JP4625661B2 - Semiconductor optical device, laser module, and optical transceiver - Google Patents
Semiconductor optical device, laser module, and optical transceiver Download PDFInfo
- Publication number
- JP4625661B2 JP4625661B2 JP2004234014A JP2004234014A JP4625661B2 JP 4625661 B2 JP4625661 B2 JP 4625661B2 JP 2004234014 A JP2004234014 A JP 2004234014A JP 2004234014 A JP2004234014 A JP 2004234014A JP 4625661 B2 JP4625661 B2 JP 4625661B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- temperature
- active layer
- laser module
- semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 44
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 30
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 34
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 13
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- -1 indium phosphide (InP) compound Chemical class 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
本発明は、連続発振レーザや波長可変レーザ、伝送速度が2.5Gbit/s以上の半導体発光素子、光増幅器、及びそれらを搭載したレーザモジュールに関する技術であり、その技術分野は光送受信器に及ぶ。 The present invention relates to a continuous wave laser, a wavelength tunable laser, a semiconductor light emitting device having a transmission speed of 2.5 Gbit / s or more, an optical amplifier, and a laser module equipped with them, and the technical field covers optical transceivers. .
一般に、半導体レーザ、電界吸収型変調器、または半導体光増幅器を駆動させると、局所的な発熱により素子活性層部の温度が上昇する。活性層部の温度が変動すると、活性層を形成している半導体のバンドギャップエネルギーが変動することによって半導体光素子の特性が変動する。 In general, when a semiconductor laser, an electroabsorption modulator, or a semiconductor optical amplifier is driven, the temperature of the element active layer rises due to local heat generation. When the temperature of the active layer portion changes, the characteristics of the semiconductor optical device change due to the change of the band gap energy of the semiconductor forming the active layer.
具体的には、半導体レーザの場合、活性層の温度が上昇すると発振閾値電流の増大、電流−光変換効率(スロープ効率)の低下、発振波長の増大等を引き起こす。特に、発振波長の増大は、活性層を形成する半導体材料がインジウム燐(InP)系化合物半導体で1.55μm波長帯の場合、約0.1nm/℃となる。 Specifically, in the case of a semiconductor laser, when the temperature of the active layer increases, the oscillation threshold current increases, the current-light conversion efficiency (slope efficiency) decreases, the oscillation wavelength increases, and the like. In particular, the increase in the oscillation wavelength is about 0.1 nm / ° C. when the semiconductor material forming the active layer is an indium phosphide (InP) compound semiconductor in the 1.55 μm wavelength band.
現在、幹線系において多く用いられている、複数チャンネルの波長の光信号を一つの光伝送線路で伝送する高密度波長多重(DWDM:Dense Wavelength Division Multiplexing)光通信においては、使用する各チャンネルの波長間隔は0.4nmまたは0.8nmという極めて狭い間隔に決められている。 In the high-density wavelength division multiplexing (DWDM) optical communication that transmits optical signals having a plurality of channel wavelengths through a single optical transmission line, which is currently widely used in the trunk line system, the wavelength of each channel to be used. The interval is determined to be an extremely narrow interval of 0.4 nm or 0.8 nm.
したがって、DWDM光通信においてレーザの活性層温度の変動によって発振波長が変動することは、各波長の光信号が相互に影響しあう可能性があり、DWDMの提供が困難となりうる。 Therefore, if the oscillation wavelength fluctuates due to fluctuations in the active layer temperature of the laser in DWDM optical communication, optical signals of the respective wavelengths may affect each other, and it may be difficult to provide DWDM.
電界吸収型(EA:Electro−Absorption)変調器を集積した分布帰還型(DFB;Distributed FeedBack)レーザ(以下ではEA/DFBレーザという)の場合、レーザ部の活性層の温度上昇が変調器部に伝導することに加えて、変調器部に逆方向電圧を印加することによって変調器部の活性層も温度が上昇する。 In the case of a distributed feedback (DFB) laser (hereinafter referred to as an EA / DFB laser) in which an electro-absorption (EA) modulator is integrated, the temperature rise in the active layer of the laser part is applied to the modulator part. In addition to conducting, applying a reverse voltage to the modulator section also raises the temperature of the active layer of the modulator section.
変調器部の活性層温度が上昇すると、変調器部の吸収端波長の増大が起こる。その増大量は、1.55μm波長帯InP系化合物半導体の場合、約0.5nm/℃である。したがって、同波長帯かつ同半導体材料の場合、レーザ部の発振波長と変調器部の吸収端波長の差で定義されるΔHは、単位温度あたり0.4nm減少することになる。活性層部の温度上昇に伴うΔHの減少は、光のオン・オフの比である消光比の増大、チャーピング特性を決定するαパラメータの低下などを引き起こし、EA/DFBレーザの伝送特性を一定に保つことができない。 When the active layer temperature of the modulator part rises, the absorption edge wavelength of the modulator part increases. The increase amount is about 0.5 nm / ° C. in the case of a 1.55 μm wavelength band InP-based compound semiconductor. Therefore, in the case of the same wavelength band and the same semiconductor material, ΔH defined by the difference between the oscillation wavelength of the laser part and the absorption edge wavelength of the modulator part decreases by 0.4 nm per unit temperature. The decrease in ΔH accompanying the temperature rise in the active layer causes an increase in the extinction ratio, which is the ratio of light on / off, and a decrease in the α parameter that determines the chirping characteristics, thereby making the transmission characteristics of the EA / DFB laser constant. Can't keep up.
