专利名称：半导体激光器的检测装置和方法及相干光源检测方法
专利说明半导体激光器的检测装置和 方法及相干光源检测方法 [发明所属的技术领域]本发明涉及具有波长可变功能、用于光通信领域和2次谐波发生等的波长可变半导体激光器的检测装置和检测方法以及相干光源的检测方法。近年来，具有波长可变功能的半导体激光器在光通信领域等的应用以及作为利用非线性效应的2次谐波发生的基波正引起人们的注意。在半导体激光器上集成了光栅的分布反馈型(DFB)半导体激光器和分布布喇格反射型(DBR)半导体激光器是可用单个激光器得到单纵模激射的半导体激光器。现在，DBR半导体激光器和DFB半导体激光器在实现长距离、大容量光通信系统方面成了重要部件。
作为波长可变方式，提出了对DBR半导体激光器上的DBR部供给电流，借助于由等离子体效应及温度变化产生折射率变化来调谐激射波长的方法。
下面对具有波长可变功能的DBR半导体激光器进行说明(横山等人电气学会论文志C，Vol.120-C，P398，平成12年)。在
图14中示出了3电极结构的AlGaAs系波长可变DBR半导体激光器的概略结构。
如图14所示，波长可变DBR半导体激光器34具有有源区35、相位调整区36和DBR区37这3个区域。下面对具有这种结构的波长可变DBR半导体激光器34的利记博彩app简单地加以说明。首先，用MOCVD装置在n型GaAs衬底上外延生长n型AlGaAs后，形成AlGaAs有源区。作为夹层，层叠p型AlGaAs，再用光刻技术形成脊型结构的光波导。接着用电子束扫描在光波导上形成1次光栅(周期100nm)。对形成了光栅的DBR区和相位调整区进行Si离子注入，形成无源光波导。再接着，进行第2晶体生长，作为夹层，层叠p型AlGaAs，最后，在n侧和p侧形成用于提供电流的电极。
3电极结构的AlGaAs系波长可变DBR半导体激光器的阈值为25mA，对于向有源区供给的150mA的电流(工作电流)，可以得到50mW的输出功率。在图15中示出了对DBR区进行电流供给时的波长可变特性。借助于改变对DBR区的供给电流(DBR电流)，使DBR区的折射率因加热而改变，可以实现波长可变。将射出的半导体激光导引至光谱分析仪，观测了激射波长。对工作电流100mA、相位电流0mA得到了图15所示的阶梯状的2nm的波长可变宽度。在波长可变时激射波长也保持为单纵模。
其次，将相位电流设定为20mA，同样地测定使DBR电流改变时的波长可变特性。然后，再将相位电流设定为40mA，同样地测定使DBR电流改变时的波长可变特性。根据所得结果，在图16中示出了对发生跳模的DBR电流值(构成阶梯的台阶的电流值A点)的作图结果。由该图可知，借助于同时控制DBR电流(Idbr)和相位电流(Iph)，使其保持电流比Idbr/Iph＝0.5的关系，可以实现图17所示的波长连续可变特性。如上所述，在波长可变DBR半导体激光器及DFB半导体激光器中，其波长可变特性是很重要的。作为波长可变特性的重要因素是(i)单纵模特性，(ii)波长可变的重现性，(iii)波长连续可变所必需的电流比Idbr/Iph。单纵模特性是在光通信用途和2次谐波发生中首先要求的特性，在2次谐波发生等方面纵模一旦变为多模，会导致转换效率大幅度降低。波长可变的重现性是波长控制方面的重要特性，首先是图15所示的单调增加特性，另外，波长可变特性的良好重现性很重要。至于波长连续可变所必需的电流比Idbr/Iph，由于在各个半导体激光器之间具有离散性，所以必须对各个半导体激光器进行测定。
现在，在评价这些特性时，用光谱分析仪等进行测定，需要相当的工作量。当考虑波长可变DBR半导体激光器的批量生产时，检测工序的简化是一重要课题。
本发明是为了解决现有技术中的上述课题而进行的，其目的在于提供结构简单而且快速、准确的波长可变半导体激光器的检测装置和简便的检测方法，以及相干光源的检测方法。
为达到上述目的，本发明的波长可变半导体激光器的检测装置的第1结构是至少具有有源区、相位调整区和分布布喇格反射(DBR)区的波长可变半导体激光器的检测装置，其特征在于包括对上述有源区、上述相位调整区和上述DBR区供给电流的电源，检测从上述波长可变半导体激光器射出的激光的输出强度的光接收元件，以及可插入从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上的透射型波长选择元件。
在上述本发明的波长可变半导体激光器的检测装置的第1结构中，可以在从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述透射型波长选择元件的状态下，对于向上述有源区供给的规定的有源电流，改变对上述相位调整区供给的相位电流和对上述DBR区供给的DBR电流的至少一方，最好用上述光接收元件检测透过上述透射型波长选择元件后的上述激光的输出强度。
本发明的波长可变半导体激光器的第1检测方法是使用上述本发明的检测装置的第1结构的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于在从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上不插入上述透射型波长选择元件的状态下，改变对上述有源区供给的有源电流，用上述光接收元件检测从上述波长可变半导体激光器射出的激光的输出强度，求出上述有源电流与上述输出强度的关系。
本发明的波长可变半导体激光器的第2检测方法是使用上述本发明的检测装置的第1结构的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于对上述有源区供给恒定的有源电流，在从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述透射型波长选择元件的状态下，改变对上述DBR区供给的DBR电流，用上述光接收元件检测透过上述透射型波长选择元件后的上述激光的输出强度，求出与上述波长可变半导体激光器的期望波长对应的上述DBR电流。
在上述本发明的波长可变半导体激光器的第2检测方法中，上述波长可变半导体激光器的期望波长最好是透过上述透射型波长选择元件后的上述激光的输出强度为最大值的波长。
本发明的波长可变半导体激光器的第3检测方法是使用上述本发明的检测装置的第1结构的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于对上述有源区供给恒定的有源电流，在从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述透射型波长选择元件的状态下，独立地分别改变对上述相位调整区供给的相位电流和对上述DBR区供给的DBR电流，用上述光接收元件检测透过上述透射型波长选择元件后的上述激光的输出强度，求出与上述输出强度改变点对应的上述相位电流和上述DBR电流。
在上述本发明的波长可变半导体激光器的第3检测方法中，最好从与上述输出强度改变点对应的上述DBR电流和上述相位电流算出上述DBR电流与上述相位电流的电流比。另外，这时最好算出上述DBR电流与上述相位电流的电流比，借助于用上述电流比控制上述DBR电流和上述相位电流，使上述波长可变半导体激光器的激射波长连续变化。
在上述本发明的波长可变半导体激光器的第3检测方法中，最好从与改变上述DBR电流时得到的上述输出强度改变点对应的上述DBR电流的间隔ΔIdbr和与改变上述相位电流时得到的上述输出强度改变点对应的上述相位电流的间隔ΔIph，算出上述DBR电流与上述相位电流的电流比ΔIdbr/ΔIph。另外，这时，最好算出上述DBR电流与上述相位电流的电流比，借助于用上述电流比控制上述DBR电流和上述相位电流，使上述波长可变半导体激光器的激射波长连续变化。
本发明的波长可变半导体激光器的第4检测方法是至少具有有源区、相位调整区和分布布喇格反射(DBR)区的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于对上述有源区供给的规定的有源电流，用光接收元件检测得到的激光的输出强度，求出与改变对上述DBR区供给的DBR电流时得到的上述激光输出强度改变点对应的上述DBR电流的间隔ΔIdbr和与改变对上述相位调整区供给的相位电流时得到的上述输出强度改变点对应的上述相位电流的间隔ΔIph，算出上述DBR电流间隔ΔIdbr与上述相位电流间隔ΔIph的电流比ΔIdbr/ΔIph。
在上述本发明的波长可变半导体激光器的第4检测方法中，使上述相位电流改变时得到的上述输出强度改变点和使上述DBR电流变化时得到的上述输出强度改变点最好是从上述输出强度减少变为上述输出强度增加的的改变点。
