JPH0296671A - 半導体レーザ電流・光出力特性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザの実用上存寄な電流・光出力特
性曲線上の所謂キンクと呼ばれる急峻な曲がりの有無を
感度良くかつ自動的に検知する機能を有した半導体レー
ザ電流・光出力特性測定装置に関する乙のである。

［従来の技術］ 半導体レーザの特性は一般的に縦モードと呼ばれる出力
光の波長スペクトル分布、横モードと呼ばれる出力光ビ
ームの断面における光強度分布、および電流・光出力特
性と呼ばれる電流・光変換特性等により特徴づけられる
。光通信に半導体レーザを利用する場合、これら縦モー
ド、横モードなどの発振モードの変動は半導体レーザか
らの出力光を光ファイバーに結合する時の結合効率の低
下、あるいはモード分配雑音等の雑音の増加等により伝
送特性の劣化を生じ好ましくない。これら発振モードの
不安定な素子は発光スペクトル、遠（近）視野像などを
駆動電流、温度を変えながら詳細に測定することにより
検知し除去することが可能である。従来、半導体レーザ
の発振モードの不安定な素子は、上記発振モードに変化
がある時にその電流・光出力特性曲線上にキンクか観測
されることから、それを作業者が目視により検査してい
た。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の技術における半導体レーザの
電流・光出力特性上のキンクの検査では、その電流・光
出力特性の測定に多大な時間を要し、コスト上昇の要因
となっていること、また、作業者の目視による検査でキ
ンクの有無を検査しているため、その作業者により検知
レベルが異なり半導体レーザの品質の安定化に欠けると
共に、検査工程の自動化ができず生産効率向上の障害と
なっていることが問題点となっていた。

本発明は、上記問題点を解決するために創案されたもの
で、従来目視に頼っていた半導体レーザの検査工程を自
動化し、品質および生産効率の向上がはかれるようにキ
ンクの自動検知機能を備えた半導体レーザの電流・光出
力特性測定装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するための本発明の半導体レーザの電
流・光出力特性測定装置の構成は、半導体レーザに指示
された電流を流す駆動手段と、 上記半導体レーザの光出力を測定する測定手段と、 上記電流をステップ状に指示しそのときの上記光出力を
読み込む測定制御手段と、 上記指示した電流の値と上記読み込んだ光出力の値とか
ら得られる半導体レーザ電流・光出力の特性曲線上また
はその特性曲線の電流による微分効率曲線上の任意の点
の接線またはその点を含む微少な電流区間における該特
性曲線または該微分効率曲線の回帰直線と該点より僅か
に離れた電流点における該特性曲線または該微分効率曲
線とのずれ量を計算する演算手段と、 上記ずれ量が規定値を越えたとき上記電流・光出力特性
曲線上に急峻な曲がりであるキンクが存在すると判定す
る判定手段とを備えることを特徴とする。

［作用］ 本発明は、半導体レーザの電流・光出力特性上にキンク
が存在する場合、電流・光出力特性あるいは該特性曲線
を電流で数学的に微分して得られろ所謂微分効率曲線に
急峻なピークあるいは段差などの変曲即ちキンクが現れ
ることを利用し、測定制御手段によって得られる電流・
光出力特性曲線あるいはその微分効率曲線上の任意の点
に接線を引き、該任意の点から僅かに離れた点での該特
性曲線あるいは該微分効率曲線と該接線とのずれ量を該
特性曲線あるいは微分効率曲線の滑らかさからのずれ量
として演算手段で計算し、このずれ量が経験的に定めた
規定値を越えるときキンクが存在すると判定手段で判定
することによりキンクの検出の自動化を実現する。上記
接線は、上記任αの点を含む微小電流区間の回帰直線で
代用することらできる。

