JP5190027B2 - Semiconductor laser module and Raman amplifier having the same - Google Patents
Semiconductor laser module and Raman amplifier having the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP5190027B2 JP5190027B2 JP2009137976A JP2009137976A JP5190027B2 JP 5190027 B2 JP5190027 B2 JP 5190027B2 JP 2009137976 A JP2009137976 A JP 2009137976A JP 2009137976 A JP2009137976 A JP 2009137976A JP 5190027 B2 JP5190027 B2 JP 5190027B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gain chip
- semiconductor
- semiconductor gain
- temperature
- light
- 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.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 142
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 title claims description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 27
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 8
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 8
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SBYXRAKIOMOBFF-UHFFFAOYSA-N copper tungsten Chemical compound [Cu].[W] SBYXRAKIOMOBFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- -1 etc.) Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002470 thermal conductor Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/481—Disposition
- H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
- H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/191—Disposition
- H01L2924/19101—Disposition of discrete passive components
- H01L2924/19107—Disposition of discrete passive components off-chip wires
Landscapes
- Lasers (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
この発明は,半導体レーザモジュール,および半導体レーザモジュールを備えたラマン増幅器に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser module and a Raman amplifier including the semiconductor laser module.
半導体レーザまたは半導体ゲインチップ(以下,LDと呼ぶ)は活性層を含み,活性層に電流を供給することによってレーザ光(光)を発生する。活性層に電流を供給すると活性層の温度が上昇する。活性層の温度変動はLDから出射されるレーザ光(光)の波長に影響を及ぼすので,LDが格納されるモジュール内部には一般にLDを冷却するための熱電クーラ(ThermoElectric Cooler :TEC)が設けられ,このTEC上にLDが搭載される。TEC上には温度を測定するためのサーミスタも搭載される。サーミスタによって測定される温度が所定温度(たとえば,25℃)となるようにTECは制御される。 A semiconductor laser or a semiconductor gain chip (hereinafter referred to as LD) includes an active layer, and generates laser light (light) by supplying current to the active layer. When current is supplied to the active layer, the temperature of the active layer rises. Since the temperature variation of the active layer affects the wavelength of the laser beam (light) emitted from the LD, a thermoelectric cooler (TEC) for cooling the LD is generally provided inside the module in which the LD is stored. LD is mounted on the TEC. A thermistor for measuring temperature is also mounted on the TEC. The TEC is controlled so that the temperature measured by the thermistor becomes a predetermined temperature (for example, 25 ° C.).
TECはLDの活性層温度を所定温度に維持することを目的としてモジュール内部に設けられるものであるが,上述のように,TECは,活性層温度ではなくサーミスタ温度を所定温度に維持するように動作する。すなわち,TECによる温度制御(冷却)によってサーミスタ温度を所定温度に維持することはできるが,それがLDの活性層温度を一定にすることには必ずしもつながらない。 The TEC is provided in the module for the purpose of maintaining the active layer temperature of the LD at a predetermined temperature. As described above, the TEC maintains the thermistor temperature, not the active layer temperature, at a predetermined temperature. Operate. That is, the thermistor temperature can be maintained at a predetermined temperature by temperature control (cooling) by TEC, but this does not necessarily lead to the constant active layer temperature of the LD.
図6(A),(B)は,LDに供給する駆動電流を変化させたときの,活性層およびサーミスタの温度変化(実線が活性層温度,破線がサーミスタ温度)を示している。図6(A)はTECによる温度制御を行っていないとき(TEC制御無し)のグラフであり,図6(B)はTECを用いた温度制御を行ったとき(TEC制御時)のグラフである。図6(C)は,TECを用いた温度制御を行っている状態において,比較的小さい駆動電流をLDに供給したとき(実線)および比較的大きい駆動電流をLDに供給したとき(一点鎖線)の,LDから出射されるレーザ光(光)の波長と出力(パワー)との関係を示すグラフである。 6A and 6B show temperature changes of the active layer and the thermistor when the drive current supplied to the LD is changed (the solid line indicates the active layer temperature and the broken line indicates the thermistor temperature). FIG. 6A is a graph when temperature control by TEC is not performed (without TEC control), and FIG. 6B is a graph when temperature control using TEC is performed (during TEC control). . FIG. 6C shows a state where a relatively small driving current is supplied to the LD (solid line) and a relatively large driving current is supplied to the LD (one-dot chain line) in a state where temperature control using TEC is performed. It is a graph which shows the relationship between the wavelength of the laser beam (light) radiate | emitted from LD, and output (power).
図6(A)に示すように,TECによる温度制御を行っていない場合,活性層温度およびサーミスタ温度は,いずれも駆動電流を大きくするにしたがって上昇する。特に,活性層温度は急激に上昇する。駆動電流を大きくするにしたがって活性層温度とサーミスタ温度の乖離が大きくなる。 As shown in FIG. 6A, when temperature control by TEC is not performed, the active layer temperature and the thermistor temperature both increase as the drive current increases. In particular, the active layer temperature rises rapidly. As the drive current increases, the difference between the active layer temperature and the thermistor temperature increases.
