特許 7195156 半導体レーザー装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-15

(45)【発行日】2022-12-23

(54)【発明の名称】半導体レーザー装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/022 20210101AFI20221216BHJP

   H01S 5/40 20060101ALI20221216BHJP

   H01S 5/06 20060101ALI20221216BHJP

   G02F 1/025 20060101ALI20221216BHJP

【ＦＩ】

H01S5/022

H01S5/40

H01S5/06

G02F1/025

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019000450

(22)【出願日】2019-01-07

(65)【公開番号】P2020109800

(43)【公開日】2020-07-16

【審査請求日】2021-12-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002941

【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100073759

【弁理士】

【氏名又は名称】大岩 増雄

(74)【代理人】

【識別番号】100088199

【弁理士】

【氏名又は名称】竹中 岑生

(74)【代理人】

【識別番号】100094916

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 啓吾

(74)【代理人】

【識別番号】100127672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 憲治

(72)【発明者】

【氏名】内山 麻美

(72)【発明者】

【氏名】柴田 公隆

(72)【発明者】

【氏名】八田 竜夫

(72)【発明者】

【氏名】森田 佳道

【審査官】吉岡 一也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０１８９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１９２９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４１６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０８５７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１５４１６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発振波長が異なる複数のＤＦＢレーザーと、
前記複数のＤＦＢレーザーの出力を結合する合波器と、
前記合波器から出力された光を変調するＥＡＭと、
温度を測定する温度検出器と、
前記温度検出器により検出された温度に基づいて、前記複数のＤＦＢレーザーのうち動作させるＤＦＢレーザーを選択して切替えるレーザー選択制御器と、
前記温度検出器により検出された温度に基づいて、前記ＥＡＭのバイアス電圧を制御するＥＡＭバイアス制御器と、
離散的な温度と、各温度に対して選択するＤＦＢレーザーおよび選択されるＤＦＢレーザーの動作電流値および前記ＥＡＭのバイアス電圧とを対応付けて記憶するルックアップテーブルとを備え、
前記ルックアップテーブルに記憶された情報により、前記レーザー選択制御器は前記選択するＤＦＢレーザーを選択し、前記ＥＡＭバイアス制御器は前記ＥＡＭのバイアス電圧を設定する
ことを特徴とする半導体レーザー装置。

【請求項2】

前記温度検出器の検出温度の精度が、前記ルックアップテーブルに記憶されている離散的な温度の間隔の値以上の精度であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザー装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、半導体レーザー装置に関する。

【背景技術】

【0002】

中継局とユーザ間の光通信システムであるアクセス系では、高速変調に適した電界吸収型変調器（ＥＡＭ：Electro-absorption Modulator）と分布帰還型半導体レーザー（ＤＦＢ-ＬＤ：Distributed Feedback Laser Diode、ＤＦＢレーザーとも称する）などの単一波長の光を出力する半導体レーザーを集積した半導体光集積素子であるＥＭＬ（Electro-absorption Modulator integrated Laser）が適している。

【0003】

ＥＭＬにおいては、半導体レーザーの波長に対して、適切な光吸収特性を有するＥＡＭを用いる必要がある。一方、ＥＡＭの光吸収の波長特性、および半導体レーザーの発振波長は、いずれも温度依存性がある。ＥＡＭの波長特性の温度依存性と、半導体レーザーの発振波長の温度依存性が異なるため、ＥＭＬの温度が変化すると、光の波長のみならず、ＥＡＭの変調特性である消光比が変化し、適切な変調が行えなくなる。このため、一般的には、ペルチェ素子などを用いてＥＭＬを冷却して温度を制御する構成がとられる。

【0004】

冷却して温度を制御するために必要な電力は、半導体レーザー装置全体の電力に対して大きな割合を占める場合があり、低消費電力の観点から、冷却せずに動作可能な、いわゆるアンクールドＥＭＬの実現が望まれている。例えば、特許文献１では、レーザーの発振波長λLDとＥＡＭの吸収ピーク波長λEAの差、Δλ＝λLD－λEAの最適化と、温度毎のＥＡＭのバイアス電圧調整により、アンクールド動作させることが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００７－２７９４０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１に記載されている技術では、消光比の変動を抑制するため、温度に対応させてＥＡＭバイアス電圧の調整が必要であり、調整手順が複雑であった。また、アンクールド動作が実現できる温度範囲も限られていた。

