JPH0715078A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
- Publication number
- JPH0715078A JPH0715078A JP5142477A JP14247793A JPH0715078A JP H0715078 A JPH0715078 A JP H0715078A JP 5142477 A JP5142477 A JP 5142477A JP 14247793 A JP14247793 A JP 14247793A JP H0715078 A JPH0715078 A JP H0715078A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】半導体レーザの光出力と発振波長の変化を検出
して回路制御することにより、半導体レーザの経時的な
変動の極めて小さい半導体レーザ装置を構成する。 【構成】この発明の半導体レーザ装置は、半導体レーザ
部と光出力安定化回路と発振波長制御部の３つの部分か
ら構成され、半導体レーザ部によって光出力の変動と発
振波長の変動を検出したのち、光出力安定化回路では例
えば半導体レーザのバイアス電流を変化させることによ
り光出力の調整を行い、また発振波長制御部では例えば
内蔵する温調素子による温度制御を行うことにより光出
力の調整及び発振波長の調整を行う。
して回路制御することにより、半導体レーザの経時的な
変動の極めて小さい半導体レーザ装置を構成する。 【構成】この発明の半導体レーザ装置は、半導体レーザ
部と光出力安定化回路と発振波長制御部の３つの部分か
ら構成され、半導体レーザ部によって光出力の変動と発
振波長の変動を検出したのち、光出力安定化回路では例
えば半導体レーザのバイアス電流を変化させることによ
り光出力の調整を行い、また発振波長制御部では例えば
内蔵する温調素子による温度制御を行うことにより光出
力の調整及び発振波長の調整を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ通信等に用い
られる半導体レーザ装置に関する。
られる半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】幹線系光通信システムにおける昨今の技
術革新はめざましく、動的に単一軸モードで発振するＤ
ＦＢ−ＬＤ（分布帰還型レーザダイオード）、高効率・
高感度を同時に実現したＡＰＤ（アバランシホトダイオ
ード）の開発、実用化とともに〜２Ｇｂ／ｓの光通信シ
ステムがすでに実用化に達している。こうした状況のな
か、さらなる中継器間隔の長距離化、大容量化を目指し
た次世代光通信システムに対する研究開発も活発に行わ
れている。特に中継器間隔の大幅な伸長の為の技術とし
て最近注目を集めているのが、ファイバ損失の小さく長
距離伝送に有効な１．５５μｍ帯を用い、変調時のチャ
ーピング特性の抑制に効果的な外部変調器及び光ファイ
バ増幅器を用いて構成した外部変調長距離光通信システ
ムである。
術革新はめざましく、動的に単一軸モードで発振するＤ
ＦＢ−ＬＤ（分布帰還型レーザダイオード）、高効率・
高感度を同時に実現したＡＰＤ（アバランシホトダイオ
ード）の開発、実用化とともに〜２Ｇｂ／ｓの光通信シ
ステムがすでに実用化に達している。こうした状況のな
か、さらなる中継器間隔の長距離化、大容量化を目指し
た次世代光通信システムに対する研究開発も活発に行わ
れている。特に中継器間隔の大幅な伸長の為の技術とし
て最近注目を集めているのが、ファイバ損失の小さく長
距離伝送に有効な１．５５μｍ帯を用い、変調時のチャ
ーピング特性の抑制に効果的な外部変調器及び光ファイ
バ増幅器を用いて構成した外部変調長距離光通信システ
ムである。
【０００３】図３は外部変調器として信頼性に優れた半
導体変調器を用いた、１．５５μｍ帯長距離光通信シス
テムの構成図の一例である。半導体ＬＤ光源３１からの
光出力は光ファイバ３２を介して半導体変調器３３に入
力され、半導体変調器の透過・吸収特性に応じて変調光
に変換され長尺の光ファイバ３２内を伝送される。長距
離伝送後の変調波形は光ファイバ増幅器３４を介して増
幅伝送された後、波長フィルタ３５を経て受信器３６に
入力され、電気信号として再生される。このような構成
において、半導体変調器によって所定の消光特性を得る
ためには、使用される半導体ＬＤ光源の発振波長は経時
変化を含めて±２ｎｍ程度に制御される必要が有る。ま
た外部変調器として仮に消光特性の波長依存性の無い、
例えばＬｉＮｂＯ3 の変調器を用いる構成としても、受
信感度の高感度化のために波長フィルタ３５を使用する
ことを必須としている長距離光通信システムにおいて
は、波長制御範囲は波長フィルタの帯域幅約３〜４ｎｍ
に応じてフィルタ特性によって波長制御範囲はやはり±
２ｎｍ程度に制限される必然性が生じる。
