JP4141714B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、波長分割多重伝送（ＷＤＭ）などに適用する光通信用デバイスの光源として用いられる半導体レーザの発振モードを検出する発振モードモニタ装置と、前記半導体レーザ装置を駆動制御する半導体レーザ駆動装置と、さらには該半導体レーザ駆動装置が搭載される半導体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバーを利用した光通信システムにおいて、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ：Dense Wavelength Division Multiplexing）方式が行われるようになってきた。このＤＷＤＭ方式は、異なる複数の波長を１本の光ファイバに多重化して伝送する方式であり、高い精度で光の波長を安定化させる必要がある。
【０００３】
このＤＷＤＭ方式に用いられる光源としては、一般に分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback）レーザが用いられている。このＤＦＢレーザでは、一つの波長のみを選択的に反射する回折格子を光増幅領域に形成している。このため、ＤＦＢレーザを用いると、発振モードが安定し、単一波長の半導体レーザが実現できる。通常、ＷＤＭシステムに用いられる光機器においては、光源を１チャンネル（波長）に１つ用いるが、ＤＦＢレーザは波長可変領域が小さいために、故障対策用の予備光源にも、１チャンネルに１つのＤＦＢレーザが必要となるので、システムが高価になるという課題がある。
【０００４】
上記の問題を克服するためには、波長可変領域が大きいレーザを光源として用いる必要がある。ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）半導体レーザは、光増幅領域の両側に波長依存性のある回折格子を配置し、特定の波長のみを選択的に反射させて光増幅領域で増幅させることにより、１本のピーク波長を持つ発振光を発生させるものである。その際、両側の回折格子部への注入電流を変化させることにより数十ｎｍ程度発振波長を変化させることができる。しかし、反射ピーク間隔が比較的狭いＤＢＲ構造の半導体レーザでは、両側の回折格子の反射ピークが一致する波長が隣の波長に飛び移るモードホッピングや、隣接する発振縦モードの競合などを原因として、発振モードが不安定になり易いという課題がある。
【０００５】
このように、ＤＢＲ半導体レーザにおいては、利得帯域内に複数の反射ピークを持つために、多モード発振し易い。このため、この種の半導体レーザにおいては、発振光の発振モード状態を簡単な構成で高性能に検出できる発振モードモニタ装置が要望されている。
【０００６】
図１８は、特開平５−２８２９４号公報に示された半導体レーザ光源装置の構成図である。半導体レーザ１０１の出力光はコリメータレンズ１０２で平行光に変換され、ホログラム１０３に入射される。ホログラム１０３は、回折効果により入射光の一部を波長に依存した角度で出力する機能を有している。ホログラム１０３で入力光の一部は回折され発振モード検出用レーザ光としてＣＣＤアレイ１０４の受光面上に結像する。このホログラム１０３から出力される発振モード検出用レーザ光の出射角度は回折効果により波長依存性をもつ。従って波長によってＣＣＤアレイ１０４上に結像される位置が異なり、ピーク検出器１０５によってピーク値をとるアレイ上のＣＣＤ素子位置を求めることにより発振波長を検出できる。またＣＣＤアレイ１０４上で、複数のピークを検出した場合、半導体レーザ１０１は複数のモードで発振していることを示し、従ってピーク検出器１０５でピークの個数をモニタすることにより発振モード状態をも検出できる。
【０００７】
比較回路１０６では上記のモニタ信号を所定の判断基準と比較し、基準からの波長のずれ量または発振モード状態の変化を算出し、ドライバ回路１０７に入力する。このデータを用いてドライバ回路１０７が半導体レーザ１０１に供給する駆動電流を変更する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、発振波長および発振モードを弁別する機能素子としてホログラム１０３およびＣＣＤアレイ１０４を用いている。一般に、ホログラム１０３のように、回折効果を利用して波長および発振モードを高い分解能をもって弁別するためには、回折格子の間隔を狭める必要がある。格子間隔を狭めることによって出射角度の波長依存性を高めるからである。しかし一般にホログラム素子は高価であり、格子間隔を狭めるにしても限界があるために、ＤＷＤＭシステムで必要とされている波長確度（数ｐｍ以下）を達成するのは困難である。
【０００９】
また、弁別する波長分解能を高くするもうひとつの手法として、ホログラム１０３とＣＣＤアレイ１０４との距離を長くとること、またＣＣＤアレイ１０４の各ＣＣＤ素子を小さく、密に配列させることが考えられる。しかし、ホログラム１０３とＣＣＤアレイ１０４との距離を長くすると、装置が大型化してしまう。またＣＣＤアレイは一般に高価で、素子を細密にすることによってさらに高価になってしまう。
【００１０】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、簡単かつ安価な構成で発振光の発振モード状態を高精度に検出し得る発振モードモニタ装置を得ることを目的とする。
【００１１】
また、この発明は、簡単かつ安価な構成で発振光の発振状態を高精度および安定に制御し得る半導体レーザ装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明では、波長周期が異なる複数の反射ピークを有する第１及び第２の光反射器とこれら第１及び第２の光反射器の間に配される活性層領域および位相制御領域とを含む半導体レーザを有し、第１及び第２の光反射器への注入電流を制御することにより、第１の光反射器の反射ピークと第２光反射器の反射ピークが一致する複数の反射ピーク一致モードのうちの１つの反射ピーク一致モードを選択して発振動作を行うとともに、前記第１及び第２の光反射器への注入電流、前記位相制御領域への注入電流または前記半導体レーザの温度を制御して単一縦モード発振制御する半導体レーザ装置において、前記半導体レーザの出力光を受光して電気信号に変換する光検出器と、この光検出器の出力信号の直流成分の信号強度と交流成分の信号強度の比を出力する発振モード信号生成回路と、前記発振モード信号生成回路の出力と、所定の閾値との比較に基づき前記半導体レーザが単一縦モード発振しているか多モード発振しているかを判定し、多モード発振していると判定された場合は、前記第１及び第２の光反射器への注入電流、前記位相制御領域への注入電流または前記半導体レーザの温度を制御して単一縦モード発振になるように制御するレーザ制御回路とを備えたことを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる発振モードモニタ装置および半導体レーザ装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の発振モードモニタ装置を備えた半導体レーザ装置を示す構成図である。