これに対して、例えば特開2002−323685号においては、変調器部の近傍に設けた薄膜ヒータなどによって、レーザ部とは独立に変調器部の温度制御を行い、素子特性を一定に保つ手段が示されている。 On the other hand, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-323865, means for controlling the temperature of the modulator unit independently of the laser unit by means of a thin film heater provided in the vicinity of the modulator unit to keep the element characteristics constant. It is shown.
半導体光増幅器(SOA;Semiconductor Optical Amplifier)の場合は、活性層の温度上昇に伴い、利得ピーク波長が増大するため増幅率が変動し、増幅後の出力パワーの低下を引き起こす。 In the case of a semiconductor optical amplifier (SOA), the gain peak wavelength increases with an increase in temperature of the active layer, so that the amplification factor fluctuates and the output power after amplification is reduced.
これらの半導体光素子を組み込んだレーザモジュールには、素子の温度変動を検知し、半導体光素子の温度制御を行って特性を一定に保つタイプのcooledレーザモジュールと、半導体光素子の駆動条件を変えて特性を一定に保つタイプのuncooledレーザモジュールとがある。cooledレーザモジュールの例としては、DWDM光通信用のモジュールや波長可変レーザを搭載したモジュールなど波長制御が必要なモジュールが挙げられる。また、uncooledレーザモジュールとしては、低コスト化および低消費電力化が必要な直接変調型レーザやEA/DFBレーザを搭載したモジュールが多い。いずれの場合も、レーザモジュール内にサーミスタを配置し、その抵抗値を読み取ることで素子温度を検知する。 The laser modules incorporating these semiconductor optical elements include a type of cooled laser module that detects temperature fluctuations of the elements and controls the temperature of the semiconductor optical elements to keep the characteristics constant, and changes the driving conditions of the semiconductor optical elements. There is a type of uncooled laser module that keeps its characteristics constant. Examples of the cooled laser module include a module that requires wavelength control, such as a module for DWDM optical communication or a module equipped with a wavelength tunable laser. Moreover, as an uncooled laser module, there are many modules equipped with a direct modulation laser or an EA / DFB laser that requires lower cost and lower power consumption. In either case, the thermistor is disposed in the laser module, and the element temperature is detected by reading the resistance value.
サーミスタの配置場所は、素子が搭載されたチップキャリア上であることが多い。サーミスタによって検知した素子温度を、cooledレーザモジュールの場合はチップキャリア直下のペルチエ基板に、uncooledレーザモジュールの場合は半導体レーザや変調器の駆動回路に、それぞれ帰還する。 The thermistor is often placed on a chip carrier on which an element is mounted. The element temperature detected by the thermistor is fed back to the Peltier substrate immediately below the chip carrier in the case of a cooled laser module, and to the driving circuit of the semiconductor laser and modulator in the case of an uncooled laser module.
現在のレーザモジュールにおいては、上述したサーミスタを使用して素子温度を検知する場合がほとんどである。しかし、サーミスタで検知する温度は、チップキャリアやはんだの熱抵抗を介したものであって、素子の活性層部の温度を直接検知しているわけではない。また、サーミスタを使用している以上、チップキャリアもしくはレーザモジュールのサイズを縮小することは困難であるし、実装工程にも時間を要する。 Most current laser modules detect the element temperature using the thermistor described above. However, the temperature detected by the thermistor is via the thermal resistance of the chip carrier or solder, and does not directly detect the temperature of the active layer portion of the element. Further, as long as the thermistor is used, it is difficult to reduce the size of the chip carrier or the laser module, and the mounting process also takes time.
本発明において解決しようとする課題は、サーミスタなどの特定の温度検知部品を使用することなく素子の活性層部の温度を直接検知し、また小型で低コストなレーザモジュールを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a small and low-cost laser module that directly detects the temperature of the active layer portion of an element without using a specific temperature detection component such as a thermistor.
前述した課題を解決するために、半導体光素子内に活性層部の温度を測定できる領域を設ける。具体的には、同一半導体基板内、特に最も発熱する素子構造の近傍に電流−電圧(I−V)特性を測定することができる領域を設ける。この領域は、p型半導体とn型半導体とで活性層を形成する真性(Intrinsic)半導体を挟んだPIN接合、あるいはp型半導体とn型半導体からなるPN接合にメサ構造が形成されている必要がある。 In order to solve the above-described problem, a region in which the temperature of the active layer portion can be measured is provided in the semiconductor optical device. Specifically, a region in which current-voltage (IV) characteristics can be measured is provided in the same semiconductor substrate, particularly in the vicinity of the element structure that generates the most heat. In this region, a mesa structure needs to be formed in a PIN junction sandwiching an intrinsic semiconductor that forms an active layer between a p-type semiconductor and an n-type semiconductor, or a PN junction composed of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor. There is.