導体変調器を用いた、１．５５μｍ帯長距離光通信シス
テムの構成図の一例である。半導体ＬＤ光源３１からの
光出力は光ファイバ３２を介して半導体変調器３３に入
力され、半導体変調器の透過・吸収特性に応じて変調光
に変換され長尺の光ファイバ３２内を伝送される。長距
離伝送後の変調波形は光ファイバ増幅器３４を介して増
幅伝送された後、波長フィルタ３５を経て受信器３６に
入力され、電気信号として再生される。このような構成
において、半導体変調器によって所定の消光特性を得る
ためには、使用される半導体ＬＤ光源の発振波長は経時
変化を含めて±２ｎｍ程度に制御される必要が有る。ま
た外部変調器として仮に消光特性の波長依存性の無い、
例えばＬｉＮｂＯ3 の変調器を用いる構成としても、受
信感度の高感度化のために波長フィルタ３５を使用する
ことを必須としている長距離光通信システムにおいて
は、波長制御範囲は波長フィルタの帯域幅約３〜４ｎｍ
に応じてフィルタ特性によって波長制御範囲はやはり±
２ｎｍ程度に制限される必然性が生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般的に、半導体レー
ザに直接変調を施す構成の半導体レーザ装置を光源とし
た光通信システムにおいては、受信系の受光レベル変化
を抑制するために、半導体レーザ装置に光出力安定化回
路を備えて半導体レーザの経時的な光出力低下を補正す
るという方法をとることが多い。光出力安定化回路は変
調電流のマーク率に応じて変化する基準電圧と平均光出
力との比較によって半導体レーザのバイアス電流のみを
制御するという簡易的なものから、変調電流の振幅まで
も制御するものまで存在するが、いずれの場合において
も半導体レーザの発振波長変動については特に注意が払
われる必要が無かった。
ザに直接変調を施す構成の半導体レーザ装置を光源とし
た光通信システムにおいては、受信系の受光レベル変化
を抑制するために、半導体レーザ装置に光出力安定化回
路を備えて半導体レーザの経時的な光出力低下を補正す
るという方法をとることが多い。光出力安定化回路は変
調電流のマーク率に応じて変化する基準電圧と平均光出
力との比較によって半導体レーザのバイアス電流のみを
制御するという簡易的なものから、変調電流の振幅まで
も制御するものまで存在するが、いずれの場合において
も半導体レーザの発振波長変動については特に注意が払
われる必要が無かった。
【０００５】図４はこのような光出力安定化回路を備え
た半導体レーザ装置の構成の一例を示した概略図であ
る。光出力安定化半導体レーザ装置は、半導体レーザ４
１、光出力モニタ用受光素子４２、基準電圧との比較回
路４３、差動増幅回路４４、バイアス電流調整電流源４
５から構成され、変調電流のマーク率に応じて変動する
基準電圧と光出力モニタの出力電圧との比較によって半
導体レーザのバイアス電流を増加させるように制御して
いる。通常の通信用半導体レーザの故障判定基準は駆動
電流値が初期状態から数十％増大した点と定義されてい
るために、特に半導体変調器等を用いた光通信システム
に重要な半導体レーザの発振波長の経時変化という点に
注目した場合には、初期状態と比べて２ｎｍ程度は変動
すると考えられ、初期状態における波長設定値によって
は波長制御範囲を外れるという問題が生じる。
た半導体レーザ装置の構成の一例を示した概略図であ
る。光出力安定化半導体レーザ装置は、半導体レーザ４
１、光出力モニタ用受光素子４２、基準電圧との比較回
路４３、差動増幅回路４４、バイアス電流調整電流源４
５から構成され、変調電流のマーク率に応じて変動する
基準電圧と光出力モニタの出力電圧との比較によって半
導体レーザのバイアス電流を増加させるように制御して
いる。通常の通信用半導体レーザの故障判定基準は駆動
電流値が初期状態から数十％増大した点と定義されてい
るために、特に半導体変調器等を用いた光通信システム
に重要な半導体レーザの発振波長の経時変化という点に
注目した場合には、初期状態と比べて２ｎｍ程度は変動
すると考えられ、初期状態における波長設定値によって
は波長制御範囲を外れるという問題が生じる。
【０００６】一方、発振波長の制御性のみを考慮した場
合には、特開平２−２００８４号公報に波長可変レーザ
ダイオードの発振波長安定化回路について記述した例が
ある。しかし、この公報の記載例は半導体レーザそのも
のが波長制御領域を有する特殊な構造を有し、半導体レ
ーザの波長制御領域に印加する電圧を制御する構成のた
め公報に記載された制御回路と同一の制御回路を図４の
半導体レーザ装置に用いることはできない。
合には、特開平２−２００８４号公報に波長可変レーザ
ダイオードの発振波長安定化回路について記述した例が
ある。しかし、この公報の記載例は半導体レーザそのも
のが波長制御領域を有する特殊な構造を有し、半導体レ
ーザの波長制御領域に印加する電圧を制御する構成のた