【0007】

本願は、上記の問題点を解決するための技術を開示するものであり、調整が簡単で、アンクールド動作を実現できる温度範囲がより広い半導体レーザー装置を得ることを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本願に開示される半導体レーザー装置は、発振波長が異なる複数のＤＦＢレーザーと、複数のＤＦＢレーザーの出力を結合する合波器と、合波器から出力された光を変調するＥＡＭと、温度を測定する温度検出器と、温度検出器により検出された温度に基づいて、複数のＤＦＢレーザーのうち動作させるＤＦＢレーザーを選択して切替えるレーザー選択制御器と、温度検出器により検出された温度に基づいて、ＥＡＭのバイアス電圧を制御するＥＡＭバイアス制御器と、離散的な温度と、各温度に対して選択するＤＦＢレーザーおよび選択されるＤＦＢレーザーの動作電流値およびＥＡＭのバイアス電圧とを対応付けて記憶するルックアップテーブルとを備え、ルックアップテーブルに記憶された情報により、レーザー選択制御器は選択するＤＦＢレーザーを選択し、ＥＡＭバイアス制御器はＥＡＭのバイアス電圧を設定するものである。

【発明の効果】

【0012】

本願に開示される半導体レーザー装置によれば、調整が簡単で、アンクールド動作を実現できる温度範囲がより広い半導体レーザー装置を得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施の形態１による半導体レーザー装置の概略構成を示すブロック図である。

【図2】実施の形態１による半導体レーザー装置の動作を説明するための線図である。

【図3】実施の形態１による半導体レーザー装置の動作のアルゴリズムを説明するためのフロー図である。

【図4】実施の形態１による半導体レーザー装置の効果を説明するための線図である。

【図5】実施の形態２による半導体レーザー装置の概略構成を示すブロック図である。

【図6】実施の形態２による半導体レーザー装置の動作を説明するための線図である。

【図7】実施の形態２による半導体レーザー装置の動作のアルゴリズムを説明するためのフロー図である。

【図8】実施の形態３による半導体レーザー装置の概略構成を示すブロック図である。

【図9】実施の形態３による半導体レーザー装置のルックアップテーブルの一例を示す図である。

【図10】実施の形態３による半導体レーザー装置のアルゴリズムを説明するためのフロー図である。

【図11】実施の形態３による半導体レーザー装置の動作を説明するための線図である。

【図12】実施の形態４による半導体レーザー装置の概略構成を示すブロック図である。

【図13】実施の形態４による半導体レーザー装置の動作を説明するための線図である。

【図14】実施の形態４による半導体レーザー装置の動作のアルゴリズムを説明するためのフロー図である。

【図15】実施の形態４による半導体レーザー装置の別の概略構成を示すブロック図である。

【図16】実施の形態４による半導体レーザー装置のさらに別の概略構成を示すブロック図である。

【図17】実施の形態４による半導体レーザー装置のルックアップテーブルの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による半導体レーザー装置の構成を示す模式的なブロック図である。半導体レーザー装置１００は、発振波長の異なる３つの半導体レーザーＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３とそれらの出力を合波する合波器１０４、および１つのＥＡＭ（電界吸収型変調器）１０５が搭載された半導体光集積素子１０が備えられている。ここでは、半導体レーザーはＤＦＢレーザー（分布帰還型半導体レーザー）である。さらに半導体光集積素子１０の温度を検出するための温度検出器１０７、および温度検出器１０７の検出温度Ｔｃによって３つの半導体レーザーのうち一つの半導体レーザーを選択して動作させるレーザー選択制御器１０６を備えている。図１では３波長のＤＦＢレーザーＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３と、合波器１０４と１つのＥＡＭ１０５が半導体光集積素子１０としてモノリシックに集積されている。合波器１０４としては例えばＭＭＩ（Multi-Mode Interference）による合波器を使用することができる。合波器１０４としては、その他、空間光学系を使って合波し、合波した光がＥＡＭに入射するような構成をとることもできる。

