JP3214700B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、雑音特性の改善を図った半導体レーザ装置
に関する。
に関する。
（従来の技術） 近年、高速短距離光通信システムとしてマルチモード
光ファイバーと半導体レーザを用いるシステムが実用化
されている。しかしながら、レーザ光の可干渉性が優れ
ていることがわざわいして、光コネクタ使用部品などに
おいていわゆるモーダルノイズが発生し、伝送品質の劣
化が生じることが知られている。このためモーダルノイ
ズ対策として伝送信号に高周波信号を重畳し、レーザの
発振スペクトルを多モード化してレーザ光の可干渉性を
低減する方法が用いられている。
光ファイバーと半導体レーザを用いるシステムが実用化
されている。しかしながら、レーザ光の可干渉性が優れ
ていることがわざわいして、光コネクタ使用部品などに
おいていわゆるモーダルノイズが発生し、伝送品質の劣
化が生じることが知られている。このためモーダルノイ
ズ対策として伝送信号に高周波信号を重畳し、レーザの
発振スペクトルを多モード化してレーザ光の可干渉性を
低減する方法が用いられている。
従来の高周波重畳法としては、例えば伝送信号に高周
波信号を加算し、さらにバイアス電流を加えてレーザダ
イオードに印加する方法がある。この種の方法は、半導
体レーザの発振閾値以下から発振閾値以上に半導体レー
ザへの注入電流を高周波変調して多モード化しており、
レーザ発振閾値付近が自然放出光の寄与が大きく、多モ
ード発振となり易いことを利用している。ところが、多
モード状態を保持するためには、第６図のように常に光
のオンオフを繰り返さなければならず、そのため、受信
電力が光をオンオフする分だけ小さくなる。またこれに
より、信号対雑音比（Signal Noise ratio,以下S/Nと記
す）の低下がもたらされる。さらに、バイアス電流が閾
値近傍あるいは閾値以上の場合には、第７図のように信
号電流が零の時にも閾値以上の高周波信号電流による光
出力を伴うことになる。そのためディジタル変調を行っ
たときの消光比が低下し、ビット誤り率が増加するなど
の問題点があった。
波信号を加算し、さらにバイアス電流を加えてレーザダ
イオードに印加する方法がある。この種の方法は、半導
体レーザの発振閾値以下から発振閾値以上に半導体レー
ザへの注入電流を高周波変調して多モード化しており、
レーザ発振閾値付近が自然放出光の寄与が大きく、多モ
ード発振となり易いことを利用している。ところが、多
モード状態を保持するためには、第６図のように常に光
のオンオフを繰り返さなければならず、そのため、受信
電力が光をオンオフする分だけ小さくなる。またこれに
より、信号対雑音比（Signal Noise ratio,以下S/Nと記
す）の低下がもたらされる。さらに、バイアス電流が閾
値近傍あるいは閾値以上の場合には、第７図のように信
号電流が零の時にも閾値以上の高周波信号電流による光
出力を伴うことになる。そのためディジタル変調を行っ
たときの消光比が低下し、ビット誤り率が増加するなど
の問題点があった。
（発明が解決しようとする課題） 本発明は、このような従来技術のような高周波信号の
重畳に伴う平均受光電力の低下やS/Nの低下を減少さ
せ、さらにはディジタル変調時の消光比低下を改善する
ことのできる、半導体レーザ装置の提供を目的としてい
る。
重畳に伴う平均受光電力の低下やS/Nの低下を減少さ
せ、さらにはディジタル変調時の消光比低下を改善する
ことのできる、半導体レーザ装置の提供を目的としてい
る。
（課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、伝送信号またはバイアス電流に重畳
した伝送信号を印加する部分と高周波信号を印加する部
分を別々に設け、それぞれを個々に駆動させることによ
り平均受光電力の低下と消光比の劣化を防ぐものであ
る。
した伝送信号を印加する部分と高周波信号を印加する部
分を別々に設け、それぞれを個々に駆動させることによ
り平均受光電力の低下と消光比の劣化を防ぐものであ
る。
（作 用） 本発明によれば、半導体レーザを多モード発振させて
もモーダルノイズの影響を低減しつつ、消光比を大きく
とることができ、また、平均受光電力も大きくすること