め公報に記載された制御回路と同一の制御回路を図４の
半導体レーザ装置に用いることはできない。
【０００７】従って、外部変調器や光ファイバ増幅器等
を用いたような、半導体レーザの発振波長に対する変動
許容波長幅が小さい光通信システムにおいては、半導体
レーザの発振波長が初期設定値に比べ経時変化を生ずる
ことにより、変調光の消光劣化をひきおこしたり、光フ
ィルタ後の光出力低下等のシステム特性劣化を生じると
いう問題点を有していた。
を用いたような、半導体レーザの発振波長に対する変動
許容波長幅が小さい光通信システムにおいては、半導体
レーザの発振波長が初期設定値に比べ経時変化を生ずる
ことにより、変調光の消光劣化をひきおこしたり、光フ
ィルタ後の光出力低下等のシステム特性劣化を生じると
いう問題点を有していた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ装
置は、半導体レーザと、半導体レーザの光出力および発
振波長を検出する手段と、光出力および発振波長の検出
手段による出力を基準として半導体レーザの光出力およ
び発振波長を制御する手段とを有することを特徴とす
る。具体的には、半導体レーザの光出力および発振波長
の検出手段として、入射光の波長により受光感度が異な
る受光装置を用い、半導体レーザの光出力および発振波
長の制御手段として、温調素子を用いている。
置は、半導体レーザと、半導体レーザの光出力および発
振波長を検出する手段と、光出力および発振波長の検出
手段による出力を基準として半導体レーザの光出力およ
び発振波長を制御する手段とを有することを特徴とす
る。具体的には、半導体レーザの光出力および発振波長
の検出手段として、入射光の波長により受光感度が異な
る受光装置を用い、半導体レーザの光出力および発振波
長の制御手段として、温調素子を用いている。
【０００９】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例を示す半導体レーザ装置の
構成の概略図である。同図において半導体レーザ装置は
主に半導体レーザ部１と光出力安定化回路２と発振波長
制御部３の３つの部分から構成されている。半導体レー
ザ部１は半導体レーザ１１と光出力モニタ用受光素子１
２及び発振波長モニタ用受光素子１１２とペルチェ素子
等の温調素子１６から成っている。光出力安定化回路２
は比較回路１３、差動増幅回路１４、及び差動増幅回路
１４からの出力に応じて半導体レーザ１１のバイアス電
流値を制御するバイアス電流調整用電流源１５から構成
されている。また発振波長制御部３は比較回路１１３、
差動増幅回路１１４及び温調素子駆動電源１７から構成
されている。
る。図１は本発明の一実施例を示す半導体レーザ装置の
構成の概略図である。同図において半導体レーザ装置は
主に半導体レーザ部１と光出力安定化回路２と発振波長
制御部３の３つの部分から構成されている。半導体レー
ザ部１は半導体レーザ１１と光出力モニタ用受光素子１
２及び発振波長モニタ用受光素子１１２とペルチェ素子
等の温調素子１６から成っている。光出力安定化回路２
は比較回路１３、差動増幅回路１４、及び差動増幅回路
１４からの出力に応じて半導体レーザ１１のバイアス電
流値を制御するバイアス電流調整用電流源１５から構成
されている。また発振波長制御部３は比較回路１１３、
差動増幅回路１１４及び温調素子駆動電源１７から構成
されている。
【００１０】光出力モニタ用受光素子１２は半導体レー
ザ１１からのモニタ出力により半導体レーザ１１の経時
的な出力変動を検知し、光出力安定化回路２の比較回路
１３に出力する。光出力安定化回路２では半導体レーザ
１１に直接印加される変調電流のマーク率変動に応じて
変化する基準電圧と光出力モニタ用受光素子１２からの
出力との比較により差分すなわち半導体レーザ１１の経
時的な出力変動分を検出して増幅し、その出力を利用し
て半導体レーザのバイアス電流を制御するように構成さ
れている。
ザ１１からのモニタ出力により半導体レーザ１１の経時
的な出力変動を検知し、光出力安定化回路２の比較回路
１３に出力する。光出力安定化回路２では半導体レーザ
１１に直接印加される変調電流のマーク率変動に応じて
変化する基準電圧と光出力モニタ用受光素子１２からの
出力との比較により差分すなわち半導体レーザ１１の経
時的な出力変動分を検出して増幅し、その出力を利用し
て半導体レーザのバイアス電流を制御するように構成さ
れている。
【００１１】一方、発振波長モニタ用受光素子１１２は
発振波長により受光効率が異なるため、半導体レーザ１
１の発振波長の経時変化に応じて出力が変動し、初期の
発振波長状態を示す基準電圧との間に差異を生じる。例
えば、このような発信波長モニタ用受光素子として１．
５５μｍ帯での波長感度変化の著しいＧｅの受光素子を
用いた場合には、１．５５μｍ帯における約２０ｎｍの