【0015】

この半導体レーザー装置１００は、例えば、温度検出器１０７における検出温度Ｔｃ＝３０～６０℃が使用温度範囲である。温度検出器１０７は、ＤＦＢレーザーとＥＡＭが搭載されている半導体光集積素子１０の温度を測定するように構成されていればよい。半導体光集積素子１０はｍｍオーダーの非常に小さい素子であり、素子にはほとんど温度分布は生じない。また、半導体光集積素子１０を内蔵するパッケージ内の温度もほぼ半導体光集積素子１０の温度と等しくなるため、パッケージ内の温度分布もほぼない。したがって、パッケージ内であれば温度測定箇所はどこでもよい。ここで、温度検出器１０７は、精度が５℃、すなわち３０℃、３５℃、４０℃、…、というように、温度検出器１０７の出力温度値Ｔｃは、５℃きざみの等間隔の離散的な温度であり、その間の値が出力されることはない。レーザー選択制御器１０６の動作により、３０℃≦Ｔｃ≦３５℃で半導体レーザーＬＤ１が選択される。半導体レーザーＬＤ１は、３５℃での発振波長λLD1が１３０５ｎｍである。４０℃≦Ｔｃ≦４５℃で半導体レーザーＬＤ２が選択され、４５℃での発振波長λLD2が１３１０ｎｍである。５０℃≦Ｔｃ≦６０℃で半導体レーザーＬＤ３が選択され、５５℃での発振波長λLD3は１３１５ｎｍである。

【0016】

ＤＦＢレーザーの発振波長の温度依存性dλLD/dTは０．１ｎｍ／℃である。ここで、例えば温度３５℃における各ＤＦＢレーザーの発振波長を比較すると、ＬＤ１は１３０５ｎｍ、ＬＤ２は１３０９ｎｍ、ＬＤ３は１３１３ｎｍである。このように、同一温度における発振波長が異なる３個のＤＦＢレーザーＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３を搭載しておき、温度範囲によってＤＦＢレーザーを切替えて動作させる。

【0017】

前述のように、ＤＦＢレーザーの発振波長の温度依存性dλLD/dTは０．１ｎｍ／℃である。一方、ＥＡＭの光の吸収がピークとなる吸収ピーク波長λEAの温度依存性dλEA/dTは０．５ｎｍ／℃であり、３５℃においてλEA＝１２４０ｎｍ、４５℃においてλEA＝１２４５ｎｍ、５５℃においてλEA＝１２５０ｎｍ、となるような吸収層を持つ。このときの、レーザーの発振波長λLDとＥＡＭの吸収ピーク波長λEAの差、Δλ＝λLD－λEAを図２に示す。例えばＴｃ＝４０℃のとき、半導体レーザーＬＤ２が選択される。温度検出器は５℃きざみで検出温度Ｔｃを出力するため、Ｔｃ＝４０℃のとき、実際の温度Ｔは必ずしも４０℃ではないが、仮に実際の温度Ｔが４０℃であるとすると、λLD2（Ｔ＝４０℃）＝１３０９．５ｎｍとなる。一方、λEA（Ｔ＝４０℃）＝１２４２．５ｎｍであり、Δλ＝６７ｎｍとなる。図２より、検出温度Ｔｃに基づいて半導体レーザーＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３を選択することにより、３０～６０℃の範囲で、Δλは６３～６７ｎｍの範囲で変動し、十分小さい変動量に抑制することができる。

【0018】

図３にレーザーを選択して動作させるアルゴリズムを示す。ここでは、前述のように温度検出器１０７が検出温度Ｔｃを５℃の精度、すなわち５℃きざみでＴｃを出力する例で説明する。レーザー選択制御器１０６は、図３に示すような、離散的な温度である５℃毎の温度に対して選択するレーザーと選択するレーザーに流す電流値とを対応づけたルックアップテーブルを記憶している。温度検出器１０７からレーザー選択制御器１０６に検出温度Ｔｃが伝えられる（ステップＳＴ１）と、記憶されたルックアップテーブルからＴｃに対応したレーザーとその電流値を読み込み（ステップＳＴ２）、読み込んだ情報に従って半導体レーザーを選択し、選択された半導体レーザーに読み込んだ電流値を流すように指令する（ステップＳＴ３）。

【0019】

温度検出器１０７からレーザー選択制御器１０６に検出温度Ｔｃを伝えるタイミングは、一定の周期毎でも良いが、検出温度Ｔｃが変化したタイミングでも良い。例えば、温度検出器１０７により検出された検出温度Ｔｃが３５℃から４０℃に変化したとき、レーザー選択制御器にＴｃが伝えられる。レーザー選択制御器１０６により、４０℃に対応したＤＦＢレーザーＬＤ２が選択され、ＤＦＢレーザーＬＤ２に６０ｍＡの電流を流すよう指令する。検出温度Ｔｃが４０℃から４５℃に変化したとき、ＤＦＢレーザーＬＤ２に流れる電流値を６０ｍＡから６５ｍＡに変化させるよう指令する。検出温度Ｔｃが４５℃から上昇して５０℃に変化したときは、ＤＦＢレーザーＬＤ３が選択され、ＤＦＢレーザーＬＤ３に７０ｍＡの電流を流すよう指令する。検出温度Ｔｃが４５℃から下降して４０℃に変化したときは、ＤＦＢレーザーＬＤ２に流れる電流値を６５ｍＡから６０ｍＡに変化させるよう指令する。

