JP4850757B2 - 波長可変半導体レーザ素子及びその制御装置、制御方法 - Google Patents
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Description
ここでは、DBR領域電極179bへの電流値を、4ミリ秒おきに20mA及び53mAと切り替えることで、それぞれ192.75THz及び193.15THzの波長を交互に出力させた。熱による波長ドリフトの様子を明確に示すため、図29の縦軸を10GHzに拡大したものを、図30(a)と図30(b)に示す。図30(a)では約2GHz、図30(b)では約6GHzの波長ドリフトが生じており、電流が低い状態から高い状態に切り替えた時の図30(b)では、図30(a)に比べて、熱による波長ドリフトが大きい。
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域とを基板上に有し、
前記波長可変領域に順バイアス電流を注入したときに生じるプラズマ効果によって屈折率を変化させて発振波長をシフトする機能を有する波長可変半導体レーザ素子において、
少なくとも前記波長可変領域と前記活性領域とを含む導波路の外にあり、かつ前記波長可変領域に3μm以上、前記基板の厚さ以下の間隔で隣接し、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域と、
前記波長可変領域と前記熱補償領域それぞれに投入される電力の和が常に一定となるように制御する制御装置とを備えることを特徴とする。
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする複数の波長可変領域とを基板上に有し、
前記波長可変領域に順バイアス電流を注入したときに生じるプラズマ効果によって屈折率を変化させて発振波長をシフトする機能を有する波長可変半導体レーザ素子において、
少なくとも前記波長可変領域と前記活性領域とを含む導波路の外にあり、かつ複数の前記波長可変領域それぞれに3μm以上、前記基板の厚さ以下の間隔で隣接し、投入された電力の大部分を熱に変換する複数の熱補償領域と、
隣接する前記波長可変領域と前記熱補償領域それぞれに投入される電力の和が常に一定となるように制御する制御装置とを備えることを特徴とする。
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする第1の波長可変領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする第2の波長可変領域と、レーザ光の位相を調整する位相調整領域とを基板上に有し、
前記第1の波長可変領域及び前記第2の波長可変領域に順バイアス電流を注入したときに生じるプラズマ効果によって屈折率を変化させて発振波長をシフトする機能を有する波長可変半導体レーザ素子において、
少なくとも前記第1の波長可変領域、前記第2の波長可変領域、前記位相調整領域及び前記活性領域を含む導波路の外にあり、かつ前記第1の波長可変領域、前記第2の波長可変領域、前記位相調整領域それぞれに3μm以上、前記基板の厚さ以下の間隔で隣接し、投入された電力の大部分を熱に変換する第1の熱補償領域、第2の熱補償領域、第3の熱補償領域と、
隣接する前記第1の波長可変領域と前記第1の熱補償領域それぞれに投入される電力の和が常に一定となるように制御し、隣接する前記第2の波長可変領域と前記第2の熱補償領域それぞれに投入される電力の和が常に一定となるように制御し、隣接する前記位相調整領域と前記第3の熱補償領域それぞれに投入される電力の和が常に一定となるように制御する制御装置とを備えることを特徴とする。
第1乃至第3のいずれかの発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記熱補償領域を電気抵抗により構成すると共に、前記電気抵抗への電流注入又電圧印加により、投入された電力の大部分を熱に変換することを特徴とする。
第1乃至第3のいずれかの発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記熱補償領域を、非活性導波路により構成すると共に、前記非活性導波路への電流注入又電圧印加により、投入された電力の大部分を熱に変換することを特徴とする。
第5の発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記熱補償領域を構成する非活性導波路をメサ構造としたことを特徴とする。
第6の発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記メサ構造の両側面に、ルテニウムをドーピングして絶縁化した半導体絶縁層を形成したことを特徴とする。
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域とを基板上に有し、
前記波長可変領域に順バイアス電流を注入したときに生じるプラズマ効果によって屈折率を変化させて発振波長をシフトする機能を有するレーザ領域を複数備えると共に、前記複数のレーザ領域と光接続されて、光合波を行う光合波器を備え、いずれか1つのレーザ領域でレーザ光を発振する波長可変半導体レーザ素子において、
前記複数のレーザ領域を互いに3μm以上、前記基板の厚さ以下の間隔で隣接して並列に配置し、
前記複数のレーザ領域の前記波長可変領域に投入する電力の総和が常に一定になるように制御する制御装置を備えることを特徴とする。
第1乃至第8のいずれかの発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記活性領域及び前記波長可変領域を構成する導波路を他のメサ構造としたことを特徴とする。