が可能であるためS/Nやビット誤り率を改善することが
可能であるという効果を持つ。
もモーダルノイズの影響を低減しつつ、消光比を大きく
とることができ、また、平均受光電力も大きくすること
が可能であるためS/Nやビット誤り率を改善することが
可能であるという効果を持つ。
（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明実施例の説明を行っ
ていく。
ていく。
第１図は本発明実施例を示す半導体レーザ装置の構成
図であり１は半導体レーザ素子、2a,2b,3は電流注入電
極、４はレーザ活性層、５は例えばSiO2などの物質ある
いは、空隙などで構成される絶縁部である。ここで１の
半導体レーザ素子は電流注入型であればよく、例えばフ
ァブリペロー型であってもDFB型であってもかまわな
い。ここでは、電極及び絶縁部形状を長方形としている
が、半導体レーザ素子１を発光させることができる形状
であれば任意の形で良い。なお、Ｌは半導体レーザ素子
１の共振器長である。
図であり１は半導体レーザ素子、2a,2b,3は電流注入電
極、４はレーザ活性層、５は例えばSiO2などの物質ある
いは、空隙などで構成される絶縁部である。ここで１の
半導体レーザ素子は電流注入型であればよく、例えばフ
ァブリペロー型であってもDFB型であってもかまわな
い。ここでは、電極及び絶縁部形状を長方形としている
が、半導体レーザ素子１を発光させることができる形状
であれば任意の形で良い。なお、Ｌは半導体レーザ素子
１の共振器長である。
半導体レーザ素子１は、電極2aと３ではさまれる領域
Ａと電極2bと３ではさまれる領域Ｂと絶縁３下部の領域
Ｃに分割される。半導体レーザ素子１のレーザ活性層４
において、領域Ａに含まれる部分の共振器方向の長さを
LA、領域Ｂに含まれる部分の共振器方向の長さをLBとす
る。電極2aには、バイアス発生回路６と伝送信号発生回
路７によりバイアス電流と伝送信号電流が注入され、領
域Ａの活性層に電流密度JAが注入されるとする。電極2b
には、高周波発生回路８から高周波電流が注入され、領
域Ｂの活性層に電流密度JBが注入されるとする。このと
き高周波電流は信号電流より周波数が高ければその電流
波形は任意でよく、例えば矩形波、正弦波等を用いれば
よい。半導体レーザ素子１の均一注入時の閾値電流がIt
hであり、領域Ｃが比較的無視できる長さであるとすれ
ば、半導体レーザ素子１の発振条件は、レーザ活性層４
の幅をＷとして、 （JALA＋JBLB）Ｗ≧Ith …（１） で書ける。そこで、一例として、第２図（ａ）および
（ｂ）に示すようにパルス波形を仮定する。この時、第
２図（ｃ）に示すようにJA(ON)を伝送信号がオンの時の
JA、JA(OFF)を伝送信号がオフの時のJAとして、 （JA(OFF)LA＋JBLB）Ｗ＜Ith≦（JA(ON)LA＋JBLB）Ｗ …（２） となるように、JA,JB,LA,LBを設定すれば、光出力は第
２（ｄ）に示す波形となる。ここで、JBの最大値をJ
B(max)として、 JB(max)WL≧Ith …（３） をみたすとすれば、領域Ｂの活性層に注入される電流密
度は零から領域Ｂ内で、正のゲインを得るに充分な注入
量まで大きく振られるため量子ショット雑音が増幅され
多くのモードが存在する。次いで領域Ｂで生じた多モー
ド光が領域Ａに入る。ここで、信号がオフの時は、領域
Ａで多モード光は吸収されるため光出力が非常に小さく
なるが、信号がオンになると、領域Ａで光が吸収されず
に、あるいは光が増幅されて多モード発振することにな
る。したがって、電極を分割し、高周波重畳する部分を
別に設けることで半導体レーザを多モード発振させてモ
ーダルノイズによる影響を減らしつつ、消光比を大きく
とることができ、平均受光電力も大きくすることが可能
である。このため、ビット誤り率の低減が可能になる。
Ａと電極2bと３ではさまれる領域Ｂと絶縁３下部の領域
Ｃに分割される。半導体レーザ素子１のレーザ活性層４
において、領域Ａに含まれる部分の共振器方向の長さを
LA、領域Ｂに含まれる部分の共振器方向の長さをLBとす
る。電極2aには、バイアス発生回路６と伝送信号発生回
路７によりバイアス電流と伝送信号電流が注入され、領
域Ａの活性層に電流密度JAが注入されるとする。電極2b
には、高周波発生回路８から高周波電流が注入され、領