図6(B)を参照して,TECを用いた温度制御を行うと,上述したように,サーミスタ温度が所定温度に保たれる。しかしながら,駆動電流を大きくするにしたがって活性層温度は上昇し,サーミスタ温度との乖離は大きくなる。駆動電流を大きくすると活性層温度が上昇するので,出射されるレーザ光(光)の波長は長波長側にずれてしまう(図6(C))。光ファイバ中に形成された回折格子(FBG:Fiber Bragg Grating )を外部反射器とする外部共振器型半導体レーザモジュールでは,特に,FBGが持つ反射波長と半導体ゲインチップの持つ光学利得波長とが大きくずれてしまうと,引込み範囲から外れ,FBGによる発振が得られなくなる。 Referring to FIG. 6B, when temperature control using TEC is performed, as described above, the thermistor temperature is maintained at a predetermined temperature. However, as the drive current increases, the active layer temperature rises and the deviation from the thermistor temperature increases. When the drive current is increased, the active layer temperature rises, so that the wavelength of the emitted laser light (light) is shifted to the longer wavelength side (FIG. 6C). In an external cavity semiconductor laser module that uses a diffraction grating (FBG) formed in an optical fiber as an external reflector, the reflection wavelength of the FBG and the optical gain wavelength of the semiconductor gain chip are particularly large. If it deviates, it will be out of the pull-in range and oscillation by FBG cannot be obtained.
サーミスタを極力LDに近づけて配置することによってサーミスタ温度と活性層温度の乖離はある程度は改善され,レーザ光の波長ずれはある程度改善する(たとえば,特許文献1)。しかしながら,根本的な改善をもたらすものではない。 By disposing the thermistor as close to the LD as possible, the difference between the thermistor temperature and the active layer temperature is improved to some extent, and the wavelength shift of the laser beam is improved to some extent (for example, Patent Document 1). However, it does not bring about fundamental improvement.
この発明は,活性層温度をほぼ一定に保つことができるようにすることを目的とする。 An object of the present invention is to enable the active layer temperature to be kept substantially constant.
この発明による半導体レーザモジュールは,半導体基板上に活性層を有する光導波路が形成され,前記活性層に電流が注入されることで発生した光が前記光導波路を導波され,該光導波路の一方の端に形成された前方端面より前記光が出射される半導体ゲインチップと,前記前方端面と光学的に結合し,内部に所定波長の光を反射する回折格子を有する光ファイバとを有し,前記光導波路の他方の端に形成された後方端面と前記回折格子とを前記光が往復することで共振器が構成される外部共振器型半導体レーザと,温度変化を抵抗値の変化として出力する温度検出素子と,前記温度検出素子が出力する抵抗値が所定値になるように制御される熱電クーラとを含む半導体レーザモジュールであって,前記半導体ゲインチップと前記温度検出素子は,前記熱電クーラ上に搭載された保持台上に配置され,前記半導体ゲインチップと前記温度検出素子は前記保持台を熱経路とする熱的接続状態を有し,かつ前記保持台を経由する熱経路に加えて前記半導体ゲインチップと前記温度検出素子とを接続する別の熱経路が少なくとも一つ形成されていることを特徴とする。熱電クーラは,半導体レーザモジュールの外部に設けられる制御回路(クーラ制御回路)によって制御される。温度検出素子からの測定温度を表わすデータ(抵抗値)に基づいて,クーラ制御回路は,温度検出素子が所定温度を維持するように,熱電クーラを制御する。 In the semiconductor laser module according to the present invention, an optical waveguide having an active layer is formed on a semiconductor substrate, and light generated by injecting a current into the active layer is guided through the optical waveguide. A semiconductor gain chip that emits the light from a front end surface formed at the end of the optical fiber, and an optical fiber that is optically coupled to the front end surface and has a diffraction grating that reflects light of a predetermined wavelength inside, An external resonator type semiconductor laser in which a resonator is configured by reciprocating the light between a rear end face formed at the other end of the optical waveguide and the diffraction grating, and a temperature change is output as a change in resistance value. A semiconductor laser module including a temperature detection element and a thermoelectric cooler controlled so that a resistance value output from the temperature detection element becomes a predetermined value, the semiconductor gain chip and the temperature detection element Is disposed on a holding base mounted on the thermoelectric cooler, and the semiconductor gain chip and the temperature detecting element have a thermal connection state using the holding base as a heat path and pass through the holding base. In addition to the heat path, at least one other heat path for connecting the semiconductor gain chip and the temperature detecting element is formed. The thermoelectric cooler is controlled by a control circuit (cooler control circuit) provided outside the semiconductor laser module. Based on data (resistance value) representing the measured temperature from the temperature detection element, the cooler control circuit controls the thermoelectric cooler so that the temperature detection element maintains a predetermined temperature.