【0020】

前述のように、ＥＡＭの吸収ピーク波長の温度変化率は０．５ｎｍ／℃、ＤＦＢレーザーの発振波長の温度変化率は０．１ｎｍ／℃である。ＤＦＢレーザーの発振波長は回折格子の屈折率の温度依存性に従い変化するが、ＥＡＭの吸収ピーク波長は半導体バンドギャップの温度依存性に従い変化するため、このような差が発生する。このため、仮に半導体レーザー装置が図２の点線で示す特性のＤＦＢレーザーＬＤ２のみしか持たず、ＥＡＭのバイアス電圧を調整しない場合、３０～６０℃の温度範囲でΔλは５９～７１ｎｍの範囲で変動し、大きな変動量になる。温度変化によりΔλの値が変化し、３０℃と６０℃ではΔλが１２ｎｍ変化する。実線で示す実施の形態１の場合、３つの温度範囲でＤＦＢレーザーを切り替えることで、Δλの最大値と最小値の差は４ｎｍとなる。ＥＡＭの性能はこのΔλに依存する。図４に、ＥＡＭで変調したときの消光比のΔλ依存性を示す。Δλが５９ｎｍから７１ｎｍまで１２ｎｍ変化したときの消光比変化は約７ｄＢであるが、６３ｎｍから６７ｎｍまで４ｎｍ変化したときの消光比変化は約２ｄＢである。実施の形態１により、半導体光集積素子をペルチェ素子などによる温度制御なしで、かつＥＡＭを温度に対応してバイアス電圧を調整することなく、消光比の変動を抑制することができる。

【0021】

図３の例では、温度を５℃の精度で読み取り、選択するレーザーと電流値を指定しているが、例えば離散的な温度１℃毎でルックアップテーブルを指定する、あるいは電流値を温度の関数で定義することも可能である。検出温度の精度を上げると、選択するレーザーあるいは電流値が変更される閾値温度付近での動作が不安定となることが考えられる。この場合、温度上昇時と下降時でレーザーの切り替え温度に差を持たせる、いわゆるヒステリシス動作とすることで安定動作が確保できる。例えば、１℃の精度でルックアップテーブルを指定している場合に、ＬＤ１からＬＤ２への切り替えは、温度が上昇して４１℃を検出したときに行い、ＬＤ２からＬＤ１への切り替えは、温度が下降して３９℃を検出したときに行う、という方法である。

【0022】

ルックアップテーブルが離散的な温度毎で指定されており、温度検出器１０７の精度がこの離散的な温度間隔と同じ場合、すなわち、ルックアップテーブルが５℃毎に指定されている場合に温度検出器１０７の精度を５℃とする場合、あるいはルックアップテーブルが１℃毎に指定されている場合に温度検出器１０７の精度を１℃とする場合は、動作が自動的にヒステリシス動作となる。例えばルックアップテーブルが１℃毎に指定されている場合、温度上昇時は検出温度Ｔｃが３９℃から４０℃に変化したときに４０℃に対応したＤＦＢレーザーの選択と電流値の設定値が行われ、温度下降時はＴｃが４０℃から３９℃に変化したときに３９℃に対応したＤＦＢレーザーの選択と電流値の設定値が行われる。この動作は、ヒステリシス動作となっている。さらに、例えば温度上昇時に検出温度が４０℃に変化したとき、図３のルックアップテーブルに示すように、ＤＦＢ電流値を増加させるため、半導体光集積素子の温度はより上昇する方向に変化する。一方、温度下降時に３５℃に変化したときは、ＤＦＢ電流値を減少させるため、半導体光集積素子の温度はより下降する方向に変化する。この特性によってもヒステリシス動作が強調され、安定な動作が実現される。

