CN112042067A - 光学半导体装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种光学半导体装置设置有：波长可调谐激光元件；分束器，其将来自波长可调谐激光元件的出射光束分束成彼此平行的第一光束和第二光束并输出第一光束和第二光束；以及标准具，其透射第一光束和第二光束。标准具的相对于第一光束的光路长度不同于标准具的相对于第二光束的光路长度。

Description

光学半导体装置及其控制方法
技术领域
本发明的公开涉及光学半导体装置及其控制方法。
背景技术
允许选择输出波长的波长可调谐激光器是已公开的(例如，参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开：No.2010-034114
发明内容
根据本发明的公开的光学半导体装置包括：波长可调谐激光元件；分束器，其将波长可调谐激光元件的出射光束分束成彼此平行的第一光束和第二光束并输出第一光束和第二光束；以及标准具，其透射第一光束和第二光束，其中，标准具的对于第一光束的光路长度不同于标准具的对于第二光束的光路长度。
根据本发明的公开的光学半导体装置包括：波长可调谐激光元件；分束器，其将波长可调谐激光元件的出射光束分束成第一光束和第二光束并输出第一光束和第二光束；以及标准具，其透射第一光束和第二光束，其中，第一光束从第一方向进入标准具，并且在标准具中形成第一光路，第二光束从不同于第一方向的第二方向进入标准具，并且在标准具中形成第二光路，并且第一光路的光路长度不同于第二光路的光路长度。
根据本发明的公开的光学半导体装置包括：波长可调谐激光元件；分束器，其将波长可调谐激光元件的出射光束分束成第一光束和第二光束并输出第一光束和第二光束；偏振器，其通过改变第一光束和第二光束中的至少一个光束的偏振态，使第一光束和第二光束中的一个光束的偏振态不同于第一光束和第二光束中的另一光束的偏振态；以及标准具，其透射已经通过偏振器的第一光束和第二光束，其中，标准具由对应入射于标准具的光束的偏振波而具有固有的折射率的材料构成。
根据本发明的公开的光学半导体装置的控制方法是一种光学半导体装置的控制方法，该光学半导体装置包括：波长可调谐激光元件；分束器，其将波长可调谐激光元件的出射光束分束成彼此平行的第一光束和第二光束并输出第一光束和第二光束；标准具，其透射第一光束和第二光束；第一检测单元，其接收已经通过标准具的第一光束；第二检测单元，其接收已经通过标准具的第二光束；以及第三检测单元，其接收通过标准具之前的另一第二光束，其中，标准具的对于第一光束的光路长度不同于标准具的对于第二光束的光路长度，并且控制方法包括：在与波长可调谐激光元件的出射光束的目标波长相对应的驱动条件下驱动波长可调谐激光元件的步骤，以及利用第一检测单元和第二检测单元中的一者的检测结果以及第三检测单元的检测结果来选择目标波长的步骤。
附图说明
图1A是示出根据第一实施例的光学半导体装置的平面图；
图1B是标准具和分束器的放大图；
图2A示出标准具的透射特性；
图2B示出标准具的透射特性；
图3是示出根据第一比较例的光学半导体装置的平面图；
图4A示出标准具的透射特性；
图4B示出标准具的透射特性；
图5是示出根据第二比较例的光学半导体装置的平面图；
图6A示出标准具的透射特性；
图6B示出标准具的透射特性；
图7A示出标准具的透射特性；
图7B示出标准具的透射特性；
图8A示出标准具的透射特性；
图8B示出标准具的透射特性；
图9是示出由控制单元执行的控制的流程图；
图10A是示出根据第二实施例的光学半导体装置的平面图；
图10B是标准具和分束器的放大图；
图11A示出标准具的透射特性；
图11B示出标准具的透射特性；
图12是示出根据第三实施例的光学半导体装置的平面图；
图13A示出标准具的透射特性；
图13B示出标准具的透射特性；
图14是示出根据第四实施例的光学半导体装置的平面图；
图15A是示出根据第五实施例的光学半导体装置的平面图；以及
图15B是标准具和分束器的放大图。
具体实施例
[本发明的公开要解决的问题]
标准具被用来控制波长。标准具针对光的波长和频率具有周期性的透射特性。标准具的透射特性相对于表示最大值的峰部与表示最小值的底部之间的波长而单调增大和单调减小，但在峰部和底部附近既不是单调增大也不是单调减小的。因此，波长控制是困难的。因此，本发明的目的在于提供一种允许进行稳定波长控制的光学半导体装置及其控制方法。
[本发明的公开的效果]
根据本发明的公开，稳定的波长控制是可能的。
[本发明的公开的实施例的描述]
首先，将在下面列出本发明的公开的实施例的细节。
本发明的公开的实施例是(1)一种光学半导体装置，包括：波长可调谐激光元件；分束器，其将波长可调谐激光元件的出射光束分束成彼此平行的第一光束和第二光束并输出第一光束和第二光束；以及标准具，其透射第一光束和第二光束，其中，标准具的对于第一光束的光路长度不同于标准具的对于第二光束的光路长度。该结构允许调节一个标准具的透射特性并且减小了制造公差和装配偏差。因此，稳定的波长控制成为可能。