【００３２】
図１に示すように、この波長可変半導体レーザ装置は、ＤＢＲ方式の半導体レーザ１と、半導体レーザ１のチップを一定温度に温度補償するべく半導体レーザ１のチップに隣接して配置されるヒートシンク２およびペルチェ素子３と、光分岐手段としてのビームスプリッタ４と、半導体レーザ駆動装置５とを備えている。尚、以降の実施の形態の各ブロック図において、ヒートシンク２、ペルチェ素子３は図示を省略しているが、図１と同様に設けられている。
【００３３】
半導体レーザ駆動装置５は、ビームスプリッタ４で分岐された半導体レーザ１の出力光に基づき発振モードをモニタする発振モードモニタ回路７と、発振モードモニタ回路７からの発振モードモニタ信号を入力し、その信号によって光源である半導体レーザ１の駆動電流もしくは温度を調節するレーザ制御回路８とを備えている。
【００３４】
発振モードモニタ回路７は、半導体レーザ１からの出力光を受光し、電気信号に変換する光検出器９と、光検出器９からの電気信号を入力し、発振モードモニタ信号を出力する発振モード信号生成回路１０とを備えている。
【００３５】
発振モード信号生成回路１０は、光検出器９から入力した電気信号のうち直流成分と交流成分とを分岐して出力する分岐回路１２（例えばバイアスティBIAS TEE）と、２つの入力信号の比を計算して出力する割算器１３とを備えている。
【００３６】
まず、光源としての半導体レーザ１について説明する。この場合、半導体レーザ１としては、例えば超構造グレーティングＤＢＲ半導体レーザ（以下ＳＳＧ ＤＢＲ−ＬＤと略す Super Structure Grating ＤＢＲ Laser Diode）を用いる。図２にＳＳＧ ＤＢＲ−ＬＤの典型的な構造を示す。
【００３７】
図２において、共振器を構成する一方の光反射器としてのフロントＳＳＧ ＤＢＲ領域３１は、格子間隔が変化している不均一回折格子（不均一グレーティング）を光軸方向に多段に並べた構造であり、複数の反射ピークを有する反射スペクトルを実現することができる。他方の光反射器としてのリアＳＳＧ ＤＢＲ領域３４は、フロントＳＳＧ ＤＢＲ領域３１と異なる周期間隔の回折格子を多段に並べた構造であり、フロントＳＳＧ ＤＢＲ領域３１とは反射ピークの周期が異なる複数の反射ピークを有する反射スペクトルを実現することができる。すなわち、ＤＢＲ領域３１、３４は、連続的に格子間隔（周期）が変化している回折格子群(チャープドグレーティング)をひとつの単位にして、この回折格子群を整数回同じ間隔で並べたものであり、基本的には、フロントＳＳＧ ＤＢＲ領域３１とリアＳＳＧ ＤＢＲ領域３４とで、チャープドグレーティングの並びの周期を変えることによって、フロントＳＳＧ ＤＢＲ領域３１とリアＳＳＧ ＤＢＲ領域３４とで、反射ピークの周期を異ならせている。なお、チャープドグレーティングの並びの周期を変えると言うことは、チャープドグレーティング単体の長さを変えることと等価で、単体の反射特性をキープするために、チャープドグレーティング（一つの単位）の中の周期変化も合わせて変えることもある。
【００３８】
フロントＳＳＧ ＤＢＲ領域３１とリアＳＳＧ ＤＢＲ領域３４との間には、利得領域である活性層領域３２と、利得効果を有しない位相制御領域３３が配置されている。これら各領域３１〜３４には、独立に電流を注入することができる構造となっている。活性層領域３２への注入電流をＩａとし、位相制御領域３３への注入電流をＩｐとし、フロントＳＳＧ ＤＢＲ領域３１への注入電流をＩｆとし、リアＳＳＧ ＤＢＲ領域３４への注入電流をＩｒとする。
【００３９】
この半導体レーザ１の動作について説明する。活性層領域３２にある閾値以上の駆動電流Ｉａを注入すると、フロントＳＳＧ ＤＢＲ領域３１とリアＳＳＧ ＤＢＲ領域３４との間で共振する光は、活性層領域３２で増幅され、フロントＳＳＧ ＤＢＲ領域３１から出射光が取り出される。
【００４０】
このときの発振波長は、図３に示すような、利得特性およびロス特性によって決まる。図３には、利得特性４０と、フロントＳＳＧ ＤＢＲ領域３１の反射特性（太線）４１と、リアＳＳＧ ＤＢＲ領域３４の反射特性（点線）４２と、フロントＳＳＧ ＤＢＲ領域３１とリアＳＳＧ ＤＢＲ領域３４との間の共振器長によって決まる共振縦モード４３（細線）とが示されている。各反射特性および共振縦モードともにピークで反射率が最大となる。フロントＳＳＧ ＤＢＲ領域３１の反射ピーク４１の周期と、リアＳＳＧ ＤＢＲ領域３４の反射ピークの周期４２（波長間隔）とは、前述したように、僅かに異なるようになっている。
【００４１】
利得帯域４０内で、フロントＳＳＧ ＤＢＲ領域３１の反射ピークとリアＳＳＧ ＤＢＲ領域３４の反射ピークが一致する波長は、特にＳＳＧモードと呼ばれ、このＳＳＧモードと共振縦モードが一致する波長で発振する。図３の場合は、中心付近の波長λ０で、ＳＳＧモードと共振縦モードが一致しており、この波長λ０で発振する。
【００４２】
それぞれに注入する電流Ｉａ、Ｉｆ、Ｉｒと、半導体レーザ１の素子温度Ｔｌｄを変えることで利得帯域およびＳＳＧモードを調整し、また位相制御領域３３への注入電流Ｉｐを変えて共振縦モードを変化させることで波長を調節する。
【００４３】
図４は、活性層領域３２への注入電流Ｉａが一定の条件下でＩｆ、Ｉｒを変化させたときの発振波長の分布を示したものである。図５は、図４が色によって波長の区分をしており、モノクロ化された状態では説明の都合上視認が困難なため、図４における波長分布の波長境界を実線および破線で示したものである。図５によって、図４では特に視認困難な左上から右下に延びる方向への波長境界を破線で示している。
【００４４】
図４においては、色が濃くなるにつれて発振波長が長波長になることを示している。また、図４では、視認が困難であるが、図５に示す紙面上で左下から右上に延びる実線で囲まれた複数の各領域中では、左下から右上に向けて発振波長が連続的に短波長側に変化している。この連続的変化の境界が図５に示す破線に対応している。
【００４５】
一方、Ｉｆ、Ｉｒのどちらかを一定にし、他方を連続的に変化させた場合、波長が急激に変化する点（図４では矩形の小さな白抜きブロックＫとして示されている）が存在する。これは図３で示すフロントＳＳＧ ＤＢＲ領域３１とリアＳＳＧ ＤＢＲ領域３４の反射特性が波長に対して変化していることに起因する。すなわちこれは、フロントＳＳＧ ＤＢＲ領域３１とリアＳＳＧ ＤＢＲ領域３４の反射特性４１，４２のどちらか一方のみが変化させていくと、バーニア効果により隣の反射ピークにＳＳＧモードが移り、大きく波長が跳ぶモードホッピングを原因としている。