域Ｂの活性層に電流密度JBが注入されるとする。このと
き高周波電流は信号電流より周波数が高ければその電流
波形は任意でよく、例えば矩形波、正弦波等を用いれば
よい。半導体レーザ素子１の均一注入時の閾値電流がIt
hであり、領域Ｃが比較的無視できる長さであるとすれ
ば、半導体レーザ素子１の発振条件は、レーザ活性層４
の幅をＷとして、 （JALA＋JBLB）Ｗ≧Ith …（１） で書ける。そこで、一例として、第２図（ａ）および
（ｂ）に示すようにパルス波形を仮定する。この時、第
２図（ｃ）に示すようにJA(ON)を伝送信号がオンの時の
JA、JA(OFF)を伝送信号がオフの時のJAとして、 （JA(OFF)LA＋JBLB）Ｗ＜Ith≦（JA(ON)LA＋JBLB）Ｗ …（２） となるように、JA,JB,LA,LBを設定すれば、光出力は第
２（ｄ）に示す波形となる。ここで、JBの最大値をJ
B(max)として、 JB(max)WL≧Ith …（３） をみたすとすれば、領域Ｂの活性層に注入される電流密
度は零から領域Ｂ内で、正のゲインを得るに充分な注入
量まで大きく振られるため量子ショット雑音が増幅され
多くのモードが存在する。次いで領域Ｂで生じた多モー
ド光が領域Ａに入る。ここで、信号がオフの時は、領域
Ａで多モード光は吸収されるため光出力が非常に小さく
なるが、信号がオンになると、領域Ａで光が吸収されず
に、あるいは光が増幅されて多モード発振することにな
る。したがって、電極を分割し、高周波重畳する部分を
別に設けることで半導体レーザを多モード発振させてモ
ーダルノイズによる影響を減らしつつ、消光比を大きく
とることができ、平均受光電力も大きくすることが可能
である。このため、ビット誤り率の低減が可能になる。
ここでは、バイアス電流を零でない場合について述べ
ているが、零の場合も同様の効果が得られる。この場合
JBを大きくとることができ、信号のビットレートが上昇
して高周波電流の周波数を高くとる必要が生じた場合
で、電流密度変化に対するキャリア密度変化の遅れ時間
が問題となる場合等に適している。
ているが、零の場合も同様の効果が得られる。この場合
JBを大きくとることができ、信号のビットレートが上昇
して高周波電流の周波数を高くとる必要が生じた場合
で、電流密度変化に対するキャリア密度変化の遅れ時間
が問題となる場合等に適している。
次に、第３図（ａ）に示すようなアナログ信号に第３
図（ｂ）に示すような高周波を重畳した場合について述
べる。この場合も、発振条件式は前記と同様 （JALA＋JBLB）Ｗ≧Ith …（４） である。アナログ信号を完全に伝送するためには、JAの
最小値をJA(min)として第３図（ｃ）に示すように （JA(min)LA＋JB(OFF)LB）Ｗ≧Ith …（５） と設定すればよい。このように設定することで第３図
（ｄ）に示すように光出力をオンオフする必要がなくな
り、平均受光電力を大きくすることができ、S/Nを高く
することができる。
図（ｂ）に示すような高周波を重畳した場合について述
べる。この場合も、発振条件式は前記と同様 （JALA＋JBLB）Ｗ≧Ith …（４） である。アナログ信号を完全に伝送するためには、JAの
最小値をJA(min)として第３図（ｃ）に示すように （JA(min)LA＋JB(OFF)LB）Ｗ≧Ith …（５） と設定すればよい。このように設定することで第３図
（ｄ）に示すように光出力をオンオフする必要がなくな
り、平均受光電力を大きくすることができ、S/Nを高く
することができる。
第４図は、本発明の他の実施例であり、半導体レーザ
素子１の一方の端面に高反射率反射鏡９及び電極2b,3間
電圧を測定する電圧計10を付加した例である。このとき
高反射鏡９は、例えば多層膜反射鏡や金属反射鏡を用い
ればよく、また、その付加位置はレーザ共振器の一方で
あればどちらでもよい。一般に半導体レーザを光源とす
る通信システムにおいては、レーザダイオードの温度変
化による出力光強度の変化を抑制するために、APC（Aut
o Power Controller）回路を必要とし、半導体レーザの
出力強度をモニタする必要がある。そのため出力光の一
部を受光素子に入力することになり、その分、光出力の
損失となってしまう。そこで本実施例の構成をとること
により容易に光の損失を減少することができ、かつ、出
