JP4699137B2 - 半導体レーザ装置および波長制御方法 - Google Patents
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mλB=2nΛ (1)
に従って変化するためである。ここで、mは回折の次数、Λは回折格子の周期である。現在レーザの材料として用いられているInP系やGaAs系の半導体では、温度上昇に伴い屈折率が大きくなる。このため、InP系やGaAs系の半導体を用いたレーザにおいて、発振波長は、温度上昇と共に長波長側に変化していく。また、閾値電流は、通常温度上昇に伴って大きくなり、出力効率は低下する。したがって、ある一定の出力を得る場合、温度が上昇すると必要な電流値は大きくなる。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に関わる半導体レーザ素子の光導波路方向に沿った断面図である。素子の両側の、第1および第2の分布帰還(DFB)領域においては、InP半導体基板101上にGaInAsP下部ガイド層102、GaInAsP活性層103、GaInAsP上部ガイド層104、InPクラッド105が順次積層されている。また、上部ガイド層104とクラッド105の間には回折格子が設けられている。素子中央部の位相制御領域(位相シフト領域とも呼ぶ)では、半導体基板101上にGaInAsPコア層106、クラッド105が積層されている。本実施形態では、位相制御領域を第1および第2のDFB領域にて挟むように形成されており、位相制御領域と第1および第2のDFB領域とは連続に形成されている。素子表面には、それぞれの領域の電極として、第1のDFB領域上には電極107aが形成され、第2のDFB領域上には107bが形成され、位相制御領域上には電極108が形成されている。InP半導体基板101の下部には下部電極109が形成されており、それぞれの領域において、下部電極109は共通となっている。
第1の実施形態では、2つのDFB領域により位相制御領域を挟んだ構造をした波長可変レーザを用いたが、電流注入により波長が連続的に変化する波長可変レーザであれば、本発明の原理を用い、アサーマルレーザとして用いることが可能である。また、完全なアサーマル化を目的とせず、例えは波長変化がある範囲内におさまれば良いような場合であれば、波長が連続的に変化する波長可変レーザで無くとも、電流注入によって波長が変化する方向が、波長の温度変化を補償する範囲において常に同じであるようなレーザであれば本発明の原理を利用できる。
第1および第2の実施形態では、波長の温度変化を打ち消す方向に電流分配している、すなわち、素子の温度上昇による波長変化を低減させるように電流分配を行っている。本実施形態では、これに限定されず、波長の温度変化を増加させるように、すなわち、素子の温度上昇による波長変化を大きくするように電流分配してもよい。そのためには、波長可変レーザの波長制御電流に対して波長が長波長側に変化するようにするか、電流分配回路により、電圧が上がった場合に電流が低減するようにすればよい。電圧上昇に伴って電流値が逆向きに変化するには、例えば共鳴トンネルダイオードなどを回路に含め、負性抵抗を用いてもよい。
第1の実施形態において、温度補償範囲を広くとるために半導体レーザ素子の波長可変量を大きくするには、位相調整電流Iphaseはできるだけ小さい値から始めることが望ましい。したがって、半導体レーザ素子1の位相調整電流Iphaseと光増幅器5に流す電流Iampとの分配が比例関係もしくはそれに近い回路で構成する電流分配回路4を用いる場合を考えると、光増幅器5に流す電流Iampも小さい値から始めることになるため、任意の出力において波長を固定することが困難となる。これを回避するには、予め光増幅器5に流す電流Iampに、Iphaseが小さい場合でも、任意の出力を得るためのある一定の定電流分を含める回路を考えなければならず、回路が複雑になる場合がある。
前述の第1から第4の実施形態において、光出力を一定に保つために、光出力を検知したフォトダイオード(PD)からの信号をもとに光出力制御回路(APC回路)にてレーザ素子もしくは増幅器に流す電流に関する値を決定し、電流分配回路によりそれぞれの素子に分配する電流量を決定していた。
2 フォトダイオード
3、8、9 光出力制御回路
4 電流分配回路
5、7 増幅器
6 ハーフミラー
101,201,301 半導体基板
102,202,302 下部ガイド層
103,203,303 活性層
104,204,304 上部ガイド層
105,205,305 クラッド
106,206,306 コア層
107a,107b,207 DFB領域電極
108,208 位相制御領域電極
109,209,309 下部電極
210 高反射膜(HR膜)
307 活性領域電流
307a,307b DFB領域電極
Claims (6)
- 発振波長を調整する波長制御領域を少なくとも1つ以上有し、前記波長制御領域に第1の電流が入力されることにより波長が変化する波長可変レーザと、
第2の電流を入力されることにより、前記波長可変レーザの光出力を増幅する増幅器と、
前記増幅器により増幅された波長可変レーザの光出力を受光する受光部と、
前記増幅器により増幅された波長可変レーザの光出力を一定に保つように、前記受光部により受光された光出力に応じて、前記波長可変レーザの前記波長制御領域及び前記増幅器への注入電流の値を決定し、前記注入電流を出力する光出力制御回路と、
前記注入電流が入力されると、前記波長制御領域における強め合う干渉を起こす波長をほぼ一定に保つように前記注入電流の値を一定の割合で分配することにより、前記波長可変レーザの前記波長制御領域へと出力する前記第1の電流および前記増幅器へと出力する前記第2の電流の値を決定する電流分配回路と
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 前記増幅器および前記波長制御領域へ出力される電流が、前記波長可変レーザの温度上昇による波長変化を低減させるように決定されることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。
- 前記波長可変レーザは、結合係数150cm−1以上の回折格子を有することを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
- 前記電流分配回路は、前記波長可変レーザの素子抵抗の10倍以上の抵抗を有する抵抗素子を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。
- 前記増幅器は、少なくとも2つ以上の増幅素子の縦列接続、もしくは、独立に電流注入が行える少なくとも2つ以上の縦列接続された増幅領域からなる増幅素子からなり、その中の少なくとも1つ以上の増幅素子または増幅領域に前記第2の電流を注入することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
- 発振波長を調整する波長制御領域を少なくとも1つ以上有し、前記波長制御領域に第1の電流が入力されることにより波長が変化する波長可変レーザの光出力を、増幅器に第2の電流が入力されることにより増幅する増幅工程と、
前記増幅された波長可変レーザの光出力を受光する受光工程と、
前記増幅された波長可変レーザの光出力を一定に保つように、前記受光された光出力に応じて、前記波長可変レーザの前記波長制御領域及び前記増幅器への注入電流の値をそれぞれ決定し、前記注入電流を出力する出力工程と、
前記注入電流が入力されると、前記波長制御領域における強め合う干渉を起こす波長をほぼ一定に保つように前記注入電流の値を一定の割合で分配することにより、前記波長可変レーザの前記波長制御領域へと出力する前記第1の電流および前記増幅器へと出力する前記第2の電流の値を決定する制御工程と
を有することを特徴とする波長制御方法。
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