半導體雷射器的調節方法
2023-07-09 03:03:56 2
專利名稱：半導體雷射器的調節方法
技術領域：
本發明總體上涉及半導體雷射器的調節方法。
背景技術：
在專利文獻1中公開的波長可調雷射器具有SG_DBR(採樣光柵分布布拉格反射器)區，該SG-DBR區具有多個波長選擇區域。加熱器對各個波長選擇區域的溫度進行控制。 因此，利用折射率變化對波長選擇特性進行控制。在波長可調雷射器中，通過使SG-DBR區的各個波長選擇區域的波長特性重疊而選擇的反射譜波長與SG-DFB(採樣光柵分布反饋)區的增益譜波長彼此對應，並且振蕩波長固定為預定波長。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本專利申請公開No. 2007-048988
發明內容
本發明要解決的問題必須預先針對各個波長通道來調節波長可調雷射器的波長選擇區域的參數值。另一方面，為了僅選擇預定的單個波長，必須控制各個波長選擇區域之間的預定關係。然而， 已經知曉的是，在保持上述關係的情況下針對各個波長通道來調節參數值的方法需要非常大的參數值。本發明的一個目的是提供一種限制了電力消耗並能夠選擇振蕩波長的半導體雷射器的調節方法。解決問題的技術手段一種半導體雷射器的調節方法，該半導體雷射器包括多個分別具有周期性波長特性的波長選擇區域，其特徵在於，該方法包括以下步驟對所述波長選擇區域進行折射率控制；確認步驟，確認與未進行所述折射率控制的狀態下由折射率的規定值實現的波長特性相比，通過所述折射率控制實現的所述波長選擇區域各自的波長特性是否改變了一個周期以上；以及以所述一個周期為單位使所述確認步驟中確認波長特性發生了改變的波長選擇區域的折射率向著所述規定值側偏移。利用本發明，可以減小波長選擇區域的控制量，並且可以減小該控制所需的電力消耗。可以通過對分布式反射器區進行劃分而限定所述多個波長選擇區域，其中，該分布式反射器區具有多個片段，在該多個片段中，在具有衍射光柵的衍射光柵部上連接了空白部。用於控制所述波長選擇區域的參數值可以是片段的溫度。用於控制所述波長選擇區域的參數值可以是向片段提供的電流值。所述多個片段的各自的光學長度可以彼此不同。
所述波長選擇區域可以具有多個片段，並與具有增益的增益區光學連接，其中在該多個片段中，在具有衍射光柵的衍射光柵部上連接了空白部。所述多個波長選擇區域可以分別是環狀諧振器。發明效果根據本發明，能夠抑制電力消耗並選擇振蕩波長。
圖1例示了根據第一實施方式的雷射器設備的示意圖；圖2例示了在由加熱器加熱之前的片段的反射譜；圖3例示了 CSG-DBR區和SG-DFB區的反射譜；圖4例示了根據該第一實施方式對半導體雷射器的控制原理；圖5例示了由控制器執行的流程圖的一個例子；圖6例示了片段的溫度與CSG-DBR區的反射譜之間的關係；圖7例示了加熱器的實際溫度控制；以及圖8例示了根據第二實施方式的半導體雷射器的示意圖。
具體實施例方式下面將說明用於實現本發明的最佳模式。[第一實施方式]圖1例示了根據第一實施方式的雷射器設備100的示意圖。如圖1所示，雷射器設備100具有半導體雷射器10、溫度控制設備20和控制器30。半導體雷射器10設置在溫度控制設備20上。下面將說明各個部件的細節。半導體雷射器10具有如下結構其中呈順序地連接CSG_DBR(啁啾採樣光柵分布布拉格反射器)區11、SG-DFB區12和SOA (半導體光學放大器)區13。CSG-DBR區11具有如下的光波導，該光波導以給定間隔具有多個光柵。CSG-DBR 區11的光波導具有多個片段，在這些片段中，在具有衍射光柵的衍射光柵部上連接了空白部(space region)。在CSG-DBR區11中，CSG-DBR區11的這些片段具有不同的光學長度 (optical length)。CSG-DBR區11的光波導由半導體晶體製成，該半導體晶體的吸收邊波長比雷射器的振蕩波長短。在該實施方式中，CSG-DBR區11具有三個片段(片段CSGl至片段CSG3)。 CSG-DBR區11具有與各個片段相應的加熱器。在該實施方式中，與片段CSGl至片段CSG3 相對應地在CSG-DBR區11上設置有三個加熱器Ha至14c。區12具有如下的光波導，該光波導以給定間隔具有多個光柵。SG-DFB區12的光波導具有多個片段，在這些片段中，在具有衍射光柵的衍射光柵部上連接了空白部。在SG-DFB 區12中，各片段具有大致相同的光學長度。SG-DFB區12的光波導由半導體晶體製成，該半導體晶體具有相對於在目標波長處雷射器振蕩的增益。在SG-DFB區12上設置有電極15。SOA區13具有如下的光波導，該光波導由利用電流控制來放大或吸收光的半導體晶體製成。在SOA區13上設置有電極16。CSG-DBR區11、SG-DFB區12及SOA區13三者的光波導彼此光學連接。
