JP4537082B2 - 半導体レーザの検査方法および検査装置 - Google Patents

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Description

この発明は、例えば光ファイバ通信に用いられる半導体レーザ、特に位相シフト型回折格子を有する分布帰還型半導体レーザの検査方法およびその検査方法に用いる検査装置に関するものである。
従来、分布帰還型半導体レーザは、単一縦モード発振を実現できることから、光ファイバ通信に多く用いられている。中でも回折格子の一部に4分の1波長相当の位相シフト部を有するλ/4位相シフト型回折格子をもつ分布帰還型半導体レーザは、高歩留で非常に安定な単一縦モード発振が得られるため、高速光通信の分野で多く用いられている。(例えば非特許文献1参照)。
光ファイバ通信、特に長距離光ファイバ通信では1.55μm帯の波長の光が用いられている。これは光ファイバ中の光の吸収損失が最低になる波長が1.55μmであるためである。
しかし、1.55μm帯では、他の波長帯に比べて光ファイバの屈折率の波長依存性が大きい。このことは、光ファイバ中の光速が波長依存性をもつことを意味している。
一般に、半導体レーザに変調電流を印加すると、チャーピングと呼ばれる発振波長の変動が発生する。上記チャーピングにより、レーザ光の波長が動的に変動した場合、上述した屈折率の波長依存性のため、信号光の到達の時間がずれて変調信号波形の崩れを発生させる。この崩れる度合いは伝送距離が長いほど顕著であるため、伝送距離が長くなると変調信号波形の崩れが大きくなり、受信側で正確に信号を読み取れなくなる。このため、チャーピングにより伝送距離が制限されることになる。
このチャーピングは以下に述べる原理により生じる。レーザの変調時には、印加された変調電流によりレーザ内部のキャリア密度が変動する。キャリア密度の変化により屈折率の変化が生じる(この現象はプラズマ効果として知られている)。
一方、分布帰還型レーザの発振波長はブラッグ条件を満たす波長λによってほぼ決定される。ここで、
λ=2×n×m×Λ ……(1)
ただし、 n:屈折率、 m:1以上の整数、 Λ:回折格子の周期、
である。したがって、屈折率の変動により波長が変動することが(1)式から容易に理解できる。このような原理により、変調時においてはレーザの波長が変動する。
ところで、位相シフト部を有する分布帰還型レーザにおいては、チャーピングの大小が位相シフト量に依存することが知られている(例えば非特許文献2参照)。
位相シフト量は、安定した単一縦モード発振の実現のため、通常4分の1波長(回折格子周期の1/2)に設定されるが、回折格子周期は0.2〜0.25μmと非常に小さい値であるため、実際の素子作製プロセスにおいては、位相シフト量は本来の設計値であるλ/4から若干のずれを生じ、ばらつきを持つことになる。その結果、チャーピングの大小についても素子間でばらつきが生じ、素子の伝送特性を保証するためには伝送特性を全数検査することが必要であった。
素子の伝送特性については一般に「パワーペナルティ」と呼ばれるパラメータを用いて論じられている。半導体レーザ製品の伝送特性を保証するにあたっては、パワーペナルティの値で規格が設定される場合が多い。パワーペナルティとは、変調信号波形の崩れの度合いを示すパラメータであり、規定された伝送距離および伝送距離0kmにおける、所定の符号誤り率を実現するのに必要な受信感度(受信器への入力光パワー)の差で定義される。
したがって、素子の伝送特性を検査するということは、パワーペナルティを測定することであり、それは即ち受信器への入力光パワーを変化させながら伝送前後における符号誤り率を測定することである。
沼居著「半導体レーザ工学の基礎」p.167−170 "IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS" VOL.13,NO.3, MARCH 2001, pp245−247
従来の半導体レーザの検査方法は以上のようになされていたため、素子の伝送特性の検査には多くの時間が必要であった。その理由は、符号誤り率の測定に時間を要するためである。ランダム事象である符号誤りをカウントするには長い時間が必要である。
例えば、伝送速度2.5Gbps、パワーペナルティを規定する符号誤り率10-10の場合、パワーペナルティの測定には1素子あたり15〜20分程度を要する。この時間は半導体レーザの検査としては非常に長く、工期の増大や検査コストの上昇を招くなどの問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、ごく短時間で素子の伝送特性について検査することが可能な検査方法およびこの検査方法に適した検査装置を提供することを目的とする。