「実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。ｌ
は被測定素子である半導体レーザである。

この半導体レーザ１に指示された駆動電流を流す電流源
を構成する゛駆動手段は、ディジタルをアナログ電圧に
変換するＤ／Ａコンバータ２と、このアナログ電圧を変
換増幅して半導体レーザ１に上記ディジタル信号で指示
された駆動電流を流す電圧／電流変換増幅器３とから成
る。一方、半導体レーザｌの光出力を測定する手段は、
その光出力がその受光面に当たるように対向して配置さ
れるフォトダイオードなどより構成される光センサ４と
、その受光量に比例した光センサ４の電流を電圧信号に
変換する光パワー測定部５と、その電圧信号をディジタ
ル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ６とから成る。７は
計測制御手段であり、Ｄ／Ａコンバータ２に対して微少
電流ステップで増減した駆動電流を指示するディジタル
信号を送出すると共に、そのときの光出力を測定して得
られるＡ／Ｄコンバータ６のディジタル信号を読み込む
。

８は演算手段であり、計測制御手段７によって得られる
半導体レーザ■の電流・光出力特性曲線上の変曲点の存
在を検知するために、例えばその特性曲線の電流による
微分効率曲線上の任意の点の接線とその点より僅かに離
れた電流点における微分効率曲線とのずれ虫を後記する
計算式によって計算する機能を有する。９は記憶部であ
り、測定制御手段７が読み込んだ光出力の光量を示すデ
ィジタル信号をその時に流した駆動電流と対にして記憶
するとともに、これらのデータ列を基に計算された上記
ずれ量を記憶する機能を有する。ｌＯは上記ずれ量を規
定値と比較しその規定値を越えているとき半導体レーザ
１の電流・光出力特性曲線上にキンクが存在するものと
判定する判定手段であり、１１は必要により判定結果の
出力を行うための出力部としてのプリンタである。計測
制御手段７．演算手段８１判定手段１０などは、計算機
（またはマイクロプロセッサ）！２に機能手段として内
在するようにソフトウェア等で構成するのが好適である
。その場合、記憶部９は、計算機１２のメモリの一部を
使用して構成する。

以上のように構成した実施例の作用を述べる。

まず、キンクによる微分効率曲線上の急峻な変曲点の存
在を検知する手法の原理を説明する。第２図、第３図、
第４図は本発明の詳細な説明するための図であって、半
導体レーザの電流・光出力特性の一例を示す。第２図の
横軸は半導体レーザに流す電流量を示し、縦軸は半導体
レーザから出力される光パワーを示している。同図中に
示す曲線２１は所謂半導体レーザの電流対光出力の関係
を表わし、半導体レーザに流す電流が同曲線上の点２２
で示す閾値電流を越えると所謂レーザ発振を開始し出力
光パワーがほぼ電流に比例して直線的に増加するが、電
流がある程度大きくなると半導体レーザの温度上昇を来
し光出力が緩やかに飽和する傾向を示す様子を表わして
いる。また、同図中の曲線２３は、電流・光出力特性曲
線２１を電流で微分して得られるところの所謂微分効率
曲線を表わしている。該微分効率曲線は半導体レーザに
流す電流が閾値電流を越えると急峻に立ち上がった後略
一定の値を保ち、電流がある程度大きくなると光出力特
性が熱飽和を示すのに対応して緩やかに減少する様子が
示されている。第２図は電流・光出力特性に所謂キンク
がない場合を示したが、第３図は電流・光出力特性にキ
ンクがある場合の一例として電流・光出力特性曲線２５
と微分効率曲線２６を示す。同図中の点２４で示す閾値
電流から光出力が増加し始めまた微分効率が急峻に立ち
上がる様子は、第２図に示すキンクのない半導体レーザ
の電流・光出力特性と同様であるが、電流・光出力特性
曲線２５上の点２７の近傍に僅かな変曲を示すキンクが
存在している。この曲線２５の僅かな変曲に対応して微
分効率曲線２６上の点２８の近傍に鋭い突起が発生して
いる。第４図はキンクに対応する微分効率曲線の急峻な
変化を検知する方法の概念を説明する図であって、第３
図の点２８の近傍を拡大して示した乙のである。

微分効率曲線２６上の点２９に於いて該微分曲線に対す
る接線３１を引き点２９から△ｉだけ離れた点３２での
該曲線２６と該接線３１とのずれ攪△ηを図に示すごと
く定義する。接点２９をキンク発生位置３０に移動して
同様にずれ遣△ηを測定すると、曲線２６が変曲してい
るために△ηが大きくなるのがわかる。従って、△ηを
閾値電流以上の微分効率曲線上の全点について測定し、
その値があるあらかじめ定められた規定値を越える点が
ある時その点の近傍にキンクか存在すると判定できるこ
とになる。

