JPH0222529A - 半導体レーザの特性測定方法および装置 - 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特性測定方法および装置、特に
半導体レーザ素子の発振波長特性を測定する半導体レー
ザの特性測定方法および装置に関するものである。

［従来の技術］ 半導体レーザ（以下ＬＤという）は、ガスレーザなどに
比べて装置の構成が簡単安価かつ小型軽量であり、光通
信、音響用、ないし映像用光ディスクなどの光源として
広く用いられている。また、光学干渉計用の光源への応
用も最近では盛んに研究されている。

［発明が解決しようとする課Ｂ］ ＬＤ素子では、素子への注入電流に応じて発振波長が変
化するが、両者の対応関係は直線的ではなく、ある注入
電流値を境に発振波長が不連続的に変化する、いわゆる
モードホッピング特性を有する。

干渉計では、波長走査により形成される干渉縞などを観
測することにより測定が行なわれるが、上記のモードホ
ッピングが生じると発振波長が変化してしまうので、モ
ードホッピング点を避けて使用しなければならない、し
かも、モードホッピングは常に一定の注入電流値で生じ
るわけではなく、温度条件などによりモードホッピング
点は変動するため、モードホッピングを避けるにはあら
かじめ注入電流および温度などの条件と発振波長の特性
を測定しておかなければならない。

このためには、回折格子や、干渉計などを用いた分光器
によりＬＤ素子の発振波長の測定が必要になる。

ところが、分光器などを用いる方法では、次のような問
題がある。

１）回折格子や、干渉計の反射鏡をレーザ光により走査
しなければならず、測定に時間がかかり、走査も面倒で
ある。

２）大がかりな装置が必要で、とくにＬＤ素子を光源と
して用いる装置に実装した状態で評価するため分光器な
どを被測定系に導入する構造を採用すると装置全体が複
雑化、大型化してしまう。

また、出荷前に１台１台較正を行なう必要がある場合に
は実際的な方法ではない。

本発明の課題は以上の問題を解決し、簡単安価にＬＤ素
子の特性を測定できるようにすることである。

［課題を解決するための手段］ 以上の課題を解決するために、本発明においては、半導
体レーザ素子の発振波長特性を測定する半導体レーザの
特性測定方法および装置において、駆動時の注入電流お
よび温度条件を所望に制御可能な半導体レーザ素子のレ
ーザ光を半導体レーザ素子の発振波長近傍の帯域におい
て光透過率あるいは光反射率が波長に関して単調増加あ
るいは減少するような分光特性を有する光学フィルタを
介して受光素子に入力し、半導体レーザ素子の温度を所
定値に制御した上半導体レーザ素子の注入電流を変化さ
せ、前記受光素子から得られる強度信号波形の急激な位
相不連続点を検出することにより前記半導体レーザ素子
の所定温度条件における注入電流に依存する発振波長特
性を測定する構成を採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、半導体レーザの波長変化は光学フ
ィルタを介して強度変化に変換されるので、受光素子か
ら得られる強度信号の急激な位相不連続点を検出するこ
とにより半導体レーザ素子の所定温度条件における注入
電流に依存する発振波長特性を測定することができる。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づき、本発明の詳細な説明
する。

第１図は本発明を採用した半導体レーザ素子の特性測定
装置の構成を示している。

第１図において、レーザ光源は単一モード発振のＬＤ素
子３で、ＡＴＶ　（温度調節回路）２で温度制御を受け
る。ＡＴＶ２はＬＤ素子３の温度を所望の一定値に制御
する。制御温度値はコンピュータ７により決定される。

また、ＬＤ素子３の駆動電流は、ＬＤ駆動回路１により
制御され、この駆動電流を変化させてＬＤ素子３の発振
波長を調節する。ＬＤ素子３は注入電流の変化によって
導波路の屈折率が変化して発振波長が変化する。

ＬＤ素子３から出射される発散光はコリメートレンズ４
によって平行光に直される。コリメートされたレーザ光
は分光特性を有する光学フィルタ５を透過して、受光素
子６で光強度検出される。

光学フィルタ５はＬＤ素子３の発振波長近傍の帯域にお
いて光透過率（あるいは光反射率）が波長に関して単調
増加あるいは減少するような分光特性を有する。

フォトダイオードなどからなる受光素子６の出力は入出
力ポートその他のインターフェース回路を介してコンピ
ュータ７に入力される。コンピュータ７は、マイクロプ
ロセッサおよびメモリなどから構成されるもので、後述
のプログラムに従いＬＤ駆動回路１を介してＬＤ素子３
の駆動を制御しつつ受光素子６の出力を入力し、ＬＤ素
子３のモードホッピング特性を検出するための信号処理
を行う。