溫度控制設備20具有帕爾元件(pertier element)等，並控制半導體雷射器10 的溫度。控制器30具有控制部和電源，該控制部具有CPU(中央處理單元)、RAM(隨機存取存儲器)、R0M(只讀存儲器)等。控制器30的ROM存儲半導體雷射器10的控制信息、控制
程序等。接下來，將說明雷射器設備100的操作。控制器30向電極15提供給定電流。由此，SG-DFB區12的光波導產生光。所產生的光在CSG-DBR區11、SG_DFB區12及SOA區13 三者的光波導中傳播，重複地被反射和放大，並向外發出。控制器30向電極16提供給定電流。因此，半導體雷射器10的輸出保持恆定。接下來，控制器30通過控制加熱器14a至14c來控制片段CSGl至CSG3的溫度。 由此，改變片段CSGl至CSG3的等效折射率。在該情況下，改變了片段CSGl至CSG3的反射特性。由此，可以改變半導體雷射器10的振蕩波長。利用該控制，雷射器設備100使得半導體雷射器10以期望波長振蕩。圖2A例示了在由加熱器14a至14c進行加熱之前片段CSGl至CSG3的反射譜的示意圖。圖2B例示了片段CSGl至CSG3的重疊的反射譜。如圖2A所示，片段CSGl至CSG3 的反射譜具有不同的周期峰值，這是因為片段CSGl至CSG3具有不同的光學長度。因此，如圖2B所示，反射譜在給定波長不重疊，而在另一波長重疊。圖3A例示了 CSG-DBR區11的反射譜。通過使片段CSGl至CSG3的反射譜重疊而得到CSG-DBR區11的反射譜。如圖3A所示，在各峰值波長處反射強度不同。因此，形成了鍾狀的包絡曲線。當放大波長範圍時，形成了排列有多個鐘的包絡曲線。因此，CSG-DBR區 11具有相對於反射強度的波長相關性。圖;3B例示了 SG-DFB區12的反射譜。由於SG-DFB區12的各片段的光學長度大致相同，並且各片段的溫度由溫度控制設備20保持恆定，因此反射強度在各峰值波長處近似恆定。當具有相對大的反射強度的CSG-DBR區11的反射譜的波長對應於SG-DFB區12 的反射譜的任意波長時，半導體雷射器10在對應的波長發生雷射振蕩。因此，通過改變 CSG-DBR區11的波長與反射強度之間的關係，可以選擇雷射器振蕩波長。接下來，將參照圖4A至4D說明根據本實施方式的半導體雷射器的控制原理。為了使附圖簡化，假設CSG-DBR區的受到溫度控制的片段的數量為2個。如圖4A所示，半導體雷射器在給定溫度發生雷射振蕩。在該情況下，利用CSG-DBR區的片段的反射譜的重疊來確定整個CSG-DBR區的反射譜。以下將向加熱器提供電力之前各片段的溫度稱為基本值 (basal value) 0在圖4A中，基本值為零攝氏度。接著，如圖4B所示，向加熱器提供電力使得在片段中形成溫度梯度。在該情況下， 該溫度梯度形成為使得半導體雷射器在期望波長附近的波長處發生雷射振蕩。以下將該情況下的各片段的溫度稱為初始值。在圖4B中，一個片段的初始溫度值為15攝氏度，而另一個片段的初始溫度值為零攝氏度。然後，如圖4C所示，大致保持該溫度梯度，並使這兩個片段的溫度升高以使得半導體雷射器的振蕩波長達到期望波長。在圖4C的例子中，一個片段的初始溫度值為35攝氏度，而另一個片段的初始溫度值為20攝氏度。下面將說明各片段的溫度升高且振蕩波長向長波長偏移的情形。在該情況下，隨著各片段的溫度升高，振蕩波長向長波偏移，當溫度達到預定值時，振蕩波長跳至較短波長側的另一個預定值。隨著各片段的溫度進一步升高，振蕩波長向長波偏移。這樣，振蕩波長在給定溫度循環期間在給定波長範圍內沿單方向重複。在圖4C的例子中，振蕩波長在30 攝氏度的周期溫度中沿單方向重複。為了保持各片段的高溫，需要向加熱器提供更多電力。此外，在本實施方式中，確定是否將各片段的溫度控制為比基本值高一個周期或者高更多個周期。如果各片段的溫度比基本值高一個周期或者高更多個周期，則以周期為單位使該片段的溫度向基本值側進行偏移。在圖4D的例子中，各片段的溫度增大至70攝氏度，隨後，各片段的溫度減小一個周期並減小至5攝氏度。在該情況下，在不改變振蕩波長的情況下可以減少向加熱器提供的電量。因此，可以減小雷射器設備100的功耗。由於減小了半導體雷射器的溫度，因此減少了半導體雷射器的劣化，且提高了半導體雷射器的可靠性。將參照圖5和圖6說明雷射器設備100的上述控制。圖5例示了由控制器30執行的流程圖。圖6例示了片段CSGl至CSG3的溫度與反射譜之間的關係。如圖5所示，控制器30向電極15和16提供預定電流，並向加熱器14a至14c提供電力，使得片段CSGl至CSG3的溫度達到初始值(步驟Si)。在該情況下，控制器30控制向加熱器Ha至Hc提供的電力，使得根據片段CSGl至CSG3的光學長度的比例來設置片段CSGl至CSG3之間的溫度差。因此，如圖6B所示，控制CSG-DBR區11的反射譜使之呈鐘形。在圖6B所示的例子中，具有最大反射強度的反射譜的波長為λ1接下來，控制器30增大片段CSGl至CSG3的溫度(步驟S2)。在該情況下，控制器 30使片段CSGl至CSG3之間的溫度差保持大致恆定，並增大片段CSGl至CSG3的溫度，如圖 6C所示。因此，在不改變鐘形波長特性的波長範圍的情況下峰值波長處可以偏移，如圖6D 所示。在圖6D所示例子中，峰值波長從X1偏移到λη。這使得半導體雷射器10在期望波長發生雷射器振蕩。然後，控制器30確定片段CSGl至CSG3的溫度是否高於基本值一個或更多個周期(步驟S； )。如果在步驟S3中確定片段CSGl至CSG3的溫度不高於基本值一個或更多個周期，則控制器30再次執行步驟S3。如果在步驟S3中確定片段CSGl至CSG3的溫度高於基本值一個或更多個周期，則控制器30將片段的溫度減小一個或更多個周期，如圖6E所示(步驟S4)。然後，控制器30 再次執行步驟S3。藉助於圖5的流程圖，在不改變振蕩波長的情況下可以減小向加熱器1 至14c 提供的電量。因此，可以減小雷射器100的功耗。而且，由於減小了半導體雷射器10的溫度，因此可以抑制半導體雷射器10的劣化，並且可以提高半導體雷射器10的可靠性。優選的是，當在步驟S2中增大片段CSGl至CSG3之間的溫差時，片段CSGl至CSG3 的溫差誤差在-0. 5攝氏度至0. 5攝氏度之間。圖7例示了加熱器1 至Hc的實際溫度控制。圖7的虛線表示片段CSGl至CSG3 的溫度增大的情形。圖7的實線表示片段CSGl和CSG2的溫度減小一個周期的情形。因此， 在這兩種情況下，片段CSG3的溫度相同。在圖7的虛線所示的情況下，在片段CSGl的溫度減小後，片段CSG2的溫度減小。如圖7所示，通過減小片段CSGl的溫度來減小加熱器的總電量，並且通過減小片段CSG2的溫度來進一步減小加熱器的總電量。另一方面，振蕩波長几乎不發生改變。因此， 即使片段的溫度以周期為單位地減小，也可以保持振蕩波長一致。在本實施方式中，CSG-DBR用作分布式反射器。然而，該結構不限於該實施方式。 可以使用包括具有大致相同光學長度的片段的SG-DBR。在該情況下，通過形成片段的溫度梯度可以將SG-DBR的反射譜形成為鐘形。因此，通過在片段溫度比基本值高一個或更多個周期的情況下，以周期為單位使片段的溫度向著基本值側減小，可以在不改變振蕩波長的情況下減小向加熱器提供的電量。在本實施方式中，片段的溫度用作對片段的折射率進行控制的參數。然而，該結構不限於該實施方式。例如，可以將加熱器的溫度或者向加熱器提供的電量用作對片段的折射率進行控制的參數。通過向片段提供電流可以控制片段的折射率，並且電流值可用作對摺射率進行控制的參數。[第二實施方式]圖8例示了根據第二實施方式的半導體雷射器IOa的示意圖。半導體雷射器IOa 是環狀諧振器型雷射器。如圖8所示，半導體雷射器IOa具有彼此光學連接的環狀諧振器 61、62和63以及與環狀諧振器61、62和63光學連接的SOA區。從SOA區64側起順序地光學連接環狀諧振器61、環狀諧振器62和環狀諧振器63。在環狀諧振器61側的一個邊緣面上形成有AR(抗反射)膜66。在環狀諧振器63側的另一個邊緣面上形成有HR(高反射) 膜67。