JP2019045437A - 測定装置および測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、光変調器集積半導体レーザにおける光変調器部の吸収スペクトルを高精度に測定することが可能な測定装置および測定方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明による測定装置１は、半導体レーザ部２と光変調器部４とが集積化された光変調器集積半導体レーザ３の吸収スペクトルを測定する測定装置であって、半導体レーザ部３の背面から出力した光の波長スペクトルである半導体レーザ波長スペクトルと、光変調器部４の前面から出力した光の波長スペクトルである光変調器波長スペクトルとを測定する光スペクトラムアナライザ９と、光スペクトラムアナライザ９が測定した光変調器波長スペクトルから半導体レーザ波長スペクトルを減算して吸収スペクトルを算出する演算部１０とを備え、半導体レーザ部３には、当該半導体レーザ部３が発振する電流の閾値未満の電流が注入される。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザと光変調器とが集積化された光変調器集積半導体レーザの吸収スペクトルを測定する測定装置および測定方法に関する。

従来、光変調器集積半導体レーザ自体の吸収スペクトルを測定することが難しかった。例えば、結晶成長構造を有する半導体ウェハの一方主面側に対して白色光源から出力された白色光を照射し、半導体ウェハを透過した光を半導体ウェハの他方主面側に設けられたモノクロメータで測定することによって、半導体ウェハにおける結晶成長構造の吸収スペクトルを得る方法が提案されている。しかし、この方法では、電界分布および光閉じ込め係数が半導体ウェハの結晶成長構造そのものとは異なるため、有意な測定結果が得られなかった。

また、光変調器集積半導体レーザ自体の特性を測定する技術として、光変調器集積半導体レーザから出力された光を測定し、非破壊の状態で変調器のみのチャーピングを抽出する、あるいは伝送特性の良好な素子を選別する技術が開示されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００１−１８５８０１号公報 特開平８−８６７１８号公報

特許文献１，２では、半導体レーザから発振した光の波長スペクトルを測定しているため、光変調器部の吸収スペクトルを高精度に測定することができないという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、光変調器集積半導体レーザにおける光変調器部の吸収スペクトルを高精度に測定することが可能な測定装置および測定方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明による測定装置は、半導体レーザと光変調器とが集積化された光変調器集積半導体レーザの吸収スペクトルを測定する測定装置であって、半導体レーザの背面から出力した光の波長スペクトルである半導体レーザ波長スペクトルと、光変調器の前面から出力した光の波長スペクトルである光変調器波長スペクトルとを測定する光スペクトラムアナライザと、光スペクトラムアナライザが測定した光変調器波長スペクトルから半導体レーザ波長スペクトルを減算して吸収スペクトルを算出する演算部とを備え、半導体レーザには、当該半導体レーザが発振する電流の閾値未満の電流が注入される。

また、本発明による測定方法は、半導体レーザと光変調器とが集積化された光変調器集積半導体レーザの吸収スペクトルを測定する測定方法であって、（ａ）半導体レーザの背面から出力した光の波長スペクトルである半導体レーザ波長スペクトルと、光変調器の前面から出力した光の波長スペクトルである光変調器波長スペクトルとを測定する工程と、（ｂ）工程（ａ）で測定した光変調器波長スペクトルから半導体レーザ波長スペクトルを減算して吸収スペクトルを算出する工程とを備え、工程（ａ）において、半導体レーザには、当該半導体レーザが発振する電流の閾値未満の電流が注入される。

本発明によれば、測定装置は、半導体レーザと光変調器とが集積化された光変調器集積半導体レーザの吸収スペクトルを測定する測定装置であって、半導体レーザの背面から出力した光の波長スペクトルである半導体レーザ波長スペクトルと、光変調器の前面から出力した光の波長スペクトルである光変調器波長スペクトルとを測定する光スペクトラムアナライザと、光スペクトラムアナライザが測定した光変調器波長スペクトルから半導体レーザ波長スペクトルを減算して吸収スペクトルを算出する演算部とを備え、半導体レーザには、当該半導体レーザが発振する電流の閾値未満の電流が注入されるため、光変調器集積半導体レーザにおける光変調器部の吸収スペクトルを高精度に測定することが可能となる。

