JPH025587A - 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Ｌ　Ｄ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ｌ
ノで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ｌ＋研究されている。

［発明が解決しようとする課題］ ＬＤ素子では、素子・＼の注入電流に応じて発振波長が
変化するが、両者の対応間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ｌノでしまうので、
干−ドホッピング点を避りて使用しなけオ］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、モードポツ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Ｊ：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２）犬が
かりな装置が必要で、とくにＬＤ素子を光源と１ノで用
いる干渉計などの装置に実装した状態で評価するには分
光器などを被測定系に導入する構造が必要になり装薗全
体が初雑化、大型化する。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１ノ〜ザ素子の
レー　デ光を干渉計に導入し干渉縞を形成し、半導体レ
ーザ素子の温度を所定値に制御した」−で半導体レーザ
素子の注Ｊ電流を変化させ、干渉計により形成された干
渉縞の強度分布の時間変化を検出して得られた波形の急
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ｊ 以上の構成によれば、干渉縞強度の時間変化信号を受光
素子などにより観測できるので、測定用分光器などを用
いるよりも装置の構成が簡単になり、また、短時間で測
定が行なえる。特に干渉計として装置を構成する場合に
は、干渉計そのもののハードウェアを利用１）て測定が
可能であり、装置を簡単安価かつ小型軽量に構成できる
。

［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。ここでは、干渉計の実施例を示しその光源のＬ　
Ｄ素子の発振特性を測定する構成を例示する。

第１図は本発明を採用した干渉計の構成を示している。

レーザ光源は単一モード発振のＬＤ素子３で、ＡＴＭ　
（温度調節回路・）２で温度制御を受ける。

Ａ　Ｔ　Ｍ　２はＩ、Ｄ素子３の温度を所望の一定値に
制御する。この制御温度値はコンピュータ１１により決
定さＪする。

また、ＬＤ素子３の駆動電流は、Ｌ　Ｄ　ｆｆｉ動回路
１により制御さね、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。ｉ、　Ｄ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
は干渉計８内に導かれる。ここでは、マイケルソン型の
干渉計の構造を例示している。

干渉計８に入射したレーザ光はビームスプリッタ５で２
つの光束に分けられる。２つの光束はそれぞわ固定鏡６
と可動鏡７によって光路差をつけて反射され、ビームス
プリッタ５によって再び１つになりて干渉し、入射方向
と直交した方向に出射される。

干渉計８を出射したレーザ光をフォトダイオードなどの
受光素子９で受光し、受光素子９の位置での干渉計８に
よって作られた干渉縞の強度変化信号（縞変化信号）１
０を得て、コンピュータ１１にこの信号波形を取り込み
、モードホッピングを検出するための信号処理を行う、
コンピュータ１１は、マイクロプロセッサおよびメモリ
などから構成さね、縞変化信号１０に応じてＸ、　Ｄ駆
動回路１な後述のように制御し、千−ドホッピングの検
出および干渉計と１ノでの測定制御を行なう。

以下、上述のように構成さＩ、た本発明装置の動作を説
明する。

波長λのレーザ光を干渉計８に入射して得られる固定鏡
６からの反射光と可動鏡７からの反射光は、光路差を！
、とするとそれぞれ次式で表される２　π ａ−Ａｅｘｐｊ　　（Ｘ＋φ０）−（１）λ こわら２つの反射光を干渉させて得られる干渉縞は、次
式で表される。

ん 第２図に、（３）式より縦軸に光強度！、横軸に発振波
長λをとって表したグラフを示す。

ここで、Ｌ　Ｄ素子３が第３図に示すように注入電流ｔ
ｏから１１の間、レーザ光の波長がλＯからλ、１まで
単調に増加し、１１で波長がλ、１からλ、２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（モードホッピングが１つ）を有するものとし、注入
電流ｉを時間に関して一定の変化率で増加させた場合を
考える。この時の干渉縞の変化は第４図に示すようにな
り、レーザ光の波長の飛びは、注入電流１１における干
渉縞の余弦変化の位相の飛び（不連続部）によって検出
できることがわかる。第４図では横軸に注入電流ｉをと
っている。

干渉縞の余弦変化の位相の飛びの検出は、この信号波形
を一次微分することド：よフて行なえる。

第５図に第４図の波形を一次微分して求めた波形を示す
。図示のように、−次微分により余弦変化は正弦変化に
変るだけであるが、位相が飛んでいるところは波形が非
常に人外な値をとるので、これによって位相の飛び、す
なわちモードホッピング点を検出できる。

本発明で測定対象とするのは、東−モード発振で可変波
長の半導体レーザである。単一モード発振の半導体レー
ザの注入電流−発振波長特性を第６図に示す。図示のよ
うに、実際の素子では、ある注入電流範囲では注入電流
と発振波長と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
グは半導体レーザの温度と注入電流に依存しており、発
振波長も同様である。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。

次に、第１３図を参照して本発明における半導体レーザ
のそ−ドホツビングの測定手順を説明する。第１３図の
手順はコンピュータ１１により実行される。

まず、第１３図のステップＳ１においてＡＴＭ２によっ
てＬ　Ｄ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ｙ−Ｄ素子３の発振流を時
間に関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においでＬ　Ｄ素子３の光を干渉計
８に入用して干渉縞を得、受光素子９によって干渉縞を
受光して、鍋受化信号１０の波形をコンピュータ１１に
取り込む。第８図は鍋受化信号の波形の例を示し、ここ
では口Ｊｆ刻Ｍｉこおいて千−ドホッピングが生じてい
る。鍋受化信号１０の波形をコンピュータ１１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シする。