次に、これを数学的に表現する。電流Ｈこおける微分効
率をη（１）と表わす。任意の電流量０に於ける微分効
率曲線に対する接！ＩＹ（１）はＹ（１）＝［ｄη／ｄ
　［］＋−ｒ０（１−Ｔｏ）＋η（■０）と表わせる。

ＩＯよりΔ■だけ離れた電流ｒ＝Ｉ。

−Δｒに於ける該接線と該微分効率曲線とのずれ量は Δη＝　ｌ　Ｙ（Ｉｏ−ΔＩ）−η（Ｔｏ−Δ■）＝ｌ
　　（７７（１０）　−７７（ｌｏ−ΔＮ））−Δ　■
　・　［ｄ　η　／　ｄ　夏　］１１．。　１　・・・
（１）となる。計算機等で上述の計算を取り扱う場合、
測定データはＭ＃、的な数値の列となる。光出力Ｐ　（
ｎ）は、半導体レーザに印加する電流を微少電流ステッ
プδＩで増減しながら、各電流点１（ｎ）−〇・δＩ；
（ｎは整数でデータ番号を示している）において測定す
る。このような離散的なデータ列に対する微分はよく知
られているように微分法により取り扱われる。従って、
各電流点１（ｎ）での微分効率η（ｎ）は η（ｎ）＝　［Ｐ（ｎ＋　１）−Ｐ（ｎ）］　／δ■と
なる。この時η（ｎ）に対応する電流をＩ（ｎ）＋１７
２・δ■に変更しておく。次に式（１）を差分て表わす
。

ΔＩ＝α・δＩ　　（αは０でない整数）とすると Δη（ｎ）＝ｌ（＋７（ｎ）−η（ｎ−α））−α・（
η（ｎ＋１）−η（ｎ））ｌ・・・（２）となる。閾値
電流量−りの電流に対応するデータ番号ｎすべてについ
て式（２）によりすれ量Δη（ｎ）を計算し、予め定め
た規定値を越すずれ積Δη（ｎ）か存在する時、電流点
１（ｎ）の近傍にキンクがあると判定する。ここで、α
とずれ量Δηの判定値は、測定系の雑音レベルおよび電
流ステップδＩの大きさに依存して適切な値に定めるも
のとする。なお、測定系のＷ、音レベルが高くなると、
式（２）の右辺第２項が大きくその影響を受けることに
なる。この雑音の影響を回避する方法として、接線を複
数測定点に対する回もで直線即ち最小自乗法によ、る近
似直線で近似ｔろのが好適である。η（ｎ）からδ（ｎ
＋ｍ）；　（ｍはＯでない整数）までのデータ列に対す
る回帰直線の傾きをａとすると、 ａ□［（ｉ＋ｌ）−Σ（ｎ＋１）Ｉ（ｎ＋ｉ）−Σｙ７
　　（ｎ＋ｉ）−ΣＩ（ｎ＋ｉ）］／［ΣＩ（ｎ＋ｉ）
−（Σｌ（ｎ＋ｉ））町と求めることができ、ａを用い
れば Δ７７　（ｎ　）ｌ［７７（ｎ　）−７７（ｎ　−ａ　
））−ａ　−ａ−δＩとずれ攪Δηを求められる。α１
ｍ１判定値は雑音量及びδ■により適切な値に設定する
ものとする。

次に前述した第１図の実施例の動作を述べる。

本実施例は上述の原理に基づいて自動的に半導体レーザ
の電流・光出力特性のキンクの有無を検知するものであ
り、第５図はその動作を示すフローヂャートである。以
下、第１図を参照しながら説明する。まず、計測制御手
段７より半導体レーザｌに流すべき電流値を表わすディ
ジタル信号が該Ｄ／Ａコンバータ２に対して出力され、
それをＤ／Ａコンバータ２がアナログの電圧信号に変換
し電圧／電流交換増幅部３が電流に変換して被測定素子
である半導体レーザ１に所定の電流を流す。

