JPH0461182A - 半導体レーザの電流一光出力特性測定方法及び装置 - 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】 概　　要 半導体レーザの電流−光出力特性測定方７ノ、及び装置
に関し１、 半導体１７−ザの実使用時の電流−光ｆｉｔ力特性と同
等の上記特性を容易に把握し５得るようにすることを目
的と１−１ 方法にあ−っでは、半導体し／−ザ１ご該半導体Ｌ／　
−ザの熱時定数、Ｊ２りも短いパルス幅の電流バ／Ｌス
４与ズ、該電流パルスに同期して上記事導体レーザの光
出力強度を検出する。ようにづる。

産業上の利用分野 本発明は半導体Ｌ／−ザの電流−光出力特性測定方法及
び装置に関する。

現在実用化されている一般的な光通信ノスう−ｊ、にお
いては、半導体レーザを伝送情報に対応した晴系列の電
流パルスにより駆動して所定のタイミンクで点滅する光
パルスを形成し２、この光パルスを光ファイバにより伝
送するようにしている。二のような半導体レーザの直接
変調が可能であるのは、彫導体レーザが所定のしきい値
電流以」−〇駆動電流に対（５，てリニアな間係の光出
力特性４有しているこみに基づく。この種の直接変調方
式を適用してなる光通信システムを構築するに際しでは
、半導体レーザの電流−光出力特性を把握しておくこと
が、良好なシステム特性を得るヒで重要である。。

従来の技術 従来、半導体レーザの電流−光出力特性（ＩＬ特性）の
測定は、半導体レーザをＣ％Ｖ駆動（連続電流駆動）し
て行われるのが通例であった。

発明が解決し５ようとする課題 第９図に半導体レーザの電流−光出力特性の一例を示す
。この図は、低温、室温及び高温に壊ダいてＣＷ駆動時
の特性（実線）と高速電流パルスにより駆動される実使
用時の特性（破線）とを比較したグラフである。ＣＷ駆
動時と実使用時とで特性が異なり、又この傾向は温度が
上昇するに従って顕著になっていることが明らかである
。従−っで、ＣＷ駆動時にお１ノる電流−光出力特性の
みしか把握されていない場合には、半導体レーザの直接
変調方式を適用したシス７′ｌ・を構築するに際して半
導体レーザの駆動条件を最適化することが困難である。

半導体レーザの駆動条（１が最適化されていないと、特
に半導体レーザを高速動作させるに際して波形劣化が生
じ易い。

そこで、本発明は実使用時の半導体レーザの電流−光出
力特性と同等の上記特性を容易に把握し得るようにする
ことをＬｌ的としている。

課題を解決するたｙ）の下段 第１図を参照して本発明の詳細な説明する。第１図（ａ
、）に１で示すような電流−光出力特性を有する半導体
レーザに、２で示すような高速な（システムの伝送スピ
ードに対応）駆動電流パルスを与えると、電流−光出力
特性測定装置の受光器が一般的な低帯域なものであると
すると、この高速なパルスに応答することができず、単
に平均光強度が測定されるのみであり、従ってこのよう
な測定装置を用し）で実使用時の電流−光出力特性を把
握することはできない。又、同等の伝送スピードを有す
る］入角波電流パルス３を与えた場合にも、同じく特性
を把握することはできない。このように実使用時の電流
パルスを用いて半導体レーザの電流−光出力特性を把握
しようとする場合には、実使用時の電流パルスに基づく
光パルスに応答し２得る受光器を備えた測定装置が必要
である。然しながら、このＪうな測定装置は汎用性に乏
しく、測定」ストが」二Ｈすることになる。

そこで、本発明では、半導体レーザに該半導体レーザの
熱時定数よりも短いパルス幅の電流パルスを与え、該電
流パルスに同期して上記半導体レーザの光出力強度イ検
出するようにしている０、この方法においで、半導体レ
ーザの熱時定数よりも短いパルス幅の電流パルスを与え
るようにしているのは、熱影響を受けずに実使用時の特
性とほぼ同等の特性を得ることを可能に−４るためであ
る。尚、このように短いパルス幅の電流パルスで゛あっ
ても１．該パルスに基づく光パルスを通常の帯域の受光
器で十分受光することができる。半導体レーザの熱時定
数７１Ｄは、第１図（ｂ）に示すように、半導体レーザ
に低周波パルスを印加したときの熱平衡状態に至るまで
の時間を測定することにより求と〕るごとができる。τ
１ｏは通常１０〜１．００ＫＨ２に相当する程度の時間
である。