在上述本发明的波长可变半导体激光器的第4检测方法中，最好借助于用上述电流比ΔIdbr/ΔIph控制上述DBR电流和上述相位电流，使上述波长可变半导体激光器的激射波长连续变化。
本发明的波长可变半导体激光器的检测装置的第2结构是至少具有有源区、相位调整区和分布布喇格反射(DBR)区的波长可变半导体激光器的检测装置，其特征在于包括对上述有源区、上述相位调整区和上述DBR区供给电流的电源，检测从上述波长可变半导体激光器射出的激光的输出强度的光接收元件以及可插入从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上的2次谐波发生(SHG)元件。
在上述本发明的波长可变半导体激光器的检测装置的第2结构中，在从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述SHG元件的状态下，最好对于向上述有源区供给的规定的有源电流，改变对上述相位调整区供给的相位电流和对上述DBR区供给的DBR电流的至少一方，用上述光接收元件检测由上述SHG元件进行了波长转换的高次谐波光的输出强度。
本发明的波长可变半导体激光器的第5检测方法是使用上述本发明的检测装置的第2结构的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于在从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上不插入上述SHG元件的状态下，改变对上述有源区供给的有源电流，用上述光接收元件检测从上述波长可变半导体激光器射出的激光的输出强度，求出上述有源电流与上述输出强度的关系。
本发明的波长可变半导体激光器的第6检测方法是使用上述本发明的检测装置的第2结构的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于对上述有源区供给恒定的有源电流，在从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述SHG元件的状态下，改变对上述DBR区供给的DBR电流，用上述光接收元件检测由上述SHG元件进行了波长转换的高次谐波光的输出强度，求出与上述波长可变半导体激光器的期望波长对应的上述DBR电流。
在上述本发明的波长可变半导体激光器的第6检测方法中，上述波长可变半导体激光器的期望波长最好是由上述SHG元件进行了波长转换的上述高次谐波光的输出强度为最大值的波长。
本发明的波长可变半导体激光器的第7检测方法是使用上述本发明的检测装置的第2结构的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于对上述有源区供给恒定的有源电流，在从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述SHG元件的状态下，独立地分别改变对上述相位调整区供给的相位电流和对上述DBR区供给的DBR电流，用上述光接收元件检测由上述SHG元件进行了波长转换的上述高次谐波光的输出强度，求出与上述输出强度改变点对应的上述相位电流和上述DBR电流。
在上述本发明的波长可变半导体激光器的第7检测方法中，最好从与上述输出强度改变点对应的上述相位电流和上述DBR电流算出上述相位电流与上述DBR电流的电流比。另外，这时，最好算出上述DBR电流与上述相位电流的电流比，借助于用上述电流比控制上述DBR电流和上述相位电流，使上述波长可变半导体激光器的激射波长连续变化。
在上述本发明的波长可变半导体激光器的第7检测方法中，最好从与使上述DBR电流改变时得到的上述输出强度改变点对应的上述DBR电流的间隔ΔIdbr和与使上述相位电流改变时得到的上述输出强度改变点对应的上述相位电流的间隔ΔIph，算出上述DBR电流与上述相位电流的电流比ΔIdbr/ΔIph。另外，这时，最好算出上述DBR电流与上述相位电流的电流比，借助于用上述电流比控制上述DBR电流和上述相位电流，使上述波长可变半导体激光器的激射波长连续变化。
本发明的相干光源的第1检测方法是包括至少具有有源区、相位调整区和分布布喇格反射(DBR)区的波长可变半导体激光器及2次谐波发生(SHG)元件的相干光源的检测方法，其特征在于对上述有源区供给恒定的有源电流，改变对上述DBR区供给的DBR电流，用上述光接收元件检测由上述SHG元件进行了波长转换的高次谐波光的输出强度，求出与上述波长可变半导体激光器的期望波长对应的上述DBR电流。
在上述本发明的相干光源的第1检测方法中，上述波长可变半导体激光器的期望波长最好是由上述SHG元件进行了波长转换的上述高次谐波光的输出强度为最大值的波长。
本发明的相干光源的第2检测方法是包括至少具有有源区、相位调整区和分布布喇格反射(DBR)区的波长可变半导体激光器及2次谐波发生(SHG)元件的相干光源的检测方法，其特征在于独立地分别改变对上述相位调整区供给的相位电流和对上述DBR区供给的DBR电流，用上述光接收元件检测由上述SHG元件进行了波长转换的高次谐波光的输出强度，求出与上述输出强度改变点对应的上述相位电流和上述DBR电流。
在上述本发明的相干光源的第2检测方法中，最好从与上述输出强度改变点对应的上述DBR电流和上述相位电流算出上述DBR电流与上述相位电流的电流比。另外，这时，最好算出上述DBR电流与上述相位电流的电流比，借助于用上述电流比控制上述DBR电流和上述相位电流，使上述波长可变半导体激光器的激射波长连续变化。
在上述本发明的相干光源的第2检测方法中，最好从与使上述DBR电流改变时得到的上述输出强度改变点对应的上述DBR电流的间隔ΔIdbr和与使上述相位电流改变时得到的上述输出强度改变点对应的上述相位电流的间隔ΔIph，算出上述DBR电流与上述相位电流的电流比ΔIdbr/ΔIph。另外，这时，最好算出上述DBR电流与上述相位电流的电流比，借助于用上述电流比控制上述DBR电流和上述相位电流，使上述波长可变半导体激光器的激射波长连续变化。图1是示出本发明第1实施例中波长可变DBR半导体激光器的检测装置的概略结构图。
图2是示出本发明第1实施例中波长可变DBR半导体激光器的有源电流与输出强度的关系图。
图3是示出本发明第1实施例中DBR电流与透过透射型波长选择元件后的输出的关系图。
图4是示出本发明第1实施例中与输出改变点对应的相位电流和DBR电流的关系图。
图5是示出本发明第2实施例中与输出改变点对应的相位电流和DBR电流的关系图。
图6A是示出本发明第3实施例中使DBR电流改变时的DBR电流与透过透射型波长选择元件后的输出的关系图，图6B是示出本发明第3实施例中使相位电流改变时的DBR电流与透过透射型波长选择元件后的输出的关系图。
图7是示出本发明第4实施例中使用光波导型QPM-SHG器件的SHG蓝光光源的概略结构图。
图8是示出本发明第4实施例中波长可变DBR半导体激光器的检测装置的概略结构图。
图9是示出本发明第4实施例中与输出改变点对应的相位电流与DBR电流的关系图。
图10A是示出本发明第4实施例中使DBR电流改变时的DBR电流与透过透射型波长选择元件后的输出的关系图，图10B是示出本发明第4实施例中使相位电流改变时的DBR电流与透过透射型波长选择元件后的输出的关系图。
图11是示出本发明第5实施例中波长可变DBR半导体激光器的检测装置的概略结构图。
图12是示出本发明第5实施例中使DBR电流和相位电流改变时的DBR电流与透过透射型波长选择元件后的输出的关系图。
图13是示出本发明第6实施例中波长可变DBR半导体激光器的检测装置的概略结构图。
图14是示出现有技术中波长可变DBR半导体激光器的概略结构图。
图15是示出现有技术中波长可变DBR半导体激光器的使DBR电流改变时的波长可变特性图。
图16是示出现有技术中与跳模点对应的相位电流与DBR电流的关系图。
图17是示出现有技术中波长可变DBR半导体激光器的波长连续可变特性图。下面利用实施例对本发明进一步作具体说明。图1是示出本发明第1实施例中具有波长可变功能的DBR半导体激光器(以下称“波长可变DBR半导体激光器”)的检测装置的概略结构图。
如图1所示，从波长可变DBR半导体激光器1射出的激光，经透镜2变为平行光后被导引至用于检测激光的输出强度的光接收元件3。作为光接收元件3使用了具有至MHz左右的带宽的器件。虽然通过使用响应速度更高的光接收元件作为光接收元件3可以提高光检测速度，但其光接收面积减小。由光接收元件3测得的光信号经A/D转换器4转换为数字信号后被存储在控制电路5内的存储器中。作为控制用微型计算机，使用了12位的微型计算机。另外，该检测装置还具有可插入从波长可变DBR半导体激光器1至光接收元件3的光路上的透射型波长选择元件6。