また、測定方法は、半導体レーザと光変調器とが集積化された光変調器集積半導体レーザの吸収スペクトルを測定する測定方法であって、（ａ）半導体レーザの背面から出力した光の波長スペクトルである半導体レーザ波長スペクトルと、光変調器の前面から出力した光の波長スペクトルである光変調器波長スペクトルとを測定する工程と、（ｂ）工程（ａ）で測定した光変調器波長スペクトルから半導体レーザ波長スペクトルを減算して吸収スペクトルを算出する工程とを備え、工程（ａ）において、半導体レーザには、当該半導体レーザが発振する電流の閾値未満の電流が注入されるため、光変調器集積半導体レーザにおける光変調器部の吸収スペクトルを高精度に測定することが可能となる。

本発明の実施の形態１による測定装置の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１による測定装置が測定した結果の一例を示すグラフである。

本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１による測定装置１の構成の一例を示す図である。図１に示すように、測定装置１は、光変調器集積半導体レーザ２と、電流源５と、電圧源６と、光学系７，８と、光スペクトラムアナライザ９と、演算部１０とを備えている。

光変調器集積半導体レーザ２は、半導体レーザ部３と光変調器部４とを有している。半導体レーザ部３は半導体レーザに対応し、光変調器部４は電界吸収（Electro Absorption：ＥＡ）型光変調器に対応している。すなわち、光変調器集積半導体レーザ２には、半導体レーザと電界吸収型光変調器とが集積化されている。電流源５は、半導体レーザ部３に電流を供給する。電圧源６は、光変調器部４に電圧を印加する。

光学系７は、半導体レーザ部３の背面から出力した光を集光する、レンズ付き光ファイバなどの光学系である。光学系８は、光変調器部４の前面から出力した光を集光する、レンズ付き光ファイバなどの光学系である。

光スペクトラムアナライザ９は、光学系７が集光した光の波長スペクトルである半導体レーザ波長スペクトルと、光学系８が集光した光の波長スペクトルである光変調器波長スペクトルとを測定する。

演算部１０は、光スペクトラムアナライザ９が測定した光変調器波長スペクトルから半導体レーザ波長スペクトルを減算して吸収スペクトルを算出する。吸収スペクトルの算出の詳細については後述する。

次に、光変調器集積半導体レーザ２における光変調器部４の吸収スペクトルの測定方法について説明する。

まず、電流源５から半導体レーザ部３に対して、半導体レーザ部３が発振する電流の閾値未満の電流を供給する。このとき、半導体レーザ部３からは、自然放出（Amplified Spontaneous Emission：ＡＳＥ）光が出力される。光スペクトラムアナライザ９は、半導体レーザ部３の背面から出力して光学系７で集光された光の波長スペクトルである半導体レーザ波長スペクトル（単位［ｄＢ］）を測定する。

次に、電圧源６から光変調器部４に対して、所望の電圧を印加する。光スペクトラムアナライザ９は、光変調器部４の前面から出力して光学系８で集光された光の波長スペクトルである光変調器波長スペクトル（単位［ｄＢ］）を測定する。

次に、演算部１０は、光スペクトラムアナライザ９が測定した光変調器波長スペクトルから半導体レーザ波長スペクトルを減算して吸収スペクトルを算出する。具体的には、
演算部１０は、半導体レーザ波長スペクトルをＡ、光変調器波長スペクトルをＢ、光変調器部４の前面の反射率をＲｆ、半導体レーザ部３の背面の反射率をＲｒとすると、下記の式（１）によって光変調器部４の吸収スペクトルを算出する。
Ｂ−Ａ＋ｌｏｇ（１−Ｒｆ）−ｌｏｇ（１−Ｒｒ） ・・・（１）

なお、光変調器部４への印加電圧の変化に対する吸収スペクトルの相対値のみを必要とする場合、演算部１０は、上記の式（１）に代えて下記の式（２）によって光変調器部４の吸収スペクトルを算出してもよい。
Ｂ−Ａ ・・・（２）