メサ構造がストライプ形状の場合、その幅、長さは、それぞれ数μm、50μm程度あれば十分である。また、メサ構造が円形状の場合、その直径は数μmあれば十分である。このような半導体構造にp電極とn電極を形成する。 When the mesa structure is a stripe shape, it is sufficient that the width and length are about several μm and 50 μm, respectively. In addition, when the mesa structure is circular, it is sufficient that its diameter is several μm. A p-electrode and an n-electrode are formed in such a semiconductor structure.
以上のようにして形成されたI−V特性測定領域に、ある一定電流を注入したときの電圧値を読み取る。注入する電流については、I−V特性測定領域がPIN接合から構成される場合は特に、I−V特性測定領域でレーザ発振が起こらない程度に微小なDC電流であるか、I−V特性測定領域の発熱を極力抑えるためにパルス電流であることが望ましい。 The voltage value when a certain current is injected into the IV characteristic measurement region formed as described above is read. As for the current to be injected, especially when the IV characteristic measurement region is composed of a PIN junction, it is a very small DC current that does not cause laser oscillation in the IV characteristic measurement region, or the IV characteristic measurement. In order to suppress heat generation in the region as much as possible, a pulse current is desirable.
I−V特性は活性層部の温度によって変動するため、読み取った電圧値で素子温度を検知することが可能である。これは、活性層部の温度が上昇した場合に結晶格子間隔の熱膨張によってバンドギャップエネルギーが低下する、という半導体の基本的な性質を利用したものである。 Since the IV characteristic varies depending on the temperature of the active layer portion, the element temperature can be detected by the read voltage value. This utilizes the basic property of a semiconductor that the band gap energy decreases due to thermal expansion of the crystal lattice spacing when the temperature of the active layer portion increases.
本発明を用いることによって、半導体光素子の特性に大きな影響を与える活性層部の温度をより直接的に検知することができ、レーザモジュールの温度制御機構や駆動回路に正確な情報を帰還することが可能となる。また、素子内で温度検知ができるため、従来使用していたサーミスタなどの温度検知部品が不要となり、レーザモジュールの低コスト化を実現できる。 By using the present invention, it is possible to more directly detect the temperature of the active layer portion that greatly affects the characteristics of the semiconductor optical device, and to feed back accurate information to the temperature control mechanism and drive circuit of the laser module. Is possible. In addition, since temperature detection can be performed within the element, a temperature detection component such as a thermistor conventionally used is not required, and the cost of the laser module can be reduced.
さらに、温度検知部品を搭載するための面積を削減することも可能となるため、レーザモジュールの小型化へとつながるだけでなく、温度検知部品の搭載が不要となるため、レーザモジュールの実装時間の削減が可能となる。 Furthermore, since it is possible to reduce the area for mounting the temperature detection component, not only does it lead to downsizing of the laser module, but also eliminates the need for mounting the temperature detection component. Reduction is possible.
以下に本発明に関する具体的な実施例を詳細に説明する。 Specific examples relating to the present invention will be described in detail below.
図1は本発明の第1の実施例である、EA/DFBレーザ(レーザ部101、電界吸収型変調器部102)にI−V特性測定部103を備えた半導体光素子の斜視図(図1(a))、及び点線A−A′の断面構造(図1(b))である。I−V特性測定部103は、最も発熱するレーザ部101の近傍であることが望ましい。104は、レーザ部101と変調器部102を電気的に分離させるために、抵抗値の小さなInGaAsなどで形成されているコンタクト層を除去した分離溝である。
FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor optical device according to a first embodiment of the present invention, which includes an EA / DFB laser (
図1(b)を詳細に説明する。ここでは、EA/DFBレーザとして一般的な構造である、n型InP半導体基板を用いたFeドープInP埋め込み構造を示す。105はn型InP、106はInGaAsPなどで構成される活性層、107はp型InP、108はコンタクト層、109はFeドープInP、110は半導体保護膜、111はp電極、112はn電極である。 FIG. 1B will be described in detail. Here, an Fe-doped InP buried structure using an n-type InP semiconductor substrate, which is a general structure as an EA / DFB laser, is shown. 105 is an active layer composed of n-type InP, 106 is InGaAsP, 107 is p-type InP, 108 is a contact layer, 109 is Fe-doped InP, 110 is a semiconductor protective film, 111 is a p-electrode, 112 is an n-electrode is there.