第9の発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記他のメサ構造の両側面に、ルテニウムをドーピングして絶縁化した半導体絶縁層を形成したことを特徴とする。
第1乃至第10のいずれかの発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記波長可変領域の一部又は全てを、分布反射型回折格子が形成された非活性導波路により構成するか、若しくは、位相調整領域となる非活性導波路により構成したことを特徴とする。
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、少なくとも前記波長可変領域と前記活性領域とを含む導波路の外にあり、かつ前記波長可変領域に3μm以上、前記基板の厚さ以下の間隔で隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを基板上に有し、
前記波長可変領域に順バイアス電流を注入したときに生じるプラズマ効果によって屈折率を変化させて発振波長をシフトする機能を有する波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
前記波長可変半導体レーザ素子からレーザ光を発振させる際、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を制御することを特徴とする。
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、少なくとも前記波長可変領域と前記活性領域とを含む導波路の外にあり、かつ前記波長可変領域に3μm以上、前記基板の厚さ以下の間隔で隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを基板上に有し、
前記波長可変領域に順バイアス電流を注入したときに生じるプラズマ効果によって屈折率を変化させて発振波長をシフトする機能を有する波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
前記波長可変半導体レーザ素子からレーザ光を発振させる際、
前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電圧特性を計測し、
前記電流−電圧特性から前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電力特性を求め、
前記電流−電圧特性、前記電流−電力特性に基づいて、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定して制御を行うことを特徴とする。
第13の発明に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定する際、
前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となる条件下で、前記波長可変領域の電流−電力特性と前記熱補償領域の電流−電力特性とを連立させた方程式に基づいて、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定することを特徴とする。
第12乃至第14のいずれかの発明に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
予め、前記波長可変領域及び前記熱補償領域における自然放出光の電流依存性又は電圧依存性を求めておき、
前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和から、前記波長可変領域で自然放出光により失われる電力と前記熱補償領域で自然放出光により失われる電力とを減算し、
減算後の電力が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を制御することを特徴とする。
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、少なくとも前記波長可変領域と前記活性領域とを含む導波路の外にあり、かつ前記波長可変領域に3μm以上、前記基板の厚さ以下の間隔で隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを基板上に有し、
前記波長可変領域に順バイアス電流を注入したときに生じるプラズマ効果によって屈折率を変化させて発振波長をシフトする機能を有する波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記波長可変半導体レーザ素子からレーザ光を発振させる際、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を制御する制御部を有することを特徴とする。
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、少なくとも前記波長可変領域と前記活性領域とを含む導波路の外にあり、かつ前記波長可変領域に3μm以上、前記基板の厚さ以下の間隔で隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを基板上に有し、
前記波長可変領域に順バイアス電流を注入したときに生じるプラズマ効果によって屈折率を変化させて発振波長をシフトする機能を有する波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記活性領域、前記波長可変領域及び前記熱補償領域に電流又は電圧を入力する入力部と、