図２は、演算部１０が算出した光変調器部４の吸収スペクトルの一例を示すグラフである。図２において、横軸は波長（単位［ｎｍ］）、縦軸は光吸収量（単位［ｄＢ］）を示している。図２では、電圧源６から光変調器部４への印加電圧に対する吸収スペクトルを示している。

演算部１０は、吸収スペクトルから、各波長に対する吸収係数を算出することができる。具体的には、演算部１０は、下記の式（３）によって各波長に対する吸収係数α（単位［ｃｍ^−１］）を算出する。なお、式（３）に示す変調器長は、図１の左右方向における光変調器部４の長さ（単位［ｃｍ］）である。
吸収係数α＝１０＾（光吸収量／１０）／変調器長 ・・・（３）

以上のことから、本実施の形態１によれば、光変調器集積半導体レーザ自体の吸収スペクトルを容易に測定することができる。また、演算部１０は、光変調器部４から出力された波長スペクトルと、半導体レーザ部３から出力された自然放出光の波長スペクトルとに基づいて吸収スペクトルを算出しているため、光変調器集積半導体レーザ２における光変調器部４の吸収スペクトルを高精度に測定することが可能となる。

なお、半導体レーザ部３は、分布帰還型（Distributed Feedback：ＤＦＢ）レーザ、分布反射型（Distributed Bragg Reflector：ＤＢＲ）レーザ、またはファブリー・ペローレーザの何れであっても良い。特に、半導体レーザ部３がファブリー・ペローレーザである場合は、自然放出光の波長に対する平坦性が、回折格子を有する半導体レーザである分布帰還型レーザおよび分布反射型レーザよりも良いため、より正確な測定を行うことができる。

上記では、光変調器部４が電界吸収型光変調器である場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、光変調器部４は、マッハツェンダ型光変調器であってもよい。光変調器部４がマッハツェンダ型光変調器であっても、上記と同様の効果が得られる。

＜実施の形態２＞
本発明の実施の形態２による測定装置は、実施の形態１による測定装置１と同じである。演算部１０は、実施の形態１で算出した光変調器集積半導体レーザ２における光変調器部４の吸収係数αを用いて、光変調器部４への印加電圧に対する吸収係数αの変化量ｄα／ｄＶから、光変調器部４への印加電圧に対する特定の波長における屈折率の変化量ｄｎ／ｄＶを算出する。

光変調器部４への印加電圧に対する吸収係数αの変化量ｄα／ｄＶと、光変調器部４への印加電圧に対する特定の波長における屈折率の変化量ｄｎ／ｄＶとには、クラマース・クロニッヒの関係がある。従って、特定の波長に対するヒルベルト変換を行うことによって、光変調器部４への印加電圧に対する吸収係数αの変化量ｄα／ｄＶから、光変調器部４への印加電圧に対する特定の波長における屈折率の変化量ｄｎ／ｄＶを算出する算出することができる。

また、演算部１０は、算出した光変調器部４への印加電圧に対する吸収係数αの変化量ｄα／ｄＶと、光変調器部４への印加電圧に対する特定の波長における屈折率の変化量ｄｎ／ｄＶとの比をアルファパラメータｄｎ／ｄαとして算出する。アルファパラメータｄｎ／ｄαは、チャープパラメータとも呼ばれ、光変調器部４で変調された変調光が、波長分散がある光ファイバ内を信号劣化することなく伝送される指標として重要なパラメータである。演算部１０は、アルファパラメータｄｎ／ｄαを参照して、光変調器集積半導体レーザの伝送特性の良または不良を判定する。

以上のことから、本実施の形態２によれば、演算部１０が算出したアルファパラメータｄｎ／ｄαを参照することによって、伝送試験を直接行うことなく、伝送特性が不良である光変調器集積半導体レーザを選別することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 測定装置、２ 光変調器集積半導体レーザ、３ 半導体レーザ部、４ 光変調器部、５ 電流源、６ 電圧源、７，８ 光学系、９ 光スペクトラムアナライザ、１０ 演算部。