半導体ゲインチップに含まれる活性層に電流が注入されると,活性層において光が発生する。半導体ゲインチップの前方端面から出射された光は,レンズを介して回折格子(FBG)が一部に形成されている光ファイバに入射する。半導体ゲインチップの後方端面と回折格子との間で光反射が繰返されることによってレーザ発振が生じる。得られたレーザ光が光ファイバ中を導波する。 When current is injected into the active layer included in the semiconductor gain chip, light is generated in the active layer. Light emitted from the front end face of the semiconductor gain chip is incident on an optical fiber having a diffraction grating (FBG) partially formed through a lens. Laser oscillation is caused by repeated light reflection between the rear end face of the semiconductor gain chip and the diffraction grating. The obtained laser light is guided through the optical fiber.
半導体ゲインチップの後方端面は光反射器として機能するので,高い反射率で光を反射する必要がある。また,FBGによる外部共振モードをより安定に得るために,半導体ゲインチップの前方端面は光反射率を低くする必要がある。一実施態様では,前記半導体ゲインチップの前方端面に反射防止膜が,後方端面に反射膜がそれぞれ設けられる。たとえば,前記後方端面に設けられる反射膜には,光反射率が90%以上のものが用いられる。 Since the rear end face of the semiconductor gain chip functions as a light reflector, it is necessary to reflect light with high reflectivity. Further, in order to obtain the external resonance mode by FBG more stably, the front end face of the semiconductor gain chip needs to have a low light reflectance. In one embodiment, an antireflection film is provided on the front end surface of the semiconductor gain chip, and a reflection film is provided on the rear end surface. For example, as the reflective film provided on the rear end face, a film having a light reflectance of 90% or more is used.
半導体ゲインチップと温度検出素子は保持台上に配置されているので,半導体ゲインチップからの熱は保持台を経由して温度検出素子に伝導される。すなわち,半導体ゲインチップと温度検出素子とは,保持台を熱経路とする熱的接続状態を有する。この発明による半導体レーザモジュールは,前記保持台による熱経路に加えて,前記半導体ゲインチップと前記温度検出素子とを熱伝導によって接続する別の熱経路を持つ。この別の熱経路を介しても,半導体ゲインチップからの熱は温度検出素子に伝導されて,温度検出素子が加熱される(温められる)。 Since the semiconductor gain chip and the temperature detection element are disposed on the holding table, heat from the semiconductor gain chip is conducted to the temperature detection element via the holding table. That is, the semiconductor gain chip and the temperature detection element have a thermal connection state in which the holding table is a heat path. The semiconductor laser module according to the present invention has another heat path for connecting the semiconductor gain chip and the temperature detecting element by heat conduction in addition to the heat path by the holding table. Even through this other heat path, the heat from the semiconductor gain chip is conducted to the temperature detection element, and the temperature detection element is heated (heated).
この発明によると,半導体ゲインチップからの熱が保持台を経由して温度検出素子に伝導されるのに加えて,保持台とは異なる別の熱経路を介しても温度検出素子に伝導されるので,半導体ゲインチップの活性層の温度と温度検出素子の温度との間の乖離が小さくなる。したがって,サーミスタによる測定温度が所定温度になるように熱電クーラを制御すると,活性層もほぼ所定温度に維持される。発振波長の安定化が図られる。 According to the present invention, in addition to the heat from the semiconductor gain chip being conducted to the temperature detection element via the holding table, the heat is conducted to the temperature detection element via another heat path different from the holding table. Therefore, the difference between the temperature of the active layer of the semiconductor gain chip and the temperature of the temperature detection element is reduced. Therefore, when the thermoelectric cooler is controlled so that the temperature measured by the thermistor becomes a predetermined temperature, the active layer is also maintained at a substantially predetermined temperature. The oscillation wavelength can be stabilized.
一実施態様では,前記別の熱経路は金属ワイヤによって形成される。この場合,半導体ゲインチップおよび前記サーミスタの少なくともいずれか一方に,前記金属ワイヤを介した半導体ゲインチップおよび前記温度検出素子間の通電を阻止する絶縁膜が設けられる。半導体ゲインチップには光を発生させるために,温度検出素子には抵抗値を計測するために,それぞれ電流が通電されるので,前記半導体ゲインチップと前記温度検出素子を結ぶ金属ワイヤ(別の熱経路)が,半導体ゲインチップと温度検出素子を電気的に短絡させるものであってはならないからである。半導体ゲインチップおよび前記サーミスタの少なくともいずれか一方に絶縁膜が設けられることによって,半導体ゲインチップとサーミスタとの間の通電(短絡)が阻止される。 In one embodiment, the additional heat path is formed by a metal wire. In this case, at least one of the semiconductor gain chip and the thermistor is provided with an insulating film that prevents energization between the semiconductor gain chip and the temperature detection element via the metal wire. In order to generate light in the semiconductor gain chip and in order to measure the resistance value in the temperature detection element, a current is supplied to each of the temperature detection element. Therefore, a metal wire (another thermal wire) connecting the semiconductor gain chip and the temperature detection element. This is because the path) should not electrically short-circuit the semiconductor gain chip and the temperature detection element. By providing an insulating film on at least one of the semiconductor gain chip and the thermistor, energization (short circuit) between the semiconductor gain chip and the thermistor is prevented.
