半導體激光器的檢測裝置和方法及相干光源檢測方法

專利名稱：半導體激光器的檢測裝置和方法及相干光源檢測方法
專利說明半導體激光器的檢測裝置和 方法及相干光源檢測方法 [發明所屬的技術領域]本發明涉及具有波長可變功能、用于光通信領域和2次諧波發生等的波長可變半導體激光器的檢測裝置和檢測方法以及相干光源的檢測方法。近年來，具有波長可變功能的半導體激光器在光通信領域等的應用以及作為利用非線性效應的2次諧波發生的基波正引起人們的注意。在半導體激光器上集成了光柵的分布反饋型(DFB)半導體激光器和分布布喇格反射型(DBR)半導體激光器是可用單個激光器得到單縱模激射的半導體激光器。現在，DBR半導體激光器和DFB半導體激光器在實現長距離、大容量光通信系統方面成了重要部件。
作為波長可變方式，提出了對DBR半導體激光器上的DBR部供給電流，借助于由等離子體效應及溫度變化產生折射率變化來調諧激射波長的方法。
下面對具有波長可變功能的DBR半導體激光器進行說明(橫山等人電氣學會論文志C，Vol.120-C，P398，平成12年)。在

圖14中示出了3電極結構的AlGaAs系波長可變DBR半導體激光器的概略結構。
如圖14所示，波長可變DBR半導體激光器34具有有源區35、相位調整區36和DBR區37這3個區域。下面對具有這種結構的波長可變DBR半導體激光器34的制作方法簡單地加以說明。首先，用MOCVD裝置在n型GaAs襯底上外延生長n型AlGaAs后，形成AlGaAs有源區。作為夾層，層疊p型AlGaAs，再用光刻技術形成脊型結構的光波導。接著用電子束掃描在光波導上形成1次光柵(周期100nm)。對形成了光柵的DBR區和相位調整區進行Si離子注入，形成無源光波導。再接著，進行第2晶體生長，作為夾層，層疊p型AlGaAs，最后，在n側和p側形成用于提供電流的電極。
3電極結構的AlGaAs系波長可變DBR半導體激光器的閾值為25mA，對于向有源區供給的150mA的電流(工作電流)，可以得到50mW的輸出功率。在圖15中示出了對DBR區進行電流供給時的波長可變特性。借助于改變對DBR區的供給電流(DBR電流)，使DBR區的折射率因加熱而改變，可以實現波長可變。將射出的半導體激光導引至光譜分析儀，觀測了激射波長。對工作電流100mA、相位電流0mA得到了圖15所示的階梯狀的2nm的波長可變寬度。在波長可變時激射波長也保持為單縱模。
其次，將相位電流設定為20mA，同樣地測定使DBR電流改變時的波長可變特性。然后，再將相位電流設定為40mA，同樣地測定使DBR電流改變時的波長可變特性。根據所得結果，在圖16中示出了對發生跳模的DBR電流值(構成階梯的臺階的電流值A點)的作圖結果。由該圖可知，借助于同時控制DBR電流(Idbr)和相位電流(Iph)，使其保持電流比Idbr/Iph＝0.5的關系，可以實現圖17所示的波長連續可變特性。如上所述，在波長可變DBR半導體激光器及DFB半導體激光器中，其波長可變特性是很重要的。作為波長可變特性的重要因素是(i)單縱模特性，(ii)波長可變的重現性，(iii)波長連續可變所必需的電流比Idbr/Iph。單縱模特性是在光通信用途和2次諧波發生中首先要求的特性，在2次諧波發生等方面縱模一旦變為多模，會導致轉換效率大幅度降低。波長可變的重現性是波長控制方面的重要特性，首先是圖15所示的單調增加特性，另外，波長可變特性的良好重現性很重要。至于波長連續可變所必需的電流比Idbr/Iph，由于在各個半導體激光器之間具有離散性，所以必須對各個半導體激光器進行測定。
現在，在評價這些特性時，用光譜分析儀等進行測定，需要相當的工作量。當考慮波長可變DBR半導體激光器的批量生產時，檢測工序的簡化是一重要課題。
本發明是為了解決現有技術中的上述課題而進行的，其目的在于提供結構簡單而且快速、準確的波長可變半導體激光器的檢測裝置和簡便的檢測方法，以及相干光源的檢測方法。
為達到上述目的，本發明的波長可變半導體激光器的檢測裝置的第1結構是至少具有有源區、相位調整區和分布布喇格反射(DBR)區的波長可變半導體激光器的檢測裝置，其特征在于包括對上述有源區、上述相位調整區和上述DBR區供給電流的電源，檢測從上述波長可變半導體激光器射出的激光的輸出強度的光接收元件，以及可插入從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上的透射型波長選擇元件。
在上述本發明的波長可變半導體激光器的檢測裝置的第1結構中，可以在從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述透射型波長選擇元件的狀態下，對于向上述有源區供給的規定的有源電流，改變對上述相位調整區供給的相位電流和對上述DBR區供給的DBR電流的至少一方，最好用上述光接收元件檢測透過上述透射型波長選擇元件后的上述激光的輸出強度。
本發明的波長可變半導體激光器的第1檢測方法是使用上述本發明的檢測裝置的第1結構的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于在從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上不插入上述透射型波長選擇元件的狀態下，改變對上述有源區供給的有源電流，用上述光接收元件檢測從上述波長可變半導體激光器射出的激光的輸出強度，求出上述有源電流與上述輸出強度的關系。
本發明的波長可變半導體激光器的第2檢測方法是使用上述本發明的檢測裝置的第1結構的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于對上述有源區供給恒定的有源電流，在從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述透射型波長選擇元件的狀態下，改變對上述DBR區供給的DBR電流，用上述光接收元件檢測透過上述透射型波長選擇元件后的上述激光的輸出強度，求出與上述波長可變半導體激光器的期望波長對應的上述DBR電流。
在上述本發明的波長可變半導體激光器的第2檢測方法中，上述波長可變半導體激光器的期望波長最好是透過上述透射型波長選擇元件后的上述激光的輸出強度為最大值的波長。
本發明的波長可變半導體激光器的第3檢測方法是使用上述本發明的檢測裝置的第1結構的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于對上述有源區供給恒定的有源電流，在從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述透射型波長選擇元件的狀態下，獨立地分別改變對上述相位調整區供給的相位電流和對上述DBR區供給的DBR電流，用上述光接收元件檢測透過上述透射型波長選擇元件后的上述激光的輸出強度，求出與上述輸出強度改變點對應的上述相位電流和上述DBR電流。
在上述本發明的波長可變半導體激光器的第3檢測方法中，最好從與上述輸出強度改變點對應的上述DBR電流和上述相位電流算出上述DBR電流與上述相位電流的電流比。另外，這時最好算出上述DBR電流與上述相位電流的電流比，借助于用上述電流比控制上述DBR電流和上述相位電流，使上述波長可變半導體激光器的激射波長連續變化。
在上述本發明的波長可變半導體激光器的第3檢測方法中，最好從與改變上述DBR電流時得到的上述輸出強度改變點對應的上述DBR電流的間隔ΔIdbr和與改變上述相位電流時得到的上述輸出強度改變點對應的上述相位電流的間隔ΔIph，算出上述DBR電流與上述相位電流的電流比ΔIdbr/ΔIph。另外，這時，最好算出上述DBR電流與上述相位電流的電流比，借助于用上述電流比控制上述DBR電流和上述相位電流，使上述波長可變半導體激光器的激射波長連續變化。
本發明的波長可變半導體激光器的第4檢測方法是至少具有有源區、相位調整區和分布布喇格反射(DBR)區的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于對上述有源區供給的規定的有源電流，用光接收元件檢測得到的激光的輸出強度，求出與改變對上述DBR區供給的DBR電流時得到的上述激光輸出強度改變點對應的上述DBR電流的間隔ΔIdbr和與改變對上述相位調整區供給的相位電流時得到的上述輸出強度改變點對應的上述相位電流的間隔ΔIph，算出上述DBR電流間隔ΔIdbr與上述相位電流間隔ΔIph的電流比ΔIdbr/ΔIph。
在上述本發明的波長可變半導體激光器的第4檢測方法中，使上述相位電流改變時得到的上述輸出強度改變點和使上述DBR電流變化時得到的上述輸出強度改變點最好是從上述輸出強度減少變為上述輸出強度增加的的改變點。
