JP2018046210A - 光半導体装置及び光半導体装置の制御方法 - Google Patents

光半導体装置及び光半導体装置の制御方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2018046210A
JP2018046210A JP2016180918A JP2016180918A JP2018046210A JP 2018046210 A JP2018046210 A JP 2018046210A JP 2016180918 A JP2016180918 A JP 2016180918A JP 2016180918 A JP2016180918 A JP 2016180918A JP 2018046210 A JP2018046210 A JP 2018046210A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
temperature
region
semiconductor laser
soa
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2016180918A
Other languages
English (en)
Inventor
昌寛 本田
Masahiro Honda
昌寛 本田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Device Innovations Inc
Original Assignee
Sumitomo Electric Device Innovations Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Device Innovations Inc filed Critical Sumitomo Electric Device Innovations Inc
Priority to JP2016180918A priority Critical patent/JP2018046210A/ja
Priority to US15/704,476 priority patent/US10148061B2/en
Priority to CN201710826866.1A priority patent/CN107834355A/zh
Publication of JP2018046210A publication Critical patent/JP2018046210A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02407—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling
    • H01S5/02415—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling by using a thermo-electric cooler [TEC], e.g. Peltier element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02438—Characterized by cooling of elements other than the laser chip, e.g. an optical element being part of an external cavity or a collimating lens
    • H01S5/02446—Cooling being separate from the laser chip cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0261—Non-optical elements, e.g. laser driver components, heaters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0265—Intensity modulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/50—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/02208—Mountings; Housings characterised by the shape of the housings
    • H01S5/02216—Butterfly-type, i.e. with electrode pins extending horizontally from the housings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02251—Out-coupling of light using optical fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02325—Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0233—Mounting configuration of laser chips
    • H01S5/02345—Wire-bonding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/06804—Stabilisation of laser output parameters by monitoring an external parameter, e.g. temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

【課題】光波形に歪が生じることを抑制すること。
【解決手段】筐体１０内に設けられたペルチェ素子１２と、ペルチェ素子１２上に設けられ、変調信号光を出力する半導体レーザ２０と、筐体１０内に設けられ、半導体レーザ２０からの変調信号光を増幅する半導体光増幅器２１と、を備える光半導体装置。
【選択図】図６