【００４６】
図６（ａ）に、一例として、波長が急激に変化する電流条件（図４および５中Ａ点：Ｉｆ＝１３．８ｍＡ、Ｉｒ＝１７ｍＡ）で測定した発振スペクトルを示す。また、図６（ｂ）に、それ以外の電流条件（図４および５中Ｂ点：Ｉｆ＝１８ｍＡ、Ｉｒ＝１７ｍＡ）で測定した発振スペクトルを示す。なお、Ｂ点は、図５において、実線と破線で囲まれた１つの鱗状の領域の中央付近を選択している。
【００４７】
図６（ａ）に示すように、Ａ点では異なる２つの波長で発振が生じ、多モード発振となっている。尚、この２つの波長での発振は２つ共が常時発振しているわけではなく、時間軸上では不定期にどちらかが発振している状態である。これは上述の隣接したＳＳＧモード同士の競合が原因であり、ゆえに発振が不安定になっている。それに対して、鱗状の領域の中央付近を選択しているＢ点では、図６（ｂ）に示すように、単一縦モード発振が得られている。
【００４８】
一方、ＳＳＧモードの競合以外にも不安定発振になる場合がある。すなわち、図４および図５において、左下から右上に連続的にＩｆ，Ｉｒを変化させた場合にも波長が少し跳ぶ。これは発振縦モードが隣接したモードに移ったことを示しており、この場合にも発振が不安定になる。
【００４９】
これら２種類のモード跳びについてまとめると、前述した複数の鱗状の領域の中心部分は、安定して単一縦モードが発振している領域となり、その境界部分（図５の実線および破線の近傍領域）は発振が不安定になることが判る。
【００５０】
このような発振特性をもつレーザにおいて、本出願人は、発振光の強度雑音成分を観測することによって、単一縦モード発振と発振が不安定な状態とを見分ける手法を考案した。
【００５１】
図７（ａ）は図４および図５中のＡ点での不安定な発振状態のときのレーザ光を電気信号に変換した後の強度スペクトルを示すものである。図７（ｂ）は図４および図５中のＢ点での安定な発振状態のときのレーザ光を電気信号に変換した後の強度スペクトルを示すものである。尚、図７（ａ）、（ｂ）において縦軸（強度）のレベルは同一スケールである。これらを比べると、発振が不安定なときには、単一縦モード発振時に比べて高周波成分が増大していることが明瞭に分かる。
【００５２】
図８に周波数が１ＭＨｚの時のＩｆ−Ｉｒ特性（ＩｆおよびＩｒに対応する強度分布）を示す。この場合は、便宜上、或る閾値レベルより信号強度が大きい点を黒点として示している。図８および図４とを比較すれば判るように、発振の不安定な鱗状領域の境界部分（＝発振が不安定な領域）で信号強度が大きくなって信号強度が閾値レベルより大きくなり、逆に安定発振が行われる鱗状領域の中心部分では信号強度が低くなって閾値レベルより小さくなっている。すなわち、図５に実線及び点線で示した鱗状領域の境界部分（不安定発振部分）で、信号強度が閾値レベルより大きくなっている。従って、レーザ光を電気信号に変換した後の強度スペクトルから高周波成分のレベルを測定することで、発振モードをモニタすることができ、前記電気信号の交流成分の信号強度を判別することによって、不安定な発振状態の発生を検知することができる。
【００５３】
次に図１の半導体レーザ装置の動作を説明する。半導体レーザ１から出射したレーザ光はビームスプリッタ４で２つに分岐され、一方は信号出力として装置外部に出力され、他方は発振モードモニタ回路７に入力される。発振モードモニタ回路７では、入力されたレーザ光を光検出器９で受光する。光検出器９は、レーザ光を電気信号に変換する。光検出器９は直流成分および交流成分を感知できる特性を備えている（例えば数ＭＨｚまで感知できる周波数特性をもつ）。光検出器９から出力された電気信号は、発振モード信号生成回路１０に入力される。発振モード信号生成回路１０の分岐回路１２は、光検出器９からの電気信号を、直流成分と高周波成分を含む交流成分に分岐する。なお、交流成分は光検出器９で検知した全ての高周波成分の和となっている。
【００５４】
一方、直流成分は、半導体レーザ１の出力光強度が大きくなると増加し、小さくなると減少する依存性を有する。従って、直流成分を検出することで、レーザ光強度変化を検出することもできる。
【００５５】
割算器１３では、交流成分／直流成分の割り算が行われ、この演算結果を発振モードモニタ信号として出力する。上述したように、直流成分は半導体レーザ１の出力変化に依存しているため、交流成分を直流成分で割ることによって、レーザ光出力強度が変化しても、それに依存しない発振モードモニタ信号を得ることができる。この発振モードモニタ信号はレーザ制御回路８に入力される。
【００５６】
レーザ制御回路８では、発振モードモニタ信号の強度に対して単一縦モード発振をしているか否か判別するための閾値を設定される。つまり、レーザ制御回路８は、割算器１３からの発振モードモニタ信号が閾値以上である場合に、多モード発振と判定し、発振モードモニタ信号が閾値より小さい場合に、単一縦モード発振と判定する。レーザ制御回路８では、多モード発振と判定すると、半導体レーザ１に注入する各電流Ｉｆ、Ｉｒ、Ｉｐもしくは素子温度Ｔｌｄを変化させ、単一縦モード発振領域に調節する。調整方法としては、例えば、各印加電流を連続的に変化させていき、発振モードモニタ信号が閾値以下になるような点を見つける。また、Ｉｆ、Ｉｒを固定し、Ｉｐを連続的に変化させてもよい。尚、これは以下に述べる実施の形態においても同様である。
【００５７】
なお、上記の説明では、交流成分として、直流成分以外の全ての周波数の強度成分を抽出するようにしたが、ある特定の周波数のみの強度情報をモニタ信号として用いてもよい。すなわち、分岐回路１２から出力される交流成分のうち予め設定された所定の周波数成分のみを抽出するバンドパスフィルタ（図示せず）を設け、割算器１３によって分岐回路１２からの直流成分信号に対する前記バンドパスフィルタの出力の比を求め、この比を発振モードモニタ信号としてレーザ制御回路８に出力するようにすればよい。この場合でも同様に発振モードモニタ信号が得られる。
【００５８】
このように実施の形態１によれば、レーザ出力光を交流成分と直流成分に分岐し、該分岐した交流成分と直流成分を用いて直流成分に対する交流成分の比を求め、この比を発振モードモニタ信号として出力するようにしたので、レーザ光のみから高精度の発振モードモニタ信号を取得することができる。また、発振モードモニタ信号を閾値と比較することで、発振モードを判別し、この判別結果に基づいて半導体レーザ１に注入する各電流Ｉｆ、Ｉｒ、Ｉｐもしくは素子温度Ｔｌｄを変化させているので、半導体レーザ１から出力されるレーザ光の発振モードを単一縦モードに簡便に高精度に安定化することができる。