次に以上の構成における動作につき説明する。

本発明で測定対象とするのは、単一モード発振で可変波
長のＬＤ素子である。ここで、単一モード発振のＬＤ素
子の注入電流−発振波長特性例を第２図に示す。

図示のように、注入電流と発振波長とはある区間では直
線関係にあるが、数カ所モードホップによって発振波長
が大きく飛んでいる。モードホッピングの発生点は主と
して、ＬＤ素子３の温度と注入電流に依存している。こ
のためのモードホッピングの測定の際は、温度か注入電
流のどちらかを一定にしておかなくてはならない。

前記のように光学フィルタ５は、特性を測定するＬＤ素
子３の発振波長を含む近傍帯域で光透過率（あるいは光
反射率）が単調増加、あるいは単調減少するような分光
特性を有するものを使用する。第３図に、光学フィルタ
５の透過特性例を示す。第３図において横軸は入射光の
波長で、λ、。はＬＤ素子３のある発振波長を示してい
る。

ここで、ＬＤ素子３が、ある温度条件において第４図に
示すようなモードホッピング特性すなわち、注入電流１
０からｌｌの間、レーザ光の波長がλ。からλ、まで単
調に増加し、１１で波長がλ１からλ２に飛び、その後
またλ２から注入電流とともに単調に増加する特性を有
しており、注入電流をＬＤ駆動回路１により時間ととも
に単調増加させた場合を考えてみる。

一方、ＬＤ素子３の出力光強度変化は、同じ注入電流変
化について、第５図に示すよう単調な増加が続いており
、ｉＩにおける波長の飛びに応じて光強度の飛びが生じ
てもその大きさはわずかであって、通常強度変化の信号
波形上ではなかなか見分けがつかない。

ところが、このレーザ光が第３図に示す分光特性を持つ
光学フィルタ５を透過させると、透過後の光強度変化は
第６図に示すようになる。これは光学フィルタ５の光透
過率が波長に依存しているため、ＬＤ素子３のモードホ
ップによる発振波長の飛びが起きるとその前後で透過率
が大幅に変るので、強度変化にはっきりとした不連続点
が現れる。

この不連続点を検出すれば、ある温度条件でのＬＤ素子
３のモードホッピング特性を知ることができる。不連続
点の検出には、受光素子６から得られる光学フィルタ５
透過後の光強度信号波形の一次微分を取る方法が考えら
れる。

ＬＤ素子３の注入電流ｉを時間に関して単調増加するよ
うに制御し、光学フィルタ５の透過光強度を受光素子６
により検出すると、第６図のような検出波形が得られる
。この波形を一次微分すると、第７図に示すような波形
が得られる。

第７図に示すように、不連続点の存在するところでは−
次微分値が大きく変化するので、適当なしきい値レベル
との比較を行なうことなどによりモードホッピングを検
出することができる。

次に、第１４図を参照して本発明におけるＬＤ素子３の
モードホッピング特性の測定手順を説明する。第１４図
の手順はコンピュータ７により実行される。

まず、第１４図のステップＳ１においてＡＴＭ２によっ
てＬＤ素子３の温度を任意の値で一定にする。

続いてステップＳ２においてＬＤ素子３の発振波長を変
化させる。第８図に、ＬＤ素子３に注入する注入電流の
１周期（Ｔ）分の波形を示す。すなわち、注入電流を時
間に対して一定の割合で変化させ、一定の割合で波長走
査を行う。

続いてステップＳ３においてＬＤ素子３の光を光学フィ
ルタ５を透過させて受光素子６で受け、光強度変化信号
を得て光強度変化信号の波形をコンピュータ７に取り込
む。第９図に、光強度変化信号の波形の例を示す。第９
図では符号Ｍの時点においてモードホッピングが生じて
いる。強度信号波形をコンピュータ７に入力する場合、
実際には所定のサンプリング時間ごとに量子化したデー
タ列が取り込まれる。

次に、ステップＳ４でコンピュータ７によって強度信号
波形の一次微分演算を行う。第１０図に、第９図の波形
を一次微分した波形を示す。実際にぽ、この波形はコン
ピュータ７の内部では上記同様のデータ列の形で表現さ
れる。