金属ワイヤによって別の熱経路を形成する場合,直径の太い金属ワイヤを用いるとより多くの熱量を伝えることができる。直径の太い金属ワイヤを用いるのに代えて,または加えて,半導体ゲインチップと温度検出素子とを複数本の金属ワイヤによって接続するようにしてもよい。 When another heat path is formed by a metal wire, a larger amount of heat can be transferred by using a metal wire having a large diameter. Instead of or in addition to using a metal wire having a large diameter, the semiconductor gain chip and the temperature detection element may be connected by a plurality of metal wires.
この発明による半導体レーザモジュールは,広い電流範囲にわたって安定してFBG発振したレーザ光を出射することができるので,ラマン増幅器における励起光源として用いるのに適している。この発明は,上述した半導体レーザモジュール,および前記半導体レーザモジュールからのレーザ光が励起光として入射し,誘導ラマン増幅を生じさせる光ファイバを備えたラマン増幅器も提供する。 Since the semiconductor laser module according to the present invention can emit laser light that has been stably FBG oscillated over a wide current range, it is suitable for use as an excitation light source in a Raman amplifier. The present invention also provides the above-described semiconductor laser module, and a Raman amplifier including an optical fiber that causes the laser light from the semiconductor laser module to be incident as excitation light and cause stimulated Raman amplification.
図1(A)は半導体レーザモジュールの内部構造を平面図によって,図1(B)は半導体レーザモジュールの内部構造を側断面図によって,それぞれ示している。図1(A),(B)において,ワイヤ(導線)の図示は省略されている。 FIG. 1A shows the internal structure of the semiconductor laser module by a plan view, and FIG. 1B shows the internal structure of the semiconductor laser module by a side sectional view. In FIGS. 1A and 1B, illustration of wires (conductive wires) is omitted.
図1(A),(B)を参照して,半導体レーザモジュール1は,内部が中空の直方体状のパッケージ(筐体)2を備え,パッケージ2の内部に,光を出射する半導体ゲインチップ11,半導体ゲインチップ11から出射される光を集光するレンズ12,温度を測定する(温度変化を抵抗値の変化として出力する)サーミスタ13,および半導体ゲインチップ11の後方端面から出射する光を受光して半導体ゲインチップ11の出力をモニタするためのフォトダイオード14が格納されている。半導体ゲインチップ11およびサーミスタ13はサブマウント(保持台)21上に載置され,レンズ12はレンズホルダ22に保持され,フォトダイオード14はPDサブマウント23の壁面に固定されている。サブマウント21,レンズホルダ22およびPDサブマウント23は,いずれも基板24上に固定されている。
Referring to FIGS. 1A and 1B, a
詳細な図示は省略するが,半導体ゲインチップ11は,半導体基板上に,活性層を含む組成,不純物の種類と量等の異なる複数の半導体層が積層されて構成されている。活性層は光の導波方向にストライプ状に形成されている。そして,活性層において生じる光が活性層の上下に形成された複数の半導体層に閉込められ,活性層を含む複数層で光導波路が構成される。
Although not shown in detail, the
パッケージ内部の底面に熱電クーラ(ThermoElectric Cooler )(たとえば,ペルチェ素子)(以下,TECと呼ぶ)15が固定されている。TEC15上に,上述した半導体ゲインチップ11,レンズ12,サーミスタ13およびフォトダイオード14が搭載された基板24が固定されている。
A thermoelectric cooler (for example, Peltier element) (hereinafter referred to as TEC) 15 is fixed to the bottom surface inside the package. A
パッケージ2の左右壁面のそれぞれから,複数のリード端子26が外方に突き出している。パッケージ2の内部において,リード端子26の端部と上述した半導体ゲインチップ11,サーミスタ13,フォトダイオード14およびTEC15が,ワイヤによって電気的に接続されている。
A plurality of
パッケージ2の前壁面に,光ファイバ4が中心に配置された円筒状のフェルール3が固定されている。
A
半導体ゲインチップ11に駆動電流を順方向に供給すると,活性層において光が発生する。活性層において発生した光は半導体ゲインチップ11の前方端面(出射端面)から出射してレンズ12に入射する。レンズ12において集光された光が光ファイバ4に入射する。