Description

本発明は、光半導体装置及び光半導体装置の制御方法に関する。
半導体レーザからの信号光を光増幅器で増幅させる光増幅システムが知られている。例えば、光増幅器の出力立ち上がりピーク時間に相当するパルス幅の信号光を当該光増幅器に入射させることで、大きな増幅度が得られる光増幅システムが知られている（例えば、特許文献１）。また、駆動電流の増加に対して光出力強度が増加する領域、飽和する領域、及び減少する領域を有する光増幅器を光出力強度が減少する領域で駆動させることで、良好な光波形が得られることが知られている（例えば、特許文献２）。
また、半導体レーザと光変調器が半導体基板上に集積され、互いの活性層と光吸収層が１．３５μｍ以下の幅の光導波路で接続されることで、高次モードの発生が抑制されることが知られている（例えば、特許文献３）。
特開平１０−２０９５４２号公報 特開２０１３−１４９９４９号公報 特開２０１０−２３９０５１号公報
半導体レーザと半導体レーザからの信号光を増幅して出力する半導体光増幅器とを備えた光半導体装置において、半導体光増幅器から出力された後の信号光の光波形に歪が生じる場合がある。
そこで、光波形に歪が生じることを抑制することを目的とする。
本願発明は、筐体内に設けられた第１温度制御装置と、前記第１温度制御装置上に設けられ、変調信号光を出力する半導体レーザと、前記筐体内に設けられ、前記半導体レーザからの前記変調信号光を増幅する半導体光増幅器と、を備える光半導体装置である。
本願発明は、半導体基板上に設けられ、信号光を出力する半導体レーザと、前記半導体基板上に設けられ、前記信号光を増幅する半導体光増幅器と、前記半導体基板上に設けられ、前記半導体光増幅器を加熱するヒータと、を集積する、半導体レーザ素子と、筐体内に設けられ、前記半導体レーザ素子を搭載する第１温度制御装置と、を備える光半導体装置である。
本願発明は、半導体レーザと半導体光増幅器が同一筐体内に設けられる光半導体装置の制御方法において、前記半導体光増幅器の温度と前記半導体レーザの温度を異ならせる制御をする、光半導体装置の制御方法である。
本願発明によれば、光波形に歪が生じることを抑制できる。
図１は比較例１に係る光増幅システムの構成を示す図である。 図２Ａは半導体光増幅器に入力される前の信号光の光波形である。 図２Ｂは半導体光増幅器から出力された後の信号光の光波形である。 図３は光波形に歪が生じた理由を説明するための図である。 図４Ａは半導体光増幅器の温度が異なる場合での、半導体光増幅器から出力された後の信号光の光波形（その１）である。 図４Ｂは半導体光増幅器の温度が異なる場合での、半導体光増幅器から出力された後の信号光の光波形（その２）である。 図４Ｃは半導体光増幅器の温度が異なる場合での、半導体光増幅器から出力された後の信号光の光波形（その３）である。 図４Ｄは半導体光増幅器の温度が異なる場合での、半導体光増幅器から出力された後の信号光の光波形（その４）である。 図５は比較例２に係る光半導体装置の平面図である。 図６は実施例１に係る光半導体装置の平面図である。 図７は実施例１のコントローラの制御の一例を示すフローチャートである。 図８は実施例１における半導体レーザの断面図である。 図９は実施例１における半導体光増幅器の断面図である。 図１０は実施例２に係る光半導体装置の平面図である。 図１１は実施例２のコントローラの制御の一例を示すフローチャートである。 図１２は比較例３に係る光半導体装置の平面図である。 図１３は実施例３に係る光半導体装置の平面図である。 図１４は実施例３における半導体レーザ素子の断面図である。 図１５は実施例４に係る光半導体装置の平面図である。 図１６は実施例４における半導体レーザ素子の断面図である。 図１７は実施例５に係る光半導体装置の平面図である。 図１８は実施例５における半導体レーザ素子の断面図である。 図１９は実施例６に係る光半導体装置の平面図である。 図２０は実施例６における半導体レーザ素子の断面図である。 図２１は実施例６のコントローラの制御の一例を示すフローチャートである。 図２２は半導体レーザ素子の他の例を示す平面図である。
［本願発明の実施形態の説明］
最初に、本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本願発明は、筐体内に設けられた第１温度制御装置と、前記第１温度制御装置上に設けられ、変調信号光を出力する半導体レーザと、前記筐体内に設けられ、前記半導体レーザからの前記変調信号光を増幅する半導体光増幅器と、を備える光半導体装置である。これによれば、第１温度制御装置によって半導体レーザの温度を調整した場合でも、半導体光増幅器は第１温度制御装置の温度の影響を受け難くなる。このため、半導体光増幅器に大きな駆動電流を供給せずとも、半導体光増幅器の温度を駆動電流によって効率的に高くすることができる。よって、半導体光増幅器の信頼性を確保しつつ、半導体光増幅器から出力される信号光の光波形に歪が生じることを抑制できる。
前記第１温度制御装置とは異なる第２温度制御装置を備え、前記半導体光増幅器は、前記第２温度制御装置上に設けられていてもよい。これにより、半導体光増幅器の温度を第２温度制御装置で制御することができるため、半導体光増幅器に大きな駆動電流を供給せずとも、半導体光増幅器の温度を高くすることができる。
前記第１温度制御装置及び前記第２温度制御装置の温度を制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記半導体光増幅器の温度が前記半導体レーザの温度よりも高くなるように前記第１温度制御装置及び前記第２温度制御装置の温度を制御してもよい。これにより、半導体レーザで所望の波長のレーザ発振をさせつつ、半導体光増幅器の温度を高くすることができる。
本願発明は、半導体基板上に設けられ、信号光を出力する半導体レーザと、前記半導体基板上に設けられ、前記信号光を増幅する半導体光増幅器と、前記半導体基板上に設けられ、前記半導体光増幅器を加熱するヒータと、を集積する、半導体レーザ素子と、筐体内に設けられ、前記半導体レーザ素子を搭載する温度制御装置と、を備える光半導体装置である。これによれば、温度制御装置によって半導体レーザの温度を調整した場合でも、半導体光増幅器に大きな駆動電流を供給することなく、半導体光増幅器の温度をヒータによって高くすることができる。よって、半導体光増幅器の信頼性を確保しつつ、半導体光増幅器から出力される信号光の光波形に歪が生じることを抑制できる。
本願発明は、半導体レーザと半導体光増幅器が同一筐体内に設けられる光半導体装置の制御方法において、前記半導体光増幅器の温度と前記半導体レーザの温度を異ならせる制御をする、光半導体装置の制御方法である。これによれば、半導体レーザを適切な温度にしつつ、半導体光増幅器の温度も適切な温度にすることができるため、半導体光増幅器の信頼性を確保しつつ、半導体光増幅器から出力される信号光の光波形に歪が生じることを抑制できる。
前記半導体光増幅器の温度が前記半導体レーザの温度よりも高くなるように制御してもよい。
［本願発明の実施形態の詳細］
本願発明の実施形態に係る光半導体装置及び半導体レーザの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本願発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、本願発明の効果がある限りにおいて他の成分が含まれていてもよい。
図１は、比較例１に係る光増幅システム１０００の構成を示す図である。図１のように、比較例１の光増幅システム１０００は、電界吸収型変調器集積レーザ（ＥＭＬ：Electro-absorption Modulated Laser Diode）である半導体レーザ２０と、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）２１と、を備える。半導体レーザ２０は、変調された信号光を出力する。ＳＯＡ２１は、半導体レーザ２０から出力された信号光を増幅する。
図２Ａは、ＳＯＡ２１に入力される前の信号光の光波形、図２Ｂは、ＳＯＡ２１から出力された後の信号光の光波形である。この光波形は、アイパターン（eye pattern）と呼ばれるものであり、信号波形を重ねて表示したものである。この信号波形が同じ状態で複数重ね合っていればきれいなアイパターンとなり特性が良いとされている。図２Ａ及び図２Ｂは、半導体レーザ２０のレーザ発振を行う利得領域に供給する駆動電流ＩＬＤを９０ｍＡ、半導体レーザ２０のレーザの変調を行う変調領域に供給する変調電圧ＶＥＡＭを２Ｖ、ＳＯＡ２１に供給する駆動電流ＩＳＯＡを５００ｍＡとしたときの光波形である。図２Ａのように、ＳＯＡ２１に入力される前の光波形は良好であったが、図２Ｂのように、ＳＯＡ２１から出力された後の光波形は歪（オーバーシュート）が生じていた。