在本实施例中，作为透射型波长选择元件6，使用了在石英玻璃基板上形成的电介质多层膜。这里，电介质多层膜为TiO2与SiO2的叠层结构。当使用由电介质多层膜构成的透射型波长选择元件6时，通过改变透射型波长选择元件6对激光光轴的角度，可以改变透射峰值波长。这时，当透射型波长选择元件6对激光光轴的角度增大时，透射峰值波长向短波长侧移动。
在本实施例中，通过将所用的透射型波长选择元件6的对激光光轴的角度固定，评价了透射光谱。在本实施例中，使用3种(样品A、B、C)透射型波长选择元件6，它们各自的最大透射率(％)和透射率减半的半宽度(nm)如下样品A中分别为50％和0.15nm，样品B中分别为70％和0.3nm，样品C中分别为90％和0.6nm。
波长可变DBR半导体激光器1有有源区、相位调整区和分布布喇格反射(DBR)区这3个区域。有源区是产生增益的区域。在DBR区形成衍射光栅，只有由该衍射光栅的周期规定的或者特别指定的波长的光被反射。因此，当从控制电路5内的电源向有源区供给电流(以下称“有源电流”)时，就在有源区侧的端面与DBR区之间产生受激辐射。另外，当从控制电路5内的电源向DBR区和相位调整区供给电流(以下称“DBR电流”和“相位电流”)时，因存在内阻而温度上升，从而折射率产生变化。因此，在DBR区，反射的光的波长发生变化，而在相位调整区，由有源区侧的出射端面和DBR区构成的谐振腔的相位状态发生变化。
如在现有技术一节中所述，使有源电流固定而使DBR电流改变时可以得到阶梯状的波长可变特性。进而，使相位电流改变，并再次使DBR电流改变，得到波长可变特性，对形成阶梯的台阶(即输出强度改变点)的电流值(现有技术的图15中的A点)进行作图，可以得到现有技术的图16所示的图形。从该图形可以算出DBR电流(Idbr)与相位电流(Iph)的电流比Idbr/Iph＝0.5，当同时控制DBR电流(Idbr)和相位电流(Iph)使该关系保持时，可以实现现有技术的图17所示的波长连续可变特性。
下面对利用图1所示的波长可变DBR半导体激光器的检测装置的检测方法进行说明。
1)有源电流-激光输出特性首先，在从波长可变DBR半导体激光器1至光接收元件3的光路上不插入透射型波长选择元件6的状态下，使有源电流改变，用光接收元件3检测从波长可变DBR半导体激光器1射出的激光的输出强度。在透射型波长选择元件6不存在的状态下，借助于对有源区供给有源电流，可以得到图2所示的有源电流-激光输出特性。
2)波长可变DBR半导体激光器的波长检测在从波长可变DBR半导体激光器1至光接收元件3的光路上插入透射型波长选择元件6，将有源电流设定为150mA(激光输出100mW)，相位电流设定为0mA，用光接收元件3检测使DBR电流改变时的波长可变DBR半导体激光器1的输出特性。另外，通过调整透射型波长选择元件6(样品C最大透射率为90％，半宽度为0.6nm)对从波长可变DBR半导体激光器1射出的激光的光轴的角度，将透射峰值波长设定为820nm。另外，在本实施例中，期望波长被设定为820±0.5nm。当使DBR电流从0mA改变至50mA时，一旦波长可变DBR半导体激光器1的激射波长成为820nm，则透过透射型波长选择元件6后测得的光信号(激光的输出强度)最大。在本实施例中使用的波长可变DBR半导体激光器1的激射波长从DBR电流为0mA时的819.5nm改变至DBR电流为50mA时的820.5nm。在图3中示出了这时用光接收元件3测得的光信号(A/D转换前的激光的输出强度)。在图3中，纵轴表示相对强度。如图3所示，在DBR电流为25mA时，检测出了最大输出强度。由此可知，在本实施例中，与波长可变DBR半导体激光器1的期望波长对应的DBR电流为25mA。
3)电流比Idbr/Iph的测量图3所示的使DBR电流改变时的透过透射型波长选择元件6后的激光的输出强度改变点(形成阶梯的台阶的电流值B1～B5)是激射波长发生跳模的点。即，这些输出强度改变点对应于现有技术的图15所示的跳模点(例如A点)。然后将相位电流设定为20mA，同样地用光接收元件3检测使DBR电流改变时的、透过透射型波长选择元件6后的激光输出强度。由于通过增加相位电流，光波导内的折射率，即相位状态改变，所以输出强度改变点(B1～B5)移动。进而将相位电流设定为40mA，同样地用光接收元件3检测使DBR电流改变时的、透过透射型波长选择元件6后的激光输出强度，求出输出强度改变点(B1～B5)。在图4中，示出了与输出强度改变点(B1～B5)对应的DBR电流和相位电流。
图4的图形与在现有技术一节中所示的图16相当。从该图形可以算出DBR电流(Idbr)与相位电流(Iph)的电流比Idbr/Iph，借助于以该电流比对DBR区和相位调整区分别供给DBR电流(Idbr)和相位电流(Iph)，可以使波长可变DBR半导体激光器1的激射波长连续变化。即能够实现波长连续可变。在本实施例中，由图4可以算出Idbr/Iph＝0.5，借助于以该电流比控制DBR电流(Idbr)和相位电流(Iph)，可以实现波长连续可变。
下面对实际使用控制电路5(微型计算机)的数据处理进行说明。在本实施例中，由于作为控制用微型计算机使用了12位的微型计算机，所以能够将供给各区域的电流从0X000至0XFFF分为4096级。这里，0X表示16进制的数。另外，在本实施例中，相位电流和DBR电流的最大值被设定为约128mA。即0X020相当于1mA。另外，在本实施例中，有源电流的最大值被设定为约256mA。即0X010相当于1mA。
第1种方法(从图形算出)这里，有源电流被设定为0X640(相当100mA，50mW)。首先将相位电流设定为0X000(0mA)，在固定该相位电流的状态下，使DBR电流以0X010(0.5mA)的间距从0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐级变化。然后用A/D转换器4将由光接收元件3测得的光信号转换为数字信号，将Pd(1)～Pd(112)的数据存储在控制电路5内的存储器中。接着，将相位电流分别设定为0X280(20mA)和0X500(40mA)。然后，同样地使DBR电流改变，将Pd(1)～Pd(112)的数据存储在控制电路5内的存储器中。
用存储器内存储的数据进行以下的操作。
1)求出Pd(1)～Pd(112)中的与最大值Pd(N)对应的DBR电流Idbrmax(N)。由此可以知道，与波长可变DBR半导体激光器1的期望波长对应的DBR电流为0X320(25mA)。
2)求使Pd(N+1)-Pd(N)＞δP成立的DBR电流Idbrδ(N)，即激光输出强度改变点。这里，δP与使用的透射型波长选择元件6的波长选择性有关。在本实施例中，δP被设定为与最大输出Pd(N)的5％相当的0.05Pd(N)。
通过对这些数据作图可得到与图4相当的图形。由该图形求出DBR电流(Idbr)和相位电流(Iph)的电流比Idbr/Iph的平均值，借助于以该电流比对DBR区和相位调整区分别供给DBR电流(Idbr)和相位电流(Iph)，可以实现波长连续可变。在本实施例中，Idbr/Iph＝0.5。
在本实施例中，还可以检查波长可变DBR半导体激光器1的波长可变特性和单模性。由图3可知，当DBR电流在由光接收元件3测得的光信号(激光输出强度)为最大值的电流值0X320(25mA)以下时，所得信号单调增加，在0X320(25mA)以上时，所得信号单调下降。另外，与使Pd(N+1)-Pd(N)＞δP成立的激光输出强度改变点对应的DBR电流的间隔基本上恒定。在测定的波长可变DBR半导体激光器1的波长可变特性i)不单调增加，ii)纵模为多模，iii)波长可变时的跳模点(输出强度改变点)不稳定的场合，得不到图3所示的特性。
在本实施例中，①通过评价0X320(25mA)前后的单调增加和单调下降特性，或者②通过评价输出强度改变点的间隔较大地偏离间隔平均值的情况(例如30％)，可以检查波长可变DBR半导体激光器1的波长可变特性和单模性。
本实施例的检测装置和检测方法的特征在于装置成本低，检测速度快。在现有技术中使用的光谱分析仪的设备价格高，而且扫描速度和数据采入慢，从触发到数据输出通常需要数秒左右。与此相对照，在本实施例的结构中，检测时间依赖于对波长可变DBR半导体激光器1供给电流时的供给速度和光接收元件3的响应速度，可以在μsec(微秒)～msec(毫秒)以下的数量级的时间内进行检测。实际上，通过使用响应速度高的光接收元件3，可以在nsec(纳秒)～μsec(微秒)以下的数量级的时间内进行检测。