【0023】

温度検出器１０７が出力する検出温度Ｔｃの精度は、上記のようにルックアップテーブルに記憶されている離散的な温度の間隔の値と同じではなく、この間隔の値以上の精度であってもよい。すなわち、温度検出器１０７が出力する検出温度Ｔｃの値の間隔が、ルックアップテーブルに記憶されている離散的な温度の間隔の値以下の間隔であってもよい。例えば温度検出器１０７の精度が０．１℃、すなわち温度検出器１０７の検出温度Ｔｃが０．１℃間隔で出力され、ルックアップテーブルは図３で示すのと同様、５℃毎の設定が記憶されている構成でもよい。この場合、例えば、３０．０℃≦Ｔｃ≦３４．９℃では、レーザー選択制御器１０６は、ＤＦＢレーザーＬＤ１を選択し、ＤＦＢレーザーＬＤ１に電流値５０ｍＡを流すよう指令する。Ｔｃが３４．９℃から３５．０℃に変化したとき、レーザー選択制御器１０６は、ＤＦＢレーザーＬＤ１の電流値を５５ｍＡに変更するよう指令する。３５．０℃≦Ｔｃ≦３９．９℃では、レーザー選択制御器１０６は、ＤＦＢレーザーＬＤ１を選択し、ＤＦＢレーザーＬＤ１に電流値５５ｍＡを流すよう指令する。Ｔｃが３９．９℃から４０．０℃に変化したとき、レーザー選択制御器１０６は、ＤＦＢレーザーＬＤ２を選択し、ＤＦＢレーザーＬＤ２に電流値６０ｍＡを流すよう指令する。４０．０℃≦Ｔｃ≦４４．９℃では、レーザー選択制御器１０６は、ＤＦＢレーザーＬＤ２を選択し、ＤＦＢレーザーＬＤ２に電流値６０ｍＡを流すよう指令する。温度が下降して、Ｔｃが４０．０℃から３９．９℃に変化したとき、ＤＦＢレーザーＬＤ１を選択し、レーザー選択制御器１０６は、ＤＦＢレーザーＬＤ１に電流値５５ｍＡを流すよう指令する。以上のように、温度検出器１０７の検出温度の精度が高い場合、前述のヒステリシス動作が特に有効となる。例えば温度上昇時は、Ｔｃが３９．９℃から４０．０℃になった場合にＤＦＢレーザーの選択をＬＤ１からＬＤ２に切替え、一方、温度下降時は３９．１℃から３９．０℃となった場合にＬＤ２からＬＤ１に切替える、といったヒステリシス動作を行わせると良い。

【0024】

以上では、異なる３波長のＤＦＢレーザーを選択する例で説明したが、ＤＦＢレーザーの個数を４以上、すなわち４波長以上の異なるＤＦＢレーザーを搭載すれば、Δλの温度による変動をより小さくする、あるいは動作可能温度の範囲を広げる、ことができる。

【0025】

以上説明したように、本実施の形態１による半導体レーザー装置によれば、温度調節機能を備えなくても、広い温度範囲で動作が可能となるため、消費電力を低減でき、しかも温度毎のＥＡＭバイアスの調整が不要になる。さらに、波長の異なる半導体レーザーを選択するだけなので、レーザー選択制御器１０６の構成も単純な構成となる。図２に示すように、例えば、ＤＦＢレーザーＬＤ２とＥＡＭしか持たない場合、温度が３０～６０℃の間で変化した場合、Δλは５９ｎｍ～７１ｎｍと、広い範囲にわたり変動することになる。ＥＡＭのバイアス電圧を固定して使う場合、半導体レーザーの選択機能を持たなければ３０～６０℃での消光比変動量は７ｄＢであるが、実施の形態１の半導体レーザー装置１００を用いる場合、消光比変動量を２ｄＢまで抑制できる。

【0026】

実施の形態２．
図５は実施の形態２による半導体レーザー装置の構成を示す模式的なブロック図である。半導体レーザー装置１００は、発振波長の異なる３つの半導体レーザー（ここではＤＦＢレーザーである）ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３とそれを合波する合波器１０４、および１つのＥＡＭ１０５が搭載された半導体光集積素子１０が備えられている。さらに半導体光集積素子１０の温度を検出するためのサーミスタなどの温度検出器１０７、温度検出器１０７の検出温度Ｔｃによって３つの半導体レーザーのうち一つの半導体レーザーを選択して動作させるレーザー選択制御器１０６、および温度検出器１０７の検出温度ＴｃによってＥＡＭのバイアス電圧を調整するＥＡＭバイアス制御器１０８を備えている。