ＳＯＡ２１から出力された後の光波形に歪が生じたのは以下の理由によるものと考えられる。図３は、光波形に歪が生じた理由を説明するための図である。図３の上図において、横軸は時間、縦軸は入力光及び出力光のパワーである。図３の下図において、横軸は時間、縦軸はキャリア密度である。図３の上図の破線はＳＯＡ２１への入力光パワー、実線はＳＯＡ２１からの出力光パワーである。図３のように、ＳＯＡ２１への入力光のパワーが小さい領域Ｉでは、ＳＯＡ２１に注入されたキャリアが消費しきれず、キャリア密度が増大していく。キャリア密度が高くなったＩＩの状態でＳＯＡ２１への入力光のパワーが大きくなると、ＳＯＡ２１からの出力光のパワーが急増する。ＳＯＡ２１への入力光のパワーが大きい状態が続く領域ＩＩＩでは、定常状態になるまでキャリア密度が減少していき、ＳＯＡ２１からの出力光のパワーが減少していく。このことを踏まえると、図２Ｂにおける光波形の歪（オーバーシュート）は、ＳＯＡ２１への入力光のパワーが小さいときに増大したキャリア密度に起因していると考えられる。
このような光波形の歪（オーバーシュート）を抑制するには、キャリア密度が高くならないようにすればよいと考えられる。そのためには、ＳＯＡ２１の温度を上げてキャリア寿命を短くすればよいと考えられる。そこで、ＳＯＡ２１に供給する駆動電流ＩＳＯＡを大きくしてＳＯＡ２１の温度を上昇させ、ＳＯＡ２１から出力された信号光の光波形を調査した。図４Ａから図４Ｄは、ＳＯＡ２１の温度が異なる場合での、ＳＯＡ２１から出力された後の信号光の光波形である。図４Ａは、ＳＯＡ２１に２００ｍＡの駆動電流ＩＳＯＡを供給して温度が３８℃になった場合の光波形である。図４Ｂは、ＳＯＡ２１に３００ｍＡの駆動電流ＩＳＯＡを供給して温度が４７℃になった場合の光波形である。図４Ｃは、ＳＯＡ２１に４００ｍＡの駆動電流ＩＳＯＡを供給して温度が５８℃になった場合の光波形である。図４Ｄは、ＳＯＡ２１に５００ｍＡの駆動電流ＩＳＯＡを供給して温度が７１℃になった場合の光波形である。なお、図４Ａから図４Ｄにおいて、半導体レーザ２０の利得領域に供給する駆動電流ＩＬＤを９０ｍＡ、変調領域に供給する変調電圧ＶＥＡＭを２Ｖとした。
図４Ａから図４Ｄのように、ＳＯＡ２１の温度が高くなるに従い、ＳＯＡ２１から出力された信号光の光波形が良好になった。このことから、ＳＯＡ２１の温度を上昇させてキャリア寿命を短くすることで、ＳＯＡ２１から出力される信号光の光波形に歪が生じることを抑制できることが分かる。
図５は、比較例２に係る光半導体装置１１００の平面図である。図５のように、比較例２の光半導体装置１１００は、筐体１０の内部に、ペルチェ素子を用いた熱電冷却器であるＴＥＣ（Thermo-Electric Cooler）１２と、ＴＥＣ１２上に設けられたキャリア１４と、が収納されている。筐体１０にはレセプタクル１１が結合されている。
キャリア１４上に、半導体レーザ２０、ＳＯＡ２１、受光素子（ＰＤ：Photo Detector）２２、及びレンズ２３が実装されている。半導体レーザ２０は、レーザ発振を行う利得領域６１と、レーザの変調を行う変調領域６２と、を含む。半導体レーザ２０は、レンズ２３を介してＳＯＡ２１に光結合している。ＳＯＡ２１は、レンズ２３を介してレセプタクル１１で保持された光ファイバに光結合している。
比較例２では、半導体レーザ２０とＳＯＡ２１とが、ＴＥＣ１２上のキャリア１４上に設けられている。このため、半導体レーザ２０とＳＯＡ２１とは、ＴＥＣ１２によって同じ温度に制御される。したがって、半導体レーザ２０で所望の波長のレーザ発振がなされるように半導体レーザ２０の温度をＴＥＣ１２で制御すると、ＳＯＡ２１の温度が高くならずにＳＯＡ２１から出力される信号光の光波形に歪が生じることがある。一方、ＳＯＡ２１から出力される信号光の光波形に歪が生じることを抑制するためにＳＯＡ２１の温度をＴＥＣ１２によって上昇させると、半導体レーザ２０で所望の波長のレーザ発振がなされないことがある。このように、半導体レーザ２０で所望の波長のレーザ発振がなされることと、ＳＯＡ２１から出力される信号光の光波形に歪が生じることを抑制することとを、ＴＥＣ１２によって両立させることは難しい。
半導体レーザ２０の温度をＴＥＣ１２で制御した状態で、ＳＯＡ２１に供給する駆動電流ＩＳＯＡを大きくして、ＳＯＡ２１の温度を上昇させることが考えられる。しかしながら、半導体レーザ２０の温度を制御するＴＥＣ１２はＳＯＡ２１の温度を下げる方向に働いているため、ＳＯＡ２１の温度を上昇させるにはＳＯＡ２１に非常に大きな駆動電流ＩＳＯＡを供給することになる。このため、電力の消費が激しい上、過剰な電流注入によってＳＯＡ２１の活性層での電流密度が高くなり信頼性に悪影響を与えてしまう。
そこで、ＳＯＡの信頼性を確保しつつ、ＳＯＡから出力される信号光の光波形に歪が生じることを抑制することが可能な実施例を以下に説明する。
図６は、実施例１に係る光半導体装置１００の平面図である。図６のように、実施例１の光半導体装置１００は、レセプタクル１１が結合された筐体１０と、コントローラ１８と、を備える。レセプタクル１１は、光ファイバを結合保持するためのものである。筐体１０の内部に、ＴＥＣ１２と、キャリア１４、１５と、が収納されている。キャリア１４は、ＴＥＣ１２上に設けられている。キャリア１５は、ＴＥＣ１２上とは異なる位置に設けられている。
キャリア１４上に、半導体レーザ２０、ＰＤ２２、及びレンズ２３が実装されている。半導体レーザ２０は、レーザ発振を行う利得領域６１と、レーザの変調を行う変調領域６２と、を含む。ＰＤ２２は、半導体レーザ２０からのレーザ光の出力強度をモニタする。
キャリア１５上に、ＳＯＡ２１及びレンズ２３が実装されている。半導体レーザ２０とＳＯＡ２１とは、レンズ２３を介して光結合している。ＳＯＡ２１は、レンズ２３を介して、レセプタクル１１で保持された光ファイバに光結合している。ＳＯＡ２１は、半導体レーザ２０から出力された信号光を増幅して光ファイバに出力する。
半導体レーザ２０の利得領域６１に設けられた電極２４は、ワイヤ配線及びキャパシタ２８を介して、ＤＣ電源パッド２９に電気的に接続されている。半導体レーザ２０の変調領域６２に設けられた電極２５は、ワイヤ配線及び信号配線パターン３０を介して、筐体１０に挿入された配線基板３１上の信号パッド３２に電気的に接続されている。ＳＯＡ２１の電極２６は、ワイヤ配線及びキャパシタ２８を介して、ＤＣ電源パッド２９に電気的に接続されている。ＴＥＣ１２の電極３３は、ワイヤ配線を介してＤＣ電源パッド２９に電気的に接続されている。
コントローラ１８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備え、半導体レーザ２０の利得領域６１に供給する駆動電流ＩＬＤ、半導体レーザ２０の変調領域６２に印加する変調電圧、ＳＯＡ２１に供給する駆動電流ＩＳＯＡを制御する。また、コントローラ１８は、キャリア１４上に設けられ、ワイヤ配線を介してパッド３４に電気的に接続されたサーミスタ１６の検知結果に基づいて、ＴＥＣ１２に供給する直流電流を制御してＴＥＣ１２の温度を制御する。コントローラ１８は、半導体レーザ２０で所望の波長のレーザ発振がなされるようにＴＥＣ１２の温度を制御する。例えば、コントローラ１８は、ＴＥＣ１２の温度が２５℃になるように制御する。また、コントローラ１８は、ＳＯＡ２１の温度が半導体レーザ２０よりも高くなるようにＳＯＡ２１を制御する。
図７は、コントローラ１８の制御の一例を示すフローチャートである。図７のように、コントローラ１８は、半導体レーザ２０の利得領域６１に供給する駆動電流ＩＬＤ、半導体レーザ２０の変調領域６２に印加する変調電圧、ＳＯＡ２１に供給する駆動電流ＩＳＯＡを制御する（ステップＳ１０）。次いで、コントローラ１８は、半導体レーザ２０で所望の波長のレーザ発振がなされるようにＴＥＣ１２を制御する（ステップＳ１２）。次いで、コントローラ１８は、ＳＯＡ２１の温度が半導体レーザ２０の温度と異なるように、例えばＳＯＡ２１の温度が半導体レーザ２０の温度よりも高くなるように、ＳＯＡ２１を制御する（ステップＳ１４）。