(2)标准具可以包括：第一部分，其决定对于第一光束的光路长度；和第二部分，其决定对于第二光束的光路长度，并且第一部分的厚度可以不同于第二部分的厚度。由于标准具的厚度改变，因此第一光束的光路长度变得大于第二光束的光路长度。因此，稳定的波长控制是可能的。
(3)一种光学半导体装置，包括：波长可调谐激光元件；分束器，其将波长可调谐激光元件的出射光束分束成第一光束和第二光束并输出第一光束和第二光束；以及标准具，其透射第一光束和第二光束，其中，第一光束从第一方向进入标准具，并且在标准具中形成第一光路，第二光束从不同于第一方向的第二方向进入标准具，并且在标准具中形成第二光路，并且第一光路的光路长度不同于第二光路的光路长度。该结构允许调节一个标准具的透射特性并且减小了制造公差和装配偏差。因此，稳定的波长控制是可能的。
(4)分束器可以包括第一反射面和第二反射面，并且第一反射面可以朝向第一方向输出出射光束的一部分作为第一光束，并且第二反射面可以朝向第二方向输出出射光束的另一部分作为第二光束。该结构形成彼此不平行的第一光束和第二光束，并且允许进入标准具的入射角度彼此不同。
(5)一种光学半导体装置，包括：波长可调谐激光元件；分束器，其将波长可调谐激光元件的出射光束分束成第一光束和第二光束并输出第一光束和第二光束；偏振器，其通过改变第一光束和第二光束中的至少一个光束的偏振态，使第一光束和第二光束中的一个光束的偏振态不同于第一光束和第二光束中的另一光束的偏振态；以及标准具，其透射已经通过偏振器的第一光束和第二光束，其中，标准具由如下材料构成：所述材料对应入射于标准具的光束的偏振波而具有固有的折射率。该结构允许调节一个标准具的透射特性并且减小了制造公差和装配偏差。因此，稳定的波长控制成为可能。
(6)偏振器可以包括第一偏振器和第二偏振器，并且第一偏振器可以改变第一光束的偏振态，第二偏振器可以将第二光束的偏振态改变成与第一光束的偏振态不同的偏振态。由于可以调节第一光束和第二光束的偏振态，因此更稳定的波长控制是可能的。
(7)分束器可以包括反射出射光束的反射面，并且偏振器可以设置在反射面上。该结构允许更稳定的波长控制。
(8)标准具可以具有均一的厚度。通过使第一光束和第二光束以不同的入射角度进入具有均一厚度的标准具，可以调节标准具的透射特性。
(9)分束器可以包括：第一反射面，其将出射光束朝向第一轴线引导并输出第一光束；和第二反射面，其将出射光束朝向第二轴线引导并输出第二光束，并且第一轴线和第二轴线可以彼此平行，并且可以不同于出射光束的光轴。该结构形成彼此平行的第一光束和第二光束，从而允许进入标准具的入射角度彼此相等。
(10)反射面可以透射出射光束的一部分，以输出第三光束。检测不透射通过标准具的第三光束的强度，并且基于第三光束与第一光束的强度的比率以及第三光束与第二光束的强度的比率来控制波长。
(11)一种光学半导体装置的控制方法，该光学半导体装置包括：波长可调谐激光元件；分束器，其将波长可调谐激光元件的出射光束分束成彼此平行的第一光束和第二光束并输出第一光束和第二光束；标准具，其透射第一光束和第二光束；第一检测单元，其接收已经通过标准具的第一光束；第二检测单元，其接收已经通过标准具的第二光束；以及第三检测单元，其接收通过标准具之前的另一第二光束，其中，标准具的对于第一光束的光路长度不同于标准具的对于第二光束的光路长度，并且控制方法包括：在与波长可调谐激光元件的出射光束的目标波长相对应的驱动条件下驱动波长可调谐激光元件的步骤，以及利用第一检测单元和第二检测单元中的一者的检测结果以及第三检测单元的检测结果来选择目标波长的步骤。稳定的波长控制成为可能。
(12)光学半导体装置可以进一步包括存储器，该存储器存***长可调谐激光元件的驱动信息，并且选择目标波长的步骤可以包括基于目标波长来选择要使用存储在存储器中的第一检测单元和第二检测单元的哪一个。这使得能够进行稳定的波长控制。
[本发明的公开的实施例的细节]
下面参考附图来描述根据本发明的公开的实施例的光学半导体装置及其控制方法的具体实例。应该注意的是，本发明的公开不限于这些实例，而是由权利要求书示出，并且意图是所有的修改都包括在权利要求书的等同形式和权利要求书的范围中。
第一实施例
图1A是示出根据第一实施例的光学半导体装置100的平面图。点划线表示光束。X方向和Y方向彼此成直角。如图1A所示，光学半导体装置100包括封装件10、热电冷却器(TEC)12、承载件14、波长可调谐激光元件16、透镜保持件18、分束器20和22、标准具24以及光接收元件26、28和30。
封装件10的上表面在XY平面中延伸，并且TEC 12安装在上表面上。在TEC 12上安装有承载件14、透镜保持件18、分束器20和22、标准具24以及光接收元件26、28和30。波长可调谐激光元件16安装在承载件14上。
透镜保持件18位于波长可调谐激光元件16的输出端的-X侧，并且分束器20位于透镜保持件18的-X侧。分束器22位于分束器20的+Y侧，并且光接收元件30位于分束器22的+Y侧。标准具24位于分束器22的+X侧。光接收元件26和28位于标准具24的+X侧，并且沿着Y方向排布。