【００５９】
また、発振モードモニタ信号は、割算器１３で強度の直流成分を用いて規格化されているので、発振モードモニタ信号が半導体レーザ１の出力強度変化に影響されることはない。
【００６０】
さらに、発振モードモニタ回路７は、１つの光検出器９と分岐回路１２と割算器１３から構成されるので、極めて簡単かつ安価な構成で高精度の発振モードモニタ回路を実現できる。このため、この発振モードモニタ回路を半導体レーザ装置に通常用いられているバタフライ型モジュールパッケージ内に収納可能な小型化を実現できる。また、構成が簡略化されているので、発振モードモニタとしての信頼性を向上することもできる。
【００６１】
実施の形態２．
つぎに、図９に従ってこの発明の実施の形態２について説明する。図９は、実施の形態２の半導体レーザ装置の構成を示すものである。この実施の形態２においては、分岐回路１２の出力信号を、図１に示した割算器１３を介さずに、直接、レーザ制御回路２８に入力する。
【００６２】
レーザ制御回路２８では、分岐回路１２からの直流成分信号を用いて半導体レーザ１の出力強度が一定になるように活性層領域３２への注入電流Ｉａを調節する。すなわち、前述したように、直流成分信号を検出することで、レーザ光の強度変化を検出することもできる。
【００６３】
この場合、直流成分信号に基づく半導体レーザ１の出力強度の一定制御を行っているので、半導体レーザ１の出力光強度が常に一定になり、分岐回路１２から出力される交流成分信号も常にレーザ光強度が一定の条件で得られる。したがって、実施の形態１のように、直流成分信号で規格化しなくとも、交流成分信号のみで高精度な発振モードモニタ信号の検出をなし得る。
【００６４】
レーザ制御回路２８は、交流成分が閾値以上である場合に、多モード発振と判定し、交流成分が閾値より小さい場合に、単一縦モード発振と判定する。そして、レーザ制御回路２８では、多モード発振と判定すると、半導体レーザ１に注入する各電流Ｉｆ、Ｉｒ、Ｉｐもしくは素子温度Ｔｌｄを調整することにより、発振モードを安定化させる。
【００６５】
このように実施の形態２によれば、レーザ制御回路２８で分岐回路１２からの直流成分信号を用いて半導体レーザ１の出力強度が一定になるように活性層領域３２への注入電流Ｉａを調節するようにしているので、半導体レーザ１の出力光強度を常に一定に制御することができる。さらに、分岐回路１２から直接レーザ制御回路２８に入力される交流成分信号も常にレーザ光強度が一定の条件で検出できるため、交流成分信号のみで高精度な発振モードモニタ信号を得ることができる。また、発振モードモニタ信号に基づき判別した発振モード状態に基づき半導体レーザ１に注入する各電流Ｉｆ、Ｉｒ、Ｉｐもしくは素子温度Ｔｌｄを調整しているので、半導体レーザ１から出力されるレーザ光の発振モードを単一縦モードに安定化することができる。
【００６６】
また、割算器１３を用いないため、半導体レーザ装置の構成をさらに簡略化でき、通常用いられているバタフライ型モジュールパッケージ内に余裕を持って収納可能な程の小型化が実現できる。また、構成が簡略化されているので発振モードモニタとしての信頼性を向上することができる。
【００６７】
実施の形態３．
つぎに、図１０に従ってこの発明の実施の形態３について説明する。図１０は、実施の形態３の半導体レーザ装置の構成を示すものである。
【００６８】
図１０に示すように、実施の形態３においては、ビームスプリッタ４と光検出器９の間の光軸上に、ビームスプリッタ１４を配置する。ビームスプリッタ１４は、一部のレーザ光を光検出器９に入射するように、他方を光検出器１５に入射するように配置する。さらに、光検出器９の出力信号のうちの直流成分をカットするハイパスフィルタ１６を設ける。
【００６９】
光検出器９からの出力電気信号をハイパスフィルタ１６によって交流成分のみを抽出し、抽出した交流成分をレーザ制御回路３８に入力する。光検出器１５の出力信号を直接レーザ制御回路３８に入力する。光検出器１５の出力信号は半導体レーザ１の出力光が大きくなると増加し、小さくなると減少するという依存性をもつ。従って、フォトダイオード１５の出力信号の信号強度が一定になるようにレーザ制御回路３８で活性層領域３２への注入電流Ｉａを調節することにより、半導体レーザ１の出力強度は一定に保たれる。
【００７０】
このように、半導体レーザ１の出力光強度は一定に保たれるため、ハイパスフィルタ１６から出力される交流成分は発振モードのみに依存することになり、したがってこの交流成分を用いて発振モードを検出することができる。
【００７１】
すなわち、レーザ制御回路３８は、交流成分が閾値以上である場合に、多モード発振と判定し、交流成分が閾値より小さい場合に、単一縦モード発振と判定する。そして、レーザ制御回路３８では、多モード発振と判定すると、半導体レーザ１に注入する各電流Ｉｆ、Ｉｒ、Ｉｐもしくは素子温度Ｔｌｄを調整することにより、発振モードを安定化させる。
【００７２】
このように実施の形態３によれば、ビームスプリッタ４と光検出器９の間の光軸上にビームスプリッタ１４を設け、このビームスプリッタ１４の分岐光の一方の出力光を受光するように光検出器１５を設け、レーザ制御回路３８で光検出器１５の検出信号を用いて半導体レーザ１の出力強度が一定になるように活性層領域３２への注入電流Ｉａを調節するようにしているので、半導体レーザ１の出力光強度を常に一定に制御することができる。さらに、ハイパスフィルタ１６からレーザ制御回路３８に入力される交流成分信号は、常にレーザ光強度が一定の条件で検出できるため、交流成分信号のみで高精度な発振モードモニタ信号を得ることができる。また、発振モードモニタ信号に基づき判定した発振モード状態に基づき半導体レーザ１に注入する各電流Ｉｆ、Ｉｒ、Ｉｐもしくは素子温度Ｔｌｄを調整しているので、半導体レーザ１から出力されるレーザ光の発振モードを単一縦モードに安定化することができる。
【００７３】
実施の形態４．
つぎに、図１１および図１２を用いてこの発明の実施の形態４について説明する。図１１は実施の形態４の半導体レーザ装置の構成を示すものである。この実施の形態４においては、発振モードモニタ回路に、半導体レーザ１の発振波長をモニタする波長モニタを付加することによって、より高精度に発振レーザ光を安定化させている。
【００７４】
図１１において、ビームスプリッタ１４と光検出器１５との間に、波長フィルタ１７を配設している。波長フィルタ１７は、入射光の波長によって透過率が変化する特性を有し、本実施の形態では例えば複屈折結晶と偏光子から構成される複屈折フィルタを用いる。なお、その他の波長フィルタとして、ファブリペローエタロンや、薄膜フィルタ、ファイバーグレーティング等を用いる。
【００７５】