図８は、実施例１における半導体レーザ２０の断面図である。図８のように、半導体レーザ２０は、レーザ発振を行う利得領域６１と、レーザの変調を行う変調領域６２とが、同一のインジウムリン（ＩｎＰ）基板である半導体基板４０上に集積されている。半導体基板４０上には、利得領域６１の活性層４１と、変調領域６２の光吸収層４２と、が設けられている、活性層４１と光吸収層４２とは、利得領域６１及び変調領域６２の境界において互いに接続することにより光結合されている。
活性層４１及び光吸収層４２上には、共通の上部クラッド層４３が設けられている。半導体基板４０は下部クラッド層として機能する。これにより、活性層４１及び光吸収層４２をコア層とする、コア層・クラッド層構造が形成されている。活性層４１の下における半導体基板４０の内部には、周期的な凹凸構造であるコルゲーション４４が設けられている。コルゲーション４４は、特定の波長を活性層４１に分布的にフィードバックすることにより、安定した単一モード発振を実現する。これにより、利得領域６１は、分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed FeedBack）の半導体レーザとして機能する。
半導体基板４０、活性層４１、光吸収層４２、及び上部クラッド層４３は、複数の元素を含む化合物半導体層を材料として形成される。材料として、例えばインジウムガリウム砒素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）、アルミニウムインジウムガリウム砒素（ＡｌＩｎＧａＡｓ）、及びこれらの多層構造を用いることができる。これらの化合物半導体は、コア層側（活性層４１及び光吸収層４２）の屈折率がクラッド層側（半導体基板４０及び上部クラッド層４３）の屈折率よりも大きくなるように、各元素の組成比が調節される。
利得領域６１において、上部クラッド層４３上に電極２４が設けられている。電極２４には、レーザ発振させるための直流電流である駆動電流ＩＬＤが供給される。変調領域６２において、上部クラッド層４３上に電極２５が設けられている。電極２５には、レーザの変調を行うための交流電圧である変調電圧が印加される。半導体基板４０の裏面には電極４５が設けられている。また、半導体レーザ２０の両側面には、端面膜４６が設けられている。
利得領域６１の電極２４に駆動電流ＩＬＤが供給されると、利得領域６１の活性層４１でレーザ発振が生じる。活性層４１で発振したレーザ光は、変調領域６２の光吸収層４２へと伝搬し、変調領域６２の電極２５に印加される変調電圧に基づいて強度変調される。変調された信号光は、変調領域６２側の端面膜４６を介して外部へと出力される。
図９は、実施例１におけるＳＯＡ２１の断面図である。図９のように、ＳＯＡ２１は、ＩｎＰ基板である半導体基板５０上に活性層５１が設けられている。活性層５１上に上部クラッド層５２が設けられている。半導体基板５０は下部クラッド層として機能する。これにより、活性層５１をコア層とする、コア層・クラッド層構造が形成されている。
半導体基板５０、活性層５１、及び上部クラッド層５２は、複数の元素を含む化合物半導体層を材料として形成される。材料として、例えばＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、及びこれらの多層構造を用いることができる。これらの化合物半導体は、コア層側（活性層５１）の屈折率がクラッド層側（半導体基板５０及び上部クラッド層５２）の屈折率よりも大きくなるように、各元素の組成比が調節される。
上部クラッド層５２上に電極２６が設けられている。電極２６には、信号光を増幅するための駆動電流ＩＳＯＡが供給される。半導体基板５０の裏面には電極５３が設けられている。また、ＳＯＡ２１の両側面には、端面膜５４が設けられている。
ＳＯＡ２１の電極２６に駆動電流ＩＳＯＡが供給されると、ＳＯＡ２１は半導体レーザ２０から入力された信号光を増幅し、端面膜５４を介して外部に出力する。
実施例１によれば、変調信号光を出力する半導体レーザ２０は、筐体１０内のＴＥＣ１２（温度制御装置）上に設けられている。半導体レーザ２０からの変調信号光を増幅するＳＯＡ２１は、筐体１０内に設けられている。例えば、変調信号光を出力する半導体レーザ２０は、筐体１０内のＴＥＣ１２上のキャリア１４上に設けられている。半導体レーザ２０からの変調信号光を増幅するＳＯＡ２１は、キャリア１４上ではない位置で筐体１０内に設けられている。これにより、半導体レーザ２０で所望の波長のレーザ発振がなされるようにＴＥＣ１２で温度制御をした場合でも、ＳＯＡ２１はＴＥＣ１２の温度の影響を受け難くなる。このため、ＳＯＡ２１に供給する駆動電流ＩＳＯＡを大きくしなくても、ＳＯＡ２１の温度を駆動電流ＩＳＯＡによって効率的に高くすることができる。よって、ＳＯＡ２１の信頼性を確保しつつ、ＳＯＡ２１から出力される信号光の光波形に歪が生じることを抑制できる。
また、実施例１によれば、コントローラ１８は、半導体レーザ２０の温度とＳＯＡ２１の温度とを異ならせる制御、例えばＳＯＡ２１の温度が半導体レーザ２０よりも高くなるような制御、を行う。これにより、半導体レーザ２０の温度を適切な温度にしつつ、ＳＯＡ２１の温度も適切な温度にすることができるため、ＳＯＡ２１の信頼性を確保しつつ、ＳＯＡ２１から出力される信号光の光波形に歪が生じることを抑制できる。
また、実施例１によれば、コントローラ１８は、半導体レーザ２０で所望の波長のレーザ発振がなされるようにＴＥＣ１２の温度を制御し、且つＳＯＡ２１の温度が半導体レーザ２０の温度よりも高くなるようにＳＯＡ２１を制御する。ＳＯＡ２１はＴＥＣ１２の温度の影響を受け難いため、半導体レーザ２０で所望の波長のレーザ発振をさせつつ、ＳＯＡ２１の温度を駆動電流ＩＳＯＡによって効率的に高くすることができる。
図１０は、実施例２に係る光半導体装置２００の平面図である。図１０のように、実施例２の光半導体装置２００は、ＳＯＡ２１が実装されたキャリア１５がＴＥＣ１３上に設けられている。ＴＥＣ１３の電極３３は、ワイヤ配線を介してＤＣ電源パッド２９に電気的に接続されている。コントローラ１８は、実施例１で説明した制御に加え、キャリア１５上に設けられ、ワイヤ配線を介してパッド３４に電気的に接続されたサーミスタ１７の検知結果に基づいてＴＥＣ１３の温度を制御する。コントローラ１８は、半導体レーザ２０で所望の波長のレーザ発振がなされるようにＴＥＣ１２の温度を制御し、且つＳＯＡ２１の温度が半導体レーザ２０よりも高くなるようにＴＥＣ１３の温度を制御する。例えば、コントローラ１８は、ＴＥＣ１２の温度が２５℃になるように制御し、ＴＥＣ１３の温度が５０℃になるように制御する。その他の構成は、実施例１の図６と同じであるため説明を省略する。
図１１は、コントローラ１８の制御の一例を示すフローチャートである。図１１のように、コントローラ１８は、半導体レーザ２０の利得領域６１に供給する駆動電流ＩＬＤ、半導体レーザ２０の変調領域６２に印加する変調電圧、ＳＯＡ２１に供給する駆動電流ＩＳＯＡを制御する（ステップＳ２０）。次いで、コントローラ１８は、半導体レーザ２０で所望の波長のレーザ発振がなされるようにＴＥＣ１２を制御する（ステップＳ２２）。次いで、コントローラ１８は、ＳＯＡ２１に供給する駆動電流ＩＳＯＡを制御する（ステップＳ２４）。次いで、コントローラ１８は、ＳＯＡ２１の温度が半導体レーザ２０の温度と異なるように、例えばＳＯＡ２１の温度が半導体レーザ２０の温度よりも高くなるように、ＴＥＣ１３を制御する（ステップＳ２６）。
実施例２によれば、半導体レーザ２０はＴＥＣ１２（第１温度制御装置）上に設けられ、ＳＯＡ２１はＴＥＣ１３（第２温度制御装置）上に設けられている。例えば、半導体レーザ２０はＴＥＣ１２上のキャリア１４上に設けられ、ＳＯＡ２１はＴＥＣ１３上のキャリア１５上に設けられている。これにより、半導体レーザ２０の温度はＴＥＣ１２で制御でき、ＳＯＡ２１の温度はＴＥＣ１３で制御することができる。このため、所望の波長のレーザ発振がなされるように半導体レーザ２０の温度をＴＥＣ１２で制御しつつ、ＳＯＡ２１の温度をＴＥＣ１３によって高くすることができる。よって、ＳＯＡ２１の信頼性を確保しつつ、ＳＯＡ２１から出力される信号光の光波形に歪が生じることを抑制できる。
また、実施例２によれば、コントローラ１８は、ＳＯＡ２１の温度が半導体レーザ２０の温度よりも高くなるように、ＴＥＣ１２及びＴＥＣ１３の温度を制御する。例えば、コントローラ１８は、半導体レーザ２０で所望の波長のレーザ発振がなされるようにＴＥＣ１２の温度を制御し、且つＳＯＡ２１の温度が半導体レーザ２０よりも高くなるようにＴＥＣ１３の温度を制御する。これにより、半導体レーザ２０で所望の波長のレーザ発振をさせつつ、ＳＯＡ２１の温度を高くすることができる。