従って、熱時定数τ１．ゎを予め測定しておき、これよ
りも短いパルス幅を有する電流パルスを用いることによ
って、実使用時と同等の特性を得ることができる。上−
配電流パルスとしては、例えば第１図（Ｃ）に示すよう
な三角波電流パルス（パルス幅１；１＜ｒＬＤ）を用い
ることができる３、この場合、どの程度のスピードの三
角波電流パルスに設定するかは次の関係を調べれば分か
る。半導体レーザの熱時定数をτ□。、伝送スピード（
ｆ）１周期に送るビット数をＢとするとき、ｒＬＤ＜ｆ
／Ｂの関係が成立すればパルス駆動時に熱の影響をほと
んど受けていないと言えるので、」−述のようにτ、０
よりも短いパルス幅の三角波電流パルスを用いればよイ
コとになる。例えば、ｆ＝−１００１，１ｌｌｚ、Ｂ１
０ビット　（ｒｙｐ　）とすると、τＬ１１は通常１（
］〜・１．００ＫＨｚ　に相当する程度の時間であるが
ら、］、００Ｋ）ＩｚからＩ　ＭＨｚ程度のスピードで
実際のパルス駆動時（例えば１．００ＭＨｚ　）と同等
の特性測定が可能である。

第２図は本発明方法の実施に使用する測定装置の第１の
構成を示す図である。この装置は、半導体レーザ１１に
該半導体レーザ１１の熱時定数よりも短いパルス幅の三
角波電流パルスを与える三角波電流パルス発生手段１２
と１．［−記三角波電流パルスに基づく上記半導体レー
ザ１１の出力光を時系列の複数の光パルスに分割する高
速シャッタ１３と、該光パルスを光−電気変換して上記
光パルスの強度を検出する光パルス強度検出手段１４と
、検出された上記光パルスの強度を該光パルスに同期し
た上記三角波電流パルスの瞬時値と比較する比較手段１
５どを備えて構成されている。

この装置を用いた場合の本発明方法は、半導体レーザ１
１に該半導体レーザ１１の熱時定数よりも短いパルス幅
の三角波電流パルスを与え、該三角波電流パルスに基づ
く上記半導体レーザ１１の出力光を高速シャッタ１３に
より時系列の複数の光パルスに分割し、該光パルスの強
度を上言己二角波電流パルスの瞬時値に対応させて検出
するようにしたものである。

第３図は本発明方法の実施に使用する測定装置の第２の
構成を示す図である。この装置は、時間経過に従って増
加又は減少する電流を発生させる電流スィーパ２１と、
該電流スィーパ２１からの電流を半導体レーザ１１の熱
時定数よりも短い周期で断続して電流パルスとして上記
半導体レーザ１１に与えるスイッチング手段２２と、該
電流パルスに基づき上記半導体レーザ１１から出力され
た光パルスを光−電気変換して上記光パルスの強度を検
出する光パルス強度検出手段２３と、検出された上言己
光パルスの強度を該光パルスに同期した上記電流パルス
のレベルと比較する比較手段２４とを備えて構成されて
いる。

この装置を用いた場合の本発明方法は、時間経過に従っ
て増加又は減少する電流を半導体レーザ１１に該半導体
レーザ１１の熱時定数よりも短い周期で断続して電流パ
ルスとして与え、該電流パルスに基づき上記半導体レー
ザ１１から出力された光パルスの強度を上記電流パルス
に対応させて検出するようにしたものである。

第４図は第２図の各点における波形図の例を２］＜す図
である。即ち、同図（ａ）は三角波電流パルス発生手段
１２の出力点■における電流波形、１図Ｑ））は半導体
レーザ（■、Ｌ））１．１の出力点■における光強度波
形、同図（Ｃ）は高速シャッタ１３の出力点■における
光強度波形である。このように高速／ヤソタを用いるこ
とにより各光パルスの強度を玉６角波電流パルスの瞬時
時に同期させて検出することができる。

第５図は第３図の各点における波形図の例を示す図であ
る１、即ち、同図（ａ）は電流スィーパ２】の出力点■
における電流波形、同図０））はスイッチング手段２２
の出力点■における電流波形、ｌ同図（Ｃ）は半導体レ
ーザ１１の出力点における光強度波形である。この例で
は時間経過に従って増加する電流を１′、導体レー・ザ
に与えでヒ、）るが、時間経過１」Ｘ′つ′Ｃ減少する
電流を与えるようｊごし、−でも、１、Ｌｌｌ、−の例
゛ごはスイッチング手段ユ段により電流をｌｅｆ　ｌｅ
、　Ｌ、、、　”’ｒ電流パルスとして半導体し・−ザ
ｉ：’、’、’、　−’ｆ　Ｘる。１：うにし、。