TEC 12包括珀耳帖元件(Peltier element)，并且用作控制波长可调谐激光元件16和标准具24的温度的温度控制装置。波长可调谐激光元件16包括可以控制波长的可调谐半导体激光器，并且输出激光束L0。波长可调谐激光元件16包括例如采样光栅分布反馈(SG-DFB)区域、啁啾采样光栅分布布拉格反射器(CSG-DBR)区域和半导体光学放大器(SOA)区域。当将载流子注入到SG-DFB区域中时，波长可调谐激光元件16振荡。例如，在CSG-DBR区域中布置有加热器，并且向加热器输入电能来改变CSG-DBR区域中的温度，从而改变折射率。结果，激光束L0的波长变化。通过将电流输入到SOA区域来调节激光束L0的强度。透镜保持件18保持透镜。
分束器20和22是例如立方体型分束器。分束器20使从波长可调谐激光元件16输出的激光束L0的一部分透射到-X侧，并且将激光束L0的另一部分反射到+Y侧。透射通过分束器20的激光束L0是从光学半导体装置100输出到外部的输出光束。
分束器22具有彼此平行的两个反射面22a和22b。被分束器20分束的激光束L0之一进入反射面22b(第二反射面)，并被反射面22b进一步分束。作为被反射面22b分束的光束之一的光束L2(第二光束)朝向+X方向传播，透射通过标准具24，并进入光接收元件28。透射通过反射面22b的光束进入反射面22a(第一反射面)，并且被分束。作为被反射面22a分束的光束之一的光束L1(第一光束)朝向+X方向传播，透射通过标准具24，并进入光接收元件26。光束L1的光轴和光束L2的光轴彼此平行，并且与激光束L0的光轴的朝向不同。透射通过反射面22b和22a的光束进入光接收元件30。
标准具24由例如晶体形成。标准具24的透射率根据入射光的波长而周期性地变化。光接收元件26、28、30是例如光电二极管，并且通过接收光而输出电流。
图1B是标准具24和分束器22的放大图。如图1B所示，标准具24相对于X轴和Y轴倾斜，并且标准具24与Y轴之间的角度为θ1。标准具24的表面24c是面对光接收元件26和28的平坦表面。表面24a和24b是与表面24c相反的表面，并且面对分束器22。表面24a位于分束器22的反射面22a的+X侧，并且光束L1进入表面24a。表面24b位于反射面22b的+X侧，并且光束L2进入表面24b。经彼此平行的反射面22a和22b形成的光束L1和光束L2是彼此平行的。因此，光束L1进入标准具24的入射角度等于光束L2进入标准具24的入射角度，并且为θ1。
在表面24a和表面24b之间形成有高度差24d。标准具24的厚度在作为交界的高度差24d处改变，并且表面24b与表面24c之间的厚度T2大于表面24a与表面24c之间的厚度T1。因此，标准具24中的光束L1的光路长度小于标准具24中的光束L2的光路长度。因此，标准具24中的由光束L1决定的部分的光路长度小于标准具24中的由光束L2决定的部分的光路长度。
光接收元件30接收不透射通过标准具24的光束，并且输出光电流Im3。光接收元件26接收从标准具24的表面24a与表面24c之间的部分透射通过的光束L1，并且输出光电流Im1。光接收元件28接收从标准具24的表面24b与表面24c之间的部分透射通过的光束L2，并且输出光电流Im1。光电流取决于每个光束的强度而改变。光电流Im1和光电流Im3的比率对应于光束L1和L3的强度的比率，并且Im2和Im3的比率对应于光束L2和L3的强度的比率。基于这些比率来控制波长。
控制单元35是电连接到TEC 12、波长可调谐激光元件16和光接收元件的电子装置，该控制单元35将电信号输出到TEC 12和波长可调谐激光元件16，并检测从光接收元件输出的光电流。当控制单元35将电能输入到波长可调谐激光元件16的加热器(未示出)时，波长可调谐激光元件16的温度改变，并且振荡波长改变。另外，当控制单元35将电流输入到波长可调谐激光元件16的SOA区域时，波长可调谐激光元件16的出射光束的强度改变。控制单元35包括存储器，并且该存储器存储与波长相对应的透射率。
图2A和图2B示出标准具24的透射特性。标准具24的透射特性由标准具24中光束的光路长度(标准具24的谐振器长度)、标准具24的折射率和光束的入射角度确定。在第一实施例中，通过使光束L1和光束L2的光路长度彼此不同，实现了如图2A和图2B所示的期望的透射特性，并且稳定的波长控制成为可能。在描述第一实施例中的透射特性之前，将描述比较例。
(第一比较例)
图3是示出根据第一比较例的光学半导体装置100R的平面图。如图3所示，分束器21位于分束器20的+Y侧，并具有一个反射面。光接收元件30位于分束器20的+Y侧，并接收透射通过分束器20的光束。标准具24和光接收元件26位于分束器21的+X侧，并且光束L1进入标准具24。
图4A和图4B示出标准具24的透射特性。横轴表示光束的频率，并且图4A示出191.250THz至191.450THz的范围，而图4B示出196.100THz至196.300THz的范围。纵轴表示光电流Im1/Im3的比率，并且表示标准具24的透射特性。如图4A和图4B所示，比率Im1/Im3，即透射特性，相对于频率和波长周期性地变化。即，该比率具有最大值时的峰部P和该比率具有最小值时的底部B交替地布置。通过使比率Im1/Im3具有期望值，可以输出具有目标频率(即目标波长)的激光束。