When a driving current is supplied to the
光ファイバ4中に,回折格子(FBG)4a(以下,FBG4aと言う)が形成されている。半導体ゲインチップ11の前方端面から出射した光のうち,FBG4aのブラッグ波長およびその近傍の波長を持つ光がFBG4aにおいて反射される。FBG4aにおいて反射された光は,光ファイバ4,レンズ12を介して再び半導体ゲインチップ11に戻り,活性層で光学利得を受けて増幅され,半導体ゲインチップ11の後方端面において反射される。半導体ゲインチップ11の後方端面とFBG4aとの間で光反射が繰返されることによってレーザ発振が生じ,レーザ光が光ファイバ4に入射する。このように,光を発生し,かつ後方端面において光を反射する半導体ゲインチップ11と,外部反射器として機能するFBG4aとによって,外部共振器型半導体レーザが構成されている。なお,FBG4aにおいて反射された光を半導体ゲインチップ11に戻す必要があるので,パッケージ2中にアイソレータは設けられていない。半導体ゲインチップ11の前方端面には反射防止膜を,後方端面には反射膜を,それぞれ設けてもよい。後方端面に設けられる反射膜には,たとえば,光反射率を90%とするものが用いられる。
In the
図2は,サブマウント21上に載置されている半導体ゲインチップ11およびサーミスタ13の拡大斜視図を示している。
FIG. 2 shows an enlarged perspective view of the
半導体ゲインチップ11の上面および下面に,それぞれ上面電極31,下面電極32が形成されている。上面電極31と下面電極32との間に順方向の駆動電流を通電することによって,上述したように,半導体ゲインチップ11の前方端面および後方端面から光が出射する。
An
サブマウント21上には,3つの電極パッド33,34,35が設けられている。
Three
電極パッド33は,半導体ゲインチップ11の上面電極31とリード端子26(図1(A)参照)の一つとを電気的に接続するために用いられる。電極パッド33に2つの金属製(たとえば,金,銅など)ワイヤ41,42の一端がボンディングされている。一方のワイヤ41の他端がリード端子26にボンディングされ,他方のワイヤ42の他端が半導体ゲインチップ11の上面電極31にボンディングされているる。電極パッド33および2本のワイヤ41,42を介して,半導体ゲインチップ11の上面電極31とリード端子26とが電気的に接続される。
The electrode pad 33 is used to electrically connect the
電極パッド34は,半導体ゲインチップ11の下面電極32とリード端子26の一つ(半導体ゲインチップ11の上面電極31に接続されるリード端子とは異なる端子であるのは言うまでもない)を電気的に接続するために用いられる。電極パッド34は,サブマウント21上の半導体ゲインチップ11の載置範囲に形成され,かつその一部が半導体ゲインチップ11の載置範囲をはみ出して形成されている。半導体ゲインチップ11の載置範囲をはみ出している電極パッド34の箇所に,ワイヤ43の一端がボンディングされている。ワイヤ43の他端はリード端子26にボンディングされている。電極パッド34およびワイヤ43を介して,半導体ゲインチップ11の下面電極32とリード端子26とが電気的に接続される。
The
サーミスタ13は金属酸化物(マンガン,コバルト,ニッケルなど),半導体(シリコン)などの電気抵抗が温度に応じて変化することを利用して温度を測定する。サーミスタ13の電気抵抗変化を計測するためにサーミスタ13にも電流が通電される。サーミスタ13の上面の一部に上面電極36が,サーミスタ13の下面全体に下面電極37が,それぞれ形成されている。電極パッド35がサブマウント21上のサーミスタ13の載置範囲に形成され,かつその一部がサーミスタ13の載置範囲をはみ出して形成されている。電極パッド35とサーミスタ13の下面電極37は通電している。サーミスタ13の上面電極36およびサーミスタ13の下面電極37と通電している電極パッド35に,ワイヤ44,45の一端がそれぞれボンディングされ,これらの他端が2つのリード端子26にそれぞれボンディングされている。ワイヤ44,45を介して,サーミスタ13に電流が通電される。
The
半導体ゲインチップ11およびサーミスタ13に電流を通電するワイヤ41〜45の他に,半導体ゲインチップ11とサーミスタ13を接続する金属製(たとえば,金,銅など)ワイヤ46が存在する。ワイヤ46は,その一端が半導体ゲインチップ11の上面電極31に,他端がサーミスタ13の上面に,それぞれボンディングされている。
In addition to the
ワイヤ(熱伝導体)46は,ワイヤ41〜45とは異なり,半導体ゲインチップ11,サーミスタ13に電流を通電するためのものではなく,半導体ゲインチップ11とサーミスタ13の熱的接続状態を得るためのものである。サーミスタ13の上面の一部に絶縁膜(たとえば, SiO2 膜)38が設けられ,絶縁膜38上にパッド39が設けられている。ワイヤ46の他端は,絶縁膜38上のパッド39にボンディングされている。絶縁膜38が存在するので,ワイヤ46を通して半導体ゲインチップ11とサーミスタ13との間に電流は流れない。通電に用いられず,熱伝導に用いられるワイヤ46を,以下,「ヒートパスワイヤ46」と呼ぶ。もちろん,絶縁膜38は,サーミスタ13側ではなく,半導体ゲインチップ11側に設けてもよい。ヒートパスワイヤ46によって半導体ゲインチップ11における発熱(温度上昇)がサーミスタ13に伝達され,半導体ゲインチップ11とサーミスタ13との熱的接続状態が得られる。ヒートパスワイヤ46を導入することによる作用,効果の詳細は後述する。
Unlike the
図3は,上述した半導体レーザモジュール1を含むレーザユニットの電気的構成を示すブロック図である。半導体レーザモジュール1と,半導体レーザモジュール1の外部に設けられる駆動電源51,自動出力制御回路(APC:Auto Power Control回路)52,およびTECコントローラ53とによって,レーザユニットは構成される。
FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of a laser unit including the
駆動電源51から半導体ゲインチップ11に駆動電流が供給される。駆動電源51からの駆動電流は,APC回路52から与えられる制御信号に基づいて制御される。
A drive current is supplied from the
APC回路52は,フォトダイオード14からの出力電流が所定値になるように駆動電源51を制御する。フォトダイオード14は半導体ゲインチップ11の後方に配置されており,後方端面から出射される光を受光して,これに応じた電流を出力する。半導体ゲインチップ11の後方端面から出射される光の出力は前方端面から出射される光の出力と比例するので,フォトダイオード14からの出力電流が所定値となるように駆動電源51を制御することによって,半導体ゲインチップ11の前方端面から出射される光出力(パワー)が所定値に維持される。
The
APC回路52の設定に基づいて半導体ゲインチップ11に供給される駆動電流が決定され,かつ半導体ゲインチップ11から出射される光のパワー(レーザ発振後のレーザ光のパワー)が決定される。求められる出力特性に応じて,様々なパワーの光を半導体レーザモジュール1から出射させることができる。
Based on the setting of the
駆動電源51からの駆動電流が半導体ゲインチップ11に供給されると,半導体ゲインチップ11の活性層が発熱する。半導体ゲインチップ11は,TECコントローラ53から与えられる制御信号にしたがって動作するTEC15によって冷却される。
When the drive current from the
TECコントローラ53は,サーミスタ13による測定温度が所定温度(たとえば,25℃)になるように,TEC15を制御する。すなわち,サーミスタ13には駆動電源51から電流が供給され,温度変化に伴って変化する抵抗値が,サーミスタ13に接続されたTECコントローラ53によって検知される。TECコントローラ53はサーミスタ13の抵抗値に基づいて,この抵抗値が所定値に維持されるようにTEC15を制御する。これによりサーミスタ13の測定温度が所定温度(たとえば,25℃)に維持される。
The
上述したように,駆動電流が供給されると半導体ゲインチップ11の活性層が発熱する。サブマウント21は,窒化アルミニウム,銅タングステン等の熱伝導性を持つ材質で作られており,半導体ゲインチップ11からサブマウント21を経由して伝わる熱によって,サーミスタ13の温度も上昇する。この場合,TECコントローラ53は上昇したサーミスタ13の温度を下げるようにTEC15を制御する。
As described above, when the drive current is supplied, the active layer of the
ここで,半導体ゲインチップ11とサーミスタ13とは,ヒートパスワイヤ46によって接続されている。このため,半導体ゲインチップ11に駆動電流が供給されることによって半導体ゲインチップ11の活性層が発熱すると,ヒートパスワイヤ46を伝達する熱によって,サーミスタ13は加熱される。すなわち,サーミスタ13は,半導体ゲインチップ11からのサブマウント21を経由した熱伝導によって加熱されるとともに,ヒートパスワイヤ46を経由した熱伝導によっても加熱される。
Here, the
半導体ゲインチップ11における発熱をサブマウント21を経由した熱伝導のみでサーミスタ13に伝達させるとすると,サーミスタ13の温度は半導体ゲインチップ11の活性層の温度と一致しなくなる。特に半導体ゲインチップ11に供給される駆動電流が大きい場合,サーミスタ13の温度と半導体ゲインチップ11の活性層の温度との間には大きな乖離が生じる。その結果,サーミスタ13は所定温度に維持されるが,活性層は所定温度に維持されずに上昇する。レーザ光の発振波長が長波長側に変動してしまう(図6(A)〜(C)参照)。
If the heat generated in the
しかしながら,サーミスタ13は,上述したように,サブマウント21を経由した熱伝導のみならず,半導体ゲインチップ11とサーミスタ13を直接に接続するヒートパスワイヤ46からの熱も伝達される。半導体ゲインチップ11の活性層の温度が高くなればなるほど,ヒートパスワイヤ46を経由してサーミスタ13に伝わる熱量は大きくなる。したがって,サーミスタ13による測定温度は,半導体ゲインチップ11の活性層の温度上昇を反映したものとなる。
However, as described above, the
図4(A)〜(C)は,図6(A)〜(C)に対応するもので,半導体ゲインチップ11とサーミスタ13とを,ヒートパスワイヤ46によって直接に接続した場合のグラフを示している。
FIGS. 4A to 4C correspond to FIGS. 6A to 6C, and show graphs when the
図4(A)を参照して,ヒートパスワイヤ46を用いて半導体ゲインチップ11とサーミスタ13とを接続することによって,活性層温度とサーミスタ温度の乖離幅を小さくすることができる。図4(B)を参照して,活性層温度とサーミスタ温度の乖離幅が小さくされた結果,TECコントローラ53およびTEC15によってサーミスタ13が所定温度に維持されると,活性層温度もほぼ所定温度に近い温度に維持される。駆動電流を大きくしても,出射光の波長のずれはほとんど生じない(図4(C))。半導体レーザモジュール1を,様々なパワーを持つレーザ光を得るための光源として用いても(駆動電流を変動させても),安定した波長のレーザ光を得ることができる。
Referring to FIG. 4A, the gap between the active layer temperature and the thermistor temperature can be reduced by connecting the