環狀諧振器61是在波長特性中具有周期峰值的諧振器，並用作以給定波長間隔具有周期性反射譜峰值的濾波器。環狀諧振器61具有與第一實施方式的半導體雷射器10 的SG-DFB區12相同的波長特性，並且確定半導體雷射器IOa能夠振蕩的波長。環狀諧振器62和63是在波長特性中具有周期峰值的諧振器，並用作以給定間隔具有周期性反射譜峰值的濾波器。環狀諧振器62和63均具有與環狀諧振器61不同的半徑。由於提供了環狀諧振器62和63，反射譜的周期性峰值僅在給定波長範圍內出現。因此，環狀諧振器62和63具有與第一實施方式的半導體雷射器IOa的CSG-DBR區11相同的波長特性。環狀諧振器62和63在環上和環下具有加熱器。各加熱器控制環狀諧振器62和 63的折射率。因此，通過控制各個加熱器的溫度，可以控制半導體雷射器IOa的振蕩波長。在半導體雷射器IOa中，由於環狀諧振器61的反射譜的峰值與環狀諧振器62及 63的反射譜的峰值之間存在重疊，因此發生遊標效應(vernier effect)，並且選擇發生振蕩的波長。SOA區64是使得在諧振器中存在增益的半導體光學放大器。在半導體雷射器 IOa中，出現圖4中所示的波長特性。因此，當諧振器62和63的溫度比基本值高一個或更多個周期時，以周期為單位使環狀諧振器的溫度向著基本值側減小。在該情況下，在不改變振蕩波長的情況下可以減小向加熱器提供的電量。因此，可以減小功耗。在本實施方式中，將環狀諧振器的溫度用作對環狀諧振器的折射率進行控制的參數。然而，該結構不限於該實施方式。例如，可以將加熱器的溫度或者向加熱器提供的電量用作對諧振器的折射率進行控制的參數。通過向諧振器提供的電流可以控制諧振器的折射率，並且該電流值可用作對諧振器的折射率進行控制的參數。
權利要求
1.一種半導體雷射器的調節方法，該半導體雷射器包括多個分別具有周期性波長特性的波長選擇區域，其特徵在於，該方法包括以下步驟對所述波長選擇區域進行折射率控制；確認步驟，確認與未進行所述折射率控制的狀態下由折射率的規定值實現的波長特性相比，通過所述折射率控制實現的所述波長選擇區域各自的波長特性是否改變了一個周期以上；以及以所述一個周期為單位使所述確認步驟中確認波長特性發生了改變的波長選擇區域的折射率向著所述規定值側偏移。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，通過對分布式反射區進行劃分而限定所述多個波長選擇區域，其中，該分布式反射區具有多個片段，在該多個片段中，在具有衍射光柵的衍射光柵部上連接了空白部。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，用於控制所述波長選擇區域的參數值是所述片段的溫度。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，用於控制所述波長選擇區域的參數值是向所述片段提供的電流值。
5.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述多個片段各自的光學長度彼此不同。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述波長選擇區域具有多個片段，並與具有增益的增益區光學連接，其中在該多個片段中，在具有衍射光柵的衍射光柵部上連接了空白部。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述多個波長選擇區域分別是環狀諧振
全文摘要
一種半導體雷射器的調節方法，該半導體雷射器包括多個分別具有周期性波長特性的波長選擇區域，其特徵在於，該方法包括以下步驟對所述波長選擇區域進行折射率控制；確認步驟，確認與未進行所述折射率控制的狀態下由折射率的規定值實現的波長特性相比，通過所述折射率控制實現的所述波長選擇區域各自的波長特性是否改變了一個周期以上；以及以所述一個周期為單位使所述確認步驟中確認波長特性發生了改變的波長選擇區域的折射率向著所述規定值側偏移。
文檔編號H01S5/12GK102227854SQ200980147459
公開日2011年10月26日 申請日期2009年11月26日 優先權日2008年11月28日
發明者田中宏和, 町田豊稔, 石川務 申請人:住友電工光電子器件創新株式會社