なお、実施例１及び実施例２では、ＥＭＬからなる半導体レーザの場合を例に示したが、これに限られない。利得領域の電極に変調された駆動電流ＩＬＤが供給されて信号光を出力する直接変調型の半導体レーザの場合でもよい。
実施例１、２では、半導体レーザとＳＯＡとが別々の素子として設けられている場合の例を説明した。これに対し、実施例３では、半導体レーザとＳＯＡとが１つの半導体基板上に集積されている場合の例について説明する。
まず、比較例３の光半導体装置について説明する。図１２は、比較例３に係る光半導体装置１２００の平面図である。図１２のように、比較例３の光半導体装置１２００は、レセプタクル１１が結合された筐体１０の内部に、ＴＥＣ１２と、ＴＥＣ１２上に設けられたキャリア１４と、が収納されている。キャリア１４上に、半導体レーザ素子６０、ＰＤ２２、及びレンズ２３が実装されている。半導体レーザ素子６０は、利得領域６１、変調領域６２、及び増幅領域６３を含む。利得領域６１と変調領域６２が、変調された信号光を出力する半導体レーザに相当する。増幅領域６３が、半導体レーザ（利得領域６１及び変調領域６２）から出力された信号光を増幅するＳＯＡに相当する。すなわち、半導体レーザ素子６０は、半導体レーザとＳＯＡとが集積された素子である。半導体レーザ素子６０は、レンズ２３を介してレセプタクル１１で保持された光ファイバに光結合している、
比較例３では、半導体レーザ素子６０の利得領域６１、変調領域６２、及び増幅領域６３が、ＴＥＣ１２上のキャリア１４上に設けられている。このため、比較例２と同様に、利得領域６１で所望の波長のレーザ発振がなされることと、増幅領域６３から出力される信号光の光波形に歪が生じることを抑制することとを、ＴＥＣ１２によって両立させることは難しい。また、増幅領域６３に供給する駆動電流ＩＳＯＡによって増幅領域６３の温度を上昇させようとすると、増幅領域６３に非常に大きな駆動電流ＩＳＯＡを供給することになるため、電力の消費が激しい上、信頼性に悪影響を与えてしまう。
図１３は、実施例３に係る光半導体装置３００の平面図である。図１３のように、実施例３の光半導体装置３００では、ＴＥＣ１２上に設けられたキャリア１４上に半導体レーザ素子６０が実装されている。半導体レーザ素子６０は、レーザ発振を行う利得領域６１と、レーザを変調する変調領域６２と、変調された信号光を増幅する増幅領域６３と、を有する。上述したように、利得領域６１と変調領域６２が、変調された信号光を出力する半導体レーザに相当する。増幅領域６３が、半導体レーザ（利得領域６１及び変調領域６２）から出力された信号光を増幅するＳＯＡに相当する。半導体レーザ素子６０のうちの利得領域６１及び変調領域６２は、キャリア１４上に設けられている。半導体レーザ素子６０のうちの増幅領域６３は、キャリア１４上に設けられてなく、キャリア１４から突出している。すなわち、利得領域６１及び変調領域６２はキャリア１４に固定されているのに対し、増幅領域６３はキャリア１４に固定されていない。キャリア１５上にはレンズ２３のみ搭載されている。半導体レーザ素子６０は、レンズ２３を介してレセプタクル１１で保持された光ファイバに光結合している。コントローラ１８は、実施例１と同様の制御を行う。すなわち、コントローラ１８は、利得領域６１で所望の波長のレーザ発振がなされるようにＴＥＣ１２の温度を制御する。また、コントローラ１８は、増幅領域６３の温度が利得領域６１よりも高くなるように増幅領域６３を制御する。その他の構成は、実施例１の図６と同じであるため説明を省略する。
図１４は、実施例３における半導体レーザ素子６０の断面図である。図１４のように、半導体レーザ素子６０は、レーザ発振を行う利得領域６１と、レーザの変調を行う変調領域６２と、信号光の増幅を行う増幅領域６３とが、同一のＩｎＰ基板である半導体基板４０上に集積されている。半導体基板４０上には、利得領域６１の活性層４１と、変調領域６２の光吸収層４２と、増幅領域６３の活性層４７と、が設けられている。活性層４１と活性層４７とは、例えば同時に形成されるため、同じ材料で形成されている。光吸収層４２と活性層４７とは、変調領域６２と増幅領域６３の境界において互いに接続することにより光結合されている。活性層４７上には、利得領域６１及び変調領域６２と共通の上部クラッド層４３が設けられている。増幅領域６３において、上部クラッド層４３上に電極２６が設けられている。電極２６には、信号光を増幅するための直流電流である駆動電流ＩＬＤが供給される。その他の構成は、実施例１の図８と同じであるため説明を省略する。
利得領域６１の電極２４に駆動電流ＩＬＤが供給されると、利得領域６１の活性層４１でレーザ発振が生じる。活性層４１で発振したレーザ光は、変調領域６２の光吸収層４２へと伝搬し、変調領域６２の電極２５に供給される変調電圧に基づいて強度変調される。変調領域６２で変調された信号光は、増幅領域６３の活性層４７へと伝搬し、増幅領域６３の電極２６に供給される駆動電流ＩＳＯＡに基づいて増幅される。増幅された信号光は、増幅領域６３側の端面膜４６を介して外部へと出力される。
実施例３によれば、変調信号光を出力する半導体レーザに相当する利得領域６１及び変調領域６２と、変調信号光を増幅するＳＯＡに相当する増幅領域６３とが、半導体基板４０上に集積されて半導体レーザ素子６０を構成している。半導体レーザ素子６０のうち、半導体レーザに相当する利得領域６１及び変調領域６２はＴＥＣ１２上のキャリア１４上に設けられている。ＳＯＡに相当する増幅領域６３はキャリア１４上ではない位置に設けられている。これにより、実施例１と同様に、増幅領域６３はＴＥＣ１２の温度の影響を受け難くなるため、増幅領域６３に供給する駆動電流ＩＳＯＡを大きくしなくても、増幅領域６３の温度を駆動電流ＩＳＯＡによって効率的に高くすることができる。よって、増幅領域６３の信頼性を確保しつつ、増幅領域６３から出力される信号光の光波形に歪が生じることを抑制できる。
また、実施例３によれば、コントローラ１８は、利得領域６１で所望の波長のレーザ発振がなされるようにＴＥＣ１２の温度を制御しつつ、増幅領域６３の温度が利得領域６１の温度よりも高くなるように増幅領域６３を制御する。増幅領域６３はＴＥＣ１２の温度の影響を受け難いため、利得領域６１で所望の波長のレーザ発振をさせつつ、増幅領域６３の温度を駆動電流ＩＳＯＡによって効率的に高くすることができる。
増幅領域６３から出力される信号光の光波形に歪が生じることを抑制する点から、増幅領域６３は、１／２以上の領域がキャリア１４から突出している場合が好ましい。３／４以上の領域がキャリア１４から突出している場合がより好ましい。全領域がキャリア１４から突出している場合がさらに好ましい。
図１５は、実施例４に係る光半導体装置４００の平面図である。図１６は、実施例４における半導体レーザ素子６０ａの断面図である。図１５及び図１６のように、実施例４の光半導体装置４００では、半導体レーザ素子６０ａは変調領域６２と増幅領域６３との間に光導波領域６４を有する。光導波領域６４では、半導体基板４０上に光導波層４８が設けられている。光導波層４８は、複数の元素を含む化合物半導体層を材料として形成される。材料として、例えばＩｎＧａＡｓＰのバルク層などが挙げられ、レーザ領域で発振されるレーザ光の波長よりもバンドギャップの大きい材料が用いられる。光吸収層４２と光導波層４８とは、変調領域６２及び光導波領域６４の境界において互いに接続することにより光結合されている。光導波層４８と活性層４７とは、光導波領域６４と増幅領域６３の境界において互いに接続することにより光結合されている。光導波層４８上には、利得領域６１、変調領域６２、及び増幅領域６３と共通の上部クラッド層４３が設けられている。その他の構成は、実施例３の図１３及び図１４と同じであるため説明を省略する。
実施例４によれば、半導体レーザ素子６０ａは、変調領域６２に含まれる光吸収層４２と増幅領域６３に含まれる活性層４７との間に、光吸収層４２と活性層４７とに光結合された光導波層４８を有する。これにより、利得領域６１及び変調領域６２がキャリア１４上に設けられている場合でも、ＴＥＣ１２から増幅領域６３までの利得領域６１及び変調領域６２を介した距離が長くなる。このため、増幅領域６３はＴＥＣ１２の温度の影響をより受け難くなり、増幅領域６３に供給する駆動電流ＩＳＯＡを大きくしなくても増幅領域６３の温度を駆動電流ＩＳＯＡによって効率的に高くすることができる。よって、増幅領域６３の信頼性を確保しつつ、増幅領域６３から出力される信号光の光波形に歪が生じることを抑制できる。