図1(b)では、I−V特性測定部103はレーザ部101と同一半導体多層構造となっているが、変調器部102の多層構造や単なるPN接合であっても構わない。いずれにしても、I−V特性測定部103を作製する場合、従来のI−V特性測定部を有しないEA/DFBレーザに比べて、多層構造の形成、ストライプパターン形成、及び電極形成など、レーザ部や変調器部のそれらと同一工程で作製することが可能なため、製造コストが増えることはない。
In FIG. 1B, the IV
図2に、レーザ部と同一多層構造に長さ400μm幅1.3μmのメサストライプ構造を形成したI−V特性測定部103に65mAの一定パルス電流を注入した場合の、電圧値の活性層温度依存性を示す。活性層部の温度が上昇すると、バンドギャップエネルギーが低下し電圧値が減少する。レーザ部101の活性層部で発生した熱は、周囲の半導体を通じてI−V特性測定部103の活性層部に伝導する。
FIG. 2 shows an active layer temperature of a voltage value when a constant pulse current of 65 mA is injected into the IV
したがって、I−V特性測定部103に一定電流を注入した際の電圧値を読み取ることによって、レーザ部101の活性層部の温度を直接検知することが可能となる。活性層部の温度を検知することで、たとえば素子の温度制御を行いΔHの安定化、すなわち特性の安定化を図ることができる。
Therefore, it is possible to directly detect the temperature of the active layer portion of the
図3(a)に直接変調型レーザ301にI−V特性測定部302を備えた素子構造を示す。図3(b)は、図3(a)中に示す点線B−B′の断面構造である。ここでは、直接変調型レーザとして一般的な構造である、n型InP基板を用いたリッジ構造を示す。303はn型InP、304はInAlAsPなどで形成される活性層、305はp型InP、306はコンタクト層、307は半導体保護膜、308はp電極、309はn電極である。
FIG. 3A shows an element structure in which the
この場合も、実施例1のEA/DFBレーザ素子の場合と同様に、I−V特性測定部302は直接変調型レーザ301の近傍に配置させることが望ましい。ただし、レーザ部301とI−V特性測定部302とが同一活性層でつながっているリッジ構造においては、レーザ部301で発振したレーザ光がI−V特性測定部302へ伝播した場合でもレーザ光強度が十分弱くなる程度にまで離して配置するか、図3(b)に示すように、活性層304を貫くような深さの分離溝310が必要である。
In this case as well, as in the case of the EA / DFB laser element of the first embodiment, it is desirable that the IV
I−V特性測定部302の半導体多層構造については、実施例1と同様に単なるPN接合であってもよい。いずれにしてもI−V特性測定部302を作製する際、新規な作製工程が増えることはない。
The semiconductor multilayer structure of the IV
レーザ部301の活性層部で発生した熱は、活性層や周囲の半導体を通じてI−V特性測定部302の活性層部に伝導する。本実施例では、活性層を形成している半導体材料が異なるためバンドギャップエネルギーや温度によるその変動量は、実施例1のEA/DFBレーザの場合とは異なるが、I−V特性の活性層部温度依存性は図2と同様な傾向を示す。したがって、直接変調型レーザの場合においても、ある一定電流を注入したときの電圧値からレーザ部の活性層の温度を直接検知できることは言うまでもない。
The heat generated in the active layer part of the
図4は、実施例1で述べたEA/DFBレーザ内にI−V特性測定部を設けた素子を、素子の温度制御を必要とするcooledレーザモジュールに搭載した場合の構造を示す。ここで、404はEA/DFBレーザ(401:半導体レーザ部、402:電界吸収型変調器部、403:I−V特性測定部)、405は終端抵抗、406はペルチエ基板、407、408はそれぞれEA/DFBレーザからの前方、後方出力光、409は前方出力光407をファイバ結合させるための集光用レンズ、410は後方出力光408を受光するためのモニタ用フォトダイオード(以下ではモニタPDと呼ぶ)、411はcooledレーザモジュールのパッケージである。
FIG. 4 shows a structure when an element provided with an IV characteristic measurement unit in the EA / DFB laser described in the first embodiment is mounted on a cooled laser module that requires temperature control of the element. Here, 404 is an EA / DFB laser (401: semiconductor laser unit, 402: electroabsorption modulator unit, 403: IV characteristic measurement unit), 405 is a termination resistor, 406 is a Peltier substrate, and 407 and 408 are respectively Front and rear output light from the EA / DFB laser, 409 is a condensing lens for fiber-coupling the
このレーザモジュールでは、モニタPD410で受光した後方出力光パワーの変動をレーザ駆動電流源へ帰還して前方出力光パワーを常に一定に保つAPC(Auto Power Control)制御を行っている。また、実施例1で述べた方法を用いて、I−V特性測定部503で測定した電圧値を電圧/温度変換部を介して素子活性層部の温度を検知する。そして、この温度を素子が搭載されているチップキャリア(図4ではチップキャリアは省略している)の直下に配置したペルチエ基板に帰還し、素子活性層部の温度を常に一定に保つATC(Auto Temperature Control)制御を行う。
In this laser module, APC (Auto Power Control) control is performed in which the fluctuation of the rear output light power received by the
一般にレーザモジュールは、0℃〜70℃という広い周囲温度環境のもとで一定の特性を満足しなければならない。DWDM光通信用レーザモジュールの場合、周囲の環境がいかに変化しても波長変動は極力抑える必要がある。しかしながら、従来のレーザモジュールでは、その周囲温度が0℃から70℃まで変動したときの波長変動が±20pm程度生じてしまう。 In general, a laser module must satisfy certain characteristics under a wide ambient temperature environment of 0 ° C to 70 ° C. In the case of a laser module for DWDM optical communication, it is necessary to suppress wavelength fluctuation as much as possible regardless of how the surrounding environment changes. However, in the conventional laser module, when the ambient temperature fluctuates from 0 ° C. to 70 ° C., a wavelength variation of about ± 20 pm occurs.