次に、ステップＳ４でコンピク、−夕１１によって精麦
化信号波形の一次微分演算を行う。第９図に第８図の波
形を一次微分した波形を示す。実際にはコンピュータ１
１の内部ではこの波形は上記同様のデータ列から構成さ
れる。

次にステップＳ５において検出！ノ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）を検出して千−ドホッピングを検出する。

具体的には一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１０図に、第９図から検出したモードホッピング点を
示す。ここでは、第７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り
Ｌ　Ｄ素子３の波長を増加させでいった場合に検出され
た干・−ドホツビングを白丸でＳ減少さ七！でいった場
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〜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１、Ｄ素子
３の温度を一定間隔でずらし、上記の処理を繰り返１ノ
で各温度ごとのモードホッピングの検出を行う７ 第１１図は、以上の処理ｊζより測定された異なる温度
条件にお１・づるモードホッピング点を縦＋１！ＩＩ］
ｊζ温度、横軸に注、１．電流をとってプロットしたも
のである７ここでは、第１０図と同様に波長増加１侍の
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１１図から明らかなように、モー　ドホッピングの起
きる注入電流の値が温度によって変動することがわかる
。

以上のように、ＬＤ素７−３への注入電流を時間変化さ
ぜ、得られた干渉縞の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。たとえば、第１１図のように温度条件に応
じた千−ドホッピング点を測定できるので、干渉計動作
の際、所望の注入電流範囲に千−ドホッピングが生じな
いようにＡＴＭ２によってＬ　Ｄ素子３の温度を制御す
ることにより、Ｌ　Ｄ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測定を行ノ♂う
ことかできる。また、装置の起動時などのタイミングに
おいて上記の千−ドホッピング測定を行ない、そわによ
り得た千−ドホッピング条件により装置動作時の諸宗教
を変更するような自動較Ｊ′Ｆ５ｊＪ作を行なわせるご
ともできる。

特性測定は、干渉計そのもののハードウェアを利用して
行なえるため、あらたな測定系を導入する必要がなく、
装置の構成を簡東安価にすることができる。特に、機械
的な制御などを必要とぜず、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にわたり連続的に千−
ドホッピング４、を性を検出することができる。。

なお、第１図ではマイケルソン型の干渉計を用いて説明
したが、フィゾー型、ｌ・ワイマン・グリーン型、マツ
ハツエンダ−型など、他の干渉計でも本発明を適用でき
る。

また、第１１図のグラフは第１２図に示すように真中で
折り返すと、干渉測定動作時に注入電流の増加、減少を
１ないし複数周期行う必要がある場合などに、千−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、測定結平をプリンタ
などによりグラフ形式で出力する場合に有効である。

なお、第５図に示す精麦化信号波形の一次微分をとる方
法は、アナログの微分回路で行うことも可能である。

さらに、ビームスプリッタ５にはキューブビームスプリ
ッタ、ウェッジ付ハーフミラ−などを用いる。７２おフ
ィゾー型干渉計を適用する場合には偏光ビームスプリッ
タも用いることができる。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、大発明によれば、半導体レー
ザ素子の発振波長特性な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
を干渉計に導入し干渉縞を形成し、半導体１か−・ザ累
Ｔの温度を所定値に制御した」二で半導体レーザ素子の
注入電流を変化させ、干渉計により形成された干渉縞の
強度分布の時間変化を検出して得られた波形の急激な位
相不連続点を検出することにより前記半導体ｔｚ　−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、装置の構成
が簡単安価かつ小型軽量で済み、短時間で確実に発振波
長特性を検出することができる。また、半導体レーザ素
子を光源として用いる干渉計に本発明を実施する場合に
は干渉計そのもののハードウェアを利用できるため、装
置に新たｊイ測定系を追加する必要がないなどの優ねた
利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用１ノ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ｊに７おりる干渉縞の特
性を示した波形図、第３図はＬＤ素子の千−ドホッピン
グを示した線図、第４図は千−ドホッピングがある場合
の干渉縞の特性を示した波形図、第５図は第４図の波形
の一次微分波形を示し７？−波形図、第６図はＬＤ素子
の千−ドホッピングを示した線図、第７図は＋、Ｄ素子
の特性測定時の注入電流を示した線図、第８図は第７図
の駆動特性により得らＪ］る精麦化信号の波形図、第９
図は第８図の波形の一次微分波形を示した波形図、第１
０図は第９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１１図は温度条イ！１を変更して得られ
、るモードホッピノグ点をブロツトシた説明図、第１２
図は第１１図を中央で折り返して１がだ千−ドホッピン
グの説明図、第１３図は本発明における測定制御手頃を
示したフローチャー　１−図であ３〕。 ｌ　　・・・　！、　Ｄ　駆　勤　回　足各　　　　　
　　２　・・・　、へ　ＴＭ３・・・ＬＤ素子　　　　
４・・・コリメートレンズ５・・・ビームスプリッタ

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
   ーザ光を干渉計に導入し干渉縞を形成し、半導体レーザ
   素子の温度を所定値に制御した上で半導体レーザ素子の
   注入電流を変化させ、干渉計により形成された干渉縞の
   強度分布の時間変化を検出して得られた波形の急激な位
   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導入しレーザ光の波長に
   応じた干渉縞を形成する干渉計と、 この干渉計により形成された干渉縞の強度分布を測定す
   る手段と、 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、前記測定手段により測定され
   た干渉縞の強度分布の時間変化を検出して得られた波形
   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。