図１７は、実施例５に係る光半導体装置５００の平面図である。図１８は、実施例５における半導体レーザ素子６０ａの断面図である。図１７及び図１８のように、実施例５の光半導体装置５００では、筐体１０の内部に、ＴＥＣ１２の他に、ＴＥＣ１３が収納されている。キャリア１５は、ＴＥＣ１３上に設けられている。また、半導体レーザ素子６０ａは、キャリア１４上からキャリア１５上に跨って搭載されている。半導体レーザ素子６０ａのうちの利得領域６１及び変調領域６２はキャリア１４上に設けられ、増幅領域６３はキャリア１５上に設けられている。コントローラ１８は、実施例２と同様の制御を行う。すなわち、コントローラ１８は、利得領域６１で所望の波長のレーザ発振がなされるようにＴＥＣ１２の温度を制御し、且つ増幅領域６３の温度が利得領域６１よりも高くなるようにＴＥＣ１３の温度を制御する。その他の構成は、実施例４の図１３及び図１４と同じであるため説明を省略する。
実施例５によれば、半導体レーザ素子６０ａのうち、半導体レーザに相当する利得領域６１及び変調領域６２はキャリア１４上に設けられ、ＳＯＡに相当する増幅領域６３はキャリア１５上に設けられている。これにより、利得領域６１及び変調領域６２の温度をＴＥＣ１２で制御でき、増幅領域６３の温度をＴＥＣ１３で制御することができる。このため、所望の波長のレーザ発振がなされるように利得領域６１及び変調領域６２の温度をＴＥＣ１２で制御しつつ、増幅領域６３の温度をＴＥＣ１３によって高くすることができる。よって、増幅領域６３の信頼性を確保しつつ、増幅領域６３から出力される信号光の光波形に歪が生じることを抑制できる。
また、実施例５によれば、コントローラ１８は、利得領域６１で所望の波長のレーザ発振がなされるようにＴＥＣ１２の温度を制御し、且つ増幅領域６３の温度が利得領域６１よりも高くなるようにＴＥＣ１３の温度を制御する。これにより、利得領域６１で所望の波長のレーザ発振をさせつつ、増幅領域６３の温度を高くすることができる。
また、実施例５では、増幅領域６３がキャリア１５上に設けられているため、実施例３及び実施例４に比べて、半導体レーザ素子６０ａの強度を向上させることができる。
増幅領域６３から出力される信号光の光波形に歪が生じることを抑制する点から、増幅領域６３は、１／２以上の領域がキャリア１５上に設けられている場合が好ましい。３／４以上の領域がキャリア１５上に設けられている場合がより好ましい。全領域がキャリア１５上に設けられている場合がさらに好ましい。
図１９は、実施例６に係る光半導体装置６００の平面図である。図２０は、実施例６における半導体レーザ素子６０ｂの断面図である。図１９及び図２０のように、実施例６の光半導体装置６００では、半導体レーザ素子６０ｂの利得領域６１、変調領域６２、及び増幅領域６３の全てがキャリア１４上に設けられている。半導体レーザ素子６０ｂは、増幅領域６３の電極２６に隣接して、増幅領域６３を加熱するためのヒータ７０を有する。ヒータ７０は、ワイヤ配線及びキャパシタ２８を介してＤＣ電源パッド２９に電気的に接続している。半導体レーザ素子６０ｂのうちのヒータ７０が設けられた領域では、半導体基板４０上に光導波層４９が設けられている。光導波層４９は、複数の元素を含む化合物半導体層を材料として形成される。材料として、例えばＩｎＧａＡｓＰのバルク層などが挙げられ、発振されるレーザ光の波長よりもバンドギャップの大きい材料が用いられる。活性層４７と光導波層４９とは、増幅領域６３及びヒータ７０が設けられた領域の境界において互いに接続することにより光結合されている。光導波層４９上には、利得領域６１、変調領域６２、及び増幅領域６３と共通の上部クラッド層４３が設けられている。ヒータ７０は上部クラッド層４３上に設けられている。コントローラ１８は、実施例１で説明した制御に加え、ヒータ７０の温度を制御する。コントローラ１８は、利得領域６１で所望の波長のレーザ発振がなされるようにＴＥＣ１２の温度を制御し、且つ増幅領域６３の温度が利得領域６１よりも高くなるようにヒータ７０の温度を制御する。その他の構成は、実施例３の図１３及び図１４と同じであるため説明を省略する。
図２１は、コントローラ１８の制御の一例を示すフローチャートである。図２１のように、半導体レーザ素子６０ｂの利得領域６１に供給する駆動電流ＩＬＤ、半導体レーザ素子６０ｂの変調領域６２に印加する変調電圧、半導体レーザ素子６０ｂの増幅領域６３に供給する駆動電流ＩＳＯＡを制御する（ステップＳ３０）。次いで、コントローラ１８は、半導体レーザ素子２１の利得領域６１で所望の波長のレーザ発振がなされるようにＴＥＣ１２を制御する（ステップＳ３２）。次いで、コントローラ１８は、増幅領域６３の温度が利得領域６１の温度と異なるように、例えば増幅領域６３の温度が利得領域６１の温度よりも高くなるように、ヒータ７０の温度を制御する（ステップＳ３４）。
実施例６によれば、半導体レーザ素子６０ｂは、信号光を出力する半導体レーザ（利得領域６１及び変調領域６２）と、信号光を増幅するＳＯＡ（増幅領域６３）に加えて、半導体基板４０上にＳＯＡ（増幅領域６３）を加熱するヒータ７０を有する。半導体レーザ素子６０ｂは、筐体１０内のＴＥＣ１２（温度制御装置）上に設けられている。これにより、増幅領域６３の温度をヒータ７０によって高くすることができる。よって、増幅領域６３の信頼性を確保しつつ、増幅領域６３から出力される信号光の光波形に歪が生じることを抑制できる。また、実施例５におけるＴＥＣ１３と増幅領域６３の活性層４７との間の距離に比べて、ヒータ７０と増幅領域６３の活性層４７との間の距離を短くできるため、増幅領域６３の活性層４７の温度を効率的に高くすることができる。
また、実施例６によれば、コントローラ１８は、利得領域６１で所望の波長のレーザ発振がなされるようにＴＥＣ１２の温度を制御し、且つ増幅領域６３の温度が利得領域６１よりも高くなるようにヒータ７０の温度を制御する。これにより、利得領域６１で所望の波長のレーザ発振をさせつつ、増幅領域６３の温度を高くすることができる。
また、実施例６では半導体レーザ素子６０ｂの利得領域６１、変調領域６２、及び増幅領域６３の全てがキャリア１４上に設けられているため、実施例３及び実施例４に比べて、半導体レーザ素子６０ｂの強度を向上させることができる。
また、実施例６によれば、ヒータ７０は増幅領域６３の電極２６と増幅領域６３側の端面との間に設けられている。これにより、ヒータ７０は利得領域６１及び変調領域６２から離れた位置に設けられるため、ヒータ７０による熱が利得領域６１及び変調領域６２に伝わることを抑制できる。
なお、実施例６では、ヒータ７０が増幅領域６３の電極２６と増幅領域６３側の端面との間に設けられている場合を例に示したが、これに限られる訳ではない。図２２は、半導体レーザ素子の他の例を示す平面図である。図２２のように、ヒータ７０は、増幅領域６３の活性層４７を伝搬する信号光の伝搬方向で、増幅領域６３の電極２６に沿って設けられていてもよい。これにより、増幅領域６３の活性層４７全体の温度を効率的に高くすることが出来る。また、ヒータ７０が設けられている場合でも、変調領域６２と増幅領域６３との間に光導波領域６４が設けられていてもよい。これにより、ヒータ７０による熱が利得領域６１及び変調領域６２に伝わることを抑制できる。
なお、実施例３から実施例６では、半導体レーザが利得領域と変調領域とを有するＥＭＬの場合を例に示したが、これに限られない。半導体レーザは、変調領域を有してなく、利得領域の電極に変調された駆動電流ＩＬＤが供給される直接変調型の半導体レーザの場合でもよい。
１０ 筐体
１１ レセプタクル
１２、１３ ＴＥＣ
１４、１５ キャリア
１６、１７ サーミスタ
１８ コントローラ
２０ 半導体レーザ
２１ ＳＯＡ
２２ ＰＤ
２３ レンズ
２４〜２６ 電極
２８ キャパシタ
２９ ＤＣ電源パッド
３０ 信号配線パターン
３１ 配線基板
３２ 信号パッド
３３ 電極
３４ パッド
４０ 半導体基板
４１ 活性層
４２ 光吸収層
４３ 上部クラッド層
４４ コルゲーション
４５ 電極
４６ 端面膜
４７ 活性層
４８、４９ 光導波層
５０ 半導体基板
５１ 活性層
５２ 上部クラッド層
５３ 電極
５４ 端面膜
６０〜６０ｂ 半導体レーザ素子
６１ 利得領域
６２ 変調領域
６３ 増幅領域
６４ 光導波領域
７０ ヒータ
１００〜６００、１１００、１２００ 光半導体装置
１０００ 光増幅システム