在峰部P和底部B之间，比率随频率的增大而单调增大或单调减小。因此，基于比率的波长控制是容易的。然而，在峰部P附近和在底部B附近，比率既不是单调增大也不是单调减小的。即，在峰部P附近，跨过最大值存在着比率随频率的增大而增大的部分以及比率随频率的增大而减小的部分。在底部B附近，跨过最小值存在着增大部分和减小部分。因此，波长控制是困难的。
(第二比较例)
图5是示出根据第二比较例的光学半导体装置200R的平面图。如图5所示，分束器23布置在分束器21的+X侧，标准具24布置在分束器23的+X侧，并且标准具25布置在分束器23的+Y侧。分束器23将从分束器21输出的光束分束成光束L1和L2。光接收元件26接收透射通过标准具24的光束L1，而光接收元件28接收透射通过标准具25的光束L2。
图6A至图8B示出标准具24和25的透射特性。实线表示比率Im1/Im3，并且对应于标准具24的透射特性。虚线表示比率Im2/Im3，并且对应于标准具25的透射特性。
如图6A和图6B所示，比率Im1/Im3和比率Im2/Im3具有基本相同的周期，并且彼此偏移大约四分之一周期。因此，在比率Im1/Im3处于峰部P1或底部B1的频率处，比率Im2/Im3展现出单调增大或单调减小。在这种情况下，使用比率Im2/Im3控制波长。另外，在比率Im2/Im3处于峰部P2或底部B2的频率处，比率Im1/Im3展现出单调增大或单调减小。在这种情况下，使用比率Im1/Im3来控制波长。
然而，因为使用了许多元件，诸如两个标准具24和25以及分束器20、21和23，因此，由于存在着制造公差和装配偏差，所以难以将两个标准具24和25的透射特性调节为图6A和图6B所示的透射特性。例如，由于标准具的厚度变化和入射角度的变化，有可能无法获得预期的透射特性。
在图7A和图7B所示的实例中，峰部P1和峰部P2处于相同频率，并且底部B1和底部B2处于相同频率。在图8A和图8B所示的实例中，峰部P1和底部B2处于相同频率，而底部B1和峰部P2处于相同频率。因此，无论使用标准具24和25中的哪一个，都难以控制波长。
另一方面，第一实施例使用了如图1A和图1B所示的一个标准具24以及分束器20和22，因此具有比第二比较例更简单的结构。因此，可以减小制造公差和装配偏差。可以精确地调节标准具24的厚度T1和T2以及标准具24相对于Y轴的角度θ1，从而可以更精确地确定光束L1和L2的光路长度和入射角度。如上所述，标准具24的透射特性由光路长度、入射角度和折射率确定。第一实施例通过使光束L1和L2的光路长度不同，使得标准具24对光束L1的透射特性与对光束L2的透射特性不同。因此，稳定的波长控制成为可能。
表1列出了光束L1和L2进入标准具24的入射角度、标准具24的厚度、标准具24的折射率以及标准具24的反射率的实例。
[表1]
光束 L1 L2
入射角度[°] 1.73 1.73
厚度 0.97mm 0.97mm+0.14μm
折射率 1.5443 1.5443
反射率[％] 24 24
如表1所示，对于光束L1和L2而言，入射角度、折射率和反射率是相同的。另一方面，标准具24的光束L2透射通过的部分的厚度(光路长度)为0.97mm+0.14μm，并且比标准具24的光束L1透射通过的部分的厚度0.97mm大0.14μm。该结构允许标准具24对光束L1的透射特性(对应于Im1/Im3)和标准具24对光束L2的透射特性(对应于Im2/Im3)被调节为图2A和图2B所示的透射特性。
在191.250THz至196.300THz的范围内，比率Im1/Im3和比率Im2/Im3具有相同的周期，并且彼此偏移大约四分之一周期。因此，在比率Im1/Im3处于峰部P1或底部B1的频率处，比率Im2/Im3展现出单调增加或单调减少。在这种情况下，使用比率Im2/Im3来控制波长。另外，在比率Im2/Im3处于峰部P2或底部B2的频率处，比率Im1/Im3展现出单调增大或单调减小。在这种情况下，使用比率Im1/Im3来控制波长。
图9是示出由控制单元35执行的控制的流程图。控制单元35获得波长请求(步骤S20)。控制单元35从存储器中提取与目标波长相对应的控制条件(步骤S22)。然后，控制单元35驱动波长可调谐激光元件16(步骤S24)，并且驱动TEC 12(步骤S26)。此时的电流和电能是与图3所示的初始设定值之中的请求波长相对应的值。
控制单元35判断从温度传感器(未示出)获得的温度是否在设定范围内(步骤S28)。该设定范围是以波长可调谐激光元件16和标准具的目标温度为中心的预定范围。当判断结果为“否”时，控制单元35改变供应至TEC 12的电流值，使得温度TH处于设定范围内。控制单元35并行地执行AFC和APC。首先，将描述AFC。
