JP3168855B2 - 半導体光源装置およびその制御方法 - Google Patents
半導体光源装置およびその制御方法Info
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Description
定に行い得る波長可変レーザダイオード(素子)を少な
くとも1つ以上有してなる半導体光源装置に関するもの
であり、さらに詳しくは、前記素子の温度の変動による
波長ドリフトを低減するとともに、複数素子構成の場合
には、個々の波長可変レーザダイオードの波長設定を他
の波長可変レーザダイオードに対して熱クロストークに
よる波長変動を及ぼすことなく行い得る波長可変半導体
光源装置およびその制御方法に関するものである。
て波長可変レーザダイオードの代表的な構造である分布
型ブラッグ反射鏡(DBR)レーザ素子の一例(IEE
E Photonics Technology Le
tters,Vol.3,No.4,1991,pp.
299−301.)を、図6に示す。
3はDBR領域である。
原理は、以下の通りである。
の端とDBR領域3とによって構成され、発振波長は、
共振器におけるファブリペロー共振のうち、DBRの反
射率特性によって選択されたものとなる。DBRの反射
率特性は、DBR領域3に注入される電流で媒体の屈折
率を制御することにより調整を行い、発振波長を変化さ
せることができる。また、位相調整領域に注入する電流
を適当な値に制御することにより、擬似連続的な波長可
変動作が可能となる。
特定の範囲内において出力波長が設定可能であり、波長
設定のために要する時間は数ns〜数十nsである。し
かし、波長設定においては、DBR領域3と位相調整領
域2への注入電流を変化させるため、素子温度の変動を
伴い、波長安定に1ms以上の時間を要するという問題
点があった。また、この素子温度の変動は、上記波長可
変半導体レーザダイオードを1つの半導体基板上に複数
配置する場合には、熱クロストークにより他チャンネル
の波長変動を引き起こすという問題点をも含んでいた。
長可変レーザダイオードにおいては、DBR領域と位相
調整領域への注入電流を変化させることにより波長設定
を行うため、注入電流により副次的に発生する素子温度
の変動を避けることができない。したがって、この従来
の素子では、波長を変化させた後に波長ドリフトが発生
し、波長が長期的に安定するまでに、1ms以上の時間
を要するという問題点があった。また、この素子温度の
変動は、上記波長可変半導体レーザダイオードを1つの
半導体基板上に複数配置する場合には、隣接する他素子
に対しても熱クロストークによる素子温度の変動をもた
らし、他チャンネルの波長をも変動させるという問題点
があった。
たもので、その課題は、少なくとも一つの波長可変レー
ザダイオードを有してなる波長可変半導体光源装置にお
いて、前記素子の温度変動による波長ドリフトを低減す
るとともに、複数のレーザダイオードから構成される場
合に、隣接する他素子に対する熱クロストークを大幅に
低減することにある。
に、本発明の請求項1の半導体光源装置は、半導体基板
上に波長可変レーザダイオードが形成され、該波長可変
レーザダイオードの少なくとも波長設定用電極に隣接し
て熱ドリフト制御用電極が設けられてなる装置本体と、
前記波長設定用電極に注入する電流量と前記熱ドリフト
制御用電極に注入する電流量を相補的に制御する波長設
定用電気制御回路と、を具備することを特徴とする。
記請求項1の装置において、波長可変レーザダイオード
が同一半導体基板上に少なくとも2つ以上配置され、個
々の素子にそれぞれの波長を独立に制御する前記電気制
御回路が設けられていることを特徴とする。
記請求項1または2の装置において、波長可変レーザダ
イオードとして、波長可変分布型ブラッグ反射鏡(DB
R)レーザダイオードが用いられ、その波長設定電極な
らびに位相制御電極にそれぞれ隣接して独立な熱ドリフ
ト制御用電極が設けられていることを特徴とする。
記請求項1ないし3のいずれかの装置において、波長可
変レーザダイオードにおける熱ドリフト制御用電極の構
造として、該電極下の半導体における電流注入部の構造
が、隣接した被制御電極下の半導体における電流注入部
の構造と同一であることを特徴とする。
の制御方法は、半導体基板上に形成された波長可変レー
ザダイオードの波長設定用電極に隣接して熱ドリフト制
御用電極を設けてなる装置本体を有する半導体光源装置
の制御方法であって、前記波長設定用電極に注入する電
流量と前記熱ドリフト制御用電極に注入する電流量を相
補的に制御することを特徴とする。
方法は、半導体基板上に形成された分布型ブラッグ反射
鏡(DBR)レーザダイオードの波長設定用電極ならび
に位相制御電極にそれぞれ隣接して独立な熱ドリフト制
御用電極を設けてなる装置本体を有する半導体光源装置
の制御方法であって、前記波長設定用電極に注入する電
流量と隣接した熱ドリフト制御用電極に注入する電流量
を相補的に制御するとともに、前記位相制御電極に注入
する電流量と隣接した熱ドリフト制御用電極に注入する
電流量を相補的に制御することを特徴とする。
方法は、同一半導体基板上に、2つ以上の波長可変レー