Claims (6)

  1. 筐体内に設けられた第１温度制御装置と、
    前記第１温度制御装置上に設けられ、変調信号光を出力する半導体レーザと、
    前記筐体内に設けられ、前記半導体レーザからの前記変調信号光を増幅する半導体光増幅器と、を備える光半導体装置。
  2. 前記第１温度制御装置とは異なる第２温度制御装置を備え、
    前記半導体光増幅器は、前記第２温度制御装置上に設けられている、請求項１に記載の光半導体装置。
  3. 前記第１温度制御装置及び前記第２温度制御装置の温度を制御するコントローラを備え、
    前記コントローラは、前記半導体光増幅器の温度が前記半導体レーザの温度よりも高くなるように前記第１温度制御装置及び前記第２温度制御装置の温度を制御する、請求項２に記載の光半導体装置。
  4. 半導体基板上に設けられ、信号光を出力する半導体レーザと、前記半導体基板上に設けられ、前記信号光を増幅する半導体光増幅器と、前記半導体基板上に設けられ、前記半導体光増幅器を加熱するヒータと、を集積する、半導体レーザ素子と、
    筐体内に設けられ、前記半導体レーザ素子を搭載する第１温度制御装置と、を備える光半導体装置。
  5. 半導体レーザと半導体光増幅器が同一筐体内に設けられる光半導体装置の制御方法において、
    前記半導体光増幅器の温度と前記半導体レーザの温度を異ならせる制御をする、光半導体装置の制御方法。
  6. 前記半導体光増幅器の温度が前記半導体レーザの温度よりも高くなるように制御する、請求項５に記載の光半導体装置の制御方法。
JP2016180918A 2016-09-15 2016-09-15 光半導体装置及び光半導体装置の制御方法 Pending JP2018046210A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016180918A JP2018046210A (ja) 2016-09-15 2016-09-15 光半導体装置及び光半導体装置の制御方法
US15/704,476 US10148061B2 (en) 2016-09-15 2017-09-14 Optical amplifying system and method of controlling the same
CN201710826866.1A CN107834355A (zh) 2016-09-15 2017-09-14 光学放大系统及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016180918A JP2018046210A (ja) 2016-09-15 2016-09-15 光半導体装置及び光半導体装置の制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018046210A true JP2018046210A (ja) 2018-03-22