在上述本發明的波長可變半導體激光器的第4檢測方法中，最好借助于用上述電流比ΔIdbr/ΔIph控制上述DBR電流和上述相位電流，使上述波長可變半導體激光器的激射波長連續變化。
本發明的波長可變半導體激光器的檢測裝置的第2結構是至少具有有源區、相位調整區和分布布喇格反射(DBR)區的波長可變半導體激光器的檢測裝置，其特征在于包括對上述有源區、上述相位調整區和上述DBR區供給電流的電源，檢測從上述波長可變半導體激光器射出的激光的輸出強度的光接收元件以及可插入從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上的2次諧波發生(SHG)元件。
在上述本發明的波長可變半導體激光器的檢測裝置的第2結構中，在從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述SHG元件的狀態下，最好對于向上述有源區供給的規定的有源電流，改變對上述相位調整區供給的相位電流和對上述DBR區供給的DBR電流的至少一方，用上述光接收元件檢測由上述SHG元件進行了波長轉換的高次諧波光的輸出強度。
本發明的波長可變半導體激光器的第5檢測方法是使用上述本發明的檢測裝置的第2結構的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于在從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上不插入上述SHG元件的狀態下，改變對上述有源區供給的有源電流，用上述光接收元件檢測從上述波長可變半導體激光器射出的激光的輸出強度，求出上述有源電流與上述輸出強度的關系。
本發明的波長可變半導體激光器的第6檢測方法是使用上述本發明的檢測裝置的第2結構的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于對上述有源區供給恒定的有源電流，在從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述SHG元件的狀態下，改變對上述DBR區供給的DBR電流，用上述光接收元件檢測由上述SHG元件進行了波長轉換的高次諧波光的輸出強度，求出與上述波長可變半導體激光器的期望波長對應的上述DBR電流。
在上述本發明的波長可變半導體激光器的第6檢測方法中，上述波長可變半導體激光器的期望波長最好是由上述SHG元件進行了波長轉換的上述高次諧波光的輸出強度為最大值的波長。
本發明的波長可變半導體激光器的第7檢測方法是使用上述本發明的檢測裝置的第2結構的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于對上述有源區供給恒定的有源電流，在從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述SHG元件的狀態下，獨立地分別改變對上述相位調整區供給的相位電流和對上述DBR區供給的DBR電流，用上述光接收元件檢測由上述SHG元件進行了波長轉換的上述高次諧波光的輸出強度，求出與上述輸出強度改變點對應的上述相位電流和上述DBR電流。
在上述本發明的波長可變半導體激光器的第7檢測方法中，最好從與上述輸出強度改變點對應的上述相位電流和上述DBR電流算出上述相位電流與上述DBR電流的電流比。另外，這時，最好算出上述DBR電流與上述相位電流的電流比，借助于用上述電流比控制上述DBR電流和上述相位電流，使上述波長可變半導體激光器的激射波長連續變化。
在上述本發明的波長可變半導體激光器的第7檢測方法中，最好從與使上述DBR電流改變時得到的上述輸出強度改變點對應的上述DBR電流的間隔ΔIdbr和與使上述相位電流改變時得到的上述輸出強度改變點對應的上述相位電流的間隔ΔIph，算出上述DBR電流與上述相位電流的電流比ΔIdbr/ΔIph。另外，這時，最好算出上述DBR電流與上述相位電流的電流比，借助于用上述電流比控制上述DBR電流和上述相位電流，使上述波長可變半導體激光器的激射波長連續變化。
本發明的相干光源的第1檢測方法是包括至少具有有源區、相位調整區和分布布喇格反射(DBR)區的波長可變半導體激光器及2次諧波發生(SHG)元件的相干光源的檢測方法，其特征在于對上述有源區供給恒定的有源電流，改變對上述DBR區供給的DBR電流，用上述光接收元件檢測由上述SHG元件進行了波長轉換的高次諧波光的輸出強度，求出與上述波長可變半導體激光器的期望波長對應的上述DBR電流。
在上述本發明的相干光源的第1檢測方法中，上述波長可變半導體激光器的期望波長最好是由上述SHG元件進行了波長轉換的上述高次諧波光的輸出強度為最大值的波長。
本發明的相干光源的第2檢測方法是包括至少具有有源區、相位調整區和分布布喇格反射(DBR)區的波長可變半導體激光器及2次諧波發生(SHG)元件的相干光源的檢測方法，其特征在于獨立地分別改變對上述相位調整區供給的相位電流和對上述DBR區供給的DBR電流，用上述光接收元件檢測由上述SHG元件進行了波長轉換的高次諧波光的輸出強度，求出與上述輸出強度改變點對應的上述相位電流和上述DBR電流。
在上述本發明的相干光源的第2檢測方法中，最好從與上述輸出強度改變點對應的上述DBR電流和上述相位電流算出上述DBR電流與上述相位電流的電流比。另外，這時，最好算出上述DBR電流與上述相位電流的電流比，借助于用上述電流比控制上述DBR電流和上述相位電流，使上述波長可變半導體激光器的激射波長連續變化。
在上述本發明的相干光源的第2檢測方法中，最好從與使上述DBR電流改變時得到的上述輸出強度改變點對應的上述DBR電流的間隔ΔIdbr和與使上述相位電流改變時得到的上述輸出強度改變點對應的上述相位電流的間隔ΔIph，算出上述DBR電流與上述相位電流的電流比ΔIdbr/ΔIph。另外，這時，最好算出上述DBR電流與上述相位電流的電流比，借助于用上述電流比控制上述DBR電流和上述相位電流，使上述波長可變半導體激光器的激射波長連續變化。圖1是示出本發明第1實施例中波長可變DBR半導體激光器的檢測裝置的概略結構圖。
圖2是示出本發明第1實施例中波長可變DBR半導體激光器的有源電流與輸出強度的關系圖。
圖3是示出本發明第1實施例中DBR電流與透過透射型波長選擇元件后的輸出的關系圖。
圖4是示出本發明第1實施例中與輸出改變點對應的相位電流和DBR電流的關系圖。
圖5是示出本發明第2實施例中與輸出改變點對應的相位電流和DBR電流的關系圖。
圖6A是示出本發明第3實施例中使DBR電流改變時的DBR電流與透過透射型波長選擇元件后的輸出的關系圖，圖6B是示出本發明第3實施例中使相位電流改變時的DBR電流與透過透射型波長選擇元件后的輸出的關系圖。
圖7是示出本發明第4實施例中使用光波導型QPM-SHG器件的SHG藍光光源的概略結構圖。
圖8是示出本發明第4實施例中波長可變DBR半導體激光器的檢測裝置的概略結構圖。
圖9是示出本發明第4實施例中與輸出改變點對應的相位電流與DBR電流的關系圖。
圖10A是示出本發明第4實施例中使DBR電流改變時的DBR電流與透過透射型波長選擇元件后的輸出的關系圖，圖10B是示出本發明第4實施例中使相位電流改變時的DBR電流與透過透射型波長選擇元件后的輸出的關系圖。
圖11是示出本發明第5實施例中波長可變DBR半導體激光器的檢測裝置的概略結構圖。
圖12是示出本發明第5實施例中使DBR電流和相位電流改變時的DBR電流與透過透射型波長選擇元件后的輸出的關系圖。
圖13是示出本發明第6實施例中波長可變DBR半導體激光器的檢測裝置的概略結構圖。
圖14是示出現有技術中波長可變DBR半導體激光器的概略結構圖。
圖15是示出現有技術中波長可變DBR半導體激光器的使DBR電流改變時的波長可變特性圖。
圖16是示出現有技術中與跳模點對應的相位電流與DBR電流的關系圖。
圖17是示出現有技術中波長可變DBR半導體激光器的波長連續可變特性圖。下面利用實施例對本發明進一步作具體說明。圖1是示出本發明第1實施例中具有波長可變功能的DBR半導體激光器(以下稱“波長可變DBR半導體激光器”)的檢測裝置的概略結構圖。
如圖1所示，從波長可變DBR半導體激光器1射出的激光，經透鏡2變為平行光后被導引至用于檢測激光的輸出強度的光接收元件3。作為光接收元件3使用了具有至MHz左右的帶寬的器件。雖然通過使用響應速度更高的光接收元件作為光接收元件3可以提高光檢測速度，但其光接收面積減小。由光接收元件3測得的光信號經A/D轉換器4轉換為數字信號后被存儲在控制電路5內的存儲器中。作為控制用微型計算機，使用了12位的微型計算機。另外，該檢測裝置還具有可插入從波長可變DBR半導體激光器1至光接收元件3的光路上的透射型波長選擇元件6。
在本實施例中，作為透射型波長選擇元件6，使用了在石英玻璃基板上形成的電介質多層膜。這里，電介質多層膜為TiO2與SiO2的疊層結構。當使用由電介質多層膜構成的透射型波長選擇元件6時，通過改變透射型波長選擇元件6對激光光軸的角度，可以改變透射峰值波長。這時，當透射型波長選擇元件6對激光光軸的角度增大時，透射峰值波長向短波長側移動。
在本實施例中，通過將所用的透射型波長選擇元件6的對激光光軸的角度固定，評價了透射光譜。在本實施例中，使用3種(樣品A、B、C)透射型波長選擇元件6，它們各自的最大透射率(％)和透射率減半的半寬度(nm)如下樣品A中分別為50％和0.15nm，樣品B中分別為70％和0.3nm，樣品C中分別為90％和0.6nm。
波長可變DBR半導體激光器1有有源區、相位調整區和分布布喇格反射(DBR)區這3個區域。有源區是產生增益的區域。在DBR區形成衍射光柵，只有由該衍射光柵的周期規定的或者特別指定的波長的光被反射。因此，當從控制電路5內的電源向有源區供給電流(以下稱“有源電流”)時，就在有源區側的端面與DBR區之間產生受激輻射。另外，當從控制電路5內的電源向DBR區和相位調整區供給電流(以下稱“DBR電流”和“相位電流”)時，因存在內阻而溫度上升，從而折射率產生變化。因此，在DBR區，反射的光的波長發生變化，而在相位調整區，由有源區側的出射端面和DBR區構成的諧振腔的相位狀態發生變化。
如在現有技術一節中所述，使有源電流固定而使DBR電流改變時可以得到階梯狀的波長可變特性。進而，使相位電流改變，并再次使DBR電流改變，得到波長可變特性，對形成階梯的臺階(即輸出強度改變點)的電流值(現有技術的圖15中的A點)進行作圖，可以得到現有技術的圖16所示的圖形。從該圖形可以算出DBR電流(Idbr)與相位電流(Iph)的電流比Idbr/Iph＝0.5，當同時控制DBR電流(Idbr)和相位電流(Iph)使該關系保持時，可以實現現有技術的圖17所示的波長連續可變特性。
下面對利用圖1所示的波長可變DBR半導體激光器的檢測裝置的檢測方法進行說明。
1)有源電流-激光輸出特性首先，在從波長可變DBR半導體激光器1至光接收元件3的光路上不插入透射型波長選擇元件6的狀態下，使有源電流改變，用光接收元件3檢測從波長可變DBR半導體激光器1射出的激光的輸出強度。在透射型波長選擇元件6不存在的狀態下，借助于對有源區供給有源電流，可以得到圖2所示的有源電流-激光輸出特性。
2)波長可變DBR半導體激光器的波長檢測在從波長可變DBR半導體激光器1至光接收元件3的光路上插入透射型波長選擇元件6，將有源電流設定為150mA(激光輸出100mW)，相位電流設定為0mA，用光接收元件3檢測使DBR電流改變時的波長可變DBR半導體激光器1的輸出特性。另外，通過調整透射型波長選擇元件6(樣品C最大透射率為90％，半寬度為0.6nm)對從波長可變DBR半導體激光器1射出的激光的光軸的角度，將透射峰值波長設定為820nm。另外，在本實施例中，期望波長被設定為820±0.5nm。當使DBR電流從0mA改變至50mA時，一旦波長可變DBR半導體激光器1的激射波長成為820nm，則透過透射型波長選擇元件6后測得的光信號(激光的輸出強度)最大。在本實施例中使用的波長可變DBR半導體激光器1的激射波長從DBR電流為0mA時的819.5nm改變至DBR電流為50mA時的820.5nm。在圖3中示出了這時用光接收元件3測得的光信號(A/D轉換前的激光的輸出強度)。在圖3中，縱軸表示相對強度。如圖3所示，在DBR電流為25mA時，檢測出了最大輸出強度。由此可知，在本實施例中，與波長可變DBR半導體激光器1的期望波長對應的DBR電流為25mA。
3)電流比Idbr/Iph的測量圖3所示的使DBR電流改變時的透過透射型波長選擇元件6后的激光的輸出強度改變點(形成階梯的臺階的電流值B1～B5)是激射波長發生跳模的點。即，這些輸出強度改變點對應于現有技術的圖15所示的跳模點(例如A點)。然后將相位電流設定為20mA，同樣地用光接收元件3檢測使DBR電流改變時的、透過透射型波長選擇元件6后的激光輸出強度。由于通過增加相位電流，光波導內的折射率，即相位狀態改變，所以輸出強度改變點(B1～B5)移動。進而將相位電流設定為40mA，同樣地用光接收元件3檢測使DBR電流改變時的、透過透射型波長選擇元件6后的激光輸出強度，求出輸出強度改變點(B1～B5)。在圖4中，示出了與輸出強度改變點(B1～B5)對應的DBR電流和相位電流。
圖4的圖形與在現有技術一節中所示的圖16相當。從該圖形可以算出DBR電流(Idbr)與相位電流(Iph)的電流比Idbr/Iph，借助于以該電流比對DBR區和相位調整區分別供給DBR電流(Idbr)和相位電流(Iph)，可以使波長可變DBR半導體激光器1的激射波長連續變化。即能夠實現波長連續可變。在本實施例中，由圖4可以算出Idbr/Iph＝0.5，借助于以該電流比控制DBR電流(Idbr)和相位電流(Iph)，可以實現波長連續可變。
下面對實際使用控制電路5(微型計算機)的數據處理進行說明。在本實施例中，由于作為控制用微型計算機使用了12位的微型計算機，所以能夠將供給各區域的電流從0X000至0XFFF分為4096級。這里，0X表示16進制的數。另外，在本實施例中，相位電流和DBR電流的最大值被設定為約128mA。即0X020相當于1mA。另外，在本實施例中，有源電流的最大值被設定為約256mA。即0X010相當于1mA。
第1種方法(從圖形算出)這里，有源電流被設定為0X640(相當100mA，50mW)。首先將相位電流設定為0X000(0mA)，在固定該相位電流的狀態下，使DBR電流以0X010(0.5mA)的間距從0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐級變化。然后用A/D轉換器4將由光接收元件3測得的光信號轉換為數字信號，將Pd(1)～Pd(112)的數據存儲在控制電路5內的存儲器中。接著，將相位電流分別設定為0X280(20mA)和0X500(40mA)。然后，同樣地使DBR電流改變，將Pd(1)～Pd(112)的數據存儲在控制電路5內的存儲器中。
用存儲器內存儲的數據進行以下的操作。
1)求出Pd(1)～Pd(112)中的與最大值Pd(N)對應的DBR電流Idbrmax(N)。由此可以知道，與波長可變DBR半導體激光器1的期望波長對應的DBR電流為0X320(25mA)。
2)求使Pd(N+1)-Pd(N)＞δP成立的DBR電流Idbrδ(N)，即激光輸出強度改變點。這里，δP與使用的透射型波長選擇元件6的波長選擇性有關。在本實施例中，δP被設定為與最大輸出Pd(N)的5％相當的0.05Pd(N)。
通過對這些數據作圖可得到與圖4相當的圖形。由該圖形求出DBR電流(Idbr)和相位電流(Iph)的電流比Idbr/Iph的平均值，借助于以該電流比對DBR區和相位調整區分別供給DBR電流(Idbr)和相位電流(Iph)，可以實現波長連續可變。在本實施例中，Idbr/Iph＝0.5。
在本實施例中，還可以檢查波長可變DBR半導體激光器1的波長可變特性和單模性。由圖3可知，當DBR電流在由光接收元件3測得的光信號(激光輸出強度)為最大值的電流值0X320(25mA)以下時，所得信號單調增加，在0X320(25mA)以上時，所得信號單調下降。另外，與使Pd(N+1)-Pd(N)＞δP成立的激光輸出強度改變點對應的DBR電流的間隔基本上恒定。在測定的波長可變DBR半導體激光器1的波長可變特性i)不單調增加，ii)縱模為多模，iii)波長可變時的跳模點(輸出強度改變點)不穩定的場合，得不到圖3所示的特性。
在本實施例中，①通過評價0X320(25mA)前后的單調增加和單調下降特性，或者②通過評價輸出強度改變點的間隔較大地偏離間隔平均值的情況(例如30％)，可以檢查波長可變DBR半導體激光器1的波長可變特性和單模性。
本實施例的檢測裝置和檢測方法的特征在于裝置成本低，檢測速度快。在現有技術中使用的光譜分析儀的設備價格高，而且掃描速度和數據采入慢，從觸發到數據輸出通常需要數秒左右。與此相對照，在本實施例的結構中，檢測時間依賴于對波長可變DBR半導體激光器1供給電流時的供給速度和光接收元件3的響應速度，可以在μsec(微秒)～msec(毫秒)以下的數量級的時間內進行檢測。實際上，通過使用響應速度高的光接收元件3，可以在nsec(納秒)～μsec(微秒)以下的數量級的時間內進行檢測。
另外，透射型波長選擇元件的特征在于借助于制成多層膜結構，可以自由地設計波長選擇性，借助于像本實施例這樣將半寬度設計成0.6nm左右，可以評價1nm左右的波長可變區的波長可變特性。因此，根據本實施例，可以同時測定波長可變特性、與期望波長對應的DBR電流以及波長連續可變所必需的電流比Idbr/Iph＝0.5。還有，根據本實施例，借助于將波長選擇性的半寬度設計成1nm左右，還可以評價2nm左右的波長可變區中的波長可變特性。但是，當加寬波長可變寬度時，由于在輸出強度改變點用光接收元件測得的信號之差減小，所以必須將波長可變寬度設定成與檢測分辨率相應的波長選擇寬度。第2種方法(由微區的斜率算出)在波長可變DBR半導體激光器中，當使相位電流在跳模點的±10mA左右的范圍內變化時，在該范圍內不發生跳模(輸出強度改變)。因此，如在該區域測定Idbr(max)與相位電流的關系，能更簡單地求出電流比Idbr/Iph。在本實施例中，在圖1的結構中，作為透射型波長選擇元件6，使用了樣品A(最大透射率50％，半寬度0.15nm)。
這里，有源電流被設定為0X640(相當100mA，50mW)。首先將相位電流設定為0X000(0mA)，在固定該相位電流的狀態下，使DBR電流以0X010(0.5mA)的間距從0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐級變化。然后用A/D轉換器4將由光接收元件3測得的光信號轉換為數字信號，將Pd1(1)～Pd1(112)的數據存儲在控制電路5內的存儲器中。接著，在使相位電流以0X010(0.5mA)的間距從0X000(0mA)至0X500(40mA)逐級升高時，對每一個相位電流，以0X010(0.5mA)的間距從0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐級改變DBR電流。然后用A/D轉換器4將由光接收元件3測得的光信號轉換為數字信號，將Pdn(1)～Pdn(112)的數據存儲在控制電路5內的存儲器中。這時，求與存儲器中存儲的Pd1(1)～Pdn(112)中的最大值Pd(N)對應的相位電流和DBR電流(Iph0、Idbr0)。在本實施例中，得到了Iph0＝20mA，Idbr0＝25mA。在這里，求光信號為最大值時的相位電流是為了增大使DBR電流改變時所得到的Pdn(1)～Pdn(112)中的輸出強度改變點的改變量。
下面對檢測方法進行說明。
首先將相位電流設定為0X280(20mA)，在固定該相位電流的狀態下，使DBR電流以0X010(0.5mA)的間距從0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐級變化。然后用A/D轉換器4將由光接收元件3測得的光信號轉換為數字信號，將Pd1(1)～Pd1(112)的數據存儲在控制電路5內的存儲器中。接著，將相位電流設定為減小了5mA的0X1E0(15mA)，同樣地，在固定該相位電流的狀態下，使DBR電流以0X010(0.5mA)的間距0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐級變化。然后用A/D轉換器4將由光接收元件3測得的光信號轉換為數字信號，將Pd2(1)～Pd2(112)的數據存儲在控制電路5內的存儲器中。再接著，將相位電流設定為增加了5mA的0X320(25mA)，同樣地，在固定該相位電流的狀態下，使DBR電流以0X010(0.5mA)的間距從0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐級變化。然后用A/D轉換器4將由光接收元件3測得的光信號轉換為數字信號，將Pd3(1)～Pd3(112)的數據存儲在控制電路5內的存儲器中。
利用存儲在存儲器中的數據，對各個相位電流求與Pd1(N+1)-Pd1(N)、Pd2(N+1)-Pd2(N)、Pd3(N+1)-Pd3(N)為最大值時的DBR電流，即與激光輸出強度改變點對應的DBR電流(但在本實施例中，忽略為負值的值)。在圖5中示出了其結果。圖5中的橫軸是相對于輸出強度改變點的相位電流，縱軸是DBR電流。連接3個點的直線的斜率就是電流比Idbr/Iph，有Idbr/Iph＝0.5。
在本實施例的結構中，與上述第1實施例相同，檢測時間依賴于對波長可變DBR半導體激光器1供給電流時的供給速度和光接收元件3的響應速度，可以在msec(毫秒)以下的數量級的時間內進行檢測。
另外，關于本實施例的波長選擇寬度，其半寬度非常窄，為0.15nm。還有，對相位電流的最佳點也進行了檢測。借助于減窄波長選擇寬度，使在輸出強度改變點用光接收元件測得的信號之差增大，可以提高信號差Pd(N+1)-Pd(N)的檢測精度。因此，如本實施例這樣，由于可以檢測信號差Pd(N+1)-Pd(N)為最大值時的DBR電流(Idbr)，能夠簡單地算出電流比Idbr/Iph，所以可以求得檢測時間的進一步縮短。在本實施例中，對用激光輸出強度改變點的間隔算出電流比Idbr/Iph的方法進行說明。在本方法中，作為透射型波長選擇元件6，使用了透射光譜的半寬度為0.3nm的樣品B。
這里，有源電流被設定為0X640(相當100mA，50mW)。首先將相位電流設定為0X000(0mA)，在固定該相位電流的狀態下，使DBR電流以0X010(0.5mA)的間距從0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐級變化。然后用A/D轉換器4將由光接收元件3測得的光信號轉換為數字信號，將Pd(1)～Pd(112)的數據存儲在控制電路5內的存儲器中。接著，將DBR電流固定在與Pd(1)～Pd(112)中的最大值的Pd(N)對應的Idbr(25mA)，使相位電流以0X010(0.5mA)的間距從0X000(0mA)至0X700(56mA)逐級變化。然后用A/D轉換器4將由光接收元件3測得的光信號轉換為數字信號，將Pi(1)～Pi(112)的數據存儲在控制電路5內的存儲器中。
在圖6A、B中示出了所得到的數據。圖6的縱軸表示相對強度。由圖6A求使Pd(N+1)-Pd(N)＞δP成立的DBR電流Idbr(maxδ)，即激光輸出強度改變點，算出其間隔的平均值δIdbr(maxδ)。另外，由圖6B求使Pi(N+1)-Pi(N)＞δP成立的相位電流Iph(maxδ)，算出其間隔的平均值δIph(maxδ)。然后，由這些值算出波長連續可變所必需的電流比Idbr/Iph＝δIdbr(maxδ)/δIph(maxδ)。這里，δP與使用的透射型波長選擇元件6的波長選擇性有關。在本實施例中，δP被設定為相當于最大輸出Pd(N)的10％的0.1Pd(N)。作為圖6的結果，求得電流比Idbr/Iph＝0.5。
在本實施例的結構中，與上述第1和第2實施例相同，檢測時間依賴于對波長可變DBR半導體激光器1供給電流時的供給速度和光接收元件3的響應速度，可以在msec(毫秒)以下的數量級的時間內進行檢測。本實施例的特征在于對DBR電流進行1次掃描后，僅掃描1次相位電流就可以算出電流比Idbr/Iph。因此，能夠更高速地進行波長可變特性的檢測，其實用效果較大。在本實施例中，對將半導體激光器芯片和波長轉換元件安裝在亞底座上來制作SHG藍光光源，通過檢測藍光來檢測波長可變特性的方法進行說明。
在圖7中示出了本實施例中使用的SHG藍光光源的概略結構。
如圖7所示，在本實施例的SHG藍光光源中，作為用作基波的半導體激光器，使用了具有有源區8、相位調整區9和DBR區10的0.85μm波段的100mW級的AlGaAs系波長可變DBR半導體激光器7。在該半導體激光器中，可以通過改變對DBR區10供給的DBR電流來改變激射波長。
另外，作為波長轉換元件，使用了準相位匹配(以下記作“QPM”)方式的光波導型2次諧波發生(以下記作“SHG”)器件(光波導型QPM-SHG器件)11。即，光波導型QPM-SHG器件11，由在使用鈮酸鋰(LiNbO3)的光學晶體基板(X板摻5％mol的MgO的LiNbO3基板)的上表面形成的光波導12和用于補償基波與高次諧波的傳播常數之差的、與光波導12正交的周期性極化反轉區13構成。光波導12借助于在焦磷酸中進行質子交換而形成。另外，周期性極化反轉區13借助于在X板摻5％mol的MgO的LiNbO3基板的+x表面形成梳狀電極和平行電極，在梳狀電極和平行電極間施加5kV左右的電場而形成。在X板摻5％mol的MgO的LiNbO3基板上，在光波導形成面上形成了由SiO2構成的保護膜。在本實施例的SHG藍光光源中，借助于使基波的波長與光波導型QPM-SHG器件11的相位匹配波長相一致，實現了波長轉換。這時，對可得到最大轉換效率的波長，轉換效率減半的波長的容許寬度為0.1nm左右。
波長可變DBR半導體激光器7和光波導型QPM-SHG器件11，以有源層和形成光波導12的面與亞底座14相接的方式被固定在該亞底座14上，從波長可變DBR半導體激光器7的出射端面射出的激光直接耦合至光波導型QPM-SHG器件11的光波導12中。
一邊使波長可變DBR半導體激光器7發光，一邊進行光耦合調整，使得對100mW的激光輸出有60mW的激光耦合至光波導12中。控制波長可變DBR半導體激光器7的DBR電流和相位電流，使其激射波長固定在光波導型QPM-SHG器件11的相位匹配波長容許度內。現在，得到了10mW左右的波長為425nm的藍光。
在本實施例中，對通過檢測由波長轉換得到的高次諧波光(藍光)的輸出來測量波長連續可變所必需的DBR電流與相位電流的電流比的方法進行說明。一旦波長連續可變得到實現，就能夠穩定地控制藍光輸出(橫山等人電氣學會論文志C，Vol.120-C，P398，平成12年)。
光波導型QPM-SHG器件11的相位匹配波長容許寬度為0.1nm左右。即檢測藍光，與上述第1～第3實施例中的檢測透過透射型波長選擇元件后的激光的輸出強度有同等作用，可以考慮以光波導型QPM-SHG器件11代替透射型波長選擇元件。在本實施例中，對檢測由波長可變DBR半導體激光器7和光波導型QPM-SHG器件11構成的SHG藍光光源的波長可變DBR半導體激光器7的波長可變特性的方法進行說明。
下面對相當于上述第2實施例的檢測方法進行說明。在圖8中示出了在本實施例中使用的檢測裝置。
如圖8所示，從波長可變DBR半導體激光器7射出的藍光，經透鏡16變為平行光后被導引至光接收元件17。該檢測裝置具有可插入從透鏡16至光接收元件17的光路上的基波截止濾色片18，未進行波長轉換的基波被該基波截止濾色片18截斷。因此，光接收元件17能夠只將經波長轉換得到的藍光作為光信號進行檢測。由光接收元件17測得的光信號被A/D轉換器19轉換為數字信號后存入控制電路20內的存儲器中。
這里，有源電流被設定為0XA00(相當160mA，100mW)。由于經波長轉換得到的藍光對100mW的激光輸出為10mW左右，所以為了提高測定精度，將供給電流設定得大了一些。首先將相位電流設定為0X000(0mA)，在該相位電流固定的狀態下，使DBR電流以0X010(0.5mA)的間距從0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐級變化。然后用光接收元件17檢測經波長轉換得到的藍光，并用A/D轉換器19將該檢測出的信號轉換為數字信號，將Pd2ω1(1)～Pd2ω1(112)的數據存儲在控制電路20內的存儲器中。接著，在使相位電流以0X010(0.5mA)的間距從0X000(0mA)至0X500(40mA)逐級升高時，對每一個相位電流，以0X010(0.5mA)的間距從0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐級改變DBR電流。然后用光接收元件17檢測經波長轉換得到的藍光，并用A/D轉換器19將該檢測出的信號轉換為數字信號，將Pd2ωn(1)～Pd2ωn(112)的數據存儲在控制電路20內的存儲器中。這時，求與存儲器中存儲的Pd2ω1(1)～Pd2ωn(112)中的最大值Pd2ω(N)對應的相位電流和DBR電流(Iph0、Idbr0)。在本實施例中，得到了Iph0＝20mA，Idbr0＝25mA。在這里，求光信號為最大值時的相位電流是為了增大使DBR電流改變時所得到的Pd2ωn(1)～Pd2ωn(112)中的輸出強度改變點的改變量。
下面對檢測方法進行說明。
首先將相位電流設定為0X280(20mA)，在固定該相位電流的狀態下，使DBR電流以0X010(0.5mA)的間距從0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐級變化。然后用光接收元件17檢測經波長轉換得到的藍光，并用A/D轉換器19將該檢測出的信號轉換為數字信號，將Pd2ω1(1)～Pd2ω1(112)的數據存儲在控制電路20內的存儲器中。接著，將相位電流設定為減小了5mA的0X1E0(15mA)，同樣地，在固定該相位電流的狀態下，使DBR電流以0X010(0.5mA)的間距從0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐級變化。然后用光接收元件17檢測經波長轉換得到的藍光，并用A/D轉換器19將該檢測出的信號轉換為數字信號，將Pd2ω2(1)～Pd2ω2(112)的數據存儲在控制電路20內的存儲器中。再接著，將相位電流設定為增加了5mA的0X320(25mA)，同樣地，在固定該相位電流的狀態下，使DBR電流以0X010(0.5mA)的間距從0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐級變化。然后用光接收元件17檢測經波長轉換得到的藍光，并用A/D轉換器19將該檢測出的信號轉換為數字信號，將Pd2ω3(1)～Pd2ω3(112)的數據存儲在控制電路20內的存儲器中。
利用存儲在存儲器中的數據，對各個相位電流求與Pd2ω1(N+1)-Pd2ω1(N)、Pd2ω2(N+1)-Pd2ω2(N)、Pd2ω3(N+1)-Pd2ω3(N)為最大值時的DBR電流，即與輸出強度改變點對應的DBR電流(但在本實施例中，忽略為負值的值)。在圖9中示出了其結果。聯結3個點的直線的斜率就是電流比Idbr/Iph，有Idbr/Iph＝0.5。
圖9的結果與圖5的結果大致相同。在由波長可變DBR半導體激光器和光波導型QPM-SHG器件構成的SHG藍光光源中，取代使用透射型波長選擇元件，通過檢測經波長轉換得到的藍光輸出，同樣地能夠求得波長可變DBR半導體激光器的波長可變特性，同時能夠容易地求出波長連續可變所必需的電流比Idbr/Iph。
另外，采用與上述第3實施例相當的檢測方法，也能夠檢測波長可變特性。下面對此方法進行說明。
在采用與上述第3實施例相當的檢測方法的場合，需要在使相位電流改變時檢測輸出強度改變點。因此，當對光波導型QPM-SHG器件的相位匹配的波長容許寬度較小時，不能夠檢測輸出強度改變點。在本實施例中，使用了元件長度5mm，波長容許寬度0.2nm的光波導型QPM-SHG器件。
這里，有源電流被設定為0XA00(相當160mA，100mW)。由于經波長轉換得到的藍光對100mW的激光輸出為10mW左右，所以為了提高測量精度，將供給電流設定得大了一些。首先將相位電流設定為0X000(0mA)，在固定該相位電流的狀態下，使DBR電流以0X010(0.5mA)的間距從0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐級變化。然后用光接收元件17檢測經波長轉換得到的藍光，并用A/D轉換器19將該檢測出的信號轉換為數字信號，將Pd2ω(1)～Pd2ω(112)的數據存儲在控制電路20內的存儲器中。接著，將DBR電流固定在與Pd2ω(1)～Pd2ω(112)中的最大值的Pd2ω(N)對應的Idbr(25mA)，使相位電流以0X010(0.5mA)的間距從0X000(0mA)至0X700(56mA)逐級變化。然后用光接收元件17檢測經波長轉換得到的藍光，并用A/D轉換器19將該檢測出的信號轉換為數字信號，將Pi2ω(1)～Pi2ω(112)的數據存儲在控制電路20內的存儲器中。
在圖10A、B中示出了得到的數據。圖10的縱軸表示相對強度。由圖10A求使Pd2ω(N+1)-Pd2ω(N)＞δP成立的DBR電流Idbr(maxδ)，即輸出強度改變點，算出其間隔的平均值δIdbr(maxδ)。另外，由圖10B求使Pi2ω(N+1)-Pi2ω(N)＞δP成立的相位電流Iph(maxδ)，算出其間隔的平均值δIph(maxδ)。然后，由這些值算出波長連續可變所必需的電流比Idbr/Iph＝δIdbr(maxδ)/δIph(maxδ)。在本實施例中，δP被設定為相當于最大輸出Pd(N)的20％的0.2Pd(N)。作為圖10的結果，求得電流比Idbr/Iph＝0.5。
還有，雖然在本實施例中對由波長可變DBR半導體激光器7和光波導型QPM-SHG器件11構成的SHG藍光光源進行了說明，但在由波長可變DBR半導體激光器和體型QPM-SHG器件構成的SHG藍光光源中也能得到同樣的效果。還有，在采用利用雙折射性的相位匹配型SHG器件的場合，也能得到同樣的效果。
如上所述，在由波長可變DBR半導體激光器7和光波導型QPM-SHG器件11構成的SHG藍光光源的檢測中，不需要對單個的波長可變DBR半導體激光器7進行檢測，借助于評價安裝組合后的SHG藍光光源的波長轉換特性，可以一并檢測①波長可變DBR半導體激光器的輸出特性、波長可變特性等，②用于實現SHG藍光光源輸出穩定的波長連續可變所必需的電流比，以及同時檢測①和②。由于此結果也能使檢測時間縮短，所以其實用效果較大。
另外，本實施例的特征在于，如圖10所示，輸出強度改變點的輸出變化往往較大。上述第3實施例中的圖6示出了從波長可變DBR半導體激光器1射出的激光被光接收元件3直接接收時的輸出變化的狀態。在SHG藍光光源中得到的高次諧波光的輸出與作為基波的半導體激光的輸出變化的平方成正比。因此，在以經2次諧波發生得到的高次諧波光作為光信號進行光接收的場合，能夠使輸出強度改變點的輸出變化增大。從而也能提高檢測精度。在本實施例中，對不使用透射型波長選擇元件求波長連續可變所必需的DBR電流和相位電流的電流比Idbr/Iph的方法進行說明。
波長可變DBR半導體激光器具有有源區、相位調整區和分布布喇格反射(DBR)區這3個區域。當對DBR區和相位調整區分別供給DBR電流和相位電流時，因存在內阻而溫度上升，從而折射率發生變化。因此，在DBR區反射的光的波長發生變化，而在相位調整區，由有源區側的出射端面和DBR區構成的諧振腔的相位狀態發生變化。在使DBR電流、相位電流改變時之所以能得到階梯狀的波長可變特性，是由于相位狀態變化，從而諧振腔內的波的數目有了改變的緣故。由于當諧振腔內的波的相位狀態和波的數目改變時，波長可變DBR半導體激光器的激射狀態發生變化，所以得到的輸出強度也發生變化。
在圖11中，示出了在本實施例中使用的檢測裝置。在本實施例的檢測裝置中，不需要透射型波長選擇元件。
如圖11所示，從波長可變DBR半導體激光器21射出的激光，經透鏡22變為平行光后直接被導引至光接收元件23。由光接收元件23測得的光信號經A/D轉換器24轉換為數字信號后被存儲在控制電路25內的存儲器中。
在圖12中，示出了將波長可變DBR半導體激光器的有源電流設定為100mA，使DBR電流和相位電流改變時的輸出強度。在圖12中，縱軸表示相對強度。圖12中的C點是波的數目發生變化的點，相當于現有技術的圖15中所示的A點。由于在上述第3實施例中求得的輸出強度改變點是圖12中的C點，所以可以通過對DBR電流和相位電流求該C點的電流間隔，算出波長連續可變所必需的DBR電流和相位電流的電流比Idbr/Iph。
下面對實際的檢測方法進行說明。這里，有源電流被設定為0X640(相當100mA，50mW)。首先將相位電流設定為0X000(0mA)，在固定該相位電流的狀態下，使DBR電流以0X010(0.5mA)的間距從0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐級變化。然后用A/D轉換器24將由光接收元件23測得的光信號轉換為數字信號，將Pd(1)～Pd(112)的數據存儲在控制電路25內的存儲器中。接著，將DBR電流設定為0X000(0mA)，使相位電流以0X010(0.5mA)的間距從0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐級變化。然后，用A/D轉換器24將由光接收元件23測得的光信號轉換為數字信號，將Pi(1)～Pi(112)的數據存儲在控制電路25內的存儲器中。
相當于圖12的C點的點是Pd(1)～Pd(112)和Pi(1)～Pi(112)的值由負變正的點。求出由負變正的點，算出該間隔的平均值δIdbr(±)和δIph(±)。由這些值算出波長連續可變所必需的電流比Idbr/Iph＝δIdbr(±)/δIph(±)。在本實施例中，求得電流比Idbr/Iph＝0.5。
在本實施例的結構中，檢測時間依賴于對波長可變DBR半導體激光器21供給電流時的供給速度和光接收元件23的響應速度，可以在msec(毫秒)以下的數量級的時間內進行檢測。另外，在對DBR電流進行1次掃描后，僅掃描1次相位電流就可以算出電流比Idbr/Iph。還有，通過在波長可變區檢查輸出強度改變點的間隔的恒定，可以檢查大概的波長可變特性。若該間隔不穩定就意味著縱模為多模，或者是波長可變不穩定。
另外，本實施例的檢測方法由于與上述第1～第3實施例不同，不需要透射型波長選擇元件，所以它是可以利用與現有的半導體激光器的檢測裝置相同的裝置的實用的檢測方法。但是，圖12所示的輸出變化依賴于波長可變DBR半導體激光器21的出射端面和DBR區的衍射光量。特別是在高輸出半導體激光器中，由于出射端面的反射率小，所以檢測其輸出變化很困難。在上述第1～第4實施例的結構中，可以檢測的信號大，而且其改變量也大。還有，根據上述第1～第4實施例，可以求得相位匹配波長等，以及期望波長附近的電流比Idbr/Iph。
另外，根據本實施例的檢測方法，在由波長可變DBR半導體激光器和光波導型QPM-SHG器件構成的SHG藍光光源中，也能得到同樣的效果。但是，在SHG藍光光源中，由于波長可變DBR半導體激光器的激射波長與光波導型QPM-SHG器件的相位匹配波長相一致時，從光波導出射部得到的半導體激光因波長轉換而減少，所以也會發生由這一效應而引起的輸出變動。因此，在偏離相位匹配波長的波段的檢測能夠以更高的精度進行。借助于檢測經波長轉換得到的藍光輸出，同樣地可以得到波長可變特性，并且還能夠容易地求得波長連續可變所必需的電流比Idbr/Iph。在上述第1～第3實施例中，對使用透射型波長選擇元件檢測波長可變DBR半導體激光器的波長可變特性的方法進行了說明。另外，在上述第4實施例中，對通過檢測經光波導型QPM-SHG器件進行波長轉換得到的藍光，來檢查波長可變DBR半導體激光器的波長可變特性的方法進行了說明。由以上的說明可知，用光波導型QPM-SHG器件代替透射型波長選擇元件也能夠檢測波長可變DBR半導體激光器的波長可變特性。但是，由于在使用光波導型QPM-SHG器件時必須使從波長可變DBR半導體激光器射出的激光光耦合到光波導型QPM-SHG器件的光波導中，所以在使用上很不方便。于是在本實施例中，對使用體型QPM-SHG器件檢測波長可變DBR半導體激光器的波長可變特性的方法進行說明。
首先說明體型QPM-SHG器件的制作方法。在1mm厚的Z切割LiTaO3基板上形成周期性極化反轉區。周期性極化反轉區借助于在Z切割LiTaO3基板的+z表面形成梳狀電極，在其-z表面形成背面電極，在梳狀電極和背面電極間施加20kV左右的電場而形成。極化反轉周期為10μm，形成3維的準相位匹配條件。元件長度為3mm，對可得到最大轉換效率的波長，轉換效率減半的波長的容許寬度為0.3nm左右。容許寬度依賴于元件長度，通過使其長度為1mm，可以展寬到1nm左右。
在圖13中，示出了本實施例中使用的檢測裝置。
如圖13所示，從波長可變DBR半導體激光器26射出的激光經透鏡27變為平行光，會聚到體型QPM-SHG器件28上。會聚到體型QPM-SHG器件28上的激光在那里進行波長轉換，變為藍光(高次諧波光)。藍光經透鏡29變為平行光后被導引至光接收元件31。在本實施例中，使用了元件長度為3mm，容許寬度為0.3nm的樣品。該檢測裝置在從透鏡29至光接收元件31的光路上設置了基波截止濾色片30，未進行波長轉換的基波被該基波截止濾色片30遮住。因此，光接收元件31能夠只將經波長轉換得到的藍光作為光信號進行檢測。
在本實施例的結構中，由于借助于體型QPM-SHG器件28得到的藍光的輸出功率小，所以加大了光接收元件31的負載電阻，以提高靈敏度。會聚在體型QPM-SHG器件上的基波，與光波導型QPM-SHG器件的場合比較，由于功率密度小，而且相互作用長度短，所以轉換效率低。因此，光接收元件的響應速度與在上述第1實施例中使用的響應速度相比，慢了2個數量級。由光接收元件31測得的光信號被A/D轉換器32轉換為數字信號，存入控制電路33內的存儲器中。作為控制用微型計算機，使用了12位的微型計算機。
下面對檢測方法進行說明。
檢測藍光，與上述第1～第3實施例中的檢測透過透射型波長選擇元件后的激光的輸出強度有同等作用，可以考慮以體型QPM-SHG器件28代替透射型波長選擇元件。因此，可以用與上述第4實施例相同的方法檢測波長可變DBR半導體激光器26的波長可變特性。
下面對與上述第2實施例相當的檢測方法簡單地進行說明。
這里，有源電流被設定為160mA(相當100mW)。經波長轉換得到的藍光對100mW的激光輸出為100μW左右。首先將相位電流設定為0mA，在固定該相位電流的狀態下，使DBR電流從0mA至50mA變化。然后用光接收元件31檢測經波長轉換得到的藍光，并用A/D轉換器32將該檢測出的信號轉換為數字信號，將Pd2ω1(1)～Pd2ω1(N)的數據存儲在控制電路33內的存儲器中。接著，在使相位電流從0mA至40mA升高時，對各個相位電流，使DBR電流從0mA至50mA變化。然后用光接收元件31檢測經波長轉換得到的藍光，并用A/D轉換器32將該檢測出的信號轉換為數字信號，將Pd2ωn(1)～Pd2ωn(N)的數據存儲在控制電路33內的存儲器中。這時，求與存儲器中存儲的由Pd2ω1(1)至Pd2ωn(N)中的最大值對應的相位電流和DBR電流(Iph0、Idbr0)。
將相位電流設定為Iph0，在固定該相位電流的狀態下，使DBR電流從0mA至50mA變化。然后用光接收元件31檢測經波長轉換得到的藍光，并用A/D轉換器32將該檢測出的信號轉換為數字信號，將Pd2ω1(1)～Pd2ω1(N)的數據存儲在控制電路33內的存儲器中。接著，將相位電流設定為Iph0-5mA，同樣地，在固定該相位電流的狀態下，使DBR電流從0mA至50mA變化。然后用光接收元件31檢測經波長轉換得到的藍光，并用A/D轉換器32將該檢測出的信號轉換為數字信號，將Pd2ω2(1)～Pd2ω2(N)的數據存儲在控制電路33內的存儲器中。再接著，將相位電流設定為Iph0+5mA，同樣地，在該相位電流固定的狀態下，使DBR電流從0mA至50mA變化。然后用光接收元件31檢測經波長轉換得到的藍光，并用A/D轉換器32將該檢測出的信號轉換為數字信號，將Pd2ω3(1)～Pd2ω3(N)的數據存儲在控制電路33內的存儲器中。
利用存儲在存儲器中的數據，對各相位電流求與Pd2ω1(N+1)-Pd2ω1(N)、Pd2ω2(N+1)-Pd2ω2(N)、Pd2ω3(N+1)-Pd2ω3(N)為最大值時的DBR電流，即與輸出強度改變點對應的DBR電流(但在本實施例中，忽略為負值的值)。據此，可以得到與圖9相同的結果。聯結3個點的直線的斜率就是電流比Idbr/Iph。
另外，采用與上述第3實施例相當的檢測方法，也能夠檢測波長可變特性。下面對此方法進行說明。
這里，有源電流被設定為160mA(相當100mW)。首先將相位電流設定為0mA，在固定該相位電流的狀態下，使DBR電流從0mA至50mA變化。然后用光接收元件31檢測經波長轉換得到的藍光，并用A/D轉換器32將該檢測出的信號轉換為數字信號，將Pd2ω(1)～Pd2ω(N)的數據存儲在控制電路33內的存儲器中。接著，將DBR電流固定在Pd2ω(N)為最大值的Idbrmax，使相位電流從0mA至50mA變化。然后用光接收元件31檢測經波長轉換得到的藍光，并用A/D轉換器32將該檢測出的信號轉換為數字信號，將Pi2ω(1)～Pi2ω(N)的數據存儲在控制電路33內的存儲器中。
根據以上所述，可以得到與圖10A、B相同的結果。由圖10A求使Pd2ω(N+1)-Pd2ω(N)＞δP成立的DBR電流Idbr(maxδ)，即輸出強度改變點，算出其間隔的平均值δIdbr(maxδ)。另外，由圖10B求使Pi2ω(N+1)-Pi2ω(N)＞δP成立的相位電流Iph(maxδ)，算出其間隔的平均值δIph(maxδ)。然后，由這些值算出波長連續可變所必需的電流比Idbr/Iph＝δIdbr(maxδ)/δIph(maxδ)。
另外，在本實施例中，對使用體型QPM-SHG器件檢測波長可變DBR半導體激光器的方法進行了說明。體型QPM-SHG器件的特征在于制作容易，而且成本低。另外，體型QPM-SHG器件的特征還在于，借助于切割研磨，可以在元件制作后高精度地改變波長選擇寬度(容許寬度)。波長可變DBR半導體激光器的縱模間隔(跳模間隔)依賴于諧振腔長度。因此，本實施例的方法在選擇最佳容許寬度的場合下是有效的方法。
另外，在本實施例中，與上述第4實施例一樣，由于利用了SHG，所以輸出強度改變點的輸出變化大。在以由2次諧波發生得到的高次諧波光作為光信號進行光接收的場合，能夠使輸出強度改變點的輸出變化增大。從而也能提高檢測精度。如上所述，根據本發明，借助于在至少具有有源區、相位調整區和分布布喇格反射(DBR)區的波長可變半導體激光器的檢測裝置中，包括對上述有源區、上述相位調整區和上述DBR區供給電流的電源；檢測從上述波長可變半導體激光器射出的激光的輸出強度的光接收元件；以及可插入從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上的透射型波長選擇元件，在從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述透射型波長選擇元件的狀態下，對于向上述有源區供給的規定的有源電流，改變對上述相位調整區供給的相位電流和對上述DBR區供給的DBR電流的至少一方，用上述光接收元件檢測透過上述透射型波長選擇元件后的上述激光的輸出強度，求與輸出強度改變點對應的相位電流和DBR電流，可以簡單而高速地檢測波長可變DBR半導體激光器的波長可變的穩定性和波長連續可變所必需的電流比Idbr/Iph等。
權利要求
1.一種波長可變半導體激光器的檢測裝置，它是至少具有有源區、相位調整區和分布布喇格反射(DBR)區的波長可變半導體激光器的檢測裝置，其特征在于，包括對上述有源區、上述相位調整區和上述DBR區供給電流的電源；檢測從上述波長可變半導體激光器射出的激光的輸出強度的光接收元件；以及可插入從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上的透射型波長選擇元件。
2.如權利要求1所述的波長可變半導體激光器的檢測裝置，其特征在于在從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述透射型波長選擇元件的狀態下，對于向上述有源區供給的規定的有源電流，改變對上述相位調整區供給的相位電流和對上述DBR區供給的DBR電流的至少一方，用上述光接收元件檢測透過上述透射型波長選擇元件后的上述激光的輸出強度。
3.一種波長可變半導體激光器的檢測方法，它是使用權利要求1所述的檢測裝置的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于在從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上不插入上述透射型波長選擇元件的狀態下，改變對上述有源區供給的有源電流，用上述光接收元件檢測從上述波長可變半導體激光器射出的激光的輸出強度，求出上述有源電流與上述輸出強度的關系。
4.一種波長可變半導體激光器的檢測方法，它是使用權利要求1所述的檢測裝置的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于對上述有源區供給恒定的有源電流，在從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述透射型波長選擇元件的狀態下，改變對上述DBR區供給的DBR電流，用上述光接收元件檢測透過上述透射型波長選擇元件后的上述激光的輸出強度，求出與上述波長可變半導體激光器的期望波長對應的上述DBR電流。
5.如權利要求4所述的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于上述波長可變半導體激光器的期望波長是透過上述透射型波長選擇元件后的上述激光的輸出強度為最大值的波長。
6.一種波長可變半導體激光器的檢測方法，它是使用權利要求1所述的檢測裝置的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于對上述有源區供給恒定的有源電流，在從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述透射型波長選擇元件的狀態下，獨立地分別改變對上述相位調整區供給的相位電流和對上述DBR區供給的DBR電流，用上述光接收元件檢測透過上述透射型波長選擇元件后的上述激光的輸出強度，求出與上述輸出強度改變點對應的上述相位電流和上述DBR電流。
7.如權利要求6所述的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于由與上述輸出強度改變點對應的上述DBR電流和上述相位電流算出上述DBR電流與上述相位電流的電流比。
8.如權利要求6所述的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于從與使上述DBR電流改變時得到的上述輸出強度改變點對應的上述DBR電流的間隔ΔIdbr和與使上述相位電流改變時得到的上述輸出強度改變點對應的上述相位電流的間隔ΔIph，算出上述DBR電流與上述相位電流的電流比ΔIdbr/ΔIph。
9.如權利要求7或8所述的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于算出上述DBR電流與上述相位電流的電流比，借助于用上述電流比控制上述DBR電流和上述相位電流，使上述波長可變半導體激光器的激射波長連續變化。
10.一種波長可變半導體激光器的檢測方法，它是至少具有有源區、相位調整區和分布布喇格反射(DBR)區的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于對上述有源區供給的規定的有源電流，用光接收元件檢測得到的激光的輸出強度，求出與改變對上述DBR區供給的DBR電流時得到的上述激光輸出強度改變點對應的上述DBR電流的間隔ΔIdbr和與改變對上述相位調整區供給的相位電流時得到的上述輸出強度改變點對應的上述相位電流的間隔ΔIph，算出上述DBR電流間隔ΔIdbr與上述相位電流間隔ΔIph的電流比ΔIdbr/ΔIph。
11.如權利要求10所述的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于使上述相位電流改變時得到的上述輸出強度改變點和使上述DBR電流改變時得到的上述輸出強度改變點是從上述輸出強度減少變為上述輸出強度增加的的改變點。
12.如權利要求10所述的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于借助于用上述電流比ΔIdbr/ΔIph控制上述DBR電流和上述相位電流，使上述波長可變半導體激光器的激射波長連續變化。
13.一種波長可變半導體激光器的檢測裝置，它是至少具有有源區、相位調整區和分布布喇格反射(DBR)區的波長可變半導體激光器的檢測裝置，其特征在于，包括對上述有源區、上述相位調整區和上述DBR區供給電流的電源；檢測從上述波長可變半導體激光器射出的激光的輸出強度的光接收元件；以及可插入從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上的2次諧波發生(SHG)元件。
14.如權利要求13所述的波長可變半導體激光器的檢測裝置，其特征在于在從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述SHG元件的狀態下，對于向上述有源區供給的規定的有源電流，改變對上述相位調整區供給的相位電流和對上述DBR區供給的DBR電流的至少一方，用上述光接收元件檢測由上述SHG元件進行了波長轉換的高次諧波光的輸出強度。
15.一種波長可變半導體激光器的檢測方法，它是使用權利要求13所述的檢測裝置的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于在從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上不插入上述SHG元件的狀態下，改變對上述有源區供給的有源電流，用上述光接收元件檢測從上述波長可變半導體激光器射出的激光的輸出強度，求出上述有源電流與上述輸出強度的關系。
16.一種波長可變半導體激光器的檢測方法，它是使用權利要求13所述的檢測裝置的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于對上述有源區供給恒定的有源電流，在從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述SHG元件的狀態下，改變對上述DBR區供給的DBR電流，用上述光接收元件檢測由上述SHG元件進行了波長轉換的高次諧波光的輸出強度，求出與上述波長可變半導體激光器的期望波長對應的上述DBR電流。
17.如權利要求16所述的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于上述波長可變半導體激光器的期望波長是由上述SHG元件進行了波長轉換的上述高次諧波光的輸出強度為最大值的波長。
18.一種波長可變半導體激光器的檢測方法，它是使用權利要求13所述的檢測裝置的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于對上述有源區供給恒定的有源電流，在從上述波長可變半導體激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述SHG元件的狀態下，獨立地分別改變對上述相位調整區供給的相位電流和對上述DBR區供給的DBR電流，用上述光接收元件檢測由上述SHG元件進行了波長轉換的上述高次諧波光的輸出強度，求出與上述輸出強度改變點對應的上述相位電流和上述DBR電流。
19.如權利要求18所述的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于從與上述輸出強度改變點對應的上述相位電流和上述DBR電流算出上述相位電流與上述DBR電流的電流比。
20.如權利要求18所述的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于從與使上述DBR電流改變時得到的上述輸出強度改變點對應的上述DBR電流的間隔ΔIdbr和與使上述相位電流改變時得到的上述輸出強度改變點對應的上述相位電流的間隔ΔIph，算出上述DBR電流與上述相位電流的電流比ΔIdbr/ΔIph。
21.如權利要求19或20所述的波長可變半導體激光器的檢測方法，其特征在于算出上述DBR電流與上述相位電流的電流比，借助于用上述電流比控制上述DBR電流和上述相位電流，使上述波長可變半導體激光器的激射波長連續變化。
22.一種相干光源的檢測方法，它是包括至少具有有源區、相位調整區和分布布喇格反射(DBR)區的波長可變半導體激光器及2次諧波發生(SHG)元件的相干光源的檢測方法，其特征在于對上述有源區供給恒定的有源電流，改變對上述DBR區供給的DBR電流，用上述光接收元件檢測由上述SHG元件進行了波長轉換的高次諧波光的輸出強度，求出與上述波長可變半導體激光器的期望波長對應的上述DBR電流。
23.如權利要求22所述的相干光源的檢測方法，其特征在于上述波長可變半導體激光器的期望波長是由上述SHG元件進行了波長轉換的上述高次諧波光的輸出強度為最大值的波長。
24.一種相干光源的檢測方法，它是包括至少具有有源區、相位調整區和分布布喇格反射(DBR)區的波長可變半導體激光器及2次諧波發生(SHG)元件的相干光源的檢測方法，其特征在于獨立地分別改變對上述相位調整區供給的相位電流和對上述DBR區供給的DBR電流，用上述光接收元件檢測由上述SHG元件進行了波長轉換的高次諧波光的輸出強度，求出與上述輸出強度改變點對應的上述相位電流和上述DBR電流。
25.如權利要求24所述的相干光源的檢測方法，其特征在于從與上述輸出強度改變點對應的上述DBR電流和上述相位電流算出上述DBR電流與上述相位電流的電流比。
26.如權利要求24所述的相干光源的檢測方法，其特征在于從與使上述DBR電流改變時得到的上述輸出強度改變點對應的上述DBR電流的間隔ΔIdbr和與使上述相位電流改變時得到的上述輸出強度改變點對應的上述相位電流的間隔ΔIph，算出上述DBR電流與上述相位電流的電流比ΔIdbr/ΔIph。
27.如權利要求25或26所述的相干光源的檢測方法，其特征在于算出上述DBR電流與上述相位電流的電流比，借助于用上述電流比控制上述DBR電流和上述相位電流，使上述波長可變半導體激光器的激射波長連續變化。
全文摘要
本發明的課題是提供一種簡單而高速地評價波長可變半導體激光器的波長可變特性的方法。所用檢測裝置是由對具有有源區、相位調整區和DBR區的波長可變DBR半導體激光器1供給電流的電源；檢測從波長可變DBR半導體激光器1射出的激光的輸出強度的光接收元件3；以及可插入從波長可變DBR半導體激光器1至光接收元件3的光路上的透射型波長選擇元件6構成的檢測裝置。在從波長可變DBR半導體激光器1至光接收元件3的光路上插入了透射型波長選擇元件6的狀態下，對于向有源區供給的規定的有源電流，改變對相位調整區供給的相位電流和對DBR區供給的DBR電流的至少一方，用光接收元件3檢測透過透射型波長選擇元件6后的激光的輸出強度。
文檔編號G01J9/02GK1482437SQ02131599
公開日2004年3月17日 申請日期2002年9月10日 優先權日2002年9月10日
發明者北岡康夫, 橫山敏史, 山本和久, 久, 史 申請人:松下電器產業株式會社