この発明に係る半導体レーザの検査方法は、位相シフト部を有する回折格子をもつ分布帰還型半導体レーザの検査において、上記分布帰還型半導体レーザのスペクトルを測定すると共に、主モードの短波側にあるサイドモードの強度と長波側にあるサイドモードの強度との差△Lを算出し、上記△Lが一定値以上のとき、上記分布帰還型半導体レーザを良品と判定するものである。
この発明に係る半導体レーザの検査方法は上記のようになされているため、従来のパワーペナルティ検査に比して非常に短時間(10秒程度)で検査を完了することができる。
したがって、生産工期の短縮や生産コストの低減に有効である。
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図にもとづいて説明する。図1は、実施の形態1の構成を説明するためのスペクトル図の例を示すもので、λ/4位相シフト型分布帰還型レーザのスペクトル図の例を示す。横軸は波長を示し、縦軸はレーザ光の強度を示す。
この図は、レーザに流す電流を発振しきい値電流の0.9倍とした場合のスペクトルを示すものである。
このスペクトルの主モードM0の短波側にあるサイドモードM1のピーク強度をL1、長波側にあるサイドモードM2のピーク強度をL2とし、その差△L=L1−L2を算出する。
算出された△Lとパワーペナルティとの間には図2に示すような相関があることが判明した。両者の相関の原因は、上述した位相シフト量のλ/4からのずれである。位相シフト量がλ/4ちょうどであれば△L=0であるが、λ/4より小さいと△L>0、λ/4より大きいと△L<0となることは、比較的簡単な計算により導出される。
△Lは、半導体レーザを発光させ、その光をレンズなどで光ファイバに集光し、その光ファイバを光スペクトラムアナライザに入力することにより測定することができる。
なお、半導体レーザがモジュールに実装されている場合には、モジュールからの出力を光スペクトラムアナライザに入力するだけでよい。図1、図2の例ではレーザに流す電流をしきい値電流の0.9倍としたが、しきい値電流以上の電流であっても図2の関係は成立するため、実施の形態1の検査の実施にあたってはしきい値電流以上の電流であっても差し支えない。
伝送特性の良否を示すパラメータであるパワーペナルティは、所定の値以下、一般的には2dB以下であることが求められる場合が多い。したがって、図2において、例えばパワーペナルティが2dB以下となる△Lの範囲を良品と判定することによりパワーペナルティ、即ち伝送特性の検査を代替することができる。
従来のパワーペナルティ検査(測定時間15分以上)と比較して、上記の△Lの検査は非常に短時間(10秒程度)で完了するため、生産工期の短縮や生産コストの低減に有効である。
従来の光スペクトラムアナライザには、△Lを算出する演算機能は備えられていないので、このような機能を備えた光スペクトラムアナライザを実現することにより、パワーペナルティの検査を行うための簡易なスペクトル検査装置を実現することができる。
具体的には、主モードM0の短波側および長波側にある2つのサイドモードM1、M2のピーク強度L1、L2を自動的に検出し、検査装置の演算機能により△Lを算出させるようにした光スペクトルアナライザが有効である。
また、光スペクトラムアナライザに△Lを算出する演算機能を備える代わりに、従来の光スペクトラムアナライザとコンピュータとを接続し、測定データをコンピュータに転送してコンピュータで計算することにより、△Lを算出することも可能である。
このような測定系を用いてもパワーペナルティの検査を行うことができ、上記の△Lを算出する機能を備えた光スペクトラムアナライザと同等の効果を得ることができる。
この発明の実施の形態1の構成を説明するためのスペクトル図である。 実施の形態1における△Lとパワーペナルティとの相関関係を示す図である。
符号の説明
0 主モード、 M1、M2 サイドモード、 L1、L2 サイドモードのピーク強度、 △L ピーク強度の差。

Claims (2)

  1. 位相シフト部を有する回折格子をもつ分布帰還型半導体レーザの検査において、上記分布帰還型半導体レーザのスペクトルを測定すると共に、主モードの短波側にあるサイドモードの強度と長波側にあるサイドモードの強度との差△Lを算出し、上記△Lが一定値以上のとき、上記分布帰還型半導体レーザを良品と判定することを特徴とする半導体レーザの検査方法。
  2. 位相シフト部を有する回折格子をもつ分布帰還型半導体レーザの検査装置において、上記分布帰還型半導体レーザのスペクトルを測定すると共に、主モードの短波側にあるサイドモードの強度と長波側にあるサイドモードの強度との差△Lを算出し、上記△Lが一定値以上のとき、上記分布帰還型半導体レーザを良品と判定する手段を備えたことを特徴とする半導体レーザの検査装置。
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