Family

ID=61560776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016180918A Pending JP2018046210A (ja) 2016-09-15 2016-09-15 光半導体装置及び光半導体装置の制御方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10148061B2 (ja)
JP (1) JP2018046210A (ja)
CN (1) CN107834355A (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10547158B1 (en) * 2018-10-31 2020-01-28 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Optical communication device and system
CN116235374A (zh) * 2020-07-23 2023-06-06 特拉克森有限公司 具有改进的频率调制响应的半导体激光器
CN116417898B (zh) * 2023-06-09 2023-08-15 深圳市星汉激光科技股份有限公司 一种集成帕耳贴制冷的fp激光芯片及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010038262A1 (ja) * 2008-10-03 2010-04-08 富士通株式会社 光増幅制御装置、半導体光増幅器の制御方法、及び光伝送装置
JP2013118315A (ja) * 2011-12-05 2013-06-13 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体レーザ装置および半導体レーザモジュール
JP2013149949A (ja) * 2011-12-21 2013-08-01 Sumitomo Electric Device Innovations Inc 半導体光増幅器の制御方法及び測定方法、並びに半導体光増幅装置
WO2013180291A1 (ja) * 2012-05-31 2013-12-05 古河電気工業株式会社 半導体レーザモジュール

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10209542A (ja) 1997-01-27 1998-08-07 Sumitomo Electric Ind Ltd 光増幅方法及び光増幅システム
JP5243998B2 (ja) 2009-03-09 2013-07-24 大成建設株式会社 橋梁上部構造および橋梁上部構造の構築方法
JP5730469B2 (ja) * 2009-03-27 2015-06-10 古河電気工業株式会社 波長可変光源装置
JP5461046B2 (ja) 2009-03-31 2014-04-02 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 光半導体装置
JP5556137B2 (ja) * 2009-11-18 2014-07-23 住友電気工業株式会社 半導体レーザ装置
JP5180250B2 (ja) * 2010-03-18 2013-04-10 株式会社Ｑｄレーザ レーザシステム
JP5853599B2 (ja) * 2011-11-01 2016-02-09 富士通株式会社 発光装置及びその制御方法
US9001852B1 (en) * 2013-09-10 2015-04-07 Google Inc. Wavelength tunable laser

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010038262A1 (ja) * 2008-10-03 2010-04-08 富士通株式会社 光増幅制御装置、半導体光増幅器の制御方法、及び光伝送装置
JP2013118315A (ja) * 2011-12-05 2013-06-13 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体レーザ装置および半導体レーザモジュール
JP2013149949A (ja) * 2011-12-21 2013-08-01 Sumitomo Electric Device Innovations Inc 半導体光増幅器の制御方法及び測定方法、並びに半導体光増幅装置
WO2013180291A1 (ja) * 2012-05-31 2013-12-05 古河電気工業株式会社 半導体レーザモジュール

Also Published As

Publication number Publication date
CN107834355A (zh) 2018-03-23
US20180076595A1 (en) 2018-03-15
US10148061B2 (en) 2018-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5381993B2 (ja) 光増幅制御装置、半導体光増幅器の制御方法、及び光伝送装置
JP4341708B2 (ja) 半導体レーザ駆動装置、半導体レーザ駆動方法、光送信装置、光配線モジュール、および電子機器
US20110158278A1 (en) Hybrid silicon vertical cavity laser with in-plane coupling
JPWO2018146749A1 (ja) 波長可変レーザ装置
US9762029B2 (en) Semiconductor laser and optical integrated light source including the same
EP2062335A1 (en) Thermal compensation in semiconductor lasers
JP2003295243A (ja) 高調波光源装置、その駆動方法、およびそれを用いた画像表示装置、画像形成装置、光記録装置
JP2018046210A (ja) 光半導体装置及び光半導体装置の制御方法
US9711942B2 (en) Laser apparatus and optical transmitter
JP5203422B2 (ja) 半導体レーザモジュール
JP6038059B2 (ja) 波長可変光源および波長可変光源モジュール
JP5424136B2 (ja) 波長可変レーザ装置、光モジュールおよび波長可変レーザの制御方法
JP2012169499A (ja) 半導体レーザモジュール
US9601906B2 (en) Wavelength-tunable light source and wavelength-tunable light source module
JP6032601B2 (ja) 半導体光増幅器の制御方法及び測定方法、並びに半導体光増幅装置
JP2022506323A (ja) 外部反射戻り光耐性レーザ
JP2010182999A (ja) 半導体レーザ、光送信デバイス、光送受信装置、光送信デバイスの駆動方法
JP2016149529A (ja) 波長可変光源および波長可変光源モジュール
Ohata et al. Input-power and polarization insensitive all-optical wavelength converter with monolithically integrated monitor PD and gain-controlled SOA
JP6761390B2 (ja) 半導体光集積素子
JP2018014473A (ja) 光トランシーバの制御方法
JP2017188596A (ja) 光モジュール
JP4625661B2 (ja) 半導体光素子、レーザモジュール、及び光送受信器
JP2019057541A (ja) 半導体光集積素子
JP2013251424A (ja) 光集積素子

Legal Events

Date Code Title Description
A625 Written request for application examination (by other person)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625

Effective date: 20190821

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200715

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200811

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200930

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210112

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210226

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210713

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20220201