Claims (12)

1. 半導体レーザと光変調器とが集積化された光変調器集積半導体レーザの吸収スペクトルを測定する測定装置であって、
   前記半導体レーザの背面から出力した光の波長スペクトルである半導体レーザ波長スペクトルと、前記光変調器の前面から出力した光の波長スペクトルである光変調器波長スペクトルとを測定する光スペクトラムアナライザと、
   前記光スペクトラムアナライザが測定した前記光変調器波長スペクトルから前記半導体レーザ波長スペクトルを減算して吸収スペクトルを算出する演算部と、
   を備え、
   前記半導体レーザには、当該半導体レーザが発振する電流の閾値未満の電流が注入されることを特徴とする、測定装置。
2. 前記演算部は、前記半導体レーザ波長スペクトルをＡ、前記光変調器波長スペクトルをＢ、前記光変調器の前面の反射率をＲｆ、前記半導体レーザの背面の反射率をＲｒとすると、
   Ｂ−Ａ＋ｌｏｇ（１−Ｒｆ）−ｌｏｇ（１−Ｒｒ）
   により前記吸収スペクトルを算出することを特徴とする、請求項１に記載の測定装置。
3. 前記演算部は、前記吸収スペクトルから波長に対する吸収係数を算出することを特徴とする、請求項１または２に記載の測定装置。
4. 前記演算部は、前記光変調器への印加電圧に対する前記吸収係数の変化量に基づいて、前記光変調器への印加電圧に対する特定の波長における屈折率の変化量を算出し、前記吸収係数の変化量と前記屈折率の変化量との比をアルファパラメータとして算出することを特徴とする、請求項３に記載の測定装置。
5. 前記演算部は、前記アルファパラメータを用いて、伝送特性の良または不良の判定を行うことを特徴とする、請求項４に記載の測定装置。
6. 前記光変調器は、電界吸収型光変調器またはマッハツェンダ型光変調器であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の測定装置。
7. 半導体レーザと光変調器とが集積化された光変調器集積半導体レーザの吸収スペクトルを測定する測定方法であって、
   （ａ）前記半導体レーザの背面から出力した光の波長スペクトルである半導体レーザ波長スペクトルと、前記光変調器の前面から出力した光の波長スペクトルである光変調器波長スペクトルとを測定する工程と、
   （ｂ）前記工程（ａ）で測定した前記光変調器波長スペクトルから前記半導体レーザ波長スペクトルを減算して吸収スペクトルを算出する工程と、
   を備え、
   前記工程（ａ）において、前記半導体レーザには、当該半導体レーザが発振する電流の閾値未満の電流が注入されることを特徴とする、測定方法。
8. 前記工程（ｂ）は、前記半導体レーザ波長スペクトルをＡ、前記光変調器波長スペクトルをＢ、前記光変調器の前面の反射率をＲｆ、前記半導体レーザの背面の反射率をＲｒとすると、
   Ｂ−Ａ＋ｌｏｇ（１−Ｒｆ）−ｌｏｇ（１−Ｒｒ）
   により前記吸収スペクトルを算出することを特徴とする、請求項７に記載の測定方法。
9. （ｃ）前記工程（ｂ）で算出された前記吸収スペクトルから、波長に対する吸収係数を算出する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項７または８に記載の測定方法。
10. （ｄ）前記工程（ｃ）で算出された前記光変調器への印加電圧に対する前記吸収係数の変化量に基づいて、前記光変調器への印加電圧に対する特定の波長における屈折率の変化量を算出し、前記吸収係数の変化量と前記屈折率の変化量との比をアルファパラメータとして算出する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項９に記載の測定方法。
11. （ｅ）前記工程（ｄ）で算出された前記アルファパラメータを用いて、伝送特性の良または不良の判定を行うことを特徴とする、請求項１０に記載の測定方法。
12. 前記光変調器は、電界吸収型光変調器またはマッハツェンダ型光変調器であることを特徴とする、請求項７から１１のいずれか１項に記載の測定方法。

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