前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電圧特性を計測する計測部と、
計測された前記電流−電圧特性を記憶する記憶部と、
記憶された前記電流−電圧特性から、前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電力特性を計算すると共に、前記電流−電圧特性及び前記電流−電力特性に基づいて、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定する処理部と、
決定された前記電流又は前記電圧を、前記波長可変領域及び前記熱補償領域へ入力するように制御する制御部とを有することを特徴とする。
第17の発明に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記処理部は、波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定する際、
前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となる条件下で、前記波長可変領域の電流−電力特性と前記熱補償領域の電流−電力特性とを連立させた方程式に基づいて、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定することを特徴とする。
第17又は第18の発明に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記記憶部は、予め、前記波長可変領域及び前記熱補償領域における自然放出光の電流依存性又は電圧依存性を記憶しておき、
前記処理部は、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和から、前記波長可変領域で自然放出光により失われる電力と前記熱補償領域で自然放出光により失われる電力とを減算し、減算後の電力が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定することを特徴とする。
図1、図2(a)〜(c)は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の実施形態の一例を示すものであり、図1に、その上面図を、図2(a)に、図1のX11線断面図を、図2(b)に図1のX12線断面図を、図2(c)に、図1のX13線断面図を示す。
(1)まず、n型InP基板である下部クラッド1上に活性層2を成長し、活性層2のうち、活性領域3となる領域以外を硫酸系ウェット選択エッチングにより除去した。
(2)次に、バットジョイント再成長により非活性層4を成長し、非活性層4のうち、分布反射器となるDBR領域5に、ウェットエッチングにより、図2(a)に示すような凹凸形状の回折格子6を形成した。
(3)次に、p型InPからなる上部クラッド層を再成長後、レーザ領域及び熱補償領域となる部分以外の上部クラッド層を、塩酸系ウェット選択エッチングにより除去した。その結果、上部クラッド層は、レーザ領域となる上部クラッド7aと熱補償領域となる上部クラッド7bのみ残存し、幅2μmのメサ構造8、9を構成することとなる。そして、熱補償領域では、上部クラッド7bとその下部の非活性導波路領域を発熱手段として用いることになる。
(4)次に、素子表面の全面にSiO2からなる絶縁膜10を形成し、絶縁膜10のうち、レーザ領域のメサ構造8及び熱補償領域のメサ構造9の頂上部の絶縁膜10のみを除去し、図2(b)、(c)に示すように、レーザ領域のメサ構造8及び熱補償領域のメサ構造9への通電を行うため、活性領域電極11a、DBR領域電極11b、熱補償領域電極11cを形成した。
(5)その後、実装のために、基板を含めたレーザ素子の厚さが150μmとなるように研磨を施し、裏面電極12を形成した。劈開の後、DBR領域5側の側端面にAR膜13を施した。
次に、本実施例の波長可変半導体レーザ素子の制御方法、具体的には、熱補償電流を決定するための手順を、図3に示したフローチャートを用いて説明する。
(2)ステップS1で求めたI−V特性から電流と電圧の積をとることで電力を求め、図5(a)、(b)に示すI−P特性を求める(ステップS2)。
(3)ステップS2で求めたI−P特性に対し、本実施例では2次関数近似を施し(最小自乗法(2次))、下記(式1)及び(式2)を得た(ステップS3)。なお、(式1)及び(式2)において、PDBR及びPTHは、各々、DBR領域5及び熱補償領域への投入電力(mW)を示し、IDBR及びITHは、各々、DBR領域5及び熱補償領域への順バイアス電流(mA)を示す。
(4)次に、DBR領域5と熱補償領域への投入電力の和PTOTALを、(式3)に示すように、一例として、70mWとした(ステップS4)。PTOTALを決定する際には、IDBRの最大値を(式1)に代入したとき、そのときのPDBRの値とPTOTALが等しいか、それ以上に設定する必要がある。ここで、DBR領域電流IDBRを決定すると、(式1)よりDBR領域への投入電力PDBRが求まり、このPDBRを(式3)に代入することにより、熱補償領域へ投入すべき電力PTHが求まる。
(5)最後に、PTHを(式2)へ代入し、ITHを変数とした二次方程式の解を求め、求まった解のうち正の値を持つ解が、熱補償領域電流ITHとなる(ステップS5)。
PTH=0.0047ITH 2+0.8385ITH−0.3556 ・・・ (式2)
PTOTAL=PTH+PDBR=70 ・・・ (式3)
−0.01141IDBR 2+0.5222IDBR+62.262 ・・・ (式4)
次に、本実施例の波長可変半導体レーザ素子を制御して、上記制御方法を実行する制御装置を、図9(a)、(b)を用いて説明する。