【0027】

以降、実施の形態１で説明したのと同様、温度検出器１０７の検出温度Ｔｃの精度が５℃で、ルックアップテーブルが離散的な温度５℃毎に指定されている場合で説明する。この半導体レーザー装置１００は、Ｔｃ＝－４０～９０℃が使用温度範囲である。レーザー選択制御器１０６の動作により、－４０℃≦Ｔｃ≦０℃で半導体レーザーＬＤ１が選択される。温度－２０℃での半導体レーザーＬＤ１の発振波長λLD1は１２８７．５ｎｍである。５℃≦Ｔｃ≦４５℃で半導体レーザーＬＤ２が選択される。温度２５℃での半導体レーザーＬＤ２の発振波長λLD2は１３１０ｎｍである。５０℃≦Ｔｃ≦９０℃で半導体レーザーＬＤ３が選択される。温度７０℃での半導体レーザーＬＤ３の発振波長λLD3は１３２３ｎｍである。ＤＦＢレーザーの発振波長λLDの温度依存性dλLD/dTは０．１ｎｍ／℃であり、ＥＡＭの吸収ピーク波長λEAの温度依存性dλEA/dTは０．５ｎｍ／℃、バイアス電圧Ｖｃの依存性は２０ｎｍ／Ｖである。図６に、５つのＶｃの値に対するλEAの温度依存性を示す。図６に示すＶｃの中央値、Ｖｃ＝－１．２ＶでのλEAが、λEA（Ｔ＝－２０℃）＝１２２２．５ｎｍ、λEA（Ｔ＝２５℃）＝１２４５ｎｍ、λEA（Ｔ＝７０℃）＝１２６７．５ｎｍ、となるような吸収層を持つ。図７に示すルックアップテーブルにしたがって、例えばＴｃ＝２５℃のとき、半導体レーザーＬＤ２が選択され、λLD2（Ｔ＝２５℃）＝１３１０ｎｍとなり、ＥＡＭのバイアス電圧Ｖｃは－１．２Ｖが選択される。λEA（Ｔ＝２５℃、Ｖｃ＝－１．２Ｖ）＝１２４５ｎｍとなり、Δλ＝６５ｎｍとなる。検出温度Ｔｃに基づいて、図７のルックアップテーブルに示すようにレーザーを選択し、Ｖｃを設定することで、Ｔｃ＝－４０～９０℃の範囲で、Δλは６３～６５ｎｍの範囲で変動し、実効的なΔλの温度による変動を狭い範囲に抑制することができる。

【0028】

図７にはレーザーを選択する際の動作のアルゴリズムも示している。温度検出器１０７から検出温度Ｔｃがレーザー選択制御器１０６およびＥＡＭバイアス制御器１０８に伝えられる（ステップＳＴ２１）。レーザー選択制御器１０６は、図７のように、予め、離散的な温度毎に選択するＤＦＢレーザーおよび設定する電流値が記憶されているルックアップテーブルから、検出温度Ｔｃに対応して選択するＤＦＢレーザーおよびＤＦＢレーザーに設定する電流値を読み込み（ステップＳＴ２２）、選択されたＤＦＢレーザーに指定の電流値を流すよう指令する（ステップＳＴ２３）。また、ＥＡＭバイアス制御器１０８もルックアップテーブルから検出温度Ｔｃに対応したバイアス電圧Ｖｃを読み込み（ステップＳＴ２４）、ＥＡＭに所定のバイアス電圧Ｖｃを印加するよう指令する（ステップＳＴ２５）。このような制御方法により、Δλの変動量を十分小さい範囲に抑制することが可能となる。

【0029】

以上のように、本実施の形態２では、半導体レーザーを選択して切替えるだけではなく、検出温度毎にＥＡＭバイアス電圧Ｖｃも設定値を変えることで、検出温度により半導体レーザーを選択するのみの構成である実施の形態１よりも、Δλの温度による変動量が抑制され、さらに広い温度範囲での動作を可能とすることができる。

【0030】

実施の形態３．
図８は、実施の形態３による半導体レーザー装置１００の構成を示す模式的なブロック図である。半導体レーザー装置１００は、発振波長の異なる３つの半導体レーザー（ここではＤＦＢレーザーである）ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３とそれを合波する合波器１０４、および１つのＥＡＭ１０５が搭載された半導体光集積素子１０が備えられている。さらにＥＡＭ１０５が光を吸収した時に流れるフォトカレントを検出するためのフォトカレント検出器１０９、およびフォトカレント検出器１０９が検出したフォトカレントによって３つの半導体レーザーのうち一つの半導体レーザーを選択して動作させるレーザー選択制御器１０６を備えている。

