第２出力光の出力波長を含む波長領域を特定し、エタロンフィルタ１１の波長−透過率曲線から第１出力光及び第２出力光の出力波長を特定してもよい。

ところで、上記第１光出力測定工程Ｓ３及び第２光出力測定工程Ｓ７では、恒温槽３の温度変動や電源７からの電流変動に起因して半導体レーザ５の出力波長が変動する場合がある。本実施形態では、半導体レーザ１９を用いてこのような温度変動等に伴う波長変化量を、波長変化量導出工程Ｓ１１において導出される半導体レーザ５の波長変化量から除外することで、高温保持工程Ｓ５における半導体レーザ５の波長変化量（通電試験による波長変化量）の測定精度を向上させることができる。

すなわち、半導体レーザ１９は、熱的結合部材としての発光素子用基板２７に半導体レーザ５と同様に接続されていると共に、第１光出力測定工程Ｓ３及び第２光出力測定工程Ｓ７において制御部３１により駆動電流が半導体レーザ５と同等になるように制御されている。そのため、第１光出力測定工程Ｓ３及び第２光出力測定工程Ｓ７において半導体レーザ５の出力波長が恒温槽３の温度変動等に起因して変化すると、半導体レーザ１９の出力波長も同様に変化する。一方、半導体レーザ１９は、高温保持工程Ｓ５において駆動電流が供給されず、高温保持工程Ｓ５における通電により出力波長が変化することはない。そのため、半導体レーザ１９の波長変化は、第１光出力測定工程Ｓ３及び第２光出力測定工程Ｓ７における恒温槽３の温度変動等に起因するものであると考えられる。

このような半導体レーザ１９の波長変化を参照することで、第１光出力測定工程Ｓ３及び第２光出力測定工程Ｓ７における半導体レーザ５の波長変化量を、波長変化量導出工程Ｓ１１において導出される半導体レーザ５の波長変化量から除外することができる。すなわち、高温保持工程Ｓ５において駆動電流を供給しないことを除き半導体レーザ５と同様の手法により、半導体レーザ１９の波長変化量を測定する。そして、波長変化量導出工程Ｓ１１において導出される半導体レーザ５の波長変化量から半導体レーザ１９の波長変化量を除外することにより、第１光出力測定工程Ｓ３及び第２光出力測定工程Ｓ７における恒温槽３の温度変動等に起因する半導体レーザ５の波長変化量を除外することが可能であり、高温保持工程Ｓ５における半導体レーザ５の波長変化量の測定精度を向上させることができる。

発光素子評価工程Ｓ１３では、波長変化量導出工程Ｓ１１で導出された第１出力光及び第２出力光の波長差を加速劣化試験の評価の指標として、半導体レーザ５の信頼性を評価する。発光素子評価工程Ｓ１３では、例えば、波長差が一定値以上である半導体レーザ５を不良品として選別する。

本実施形態に係る評価方法では、エタロンフィルタ１１を用いて出力波長の差分を算出している。エタロンフィルタ１１は周期的な波長−透過率特性を有しており、各周期において透過率が同一値から同様に変化した場合、透過率の変化量に対する出力波長の変化量は周期毎に略同一となる。本実施形態では、このようなエタロンフィルタ１１の周期的な波長−透過率特性を用いることで、第１出力光の透過率と第２出力光の透過率とから第１出力光の出力波長と第２出力光の出力波長との差分を算出している。このような本実施形態では、エタロンフィルタ１１を用いた上で変化前後の光の透過率を算出するだけで、変化前後の出力波長を特定することなく、出力波長の波長変化量を簡便な手法で算出することができる。

また、本実施形態に係る評価方法では、エタロンフィルタ１１と共に波長選択フィルタ１３を用いている。この場合、波長選択フィルタ１３がエタロンフィルタ１１とは異なる波長−透過率特性を有していることにより、透過率の変化に対する波長変化の挙動がエタロンフィルタ１１と波長選択フィルタ１３との間で異なる。そのため、第１光出力測定工程Ｓ３及び第２光出力測定工程Ｓ７における光出力に基づき算出される波長選択フィルタ１３の光の透過率に基づき、エタロンフィルタ１１の波長−透過率特性において第１出力光及び第２出力光の出力波長が含まれる波長領域を特定することができる。これにより、変化前後の出力波長や波長変化の変化方向を特定することができる。