控制单元35获得分别从光接收元件26和28输出的电流Im1和电流Im2以及从光接收元件30输出的电流Im3，并且计算这些电流的比率(步骤S30)。使用比率Im1/Im3和Im2/Im3(透射率)之一控制波长。控制单元35的存储器存储与各个波长相对应的比率的值，并且通过参考所存储的值从这些比率之中选择展现出单调增大或单调减小的比率，然后将其用于AFC。
控制单元35判断比率是否在目标范围内(步骤S32)。目标范围是来自与例如图2A和图2B所示的频率对应的比率Im1/Im3和Im2/Im3的值的预定范围。
当判断结果为“否”时，控制单元35控制例如输入到波长可调谐激光元件16的加热器的电能P(步骤S34)。这改变波长可调谐激光元件16的温度，以将振荡波长调节为目标波长。通过将比率设定在期望的范围内，波长控制是可能的。当该比率在目标范围内时，获得期望的波长。在这种情况下，判断结果变为“是”，并且控制单元35继续AFC以维持该状态。
接下来，将描述APC。控制单元35获得从光接收元件30输出的电流Im3(步骤S36)，并判断电流Im3是否在设定范围内(步骤S38)。该设定范围是以电流的目标值为中心的预定范围。当判断结果为“否”时，控制单元35控制输入到波长可调谐激光元件16的SOA区域中的电流I(步骤S40)。当判断结果为“是”时，控制单元35继续APC以维持该状态。当在步骤S38和S48中判断结果为“是”时，控制结束。
由于一个标准具24具有不同的厚度T1和T2，因此使光束L1的光路长度不同于光束L2的光路长度。制造公差变得比两个标准具的制造公差小，因此，稳定的波长控制成为可能。
分束器22具有彼此平行的反射面22a和22b，并使彼此平行的光束L1和L2出射。进入标准具24的入射角度彼此相等，并且标准具24对光束L1和L2的折射率彼此相等。因此，可以通过主要调节厚度(光路长度)来调节透射特性，并且稳定的波长控制是可能的。
第二实施例
图10A是示出根据第二实施例的光学半导体装置200的平面图，并且图10B是标准具24和分束器22的放大图。与第一实施例中的部件相同的部件的描述被省略。
如图10A和图10B所示，标准具24的面对分束器22的表面24e是平坦的，并且在表面24e上没有形成高度差。即，标准具24具有均一的厚度。标准具24的表面24f是与表面24e相反的表面，并且面对光接收元件26和28。
分束器22具有两个反射面22a和22b。反射面22a与反射面22b彼此不平行，并且反射面22a与反射面22b之间的角度为θ2。反射面22a和22b中的每一个均将入射光束分束。从反射面22a朝向+X方向输出光束L1。从反射面22b朝向相对于+X方向偏移角度θ2的方向输出光束L2。
光束L1和光束L2不平行，并且光束L1进入标准具24的入射角度和光束L2进入标准具24的入射角度彼此不同。标准具24具有均一的厚度，但是入射角度不同。因此，光束L1的光路长度不同于光束L2的光路长度。因此，标准具24对光束L1的透射特性不同于标准具24对光束L2的透射特性。在第二实施例中，与第一实施例中一样，可以减小制造公差和装配偏差，并且稳定的波长控制是可能的。
表2列出了光束L1和L2进入标准具24的入射角度、标准具24的厚度、标准具24的折射率以及标准具24的反射率的实例。
[表2]
光束 L1 L2
入射角度[°] 1.73 1.73+0.43
厚度 0.97mm 0.97mm
折射率 1.5443 1.5443
反射率[％] 24 24
如表2所示，对光束L1和L2而言，厚度、折射率和反射率是相同的。另一方面，光束L2的入射角度为1.73+0.43°，并且比光束L1的入射角度1.73°大0.43°。该结构允许标准具24对光束1的透射特性(对应于Im1/Im3)和标准具24对光束L2的透射特性(对应于Im2/Im3)被调节为图11A和图11B所示的透射特性。
图11A和图11B示出标准具24的透射特性。比率Im1/Im3和比率Im2/Im3具有相同的周期，并且彼此偏移大约四分之一周期。因此，在第二实施例中，与第一实施例中一样，稳定的波长控制是可能的。
在第二实施例中，通过具有不平行的两个反射面22a和22b的分束器22，使光束L1和L2进入一个标准具24的入射角度不同。表面24e和表面24f之间的厚度是均一的，但是光束L1和L2在表面24e的相应部分中的入射角度是不同的。因此，标准具24中的光束L1的光路长度小于标准具24中的光束L2的光路长度。因此，标准具24中的由光束L1决定的部分的光路长度小于标准具24中的由光束L2决定的部分的光路长度。另外，减小了制造公差和装配偏差，因此稳定的波长控制是可能的。
标准具24具有均一的厚度，并且标准具24对光束L1和L2的折射率是相同的。因此，可以通过主要调节反射面22a和22b之间的角度θ2来控制透射特性。因此，稳定的波长控制是可能的。
第三实施例
图12是示出根据第三实施例的光学半导体装置300的平面图。与第一和第二实施例相同的部件的描述被省略。如图12所示，标准具24具有均一的厚度，并且分束器22具有彼此平行的两个反射面22a和22b。从反射面22a出射的光束L1和从反射面22b出射的光束L2彼此平行。
在分束器22的面对标准具24的表面上设置有偏振器32和34。在X轴方向上，偏振器32位于反射面22a与标准具24之间，并且偏振器34位于反射面22b与标准具24之间。
因透射通过偏振器32(第一偏振器)而改变偏振态的光束L1进入标准具24。因透射通过偏振器34(第二偏振器)而改变偏振态的光束L2进入标准具24。光束L1的在透射通过偏振器之后的偏振态不同于光束L2的在透射通过偏振器之后的偏振态。
标准具24例如由诸如晶体之类的各向异性晶体形成，并且对于入射光束的相应偏振态而言具有固有的折射率。由于光束L1和L2具有不同的偏振态，因此标准具24对光束L1的折射率不同于对光束L2的折射率。因此，标准具24对光束L1的透射特性不同于对光束L2的透射特性。第三实施例可以减小制造公差和装配偏差，从而允许稳定的波长控制。
表3列出了光束L1和L2进入标准具24的入射角度、标准具24的厚度、标准具24的折射率以及标准具24的反射率的实例。
[表3]
光束 L1 L2
入射角度[°] 1.73 1.73
厚度 0.97mm 0.97mm
折射率 1.5443 1.544937
反射率[％] 24 24
如表3所示，对光束L1和L2而言，入射角度、厚度(光路长度)和反射率是相同的。另一方面，对光束L2的折射率为1.544937，并且大于对光束L1的折射率1.5443。该结构允许标准具24对光束L1的透射特性(对应于Im1/Im3)和标准具24对光束L2的透射特性(对应于Im2/Im3)被调节为图13A和图13B所示的透射特性。
图13A和图13B示出标准具24的透射特性。比率Im1/Im3和比率Im2/Im3具有相同的周期，并且彼此偏移大约四分之一周期。因此，在第三实施例中，与第一和第二实施例中一样，稳定的波长控制是可能的。
在第三实施例中，使用了引起双折射的一个标准具24且使用了偏振器32和34。因此，减小了制造公差和装配偏差。因此，稳定的波长控制是可能的。
标准具24具有均一的厚度，并且分束器22具有彼此平行的反射面22a和22b。通过调节透射通过偏振器32和34之后的偏振态以及标准具24的折射率，可以控制透射特性，因此，稳定的波长控制是可能的。偏振器的数量可以是一个，并且改变光束L1和L2的偏振态中的至少一个。这是因为通过使光束L1和L2的偏振态不同，可以获得相同的效果。为了精确地调节偏振态，优选的是，设置分别对应于光束L1和L2的偏振器32和34。
第四实施例
图14是示出根据第四实施例的光学半导体装置400的平面图。与第三实施例的部件相同的部件的描述被省略。如图14所示，分束器22具有彼此平行的两个反射面22a和22b，并且在反射面22a上设置有偏振反射器36。偏振反射器36是例如反射型偏振膜，并且改变光束的偏振态并反射光束。两个反射面22a和22b反射光束的一部分并且透射光束的另一部分。偏振反射器36反射偏振态发生改变的光束L1，并透射偏振态发生改变的光束L3。
偏振态已通过偏振反射器36的反射而发生改变的光束L1进入标准具24。光束L1的偏振态不同于光束L2的偏振态。标准具24对光束L1的折射率不同于对光束L2的折射率。因此，在第四实施例中，标准具24对光束L1的透射特性变得不同于对光束L2的透射特性，因此，稳定的波长控制成为可能。
第五实施例
图15A是示出根据第五实施例的光学半导体装置500的平面图，并且图15B是可变偏振器40和分束器42周围的放大图。点划线表示光束。如图15A所示，光学半导体装置500包括封装件10、TEC 12、承载件14、波长可调谐激光元件16、透镜保持件18、分束器20、可变偏振器40、分束器42、标准具44以及光接收元件28和30。控制单元35联接至波长可调谐激光元件16、光接收元件28和30以及可变偏振器40。
透镜保持件18位于波长可调谐激光元件16的输出端的-X侧，并且分束器20位于透镜保持件18的-X侧。可变偏振器40位于分束器20的+Y侧，并且分束器42位于可变偏振器40的+Y侧。光接收元件30(第三检测单元)位于分束器42的-X侧。标准具44位于分束器42的+X且+Y侧。光接收元件28位于标准具44的与分束器42相反的一侧。
可变偏振器40例如由诸如液晶或铌酸锂(LiNbO3)之类的介电物质的各向异性晶体形成。可变偏振器40根据从控制单元35输入的控制信号来改变入射光束L0的偏振态。
分束器42由例如方解石或晶体形成，并且是如下棱镜：该棱镜是光学各向异性晶体，其光学特性取决于晶轴的方向而不同，并且该棱镜引起光的双折射。分束器42对于入射光束的相应偏振态而言具有固有的折射率。分束器42使偏振态已通过可变偏振器40而发生改变的光束L0折射，并使光束L1、L2和L3出射。
当没有控制信号输入到可变偏振器40时，可变偏振器40使光束L0的偏振态处于某一状态(第一状态)。分束器42使该光束L0折射，并使光束L1(第一光束)出射。当控制信号被输入到可变偏振器40时，可变偏振器40使光束L0的偏振态处于另一状态(第二状态)。分束器42使该光束L0折射，并使光束L2(第二光束)出射。由于分束器42对于彼此具有不同偏振态的光束具有不同的折射率，因此光束L1的出射方向和光束L2的出射方向彼此不同。因此，如图1B所示，光束L1的出射方向和光束L2的出射方向相差角度θ。因此，标准具44中的光束L1的光路(第一光路)和标准具44中的光束L2的光路(第二光路)具有彼此不同的光路长度。光束L1和L2进入分束器42的入射方向也彼此不同。
如图1A和图1B所示，标准具44相对于X轴和Y轴倾斜，并且具有均一的厚度T。一个表面面对分束器42，另一表面面对光接收元件28。光束L1和L2进入标准具44，并且标准具44使光束L1和L2透射。标准具44由例如晶体形成，并且透射率根据入射光束的波长而周期性地变化。
光接收元件28(第一检测单元和第二检测单元)接收已经通过标准具44的光束L1和L2，根据光束L1的入射而输出电流Im1，并且根据光束L2的入射而输出电流Im2。光接收元件30接收不透射通过标准具44而朝向-X方向出射的光束L3，并且输出光电流Im3。光电流根据光束的强度而变化。光电流Im1和Im3的比率对应于光束L1和L3的强度的比率，并且Im2和Im3的比率对应于光束L2和L3的强度的比率。基于这些比率来控制波长。
第五实施例通过使光束L1和光束L2进入标准具44的入射角度不同而使光束L1和光束L2的光路长度不同。这使得能够实现如图2A和图2B所示的期望的透射特性，并允许稳定的波长控制。
在第五实施例中，可变偏振器40改变光束L0的偏振态，并且分束器42根据偏振态使光束Ll和L2沿不同方向出射。因此，光束L1和L2之间，入射角度和光路长度是不同的，因此，标准具44对光束L1的透射特性变得不同于对光束L2的透射特性。因此，稳定的波长控制成为可能。
表4列出了光束L1和L2进入标准具44的入射角度、标准具44的厚度、标准具44的折射率以及标准具44的反射率的实例。
[表4]
光束 L1 L2
入射角度[°] 0 0.28
厚度[mm] 0.97 0.97
折射率 1.5443 1.5443
反射率[％] 24 24
如表4所示，对光束L1和L2而言，厚度、折射率和反射率是相同的。另一方面，光束L1的入射角度例如为0°，并且光束L2的入射角度例如为0.28°。结果，光路长度也彼此不同。该结构允许标准具44对光束L1的透射特性(对应于Im1/Im3)和标准具44对光束L2的透射特性(对应于Im2/Im3)如图2A和图2B所示彼此不同。
如图2A和图2B所示，在191.250THz至196.300THz的范围内，比率Im1/Im3和比率Im2/Im3具有相同的周期，并且彼此偏移大约四分之一周期，在例如从3/16周期到5/16周期的范围内。因此，在比率Im1/Im3处于峰部P1或底部B1的频率处，比率Im2/Im3展现出单调增大或单调减小。在这种情况下，使用比率Im2/Im3来控制波长。另外，在比率Im2/Im3处于峰部P2或底部B2的频率处，比率Im1/Im3展现出单调增大或单调减小。在这种情况下，使用比率Im1/Im3来控制波长。结果，稳定的波长控制是可能的。
将电信号从控制单元35输入到波长可调谐激光元件16以驱动波长可调谐激光元件16，将电信号输入到可变偏振器40以改变光束L0的偏振态，检测光接收元件28和30的输出电流，并控制波长。具体而言，控制单元35从存储器获得与目标波长相对应的透射率，并且将电信号输入到可变偏振器40以实现所获得的透射率。因此，通过可变偏振器40获得期望的偏振态，并且稳定的波长控制成为可能。
如图15A和图15B所示，第五实施例使用一个标准具44、可变偏振器40和分束器42，因此与第二比较例相比具有更简单的结构。因此，可以减小制造公差和装配偏差。因此，可以更精确地确定光束L1和L2的入射角度和光路长度。
由于可变偏振器40由液晶或介电物质形成，因此偏振方向的旋转角度是可变的。例如，可变偏振器40可以根据从控制单元35输入的控制信号将出射光束的偏振态改变为两个或更多个状态。分束器42根据偏振态使光束沿不同方向折射，并使光束出射。因此，获得了图2A和图2B所示的标准具44的透射特性。由于通过一个可变偏振器40出射具有不同偏振态的光束，因此减小了制造公差和装配偏差，并且稳定的波长控制是可能的。
分束器42使光束L1、L2和L3出射。因此，可以基于光束L1和L3的强度的比率(Im1/Im3)以及光束L2和L3的强度的比率(Im2/Im3)来控制波长。
至少，分束器42根据光束的偏振态改变出射方向。优选地，分束器42是由各向异性晶体形成并引起光束的双折射的棱镜。例如，当分束器42由方解石或晶体形成时，分束器42展现出良好的双折射性。一个分束器42引起从可变偏振器40出射的具有不同偏振态的光束的双折射，并且使光束L1和L2出射。因此，减小了制造公差和装配偏差，并且稳定的波长控制是可能的。
标准具44具有均一的厚度，并且标准具44对光束L1和L2的折射率是相同的。因此，可以利用来自分束器42的光束L1和L2的出射方向来控制透射特性。这允许稳定的波长控制。
可变偏振器40和分束器42位于波长可调谐激光元件16的-X侧(朝向激光束出射的一侧)。标准具44位于沿着X轴比可变偏振器40和分束器42更靠近波长可调谐激光元件16的位置处。激光束从波长可调谐激光元件16朝向-X方向发射，并且从分束器20朝向+X方向传播到标准具44。因此，不必使封装件10在例如X方向上较长，因此，可以减小光学半导体装置500的尺寸。
尽管已经详细描述了本发明的公开的一些实施例，但是本发明不限于特定实施例，而是可以在要求保护的本发明的范围内进行变化或改变。
[附图标记描述]
10 封装件
12 TEC
14 承载件
16 波长可调谐激光元件
18 透镜保持件
20、21、22、23、42 分束器
22a、22b 反射面
24、25、44 标准具
26、28、30 光接收元件
32、34 偏振器
36 偏振反射镜
40 可变偏振器
100、200、300、400、500 光学半导体装置

Claims (12)

1.一种光学半导体装置，包括：
波长可调谐激光元件；
分束器，其将所述波长可调谐激光元件的出射光束分束成彼此平行的第一光束和第二光束，并输出所述第一光束和所述第二光束；以及
标准具，其透射所述第一光束和所述第二光束，其中，
所述标准具的对于所述第一光束的光路长度不同于所述标准具的对于所述第二光束的光路长度。
2.根据权利要求1所述的光学半导体装置，其中，
所述标准具包括：第一部分，其决定对于所述第一光束的光路长度；和第二部分，其决定对于所述第二光束的光路长度，并且
所述第一部分的厚度不同于所述第二部分的厚度。
3.一种光学半导体装置，包括：
波长可调谐激光元件；
分束器，其将所述波长可调谐激光元件的出射光束分束成第一光束和第二光束，并输出所述第一光束和所述第二光束；以及
标准具，其透射所述第一光束和所述第二光束，其中，
所述第一光束从第一方向进入所述标准具，并且在所述标准具中形成第一光路，
所述第二光束从不同于所述第一方向的第二方向进入所述标准具，并且在所述标准具中形成第二光路，并且
所述第一光路的光路长度不同于所述第二光路的光路长度。
4.根据权利要求3所述的光学半导体装置，其中，
所述分束器包括第一反射面和第二反射面，并且
所述第一反射面朝向所述第一方向输出所述出射光束的一部分作为所述第一光束，并且所述第二反射面朝向所述第二方向输出所述出射光束的另一部分作为所述第二光束。
5.一种光学半导体装置，包括：
波长可调谐激光元件；
分束器，其将所述波长可调谐激光元件的出射光束分束成第一光束和第二光束，并输出所述第一光束和所述第二光束；
偏振器，其通过改变所述第一光束和所述第二光束中的至少一个光束的偏振态，使所述第一光束和所述第二光束中的一个光束的偏振态不同于所述第一光束和所述第二光束中的另一光束的偏振态；以及
标准具，其透射已经通过所述偏振器的所述第一光束和所述第二光束，其中，
所述标准具由如下材料构成：所述材料对应入射于所述标准具的光束的偏振波而具有固有的折射率。
6.根据权利要求5所述的光学半导体装置，其中，
所述偏振器包括第一偏振器和第二偏振器，并且
所述第一偏振器改变所述第一光束的偏振态，所述第二偏振器将所述第二光束的偏振态改变成与所述第一光束的偏振态不同的偏振态。
7.根据权利要求5或6所述的光学半导体装置，其中，
所述分束器包括反射所述出射光束的反射面，并且
所述偏振器设置在所述反射面上。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的光学半导体装置，其中，
所述标准具具有均一的厚度。
9.根据权利要求1、2以及5至7中任一项所述的光学半导体装置，其中，
所述分束器包括：第一反射面，其将所述出射光束朝向第一轴线引导并输出所述第一光束；和第二反射面，其将所述出射光束朝向第二轴线引导并输出所述第二光束，并且
所述第一轴线和所述第二轴线彼此平行，并且不同于所述出射光束的光轴。
10.根据权利要求7或9所述的光学半导体装置，其中，
所述反射面使所述出射光束的一部分透射，以输出第三光束。
11.一种光学半导体装置的控制方法，所述光学半导体装置包括：波长可调谐激光元件；分束器，其将所述波长可调谐激光元件的出射光束分束成彼此平行的第一光束和第二光束并输出所述第一光束和所述第二光束；标准具，其透射所述第一光束和所述第二光束；第一检测单元，其接收已经通过所述标准具的所述第一光束；第二检测单元，其接收已经通过所述标准具的第二光束；以及第三检测单元，其接收通过所述标准具之前的另一第二光束，其中，
所述标准具的对于所述第一光束的光路长度不同于所述标准具的对于所述第二光束的光路长度，并且
所述控制方法包括：
在与所述波长可调谐激光元件的所述出射光束的目标波长相对应的驱动条件下驱动所述波长可调谐激光元件的步骤，以及
利用所述第一检测单元和所述第二检测单元中的一者的检测结果以及所述第三检测单元的检测结果来选择目标波长的步骤。
12.根据权利要求11所述的光学半导体装置的控制方法，其中，
所述光学半导体装置进一步包括存储器，所述存储器存储所述波长可调谐激光元件的驱动信息，并且
选择所述目标波长的步骤包括：基于所述目标波长来选择要使用存储在所述存储器中的所述第一检测单元和所述第二检测单元的哪一个。
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