なお、本実施例においては、熱補償領域の構造を、レーザ領域側と同等の構造としているが、上述したように、本実施例の制御方法では、熱補償領域の抵抗値を制御要素として含むので、熱補償領域の構造を異なる形状としても、同様の効果を奏することができる。
PDBR=PREGISTANT+PSPON ・・・ (式5)
PSPON=IDBR/55−1/11 ・・・ (式7)
PREGISTANT=0.0049IDBR 2+0.848IDBR−0.381−(IDBR/55−1/11) ・・ (式8)
PREGISTANT_TH=0.0047ITH 2+0.8385ITH−0.3556−(ITH/55−1/11) ・・・ (式9)
ここで、PREGISTANT_THは熱補償領域における発熱に変換される電力である。
PTOTAL=PREGISTANT+PREGISTANT_TH ・・・ (式10)
(1)まず、n型InP基板である下部クラッド41上に活性層42を成長し、活性層42のうち、活性領域43とSOA領域44となる領域以外を硫酸系ウェット選択エッチングにより除去した。
(2)次に、バットジョイント再成長により非活性層45を成長し、非活性層45のうちフロントDBR領域46とリアDBR領域47となる領域に、ウェットエッチングにより、図14(a)に示すような凹凸形状の回折格子48を形成した。図示していないが、従来のSSG−DBRレーザと同様に、回折格子48は複数の位相シフトを含んでいる(非特許文献4参照)。又、位相調整領域49となる領域の非活性層45には、凹凸を設けず、平坦な形状とした。
(3)次に、p型InPによる上部クラッド50の再成長後、塩酸系ウェット選択エッチングにより、実施例1と同様に、レーザ領域と熱補償領域となる幅2μmのメサ構造51、52を形成した。
(4)次に、素子表面の全面にSiO2からなる絶縁膜53を形成し、絶縁膜53のうち、レーザ領域のメサ構造51及び熱補償領域のメサ構造52の頂上部の絶縁膜53のみを除去し、図14(b)、(c)に示すように、レーザ領域のメサ構造51及び熱補償領域のメサ構造52への通電を行うため、SOA領域電極54a、フロントDBR領域電極54b、活性領域電極54c、位相調整領域電極54d、リアDBR領域電極54e、フロントDBR用の熱補償領域電極54f、位相調整領域用の熱補償領域電極54g、リアDBR領域用の用の熱補償領域電極54hを形成した。
(5)その後、厚さが150μmとなるように、基板に研磨を施し、裏面電極55を形成した。劈開の後、SOA領域44側とリアDBR領域47側の側端面にAR膜56を施した。
PTH=30×ITH 2/1000 ・・・ (式11)
(1)まず、n型InP基板である下部クラッド101上に活性層102を成長し、活性層102のうち、活性領域103となる領域以外を硫酸系ウェット選択エッチングにより除去した。
(2)次に、バットジョイント再成長により非活性層104を成長し、非活性層104のうち、分布反射器となるDBR領域105に、ウェットエッチングにより、図22(a)に示すような凹凸形状の回折格子106を形成した。
(3)次に、p型InPからなる上部クラッド層を1.5μm再成長した後、半導体ドライエッチングにより、レーザ領域導波路と熱補償用非活性導波路を高さ3μmのハイメサ構造に加工した。
(4)次に、ルテニウム(Ru)をドーピングすることで絶縁化を施したInPを、導波路横に3μmの高さで再成長し、図22(b)、(c)に示すような形状に導波路を埋め込んだ。
(5)次に、素子表面の全面にSiO2からなる絶縁膜111を形成し、絶縁膜111のうち、レーザ領域のメサ構造108及び熱補償領域のメサ構造109の頂上部の絶縁膜111のみを除去し、図22(b)、(c)に示すように、レーザ領域のメサ構造108及び熱補償領域のメサ構造109のへの通電を行うため、活性領域電極112a、DBR領域電極112b、熱補償領域電極112cを形成した。
(6)その後、実装のため、厚さが150μmとなるように、基板に研磨を施し、裏面電極113を形成した。劈開の後、図21及び図22(b)に示すように、DBR領域105側の側端面にAR膜114を施した。
(1)まず、n型InP基板となる下部クラッド121上に活性層122を成長し、活性層122のうち、活性領域123となる領域以外を硫酸系ウェット選択エッチングにより除去した。
(2)次に、バットジョイント再成長により非活性層124を成長し、非活性層124のうち、分布反射器となるDBR領域125に、ウェットエッチングにより、図24(a)に示すような凹凸形状の回折格子126を形成した。
(3)次に、p型InPからなる上部クラッド層を0.1μm再成長した後、半導体ドライエッチングにより、レーザ領域導波路と熱補償用非活性導波路を高さ1.5μmのローメサ構造に加工した。
(4)次に、ルテニウム(Ru)をドーピングすることで絶縁化を行ったInPを、導波路横に3μmの高さで再成長した後、p型InPにより2μmの上部クラッド層を成長して導波路を埋め込んだ。
(5)その後、ドライエッチングにより、図24(b)、(c)に示すような、電流分離のための分離溝131を形成した。この分離溝131は、DBR領域125と熱補償領域の間の電流リークを防止するためのものであり、DBR領域125のコア層と熱補償領域のコア層の間に形成されたルテニウムドープ絶縁層(横クラッド130)に達するまでエッチングを施した。
(6)次に、素子表面の全面にSiO2からなる絶縁膜132を形成し、絶縁膜132のうち、レーザ領域のメサ構造128及び熱補償領域のメサ構造129の頂上付近の絶縁膜132のみを20μm幅で除去し、図24(b)、(c)に示すように、レーザ領域のメサ構造128及び熱補償領域のメサ構造129への通電を行うため、活性領域電極133a、DBR領域電極133b、熱補償領域電極133cを形成した。