【0031】

あらかじめ、温度と各レーザーを動作させた場合のＥＡＭのフォトカレントの値を測定しておく。ここで、フォトカレントの検出回路の応答速度は信号の変調速度よりも十分に遅いため、フォトカレント検出器１０９が出力するフォトカレント値はＥＡＭの変調率の影響は受けない。適切に動作する温度範囲におけるフォトカレント値の範囲、すなわち上限閾値と下限閾値を決定し、フォトカレント値が上限閾値と下限閾値の間の値となるよう、選択するレーザーとその電流値を決定し、図９に示すようなテーブルを求めておく。図９では、フォトカレントの値は絶対値で示している。また、図９のテーブルのうち、温度範囲は、参考であり、ルックアップテーブルには必ずしも必要はない。

【0032】

図１０に、動作のフローを示す。まず、フォトカレント値を読み込み（ステップＳＴ３１）、フォトカレント値（絶対値）が上限閾値を超えた場合（ステップＳＴ３２ ＹＥＳ）は、それまでに動作させていたＤＦＢレーザーよりも高温側のＤＦＢレーザーに切替えて動作させ（ステップＳＴ３３）、フォトカレント値が下限閾値を超えた場合（ステップＳＴ３２ ＹＥＳ）は、低温側のＤＦＢレーザーへ切替えて動作させる（ステップＳＴ３５）。いずれでもない場合は、選択するＤＦＢレーザーはそのままで設定変更しない（ステップＳＴ３６）。以上のルーチンを、例えば一定の周期毎に行う。例えば、レーザー初期状態として、半導体レーザーＬＤ２に６０ｍＡの電流が流れているとする。フォトカレント検出器１０９がフォトカレントの値をレーザー選択制御器１０６に送り、レーザー選択制御器１０６が読み込む。その値が５．４ｍＡを超えた場合、レーザー選択制御器１０６は、フォトカレントの上限閾値を超えたと判断し、高温側レーザーへの切り替えが実施され、半導体レーザーＬＤ３に７０ｍＡを流して動作させる。

【0033】

あるいは、フォトカレントの検出値がルックアップテーブルに記憶されている上限閾値または下限閾値を超えた場合に、フォトカレント検出器１０９がレーザー選択制御器１０６に上限閾値、あるいは下限閾値を超えた情報を伝えて、レーザー選択制御器１０６が動作させるＤＦＢレーザーを切替えるようにしても良い。

【0034】

本実施の形態３では、温度を検出する変わりに、ＥＡＭのフォトカレントの温度依存性を利用して、レーザーを切り替える。図１１に半導体レーザーＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３のフォトカレントの温度依存性の一例を示す。温度が上昇すると、実効的なΔλが減少して吸収される光が増え、フォトカレント値（絶対値）が増加する。この値が、ルックアップテーブルの閾値に到達した場合に、隣接した半導体レーザーに切り替える。

【0035】

なお、ここでは、半導体レーザーを選択するだけの構成を説明したが、実施の形態２で説明したのと同様、フォトカレントの検出値に基づいてＥＡＭのバイアス電圧を変化させる構成を追加することもできる。

【0036】

本実施の形態３によれば、実施の形態１に比較して、温度検出器などの付属部品が必要無いため、半導体レーザー装置をさらに小型化できる。

【0037】

実施の形態４．
図１２は、実施の形態４による半導体レーザー装置２００の構成を示す模式的なブロック図である。ここでは、半導体レーザー１２０としてＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布反射型）レーザーを用いる。半導体光集積素子２０に、ＤＢＲレーザー１２０とＥＡＭ１０５が搭載されている。ＤＢＲレーザー１２０は、構成として、分布反射領域１２１と利得領域１２２を備えている。分布反射領域１２１の注入電流を変化させるとＤＢＲレーザー１２０の発振波長が変化する。よって、ＤＢＲ制御器１２３が温度検出器１０７の検出温度Ｔｃによって、分布反射領域１２１の注入電流を変化させてＤＢＲレーザー１２０の発振波長を変化させることにより、ＤＢＲレーザー１２０の発振波長λDBRとＥＡＭ１０５の吸収ピーク波長λEAの差、Δλ＝λDBR－λEAの変動を抑制することができる。