波長変動に対して、波長感度は約４０％の変化するた
め、半導体レーザ１１の発振波長の経時変化２ｎｍに対
して約４％の出力変動が生じることになる。発振波長制
御部３は比較回路１１３でこの経時変化による半導体レ
ーザ１１の発振波長変化を検出し差動増幅回路１１４で
差動増幅した後、半導体レーザの温調素子１６へ電力供
給量を温調素子駆動電源１７により調整することによ
り、半導体レーザの温度を調整して発振波長変動を制御
するという構成である。
発振波長により受光効率が異なるため、半導体レーザ１
１の発振波長の経時変化に応じて出力が変動し、初期の
発振波長状態を示す基準電圧との間に差異を生じる。例
えば、このような発信波長モニタ用受光素子として１．
５５μｍ帯での波長感度変化の著しいＧｅの受光素子を
用いた場合には、１．５５μｍ帯における約２０ｎｍの
波長変動に対して、波長感度は約４０％の変化するた
め、半導体レーザ１１の発振波長の経時変化２ｎｍに対
して約４％の出力変動が生じることになる。発振波長制
御部３は比較回路１１３でこの経時変化による半導体レ
ーザ１１の発振波長変化を検出し差動増幅回路１１４で
差動増幅した後、半導体レーザの温調素子１６へ電力供
給量を温調素子駆動電源１７により調整することによ
り、半導体レーザの温度を調整して発振波長変動を制御
するという構成である。
【００１２】ここで半導体レーザ１１の光出力と発振波
長の動作電流依存性および動作温度依存性について考え
ると、半導体レーザの動作電流増加により、光出力はや
はり増加するが発振波長は短波長側に変動することは周
知の事実である。本発明の半導体レーザ装置は半導体レ
ーザのこのような特性を利用したものである。図２はそ
の制御の様子を示した模式図で、半導体レーザの光出力
を常にＰf0に制御する場合には、初期状態の平均動作電
流はＩfi、また従来の光出力安定化回路のみによる制御
を施した場合の経時変化後の平均動作電流はＩfea とな
り、この場合には光出力及び半導体レーザの動作温度
（ＴLDi ，ＴLDea）は一定に保たれているが、発振波長
（λi ）は経時変化後に長波長側（λea）に変動して許
容波長変動幅を外れる可能性がある。一方で、本発明の
半導体レーザ装置によって半導体レーザの経時変化を制
御した場合には、経時変化後の平均動作電流はＩfeb と
なり、動作温度（ＴLDeb）は初期状態に比べて低温側に
変化しているが、光出力と発振波長（λeb）は一定に保
つことが可能となる。
長の動作電流依存性および動作温度依存性について考え
ると、半導体レーザの動作電流増加により、光出力はや
はり増加するが発振波長は短波長側に変動することは周
知の事実である。本発明の半導体レーザ装置は半導体レ
ーザのこのような特性を利用したものである。図２はそ
の制御の様子を示した模式図で、半導体レーザの光出力
を常にＰf0に制御する場合には、初期状態の平均動作電
流はＩfi、また従来の光出力安定化回路のみによる制御
を施した場合の経時変化後の平均動作電流はＩfea とな
り、この場合には光出力及び半導体レーザの動作温度
（ＴLDi ，ＴLDea）は一定に保たれているが、発振波長
（λi ）は経時変化後に長波長側（λea）に変動して許
容波長変動幅を外れる可能性がある。一方で、本発明の
半導体レーザ装置によって半導体レーザの経時変化を制
御した場合には、経時変化後の平均動作電流はＩfeb と
なり、動作温度（ＴLDeb）は初期状態に比べて低温側に
変化しているが、光出力と発振波長（λeb）は一定に保
つことが可能となる。
【００１３】本実施例においては、発振波長を検出する
受光装置として波長によって受光感度の異なる受光素子
を想定したが、通常の受光素子の直前に波長フィルタを
用いた場合には波長変動に対するモニタ出力変動をさら
に大きくすることが可能であるため、さらに高精度の波
長制御を行うことができる。
受光装置として波長によって受光感度の異なる受光素子
を想定したが、通常の受光素子の直前に波長フィルタを
用いた場合には波長変動に対するモニタ出力変動をさら
に大きくすることが可能であるため、さらに高精度の波
長制御を行うことができる。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体レー
ザ装置は、光出力および発振波長を検出し、光出力安定
化回路や発振波長制御部によって半導体レーザの初期状
態に対する経時変化を補償することにより、外部変調器
や光ファイバ増幅器等を用いた発振波長に対する経時的
な変動許容波長幅の小さい光通信システムにおいても、
長期的に安定動作を保証した半導体レーザ装置を提供す
ることができる。
ザ装置は、光出力および発振波長を検出し、光出力安定
化回路や発振波長制御部によって半導体レーザの初期状
態に対する経時変化を補償することにより、外部変調器
や光ファイバ増幅器等を用いた発振波長に対する経時的
な変動許容波長幅の小さい光通信システムにおいても、