力光強度をモニタすることが可能である。すなわち、領
域Ａに印加される信号がオフの時の領域Ｂの電圧に対し
て、信号がオンの時の領域Ｂの電圧は、レーザ発振によ
り電流が消費されるため第５図のようにΔＶだけ減少す
る。このΔＶは出力光強度に依存するので、ΔＶをモニ
タし、ある電流電圧に対する基準出力光強度と比較する
ことにより光出力をモニタすることができる。また、電
圧計を高周波信号に追随させることが困難な場合は、電
圧計の前段に信号周波数電圧には感じるが高周波信号に
は感じない低域通過フィルタを挿入し、平均電圧の変化
をモニタすればよい。
素子１の一方の端面に高反射率反射鏡９及び電極2b,3間
電圧を測定する電圧計10を付加した例である。このとき
高反射鏡９は、例えば多層膜反射鏡や金属反射鏡を用い
ればよく、また、その付加位置はレーザ共振器の一方で
あればどちらでもよい。一般に半導体レーザを光源とす
る通信システムにおいては、レーザダイオードの温度変
化による出力光強度の変化を抑制するために、APC（Aut
o Power Controller）回路を必要とし、半導体レーザの
出力強度をモニタする必要がある。そのため出力光の一
部を受光素子に入力することになり、その分、光出力の
損失となってしまう。そこで本実施例の構成をとること
により容易に光の損失を減少することができ、かつ、出
力光強度をモニタすることが可能である。すなわち、領
域Ａに印加される信号がオフの時の領域Ｂの電圧に対し
て、信号がオンの時の領域Ｂの電圧は、レーザ発振によ
り電流が消費されるため第５図のようにΔＶだけ減少す
る。このΔＶは出力光強度に依存するので、ΔＶをモニ
タし、ある電流電圧に対する基準出力光強度と比較する
ことにより光出力をモニタすることができる。また、電
圧計を高周波信号に追随させることが困難な場合は、電
圧計の前段に信号周波数電圧には感じるが高周波信号に
は感じない低域通過フィルタを挿入し、平均電圧の変化
をモニタすればよい。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
例えば、上記実施例では２分割の電極について説明した
が、分割数が３以上であってもよい。この場合、一つま
たは複数の分割電極に伝送信号またはバイアス電流に重
畳した伝送信号を注入し、残りの一つまたは複数の電極
に高周波を重畳してもよい。この場合の効果は、各電流
注入回路の最大供給電流量に制限がある場合に、複数の
供給源を用いることによって所望の電流値を得るように
できることである。また、上記実施例では、バイアス電
流と伝送信号を加算して一つの電極に注入しているが、
分割数を３以上にして、バイアス電流と伝送信号電流を
別々の電極に注入してもよい。この場合の効果は、バイ
アス電流と伝送信号電流を加算する回路が不要になり回
路が簡易化されることである。
例えば、上記実施例では２分割の電極について説明した
が、分割数が３以上であってもよい。この場合、一つま
たは複数の分割電極に伝送信号またはバイアス電流に重
畳した伝送信号を注入し、残りの一つまたは複数の電極
に高周波を重畳してもよい。この場合の効果は、各電流
注入回路の最大供給電流量に制限がある場合に、複数の
供給源を用いることによって所望の電流値を得るように
できることである。また、上記実施例では、バイアス電
流と伝送信号を加算して一つの電極に注入しているが、
分割数を３以上にして、バイアス電流と伝送信号電流を
別々の電極に注入してもよい。この場合の効果は、バイ
アス電流と伝送信号電流を加算する回路が不要になり回
路が簡易化されることである。
以上、詳述したように、本発明によれば半導体レーザ
を多モード発振させてモーダルノイズの影響を低減し
て、かつ、平均受光電力を大きくし、ディジタル変調時
の消光比を大きくすることが可能となり、S/Nの向上と
ビット誤り率の低減が可能となるという特徴を有し、半
導体レーザを光源に用いマルチモード光ファイバーを介
して伝送する光通信システムの光源として有効である。
を多モード発振させてモーダルノイズの影響を低減し
て、かつ、平均受光電力を大きくし、ディジタル変調時
の消光比を大きくすることが可能となり、S/Nの向上と
ビット誤り率の低減が可能となるという特徴を有し、半
導体レーザを光源に用いマルチモード光ファイバーを介
して伝送する光通信システムの光源として有効である。