本実施形態に係る信頼性評価装置１では、エタロンフィルタ１１を用いて出力波長の差分を導出部１７において導出することができる。信頼性評価装置１では、エタロンフィルタ１１が周期的な波長−透過率特性を有しており、各周期において透過率が同一値から同様に変化した場合、透過率の変化量に対する出力波長の変化量は周期毎に略同一となることに基づき導出部１７において出力波長の差分を導出することができる。このような信頼性評価装置１では、エタロンフィルタ１１を用いた上で変化前後の光の透過率を算出するだけで、変化前後の出力波長を特定することなく、出力波長の波長変化量を簡便な手法で算出することができる。

また、本実施形態に係る信頼性評価装置１は、エタロンフィルタ１１と共に波長選択フィルタ１３を備えている。この場合、波長選択フィルタ１３がエタロンフィルタ１１とは異なる波長−透過率特性を有していることにより、透過率の変化に対する波長変化の挙動がエタロンフィルタ１１と波長選択フィルタ１３との間で異なる。そのため、波長選択フィルタ１３における第１出力光の透過率及び第２出力光の透過率を算出部１５において算出することで、得られた波長選択フィルタ１３の透過率に基づき、エタロンフィルタ１１の波長−透過率特性において第１出力光及び第２出力光の出力波長が含まれる波長領域を特定することができる。これにより、変化前後の出力波長や波長変化の変化方向を特定することができる。

ところで、高温保持工程Ｓ５においてエタロンフィルタ１１の波長−透過率特性の一周期ＦＳＲよりも大きく出力波長が変動した場合には、エタロンフィルタ１１による波長変化量の測定に誤差を生じる場合がある。一方、本実施形態では、エタロンフィルタ１１の波長−透過率特性の一周期ＦＳＲよりも大きく出力波長が変動した場合であっても、エタロンフィルタ１１とは異なる波長−透過率特性を有する波長選択フィルタ１３により出力波長の変動をモニタすることによって、一周期ＦＳＲよりも大きく出力波長が変動したことを認識し、波長変化量を正確に評価することができる。

本発明は上述の実施形態に限られず、様々な変形態様が可能である。例えば、上述の実施形態では、複数の半導体レーザ５が一次元状に複数個配列されているがこれに限定されるものではない。例えば、半導体レーザ５は、一つでもよく、複数がアレイ状に配置されていてもよく、半導体レーザ５を保持した発光素子用基板２７が恒温槽３内に複数配置されていてもよい。また、上述の実施形態では、フォトダイオード９は恒温槽３内に収容されていないが、半導体レーザ５と同一の恒温槽３内に収容されていてもよい。

上述の実施形態では、半導体レーザ５からの出力光を集光することを目的として、半導体レーザ５及びフォトダイオード９の間に、ファイバロッドや集光レンズを配置してもよい。この場合、出力光の光軸上にフィルタが挿入及び退避できるようにすればよい。

上述の実施形態では、エタロンフィルタ１１は半導体レーザ５側に配置され、波長選択フィルタ１３はフォトダイオード９側に配置されているが、半導体レーザ５側に波長選択フィルタ１３が配置され、フォトダイオード９側にエタロンフィルタ１１が配置されていてもよい。

上述の実施形態では、周期的な波長−透過率特性を有していない波長選択フィルタ１３を用いているが、周期的な波長−透過率特性を有するエタロンフィルタを波長選択フィルタ１３として用いてもよい。例えば、エタロンフィルタ１１としてＦＳＲ：１０ＧＨｚのエタロンフィルタを使用し、波長選択フィルタ１３としてＦＳＲ：１００ＧＨｚのエタロンフィルタを使用した場合には、図６に示す波長−透過率特性のそれぞれに基づき、本実施形態と同様に波長変化量や変化前後の出力波長を得ることができる。

上述の実施形態では、半導体レーザ５とフォトダイオード９との間にエタロンフィルタ１１及び波長選択フィルタ１３を配置しているが、波長変化量の測定のみを目的とする場合には、エタロンフィルタ１１を単独で配置してもよい。なお、周期的な波長−透過率特性を有していないフィルタをエタロンフィルタ１１に代えて単独で用いた場合には、波長変化量を測定することができない場合がある。すなわち、フィルタの透過特性として、同一の透過率を示す波長が、透過率の変化量に対する出力波長の変化量が互いに異なる波長領域に、それぞれ複数存在する場合には、透過率の変化量から波長変化量をそれぞれ求めたとしても、波長変化量は互いに異なる値となる。この場合は、出力光の波長変化量を求めるために、別途、出力光の出力波長を特定する手段を追加してもよい。

上述の実施形態では、第１光出力測定工程Ｓ３及び第２光出力測定工程Ｓ７のそれぞれにおいて、半導体レーザ５とフォトダイオード９との間からフィルタを退避させた状態の光出力を測定した後に、フィルタを配置した状態の光出力を測定しているが、半導体レーザ５とフォトダイオード９との間にフィルタを配置した状態の光出力を測定した後に、フィルタを退避させた状態の光出力を測定してもよい。