長期的に安定動作を保証した半導体レーザ装置を提供す
ることができる。
【図１】本発明の一実施例を示す半導体レーザ装置の構
成概略図。
成概略図。
【図２】実施例の制御の様子を示した模式図。
【図３】半導体変調器を用いた１．５５μｍ帯長距離光
通信システムの構成図。
通信システムの構成図。
【図４】光出力安定化回路を備えた半導体レーザ装置の
従来例を示した概略図。
従来例を示した概略図。
１１，４１ 半導体レーザ １２，４２ 光出力モニタ用受光素子 １３，４３，１１３ 比較回路 １１２ 発振波長モニタ用受光素子 １４，４４，１１４ 差動増幅回路 １５，４５ バイアス電流調整電流源 １６，４６ 温調素子 １７，４７ 温調素子駆動電源 ３１ 半導体ＬＤ光源 ３２ 光ファイバ ３３ 半導体変調器 ３４ 光ファイバ増幅器 ３５ 波長フィルタ ３６ 受信器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/14
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体レーザと、前記半導体レーザの光
出力および発振波長を検出する手段と、前記光出力およ
び発振波長の検出手段による出力を基準として前記半導
体レーザの光出力および発振波長を制御する手段とを有
することを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 前記半導体レーザの光出力および発振波
長の検出手段として、入射光の波長により受光感度が異
なる受光装置を用いることを特徴とする請求項１記載の
半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 前記半導体レーザの光出力および発振波
長の制御手段として、温調素子を用いることを特徴とす
る請求項１記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5142477A JPH0715078A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5142477A JPH0715078A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0715078A true JPH0715078A (ja) | 1995-01-17 |
Family
ID=15316237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5142477A Pending JPH0715078A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0715078A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7139450B2 (en) | 2002-05-16 | 2006-11-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Laser transmitter device |
| WO2011102378A1 (ja) | 2010-02-22 | 2011-08-25 | 株式会社フジクラ | ファイバレーザ装置 |
| CN107093839A (zh) * | 2017-06-14 | 2017-08-25 | 西安域视光电科技有限公司 | 一种半导体激光器波长稳定系统和实现方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS62136088A (ja) * | 1985-12-10 | 1987-06-19 | Yokogawa Electric Corp | 半導体レ−ザ装置の発振波長安定化装置 |
| JPS62244184A (ja) * | 1986-04-16 | 1987-10-24 | Tokyo Optical Co Ltd | 半導体レ−ザ−の発振周波数・発振出力安定化装置 |
| JPH01251681A (ja) * | 1988-03-25 | 1989-10-06 | Topcon Corp | 半導体レーザーの発振周波数・発振出力安定化装置 |
| JPH04320385A (ja) * | 1991-04-19 | 1992-11-11 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ温度制御方式 |
-
1993
- 1993-06-15 JP JP5142477A patent/JPH0715078A/ja active Pending
Patent Citations (4)
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