第１図乃至第５図は本発明の一実施例に係わる半導体レ
ーザ装置及びその動作を説明するための図で、第６図乃
至第７図は従来例の動作を説明するための図である。 １……半導体レーザ素子 2a,2b,3……電流注入電極 ４……レーザ活性層 ５……絶縁部 ６……バイアス発生回路 ７……伝送信号発生回路 ８……高周波発生回路
ーザ装置及びその動作を説明するための図で、第６図乃
至第７図は従来例の動作を説明するための図である。 １……半導体レーザ素子 2a,2b,3……電流注入電極 ４……レーザ活性層 ５……絶縁部 ６……バイアス発生回路 ７……伝送信号発生回路 ８……高周波発生回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−46588（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−251775（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−100385（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−103359（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50
Claims (2)
- 【請求項１】半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素
子の第１の領域に設けられた第１の電流注入電極と、前
記半導体レーザ素子の第２の領域に設けられた第２の電
流注入電極と、前記第１の電流注入電極に接続され、前
記半導体レーザ素子をオン及びオフさせる信号を発生さ
せる伝送信号発生回路と、前記第２の電流注入電極に接
続された高周波発生回路と、前記第２の電流注入電極に
接続された電圧計とを具備し、前記電圧計により、前記
第１の電流注入電極における前記信号がオン時の電圧及
びオフ時の電圧間の差ΔＶをモニタすることによって、
光出力をモニタすることを特徴とする半導体レーザ装
置。 - 【請求項２】前記電圧計及び前記第２の電流注入電極間
に前記伝送信号発生回路の信号周波数には感じるが前記
高周波発生回路の信号周波数には感じない低域通過フィ
ルタが挿入されていることを特徴とする請求項１記載の
半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32520690A JP3214700B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32520690A JP3214700B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04199586A JPH04199586A (ja) | 1992-07-20 |
| JP3214700B2 true JP3214700B2 (ja) | 2001-10-02 |
Family
ID=18174211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32520690A Expired - Fee Related JP3214700B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3214700B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6653662B2 (en) | 2000-11-01 | 2003-11-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device, method for fabricating the same, and method for driving the same |
-
1990
- 1990-11-29 JP JP32520690A patent/JP3214700B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04199586A (ja) | 1992-07-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |