专利名称：半导体激光器的控制方法
技术领域：
本发明涉及半导体激光器的控制方法。
背景技术：
波长可调半导体激光器是一种光器件。波长可调半导体激光器具有 对激光振荡的增益，并选择波长。作为选择波长的方法，有这样的方法-通过调节谐振器中的光波导中的衍射光栅等的光学功能区域的折射率来 调节损耗、反射或增益的波长特性。
调节折射率的方法不需要机械可动部分，这与调节机械角度或机械 长度的方法不同。因此，此方法在可靠性和生产成本上具有优势。作为 调节光波导的折射率的方法，有这样的方法调节光波导的温度的方法、 通过电流注入来调节光波导中的载流子密度的方法等。作为采用调节光 波导温度的方法的波长可调激光器的实例，提出了具有反射峰值的峰值
波长周期地出现的取样光栅分布布拉格反射器(Sampled Gmting Distributed Bragg Reflector (SG-DBR))和增益谱的峰值波长周期地出现 的取样光栅分布反馈(Sampled Grating Distributed Feedback (SG-DFB)) 的半导体激光器。
该半导体激光器控制SG-DBR和SG-DFB的反射谱之间的相关关系， 利用游标效应(vernier effect)选择波长，并发出激光。即，半导体激光 器在两个谱重叠并且反射强度达到最大的一个波长处振荡。因此能够通 过控制两个反射谱的相关关系来控制振荡波长。
日本专利申请公开NO. 9-92934 (此后称为文献l)公开了一种通过
控制光波导的折射率来控制振荡波长的半导体激光器。在文献1中，釆 用珀耳帖效应(peltiert)器件(温度控制装置)和加热器作为用于控制光 波导的折射率的控制部。使用该温度控制装置和该加热器，通过对光波导的温度控制来控制波长。
然而，当温度控制装置控制半导体激光器的温度时，两个谱的改变 量可能彼此不同。在这种情况下，可能不能获得期望的振荡波长。
发明内容
本发明鉴于上述情况而作出，并且提供这样一种半导体激光器的控 制方法，即，即使温度控制装置控制该半导体激光器也可以获得希望的 振荡波长。
根据本发明的一个方面，提供了一种半导体激光器的控制方法，该 半导体激光器包括具有彼此不同的波长特性的多个波长选择部、并且该 半导体激光器安装在温度控制装置上，所述方法包括第一步骤，根据 该半导体激光器的检测输出波长校正该温度控制装置的温度；和第二步 骤，控制所述波长选择部中的至少一个波长选择部，以减小所述多个波 长选择部的各波长特性之间的改变量差，该改变量差是由于校正该温度 控制装置的温度而造成的。
该方法解决了由于与温度控制装置的温度变化相对的各波长选择部 的各波长特性的改变量差而造成的问题。即，改变那些波长选择部的波 长特性中的至少一个波长特性，以减少该多个波长选择部的各波长特性 之间的改变量差。因此，可以改善半导体激光器的波长稳定性。
结合附图阅读以下详细说明，可以更好地理解本发明的其他目的、 特征和优点，其中
图1示出了根据第一实施方式的半导体激光器和具有该半导体激光 器的激光器件的结构；
图2示出了查询表的一个示例；
图3A和图3B示出了选择振荡波长的原理；
图4A和图4B示出了在改变温度控制装置的温度的情况下SG-DBR 区域和SG-DFB区域的各波长特性；图5示出了在波长人3处SG-DBR区域和SG-DFB区域的峰值的放大
图6A到图6C示出了在除了波长人3以外的其它波长处反射谱的转
变；
.图7示出了控制半导体激光器的方法的一例的流程图；以及 图8示出了加热器校正表的一例。
具体实施例方式
下面将参考附图描述本发明的实施方式。 第一实施方式
图1示出了根据第一实施方式的半导体激光器10与具有半导体激光 器10的激光器件100的结构。如图1所示，激光器件100具有半导体激 光器IO、温度控制装置20、波长检测器30、输出检测器40以及控制器 50。半导体激光器10安装在温度控制装置20上。下面将描述各个部件。
半导体激光器10具有SG-DBR区域11、 SG-DBF区域12以及半导 体放大器(SOA:半导体光放大器)区域13依次耦合的结构。SG-DBR 区域11具有按规定间隔设置了光栅的光波导。即，SG-DBR区域11的光 波导具有包含衍射光栅的第一区域以及与第一区域光连接、并用作隔离 部(spacer)的第二区域。SG-DBR区域11的光波导由具有与激光振荡 波长相比位于短波长侧的吸收边缘波长的半导体晶体构成。加热器14位 于SG-DBR区域11上。
SD-DFB区域12具有按规定间隔提供了光栅的光波导。g卩，SG-DFB 区域12的光波导具有包含光栅的第一区域以及与第一区域光连接、并用 作隔离部的第二区域。SG-DFB区域12的光波导由放大期望的激光振荡 波长的光的半导体晶体构成。电极15设置在SG-DFB区域12上。SOA 区域13由通过电流控制来放大光或吸收光的半导体晶体构成。电极16 设置在SOA区域13上。SG-DBR区域11的光波导、SG-DFB区域12的 光波导以及SOA区域13的光波导彼此光连接。
半导体激光器10安装在温度控制装置20上。用于检测温度控制装
置20的温度的热敏电阻21设置在温度控制装置20上。波长检测器30 具有用于检测激光强度的光接收元件以及透过标准具(etalon)并具有波 长特性的用于检测激光强度的光接收元件。输出检测器40具有用于检测 通过SOA区域13的激光的强度的光接收元件。在图1中，波长检测器 30设置在SG-DBR区域11 一侧，而输出检测器40设置在SOA区域13 一侧。然而，半导体激光器10的结构不限于此。例如，各个检测器可相 反地设置。
控制器50具有包括中央处理单元(CPU)、随机存储器(RAM)、只 读存储器(ROM)等以及电源的控制部分。控制器50的ROM存储半导 体激光器10的控制信息和控制程序。控制信息例如存储于查询表51和 加热器校正表52中。图2示出査询表51的示例。
如图2所示，査询表51包括初始设定值和反馈控制目标值。初始设 定值包括SG-DFB区域12的初始电流值Ild、 SOA区域13的初始电流值 IS0A、加热器14的初始电流值IHeater以及温度控制装置20的初始温度值 T\D。反馈控制目标值包括输出检测器40的反馈控制目标值Iml、波长检 测器30的反馈控制目标值Im3/Im2。
接着，将描述半导体激光器10的操作。控制器50查阅查询表51并
且获取初始电流值ILD、初始电流值ISO八、初始电流值lHe自以及初始温度
信Tld。
具体地，控制器50控制温度控制装置20，以使温度控制装置20的 温度被控制为初始温度值TLD。并且将半导体激光器10的温度控制成该 初始温度值T^附近的恒定值。因此，SG-DFB区域12的光波导的等效 折射率被控制成指定值。接下来，控制器50将初始电流值1^ 的电流 提供给加热器14。因此，SG-DBR区域ll的光波导的等效折射率被控制 为规定值。接下来，控制器50将初始电流值lLD的电流提供给电极15。 并且在SG-DFB区域12的光波导中产生光。在SG-DFB区域12中产成 的光在SG-DBR区域11的光波导和SG-DFB区域12的光波导中被反复 反射并放大。这导致激光振荡。接着，控制器50将初始电流值IsoA的电 流提供给电极16。通过该控制，半导体激光器10以与设定通道相对应的
初始波长发射激光。
图3A和图3B示出选择振荡波长的原理。图3A示出SG-DBR区域 ll中的反射谱。图3B示出SG-DFB区域12中的增益谱。图3A和图3B 中的横轴表示波长。图3A和图3B中的纵轴分别表示反射率和增益的强 度。
如图3A所示，在SG-DBR区域ll的反射谱中以规定波长间隔周期 性地出现峰值波长。而图3B所示，在SG-DFB区域12的增益谱中以规 定波长间隔周期性地出现峰值波长。增益峰值强度在远离中心波长的波 长处变得更低。反射谱和增益谱可根据温度控制装置20和加热器14的 温度而变化。在图3A和图3B的情况下，SG-DBR区域11的峰值波长中 的一个、即波长对应于SG-DFB区域12的峰值波长。因此，半导体 激光器10在波长、3处振荡。
这里，对振荡波长因某些原因而改变的情况进行说明。在这种情况 下，控制器50校正温度控制装置20的温度，以使波长检测器30中的两 个光接收元件的检测结果比Im3/Im2出于包括从查询表51获取的反馈控 制目标值Im3/Im2的指定范围内。然而，本发明人已经发现，SG-DBR 区域11和SG-DFB区域12的波长特性的校正量并不总是相同。
图4A和图4B示出在改变温度控制装置20的温度的情况下SG-DBR 区域11和SG-DFB区域12的各波长特性。图4A和图4B中的虚线表示 在各峰值波长在波长A3处交叠的情况下的反射谱和增益谱。图4A和图 4B的实线表示在改变温度控制装置20的温度的情况下的反射谱和增益 谱。图4A和图4B示出降低温度控制装置20的温度的情况。
如图4A和图4B所示，SG-DBR区域11的反射谱的改变量大于 SG-DFB区域12的增益谱的改变量。相对于温度控制装置20的温度变化 的波长特性改变量之间的差不限于组合SG-DBR区域11和SG-DFB区域 12的情况。例如，即使将两个SG-DBR区域设置为波长选择区域，当所 述SG-DBR区域的各波长特性彼此不同时，相对于温度控制装置20的温 度变化的波长特性改变量也彼此不同。这是因为即使这两个SG-DBR区 域经受相同的温度变化，这两个SG-DBR区域的波长特性相对于相同的 温度改变也会作出不同的响应，因为这两个SG-DBR区域的波长特性彼 此不同。即，因为对于温度控制装置的温度改变量、波长特性的改变量 彼此不同，所以存在与当半导体激光器包括具有不同波长特性的波长选 择部时的上述情况相似的问题。
另外，该问题因波长选择部的器件结构差别而变得更大。例如，如 果加热器控制波长选择部，则在该加热器的两侧形成凹槽，以便改进使 用该加热器对波长选择部的可控性。在这种情况下，从没有凹槽的波长 选择部的温度控制装置起的导热性不同于具有凹槽的波长选择部。这导 致波长特性的差别扩大。在图4A和图4B中，SG-DBR区域11中的反射 谱的改变量大于SG-DFB区域12中的增益谱的改变量。然而，该关系可 以反转。
图5示出SG-DBR区域11和SG-DFB区域12在波长A3处的峰值的 放大图。在图5中，虚线表示在校正温度控制装置20的温度之前的 SG-DBR区域11和SG-DFB区域12的峰值。在图5中，为方便起见， 假设SG-DBR区域11的峰值分布和SG-DFB区域12的峰值分布相同。 在虚线的情况下，这些峰值彼此交叠。细实线表示在校正温度控制装置 20的温度之后的SG-DFB区域12的峰值。粗实线表示在校正温度控制装 置20的温度之后的SG-DBR区域11的峰值。如果在SG-DBR区域11 与SG-DFB区域12之间波长特性的温度依赖性彼此不同，则如图5所示， 这些波长在温度控制之后彼此不同。
在这种情况下，振荡波长是SG-DBR区域11的峰值与SG-DFB区域 12的峰值交叠的波长中的具有最大反射强度的波长(图5中的波长X3')。
问题在于波长入3'处的反射强度低于细实线的峰值强度。图6A和图 6B示出在除了波长X3以外的其它波长处反射强度的转变。
在这种情况下，如图6C所示，校正温度之后在波长X3'与波长人2' 之间的反射强度差小于校正温度之前在波长与波长"之间的反射强 度差。即，校正温度之后波长X3'处的振荡条件更接近于在波长X2'处的振 荡条件。振荡波长因另一参数的改变而可能成为不期望的波长X2'。在组 合具有不同波长特性的多个波长选择部时获得游标效应而选择希望的振
荡条件的波长控制方法中，振荡条件可能因波长选择部的波长特性的轻 微差别而急剧变化。
在该实施方式中，通过加热器14的发热值，控制器50校正由温度 控制装置20的温度控制引起的SG-DBR区域11的反射谱的改变量与 SG-DFB区域12的增益谱的改变量之间的差别。使用流程图对其进行详 细说明。
图7示出半导体激光器10的控制方法的流程图。如图7所示，控制 器50查阅査询表51，取得初始电流值Im、初始电流值IS()A、初始电流 值IHeater以及初始温度值TLD (步骤S1)。
接下来，控制器50根据在步骤S1中取得的初始设定值启动半导体 激光器10的激光振荡(步骤S2)。接下来，控制器50根据波长检测器 30的检测结果确定激射波长是否处于要求范围内(步骤S3)。如果确定 该激射波长不在要求范围内，则控制器50校正温度控制装置20的温度 (步骤S4)。在这种情况下，改变了 SG-DFB区域12的光波导中的增益 谱的峰值波长。接下来，控制器50取得热敏电阻21的检测结果(步骤 S5)。
然后，控制器50使用加热器校正表52来校正加热器14的温度(步 骤S6)。具体地说，控制器50监测在步骤S6中取得的热敏电阻21的检 测结果。在该检测结果改变时控制器50校正加热器14的温度。图8示 出加热器校正表52。如图8所示，该加热器校正表52包括每个通道上的 温度校正系数C。该温度校正系数C是用于计算加热器14对于温度控制 装置20的温度改变量的校正值的系数。可以预先取得在温度控制装置20 的温度转变之前产生的SG-DFB区域12的波长特性改变量与SG-DBR区 域ll的波长特性改变量之间的差。因此，可以取得减小波长特性改变量 差所需的、加热器的发热值的控制值。在该实施方式中，温度校正系数C 是预先制定的。因为温度校正值可能根据通道而不同，所以单独制定各 个温度校正系数C。当热敏电阻21的检测结果改变时，控制器50计算
加热器14的驱动电流的校正值AlHe^。△iHeatei-= C (丁ld' —Tyj )
该温度校正系数c是用于根据温度控制之前和之后之间的温差饺正
加热器的发热值的系数。将温度校正系数c制定为电流量，以便校正加
热器的驱动电流。Tu^是通过控制器50检测温度变化之前热敏电阻21的 温度。TLD'是通过控制器50检测温度变化之后热敏电阻21的温度。计算 出的AlHe^被加到通过控制器50检测温度变化之前的加热器的驱动电流 上，并且提供给加热器14。
此后，控制器50再次执行步骤S3。通过该循环，激射波长被反馈 控制为期望的恒定值。如果在步骤S3中确定激射波长在要求范围内，则 控制器50确定激光的光强度是否处于要求范围内(步骤S7)。具体地说， 控制器50从查询表51取得反馈控制目标值Iml，取得来自输出检测器 40中的光接收元件的检测结果Iml，并且确定该检测结果Iml是否处于 包括反馈控制目标值Iml的要求范围内。
如果在步骤S7中确定激光的光强度不在要求范围内，则控制器50 校正流向电极16的电流(步骤S8)。此后，控制器50再次执行步骤S7。 通过该循环，将激光的光强度反馈控制为期望的恒定值。如果在步骤S7 中确定该激光的光强度在要求范围内，则控制器50再次执行步骤S3。
利用图7的流程图，SG-DBR区域11和SG-DFB区域12的峰值可 以更接近于温度控制装置20的温度控制之前的条件。因此，半导体激光 器10可以在期望波长处振荡。在温度控制装置20的温度改变的情况下， 可以通过检测SG-DBR区域11的温度变化来预先取得温度校正系数C。 温度校正值C可以根据每个通道来确定，或者可以公用于各个通道。加 热器校正表52可以包括与温度控制装置20的温度校正量相应的加热器 14的校正温度。
在该实施方式中，半导体激光器具有SG-DBR区域和SG-DFB区域。 然而，不限于这种结构。例如，本发明可以应用于充当增益区域的有源 区域处于一对SG-DBR区域之间的半导体激光器。在这种情况下，将加 热器设置在各个SG-DBR区域上或SG-DBR区域中的一个上。在这种情 况下，当温度控制装置的温度改变时，可以利用温度校正系数来校正各
个加热器温度。
本发明可以应用于CSG-DBR(啁啾取样光栅分布式布拉格反射器)。 在CSG-DBR，连接光栅的隔离区域具有彼此不同的长度，这与SG-DBR 区域不同。因此，在CSG-DBR区域的反射谱的峰值强度中存在波长依赖 性。在这种情况下，在规定波长范围中反射谱的峰值强度增大。因此， 如果将具有较高强度的波长范围中的波长用作激射波长，则可以在与期 望波长不同的波长处抑制振荡。在使用CSG-DBR的情况下，当根据具有 光栅和隔离部分的各个段单独地设置加热器时，各个段的温度可以是可 控的。
在上述实施方式中，使用加热器来控制SG-DBR区域的反射谱。然 而，不限于这种结构。可以利用注入到SG-DBR区域的电流来控制 SG-DBR区域的反射谱。在这种情况下，当温度控制装置20控制SG-DBR 区域的温度时可以校正电流注入量。
在该实施方式中，SG-DFB区域12对应于有源区域。SG-DBR区域 11对应于光波导。SG-DFB区域12和SG-DBR区域11对应于多个波长 选择部。
本发明不限于具体公开的实施方式，而是在不脱离本发明的范围的 情况下，包括其它实施方式和变型例。
本申请基于2007年7月20日提交的日本专利申请No. 2007-189340， 其全部内容通过引用结合于此。
权利要求
1、一种半导体激光器的控制方法，该半导体激光器包括具有彼此不同的波长特性的多个波长选择部、并且该半导体激光器安装在温度控制装置上，所述方法包括第一步骤，根据所述半导体激光器的检测输出波长校正所述温度控制装置的温度；以及第二步骤，控制所述波长选择部中的至少一个波长选择部，以减小所述多个波长选择部的各波长特性之间的改变量差，所述改变量差是由于校正所述温度控制装置的温度而造成的。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述温度控制装置的温 度检测结果来执行所述第二步骤。
3、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个波长选择部中的至 少一个波长选择部具有包括衍射光栅的光波导。
4、 根据权利要求3所述的方法，其中，所述光波导具有包括衍射光 栅的第一区域和连接至所述第一区域并且充当间隔部分的第二区域。
5、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述波长选择部中的至少一 个波长选择部是具有衍射光栅的有源区域。
6、 根据权利要求5所述的方法，其中，所述有源区域具有包括衍射 光栅的第一区域和连接至所述第一区域并且充当间隔部分的第二区域。
7、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个波长选择部的波长 特性是所述波长选择部的反射谱或增益谱中的至少一项。
8、 根据权利要求7所述的方法，其中，所述反射谱或所述增益谱按 规定的间隔周期性地出现峰值。
9、 根据权利要求8所述的方法，其中，所述多个波长选择部使用由所述波长特性的结合而产生的游标效应来选择振荡波长。
10、 根据权利要求1所述的方法，其中所述波长选择部中的至少一个波长选择部具有控制其等效折射率的 折射率控制部；并且通过控制所述折射率控制部来控制减小所述多个波长选择部的波长 特性的改变量差的步骤。
11、根据权利要求io所述的方法，其中，所述折射率控制部是加热器或电流注入部。
全文摘要
本发明提供一种半导体激光器的控制方法，该半导体激光器包括具有彼此不同的波长特性的多个波长选择部、并且该半导体激光器安装在温度控制装置上，本发明的方法包括第一步骤，根据该半导体激光器的检测输出波长校正该温度控制装置的温度；和第二步骤，控制所述波长选择部中的至少一个波长选择部，以减小所述多个波长选择部的各波长特性之间的改变量差，该改变量差是由于校正该温度控制装置的温度而造成的。
文档编号H01S5/00GK101350498SQ20081013396
公开日2009年1月21日 申请日期2008年7月18日 优先权日2007年7月20日
发明者田中宏和, 町田豊稔, 石川务 申请人:优迪那半导体有限公司