ザダイオードを設けるとともに、これら波長可変レーザ
ダイオードの各波長設定用電極に隣接してそれぞれ熱ド
リフト制御用電極を設けてなる装置本体を有する半導体
光源装置の制御方法であって、前記波長設定用電極に注
入する電流量と前記熱ドリフト制御用電極に注入する電
流量をそれぞれ独立にかつ相補的に制御することを特徴
とする。
方法は、同一半導体基板上に、波長設定用電極ならびに
位相制御電極にそれぞれ隣接した独立な熱ドリフト制御
用電極を設けた分布型ブラッグ反射鏡(DBR)レーザ
ダイオードを少なくとも2つ以上配置した装置本体を有
する半導体光源装置の制御方法であって、前記波長設定
用電極に注入する電流量と隣接した熱ドリフト制御用電
極に注入する電流量を相補的にかつDBRレーザダイオ
ード毎にそれぞれ独立に制御するとともに、前記位相制
御電極に注入する電流量と隣接した熱ドリフト制御用電
極に注入する電流量を相補的にかつDBRレーザダイオ
ード毎にそれぞれ独立に制御することを特徴とする。
方法は、前記請求項5ないし8のいずれかの制御方法に
おいて、波長設定用電極に注入する電流量(IDBR )と
前記熱ドリフト制御用電極に注入する電流量(ITDC )
を次式の関係に基づいて制御し、装置本体内における発
熱量を常に一定に保つことを特徴とする。
可変な半導体光源装置として作用する。すなわち、波長
可変レーザダイオードの波長設定用電極に隣接して熱ド
リフト制御用電極を設け、それぞれの電極に注入する電
流量を相補的に制御する構成であるので、素子内部にお
ける発熱量が常に一定に保たれ、素子温度の変動による
波長ドリフトを排除することが可能となった。さらに、
波長可変半導体レーザダイオードを1つの半導体基板上
に複数配置する場合には、隣接する他素子に対する熱ク
ロストークによる波長ドリフトをも排除することが可能
となった。
説明する。
実施例を示すもので、本発明を、波長可変レーザダイオ
ード2個からなる半導体光源装置に応用した場合の構成
図である。
は波長可変レーザダイオード、21Aおよび22Aは前
記波長可変レーザダイオード21および22を構成する
活性領域電極、同様に21Bおよび22Bは波長設定用
電極、31および32は熱ドリフト制御用電極、41お
よび42は波長設定用電気制御回路である。なお、前記
構成において、半導体基板20、波長可変レーザダイオ
ード21、22、熱ドリフト制御用電極31、32は、
装置本体を構成している。
光源装置をDBRレーザダイオード2個を同一基板上に
集積して実現した場合の一実施例において、半導体モノ
リシック集積素子部分(装置本体)の構造を示した一部
断面視した斜視図であり、図3は、前記波長設定用電極
21B、22B、および熱ドリフト制御用電極31、3
2部分の断面図である。
101はp型InGaAs層、102はp型InP層、
103は波長可変レーザダイオードの活性層となる層で
あり、2種類の組成のInGaAsP層の多重積層によ
って構成された多重量子井戸層、104はInGaAs
P層に回折格子を形成することによって構成した波長設
定用ブラッグ反射鏡層、110はボンディングパッド電
極部分の浮遊容量を低減するためのポリイミド層、12
0は裏面側電極である。
31および32直下の半導体における電流注入部の構造
は、波長設定用電極21Bおよび22B直下の半導体に
おける電流注入部の構造と同一である。
動作について説明する。
の活性領域電極21Aおよび22Aには、それぞれ所要
のパワーで発振するように電流が注入されている。波長
設定の際、あるいは設定された波長を変更、再設定する
際に、波長設定用電極21B,22Bと熱ドリフト制御
用電極31,32とに注入される電流量は、以下のよう
に決定される。
に注入される電流をそれぞれI21B,I22B とし、熱ド
リフト制御用電極に注入される電流をそれぞれI31,I
32とすると、それらの間には、素子内部における発熱量
を常に一定にするために、次式の関係を保たせる。式
中、IMax1およびIMax2は、所定の波長範囲を設定する
ための、それぞれI21B およびI22B の最大値である。
決まる補正係数であり、実際には演算増幅器の利得ある
いは利得の関数形を初期設定時に調整することにより、
決定される。初期設定後、上記の電流バランスを満たす
動作は、波長設定用電気制御回路41および42によっ
て、自動的に行われる。
によって実現した素子の熱クロストークによる波長ドリ
フトの改善効果を実測するために行った実験結果につい
て、説明する。
用電極21Bと熱ドリフト制御用電極31に注入する電
流の総和を一定に制御した場合、すなわち、簡単のため
に式(1)を次式(3)に置き換えてDBRレーザダイ
オード21の波長設定を行った場合における、同DBR
レーザダイオード21ともう一方のDBRレーザダイオ
ード22の出力波長を実測した結果を示すグラフであ
る。
きく変わる間にDBRレーザダイオード22の出力波長
の変化は小さいこと、すなわち、集積素子において他素
子に及ぼす熱クロストークによる波長ドリフトが小さい
こと、が分かる。
熱ドリフト制御用電極を使用して制御を行った上記の場
合と、熱ドリフト制御用電極を使用しない場合とでの他
素子に及ぼす熱クロストークの差について、実測を行っ
た結果を示すグラフである。図中、波長はそれぞれの条
件におけるDBRレーザダイオード22の出力波長を示
している。この図に示したグラフより、熱ドリフト制御
用電極を使用した場合には、熱クロストークによる波長
ドリフトが1/2程度に低減されていることが分かる。
フト制御用電極に注入する電流量を簡単のため一次関数
で制御したため、すなわち、式(3)による制御を行っ
たため、波長ドリフトの改善効果は原理的に1/2程度
に留まっているが、式(1),(2)に示した関係式を
用いてパラメータを最適化することにより、原理的に熱
クロストークによる波長ドリフトを排除することが可能
である。
するため、位相制御用電極を具備しないDBRレーザダ
イオードを例にして動作を述べたが、位相制御用電極を
有するDBRレーザダイオードにおいては、以下の2通
りの方法で同様の制御が可能である。
立に電気制御回路を設け、同一の法則に従って位相制御
用電極と位相制御用電極用の熱ドリフト制御用電極を制
御する。
路および熱ドリフト制御用電極の電気制御回路を共用
し、それぞれの出力を半固定抵抗等で2分配し、その片
方を波長設定用電極と波長設定用電極用の熱ドリフト制
御用電極に接続するとともに、もう片方を位相制御用電
極と位相制御用電極用の熱ドリフト制御用電極に接続
し、それぞれに対して同様の制御を行う。
源装置は、波長可変レーザダイオードの波長設定用電極
に隣接して熱ドリフト制御用電極を設け、それぞれの電
極に注入する電流量を相補的に制御する構成であるの
で、素子内部における発熱量が常に一定に保つことがで
き、以下に示すような効果を奏するものである。
動による波長ドリフトを原理的に排除することが可能で
あり、簡単な制御回路で安定に動作する波長可変半導体
光源装置として用いることができる。
を1つの半導体基板上に複数配置する場合には、隣接す
る他素子に対する熱クロストークによる波長ドリフトを
原理的に排除することが可能であり、簡単な制御回路で
安定に動作するモノリシック集積型波長可変半導体光源
装置として用いることができる。
成図である。
モノリシック素子部分(装置本体)の構造を示す一部断
面視した斜視図である。
モノリシック素子部分(装置本体)の構造を示す一断面
図である。
ドリフトを実測するために行った実験結果を示すグラフ
である。
ドリフトの改善効果を実測するために行った実験結果を
示すグラフである。
導体レーザダイオードの一例を示す模式図である。
活性領域電極 22A,22B 波長可変レーザダイオードを構成する
波長設定用電極 31,32 熱ドリフト制御用電極 100 n型InP層 101 p型InGaAs層 102 p型InP層 103 波長可変レーザダイオードの活性層となる多重
量子井戸層 104 波長設定用ブラッグ反射鏡層 110 ポリイミド層 120 裏面側電極
Claims (9)
- 【請求項1】 半導体基板上に波長可変レーザダイオー
ドが形成され、該波長可変レーザダイオードの少なくと
も波長設定用電極に隣接して熱ドリフト制御用電極が設
けられてなる装置本体と、 前記波長設定用電極に注入する電流量と前記熱ドリフト
制御用電極に注入する電流量を相補的に制御する波長設
定用電気制御回路と、を具備することを特徴とする半導
体光源装置。 - 【請求項2】 前記波長可変レーザダイオードが同一半
導体基板上に少なくとも2つ以上配置され、個々の素子
にそれぞれの波長を独立に制御する前記電気制御回路が
設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導
体光源装置。 - 【請求項3】 前記波長可変レーザダイオードとして、
波長可変分布型ブラッグ反射鏡(DBR)レーザダイオ
ードが用いられ、その波長設定電極ならびに位相制御電
極にそれぞれ隣接して独立な熱ドリフト制御用電極が設
けられていることを特徴とする請求項1または2に記載
の半導体光源装置。 - 【請求項4】 前記波長可変レーザダイオードにおける
熱ドリフト制御用電極の構造として、該電極下の半導体
における電流注入部の構造が、隣接した被制御電極下の
半導体における電流注入部の構造と同一であることを特
徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体光
源装置。 - 【請求項5】 半導体基板上に形成された波長可変レー
ザダイオードの波長設定用電極に隣接して熱ドリフト制
御用電極を設けてなる装置本体を有する半導体光源装置
の制御方法であって、 前記波長設定用電極に注入する電流量と前記熱ドリフト
制御用電極に注入する電流量を相補的に制御することを
特徴とする半導体光源装置の制御方法。 - 【請求項6】 半導体基板上に形成された分布型ブラッ
グ反射鏡(DBR)レーザダイオードの波長設定用電極
ならびに位相制御電極にそれぞれ隣接して独立な熱ドリ
フト制御用電極を設けてなる装置本体を有する半導体光
源装置の制御方法であって、 前記波長設定用電極に注入する電流量と隣接した熱ドリ
フト制御用電極に注入する電流量を相補的に制御すると
ともに、前記位相制御電極に注入する電流量と隣接した