【0038】

以降、実施の形態１で説明したのと同様、温度検出器１０７の検出温度Ｔｃの精度が５℃の場合で説明する。この半導体レーザー装置２００は、例えば、Ｔｃ＝３０～６０℃が使用温度範囲である。ＤＢＲ制御器１２３の動作により、３０℃≦Ｔｃ≦３５℃では分布反射領域１２１の電流は２０ｍＡが選択される。温度３５℃でのＤＢＲレーザー１２０の発振波長λDBRは１３０５ｎｍである。４０℃≦Ｔｃ≦４５℃では分布反射領域１２１の電流は５ｍＡが選択される。温度４５℃での発振波長λDBRは１３１０ｎｍである。５０℃≦Ｔｃ≦６０℃では分布反射領域１２１の電流は０ｍＡが選択される。温度５５℃での発振波長λDBRは１３１５ｎｍである。ＥＡＭ１０５の吸収ピーク波長λEAの温度依存性dλEA/dTは０．５ｎｍであり、λEA（Ｔ＝３５℃）＝１２４０ｎｍ、λEA（Ｔ＝４５℃）＝１２４５ｎｍ、λEA（Ｔ＝５５℃）＝１２５０ｎｍ、となるような吸収層を持つ。このときのΔλを図１３に示す。例えばＴｃ＝４０℃のとき、分布反射領域１２１の電流は５ｍＡが選択される。λDBR（Ｔ＝４０℃）＝１３０９．５ｎｍとなる。一方、λEA（Ｔ＝４０℃)＝１２４２．５ｎｍとなり、Δλ＝６７ｎmとなる。図１３より、３０～６０℃の範囲で、Δλは６３～６７ｎｍの範囲で変動し、十分小さい変動範囲に抑制することができることがわかる。

【0039】

図１４に動作のアルゴリズムとルックアップテーブルの例を示す。温度検出器１０７の検出温度ＴｃがＤＢＲ制御器１２３に伝えられる（ステップＳＴ４１）。ＤＢＲ制御器１２３は予め設定してあるルックアップテーブルから、温度に対応した分布反射領域電流値を読み込み（ステップＳＴ４２）、分布反射領域１２１の電流値を設定する（ステップＳＴ４３）。例えば検出温度Ｔｃが３５℃であれば、分布反射領域１２１の電流値は２０ｍＡに設定する。Ｔｃが４０℃になると、分布反射領域１２１の電流値を５ｍＡに設定する。このような制御方法により、検出温度Ｔｃに対応させて、ＤＢＦレーザーの波長を変化させることにより、温度が変化しても、Δλの変動量を十分小さい範囲に抑制することが可能となる。

【0040】

さらに、実施の形態２で説明したのと同様、図１５に示すように、検出温度に対応してＥＡＭのバイアス電圧を変化させるＥＡＭバイアス制御器１０８を備えてもよい。これにより、動作可能温度範囲をさらに広げることができる。

【0041】

また、実施の形態３で説明したのと同様、図１６に示すように、温度を検出する代わりに、フォトカレント検出器１０９により検出されるフォトカレントの値によって、ＤＢＲ制御器１２３により分布反射領域の電流値を切替える構成とすることもできる。例えば、図１７のようなルックアップテーブルを記憶しておき、フォトカレントの値が下限閾値を超えたとき、分布反射領域電流値を低温側の値に変化させ、フォトカレントの値が上限閾値を超えたとき分布反射領域電流値を高温側の値に変化させるように、ＤＢＲ制御器１２３が制御するようにすればよい。

【0042】

以上のように、ＤＢＲレーザーとＥＡＭで構成される半導体光集積素子２０を備えた半導体レーザー装置において、温度あるいはフォトカレントの値に基づいてＤＢＲレーザーの分布反射領域の電流値を調整することにより、広い温度範囲でのアンクールド動作が可能な半導体レーザー装置とすることができる。

【0043】

本願には、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

【符号の説明】

【0044】

１０、２０ 半導体光集積素子、１００、２００ 半導体レーザー装置、１０４ 合波器、１０５ ＥＡＭ、１０６ レーザー選択制御器、１０７ 温度検出器、１０８ ＥＡＭバイアス制御器、１０９ フォトカレント検出器、１２０ 半導体レーザー（ＤＢＲレーザー）、１２１ 分布反射領域、１２２ 利得領域、１２３ ＤＢＲ制御器、ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３ 半導体レーザー（ＤＦＢレーザー）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】