この原因は、チップキャリア上に配置されたサーミスタによって検知した半導体光素子の温度が、チップキャリアの熱抵抗やはんだの不均一性などによるばらつきを含んだ温度であったためである。したがって、本実施例のATC制御方法を用いれば、素子温度を直接検知することができ、周囲の温度環境の変化による波長変動を従来の±20pmよりも低減することが可能となる。 This is because the temperature of the semiconductor optical element detected by the thermistor disposed on the chip carrier is a temperature including variations due to the thermal resistance of the chip carrier, the non-uniformity of the solder, and the like. Therefore, if the ATC control method of the present embodiment is used, the element temperature can be directly detected, and the wavelength fluctuation due to the change in the surrounding temperature environment can be reduced from the conventional ± 20 pm.
図5は、実施例1で述べたEA/DFBレーザ内にI−V特性測定部を設けた素子を、素子の温度制御を行わないuncooledレーザモジュールに搭載した場合の構造を示す。ここで、504はEA/DFBレーザ(501:半導体レーザ部、502:電界吸収型変調器部、503:I−V特性測定部)、505は終端抵抗、506、507はそれぞれEA/DFBレーザからの前方、後方出力光、508は前方出力光506をファイバ結合させるための集光用レンズ、509は後方出力光507を受光するためのモニタPD、510はuncooledレーザモジュールのパッケージである。
FIG. 5 shows a structure when an element provided with an IV characteristic measurement unit in the EA / DFB laser described in the first embodiment is mounted on an uncooled laser module that does not perform temperature control of the element. Here, 504 is an EA / DFB laser (501: semiconductor laser unit, 502: electroabsorption modulator unit, 503: IV characteristic measurement unit), 505 is a termination resistor, and 506 and 507 are EA / DFB lasers, respectively. 508 is a condensing lens for fiber-coupling the
前述したように、EA/DFBレーザでは温度制御しなければ素子活性層部の温度上昇に伴ってΔHが減少し、たとえば消光比の増大を引き起こす。素子活性層部の温度が変動しても特性を一定に保つためには、電界吸収型変調器502の駆動条件を変える必要がある。具体的には、素子温度が上昇した場合、変調器部に印加する高周波信号の振幅の低減、または高周波信号のオンレベルの電圧値(バイアス電圧値)を増大させればよい。
As described above, if the temperature is not controlled in the EA / DFB laser, ΔH decreases as the temperature of the element active layer portion rises, causing an increase in the extinction ratio, for example. In order to keep the characteristics constant even when the temperature of the element active layer portion fluctuates, it is necessary to change the driving conditions of the
このように、uncooledレーザモジュールでは、I−V特性測定部503で検知した素子活性層部の温度を変調器部502に印加する高周波信号のバイアス・振幅制御部へ帰還することで素子特性を一定に保つ。
In this way, in the uncooled laser module, the element characteristics are fixed by feeding back the temperature of the element active layer detected by the IV
図6は実施例2で述べた直接変調型レーザ内にI−V特性測定部を設けた素子を、uncooledレーザモジュールに搭載した場合の構造を示す。ここで、603は直接変調型レーザ(601:レーザ部、602:I−V特性測定部)、604、605はそれぞれ直接変調型レーザ603からの前方、後方出力光、606は前方出力光604をファイバ結合させるための集光用レンズ、607は後方出力光605を受光するためのモニタPD、608はuncooledレーザモジュールのパッケージである。
FIG. 6 shows a structure when an element provided with an IV characteristic measurement unit in the direct modulation laser described in the second embodiment is mounted on an uncooled laser module. Here, 603 is a direct modulation type laser (601: laser unit, 602: IV characteristic measurement unit), 604 and 605 are front and rear output lights from the direct
前述したように、直接変調型レーザでは素子活性層部の温度上昇に伴って、発振閾値電流が増大し、かつスロープ効率が減少するため、光出力の低下、及び消光比の増大を引き起こす。実施例4と同様に、素子活性層部の温度が変動したときに特性を一定に保つためには、レーザ部601の駆動条件を変える必要がある。具体的には、後方出力光パワーの変動をモニタPD607で検知して、これをレーザ部601のバイアス制御部に帰還してAPC制御を行う。また、素子活性層部の温度変動をI−V特性測定部602で検知し、それをレーザ部601の変調電流制御部に帰還してATC制御を行う。
As described above, in the direct modulation laser, the oscillation threshold current increases and the slope efficiency decreases as the temperature of the element active layer portion increases, causing a decrease in light output and an increase in extinction ratio. As in the fourth embodiment, it is necessary to change the driving conditions of the
このようにして、直接変調型レーザを搭載したuncooledレーザモジュールの特性を一定に保つことが可能となる。 In this way, it is possible to keep the characteristics of an uncooled laser module equipped with a direct modulation laser constant.