ているので、高速ツヤツク４用し）るこ、）−な１．ｗ
　＋’“′出力光パルスの強度を電流パルス（１′、同
期させて検出することができる３、 作　　　用 本発明方法又は装置に、よると、斗′導体［／−ザ０熱
時定数よりも短いパルス幅の電流パルスを半導体レーザ
“に与えるようにこているのて、熱影響を受けることな
く実使用時２２同等の電流−光６１−ｉカ特性を得るこ
とができる。又、伝送スピードｊ、二対応する高速な駆
動電流パルスを用しへる必要がなし）ので゛、測定装置
の受光器に特殊な帯域特性が要求されない。従って、半
導体レーザの実使用時の特性と同等の特性を容易に把握
し得るようになる。。

実　　施　　例 以下本発明の詳細な説明する。

第６図は第１の構成の実施例を示Ｖ測定装置のブロック
図である。３１はその電流　光出力特性を測定すべき半
導体レーザであり、この半導体レーザ３ｊは切り換えス
イッチ３２を介して低周波発振器３３及び三角波発生器
３４に接続されている。３５は半導体レーザ３１の出力
光を時系列の複数の光パルスに分割する高速シャッタで
あり、３６は高速シャッタ３５の駆動回路である。高速
シャッタ３５を通過した光パルスはフォトダイオ−ト３
７により光電流パルスに変換され、この光電流パルスは
増幅回路３８で増幅されて制御回路３９に入力される。

制御回路３９は高速シャッタの駆動回路３６、三角波発
生器３４及び低周波発振器３３にも接続されている。

この装置の動作を説明する。まず、切り換えスイッチ３
２を低周波発振器３３側にし、半導体レーザ３１の熱時
定数を測定する。熱時定数の測定に際しては、制御回路
３９からの信号により低周波発振器３３から低周波電流
パルスが１を導体１／−ザ３ｊに与えられ、フォトダイ
メート；３７における応答信号が制御回路３９に入力さ
れで、熱時定数の演箕が行われる。この出きＰｉ１速ン
ヤノタ：３５は開いている。次いで、切り換、えスイッ
チ：３２を三角波発生器３４側に切り換え、電流−光出
力特性が測定される。このとき、三角波発生器：３４に
おける三角波電流パルスのパルス幅は、制御回路３９か
らの制御信号に基づいて上記熱時定数よりも短いパルス
幅に設定される。この三角波電流パルスに゛基づいた半
導体レーザ３１の出力光は、ンヤンタ速度を制御回路３
９により制御されている高速シャッタ３５を通過するこ
とにより時系列の複数の光パルスに分割されてフォトダ
イメート３７に人力する。フォトダイオード３７に生じ
る九電流は光パルスの強度に比例し一ζいるので、時系
列の光パルスの強度をそれぞれ三角波電流パルスの瞬時
値に対応させて処理することによって、電流−光出力特
性を得ることができる。

第７図は第２の構成の実施例を示す測定装置の１０７７
図である。１甲、導体レーザ４１は切り換えスイッチ４
１２を介して低周波発振器４３及びスイッチング回路４
４に接続されている。４５はスイ・／ラング回路４４に
接続された電流スィーパである３、半導体レーザ４１か
ら出力された光パルスは直接フォトダイノード４６によ
り電気信号に変換され、この信号は増幅器４７により増
幅されて制御回路１４８に人力する。制御回路４８は低
周波発振器４３及びスイッチング回路４４にも接続され
でいる。

この装置の動作４説明する。第１の構成の実施例と同様
にまず低周波発振器、１３及び制御回路４８が機能して
半導体レーザ４１の熱時定数が測定されるっ次いで、こ
の熱時定数よりも短いパルス幅の電流パルスどなるよう
にスイッチング回路４４が制御され、電流スィーパ２１
からの電流は断続的に電流パルスとして半導体レーザ４
１に人力される。、イして、この電流パルスに基づく半
導体レーザ４１からの光パルスは、フォトダイメート４
６により上記光パルスの強度に比例した光電流パルスに
変換されて制御回路４８　＋、、：入力される。

このようにして検出された光パルスの強度は、この光パ
ルスに同期したスイッチング回路４４からの電流パルス
のレベルと且較されて電流　光出力特性が得られる。

これまでの実施例では、第８図（ａ）に示すように、光
パルスのパルス幅はΔｔで一定である。従−３て、例え
ば；−角波電流パルスを複数回繰り返し７で半導体レー
ザに与えたとしても、測定精度の向りには限界がある。