(7)その後、実装のため、厚さ150μmとなるように、基板に研磨を施し、裏面電極134を形成した。劈開の後、図23及び図24(a)に示すように、DBR領域125側の側端面にAR膜135を施した。
本実施例の波長可変半導体レーザ素子を、図9に示した波長可変レーザ制御装置21に搭載し、電流制御回路23において、I1をSOA領域電極153に、I2をLD4波長可変領域電極150a4に、I3をLD4活性領域電極150b4、I4をLD5波長可変領域電極150a5、I5をLD5活性領域電極150b5、I6をLD6波長可変領域電極150a6、I7をLD6活性領域電極150b6、I14をLD3波長可変領域電極150a3、I13をLD3活性領域電極150b3、I12をLD2波長可変領域電極150a2、I11をLD2活性領域電極150b2、I10をLD1波長可変領域電極150a1、I9をLD1活性領域電極150b1に、それぞれ接続した。又、各DBRレーザLD1〜LD6は、LD1:1530〜1536nm、LD2:1536〜1542nm、LD3:1542〜1548nm、LD4:1548〜1554nm、LD5:1554〜1560nm、LD6:1560〜1566nmであり、計36nmの中の所望の波長を出力することが出来る。
PDBR2=0.0049IDBR2 2+0.838IDBR2−0.357 ・・・ (式13)
PDBR3=0.005IDBR3 2+0.83IDBR3−0.3556 ・・・ (式14)
PDBR4=0.0049IDBR4 2+0.843IDBR4−0.365 ・・・ (式15)
PDBR5=0.0048IDBR5 2+0.839IDBR5−0.376 ・・・ (式16)
PDBR6=0.0047IDBR6 2+0.842IDBR6−0.368 ・・・ (式17)
PTOTAL=PDBR1+PDBR2+PDBR3+PDBR4+PDBR5+PDBR6=70 ・・・ (式18)
2 活性層
3 活性領域
4 非活性層
5 DBR領域
6 回折格子
7a 上部クラッド
7b 上部クラッド
8 メサ構造
9 メサ構造
10 絶縁膜
11a 活性領域電極
11b DBR領域電極
11c 熱補償領域電極
12 下面電極
13 反射防止膜(AR膜)
21 波長可変レーザ制御装置
22 波長可変半導体レーザ素子
23 電流制御回路
24 メモリ
25 CPU
26 波長可変レーザ制御装置制御ボード
27 PC
31 入力部
32 計測部
33 記憶部
34 処理部
35 制御部
Claims (19)
- レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域とを基板上に有し、
前記波長可変領域に順バイアス電流を注入したときに生じるプラズマ効果によって屈折率を変化させて発振波長をシフトする機能を有する波長可変半導体レーザ素子において、
少なくとも前記波長可変領域と前記活性領域とを含む導波路の外にあり、かつ前記波長可変領域に3μm以上、前記基板の厚さ以下の間隔で隣接し、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域と、
前記波長可変領域と前記熱補償領域それぞれに投入される電力の和が常に一定となるように制御する制御装置とを備えることを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。 - レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする複数の波長可変領域とを基板上に有し、
前記波長可変領域に順バイアス電流を注入したときに生じるプラズマ効果によって屈折率を変化させて発振波長をシフトする機能を有する波長可変半導体レーザ素子において、
少なくとも前記波長可変領域と前記活性領域とを含む導波路の外にあり、かつ複数の前記波長可変領域それぞれに3μm以上、前記基板の厚さ以下の間隔で隣接し、投入された電力の大部分を熱に変換する複数の熱補償領域と、
隣接する前記波長可変領域と前記熱補償領域それぞれに投入される電力の和が常に一定となるように制御する制御装置とを備えることを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。 - レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする第1の波長可変領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする第2の波長可変領域と、レーザ光の位相を調整する位相調整領域とを基板上に有し、
前記第1の波長可変領域及び前記第2の波長可変領域に順バイアス電流を注入したときに生じるプラズマ効果によって屈折率を変化させて発振波長をシフトする機能を有する波長可変半導体レーザ素子において、
少なくとも前記第1の波長可変領域、前記第2の波長可変領域、前記位相調整領域及び前記活性領域を含む導波路の外にあり、かつ前記第1の波長可変領域、前記第2の波長可変領域、前記位相調整領域それぞれに3μm以上、前記基板の厚さ以下の間隔で隣接し、投入された電力の大部分を熱に変換する第1の熱補償領域、第2の熱補償領域、第3の熱補償領域と、