次にステップＳ５において検出レベルを設定し、−次微
分波形でとびぬけて大きな値をとっている個所（変化率
が大きい箇所）を検出してモードホッピングを検出する
。具体的には、−次微分データ列を所定のしきい値と順
次比較する処理によりモードホッピング点の検出が行な
われる。

第１１図に、第１０図から検出されたモードホッピング
点を示す。ここでは、第８図と対応させてモードホッピ
ングが起きた注入電流の値を算出し、横軸に注入電流を
とってＬＤ素子３の波長を増加させていった場合に検出
されたモードホッピングを白丸で、減少させていった場
合に検出されたモードホッピングを黒丸で示している。

続いてステップＳ６において同一条件で測定を繰り返し
、モードホッピングが起きる注入電流の値の平均値を算
出する。

次にステップＳ７においてＡＴＭ２によってＬＤ素子３
の温度を一定間隔でずらし、上記の処理を繰り返して各
温度ごとのモードホッピングの検出を行う。

第１２図は、以上の処理により測定された異なる温度条
件におけるモードホッピング点を縦軸に温度、横軸に注
入電流をとってプロットしたものである。ここでは、第
１１図同様に波長増加時のモードホッピングを白丸で、
波長減少時のモードホッピングを黒丸で示している。

第１２図から明らかなように、モードホッピングの起ぎ
る注入電流の値が温度によって変動することがわかる。

以上の実施例によれば、ＬＤ素子３への注入電流を時間
変化させ、分光特性を有する光学フィルタを介して得た
強度信号変化信号の一次微分値から急激な位相飛びを検
出することによりモードホッピング点を検出できる。

装置の構成は非常に簡単であり、安価にＬＤ素子の特性
測定を行なえる。特に、機械的な制御を必要とする複雑
な光学系を用いないので、短時間で測定が可能であり、
しかもＬＤ素子の発振領域全体白わたり注入電流に関し
て連続的にモードホッピング特性を検出することができ
る。

また、ＬＤ素子を光源として用いる装置に、上記の構成
を組み込む場合でも、従来の分光器を組み込む構成より
も簡単安価に実施できる。その場合、たとえば、第１２
図のように温度条件に応じたモードホッピング点を測定
できるので、装置の動作の際、所望の注入電流範囲にモ
ードホッピングが生じないようにＡＴＭ２によってＬＤ
素子３の温度を制御することにより、ＬＤ素子３の注入
電流／発振波長が直線的に対応している領域のみにおい
て装置を動作させることができる。

また、装置の起動時などのタイミングにおいて上記のモ
ードホッピング測定を行ない、それにより得たモードホ
ッピング条件により装置動作時の諸定数を変更するよう
な自動較正動作を行なわせることもできる。

なお、第７図に示す強度信号波形の一次微分は、アナロ
グ微分回路で行うことも可能である。

また、第１２図のグラフは第１３図に示すように真中で
折り返すと、測定動作時に注入電流の増加、減少を１周
間行う必要がある場合などに、モードホッピングが生じ
ない温度、注入電流の条件を見つけるのに便利である。