上述の実施形態では、図５においてエタロンフィルタ１１における第１出力光の透過率が波長−透過率特性のピーク頂上に位置するとしたが、透過率の位置はこれに限られるものではない。また、上述の実施形態では、第１光出力測定工程Ｓ３から波長変化量導出工程Ｓ１１までの工程を繰り返し行うことで、出力波長の経時変化を測定することもできる。

上述の実施形態では、透過率算出工程Ｓ９の工程９ａ及び工程９ｂを高温保持工程Ｓ５及び第２光出力測定工程Ｓ７の後に行っているが、これらの工程は第１光出力測定工程Ｓ３の後であり透過率算出工程Ｓ９の前に行われればよい。また、工程Ｓ９ａ〜工程Ｓ９ｄの順序は特に限定されるものではない。なお、上述の実施形態では、透過率算出工程Ｓ９において透過率を算出しているが、第１光出力測定工程Ｓ３や第２光出力測定工程Ｓ７の測定と共に光出力情報が算出部１５に出力されて透過率が算出されてもよい。この場合、透過率算出工程Ｓ９を改めて行う必要はない。

１…信頼性評価装置、３…恒温槽、５…半導体レーザ（発光素子）、７…電源（電力供給部）、９…フォトダイオード（受光素子）、１１…エタロンフィルタ（第１フィルタ）、１３…波長選択フィルタ（第２フィルタ）、１５…算出部、１７…導出部。

Claims (5)

1. 発光素子の評価方法であって、
   前記発光素子及び受光素子の間に第１フィルタを配置した状態と前記第１フィルタを退避させた状態とで、恒温槽内に配置された前記発光素子から出力される第１の光の光出力を前記受光素子で測定する第１工程と、
   前記発光素子を通電しながら前記恒温槽内に保持した状態で前記第１工程から所定時間経過後に、前記発光素子及び前記受光素子の間に前記第１フィルタを配置した状態と前記第１フィルタを退避させた状態とで、前記恒温槽内に配置された前記発光素子から出力される第２の光の光出力を前記受光素子で測定する第２工程と、
   前記第１の光の光出力に基づき算出される前記第１フィルタにおける前記第１の光の透過率と、前記第２の光の光出力に基づき算出される前記第１フィルタにおける前記第２の光の透過率と、前記第１フィルタの波長−透過率特性とに基づいて、前記第１の光の出力波長と前記第２の光の出力波長との差分を導出する工程と、を備え、
   前記第１フィルタがエタロンフィルタである、評価方法。
2. 前記第１工程において、前記第１フィルタとは異なる波長−透過率特性を有する第２フィルタを前記発光素子及び前記受光素子の間に配置した状態で、前記恒温槽内に配置された前記発光素子から出力される前記第１の光の光出力を前記受光素子で更に測定し、
   前記第２工程において、前記第２フィルタを前記発光素子及び前記受光素子の間に配置した状態で、前記恒温槽内に配置された前記発光素子から出力される前記第２の光の光出力を前記受光素子で更に測定する、請求項１に記載の評価方法。
3. 前記第２フィルタがエタロンフィルタである、請求項２に記載の評価方法。
4. 発光素子の評価装置であって、
   前記発光素子を収容する恒温槽と、
   前記発光素子へ駆動電流を供給する電力供給部と、
   前記発光素子から出力される光の光出力を測定する受光素子と、
   前記発光素子及び前記受光素子の間に挿入及び退避可能に配置された第１フィルタと、
   前記発光素子及び前記受光素子の間に前記第１フィルタを配置した状態と前記第１フィルタを退避させた状態とで前記受光素子により測定された光出力に基づき前記第１フィルタにおける前記光の透過率を算出する算出部と、
   前記第１フィルタにおける第１の前記光の透過率及び第２の前記光の透過率と前記第１フィルタの波長−透過率特性とに基づいて、前記第１の光の出力波長と前記第２の光の出力波長との差分を導出する導出部と、を備え、
   前記第１フィルタがエタロンフィルタである、評価装置。
5. 前記第１フィルタとは異なる波長−透過率特性を有すると共に前記発光素子及び前記受光素子の間に挿入及び退避可能に配置された第２フィルタを更に備え、
   前記算出部は、前記発光素子及び前記受光素子の間に前記第２フィルタを配置した状態と前記第２フィルタを退避させた状態とで前記受光素子により測定された光出力に基づき前記第２フィルタにおける前記光の透過率を更に算出する、請求項４に記載の評価装置。

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