隣接する前記第1の波長可変領域と前記第1の熱補償領域それぞれに投入される電力の和が常に一定となるように制御し、隣接する前記第2の波長可変領域と前記第2の熱補償領域それぞれに投入される電力の和が常に一定となるように制御し、隣接する前記位相調整領域と前記第3の熱補償領域それぞれに投入される電力の和が常に一定となるように制御する制御装置とを備えることを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。 - 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記熱補償領域を電気抵抗により構成すると共に、前記電気抵抗への電流注入又電圧印加により、投入された電力の大部分を熱に変換することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。 - 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記熱補償領域を、非活性導波路により構成すると共に、前記非活性導波路への電流注入又電圧印加により、投入された電力の大部分を熱に変換することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。 - 請求項5に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記熱補償領域を構成する非活性導波路をメサ構造としたことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。 - 請求項6に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記メサ構造の両側面に、ルテニウムをドーピングして絶縁化した半導体絶縁層を形成したことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。 - レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域とを基板上に有し、
前記波長可変領域に順バイアス電流を注入したときに生じるプラズマ効果によって屈折率を変化させて発振波長をシフトする機能を有するレーザ領域を複数備えると共に、前記複数のレーザ領域と光接続されて、光合波を行う光合波器を備え、いずれか1つのレーザ領域でレーザ光を発振する波長可変半導体レーザ素子において、
前記複数のレーザ領域を互いに3μm以上、前記基板の厚さ以下の間隔で隣接して並列に配置し、
前記複数のレーザ領域の前記波長可変領域に投入する電力の総和が常に一定になるように制御する制御装置を備えることを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。 - 請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記活性領域及び前記波長可変領域を構成する導波路を他のメサ構造としたことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。 - 請求項9に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記他のメサ構造の両側面に、ルテニウムをドーピングして絶縁化した半導体絶縁層を形成したことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。 - 請求項1乃至請求項10のいずれかに記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記波長可変領域の一部又は全てを、分布反射型回折格子が形成された非活性導波路により構成するか、若しくは、位相調整領域となる非活性導波路により構成したことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。 - レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、少なくとも前記波長可変領域と前記活性領域とを含む導波路の外にあり、かつ前記波長可変領域に3μm以上、前記基板の厚さ以下の間隔で隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを基板上に有し、
前記波長可変領域に順バイアス電流を注入したときに生じるプラズマ効果によって屈折率を変化させて発振波長をシフトする機能を有する波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
前記波長可変半導体レーザ素子からレーザ光を発振させる際、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を制御することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御方法。 - レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、少なくとも前記波長可変領域と前記活性領域とを含む導波路の外にあり、かつ前記波長可変領域に3μm以上、前記基板の厚さ以下の間隔で隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを基板上に有し、
前記波長可変領域に順バイアス電流を注入したときに生じるプラズマ効果によって屈折率を変化させて発振波長をシフトする機能を有する波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
前記波長可変半導体レーザ素子からレーザ光を発振させる際、
前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電圧特性を計測し、
前記電流−電圧特性から前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電力特性を求め、