このような処理は、第１２図に相当するデータ列がコン
ピュータ７のメモリ上にあれば容易に実行できる。

なお、光学フィルタ５には干渉フィルタ、ダイクロイッ
クフィルタなどを使用することができるのはいうまでも
ない。

また、以上では光透過型の光学系構成を示したが、光反
射型の光学系でも同様の測定を行なえるのはいうまでも
ない。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、半導体レー
ザ素子の発振波長特性を測定する半導体レーザの特性測
定方法および装置において、駆動時の注入電流および温
度条件を所望に制御可能な半導体し・−ザ素子のレーザ
光を半導体レーザ素子の発振波長近傍の帯域において光
透過率あるいは光反射率が波長に関して単調増加あるい
は減少するよう゛な分光特性を有する光学フィルタを介
して受光素子に入力し、半導体レーザ素子の温度を所定
値に制御した上半導体レーザ素子の注入電流を変化させ
、前記受光素子から得られる強度信号波形の急激な位相
不連続点を検出することにより前記半導体レーザ素子の
所定温度条件における注入電流に依存する発振波長特性
を測定する構成を採用しているので、半導体レーザの波
長変化は光学フィルタを介して強度変化に変換されるの
で、受光素子から得られる強度信号の急激な位相不連続
点を検出することにより半導体レーザ素子の所定温度条
件における注入電流に依存する発振波長特性を測定する
ことができる。測定系は、機械的１１制御を必要とせず
、非常に簡単安価に構成でき、測定も短時間で行なえる
。また、半導体レーザ素子を光源として用いる装置に測
定装置を組み込む場合でも、光学フィルタおよび受光素
子程度のハードウェアを追加するだけでよく、装置全体
を簡単安価かつ小型軽量に構成できるなどの優れた効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用した干渉計の構造を示したブロッ
ク図、第２図は第１図の装置におけるＬＤ素子のモード
ホッピングを示した線図、第３図は第１図の光学フィル
タの光透過特性を示した線図、第４図はモードホッピン
グがある場合のＬＤ素子の注入電流に対する波長特性を
示した線図、第５図はＬＤ素子の出力光強度特性を示し
た線図、第６図は光学フィルタ透過後の光強度特性を示
した線図、第７図は第６図の波形の一次微分波形を示し
た線図、第８図はＬＤ素子の特性測定時の注入電流を示
した線図、第９図は第８図の駆動特性により得られる強
度信号の線図、第１０図は第９図の波形の一次微分波形
を示した線図、第１１図は第１０図から検出されるモー
ドホッピング点を示した説明図、第１２図は温度条件を
変更して得られるモードホッピング点をブロワ（・シた
説明図、第１３図は第１２図を中央で折り返して得たモ
ードホッピングの説明図、第１４図は本発明における測
定制御手順を示したフローチャート図である。 １・・・ＬＤ駆動回路　　２・・・ＡＴＭ３・・・ＬＤ
ｉ子　　　　４・・・コリメートレンズ５・・・光学フ
ィルタ　　６・・・受光素子７・・・コンピュータ 特許出願人　興　和　株式会社　Ｈ，”’７第１図 Ｌｏ１３ｆ）坂ＪＬ特肛のル国　１ 第２図 λＬＤ　　　　　　λ λ噂フィノげのノ［力’４’Ｈ，セ主−のオ象瓜コ第３
図 メ１１砦ニ牛’Ｉｆぎ「手ｌ・＋ｅｔｙ）フローチ卆−
トβり第１４図 −戸 喝齋

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体レーザ素子の発振波長特性を測定する半導体
   レーザの特性測定方法において、駆動時の注入電流およ
   び温度条件を所望に制御可能な半導体レーザ素子のレー
   ザ光を半導体レーザ素子の発振波長近傍の帯域において
   光透過率あるいは光反射率が波長に関して単調増加ある
   いは減少するような分光特性を有する光学フィルタを介
   して受光素子に入力し、半導体レーザ素子の温度を所定
   値に制御した上半導体レーザ素子の注入電流を変化させ
   、前記受光素子から得られる強度信号波形の急激な位相
   不連続点を検出することにより前記半導体レーザ素子の
   所定温度条件における注入電流に依存する発振波長特性
   を測定することを特徴とする半導体レーザの特性測定方
   法。 ２）発振波長特性測定時の温度条件を変更し、複数の温
   度条件における半導体レーザ素子の発振波長特性を測定
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の半
   導体レーザの特性測定方法。 ３）半導体レーザ素子の発振波長特性を測定する半導体
   レーザの特性測定装置において、 半導体レーザ素子の駆動時の注入電流を所望の値に制御
   する手段と、 半導体レーザ素子の温度を所望の値に制御する手段と、 半導体レーザ素子のレーザ光を半導体レーザ素子の発振
   波長近傍の帯域において光透過率あるいは光反射率が波
   長に関して単調増加あるいは減少するような分光特性を
   有する光学フィルタを介して受光する受光素子と、 前記温度制御手段により半導体レーザ素子の温度を所定
   値に制御し前記注入電流制御手段により半導体レーザ素
   子の注入電流を変化させ、前記受光素子により測定され
   た強度信号波形の急激な位相不連続点を検出することに
   より前記半導体レーザ素子の所定温度条件における注入
   電流に依存する発振波長特性を測定する測定制御手段を
   設けたことを特徴とする半導体レーザの特性測定装置。 ４）前記温度制御手段により発振波長特性測定時の温度
   条件を変更し、複数の温度条件における半導体レーザ素
   子の発振波長特性を測定することを特徴とする特許請求
   の範囲第３項に記載の半導体レーザの特性測定装置。