図7は、アレイ化された複数のDFBレーザ部701から構成される波長可変DFBレーザ、多モード干渉合波器702、SOA703とが集積されている半導体光素子に、I−V特性測定部704を設けた構造である。アレイ化された複数のDFBレーザ部701の各々には、互いに異なるピッチの回折格子が形成されている。
FIG. 7 shows an IV
また、図8は、アレイ化された複数の、活性領域部801と分布ブラッグ反射器(DBR;Distributed Bragg Reflector)部802で構成される波長可変DBRレーザ、多モード干渉合波器803、SOA804とが集積されている半導体光素子に、I−V特性測定部805を設けた構造である。806は、活性領域部801とDBR部802とを電気的に分離するための分離溝である。アレイ化された複数のDBR部802の各々には、互いに異なるピッチの回折格子が形成されている。実施例1、2と同様、図7、8においても、I−V特性測定部704、805は最も発熱するレーザ部の近傍であることが望ましい。
FIG. 8 shows a plurality of arrayed
図7、8はいずれも波長可変レーザであるが、両者で発振波長を変える手法が異なる。図7のアレイ化された波長可変DFBレーザでは、活性層部の温度を変えることでそれぞれのDFBレーザはある波長範囲で発振する。各DFBレーザで回折格子ピッチが異なるため、アレイ全体としては広範囲にわたって発振波長を可変にすることができる。 7 and 8 are both wavelength tunable lasers, but the methods for changing the oscillation wavelength are different between the two. In the arrayed wavelength tunable DFB laser of FIG. 7, each DFB laser oscillates in a certain wavelength range by changing the temperature of the active layer portion. Since the diffraction grating pitch is different for each DFB laser, the oscillation wavelength can be varied over a wide range as the entire array.
一方、図8のアレイ化された波長可変DBRレーザでは、光の増幅機能を有する活性領域部801に電流を注入することによってレーザ発振を起こし、DBR部に注入する電流値を変えることによって、ある波長に対する反射率を変えて発振波長を制御する。各DBR部で回折格子ピッチが異なるため、アレイ全体としては広範囲にわたって発振波長を可変にすることができる。
On the other hand, in the arrayed wavelength tunable DBR laser of FIG. 8, laser oscillation is caused by injecting current into the
いずれの場合においても、素子活性層部の温度を直接検知することで発振波長を一定に保つことができる。また、SOAの利得を一定に保つことも可能であり、出力パワーの安定化にもつながる。 In either case, the oscillation wavelength can be kept constant by directly detecting the temperature of the element active layer portion. Further, the SOA gain can be kept constant, which leads to stabilization of output power.
図9は図7で示した波長可変DFBレーザを、cooledレーザモジュールに搭載した場合の構造を示す。ここで、904は波長可変レーザ(901:DFBレーザ(アレイ化されたものの一つを示す)、902:SOA、903:I−V特性測定部)、905はペルチエ基板、906は前方出力光、907はビームスプリッタ、908はモニタPD、909は前方出力光906をファイバ結合させるための集光用レンズ、910はcooledレーザモジュールのパッケージである。
FIG. 9 shows a structure when the tunable DFB laser shown in FIG. 7 is mounted on a cooled laser module. Here, 904 is a wavelength tunable laser (901: DFB laser (shows one of the arrayed lasers), 902: SOA, 903: IV characteristic measurement unit), 905 is a Peltier substrate, 906 is front output light,
波長可変レーザモジュールでは、レーザ部に注入する電流値を一定に保つACC(Auto Current Control)制御を行う場合が多い。一方、APC制御については、モニタPD908で受光した前方出力光の変動をSOA駆動電流源へ帰還することで光出力を一定に保っている。また、I−V特性測定部903で測定した電圧値を電圧/温度変換部を介して、素子活性層部の温度を検知する。そして、この温度をペルチエ基板に帰還してATC制御を行う。
In many cases, the tunable laser module performs ACC (Auto Current Control) control to keep the current value injected into the laser unit constant. On the other hand, for APC control, the light output is kept constant by feeding back the fluctuation of the front output light received by the
従来は、ATC制御にはエタロンとPDを主部品として構成される波長ロッカモジュールを使用していた。つまり、前方出力光906の波長を波長ロッカモジュールでモニタし、波長変動量から素子活性層部の温度変動を読み取り、ペルチエ基板905に帰還していた。しかし、本実施例のモジュールを使用することによって、波長ロッカモジュールを使用することなくATC制御が可能となるため、モジュールのサイズ・コストを大幅に削減することが可能となる。
Conventionally, a wavelength locker module comprising etalon and PD as main components has been used for ATC control. That is, the wavelength of the
なお、以上説明した実施例3乃至5、及び実施例7で述べたレーザモジュールを光送受信器に組み込むことによって、特性の安定した、小型で低コストな光送受信器を実現できる。 By incorporating the laser modules described in Embodiments 3 to 5 and Embodiment 7 described above into an optical transceiver, it is possible to realize a compact and low-cost optical transceiver with stable characteristics.