ヒートパスワイヤ46にはAu(金),Al(アルミニウム),Cu(銅)などの熱伝導率の良好な素材が用いられる。また,熱平衡状態に達するまでの時間を短くするには,直径の大きなワイヤをヒートパスワイヤ46として用いるか,または複数本のヒートパスワイヤ46によって半導体ゲインチップ11とサーミスタ13を接続すればよい。
The
図5は,上述した半導体レーザモジュール1(レーザユニット)を励起光用光源として用いたラマン増幅器のブロック図を示している。 FIG. 5 shows a block diagram of a Raman amplifier using the above-described semiconductor laser module 1 (laser unit) as a pumping light source.
ラマン増幅器60では,半導体レーザモジュール1から出射されたレーザ光が励起光としてカプラ61を通じて増幅用光ファイバ62に入力する。増幅用光ファイバ62において誘導ラマン散乱が生じ,レーザ光の波長(励起光波長)から約100nm程度長波長側に利得が生じる。増幅用光ファイバ62に信号光が入射すると,増幅用光ファイバ62中に生じた利得によって信号光が増幅される(ラマン増幅)。半導体レーザモジュール1は,比較的パワーの大きいレーザ光を出射することができるので,信号光を長距離にわたって伝送することができる。また,半導体レーザモジュール1は駆動電流を大きくしても波長ずれを生じることなく安定してレーザ発振するので,ラマン利得を安定して得ることができる。
In the
1 半導体レーザモジュール
4 光ファイバ
4a 回折格子(FBG)
11 半導体ゲインチップ
13 サーミスタ
14 フォトダイオード
15 熱電クーラ(TEC)
21 サブマウント
38 絶縁膜
46 ヒートパスワイヤ
60 ラマン増幅器
62 増幅用光ファイバ
DESCRIPTION OF
11 Semiconductor gain chip
13 Thermistor
14 photodiode
15 Thermoelectric cooler (TEC)
21 Submount
38 Insulating film
46 Heat path wire
60 Raman amplifier
62 Optical fiber for amplification
Claims (4)
温度変化を抵抗値の変化として出力する温度検出素子と,
前記温度検出素子が出力する抵抗値が所定値になるように制御される熱電クーラとを含む半導体レーザモジュールであって,
前記半導体ゲインチップと前記温度検出素子は,前記熱電クーラ上に搭載された保持台上に配置され,
前記半導体ゲインチップと前記温度検出素子は前記保持台を熱経路とする熱的接続状態を有し,かつ前記保持台を経由する熱経路に加えて前記半導体ゲインチップと前記温度検出素子とを接続する別の熱経路が少なくとも一つ形成されている,
半導体レーザモジュール。 An optical waveguide having an active layer is formed on a semiconductor substrate, and light generated by injecting a current into the active layer is guided through the optical waveguide and is formed at one end of the optical waveguide. A semiconductor gain chip from which the light is emitted, and an optical fiber that is optically coupled to the front end face and has a diffraction grating that reflects light of a predetermined wavelength inside, at the other end of the optical waveguide An external resonator type semiconductor laser in which a resonator is formed by reciprocating the light between the formed rear end face and the diffraction grating;
A temperature detection element that outputs a temperature change as a change in resistance value;
A semiconductor laser module including a thermoelectric cooler controlled so that a resistance value output from the temperature detection element becomes a predetermined value;
The semiconductor gain chip and the temperature detection element are disposed on a holding base mounted on the thermoelectric cooler,
The semiconductor gain chip and the temperature detection element have a thermal connection state with the holding table as a heat path, and connect the semiconductor gain chip and the temperature detection element in addition to a heat path passing through the holding table. At least one other heat path is formed,
Semiconductor laser module.