つまり、測定精度を向上させるためには、△ｔをより小
さくする必要があり、高帯域なフォトダイオードが要求
され実用的でない。そこで、次のようにして高帯域なフ
ォトダイオードを用いることなしに測定精度の向１−を
図る。即ち、光パルスのパルス幅ヲランダムとシ、光ノ
寸ルスの強度検出を光パルスに対応し７て複数回繰り返
して行い、これを平均化するようにしたものである。

この場合、ランダムパターンで「１」が連続すると半導
体レーザの温度が不所望に上昇するので、［−１」の前
後はｒｏ」のパターンになるようにするとよい。例えば
、ｒｌｏｌｏｏｌｏｏｌｏｌ・・・」のようなラングｌ
、パターンを用いることができる。第８図ｊごおいては
第１の構成の波形が示されているが、第？の構成、にお
いでも同じように電流スイッチングをランダム化するこ
とによって同一の効果を得ることができる。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、半導体レーザの実
使用時の電流−光出力特性と同等の特性を容易に把握し
得るようになるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は本発明測定装置の第１の構成を示す図、第３図
は本発明測定装置の第２の構成を示す図、第４図は第２
図の各点における波形図の例を示す図、 第５図は第３図の各点における波形図の例を示ず図、 第６図は本発明第１の構成の実施例を示す測定装置のブ
τフック図、 第７図は本発明第２の構成の実施例を示す測定装置のブ
ロック図、 第８図は他の実施例の説明図、 第９図は電流−光出力特性の一例を示す図である。 １．３１．４１・・・半導体レーザ ２・・・三角波電流パルス発生手段、 ３．３５・・・高速シャッタ、 ４．２３・・光パルス強度検出手段、 ５．２４・・・比較手段、 １．４５・・・電流スィーパ、 ２・・スイッチング手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体レーザ（１１）に該半導体レーザ（１１）の
   熱時定数よりも短いパルス幅の電流パルスを与え、該電
   流パルスに同期して上記半導体レーザ（１１）の光出力
   強度を検出することを特徴とする半導体レーザの電流−
   光出力特性測定方法。 ２、半導体レーザ（１１）に該半導体レーザ（１１）の
   熱時定数よりも短いパルス幅の三角波電流パルスを与え
   、該三角波電流パルスに基づく上記半導体レーザ（１１
   ）の出力光を高速シャッタ（１３）により時系列の複数
   の光パルスに分割し、該光パルスの強度を上記三角波電
   流パルスの瞬時値に対応させて検出することを特徴とす
   る請求項１に記載の測定方法。 ３、半導体レーザ（１１）に該半導体レーザ（１１）の
   熱時定数よりも短いパルス幅の三角波電流パルスを与え
   る三角波電流パルス発生手段（１２）と、上記三角波電
   流パルスに基づく上記半導体レーザ（１１）の出力光を
   時系列の複数の光パルスに分割する高速シャッタ（１３
   ）と、 該光パルスを光−電気変換して上記光パルスの強度を検
   出する光パルス強度検出手段（１４）と、検出された上
   記光パルスの強度を該光パルスに同期した上記三角波電
   流パルスの瞬時値と比較する比較手段（１５）とを備え
   たことを特徴とする半導体レーザの電流−光出力特性測
   定装置。 ４、時間経過に従って増加又は減少する電流を半導体レ
   ーザ（１１）に該半導体レーザ（１１）の熱時定数より
   も短い周期で断続して電流パルスとして与え、該電流パ
   ルスに基づき上記半導体レーザ（１１）から出力された
   光パルスの強度を上記電流パルスに対応させて検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の測定方法。 ５、時間経過に従って増加又は減少する電流を発生させ
   る電流スイーパ（２１）と、 該電流スイーパ（２１）からの電流を半導体レーザ（１
   １）の熱時定数よりも短い周期で断続して電流パルスと
   して上記半導体レーザ（１１）に与えるスイッチング手
   段（２２）と、 該電流パルスに基づき上記半導体レーザ（１１）から出
   力された光パルスを光−電気変換して上記光パルスの強
   度を検出する光パルス強度検出手段（２３）と、 検出された上記光パルスの強度を該光パルスに同期した
   上記電流パルスのレベルと比較する比較手段（２４）と
   を備えたことを特徴とする半導体レーザの電流−光出力
   測定装置。 ６、上記光パルスのパルス幅はランダムであり、上記光
   パルスの強度の検出は上記光パルスに対応して繰り返し
   行われることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに
   記載の方法又は装置。