本発明によって、従来のレーザモジュールに比べて、特性の安定した、小型・低コストなレーザモジュールや光送受信器を実現することが可能となり、産業上非常に有効な発明である。 According to the present invention, it is possible to realize a small-sized and low-cost laser module and an optical transmitter / receiver having stable characteristics as compared with a conventional laser module, which is an industrially very effective invention.
101、301、401、501、601・・・半導体レーザ部、102、402、502・・・電界吸収型変調器部、103、302、403、503、602、704、805、903・・・I−V特性測定部、104、310、806・・・分離溝、105、303・・・n型InP、106・・・InGaAsP活性層、107、305・・・p型InP、108、306・・・コンタクト層、109・・・FeドープInP、110、307・・・半導体保護膜、111、308・・・p電極、112、309・・・n電極、304・・・InAlAsP活性層、404、504・・・電界吸収型変調器集積レーザ、405、505・・・終端抵抗、406、905・・・ペルチエ基板、407、506、604、906・・・前方出力光、408、507、605・・・後方出力光、409、508、606、909・・・集光用レンズ、410、509、607、908・・・モニタ用フォトダイオード、411、910・・・cooledレーザモジュールのパッケージ、510、608・・・uncooledレーザモジュールのパッケージ、701、901・・・DFBレーザ、702、803・・・他モード干渉合波器、703、804、902・・・SOA、801・・・活性領域部、802・・・DBR部、904・・・波長可変DFBレーザ、907・・・ビームスプリッタ
101, 301, 401, 501, 601 ... Semiconductor laser part, 102, 402, 502 ... Electroabsorption modulator part, 103, 302, 403, 503, 602, 704, 805, 903 ... I -V characteristic measurement unit, 104, 310, 806 ... separation groove, 105, 303 ... n-type InP, 106 ... InGaAsP active layer, 107, 305 ... p-type InP, 108, 306,. Contact layer, 109 ... Fe-doped InP, 110, 307 ... Semiconductor protective film, 111,308 ... p electrode, 112,309 ... n electrode, 304 ... InAlAsP active layer, 404, 504: Electroabsorption modulator integrated laser, 405, 505 ... Termination resistor, 406, 905 ... Peltier substrate, 407, 506, 604, 906 ... Previous Output light, 408, 507, 605 ... Back output light, 409, 508, 606, 909 ... Condensing lens, 410, 509, 607, 908 ... Monitor photodiode, 411, 910,. · Cooled laser module package, 510, 608 ... uncooled laser module package, 701, 901 ... DFB laser, 702, 803 ... Other mode interference multiplexer, 703, 804, 902 ... SOA , 801 ... Active region part, 802 ... DBR part, 904 ... Tunable DFB laser, 907 ... Beam splitter
Claims (2)
前記半導体光素子は活性層の温度を測定する温度測定領域を有し、
前記レーザモジュールは、前記レーザ部を駆動する第一の駆動回路と、前記変調器部を駆動する第二の駆動回路とからなり、前記温度測定領域を用いて活性層の温度上昇が観測された場合、前記第二の駆動回路のみの駆動条件を変化させるように制御するものであり、さらに、
前記温度測定領域は電流対電圧特性を測定するものであり、
前記温度測定領域を用いて活性層の温度上昇が観測された場合、前記変調器部に印加する高周波信号の振幅を低減させるか、もしくは、前記高周波信号のバイアス電圧値を増大させるように制御することを特徴とするレーザモジュール。 A laser module that does not perform temperature control by a temperature adjustment element for a semiconductor optical element composed of a laser part and a modulator part,
The semiconductor optical device has a temperature measurement region for measuring the temperature of the active layer,
The laser module includes a first drive circuit that drives the laser unit and a second drive circuit that drives the modulator unit, and an increase in the temperature of the active layer was observed using the temperature measurement region. In this case, the control is performed so as to change the drive condition of only the second drive circuit , and
The temperature measurement region is for measuring current-voltage characteristics,
When an increase in the temperature of the active layer is observed using the temperature measurement region, control is performed to reduce the amplitude of the high frequency signal applied to the modulator section or increase the bias voltage value of the high frequency signal. A laser module characterized by that.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004234014A JP4625661B2 (en) | 2004-08-11 | 2004-08-11 | Semiconductor optical device, laser module, and optical transceiver |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004234014A JP4625661B2 (en) | 2004-08-11 | 2004-08-11 | Semiconductor optical device, laser module, and optical transceiver |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006054272A JP2006054272A (en) | 2006-02-23 |
JP4625661B2 true JP4625661B2 (en) | 2011-02-02 |
Family
ID=36031561
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004234014A Expired - Fee Related JP4625661B2 (en) | 2004-08-11 | 2004-08-11 | Semiconductor optical device, laser module, and optical transceiver |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4625661B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4772560B2 (en) * | 2006-03-31 | 2011-09-14 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | Optical semiconductor device and control method thereof |
JP2008078353A (en) * | 2006-09-21 | 2008-04-03 | Oki Electric Ind Co Ltd | Optical transmitting device |
WO2008126275A1 (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Fujitsu Limited | Driving method of variable wavelength laser and optical transmitter |
JP7049820B2 (en) * | 2017-12-15 | 2022-04-07 | 株式会社堀場製作所 | Semiconductor laser equipment, its manufacturing method, and gas analyzer |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61265886A (en) * | 1985-05-20 | 1986-11-25 | Nec Corp | Semiconductor laser and drive thereof |
JPH09312441A (en) * | 1996-05-21 | 1997-12-02 | Nec Corp | Optical transmitter |