前記電流−電圧特性、前記電流−電力特性に基づいて、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定して制御を行うことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御方法。 - 請求項13に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定する際、
前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となる条件下で、前記波長可変領域の電流−電力特性と前記熱補償領域の電流−電力特性とを連立させた方程式に基づいて、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御方法。 - 請求項12乃至請求項14のいずれかに記載の波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
予め、前記波長可変領域及び前記熱補償領域における自然放出光の電流依存性又は電圧依存性を求めておき、
前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和から、前記波長可変領域で自然放出光により失われる電力と前記熱補償領域で自然放出光により失われる電力とを減算し、
減算後の電力が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を制御することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御方法。 - レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、少なくとも前記波長可変領域と前記活性領域とを含む導波路の外にあり、かつ前記波長可変領域に3μm以上、前記基板の厚さ以下の間隔で隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを基板上に有し、
前記波長可変領域に順バイアス電流を注入したときに生じるプラズマ効果によって屈折率を変化させて発振波長をシフトする機能を有する波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記波長可変半導体レーザ素子からレーザ光を発振させる際、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を制御する制御部を有することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御装置。 - レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、少なくとも前記波長可変領域と前記活性領域とを含む導波路の外にあり、かつ前記波長可変領域に3μm以上、前記基板の厚さ以下の間隔で隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを基板上に有し、
前記波長可変領域に順バイアス電流を注入したときに生じるプラズマ効果によって屈折率を変化させて発振波長をシフトする機能を有する波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記活性領域、前記波長可変領域及び前記熱補償領域に電流又は電圧を入力する入力部と、
前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電圧特性を計測する計測部と、
計測された前記電流−電圧特性を記憶する記憶部と、
記憶された前記電流−電圧特性から、前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電力特性を計算すると共に、前記電流−電圧特性及び前記電流−電力特性に基づいて、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定する処理部と、
決定された前記電流又は前記電圧を、前記波長可変領域及び前記熱補償領域へ入力するように制御する制御部とを有することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御装置。 - 請求項17に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記処理部は、波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定する際、
前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となる条件下で、前記波長可変領域の電流−電力特性と前記熱補償領域の電流−電力特性とを連立させた方程式に基づいて、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御装置。 - 請求項17又は請求項18に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記記憶部は、予め、前記波長可変領域及び前記熱補償領域における自然放出光の電流依存性又は電圧依存性を記憶しておき、
前記処理部は、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和から、前記波長可変領域で自然放出光により失われる電力と前記熱補償領域で自然放出光により失われる電力とを減算し、減算後の電力が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御装置。
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