波長フィルタ１７および光検出器１５によって波長モニタを構成している。すなわち、波長フィルタ１７の入力光の波長に応じて透過率を変える特性を利用して、波長フィルタ１７で波長情報を強度情報に変換する。そして、光検出器１５で波長フィルタ１７からの光信号を電気信号に変換することにより、波長に応じた強度の電気信号を得ることができる。
【００７６】
また、割算器１８を設け、この割算器１８によって、分岐回路１２からの直流成分信号に対する光検出器１５の出力信号の比を求め、この比をレーザ制御回路４８に入力している。
【００７７】
次に動作について説明する。半導体レーザ１から出力したレーザ光は、ビームスプリッタ４で２つに分岐される。一方の分岐光は、ビームスプリッタ１４でさらに２分岐される。分岐したレーザ光のうち、例えば、ビームスプリッタ１４を透過する方向であるＬ１方向に進むレーザ光は、実施の形態１と同様に、光検出器９で電気信号に変換され、分岐回路１２および割算器１３を通過して、発振モードモニタ信号としてレーザ制御回路４８に入力される。
【００７８】
一方、例えば、ビームスプリッタ１４で反射して入射光から９０度曲がった方向であるＬ２方向に進むレーザ光は、波長フィルタ１７を通過し、光検出器１５に入射し、電気信号に変換される。
【００７９】
図１２に光検出器１５の出力信号の波長特性を示す。今、安定化させる目標波長をλ０とする。λ０付近において光検出器１５の出力信号は波長が長くなるに伴い減少し、波長が短くなるに伴い増加する。従って波長λ０を基準波長としたとき、光検出器１５の出力信号の強度変化は、レーザ光波長の基準波長λ０からの変化を示している。従って、光検出器１５の出力信号の強度レベルを判定することで、発振波長をモニタすることができる。光検出器１５の出力信号は、割算器１８に入力される。割算器１８には、分岐回路１２からの出力であるレーザ光強度の直流成分信号も同時に入力され、割算器１８は、両者の比（光検出器１５の出力信号／分岐回路１２からの直流成分信号）を出力する。
【００８０】
すなわち、光検出器１５の出力信号で波長変化をモニタすることができるが、この信号は同時にレーザ光強度変化も含む。従って割算器１８で分岐回路１２からのレーザ光の直流成分でフォトダイオード１５の出力信号を規格化することにより、半導体レーザ１の出力光の強度変化に影響されない波長モニタ信号を得ることができる。
【００８１】
レーザ制御回路４８は、割算器１３からの規格化された発振モードモニタ信号と割算器１８からの規格化された波長モニタ信号を用いて半導体レーザ１への注入電流Ｉａ、Ｉｆ、Ｉｒ、Ｉｐのいずれかもしくは全て、あるいはペルチェ素子３を駆動制御して素子温度Ｔｌｄを調節することにより半導体レーザ１の波長および発振モードを制御する。
【００８２】
このように実施の形態４によれば、ビームスプリッタ４と光検出器９との間の光軸上にビームスプリッタ１４を設け、このビームスプリッタ１４の分岐光を入力光の波長に応じて透過率を変える特性をもつ波長フィルタ１７を介して光検出器１５で受光し、この光検出器１５の受光信号をレーザ光の直流成分で規格化することによって波長モニタ信号を得るようにしているので、レーザ光の波長のみに依存した波長モニタ信号を検出することができる。また、波長モニタ信号に基づき判別した発振波長に基づき半導体レーザ１に注入する各電流Ｉａ、Ｉｆ、Ｉｒ、Ｉｐもしくは素子温度Ｔｌｄを調整しているので、半導体レーザ１から出力されるレーザ光の波長を安定化することができる。
【００８３】
また、２つのビームスプリッタ４，１４と、光検出器９および分岐回路１２と割算器１３から構成される簡単な構成の発振モードモニタと、波長フィルタ１７および光検出器１５と割算器１８で構成される簡単な構成の波長モニタを有するので、半導体レーザ装置の構成を簡略化でき、通常用いられているバタフライ型モジュールパッケージ内に収納可能な程小型化することができる。また、構成が簡略化されているので、発振モードモニタおよび波長モニタとしての信頼性を向上することもできる。
【００８４】
また、レーザ出力光の交流成分と直流成分を夫々抽出し、該抽出した交流成分と直流成分を用いて直流成分に対する交流成分の比を求め、この比を発振モードモニタ信号として出力するようにしたので、レーザ光の発振モードのみに依存した高精度の発振モードモニタ信号を取得することができる。また、発振モードモニタ信号を閾値と比較することで、発振モードを判定し、この判定結果に基づいて半導体レーザ１に注入する各電流Ｉｆ、Ｉｒ、Ｉｐもしくは素子温度Ｔｌｄを変化させているので、半導体レーザ１から出力されるレーザ光の発振モードを単一縦モードに簡便に高精度に安定化することができる。
【００８５】
また、発振モードモニタ信号は、割算器１３で強度の直流成分を用いて規格化されているので、発振モードモニタ信号が半導体レーザ１の出力強度変化に影響されることはない。
【００８６】
この実施の形態４において、ビームスプリッタ１４で半導体レーザ１の出力光をＬ１、Ｌ２の２方向に分岐したが、ビームスプリッタ１４を用いず、光検出器１５を光検出器９の横に並べて、波長フィルタ１７をビームスプリッタ４と光検出器１５との間に設置し、Ｌ１方向に進む光だけで両方の光検出器に入力するようにしてもよい。
【００８７】
実施の形態５．
つぎに、図１３を用いてこの発明の実施の形態５について説明する。図１３は実施の形態５の半導体レーザ装置の構成を示すものである。この実施の形態５においては、図１１に示す実施の形態４のように、分岐回路１２および光検出器１５の出力を割算器１３および１８を介してレーザ制御回路４８に入力するのではなく、これら分岐回路１２および光検出器１５の出力を直接、レーザ制御回路５８に入力するようにしている。
【００８８】
レーザ制御回路５８では、分岐回路１２からの直流成分信号を用いて半導体レーザ１の出力強度が一定になるように半導体レーザ１の活性層領域３２への注入電流Ｉａを調節する。すなわち、前述したように、直流成分信号を検出することで、レーザ光の強度変化を検出することもできる。
【００８９】
この場合、直流成分信号に基づく半導体レーザ１の出力強度一定制御を行っているので、半導体レーザ１の出力光強度が常に一定になり、分岐回路１２から出力される交流成分信号も常にレーザ光強度が一定の条件で得られる。したがって、割算器１３を用いて直流成分信号で規格化しなくとも、交流成分信号のみで高精度な発振モードモニタ信号の検出をなし得る。
【００９０】
レーザ制御回路５８は、交流成分が閾値以上である場合に、多モード発振と判定し、交流成分が閾値より小さい場合に、単一縦モード発振と判定する。そして、レーザ制御回路５８では、多モード発振と判定すると、半導体レーザ１に注入する各電流Ｉｆ、Ｉｒ、Ｉｐもしくは素子温度Ｔｌｄを調整することにより、発振モードを安定化させる。
【００９１】
また、光検出器１５の出力信号も、先の実施の形態４のように、割算器１８を介さずに、直接、レーザ制御回路５８に入力する。その際、半導体レーザ１は、前述したように、直流成分信号に基づく出力強度一定制御が行われているので、光検出器１５の出力信号を検出することで、波長のみに依存した高精度な波長モニタ信号を得ることができる。
【００９２】
レーザ制御回路５８は、光検出器１５からの波長モニタ信号を用いて半導体レーザ１への注入電流Ｉａ、Ｉｆ、Ｉｒ、Ｉｐのいずれかもしくは全て、あるいは素子温度Ｔｌｄを調節することにより半導体レーザ１の波長を制御する。
【００９３】
このようにこの実施の形態５によれば、分岐回路１２の出力信号を割算器１８を介さずにレーザ制御回路５８に入力するとともに、レーザ制御回路５８で分岐回路１２からの直流成分信号を用いて半導体レーザ１の出力強度が一定になるようにＩａを調節するようにしているので、半導体レーザの出力光強度を常に一定に制御することができる。さらに、分岐回路１２から出力される交流成分信号も常にレーザ光強度が一定の条件で得られるため、交流成分信号のみで高精度な発振モードモニタ信号を得ることができる。また、検出した発振モードモニタ信号に基づき発振モードを判定し、この判定結果に基づいて半導体レーザ１に注入する各電流Ｉｆ、Ｉｒ、Ｉｐもしくは素子温度Ｔｌｄを調整させているので、半導体レーザ１から出力されるレーザ光の発振モードを単一縦モードに簡便に高精度に安定化することができる。
【００９４】
また、フォトダイオード１５の出力信号は常にレーザ光強度が一定の条件で得られているため、この信号のみで高精度な波長モニタ信号を得ることができる。また検出した波長モニタ信号を基づき半導体レーザ１に注入する各電流Ｉｆ，Ｉｒ，Ｉｐもしくは素子温度Ｔｌｄを調整しているので、半導体レーザ１から出力されるレーザ光波長を安定化することができる。
【００９５】
また、割算器１３，１８を用いないため、半導体レーザ装置の構成をさらに簡略化でき、通常用いられているバタフライ型モジュールパッケージ内に余裕を持って収納可能な小型化が実現できる。また、構成が簡略化されているので発振モードモニタとしての信頼性を向上することができる。
【００９６】
この実施の形態５において、ビームスプリッタ１４で半導体レーザ１の出力光をＬ１、Ｌ２の２方向に分岐したが、ビームスプリッタ１４を用いず、光検出器１５を光検出器９の横に並べて、波長フィルタ１７をビームスプリッタ４と光検出器１５との間に設置し、Ｌ１方向に進む光だけで両方の光検出器に入力するようにしてもよい。
【００９７】
実施の形態６.
つぎに、図１４を用いてこの発明の実施の形態６について説明する。図１４は実施の形態６の半導体レーザ装置の構成を示すものである。この実施の形態６においては、ビームスプリッタ４とビームスプリッタ１４の間の光軸上にビームスプリッタ１９をさらに配置する。ビームスプリッタ１９は、光の一部をビームスプリッタ１４に入射するように、残りを光検出器２０に入射するように配置する。
【００９８】
フォトダイオード２０の出力信号は、直接レーザ制御回路６８に入力する。光検出器２０の出力信号は半導体レーザ１の出力光が大きくなると増加し、小さくなると減少するという依存性をもつ。従って、レーザ制御回路６８では、光検出器２０の出力信号の信号強度が一定になるようにＩａを調節することにより、半導体レーザ１の出力強度を一定に保つよう制御する。
【００９９】
光検出器９およびハイパスフィルタ１６によって発振モードモニタを構成する。ハイパスフィルタ１６では、光検出器９の出力信号の交流成分のみを抽出し、レーザ制御回路６８に入力する。光検出器２０の出力に基づく出力光一定制御によって半導体レーザ１の出力光強度は一定に保たれるため、ハイパスフィルタ１６から出力される交流成分は発振モードのみに依存し、不安定な発振状態を検出できる。レーザ制御回路６８では、ハイパスフィルタ１６から出力される交流成分をもとにＩｆ，Ｉｒ，Ｉｐを調節することにより、発振モードを制御し、単一縦モード発振を得る。
【０１００】
波長フィルタ１７および光検出器１５によって波長モニタを構成している。フォトダイオード１５の出力信号は、直接、レーザ制御回路６８に入力する。その際、半導体レーザ１は上記の通り出力強度が一定に保たれているので、フォトダイオード１５の出力信号を検出することで波長のみに依存した高精度な波長モニタ信号が得られる。レーザ制御回路６８では、この波長モニタ信号を元に半導体レーザ１の各電流Ｉｆ，Ｉｒ，Ｉｐもしくは素子温度Ｔｌｄを調整し、半導体レーザ１から出力されるレーザ光波長を安定化する。
【０１０１】
なお、図１４においては、ビームスプリッタ１９をビームスプリッタ４とビームスプリッタ１４との間の光軸上に配置したが、ビームスプリッタ１９をビームスプリッタ１４とフォトダイオード９との間の光軸上に配置し、その分岐光をフォトダイオード２０で受光するようにしてもよい。この場合も上記と同様に動作し、同様の効果を奏する。
【０１０２】
このようにこの実施の形態６によれば、ビームスプリッタ４と光検出器９の間の光軸上に、ビームスプリッタ１９を配し、このビームスプリッタ１９の一方の出力光を受光するように光検出器２０を設け、この光検出器２０の出力を用いて半導体レーザ１の出力強度が一定になるように活性層領域３２への注入電流Ｉａを調節するようにしているので、半導体レーザ１の出力光強度を常に一定に制御することができる。さらに、ハイパスフィルタ１６からレーザ制御回路６８に入力される交流成分信号は、常にレーザ光強度が一定の条件で検出できるため、交流成分信号のみで高精度な発振モードモニタ信号を得ることができる。また、発振モードモニタ信号に基づき判別した発振モード状態に基づき半導体レーザ１に注入する各電流Ｉｆ，Ｉｒ，Ｉｐもしくは素子温度Ｔｌｄを調整しているので、半導体レーザ１から出力されるレーザ光の発振モードを単一縦モードに安定化することができる。
【０１０３】
さらに、光検出器１５の出力信号は常にレーザ光強度が一定の条件で得られているため、この信号のみで高精度な波長モニタ信号を得ることができる。また検出した波長モニタ信号に基づき半導体レーザ１に注入する各電流Ｉｆ，Ｉｒ，Ｉｐもしくは素子温度Ｔｌｄを調整しているので、半導体レーザ１から出力されるレーザ光波長を安定化することができる。
【０１０４】
また、割算器１３，１８を用いないため、半導体レーザ装置の構成をさらに簡略化でき、通常用いられているバタフライ型モジュールパッケージ内に余裕を持って収納可能な小型化が実現できる。また、構成が簡略化されているので発振モードモニタとしての信頼性を向上することができる。
【０１０５】
この実施の形態６において、ビームスプリッタ１４で半導体レーザ１の出力光をＬ１、Ｌ２の２方向に分岐したが、ビームスプリッタ１４を用いず、光検出器１５を光検出器９の横に並べて、波長フィルタ１７をビームスプリッタ４と光検出器１５との間に設置し、Ｌ１方向に進む光だけで両方の光検出器に入力するようにしてもよい。
【０１０６】
実施の形態７.
つぎに、図１５〜図１６を用いて、図１１、図１３および図１４の半導体レーザ装置の構成要素である波長モニタの他の構成例について説明する。図１５に示す波長モニタは、入力発振光（モニタ光）の波長に応じて透過率が変化する狭帯域波長フィルタ５０と、この狭帯域波長フィルタ５０の透過光を受光する光検出器５１と、入力発振光の波長に応じて透過率が変化する広帯域波長フィルタ５２と、この広帯域波長フィルタ５２の透過光を受光する光検出器５３とを備えている。
【０１０７】
すなわち、各波長フィルタ５０，５２で、波長情報を強度情報に変換し、各光検出器５１，５３で、波長フィルタ５０，５２からの光信号を電気信号に変換することにより、波長に応じた強度の電気信号を得ることができる。
【０１０８】
図１６は、狭帯域波長フィルタ５０の波長特性と広帯域波長フィルタ５２の波長特性を示すものである。Δλｌｄは半導体レーザの波長可変領域であり、Δλｆ１は広帯域波長フィルタ５２の波長弁別領域であり、Δλｆ２は狭帯域波長フィルタ５０の波長弁別領域である。また、ＩＴＵグリッドの各波長（チャネル）間隔を狭帯域波長フィルタ５０の波長弁別領域の２倍（２×λｆ２）に等しく設定している。ＩＴＵグリッドは、国際電気通信連合（International Telecommunication Union）で指定された特定の波長領域、例えば１５５０ｎｍのウインドウでの近接した間隔の波長セットであり、例えば１００ＧＨＺ間隔の場合は、約０．８ｎｍの波長間隔に相当する。
【０１０９】
この種のＳＳＧ ＤＢＲ−ＬＤでは、通常の半導体レーザに比べ、波長可変領域（Δλｌｄ）が、３０ｎｍ〜４０ｎｍと、広い。狭帯域波長フィルタ５０は、波長変化に対する信号強度変化が大きく、波長を高精度に検出できる利点があるが、狭帯域波長フィルタ５０の波長弁別領域（Δλｆ２）は狭いので、狭帯域波長フィルタ５０のみでは、半導体レーザの波長可変領域（Δλｌｄ）を全てカバーすることができず、絶対波長を検出することができない。そこで、半導体レーザの波長可変領域（Δλｌｄ）の全体は、Δλｌｄより広い波長弁別領域（Δλｆ１）をもつ広帯域波長フィルタ５２によってカバーすることで、どのグリッドに位置しているか、すなわち発振波長の絶対波長を検出するようにしている。
【０１１０】
狭帯域波長フィルタの一方のスロープの特性のみを利用する場合は、
ＩＴＵグリッドの波長間隔＝２×Δλｆ２
２×Δλｆ２＜Δλｌｄ＜Δλｆ１
の関係が成立するように、各波長フィルタ５０，５２の波長特性を設定する。
【０１１１】
また、狭帯域波長フィルタの両方のスロープの特性を利用する場合は、
ＩＴＵグリッドの波長間隔＝Δλｆ２
２×Δλｆ２＜Δλｌｄ＜Δλｆ１
の関係が成立するように、各波長フィルタ５０，５２の波長特性を設定する。
【０１１２】
図１７を用いて図１５の波長モニタを用いた波長制御動作を説明する。まず、レーザ制御回路８は、広帯域波長フィルタ５２側の光検出器５３の出力を取得し（ステップ３００）、この出力に基づいて目標波長λｃに到達しているか否かを判定する（ステップ３１０）。広帯域波長フィルタによる目標波長への到達精度は狭帯域波長フィルタの波長弁別領域Δλ２以下であればよい。目標波長λｃに到達していない場合は、図示しない温度検出器で半導体レーザ近傍の温度をモニタしながらペルチェ素子３を駆動して素子温度Ｔｌｄを調節することによって目標波長λｃに安定化させる（ステップ３２０）。
【０１１３】
また、ステップ３１０の判定で目標波長λｃに到達していることが検出されると、レーザ制御回路８は、狭帯域波長フィルタ５０側の光検出器５１の出力を取得し（ステップ３３０）、この出力に基づいて目標波長λｃで安定しているか否かを判定する（ステップ３４０）。レーザ制御回路８は、波長ずれ量が予め規定された仕様値（発振波長確度）よりも大きい場合は、温度をモニタしながらペルチェ素子３を駆動して素子温度Ｔｌｄを調節することによって目標波長λｃに安定化させる（ステップ３５０）。
【０１１４】
このように、図１５に示す波長モニタにおいては、広帯域波長フィルタ５２側の出力に基づいて発振波長の粗調整を行い、その後、狭帯域波長フィルタ５０側の出力に基づいて発振波長の微調整を行うことで、半導体レーザの波長可変領域が大きな場合でも、高精度の波長制御を行えるようにしている。
【０１１５】
なお、図１または図１１に示した実施の形態のように、規格化された波長モニタ信号が必要な場合、光検出器５１および５３の各出力を分岐回路１２からの直流成分信号で夫々割算することで、光検出器５１および５３の各出力と、直流成分信号との比を求めるようにすればよい。
【０１１６】
なお、上記の各実施の形態では半導体レーザ１にＳＳＧ ＤＢＲ−ＬＤを用いるようにしたが、他のＳＧ−ＤＢＲ ＬＤ（サンプルド回折格子 Sampled Grating ＤＢＲ）構造をもつようなＬＤにも本発明を適用することができる。この場合にも、上記と同様の効果が得られる。このＳＧ−ＤＢＲ ＬＤは、同じ周期の回折格子のある領域と回折格子のない領域を一つの単位として、これを整数回並べたものであり、「回折格子のある領域」＋「ない領域」の並びが同じ間隔で並んでいる。ＳＧ−ＤＢＲ ＬＤの場合も、基本的に、フロントＳＳＧ ＤＢＲ領域とリアＳＳＧ ＤＢＲ領域とで、並びの周期を変えることによって、フロントＳＳＧ ＤＢＲ領域とリアＳＳＧ ＤＢＲ領域との反射ピークの周期を異ならせている。このＳＧ−ＤＢＲ ＬＤの場合、ＳＳＧ−ＤＢＲと違ってグレーティングのない領域の距離を変えることによって、上記反射ピークの周期の違いを達成できるため、グレーティング単体の周期は変えなくても済む。なお、グレーティング単体の周期を変えることによって、上記反射ピークの周期の違いを実現するようにしてもよい。
【０１１７】
また、上記各実施の形態では半導体レーザ１からの前面出力光の一部をモニタ光として取り出すようにしているが、半導体レーザ１の背面から出力される微量の発振光一部または全てをモニタ光として用いても良い。その場合、前面光出力を減らすことなく外部出力信号として用いることができる。さらにビームスプリッタ４は不要となり、構成が簡略化される。
【０１１８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、半導体レーザからの出力光のうち直流成分の信号の強度と交流成分の信号の強度の比を求め、この比に基づき発振モードを判定し、判定結果に応じて半導体レーザの発振モードを制御しているので、レーザ光出力に依存しない発振モードの判定結果を簡便かつ高精度に得ることができ、半導体レーザから出力されるレーザ光の発振モードを単一縦モードに簡便に高精度に安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の発振モードモニタ回路を含む半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 ＳＳＧ ＤＢＲ ＬＤの構成を示す断面図である。
【図３】 ＳＳＧ ＤＢＲ ＬＤの各領域での利得またはロスの波長特性示す図である。
【図４】 ＳＳＧ ＤＢＲ ＬＤにおける発振波長のＩｆ、Ｉｒ特性を示す図である。
【図５】 図４の発振波長のＩｆ、Ｉｒ特性の波長境界領域を明確にした図である。
【図６】 ＳＳＧ ＤＢＲ ＬＤにおける単一縦モードと不安定モード発振の波長スペクトルを示す図である。
【図７】 ＳＳＧ ＤＢＲ ＬＤにおける単一縦モード発振と不安定な発振状態の強度スペクトルを示すグラフである。
【図８】 ＳＳＧ ＤＢＲ ＬＤにおける光強度高周波成分のＩｆ、Ｉｒ特性を示す図である。
【図９】 この発明の実施の形態２の発振モードモニタ回路を含む半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】 この発明の実施の形態３の発振モードモニタ回路を含む半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】 この発明の実施の形態４の発振モードモニタ回路および波長モニタ回路を含む半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】 複屈折フィルタにおける透過強度の波長特性を説明する図である。
【図１３】 この発明の実施の形態５の発振モードモニタ回路および波長モニタ回路を含む半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】 この発明の実施の形態６の発振モードモニタ回路および波長モニタ回路を含む半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】 この発明の実施の形態７を示すものであり、波長モニタ回路の他の形態を示すブロック図である。
【図１６】 図１５の波長モニタに用いられる広帯域波長フィルタ及び狭帯域波長フィルタの波長特性を示す図である。
【図１７】 図１５の波長モニタを用いた波長制御の手順を示すフローチャートである。
【図１８】 従来技術を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ、２ ヒートシンク、３ ペルチェ素子、４，１４，１９ ビームスプリッタ、５ 半導体レーザ駆動装置、７ 発振モードモニタ回路、８，２８，３８，４８，５８，６８ レーザ制御回路、９，１５，２０ 光検出器（フォトダイオード）、１０ 発振モード信号生成回路、１２ 分岐回路、１３，１８ 割算器、１６ ハイパスフィルタ、１７ 波長フィルタ、３１ フロントＳＳＧ ＤＢＲ領域、３２ 活性層領域、３３ 位相制御領域、３４ リアＳＳＧ ＤＢＲ領域、５０ 狭帯域波長フィルタ、５１，５３（フォトダイオード） 光検出器、５２ 広帯域波長フィルタ。

Claims (8)

1. 波長周期が異なる複数の反射ピークを有する第１及び第２の光反射器とこれら第１及び第２の光反射器の間に配される活性層領域および位相制御領域とを含む半導体レーザを有し、第１及び第２の光反射器への注入電流を制御することにより、第１の光反射器の反射ピークと第２光反射器の反射ピークが一致する複数の反射ピーク一致モードのうちの１つの反射ピーク一致モードを選択して発振動作を行うとともに、前記第１及び第２の光反射器への注入電流、前記位相制御領域への注入電流または前記半導体レーザの温度を制御して単一縦モード発振制御する半導体レーザ装置において、
   前記半導体レーザの出力光を受光して電気信号に変換する光検出器と、
   この光検出器の出力信号の直流成分の信号強度と交流成分の信号強度の比を出力する発振モード信号生成回路と、
   前記発振モード信号生成回路の出力と、所定の閾値との比較に基づき前記半導体レーザが単一縦モード発振しているか多モード発振しているかを判定し、多モード発振していると判定された場合は、前記第１及び第２の光反射器への注入電流、前記位相制御領域への注入電流または前記半導体レーザの温度を制御して単一縦モード発振になるように制御するレーザ制御回路と、
   を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 上記発振モード信号生成回路は、
   前記光検出器の出力信号を直流成分信号と交流成分信号に分岐する分岐回路と、
   前記直流成分信号に対する交流成分信号の比を求め、この比を発振モードモニタ信号として出力する割算器と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
3. 上記発振モード信号生成回路は、
   前記光検出器の出力信号を直流成分信号と交流成分信号に分岐する分岐回路と、
   前記分岐回路から出力される交流成分のうち予め設定された所定の周波数成分のみを抽出するバンドパスフィルタと、
   前記直流成分信号に対するバンドパスフィルタの出力の比を求め、この比を発振モードモニタ信号として出力する割算器と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
4. 前記半導体レーザの出力光が入力され、レーザ光の波長に応じて出力信号が変化する特性を有する波長モニタ回路を更に備え、
   前記レーザ制御回路は、前記波長モニタ回路の出力に基づき前記半導体レーザの発振波長を制御する
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の半導体レーザ装置。
5. 上記波長モニタ回路は、
   入力発振光の波長に応じて透過率が変化する波長フィルタと、
   この波長フィルタの透過光を受光して電気信号に変換する波長モニタ用光検出器と、
   この波長モニタ用光検出器と前記発振モード信号生成回路からの直流成分信号との比を求め、該求めた比を波長モニタ信号として出力する割算器と、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ装置。
6. 上記波長モニタ回路は、
   入力発振光の波長に応じて透過率が変化する狭帯域の波長フィルタと、
   この狭帯域の波長フィルタの透過光を受光する第１の光検出器と、
   入力発振光の波長に応じて透過率が変化する広帯域の波長フィルタと、
   この広帯域の波長フィルタの透過光を受光する第２の光検出器と、
   前記第１の光検出器と前記発振モード信号生成回路からの直流成分信号との比と、前記第２の光検出器と前記発振モード信号生成回路からの直流成分信号との比を夫々求め、該求めた２つの比を第１および第２の波長モニタ信号として出力する割算器と、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ装置。
7. 前記狭帯域の波長フィルタの波長弁別領域はＩＴＵグリッドに対応し、
   前記広帯域の波長フィルタの波長弁別領域は半導体レーザの波長可変範囲よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザ装置。
8. 上記波長フィルタは、ファブリペローエタロン、複屈折結晶と偏光子を有する複屈折フィルタ、多層膜フィルタ、ファイバーグレーティングの何れかであることを特徴とする請求項５〜７の何れか一つに記載の半導体レーザ装置。

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