JPH11220213A (en) * | 1998-02-02 | 1999-08-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor light source device and its control method |
JP2001154160A (en) * | 1999-11-26 | 2001-06-08 | Nec Corp | Optical switch |
JP2001284711A (en) * | 2000-03-31 | 2001-10-12 | Hitachi Ltd | Optical transmission device and optical system using it |
JP2002323685A (en) * | 2001-04-26 | 2002-11-08 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser device and optical transmission module |
JP2004061556A (en) * | 2002-07-24 | 2004-02-26 | Fujitsu Ltd | Drive circuit and driving method for semiconductor laser module equipped with electroabsorption optical modulator |
JP2004221267A (en) * | 2003-01-14 | 2004-08-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | High-speed variable wavelength distributed feedback semiconductor laser array and distributed feedback semiconductor laser |
-
2004
- 2004-08-11 JP JP2004234014A patent/JP4625661B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61265886A (en) * | 1985-05-20 | 1986-11-25 | Nec Corp | Semiconductor laser and drive thereof |
JPH09312441A (en) * | 1996-05-21 | 1997-12-02 | Nec Corp | Optical transmitter |
JPH11220213A (en) * | 1998-02-02 | 1999-08-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor light source device and its control method |
JP2001154160A (en) * | 1999-11-26 | 2001-06-08 | Nec Corp | Optical switch |
JP2001284711A (en) * | 2000-03-31 | 2001-10-12 | Hitachi Ltd | Optical transmission device and optical system using it |
JP2002323685A (en) * | 2001-04-26 | 2002-11-08 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser device and optical transmission module |
JP2004061556A (en) * | 2002-07-24 | 2004-02-26 | Fujitsu Ltd | Drive circuit and driving method for semiconductor laser module equipped with electroabsorption optical modulator |
JP2004221267A (en) * | 2003-01-14 | 2004-08-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | High-speed variable wavelength distributed feedback semiconductor laser array and distributed feedback semiconductor laser |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006054272A (en) | 2006-02-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6757499B1 (en) | Optical transmitter and optical signal transmitter | |
US7733929B2 (en) | Wavelength tunable optical transmitter and optical transceiver | |
US6516017B1 (en) | Multiwavelength semiconductor laser device with single modulator and drive method therefor | |
US6215804B1 (en) | Producing laser light of different wavelengths | |
US20130094527A1 (en) | Wavelength monitor, wavelength lockable laser diode and method for locking emission wavelength of laser diode | |
US20010024462A1 (en) | Semiconductor laser module | |
US20110292960A1 (en) | Wavelength tunable semiconductor laser | |
JP2001320124A (en) | Modulator integrated light source and module for optical communication | |
CN111033918B (en) | Semiconductor optical integrated element | |
US6826212B2 (en) | Module for optical communications | |
US20080144682A1 (en) | Semiconductor laser diode and optical module employing the same | |
JP2001085798A (en) | Semiconductor laser module, and wavelength division multiplex optical transmission system | |
US7733933B2 (en) | Wavelength tunable laser apparatus and wavelength control method | |
JP4625661B2 (en) | Semiconductor optical device, laser module, and optical transceiver | |
EP0117734B1 (en) | Multicavity optical device and applications thereof | |
US6760352B2 (en) | Semiconductor laser device with a diffraction grating and semiconductor laser module | |
US9698566B1 (en) | Optical module | |
JP2010123643A (en) | Semiconductor array element, laser module, optical transmitting module, and optical transmitting apparatus | |
KR100300239B1 (en) | Semiconductor light emitting device and communication apparatus using an optical fiber | |
JP2616206B2 (en) | Integrated light source device | |
JP3293968B2 (en) | Semiconductor laser device | |
KR100319775B1 (en) | Single frequency semiconductor laser diode integrated with two monitor photodiodes having different absorption layers | |
JP6761390B2 (en) | Semiconductor optical integrated device | |
JP5395235B2 (en) | Tunable optical transmitter and optical transceiver | |
JP2009296020A (en) | Optical module |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20060509 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070105 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070105 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100218 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100302 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100427 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100608 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100804 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101026 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101108 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4625661 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131112 Year of fee payment: 3 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |