JP3504848B2 - 半導体光源装置、および、その制御方法 - Google Patents
半導体光源装置、および、その制御方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に近
接して配置された一対の半導体光源を有する半導体光源
装置、および、その制御方法に関するものである。
接して配置された一対の半導体光源を有する半導体光源
装置、および、その制御方法に関するものである。
【０００２】さらに詳述すると本発明は、近接した２つ
のレーザダイオード素子、あるいは近接した２つの変調
器集積化レーザダイオード素子を一組とする光源を有し
てなる半導体光源装置、および、その制御方法に関する
ものである。
のレーザダイオード素子、あるいは近接した２つの変調
器集積化レーザダイオード素子を一組とする光源を有し
てなる半導体光源装置、および、その制御方法に関する
ものである。
【０００３】
【従来の技術】従来から使用されているレーザダイオー
ド素子を使用した半導体光源装置の基本構成の模式図を
図１０に示す。
ド素子を使用した半導体光源装置の基本構成の模式図を
図１０に示す。
【０００４】図１０中、１は分布帰還型レーザダイオー
ド素子（以下ＤＦＢ−ＬＤという）であり、温度調節用
の冷却素子であるペルチェ素子２上に設置されている。
ＤＦＢ−ＬＤの出力光強度は第１の受光素子３によって
モニタされ、電圧比較器４を経て直流バイアス制御回路
５によって制御される。出力光の波長変動は第２の受光
素子６ａとフィルタ６ｂとの組合せ等によってモニタさ
れ、波長監視およびペルチェ素子制御回路７によりペル
チェ素子２の温度をコントロールすることによって制御
される。
ド素子（以下ＤＦＢ−ＬＤという）であり、温度調節用
の冷却素子であるペルチェ素子２上に設置されている。
ＤＦＢ−ＬＤの出力光強度は第１の受光素子３によって
モニタされ、電圧比較器４を経て直流バイアス制御回路
５によって制御される。出力光の波長変動は第２の受光
素子６ａとフィルタ６ｂとの組合せ等によってモニタさ
れ、波長監視およびペルチェ素子制御回路７によりペル
チェ素子２の温度をコントロールすることによって制御
される。
【０００５】上記従来の半導体光源装置においては長期
間の使用につれ、ＤＦＢ−ＬＤの劣化によって発振に要
するしきい値電流が増加するため、出力光強度を一定に
保つために直流バイアス電流が徐々に増加していく。こ
の際、ペルチェ素子２の温度を一定に制御してもＤＦＢ
−ＬＤのＰＮ接合とペルチェ素子との間の熱抵抗に起因
して、接合温度は上昇し、ＤＦＢ−ＬＤの発振波長は長
波にシフトする。よって、波長の変動を抑えるためには
ペルチェ素子の温度を下げる制御を行う必要がある。
間の使用につれ、ＤＦＢ−ＬＤの劣化によって発振に要
するしきい値電流が増加するため、出力光強度を一定に
保つために直流バイアス電流が徐々に増加していく。こ
の際、ペルチェ素子２の温度を一定に制御してもＤＦＢ
−ＬＤのＰＮ接合とペルチェ素子との間の熱抵抗に起因
して、接合温度は上昇し、ＤＦＢ−ＬＤの発振波長は長
波にシフトする。よって、波長の変動を抑えるためには
ペルチェ素子の温度を下げる制御を行う必要がある。
【０００６】このＤＦＢ−ＬＤの劣化による波長変動特
性は、たとえばQuality and Reliability Engineering
International, Vol.11, pp.295-297 (1995)に詳しく述
べられており、ＤＦＢ−ＬＤを出力光強度一定で駆動し
た場合における素子劣化に伴う波長の長波へのドリフト
は、上記バイアス電流を増加させることによる接合温度
の上昇に支配されていること、および、劣化が進んだ場
合においても接合温度が変わらなければ波長はほとんど
変化しないこと、が確かめられている。
性は、たとえばQuality and Reliability Engineering
International, Vol.11, pp.295-297 (1995)に詳しく述
べられており、ＤＦＢ−ＬＤを出力光強度一定で駆動し
た場合における素子劣化に伴う波長の長波へのドリフト
は、上記バイアス電流を増加させることによる接合温度
の上昇に支配されていること、および、劣化が進んだ場
合においても接合温度が変わらなければ波長はほとんど
変化しないこと、が確かめられている。
【０００７】近年、高温動作が可能なＤＦＢ−ＬＤの開
発が進み、ペルチェ素子を不要とする製品も発表されて
いるが、波長変動に対する要求が厳しい場合には上記Ｄ
ＦＢ−ＬＤの特性からペルチェ素子を用いた温度のフィ
ードバック制御が必須となる。この制御を行うために
は、波長監視のための部品が増加することによる価格上
昇の問題の他に、システム全体の放熱の見積もりを誤る
と、ＤＦＢ−ＬＤの劣化→直流バイアス電流の増加→発
熱量の増加ならびに波長の長波シフト→温度制御分＋波
長制御分のペルチェ素子駆動電流の増加→ペルチェ素子
からの放熱による周囲温度の上昇→波長の長波シフト、
という正帰還サイクルにより上記制御が熱暴走を引き起
こすという問題点があった。
発が進み、ペルチェ素子を不要とする製品も発表されて
いるが、波長変動に対する要求が厳しい場合には上記Ｄ
ＦＢ−ＬＤの特性からペルチェ素子を用いた温度のフィ
ードバック制御が必須となる。この制御を行うために
は、波長監視のための部品が増加することによる価格上
昇の問題の他に、システム全体の放熱の見積もりを誤る
と、ＤＦＢ−ＬＤの劣化→直流バイアス電流の増加→発
熱量の増加ならびに波長の長波シフト→温度制御分＋波
長制御分のペルチェ素子駆動電流の増加→ペルチェ素子
からの放熱による周囲温度の上昇→波長の長波シフト、
という正帰還サイクルにより上記制御が熱暴走を引き起
こすという問題点があった。
【０００８】また、装置の小型化、低価格化のため上記
ＤＦＢ−ＬＤを多数同一半導体基板上に集積したアレイ
を構成した場合、素子の劣化は必ずしも等しく進行する
とは限らないのに対し、ペルチェ素子は一括した温度制
御しか行えないため、個々のＤＦＢ−ＬＤの波長の精密
な制御は不可能であった。
ＤＦＢ−ＬＤを多数同一半導体基板上に集積したアレイ
を構成した場合、素子の劣化は必ずしも等しく進行する
とは限らないのに対し、ペルチェ素子は一括した温度制
御しか行えないため、個々のＤＦＢ−ＬＤの波長の精密
な制御は不可能であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の半導
体光源装置では長期間の使用における特性変動を補うた
め、波長の監視ならびにペルチェ素子による温度の動的
フィードバック制御を行う必要があり、高価であるとい
う問題点、および装置が熱暴走を起こさないようにシス
テム全体の放熱設計を厳密に行う必要があるという問題
点があった。
体光源装置では長期間の使用における特性変動を補うた
め、波長の監視ならびにペルチェ素子による温度の動的
フィードバック制御を行う必要があり、高価であるとい
う問題点、および装置が熱暴走を起こさないようにシス
テム全体の放熱設計を厳密に行う必要があるという問題
点があった。
【００１０】また、光源を同一半導体基板上に集積した
アレイを構成した場合、個々の発光素子の波長の精密な
制御は不可能であった。
アレイを構成した場合、個々の発光素子の波長の精密な
制御は不可能であった。
【００１１】さらに、発光素子に障害が生じた場合を想
定して信頼性の高いシステムを構成する場合には、半導
体光源装置の二重化が必要であり、価格がさらに上昇す
るという問題点があった。
定して信頼性の高いシステムを構成する場合には、半導
体光源装置の二重化が必要であり、価格がさらに上昇す
るという問題点があった。
【００１２】よって本発明の目的は、このような事情に
鑑みて、次に列挙する（１）〜（５）の課題を解決する
ことにある。すなわち、（１）波長精度の要求が高くな
い場合、かつ周囲温度が極端に高くない場合にはペルチ
ェ素子を使用せずに長期間の使用における特性変動を補
うことのできる半導体光源装置を提供すると共に、その
際、複雑な波長監視を不要にすること、（２）波長精度
の要求が高い場合にはペルチェ素子を使用するが、温度
一定の制御のみとし、装置が熱暴走を起こしにくい構成
とすること、（３）温度センサ用、出力モニタ用素子を
集積することにより、装置のさらなる低価格化を可能に
すること、（４）発光素子に障害が生じた場合を想定し
て信頼性の高いシステムを構成する場合に、ペルチェ素
子等の二重化を不要とし、小型・低価格化を可能とする
こと、（５）光源を同一半導体基板上に集積したアレイ
を構成した場合に、光源相互の熱干渉による波長変動を
抑制すること、を可能とした半導体光源装置、および、
その制御方法を提供することにある。
鑑みて、次に列挙する（１）〜（５）の課題を解決する
ことにある。すなわち、（１）波長精度の要求が高くな
い場合、かつ周囲温度が極端に高くない場合にはペルチ
ェ素子を使用せずに長期間の使用における特性変動を補
うことのできる半導体光源装置を提供すると共に、その
際、複雑な波長監視を不要にすること、（２）波長精度
の要求が高い場合にはペルチェ素子を使用するが、温度
一定の制御のみとし、装置が熱暴走を起こしにくい構成
とすること、（３）温度センサ用、出力モニタ用素子を
集積することにより、装置のさらなる低価格化を可能に
すること、（４）発光素子に障害が生じた場合を想定し
て信頼性の高いシステムを構成する場合に、ペルチェ素
子等の二重化を不要とし、小型・低価格化を可能とする
こと、（５）光源を同一半導体基板上に集積したアレイ
を構成した場合に、光源相互の熱干渉による波長変動を
抑制すること、を可能とした半導体光源装置、および、
その制御方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る半導体光源装置は、半導体基板上に
近接して配置された一対の半導体光源と、前記一対の半
導体光源の少なくとも片方からの出力光強度をモニタす
る少なくとも一つの受光素子と、前記一対の半導体光源
の片方からの出力光強度を一定にすると共に、前記一対
の半導体光源からの発熱量の和が一定となるように前記
一対の半導体光源の各々に注入する電流を相補的に制御
する電流制御回路とを具備したものである。
めに、本発明に係る半導体光源装置は、半導体基板上に
近接して配置された一対の半導体光源と、前記一対の半
導体光源の少なくとも片方からの出力光強度をモニタす
る少なくとも一つの受光素子と、前記一対の半導体光源
の片方からの出力光強度を一定にすると共に、前記一対
の半導体光源からの発熱量の和が一定となるように前記
一対の半導体光源の各々に注入する電流を相補的に制御
する電流制御回路とを具備したものである。
【００１４】ここで、前記一対の半導体光源として、レ
ーザダイオード、もしくはレーザダイオードと変調器を
集積化した素子を用いることができる。
ーザダイオード、もしくはレーザダイオードと変調器を
集積化した素子を用いることができる。
【００１５】さらに加えて、前記一対の半導体光源の各
光源と対をなすように、温度センサとして用いる２つの
ダイオード素子を前記一対の半導体光源の各光源の近傍
にそれぞれ配置し、前記電流制御回路は、前記ダイオー
ド素子からの出力温度信号に基づいて、前記半導体基板
の温度を一定に保つように、前記出力光強度が一定とな
るように制御される光源と対をなす他方の光源への注入
電流を微調整することが可能である。
光源と対をなすように、温度センサとして用いる２つの
ダイオード素子を前記一対の半導体光源の各光源の近傍
にそれぞれ配置し、前記電流制御回路は、前記ダイオー
ド素子からの出力温度信号に基づいて、前記半導体基板
の温度を一定に保つように、前記出力光強度が一定とな
るように制御される光源と対をなす他方の光源への注入
電流を微調整することが可能である。
【００１６】このとき、前記一対の半導体光源の各光源
と対をなすように、一対の前記受光素子を前記半導体基
板上に集積化する構成としてもよい。
と対をなすように、一対の前記受光素子を前記半導体基
板上に集積化する構成としてもよい。
【００１７】また、さらに加えて、前記一対の半導体光
源の各光源からの光出力を切り替える光スイッチと、障
害検出信号に応答して、前記光スイッチと、前記一対の
半導体光源、前記受光素子および前記ダイオード素子か
らなる組への結線を、一方から他方へ一括して切り替え
るスイッチング制御回路とを有することも可能である。
源の各光源からの光出力を切り替える光スイッチと、障
害検出信号に応答して、前記光スイッチと、前記一対の
半導体光源、前記受光素子および前記ダイオード素子か
らなる組への結線を、一方から他方へ一括して切り替え
るスイッチング制御回路とを有することも可能である。
【００１８】あるいは、さらに加えて、前記一対の半導
体光源の各光源からの光出力を合流させる光カプラと、
障害検出信号に応答して、前記一対の半導体光源、前記
受光素子および前記ダイオード素子からなる組への結線
を、一方から他方へ一括して切り替えるスイッチング制
御回路とを有することも可能である。
体光源の各光源からの光出力を合流させる光カプラと、
障害検出信号に応答して、前記一対の半導体光源、前記
受光素子および前記ダイオード素子からなる組への結線
を、一方から他方へ一括して切り替えるスイッチング制
御回路とを有することも可能である。
【００１９】本発明に係る半導体光源装置の制御方法
は、前記一対の半導体光源の少なくとも片方の出力光強
度をモニタすることにより、前記一対の半導体光源の片
方からの出力光強度を一定にすると共に、前記一対の半
導体光源からの発熱量の和が一定となるように前記一対
の半導体光源の各々に注入する電流を相補的に制御する
ものである。
は、前記一対の半導体光源の少なくとも片方の出力光強
度をモニタすることにより、前記一対の半導体光源の片
方からの出力光強度を一定にすると共に、前記一対の半
導体光源からの発熱量の和が一定となるように前記一対
の半導体光源の各々に注入する電流を相補的に制御する
ものである。
【００２０】ここで、前記ダイオード素子からの出力温
度信号に基づいて、前記半導体基板の温度を一定に保つ
ように、前記出力光強度が一定となるように制御される
光源と対をなす他方の光源への注入電流を微調整するこ
とも可能である。
度信号に基づいて、前記半導体基板の温度を一定に保つ
ように、前記出力光強度が一定となるように制御される
光源と対をなす他方の光源への注入電流を微調整するこ
とも可能である。
【００２１】また、前記光スイッチを用いる場合には、
障害検出信号に応答して、前記光スイッチと、前記一対
の半導体光源、前記受光素子および前記ダイオード素子
からなる組への結線を、一方から他方へ一括して切り替
えることが可能である。
障害検出信号に応答して、前記光スイッチと、前記一対
の半導体光源、前記受光素子および前記ダイオード素子
からなる組への結線を、一方から他方へ一括して切り替
えることが可能である。
【００２２】さらに、前記光カプラを用いる場合には、
障害検出信号に応答して、前記一対の半導体光源、前記
受光素子および前記ダイオード素子からなる組への結線
を、一方から他方へ一括して切り替えることが可能であ
る。
障害検出信号に応答して、前記一対の半導体光源、前記
受光素子および前記ダイオード素子からなる組への結線
を、一方から他方へ一括して切り替えることが可能であ
る。
【００２３】前記の構成を有する本発明装置は、長期間
の使用においても特性変動の小さい光源装置・熱暴走を
起こしにくい光源装置・安価で信頼性の高いシステムを
構成できる光源装置、として作用する。すなわち、半導
体基板上に近接した２つのレーザダイオード素子、ある
いは近接した２つの変調器集積化レーザダイオード素子
を一組とする光源を構成し、直流バイアス電流を対をな
す素子間において相補的に制御することによって半導体
基板からの発熱が常に一定となり、発熱量の変動に起因
する種々の問題を排除することが可能となる。
の使用においても特性変動の小さい光源装置・熱暴走を
起こしにくい光源装置・安価で信頼性の高いシステムを
構成できる光源装置、として作用する。すなわち、半導
体基板上に近接した２つのレーザダイオード素子、ある
いは近接した２つの変調器集積化レーザダイオード素子
を一組とする光源を構成し、直流バイアス電流を対をな
す素子間において相補的に制御することによって半導体
基板からの発熱が常に一定となり、発熱量の変動に起因
する種々の問題を排除することが可能となる。
【００２４】この特徴を有する本発明装置を用いれば、
（１）波長精度への要求が高くない場合、かつ周囲温度
が極端に高くない場合にはペルチェ素子が不要であり、
長期間にわたり安定して動作する半導体光源装置を安価
に提供可能である。
（１）波長精度への要求が高くない場合、かつ周囲温度
が極端に高くない場合にはペルチェ素子が不要であり、
長期間にわたり安定して動作する半導体光源装置を安価
に提供可能である。
【００２５】また、（２）波長精度への要求が高い場合
にはペルチェ素子を使用するが、出力光の波長制御が半
導体基板内で行われるため、ペルチェ素子に対しては波
長制御に関するフィードバックを行わず温度一定の制御
のみを行うため、熱暴走を起こしにくいシステム構成と
することが可能である。
にはペルチェ素子を使用するが、出力光の波長制御が半
導体基板内で行われるため、ペルチェ素子に対しては波
長制御に関するフィードバックを行わず温度一定の制御
のみを行うため、熱暴走を起こしにくいシステム構成と
することが可能である。
【００２６】さらに、（３）温度センサ用、出力モニタ
用素子を集積することにより装置のさらなる低価格化が
可能である。
用素子を集積することにより装置のさらなる低価格化が
可能である。
【００２７】（４）光スイッチの付加のみにより、発光
素子に障害が生じた場合には代替素子への瞬時の切換が
可能である。
素子に障害が生じた場合には代替素子への瞬時の切換が
可能である。
【００２８】また、（５）光源を同一半導体基板上に集
積したアレイを構成した場合に、光源相互の熱干渉によ
る波長変動が大幅に抑制できる。
積したアレイを構成した場合に、光源相互の熱干渉によ
る波長変動が大幅に抑制できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下に詳述する本発明の実施の形
態は、レーザダイオード素子が長期の使用により劣化し
た場合における波長変動を低減すること、周囲温度の変
動の波長への影響を低減することにより波長管理を容易
にすると共に、レーザダイオード素子に障害が生じた際
には瞬時に代替素子に切り換えることを可能にしたもの
である。
態は、レーザダイオード素子が長期の使用により劣化し
た場合における波長変動を低減すること、周囲温度の変
動の波長への影響を低減することにより波長管理を容易
にすると共に、レーザダイオード素子に障害が生じた際
には瞬時に代替素子に切り換えることを可能にしたもの
である。
【００３０】以下、本発明の各実施の形態を図面に基づ
き詳細に説明する。
き詳細に説明する。
【００３１】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１による半導体光源装置と、その制御方法を示す。
本図は、一対のＤＦＢ−ＬＤ素子を用いて本発明を実施
する場合の構成を示している。
形態１による半導体光源装置と、その制御方法を示す。
本図は、一対のＤＦＢ−ＬＤ素子を用いて本発明を実施
する場合の構成を示している。
【００３２】図１中、１０は半導体基板、１１および１
２はＤＦＢ−ＬＤ、１３は光出力モニタ用の受光素子で
ある。１４は直流バイアス電流補償制御回路（または、
直流バイアス電流相補制御回路）であり、ＤＦＢ−ＬＤ
１１に注入する直流バイアス電流と、ＤＦＢ−ＬＤ１２
に注入する熱補償用直流バイアス電流（以後、熱補償電
流とする）を制御する機能を有する。ここで、上記の構
成において、半導体基板１０、ＤＦＢ−ＬＤ１１および
１２、受光素子１３は、装置本体を構成している。
２はＤＦＢ−ＬＤ、１３は光出力モニタ用の受光素子で
ある。１４は直流バイアス電流補償制御回路（または、
直流バイアス電流相補制御回路）であり、ＤＦＢ−ＬＤ
１１に注入する直流バイアス電流と、ＤＦＢ−ＬＤ１２
に注入する熱補償用直流バイアス電流（以後、熱補償電
流とする）を制御する機能を有する。ここで、上記の構
成において、半導体基板１０、ＤＦＢ−ＬＤ１１および
１２、受光素子１３は、装置本体を構成している。
【００３３】次に、図１に示した実施の形態１における
装置の動作について説明する。
装置の動作について説明する。
【００３４】ＤＦＢ−ＬＤ１１には、所要の動作点を与
えるように直流バイアス電流が注入されている。装置の
長期間の使用に伴ってＤＦＢ−ＬＤ１１の劣化が生じ、
レーザ発振に必要なしきい値電流が増大するため、この
直流バイアス電流を徐々に増加させる必要がある。装置
の寿命は、この直流バイアス電流がシステム設計によっ
て決まる所定の値に達した時点となる（この電流値をＩ
bias-endとする）。
えるように直流バイアス電流が注入されている。装置の
長期間の使用に伴ってＤＦＢ−ＬＤ１１の劣化が生じ、
レーザ発振に必要なしきい値電流が増大するため、この
直流バイアス電流を徐々に増加させる必要がある。装置
の寿命は、この直流バイアス電流がシステム設計によっ
て決まる所定の値に達した時点となる（この電流値をＩ
bias-endとする）。
【００３５】ＤＦＢ−ＬＤ１２は、ＤＦＢ−ＬＤ１１と
同一の直流抵抗を有する発熱体として使用する。この
際、ＤＦＢ−ＬＤ１２は発光特性を要求されないため、
実際には２つのＤＦＢ−ＬＤのうち、発光特性の優れた
ＤＦＢ−ＬＤを光出力に使用することができ、装置の製
作歩留りも向上するという利点がある。
同一の直流抵抗を有する発熱体として使用する。この
際、ＤＦＢ−ＬＤ１２は発光特性を要求されないため、
実際には２つのＤＦＢ−ＬＤのうち、発光特性の優れた
ＤＦＢ−ＬＤを光出力に使用することができ、装置の製
作歩留りも向上するという利点がある。
【００３６】ＤＦＢ−ＬＤ１１に注入する直流バイアス
電流（Ｉbias）とＤＦＢ−ＬＤ１２に注入する熱補償電
流（Ｉcomp）は、半導体基板１０における発熱量の合計
を常に一定に保つべく、直流バイアス電流補償（相補）
制御回路１４によって制御される。
電流（Ｉbias）とＤＦＢ−ＬＤ１２に注入する熱補償電
流（Ｉcomp）は、半導体基板１０における発熱量の合計
を常に一定に保つべく、直流バイアス電流補償（相補）
制御回路１４によって制御される。
【００３７】まず、Ｉbiasは、所要の光出力が得られる
よう受光素子１３で光出力をモニタし、電流補償（相
補）制御回路１４のフィードバック制御により決定され
る。半導体基板１０における発熱量の合計を、装置が寿
命に至るまでの期間、常に一定に保つためには、それぞ
れの電流値は次の関係を満たせばよい。
よう受光素子１３で光出力をモニタし、電流補償（相
補）制御回路１４のフィードバック制御により決定され
る。半導体基板１０における発熱量の合計を、装置が寿
命に至るまでの期間、常に一定に保つためには、それぞ
れの電流値は次の関係を満たせばよい。
【００３８】
【数１】
Ｉbias 2 ＋Ｉcomp 2 ＝Ｉbias-end 2 …（１）
よって、必要なＩcompの値は次式で与えられる。
【００３９】
【数２】
Ｉcomp＝（Ｉbias-end 2 −Ｉbias 2 ）1/2 …（２）
さらに、ＤＦＢ−ＬＤ１１とＤＦＢ−ＬＤ１２における
微小な特性差を補正するため、
微小な特性差を補正するため、
【００４０】
【数３】
Ｉcomp＝（αＩbias-end 2 −αＩbias 2 ）1/2 …（３）
のように補正係数（αで示した）を導入すれば、より精
密な制御が可能になる。
密な制御が可能になる。
【００４１】この補正係数αは、実際には直流バイアス
電流補償（相補）制御回路１４内部の演算増幅器の利得
あるいは利得の関数形を、初期設定時に調整することに
より決定される。初期設定後、上記の電流バランスを満
たす動作は直流バイアス電流補償（相補）制御回路１４
によって自動的に行われる。
電流補償（相補）制御回路１４内部の演算増幅器の利得
あるいは利得の関数形を、初期設定時に調整することに
より決定される。初期設定後、上記の電流バランスを満
たす動作は直流バイアス電流補償（相補）制御回路１４
によって自動的に行われる。
【００４２】（実施の形態２）図２は、本発明による半
導体光源装置とその制御方法の実施の形態２を示すもの
で、本発明を一対のＤＦＢ−ＬＤ／吸収型光変調器集積
化素子（以後、集積化光源とする）を用いて実現する場
合の構成図である。本実施の形態では、図１の構成に加
え、２つの変調器と２つのダイオード素子を集積してあ
る。
導体光源装置とその制御方法の実施の形態２を示すもの
で、本発明を一対のＤＦＢ−ＬＤ／吸収型光変調器集積
化素子（以後、集積化光源とする）を用いて実現する場
合の構成図である。本実施の形態では、図１の構成に加
え、２つの変調器と２つのダイオード素子を集積してあ
る。
【００４３】図２中、２０は半導体基板、２１および２
２は集積化光源、２３および２４は半導体基板２０の温
度をモニタするためのダイオード素子であり、半導体基
板２０にモノリシック集積されている。このダイオード
素子には常に一定の微小電流が流されており、素子に発
生する電圧をモニタすることにより、半導体基板２０の
温度を直接測定可能な温度計として使用できる。
２は集積化光源、２３および２４は半導体基板２０の温
度をモニタするためのダイオード素子であり、半導体基
板２０にモノリシック集積されている。このダイオード
素子には常に一定の微小電流が流されており、素子に発
生する電圧をモニタすることにより、半導体基板２０の
温度を直接測定可能な温度計として使用できる。
【００４４】この温度モニタ結果は、直流バイアス電流
相補制御＆温度制御回路２５にフィードバックされ、集
積化光源２２を構成するＤＦＢ−ＬＤに注入する電流
を、既述の（３）式で与えられる熱補償電流±温度制御
電流とすることによって半導体基板２０の温度制御が行
われる。
相補制御＆温度制御回路２５にフィードバックされ、集
積化光源２２を構成するＤＦＢ−ＬＤに注入する電流
を、既述の（３）式で与えられる熱補償電流±温度制御
電流とすることによって半導体基板２０の温度制御が行
われる。
【００４５】よって、波長精度の要求が厳しくない用途
であり、かつ周囲温度が極端に高温にならない環境で使
用する場合には、ペルチェ素子による温度制御は不要と
なる。
であり、かつ周囲温度が極端に高温にならない環境で使
用する場合には、ペルチェ素子による温度制御は不要と
なる。
【００４６】また、波長精度の要求が厳しい場合、ある
いは屋外等への設置により周囲温度が極端に高温になる
可能性がある場合にはペルチェ素子による温度制御が必
要となるが、この場合においては半導体基板のマウント
部分の温度を一定に制御するだけで十分であるため、従
来例において問題となった波長制御からの正帰還に起因
する熱暴走は抑制される。
いは屋外等への設置により周囲温度が極端に高温になる
可能性がある場合にはペルチェ素子による温度制御が必
要となるが、この場合においては半導体基板のマウント
部分の温度を一定に制御するだけで十分であるため、従
来例において問題となった波長制御からの正帰還に起因
する熱暴走は抑制される。
【００４７】さらに、同一半導体基板上に２１〜２４ま
での素子を複数組アレイ上に配置する場合には、従来問
題であった素子相互の熱干渉による波長変動の影響を避
けることが可能であり、長期にわたり波長が変動せず、
安定に動作するアレイ光源として使用できる。
での素子を複数組アレイ上に配置する場合には、従来問
題であった素子相互の熱干渉による波長変動の影響を避
けることが可能であり、長期にわたり波長が変動せず、
安定に動作するアレイ光源として使用できる。
【００４８】なお、上述した実施の形態１，２では受光
素子を１つとしたが、２つとしても良い。
素子を１つとしたが、２つとしても良い。
【００４９】（実施の形態３）図３は、本発明による半
導体光源装置とその制御方法の実施の形態３を示すもの
で、本発明を一対の集積化光源を用いて実現する場合の
構成図である。本実施の形態では、図２の構成に加え、
２つの受光素子を集積してある。なお、ここでは、ダイ
オード３４および受光素子３６を結線していないが、図
示しないスイッチを介して制御回路２５に接続しておく
こともできる。
導体光源装置とその制御方法の実施の形態３を示すもの
で、本発明を一対の集積化光源を用いて実現する場合の
構成図である。本実施の形態では、図２の構成に加え、
２つの受光素子を集積してある。なお、ここでは、ダイ
オード３４および受光素子３６を結線していないが、図
示しないスイッチを介して制御回路２５に接続しておく
こともできる。
【００５０】図３中、３０は半導体基板、３１および３
２は集積化光源、３５および３６は集積化光源３１およ
び３２の光出力をモニタするための受光素子であり、半
導体基板３０にモノリシック集積されている。
２は集積化光源、３５および３６は集積化光源３１およ
び３２の光出力をモニタするための受光素子であり、半
導体基板３０にモノリシック集積されている。
【００５１】従来、受光素子は温度による特性変動が無
視できないため、光出力モニタ用の受光素子をモノリシ
ック集積しても光出力モニタ精度の確保が困難であった
が、図３に示した実施の形態３による半導体光源装置で
は温度モニタ用ダイオード素子３３，３４が同一基板上
に集積されているので、半導体基板３０の温度が精度よ
く一定に保たれる。よって、受光素子の集積による低価
格化が可能になる。また、受光素子３６を設けておくこ
とにより、実施の形態１と同様に、特性に優れた組の方
を用いることができる。
視できないため、光出力モニタ用の受光素子をモノリシ
ック集積しても光出力モニタ精度の確保が困難であった
が、図３に示した実施の形態３による半導体光源装置で
は温度モニタ用ダイオード素子３３，３４が同一基板上
に集積されているので、半導体基板３０の温度が精度よ
く一定に保たれる。よって、受光素子の集積による低価
格化が可能になる。また、受光素子３６を設けておくこ
とにより、実施の形態１と同様に、特性に優れた組の方
を用いることができる。
【００５２】（実施の形態４）図４，図５，図６は、本
発明による半導体光源装置とその制御方法の実施の形態
４を示すもので、本発明を一対の集積化光源を用いて実
現する場合の構成図である。本実施の形態では、図３の
構成に加え、光スイッチＳ４１が付加されている。さら
に、光スイッチＳ４１および各制御信号の接続を決める
切換スイッチＳ４２〜Ｓ４６を同時に切り換えるための
スイッチング制御回路４５が搭載されている。
発明による半導体光源装置とその制御方法の実施の形態
４を示すもので、本発明を一対の集積化光源を用いて実
現する場合の構成図である。本実施の形態では、図３の
構成に加え、光スイッチＳ４１が付加されている。さら
に、光スイッチＳ４１および各制御信号の接続を決める
切換スイッチＳ４２〜Ｓ４６を同時に切り換えるための
スイッチング制御回路４５が搭載されている。
【００５３】図５中、４０は半導体基板、４１および４
２は集積化光源、Ｓ４１は光パスをストレート状態とク
ロス状態に切り換える機能を有する光スイッチである。
この光スイッチＳ４１には、たとえば光ファイバ切換
器、導波路型方向性結合器スイッチ等が使用できる。ま
た、Planar light wave circuit を用いれば半導体基板
４０と光スイッチＳ４１のハイブリッド集積が可能であ
り、光スイッチＳ４１に半導体導波路スイッチを用いれ
ば半導体基板４０上へ光スイッチＳ４１のモノリシック
集積が可能である。
２は集積化光源、Ｓ４１は光パスをストレート状態とク
ロス状態に切り換える機能を有する光スイッチである。
この光スイッチＳ４１には、たとえば光ファイバ切換
器、導波路型方向性結合器スイッチ等が使用できる。ま
た、Planar light wave circuit を用いれば半導体基板
４０と光スイッチＳ４１のハイブリッド集積が可能であ
り、光スイッチＳ４１に半導体導波路スイッチを用いれ
ば半導体基板４０上へ光スイッチＳ４１のモノリシック
集積が可能である。
【００５４】次に、図４〜図６に示した実施の形態４に
おける装置の動作について説明する。
おける装置の動作について説明する。
【００５５】いま、集積化光源４１を光信号出力に使用
しているものとする。この場合、各スイッチの組合せは
以下の通りとなる。
しているものとする。この場合、各スイッチの組合せは
以下の通りとなる。
【００５６】Ｓ４１：ストレート
Ｓ４２：Ｍ１
Ｓ４３：Ｃ１
Ｓ４４：Ｃ２
Ｓ４５：Ｐ１
Ｓ４６：Ｔ１
集積化光源４１に障害が生じ、光出力の確保ができなく
なった場合にはスイッチング制御回路４５に障害検出信
号が送信され、上記Ｓ４１〜Ｓ４６までの各スイッチは
すべて同時に反転される。その結果、障害発生前には熱
補償に使用されていた集積化光源４２が光信号出力用に
選択され、障害前と同様の動作が瞬時に確保できる。
なった場合にはスイッチング制御回路４５に障害検出信
号が送信され、上記Ｓ４１〜Ｓ４６までの各スイッチは
すべて同時に反転される。その結果、障害発生前には熱
補償に使用されていた集積化光源４２が光信号出力用に
選択され、障害前と同様の動作が瞬時に確保できる。
【００５７】なお、本実施の形態４では光出力の異常時
に対する動作を示したが、同様に集積化光源の変調器部
分の異常をパルス電圧駆動回路４７において検出し、あ
るいは外部回路（図示せず）からの異常検出信号によっ
て判定することにより、該変調器部分の障害時において
も同様の動作を行う構成とすることが可能である。
に対する動作を示したが、同様に集積化光源の変調器部
分の異常をパルス電圧駆動回路４７において検出し、あ
るいは外部回路（図示せず）からの異常検出信号によっ
て判定することにより、該変調器部分の障害時において
も同様の動作を行う構成とすることが可能である。
【００５８】（実施の形態５）図７，図８，図９は、本
発明による半導体光源装置とその制御方法の実施の形態
５を示すもので、本発明を一対の集積化光源を用いて実
現する場合の構成図である。本実施の形態では、図４〜
図６に示した実施の形態４における光スイッチＳ４１を
光カプラ５３に置き換えたものである。すなわち、光ス
イッチＳ４１を用いる代わりに光カプラ５３を用い、か
つ片方の変調器に該変調器がオフとなる直流電圧を印加
する制御を行うことで光スイッチＳ４１と同等の機能を
実現するものである。図４〜図６に示した実施の形態４
に比べ、光カプラ５３による原理的損失３ｄＢが生じる
が、構成の簡略化が可能である。
発明による半導体光源装置とその制御方法の実施の形態
５を示すもので、本発明を一対の集積化光源を用いて実
現する場合の構成図である。本実施の形態では、図４〜
図６に示した実施の形態４における光スイッチＳ４１を
光カプラ５３に置き換えたものである。すなわち、光ス
イッチＳ４１を用いる代わりに光カプラ５３を用い、か
つ片方の変調器に該変調器がオフとなる直流電圧を印加
する制御を行うことで光スイッチＳ４１と同等の機能を
実現するものである。図４〜図６に示した実施の形態４
に比べ、光カプラ５３による原理的損失３ｄＢが生じる
が、構成の簡略化が可能である。
【００５９】図８中、５０は半導体基板、５１および５
２は集積化光源、５３は２つの光パスを１つに合流させ
る光カプラである。この光カプラ５３には、たとえば光
ファイバカプラ、導波路型カプラ等が使用できる。ま
た、Planar light wave circuit を用いれば半導体基板
５０と光カプラ５３のハイブリッド集積が可能であり、
光カプラ５３に半導体導波路カプラを用いれば半導体基
板５０上へ光カプラ５３のモノリシック集積が可能であ
る。
２は集積化光源、５３は２つの光パスを１つに合流させ
る光カプラである。この光カプラ５３には、たとえば光
ファイバカプラ、導波路型カプラ等が使用できる。ま
た、Planar light wave circuit を用いれば半導体基板
５０と光カプラ５３のハイブリッド集積が可能であり、
光カプラ５３に半導体導波路カプラを用いれば半導体基
板５０上へ光カプラ５３のモノリシック集積が可能であ
る。
【００６０】次に、図７〜図９に示した実施の形態５に
おける装置の動作について説明する。
おける装置の動作について説明する。
【００６１】いま、集積化光源５１を光信号出力に使用
しているものとする。この場合、各スイッチの組合せは
以下の通りとなる。
しているものとする。この場合、各スイッチの組合せは
以下の通りとなる。
【００６２】Ｓ５１：Ｍ２
Ｓ５２：Ｍ１
Ｓ５３：Ｃ１
Ｓ５４：Ｃ２
Ｓ５５：Ｐ１
Ｓ５６：Ｔ１
集積化光源５１に障害が生じ、光出力の確保ができなく
なった場合にはスイッチング制御回路５５に障害検出信
号が送信され、上記Ｓ５１〜Ｓ５６までのスイッチはす
べて同時に反転される。その結果、障害発生前には熱補
償に使用されていた集積化光源５２が光信号出力用に選
択され、障害前と同様の動作が瞬時に確保できる。
なった場合にはスイッチング制御回路５５に障害検出信
号が送信され、上記Ｓ５１〜Ｓ５６までのスイッチはす
べて同時に反転される。その結果、障害発生前には熱補
償に使用されていた集積化光源５２が光信号出力用に選
択され、障害前と同様の動作が瞬時に確保できる。
【００６３】なお、上述した実施の形態４，５において
は、光源部分は実施の形態３と同様のものを用いたが、
実施の形態４の場合には実施の形態１，２のものを、ま
た実施の形態５の場合には実施の形態２のものを用いて
もよい。
は、光源部分は実施の形態３と同様のものを用いたが、
実施の形態４の場合には実施の形態１，２のものを、ま
た実施の形態５の場合には実施の形態２のものを用いて
もよい。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体光源装置では、半導体基板上に近接配置した２つのレ
ーザダイオード素子（あるいは、近接配置した２つの変
調器集積化レーザダイオード素子）を一組とする光源を
用い、直流バイアス電流を対をなす素子間において相補
的に制御する構成としてあるので、半導体基板からの発
熱を常に一定とし、発熱量の変動に起因する種々の問題
を排除することが可能となる。より具体的には、以下に
列挙するような効果を奏するものである。
体光源装置では、半導体基板上に近接配置した２つのレ
ーザダイオード素子（あるいは、近接配置した２つの変
調器集積化レーザダイオード素子）を一組とする光源を
用い、直流バイアス電流を対をなす素子間において相補
的に制御する構成としてあるので、半導体基板からの発
熱を常に一定とし、発熱量の変動に起因する種々の問題
を排除することが可能となる。より具体的には、以下に
列挙するような効果を奏するものである。
【００６５】（１）波長精度の要求が高くない場合、か
つ周囲温度が極端に高くない場合にはペルチェ素子が不
要である。また、長期間の使用における波長変動が大幅
に抑制されることから、複雑な波長監視制御も不要であ
る。よって、長期にわたり安定に動作する半導体光源装
置を安価に提供できる。
つ周囲温度が極端に高くない場合にはペルチェ素子が不
要である。また、長期間の使用における波長変動が大幅
に抑制されることから、複雑な波長監視制御も不要であ
る。よって、長期にわたり安定に動作する半導体光源装
置を安価に提供できる。
【００６６】（２）波長精度の要求が高い場合にはペル
チェ素子を使用するが、出力光の波長制御が半導体基板
内で行われるため、ペルチェ素子に対しては波長制御に
関するフィードバックを行わず温度一定の制御のみを行
う。よって、熱暴走を起こしにくいシステム構成とする
ことが可能である。
チェ素子を使用するが、出力光の波長制御が半導体基板
内で行われるため、ペルチェ素子に対しては波長制御に
関するフィードバックを行わず温度一定の制御のみを行
う。よって、熱暴走を起こしにくいシステム構成とする
ことが可能である。
【００６７】（３）温度センサ用、出力モニタ用素子を
集積することにより、装置のさらなる低価格化が可能で
ある。
集積することにより、装置のさらなる低価格化が可能で
ある。
【００６８】（４）光スイッチ、あるいは光カプラの付
加により、発光素子に障害が生じた場合に代替素子への
瞬時の切換えが可能となるため、信頼性の高い、二重化
された半導体光源装置を安価に提供できる。
加により、発光素子に障害が生じた場合に代替素子への
瞬時の切換えが可能となるため、信頼性の高い、二重化
された半導体光源装置を安価に提供できる。
【００６９】（５）光源を同一半導体基板上に集積した
アレイを構成した場合、光源相互の熱干渉による波長変
動が大幅に抑制でき、長期にわたり安定に動作する、多
チャンネル半導体光源装置を安価に提供できる。
アレイを構成した場合、光源相互の熱干渉による波長変
動が大幅に抑制でき、長期にわたり安定に動作する、多
チャンネル半導体光源装置を安価に提供できる。
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体光源装置の
構成図である。
構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る半導体光源装置の
構成図である。
構成図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る半導体光源装置の
構成図である。
構成図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係る半導体光源装置の
構成図である。
構成図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る半導体光源装置の
構成図である。
構成図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係る半導体光源装置の
構成図である。
構成図である。
【図７】本発明の実施の形態５に係る半導体光源装置の
構成図である。
構成図である。
【図８】本発明の実施の形態５に係る半導体光源装置の
構成図である。
構成図である。
【図９】本発明の実施の形態５に係る半導体光源装置の
構成図である。
構成図である。
【図１０】従来から知られている半導体光源装置の構成
図である。
図である。
１ 分布帰還型レーザダイオード素子（ＤＦＢ−ＬＤ）
２ ペルチェ素子
３ 受光素子
４ 電圧比較器
５ 直流バイアス制御回路
６ 受光素子とフィルタの組合せ
７ 波長監視およびペルチェ素子制御回路
１０ 半導体基板
１１ ＤＦＢ−ＬＤ
１２ ＤＦＢ−ＬＤ
１３ 光出力モニタ用受光素子
１４ 直流バイアス電流補償（相補）制御回路
２０ 半導体基板
２１ 集積化光源
２２ 集積化光源
２３ ダイオード素子
２４ ダイオード素子
２５ 直流バイアス電流相補制御＆温度制御回路
３０ 半導体基板
３１ 集積化光源
３２ 集積化光源
３３ ダイオード素子
３４ ダイオード素子
３５ 受光素子
３６ 受光素子
４０ 半導体基板
４１ 集積化光源
４２ 集積化光源
Ｓ４１ 光スイッチ
Ｓ４２〜Ｓ４６ スイッチ
５０ 半導体基板
５１ 集積化光源
５２ 集積化光源
５３ 光カプラ
Ｓ５１〜Ｓ５６ スイッチ
─────────────────────────────────────────────────────
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(56)参考文献 特開 平５−41558（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−335669（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−229681（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−335740（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−15092（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−307195（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−283834（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−302191（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−267759（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−343809（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−264873（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−163476（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−152088（ＪＰ，Ａ)
実開 昭59−14362（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/00 - 5/50
Claims (10)
- 【請求項１】 半導体基板上に近接して配置された一対
の半導体光源と、 前記一対の半導体光源の各光源からの出力光強度をモニ
タする受光素子と、 前記一対の半導体光源の片方からの出力光強度を一定に
すると共に、前記一対の半導体光源からの発熱量の和が
一定となるように前記一対の半導体光源の各々に注入す
る電流を相補的に制御する電流制御回路と、前記一対の半導体光源の各光源からの光出力を切り替え
る光スイッチと、 障害検出信号に応答して、前記光スイッチと、前記一対
の半導体光源および前記受光素子を有する組への結線
を、一方から他方へ一括して切り替えるスイッチング制
御回路と、 を具備したことを特徴とする半導体光源装置。 - 【請求項２】 半導体基板上に近接して配置された一対
の半導体光源と、 前記一対の半導体光源の各光源からの出力光強度をモニ
タする受光素子と、 前記一対の半導体光源の片方からの出力光強度を一定に
すると共に、前記一対の半導体光源からの発熱量の和が
一定となるように前記一対の半導体光源の各々に注入す
る電流を相補的に制御する電流制御回路と、 前記一対の半導体光源の各光源からの光出力を合流させ
る光カプラと、 障害検出信号に応答して、前記一対の半導体光源および
前記受光素子を有する組への結線を、一方から他方へ一
括して切り替えるスイッチング制御回路と、 を具備した ことを特徴とする半導体光源装置。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の半導体光源装
置において、 前記一対の半導体光源として、レーザダイオード、もし
くはレーザダイオードと変調器を集積化した素子を用い
ることを特徴とする半導体光源装置。 - 【請求項４】 請求項１または２に記載の半導体光源装
置において、さらに加えて、 前記一対の半導体光源の各光源と対をなすように、温度
センサとして用いる２つのダイオード素子を前記一対の
半導体光源の各光源の近傍にそれぞれ配置し、 前記電流制御回路は、前記ダイオード素子からの出力温
度信号に基づいて、前記半導体基板の温度を一定に保つ
ように、前記出力光強度が一定となるように制御される
光源と対をなす他方の光源への注入電流を微調整するこ
とを特徴とする半導体光源装置。 - 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の半
導体光源装置において、 前記一対の半導体光源の各光源と対をなすように、一対
の前記受光素子を前記半導体基板上に集積化することを
特徴とする半導体光源装置。 - 【請求項６】 請求項１に記載した半導体光源装置の制
御方法であって、 障害検出信号に応答して、前記光スイッチと、前記一対
の半導体光源および前記受光素子を有する組への結線
を、一方から他方へ一括して切り替えることを特徴とす
る半導体光源装置の制御方法。 - 【請求項７】 請求項２に記載した半導体光源装置の制
御方法であって、 障害検出信号に応答して、前記一対の半導体光源および
前記受光素子を有する組への結線を、一方から他方へ一
括して切り替えることを特徴とする半導体光源装置の制
御方法。 - 【請求項８】 請求項６または７に記載した半導体光源
装置の制御方法であって、 前記一対の半導体光源として、レーザダイオード、もし
くはレーザダイオードと変調器を集積化した素子を用い
ることを特徴とする半導体光源装置の制御方法。 - 【請求項９】 請求項６または７に記載した半導体光源
装置の制御方法であって、 前記一対の半導体光源の少なくとも片方の出力光強度を
モニタすることにより、前記一対の半導体光源の片方か
らの出力光強度を一定にすると共に、前記一対の半導体
光源からの発熱量の和が一定となるように前記一対の半
導体光源の各々に注入する電流を相補的に制御すること
を特徴とする半導体光源装置の制御方法。 - 【請求項１０】 請求項４に記載した半導体光源装置の
制御方法であって、 前記ダイオード素子からの出力温度信号に基づいて、前
記半導体基板の温度を一定に保つように、前記出力光強
度が一定となるように制御される光源と対をなす他方の
光源への注入電流を微調整することを特徴とする半導体
光源装置の制御方法。
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