前記半導体ゲインチップおよび前記温度検出素子の少なくともいずれか一方に,前記金属ワイヤを介した半導体ゲインチップおよび前記温度検出素子間の通電を阻止する絶縁膜が設けられている,
請求項1に記載の半導体レーザモジュール。 Said another heat path is formed by a metal wire,
At least one of the semiconductor gain chip and the temperature detection element is provided with an insulating film that prevents energization between the semiconductor gain chip and the temperature detection element via the metal wire.
The semiconductor laser module according to claim 1.
請求項2に記載の半導体レーザモジュール。 The semiconductor gain chip and the temperature detection element are connected by a plurality of metal wires,
The semiconductor laser module according to claim 2.
前記半導体レーザモジュールからのレーザ光が励起光として入射し,誘導ラマン増幅を生じさせる光ファイバ,
を備えたラマン増幅器。 The semiconductor laser module according to any one of claims 1 to 3, and an optical fiber in which laser light from the semiconductor laser module is incident as excitation light and causes stimulated Raman amplification,
Raman amplifier equipped with.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009137976A JP5190027B2 (en) | 2009-06-09 | 2009-06-09 | Semiconductor laser module and Raman amplifier having the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009137976A JP5190027B2 (en) | 2009-06-09 | 2009-06-09 | Semiconductor laser module and Raman amplifier having the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010287596A JP2010287596A (en) | 2010-12-24 |
JP5190027B2 true JP5190027B2 (en) | 2013-04-24 |
Family
ID=43543117
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009137976A Active JP5190027B2 (en) | 2009-06-09 | 2009-06-09 | Semiconductor laser module and Raman amplifier having the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5190027B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018186289A (en) * | 2018-07-05 | 2018-11-22 | セイコーエプソン株式会社 | Light emitting element module and atomic oscillator |
JP7090572B2 (en) | 2019-03-08 | 2022-06-24 | 株式会社堀場製作所 | Semiconductor laser equipment and analyzer |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01245585A (en) * | 1988-03-26 | 1989-09-29 | Nec Corp | Semiconductor laser device |
JP3384310B2 (en) * | 1997-12-19 | 2003-03-10 | 三菱電機株式会社 | Laser diode module |
JP5074645B2 (en) * | 2000-02-03 | 2012-11-14 | 古河電気工業株式会社 | Excitation light source device |
JP4712178B2 (en) * | 2000-11-02 | 2011-06-29 | 古河電気工業株式会社 | Semiconductor laser module, laser unit, Raman amplifier, and method for suppressing Brillouin scattering and polarization degree of optical semiconductor laser module used in Raman amplifier |
JP2004079989A (en) * | 2002-04-04 | 2004-03-11 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Optical module |
JP2005064483A (en) * | 2003-07-30 | 2005-03-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Light-emitting module |
JP4712658B2 (en) * | 2006-09-22 | 2011-06-29 | 古河電気工業株式会社 | Semiconductor laser module |
-
2009
- 2009-06-09 JP JP2009137976A patent/JP5190027B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010287596A (en) | 2010-12-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4887549B2 (en) | Tunable laser | |
EP2854241B1 (en) | Mopa laser source with wavelength control | |
JP2004363242A (en) | Optical module | |
JP5180923B2 (en) | Semiconductor laser module and Raman amplifier having the same | |
JP2000056185A (en) | Laser diode module | |
JP5259385B2 (en) | Wavelength conversion device and image display device | |
JP2000031575A (en) | Ld module | |
JP2000353845A (en) | Semiconductor laser module | |
JP6794140B2 (en) | Optical transmitter and optical module including it | |
US20020121671A1 (en) | Semiconductor laser device and semiconductor laser module | |
US7362782B2 (en) | Optical semiconductor device and controlling method of the same | |
JP5190027B2 (en) | Semiconductor laser module and Raman amplifier having the same | |
JP5180914B2 (en) | Semiconductor laser module and Raman amplifier having the same | |
US7027473B2 (en) | Multimode semiconductor laser module, wavelength detector, wavelength stabilizer, and Raman amplifier | |
JP2004079989A (en) | Optical module | |
JP2003198051A (en) | Semiconductor laser device and module thereof | |
JP5150548B2 (en) | Semiconductor laser module and Raman amplifier having the same | |
JP2008153529A (en) | Optical transmitter | |
JP2009081321A (en) | Wavelength stabilized laser apparatus, method for the same, and raman amplifier equipped with wavelength stabilized laser apparatus | |
US6760352B2 (en) | Semiconductor laser device with a diffraction grating and semiconductor laser module | |
JP3956515B2 (en) | Fiber grating optical module alignment method | |
Mostallino et al. | Thermal Management Characterization of Microassemblied High Power Distributed-Feedback Broad Area Lasers Emitting at 975nm | |
JP2005026333A (en) | Semiconductor laser equipment | |
JP5447485B2 (en) | Tunable laser | |
WO2021199532A1 (en) | Sub-mount, light-emitting device, and optical module |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20111117 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20121219 |
|
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: 20130122 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130125 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160201 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5190027 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
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 |
|
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 |