この時、半導体レーザ１から出力された光がその受光面
に当たるように対向して配置された光センサ４から受光
量に比例した電流が出力され、これを光パワー測定部が
電圧信号に変換した後Ａ／Ｄコンバータ６がディジタル
信号に変換し、測定制御手段７がこれを半導体レーザ１
の出力された光量として読み込み、半導体レーザｌに流
した電流と対にしてｉｆ算機１２の記憶部９に記録する
。この記録はＡ／Ｄコンバータ６の分解能の範囲に於て
トモ急の電流ステップδＩで半導体レーザ１に流す電流
を増加または減少し、同様の測定を繰り返して行われ、
所要の電流範囲に於ける電流対光出力の一連のデータ列
（［（ｉ）、Ｐ（ｉ））が計算機１２の記憶部９に記録
されろ。一連の記憶されたデータ列はプリンタ１１を通
して数値列あるいはグラフとして出力することも可能で
ある。次に記憶部９に記憶されたデータ列（Ｉ（ｉ）、
Ｐ（ｉ））を読み出してそれに対し演算手段８が前述し
た一連の計算処理を行う。即ち、式（２）により第４図
に示すずれ量Δη（ｎ）を計算する。判定手段１０は、
上記ずれ量Δη（ｎ）を予め経験的に定めた規定値と比
較し、この規定値を越える電流点においてキンクが存在
すると判定し、その判定結果をデータ列に対応させて記
憶部９へ記録する。

この判定は所定の電流範囲の各電流点について繰り返し
行なわれる。最後に判定の結果は、必要によりプリンタ
１１等へその電流点およびその近傍のデータ列とともに
出力される。上記実施例は、検査データを製品に添付す
る。場合に好適であるが、単なる品質の良否を判定する
場合においては、連のデータ列の測定の繰り返しの中で
Δη（ｎ）の計算をし同時にキンクの判定を行い、キン
ク有りと判定された時点でただちに測定も判定も終了す
るようにすれば、検査工程が短縮され生産効率がさらに
向上する。

なお、以上に述べた実施例では半導体レーザの電流・光
出力特性曲線の微分効率曲線を基にキンクの有無を検知
したが、直接に電流・光出力特性曲線を基にして同様に
キンクの有無を検知することが可能である。また、測定
データＰ（＋）に対して予めｍ音低減のため移動率均等
の各種の平滑化処理を行なった後に上述したキンク検知
のための計算処理を行なうことも可能である。以上の実
施例は一つの例示であって本発明の主旨を逸脱しない範
囲で、その他種々の変更あるいは改良を行いうろことは
言うまでもない。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、本発明の半導体レーザの
電流・光出力測定装置によれば、半導体レーザの電流対
光出力特性データを自動的に１５１１＋定・収集し、そ
のデータに対し一連の計算処理を行いキンクの有無を自
動的に検知することが可能となり、半導体レーザの生産
ラインにおけろ検査工程の効率向上と品質向上が達成さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図、
第３図９第４図は本発明の原理説明図、第５図は実施例
の動作を示すフローチャートである。 １・・・半導体レーザ、２・・・Ｄ／Ａコンバータ、３
・・・１圧／電流変換増幅器、４・・・光センサ、５・
・光パワーｉ１１＋１　足部、６・・・Ａ／Ｄコンバー
タ、７・・・計１（１１１制御手段、８・・・演算手段
、９・・・記憶部、１０・・・判定手段。 ε

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザに指示された電流を流す駆動手段と
   、 上記半導体レーザの光出力を測定する測定手段と、 上記電流をステップ状に指示しそのときの上記光出力を
   読み込む測定制御手段と、 上記指示した電流の値と上記読み込んだ光出力の値とか
   ら得られる半導体レーザ電流・光出力の特性曲線上また
   はその特性曲線の電流による微分効率曲線上の任意の点
   の接線またはその点を含む微少な電流区間における該特
   性曲線または該微分効率曲線の回帰直線と該点より僅か
   に離れた電流点における該特性曲線または該微分効率曲
   線とのずれ量を計算する演算手段と、 上記ずれ量が規定値を越えたとき上記電流・光出力特性
   曲線上に急峻な曲がりであるキンクが存在すると判定す
   る判定手段とを備えることを特徴とする半導体レーザ電
   流・光出力特性測定装置。