熱ドリフト制御用電極に注入する電流量を相補的に制御
することを特徴とする半導体光源装置の制御方法。 - 【請求項7】 同一半導体基板上に、2つ以上の波長可
変レーザダイオードを設けるとともに、これら波長可変
レーザダイオードの各波長設定用電極に隣接してそれぞ
れ熱ドリフト制御用電極を設けてなる装置本体を有する
半導体光源装置の制御方法であって、 前記波長設定用電極に注入する電流量と前記熱ドリフト
制御用電極に注入する電流量をそれぞれ独立にかつ相補
的に制御することを特徴とする半導体光源装置の制御方
法。 - 【請求項8】 同一半導体基板上に、波長設定用電極な
らびに位相制御電極にそれぞれ隣接した独立な熱ドリフ
ト制御用電極を設けた分布型ブラッグ反射鏡(DBR)
レーザダイオードを少なくとも2つ以上配置した装置本
体を有する半導体光源装置の制御方法であって、 前記波長設定用電極に注入する電流量と隣接した熱ドリ
フト制御用電極に注入する電流量を相補的にかつDBR
レーザダイオード毎にそれぞれ独立に制御するととも
に、前記位相制御電極に注入する電流量と隣接した熱ド
リフト制御用電極に注入する電流量を相補的にかつDB
Rレーザダイオード毎にそれぞれ独立に制御することを
特徴とする半導体光源装置の制御方法。 - 【請求項9】 前記波長設定用電極に注入する電流量
(IDBR )と前記熱ドリフト制御用電極に注入する電流
量(ITDC )を次式の関係に基づいて制御し、装置本体
内における発熱量を常に一定に保つことを特徴とする請
求項5ないし8のいずれかに記載の半導体光源装置の制
御方法。 【数1】ITDC =(αIMax 2−βIDBR 2)1/2 ここで、IMax は所定の波長範囲を設定するために波長
設定用電極に注入する電流量の最大値であり、αおよび
βは素子構造によって決まる補正係数である。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP04200695A JP3168855B2 (ja) | 1995-03-01 | 1995-03-01 | 半導体光源装置およびその制御方法 |
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JP04200695A JP3168855B2 (ja) | 1995-03-01 | 1995-03-01 | 半導体光源装置およびその制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH08236869A JPH08236869A (ja) | 1996-09-13 |
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Family
ID=12624108
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04200695A Expired - Lifetime JP3168855B2 (ja) | 1995-03-01 | 1995-03-01 | 半導体光源装置およびその制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2008108475A1 (ja) | 2007-03-08 | 2008-09-12 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 波長可変半導体レーザ素子及びその制御装置、制御方法 |
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KR100953559B1 (ko) * | 2007-12-13 | 2010-04-21 | 한국전자통신연구원 | 파장 가변 반도체 레이저 장치 |
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-
1995
- 1995-03-01 JP JP04200695A patent/JP3168855B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
Title |
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1995年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会 C−206 p.206 |
Conf Proc Int LEOS Annu Meet Vol.8th No.Vol 2(1995)p.297−298 |
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WO2008108475A1 (ja) | 2007-03-08 | 2008-09-12 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 波長可変半導体レーザ素子及びその制御装置、制御方法 |
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