另外，透射型波长选择元件的特征在于借助于制成多层膜结构，可以自由地设计波长选择性，借助于像本实施例这样将半宽度设计成0.6nm左右，可以评价1nm左右的波长可变区的波长可变特性。因此，根据本实施例，可以同时测定波长可变特性、与期望波长对应的DBR电流以及波长连续可变所必需的电流比Idbr/Iph＝0.5。还有，根据本实施例，借助于将波长选择性的半宽度设计成1nm左右，还可以评价2nm左右的波长可变区中的波长可变特性。但是，当加宽波长可变宽度时，由于在输出强度改变点用光接收元件测得的信号之差减小，所以必须将波长可变宽度设定成与检测分辨率相应的波长选择宽度。第2种方法(由微区的斜率算出)在波长可变DBR半导体激光器中，当使相位电流在跳模点的±10mA左右的范围内变化时，在该范围内不发生跳模(输出强度改变)。因此，如在该区域测定Idbr(max)与相位电流的关系，能更简单地求出电流比Idbr/Iph。在本实施例中，在图1的结构中，作为透射型波长选择元件6，使用了样品A(最大透射率50％，半宽度0.15nm)。
这里，有源电流被设定为0X640(相当100mA，50mW)。首先将相位电流设定为0X000(0mA)，在固定该相位电流的状态下，使DBR电流以0X010(0.5mA)的间距从0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐级变化。然后用A/D转换器4将由光接收元件3测得的光信号转换为数字信号，将Pd1(1)～Pd1(112)的数据存储在控制电路5内的存储器中。接着，在使相位电流以0X010(0.5mA)的间距从0X000(0mA)至0X500(40mA)逐级升高时，对每一个相位电流，以0X010(0.5mA)的间距从0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐级改变DBR电流。然后用A/D转换器4将由光接收元件3测得的光信号转换为数字信号，将Pdn(1)～Pdn(112)的数据存储在控制电路5内的存储器中。这时，求与存储器中存储的Pd1(1)～Pdn(112)中的最大值Pd(N)对应的相位电流和DBR电流(Iph0、Idbr0)。在本实施例中，得到了Iph0＝20mA，Idbr0＝25mA。在这里，求光信号为最大值时的相位电流是为了增大使DBR电流改变时所得到的Pdn(1)～Pdn(112)中的输出强度改变点的改变量。
下面对检测方法进行说明。
首先将相位电流设定为0X280(20mA)，在固定该相位电流的状态下，使DBR电流以0X010(0.5mA)的间距从0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐级变化。然后用A/D转换器4将由光接收元件3测得的光信号转换为数字信号，将Pd1(1)～Pd1(112)的数据存储在控制电路5内的存储器中。接着，将相位电流设定为减小了5mA的0X1E0(15mA)，同样地，在固定该相位电流的状态下，使DBR电流以0X010(0.5mA)的间距0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐级变化。然后用A/D转换器4将由光接收元件3测得的光信号转换为数字信号，将Pd2(1)～Pd2(112)的数据存储在控制电路5内的存储器中。再接着，将相位电流设定为增加了5mA的0X320(25mA)，同样地，在固定该相位电流的状态下，使DBR电流以0X010(0.5mA)的间距从0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐级变化。然后用A/D转换器4将由光接收元件3测得的光信号转换为数字信号，将Pd3(1)～Pd3(112)的数据存储在控制电路5内的存储器中。
利用存储在存储器中的数据，对各个相位电流求与Pd1(N+1)-Pd1(N)、Pd2(N+1)-Pd2(N)、Pd3(N+1)-Pd3(N)为最大值时的DBR电流，即与激光输出强度改变点对应的DBR电流(但在本实施例中，忽略为负值的值)。在图5中示出了其结果。图5中的横轴是相对于输出强度改变点的相位电流，纵轴是DBR电流。连接3个点的直线的斜率就是电流比Idbr/Iph，有Idbr/Iph＝0.5。
在本实施例的结构中，与上述第1实施例相同，检测时间依赖于对波长可变DBR半导体激光器1供给电流时的供给速度和光接收元件3的响应速度，可以在msec(毫秒)以下的数量级的时间内进行检测。
另外，关于本实施例的波长选择宽度，其半宽度非常窄，为0.15nm。还有，对相位电流的最佳点也进行了检测。借助于减窄波长选择宽度，使在输出强度改变点用光接收元件测得的信号之差增大，可以提高信号差Pd(N+1)-Pd(N)的检测精度。因此，如本实施例这样，由于可以检测信号差Pd(N+1)-Pd(N)为最大值时的DBR电流(Idbr)，能够简单地算出电流比Idbr/Iph，所以可以求得检测时间的进一步缩短。在本实施例中，对用激光输出强度改变点的间隔算出电流比Idbr/Iph的方法进行说明。在本方法中，作为透射型波长选择元件6，使用了透射光谱的半宽度为0.3nm的样品B。
这里，有源电流被设定为0X640(相当100mA，50mW)。首先将相位电流设定为0X000(0mA)，在固定该相位电流的状态下，使DBR电流以0X010(0.5mA)的间距从0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐级变化。然后用A/D转换器4将由光接收元件3测得的光信号转换为数字信号，将Pd(1)～Pd(112)的数据存储在控制电路5内的存储器中。接着，将DBR电流固定在与Pd(1)～Pd(112)中的最大值的Pd(N)对应的Idbr(25mA)，使相位电流以0X010(0.5mA)的间距从0X000(0mA)至0X700(56mA)逐级变化。然后用A/D转换器4将由光接收元件3测得的光信号转换为数字信号，将Pi(1)～Pi(112)的数据存储在控制电路5内的存储器中。
在图6A、B中示出了所得到的数据。图6的纵轴表示相对强度。由图6A求使Pd(N+1)-Pd(N)＞δP成立的DBR电流Idbr(maxδ)，即激光输出强度改变点，算出其间隔的平均值δIdbr(maxδ)。另外，由图6B求使Pi(N+1)-Pi(N)＞δP成立的相位电流Iph(maxδ)，算出其间隔的平均值δIph(maxδ)。然后，由这些值算出波长连续可变所必需的电流比Idbr/Iph＝δIdbr(maxδ)/δIph(maxδ)。这里，δP与使用的透射型波长选择元件6的波长选择性有关。在本实施例中，δP被设定为相当于最大输出Pd(N)的10％的0.1Pd(N)。作为图6的结果，求得电流比Idbr/Iph＝0.5。
在本实施例的结构中，与上述第1和第2实施例相同，检测时间依赖于对波长可变DBR半导体激光器1供给电流时的供给速度和光接收元件3的响应速度，可以在msec(毫秒)以下的数量级的时间内进行检测。本实施例的特征在于对DBR电流进行1次扫描后，仅扫描1次相位电流就可以算出电流比Idbr/Iph。因此，能够更高速地进行波长可变特性的检测，其实用效果较大。在本实施例中，对将半导体激光器芯片和波长转换元件安装在亚底座上来制作SHG蓝光光源，通过检测蓝光来检测波长可变特性的方法进行说明。
在图7中示出了本实施例中使用的SHG蓝光光源的概略结构。
如图7所示，在本实施例的SHG蓝光光源中，作为用作基波的半导体激光器，使用了具有有源区8、相位调整区9和DBR区10的0.85μm波段的100mW级的AlGaAs系波长可变DBR半导体激光器7。在该半导体激光器中，可以通过改变对DBR区10供给的DBR电流来改变激射波长。
另外，作为波长转换元件，使用了准相位匹配(以下记作“QPM”)方式的光波导型2次谐波发生(以下记作“SHG”)器件(光波导型QPM-SHG器件)11。即，光波导型QPM-SHG器件11，由在使用铌酸锂(LiNbO3)的光学晶体基板(X板掺5％mol的MgO的LiNbO3基板)的上表面形成的光波导12和用于补偿基波与高次谐波的传播常数之差的、与光波导12正交的周期性极化反转区13构成。光波导12借助于在焦磷酸中进行质子交换而形成。另外，周期性极化反转区13借助于在X板掺5％mol的MgO的LiNbO3基板的+x表面形成梳状电极和平行电极，在梳状电极和平行电极间施加5kV左右的电场而形成。在X板掺5％mol的MgO的LiNbO3基板上，在光波导形成面上形成了由SiO2构成的保护膜。在本实施例的SHG蓝光光源中，借助于使基波的波长与光波导型QPM-SHG器件11的相位匹配波长相一致，实现了波长转换。这时，对可得到最大转换效率的波长，转换效率减半的波长的容许宽度为0.1nm左右。
波长可变DBR半导体激光器7和光波导型QPM-SHG器件11，以有源层和形成光波导12的面与亚底座14相接的方式被固定在该亚底座14上，从波长可变DBR半导体激光器7的出射端面射出的激光直接耦合至光波导型QPM-SHG器件11的光波导12中。
一边使波长可变DBR半导体激光器7发光，一边进行光耦合调整，使得对100mW的激光输出有60mW的激光耦合至光波导12中。控制波长可变DBR半导体激光器7的DBR电流和相位电流，使其激射波长固定在光波导型QPM-SHG器件11的相位匹配波长容许度内。现在，得到了10mW左右的波长为425nm的蓝光。
在本实施例中，对通过检测由波长转换得到的高次谐波光(蓝光)的输出来测量波长连续可变所必需的DBR电流与相位电流的电流比的方法进行说明。一旦波长连续可变得到实现，就能够稳定地控制蓝光输出(横山等人电气学会论文志C，Vol.120-C，P398，平成12年)。
光波导型QPM-SHG器件11的相位匹配波长容许宽度为0.1nm左右。即检测蓝光，与上述第1～第3实施例中的检测透过透射型波长选择元件后的激光的输出强度有同等作用，可以考虑以光波导型QPM-SHG器件11代替透射型波长选择元件。在本实施例中，对检测由波长可变DBR半导体激光器7和光波导型QPM-SHG器件11构成的SHG蓝光光源的波长可变DBR半导体激光器7的波长可变特性的方法进行说明。
下面对相当于上述第2实施例的检测方法进行说明。在图8中示出了在本实施例中使用的检测装置。
如图8所示，从波长可变DBR半导体激光器7射出的蓝光，经透镜16变为平行光后被导引至光接收元件17。该检测装置具有可插入从透镜16至光接收元件17的光路上的基波截止滤色片18，未进行波长转换的基波被该基波截止滤色片18截断。因此，光接收元件17能够只将经波长转换得到的蓝光作为光信号进行检测。由光接收元件17测得的光信号被A/D转换器19转换为数字信号后存入控制电路20内的存储器中。
这里，有源电流被设定为0XA00(相当160mA，100mW)。由于经波长转换得到的蓝光对100mW的激光输出为10mW左右，所以为了提高测定精度，将供给电流设定得大了一些。首先将相位电流设定为0X000(0mA)，在该相位电流固定的状态下，使DBR电流以0X010(0.5mA)的间距从0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐级变化。然后用光接收元件17检测经波长转换得到的蓝光，并用A/D转换器19将该检测出的信号转换为数字信号，将Pd2ω1(1)～Pd2ω1(112)的数据存储在控制电路20内的存储器中。接着，在使相位电流以0X010(0.5mA)的间距从0X000(0mA)至0X500(40mA)逐级升高时，对每一个相位电流，以0X010(0.5mA)的间距从0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐级改变DBR电流。然后用光接收元件17检测经波长转换得到的蓝光，并用A/D转换器19将该检测出的信号转换为数字信号，将Pd2ωn(1)～Pd2ωn(112)的数据存储在控制电路20内的存储器中。这时，求与存储器中存储的Pd2ω1(1)～Pd2ωn(112)中的最大值Pd2ω(N)对应的相位电流和DBR电流(Iph0、Idbr0)。在本实施例中，得到了Iph0＝20mA，Idbr0＝25mA。在这里，求光信号为最大值时的相位电流是为了增大使DBR电流改变时所得到的Pd2ωn(1)～Pd2ωn(112)中的输出强度改变点的改变量。
下面对检测方法进行说明。
首先将相位电流设定为0X280(20mA)，在固定该相位电流的状态下，使DBR电流以0X010(0.5mA)的间距从0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐级变化。然后用光接收元件17检测经波长转换得到的蓝光，并用A/D转换器19将该检测出的信号转换为数字信号，将Pd2ω1(1)～Pd2ω1(112)的数据存储在控制电路20内的存储器中。接着，将相位电流设定为减小了5mA的0X1E0(15mA)，同样地，在固定该相位电流的状态下，使DBR电流以0X010(0.5mA)的间距从0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐级变化。然后用光接收元件17检测经波长转换得到的蓝光，并用A/D转换器19将该检测出的信号转换为数字信号，将Pd2ω2(1)～Pd2ω2(112)的数据存储在控制电路20内的存储器中。再接着，将相位电流设定为增加了5mA的0X320(25mA)，同样地，在固定该相位电流的状态下，使DBR电流以0X010(0.5mA)的间距从0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐级变化。然后用光接收元件17检测经波长转换得到的蓝光，并用A/D转换器19将该检测出的信号转换为数字信号，将Pd2ω3(1)～Pd2ω3(112)的数据存储在控制电路20内的存储器中。
利用存储在存储器中的数据，对各个相位电流求与Pd2ω1(N+1)-Pd2ω1(N)、Pd2ω2(N+1)-Pd2ω2(N)、Pd2ω3(N+1)-Pd2ω3(N)为最大值时的DBR电流，即与输出强度改变点对应的DBR电流(但在本实施例中，忽略为负值的值)。在图9中示出了其结果。联结3个点的直线的斜率就是电流比Idbr/Iph，有Idbr/Iph＝0.5。
图9的结果与图5的结果大致相同。在由波长可变DBR半导体激光器和光波导型QPM-SHG器件构成的SHG蓝光光源中，取代使用透射型波长选择元件，通过检测经波长转换得到的蓝光输出，同样地能够求得波长可变DBR半导体激光器的波长可变特性，同时能够容易地求出波长连续可变所必需的电流比Idbr/Iph。
另外，采用与上述第3实施例相当的检测方法，也能够检测波长可变特性。下面对此方法进行说明。
在采用与上述第3实施例相当的检测方法的场合，需要在使相位电流改变时检测输出强度改变点。因此，当对光波导型QPM-SHG器件的相位匹配的波长容许宽度较小时，不能够检测输出强度改变点。在本实施例中，使用了元件长度5mm，波长容许宽度0.2nm的光波导型QPM-SHG器件。
这里，有源电流被设定为0XA00(相当160mA，100mW)。由于经波长转换得到的蓝光对100mW的激光输出为10mW左右，所以为了提高测量精度，将供给电流设定得大了一些。首先将相位电流设定为0X000(0mA)，在固定该相位电流的状态下，使DBR电流以0X010(0.5mA)的间距从0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐级变化。然后用光接收元件17检测经波长转换得到的蓝光，并用A/D转换器19将该检测出的信号转换为数字信号，将Pd2ω(1)～Pd2ω(112)的数据存储在控制电路20内的存储器中。接着，将DBR电流固定在与Pd2ω(1)～Pd2ω(112)中的最大值的Pd2ω(N)对应的Idbr(25mA)，使相位电流以0X010(0.5mA)的间距从0X000(0mA)至0X700(56mA)逐级变化。然后用光接收元件17检测经波长转换得到的蓝光，并用A/D转换器19将该检测出的信号转换为数字信号，将Pi2ω(1)～Pi2ω(112)的数据存储在控制电路20内的存储器中。
在图10A、B中示出了得到的数据。图10的纵轴表示相对强度。由图10A求使Pd2ω(N+1)-Pd2ω(N)＞δP成立的DBR电流Idbr(maxδ)，即输出强度改变点，算出其间隔的平均值δIdbr(maxδ)。另外，由图10B求使Pi2ω(N+1)-Pi2ω(N)＞δP成立的相位电流Iph(maxδ)，算出其间隔的平均值δIph(maxδ)。然后，由这些值算出波长连续可变所必需的电流比Idbr/Iph＝δIdbr(maxδ)/δIph(maxδ)。在本实施例中，δP被设定为相当于最大输出Pd(N)的20％的0.2Pd(N)。作为图10的结果，求得电流比Idbr/Iph＝0.5。
还有，虽然在本实施例中对由波长可变DBR半导体激光器7和光波导型QPM-SHG器件11构成的SHG蓝光光源进行了说明，但在由波长可变DBR半导体激光器和体型QPM-SHG器件构成的SHG蓝光光源中也能得到同样的效果。还有，在采用利用双折射性的相位匹配型SHG器件的场合，也能得到同样的效果。
如上所述，在由波长可变DBR半导体激光器7和光波导型QPM-SHG器件11构成的SHG蓝光光源的检测中，不需要对单个的波长可变DBR半导体激光器7进行检测，借助于评价安装组合后的SHG蓝光光源的波长转换特性，可以一并检测①波长可变DBR半导体激光器的输出特性、波长可变特性等，②用于实现SHG蓝光光源输出稳定的波长连续可变所必需的电流比，以及同时检测①和②。由于此结果也能使检测时间缩短，所以其实用效果较大。
另外，本实施例的特征在于，如图10所示，输出强度改变点的输出变化往往较大。上述第3实施例中的图6示出了从波长可变DBR半导体激光器1射出的激光被光接收元件3直接接收时的输出变化的状态。在SHG蓝光光源中得到的高次谐波光的输出与作为基波的半导体激光的输出变化的平方成正比。因此，在以经2次谐波发生得到的高次谐波光作为光信号进行光接收的场合，能够使输出强度改变点的输出变化增大。从而也能提高检测精度。在本实施例中，对不使用透射型波长选择元件求波长连续可变所必需的DBR电流和相位电流的电流比Idbr/Iph的方法进行说明。
波长可变DBR半导体激光器具有有源区、相位调整区和分布布喇格反射(DBR)区这3个区域。当对DBR区和相位调整区分别供给DBR电流和相位电流时，因存在内阻而温度上升，从而折射率发生变化。因此，在DBR区反射的光的波长发生变化，而在相位调整区，由有源区侧的出射端面和DBR区构成的谐振腔的相位状态发生变化。在使DBR电流、相位电流改变时之所以能得到阶梯状的波长可变特性，是由于相位状态变化，从而谐振腔内的波的数目有了改变的缘故。由于当谐振腔内的波的相位状态和波的数目改变时，波长可变DBR半导体激光器的激射状态发生变化，所以得到的输出强度也发生变化。
在图11中，示出了在本实施例中使用的检测装置。在本实施例的检测装置中，不需要透射型波长选择元件。
如图11所示，从波长可变DBR半导体激光器21射出的激光，经透镜22变为平行光后直接被导引至光接收元件23。由光接收元件23测得的光信号经A/D转换器24转换为数字信号后被存储在控制电路25内的存储器中。
在图12中，示出了将波长可变DBR半导体激光器的有源电流设定为100mA，使DBR电流和相位电流改变时的输出强度。在图12中，纵轴表示相对强度。图12中的C点是波的数目发生变化的点，相当于现有技术的图15中所示的A点。由于在上述第3实施例中求得的输出强度改变点是图12中的C点，所以可以通过对DBR电流和相位电流求该C点的电流间隔，算出波长连续可变所必需的DBR电流和相位电流的电流比Idbr/Iph。
下面对实际的检测方法进行说明。这里，有源电流被设定为0X640(相当100mA，50mW)。首先将相位电流设定为0X000(0mA)，在固定该相位电流的状态下，使DBR电流以0X010(0.5mA)的间距从0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐级变化。然后用A/D转换器24将由光接收元件23测得的光信号转换为数字信号，将Pd(1)～Pd(112)的数据存储在控制电路25内的存储器中。接着，将DBR电流设定为0X000(0mA)，使相位电流以0X010(0.5mA)的间距从0X010(0.5mA)至0X700(56mA)逐级变化。然后，用A/D转换器24将由光接收元件23测得的光信号转换为数字信号，将Pi(1)～Pi(112)的数据存储在控制电路25内的存储器中。
相当于图12的C点的点是Pd(1)～Pd(112)和Pi(1)～Pi(112)的值由负变正的点。求出由负变正的点，算出该间隔的平均值δIdbr(±)和δIph(±)。由这些值算出波长连续可变所必需的电流比Idbr/Iph＝δIdbr(±)/δIph(±)。在本实施例中，求得电流比Idbr/Iph＝0.5。
在本实施例的结构中，检测时间依赖于对波长可变DBR半导体激光器21供给电流时的供给速度和光接收元件23的响应速度，可以在msec(毫秒)以下的数量级的时间内进行检测。另外，在对DBR电流进行1次扫描后，仅扫描1次相位电流就可以算出电流比Idbr/Iph。还有，通过在波长可变区检查输出强度改变点的间隔的恒定，可以检查大概的波长可变特性。若该间隔不稳定就意味着纵模为多模，或者是波长可变不稳定。
另外，本实施例的检测方法由于与上述第1～第3实施例不同，不需要透射型波长选择元件，所以它是可以利用与现有的半导体激光器的检测装置相同的装置的实用的检测方法。但是，图12所示的输出变化依赖于波长可变DBR半导体激光器21的出射端面和DBR区的衍射光量。特别是在高输出半导体激光器中，由于出射端面的反射率小，所以检测其输出变化很困难。在上述第1～第4实施例的结构中，可以检测的信号大，而且其改变量也大。还有，根据上述第1～第4实施例，可以求得相位匹配波长等，以及期望波长附近的电流比Idbr/Iph。
另外，根据本实施例的检测方法，在由波长可变DBR半导体激光器和光波导型QPM-SHG器件构成的SHG蓝光光源中，也能得到同样的效果。但是，在SHG蓝光光源中，由于波长可变DBR半导体激光器的激射波长与光波导型QPM-SHG器件的相位匹配波长相一致时，从光波导出射部得到的半导体激光因波长转换而减少，所以也会发生由这一效应而引起的输出变动。因此，在偏离相位匹配波长的波段的检测能够以更高的精度进行。借助于检测经波长转换得到的蓝光输出，同样地可以得到波长可变特性，并且还能够容易地求得波长连续可变所必需的电流比Idbr/Iph。在上述第1～第3实施例中，对使用透射型波长选择元件检测波长可变DBR半导体激光器的波长可变特性的方法进行了说明。另外，在上述第4实施例中，对通过检测经光波导型QPM-SHG器件进行波长转换得到的蓝光，来检查波长可变DBR半导体激光器的波长可变特性的方法进行了说明。由以上的说明可知，用光波导型QPM-SHG器件代替透射型波长选择元件也能够检测波长可变DBR半导体激光器的波长可变特性。但是，由于在使用光波导型QPM-SHG器件时必须使从波长可变DBR半导体激光器射出的激光光耦合到光波导型QPM-SHG器件的光波导中，所以在使用上很不方便。于是在本实施例中，对使用体型QPM-SHG器件检测波长可变DBR半导体激光器的波长可变特性的方法进行说明。
首先说明体型QPM-SHG器件的利记博彩app。在1mm厚的Z切割LiTaO3基板上形成周期性极化反转区。周期性极化反转区借助于在Z切割LiTaO3基板的+z表面形成梳状电极，在其-z表面形成背面电极，在梳状电极和背面电极间施加20kV左右的电场而形成。极化反转周期为10μm，形成3维的准相位匹配条件。元件长度为3mm，对可得到最大转换效率的波长，转换效率减半的波长的容许宽度为0.3nm左右。容许宽度依赖于元件长度，通过使其长度为1mm，可以展宽到1nm左右。
在图13中，示出了本实施例中使用的检测装置。
如图13所示，从波长可变DBR半导体激光器26射出的激光经透镜27变为平行光，会聚到体型QPM-SHG器件28上。会聚到体型QPM-SHG器件28上的激光在那里进行波长转换，变为蓝光(高次谐波光)。蓝光经透镜29变为平行光后被导引至光接收元件31。在本实施例中，使用了元件长度为3mm，容许宽度为0.3nm的样品。该检测装置在从透镜29至光接收元件31的光路上设置了基波截止滤色片30，未进行波长转换的基波被该基波截止滤色片30遮住。因此，光接收元件31能够只将经波长转换得到的蓝光作为光信号进行检测。
在本实施例的结构中，由于借助于体型QPM-SHG器件28得到的蓝光的输出功率小，所以加大了光接收元件31的负载电阻，以提高灵敏度。会聚在体型QPM-SHG器件上的基波，与光波导型QPM-SHG器件的场合比较，由于功率密度小，而且相互作用长度短，所以转换效率低。因此，光接收元件的响应速度与在上述第1实施例中使用的响应速度相比，慢了2个数量级。由光接收元件31测得的光信号被A/D转换器32转换为数字信号，存入控制电路33内的存储器中。作为控制用微型计算机，使用了12位的微型计算机。
下面对检测方法进行说明。
检测蓝光，与上述第1～第3实施例中的检测透过透射型波长选择元件后的激光的输出强度有同等作用，可以考虑以体型QPM-SHG器件28代替透射型波长选择元件。因此，可以用与上述第4实施例相同的方法检测波长可变DBR半导体激光器26的波长可变特性。
下面对与上述第2实施例相当的检测方法简单地进行说明。
这里，有源电流被设定为160mA(相当100mW)。经波长转换得到的蓝光对100mW的激光输出为100μW左右。首先将相位电流设定为0mA，在固定该相位电流的状态下，使DBR电流从0mA至50mA变化。然后用光接收元件31检测经波长转换得到的蓝光，并用A/D转换器32将该检测出的信号转换为数字信号，将Pd2ω1(1)～Pd2ω1(N)的数据存储在控制电路33内的存储器中。接着，在使相位电流从0mA至40mA升高时，对各个相位电流，使DBR电流从0mA至50mA变化。然后用光接收元件31检测经波长转换得到的蓝光，并用A/D转换器32将该检测出的信号转换为数字信号，将Pd2ωn(1)～Pd2ωn(N)的数据存储在控制电路33内的存储器中。这时，求与存储器中存储的由Pd2ω1(1)至Pd2ωn(N)中的最大值对应的相位电流和DBR电流(Iph0、Idbr0)。
将相位电流设定为Iph0，在固定该相位电流的状态下，使DBR电流从0mA至50mA变化。然后用光接收元件31检测经波长转换得到的蓝光，并用A/D转换器32将该检测出的信号转换为数字信号，将Pd2ω1(1)～Pd2ω1(N)的数据存储在控制电路33内的存储器中。接着，将相位电流设定为Iph0-5mA，同样地，在固定该相位电流的状态下，使DBR电流从0mA至50mA变化。然后用光接收元件31检测经波长转换得到的蓝光，并用A/D转换器32将该检测出的信号转换为数字信号，将Pd2ω2(1)～Pd2ω2(N)的数据存储在控制电路33内的存储器中。再接着，将相位电流设定为Iph0+5mA，同样地，在该相位电流固定的状态下，使DBR电流从0mA至50mA变化。然后用光接收元件31检测经波长转换得到的蓝光，并用A/D转换器32将该检测出的信号转换为数字信号，将Pd2ω3(1)～Pd2ω3(N)的数据存储在控制电路33内的存储器中。
利用存储在存储器中的数据，对各相位电流求与Pd2ω1(N+1)-Pd2ω1(N)、Pd2ω2(N+1)-Pd2ω2(N)、Pd2ω3(N+1)-Pd2ω3(N)为最大值时的DBR电流，即与输出强度改变点对应的DBR电流(但在本实施例中，忽略为负值的值)。据此，可以得到与图9相同的结果。联结3个点的直线的斜率就是电流比Idbr/Iph。
另外，采用与上述第3实施例相当的检测方法，也能够检测波长可变特性。下面对此方法进行说明。
这里，有源电流被设定为160mA(相当100mW)。首先将相位电流设定为0mA，在固定该相位电流的状态下，使DBR电流从0mA至50mA变化。然后用光接收元件31检测经波长转换得到的蓝光，并用A/D转换器32将该检测出的信号转换为数字信号，将Pd2ω(1)～Pd2ω(N)的数据存储在控制电路33内的存储器中。接着，将DBR电流固定在Pd2ω(N)为最大值的Idbrmax，使相位电流从0mA至50mA变化。然后用光接收元件31检测经波长转换得到的蓝光，并用A/D转换器32将该检测出的信号转换为数字信号，将Pi2ω(1)～Pi2ω(N)的数据存储在控制电路33内的存储器中。
根据以上所述，可以得到与图10A、B相同的结果。由图10A求使Pd2ω(N+1)-Pd2ω(N)＞δP成立的DBR电流Idbr(maxδ)，即输出强度改变点，算出其间隔的平均值δIdbr(maxδ)。另外，由图10B求使Pi2ω(N+1)-Pi2ω(N)＞δP成立的相位电流Iph(maxδ)，算出其间隔的平均值δIph(maxδ)。然后，由这些值算出波长连续可变所必需的电流比Idbr/Iph＝δIdbr(maxδ)/δIph(maxδ)。
另外，在本实施例中，对使用体型QPM-SHG器件检测波长可变DBR半导体激光器的方法进行了说明。体型QPM-SHG器件的特征在于制作容易，而且成本低。另外，体型QPM-SHG器件的特征还在于，借助于切割研磨，可以在元件制作后高精度地改变波长选择宽度(容许宽度)。波长可变DBR半导体激光器的纵模间隔(跳模间隔)依赖于谐振腔长度。因此，本实施例的方法在选择最佳容许宽度的场合下是有效的方法。
另外，在本实施例中，与上述第4实施例一样，由于利用了SHG，所以输出强度改变点的输出变化大。在以由2次谐波发生得到的高次谐波光作为光信号进行光接收的场合，能够使输出强度改变点的输出变化增大。从而也能提高检测精度。如上所述，根据本发明，借助于在至少具有有源区、相位调整区和分布布喇格反射(DBR)区的波长可变半导体激光器的检测装置中，包括对上述有源区、上述相位调整区和上述DBR区供给电流的电源；检测从上述波长可变半导体激光器射出的激光的输出强度的光接收元件；以及可插入从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上的透射型波长选择元件，在从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述透射型波长选择元件的状态下，对于向上述有源区供给的规定的有源电流，改变对上述相位调整区供给的相位电流和对上述DBR区供给的DBR电流的至少一方，用上述光接收元件检测透过上述透射型波长选择元件后的上述激光的输出强度，求与输出强度改变点对应的相位电流和DBR电流，可以简单而高速地检测波长可变DBR半导体激光器的波长可变的稳定性和波长连续可变所必需的电流比Idbr/Iph等。
权利要求
1.一种波长可变半导体激光器的检测装置，它是至少具有有源区、相位调整区和分布布喇格反射(DBR)区的波长可变半导体激光器的检测装置，其特征在于，包括对上述有源区、上述相位调整区和上述DBR区供给电流的电源；检测从上述波长可变半导体激光器射出的激光的输出强度的光接收元件；以及可插入从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上的透射型波长选择元件。
2.如权利要求1所述的波长可变半导体激光器的检测装置，其特征在于在从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述透射型波长选择元件的状态下，对于向上述有源区供给的规定的有源电流，改变对上述相位调整区供给的相位电流和对上述DBR区供给的DBR电流的至少一方，用上述光接收元件检测透过上述透射型波长选择元件后的上述激光的输出强度。
3.一种波长可变半导体激光器的检测方法，它是使用权利要求1所述的检测装置的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于在从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上不插入上述透射型波长选择元件的状态下，改变对上述有源区供给的有源电流，用上述光接收元件检测从上述波长可变半导体激光器射出的激光的输出强度，求出上述有源电流与上述输出强度的关系。
4.一种波长可变半导体激光器的检测方法，它是使用权利要求1所述的检测装置的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于对上述有源区供给恒定的有源电流，在从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述透射型波长选择元件的状态下，改变对上述DBR区供给的DBR电流，用上述光接收元件检测透过上述透射型波长选择元件后的上述激光的输出强度，求出与上述波长可变半导体激光器的期望波长对应的上述DBR电流。
5.如权利要求4所述的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于上述波长可变半导体激光器的期望波长是透过上述透射型波长选择元件后的上述激光的输出强度为最大值的波长。
6.一种波长可变半导体激光器的检测方法，它是使用权利要求1所述的检测装置的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于对上述有源区供给恒定的有源电流，在从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述透射型波长选择元件的状态下，独立地分别改变对上述相位调整区供给的相位电流和对上述DBR区供给的DBR电流，用上述光接收元件检测透过上述透射型波长选择元件后的上述激光的输出强度，求出与上述输出强度改变点对应的上述相位电流和上述DBR电流。
7.如权利要求6所述的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于由与上述输出强度改变点对应的上述DBR电流和上述相位电流算出上述DBR电流与上述相位电流的电流比。
8.如权利要求6所述的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于从与使上述DBR电流改变时得到的上述输出强度改变点对应的上述DBR电流的间隔ΔIdbr和与使上述相位电流改变时得到的上述输出强度改变点对应的上述相位电流的间隔ΔIph，算出上述DBR电流与上述相位电流的电流比ΔIdbr/ΔIph。
9.如权利要求7或8所述的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于算出上述DBR电流与上述相位电流的电流比，借助于用上述电流比控制上述DBR电流和上述相位电流，使上述波长可变半导体激光器的激射波长连续变化。
10.一种波长可变半导体激光器的检测方法，它是至少具有有源区、相位调整区和分布布喇格反射(DBR)区的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于对上述有源区供给的规定的有源电流，用光接收元件检测得到的激光的输出强度，求出与改变对上述DBR区供给的DBR电流时得到的上述激光输出强度改变点对应的上述DBR电流的间隔ΔIdbr和与改变对上述相位调整区供给的相位电流时得到的上述输出强度改变点对应的上述相位电流的间隔ΔIph，算出上述DBR电流间隔ΔIdbr与上述相位电流间隔ΔIph的电流比ΔIdbr/ΔIph。
11.如权利要求10所述的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于使上述相位电流改变时得到的上述输出强度改变点和使上述DBR电流改变时得到的上述输出强度改变点是从上述输出强度减少变为上述输出强度增加的的改变点。
12.如权利要求10所述的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于借助于用上述电流比ΔIdbr/ΔIph控制上述DBR电流和上述相位电流，使上述波长可变半导体激光器的激射波长连续变化。
13.一种波长可变半导体激光器的检测装置，它是至少具有有源区、相位调整区和分布布喇格反射(DBR)区的波长可变半导体激光器的检测装置，其特征在于，包括对上述有源区、上述相位调整区和上述DBR区供给电流的电源；检测从上述波长可变半导体激光器射出的激光的输出强度的光接收元件；以及可插入从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上的2次谐波发生(SHG)元件。
14.如权利要求13所述的波长可变半导体激光器的检测装置，其特征在于在从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述SHG元件的状态下，对于向上述有源区供给的规定的有源电流，改变对上述相位调整区供给的相位电流和对上述DBR区供给的DBR电流的至少一方，用上述光接收元件检测由上述SHG元件进行了波长转换的高次谐波光的输出强度。
15.一种波长可变半导体激光器的检测方法，它是使用权利要求13所述的检测装置的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于在从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上不插入上述SHG元件的状态下，改变对上述有源区供给的有源电流，用上述光接收元件检测从上述波长可变半导体激光器射出的激光的输出强度，求出上述有源电流与上述输出强度的关系。
16.一种波长可变半导体激光器的检测方法，它是使用权利要求13所述的检测装置的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于对上述有源区供给恒定的有源电流，在从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述SHG元件的状态下，改变对上述DBR区供给的DBR电流，用上述光接收元件检测由上述SHG元件进行了波长转换的高次谐波光的输出强度，求出与上述波长可变半导体激光器的期望波长对应的上述DBR电流。
17.如权利要求16所述的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于上述波长可变半导体激光器的期望波长是由上述SHG元件进行了波长转换的上述高次谐波光的输出强度为最大值的波长。
18.一种波长可变半导体激光器的检测方法，它是使用权利要求13所述的检测装置的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于对上述有源区供给恒定的有源电流，在从上述波长可变半导体激光器至上述光接收元件的光路上插入了上述SHG元件的状态下，独立地分别改变对上述相位调整区供给的相位电流和对上述DBR区供给的DBR电流，用上述光接收元件检测由上述SHG元件进行了波长转换的上述高次谐波光的输出强度，求出与上述输出强度改变点对应的上述相位电流和上述DBR电流。
19.如权利要求18所述的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于从与上述输出强度改变点对应的上述相位电流和上述DBR电流算出上述相位电流与上述DBR电流的电流比。
20.如权利要求18所述的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于从与使上述DBR电流改变时得到的上述输出强度改变点对应的上述DBR电流的间隔ΔIdbr和与使上述相位电流改变时得到的上述输出强度改变点对应的上述相位电流的间隔ΔIph，算出上述DBR电流与上述相位电流的电流比ΔIdbr/ΔIph。
21.如权利要求19或20所述的波长可变半导体激光器的检测方法，其特征在于算出上述DBR电流与上述相位电流的电流比，借助于用上述电流比控制上述DBR电流和上述相位电流，使上述波长可变半导体激光器的激射波长连续变化。
22.一种相干光源的检测方法，它是包括至少具有有源区、相位调整区和分布布喇格反射(DBR)区的波长可变半导体激光器及2次谐波发生(SHG)元件的相干光源的检测方法，其特征在于对上述有源区供给恒定的有源电流，改变对上述DBR区供给的DBR电流，用上述光接收元件检测由上述SHG元件进行了波长转换的高次谐波光的输出强度，求出与上述波长可变半导体激光器的期望波长对应的上述DBR电流。
23.如权利要求22所述的相干光源的检测方法，其特征在于上述波长可变半导体激光器的期望波长是由上述SHG元件进行了波长转换的上述高次谐波光的输出强度为最大值的波长。
24.一种相干光源的检测方法，它是包括至少具有有源区、相位调整区和分布布喇格反射(DBR)区的波长可变半导体激光器及2次谐波发生(SHG)元件的相干光源的检测方法，其特征在于独立地分别改变对上述相位调整区供给的相位电流和对上述DBR区供给的DBR电流，用上述光接收元件检测由上述SHG元件进行了波长转换的高次谐波光的输出强度，求出与上述输出强度改变点对应的上述相位电流和上述DBR电流。
25.如权利要求24所述的相干光源的检测方法，其特征在于从与上述输出强度改变点对应的上述DBR电流和上述相位电流算出上述DBR电流与上述相位电流的电流比。
26.如权利要求24所述的相干光源的检测方法，其特征在于从与使上述DBR电流改变时得到的上述输出强度改变点对应的上述DBR电流的间隔ΔIdbr和与使上述相位电流改变时得到的上述输出强度改变点对应的上述相位电流的间隔ΔIph，算出上述DBR电流与上述相位电流的电流比ΔIdbr/ΔIph。
27.如权利要求25或26所述的相干光源的检测方法，其特征在于算出上述DBR电流与上述相位电流的电流比，借助于用上述电流比控制上述DBR电流和上述相位电流，使上述波长可变半导体激光器的激射波长连续变化。
全文摘要
本发明的课题是提供一种简单而高速地评价波长可变半导体激光器的波长可变特性的方法。所用检测装置是由对具有有源区、相位调整区和DBR区的波长可变DBR半导体激光器1供给电流的电源；检测从波长可变DBR半导体激光器1射出的激光的输出强度的光接收元件3；以及可插入从波长可变DBR半导体激光器1至光接收元件3的光路上的透射型波长选择元件6构成的检测装置。在从波长可变DBR半导体激光器1至光接收元件3的光路上插入了透射型波长选择元件6的状态下，对于向有源区供给的规定的有源电流，改变对相位调整区供给的相位电流和对DBR区供给的DBR电流的至少一方，用光接收元件3检测透过透射型波长选择元件6后的激光的输出强度。
文档编号G01J9/02GK1482437SQ02131599
公开日2004年3月17日 申请日期2002年9月10日 优先权日2002年9月10日
发明者北冈康夫, 横山敏史, 山本和久, 久, 史 申请人:松下电器产业株式会社