JP2005150620A - Semiconductor laser apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体レーザやモニタ用フォトダイオードなどから構成されている半導体レーザモジュールの光出力の温度補償機能を有する半導体レーザ装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser device having a temperature compensation function for optical output of a semiconductor laser module including a semiconductor laser, a monitoring photodiode, and the like.
例えば、光送信回路などに搭載されている半導体レーザ装置は、温度変化などの外部要因が変化しても、半導体レーザモジュールから一定の光出力が得られるようにするため、半導体レーザから放射される背面光を受光するモニタフォトダイオードの電流値に応じて、半導体レーザに供給する駆動電流を制御するようにしている。 For example, a semiconductor laser device mounted on an optical transmission circuit or the like is radiated from a semiconductor laser so that a constant optical output can be obtained from the semiconductor laser module even when an external factor such as a temperature change changes. The drive current supplied to the semiconductor laser is controlled in accordance with the current value of the monitor photodiode that receives the back light.
ただし、半導体レーザに供給する駆動電流を制御しても、半導体レーザの周囲温度が変化すると、半導体レーザの前面と背面の比率が変化する現象が発生し、また、半導体レーザのモジュール構造に起因する光軸ずれ(半導体レーザと光ファイバの結合関係が崩れる現象)が発生して、半導体レーザの光出力に若干の変動が生じる。この変動は通常トラッキングエラーと呼ばれている。 However, even if the drive current supplied to the semiconductor laser is controlled, if the ambient temperature of the semiconductor laser changes, a phenomenon occurs in which the ratio of the front surface to the back surface of the semiconductor laser changes, and also due to the module structure of the semiconductor laser. An optical axis shift (a phenomenon in which the coupling relationship between the semiconductor laser and the optical fiber is broken) occurs, and a slight fluctuation occurs in the optical output of the semiconductor laser. This variation is usually called a tracking error.
なお、半導体レーザの背面光をモニタする代わりに、半導体レーザの前面光をモニタして、半導体レーザに供給する駆動電流を制御している半導体レーザ装置が存在する(例えば、特許文献1参照)。
このような半導体レーザ装置の場合、半導体レーザ単体の前面と背面の比率変化に起因するトラッキングエラーは改善することができるが、モジュール構造(例えば、温度による光軸ずれ)に起因するトラッキングエラーは改善することができない。
There is a semiconductor laser device that monitors the front light of the semiconductor laser and controls the drive current supplied to the semiconductor laser instead of monitoring the back light of the semiconductor laser (see, for example, Patent Document 1).
In such a semiconductor laser device, the tracking error due to the change in the ratio of the front and back surfaces of the single semiconductor laser can be improved, but the tracking error due to the module structure (for example, optical axis shift due to temperature) is improved. Can not do it.
従来の半導体レーザ装置は以上のように構成されているので、半導体レーザの周囲温度が変化して、半導体レーザのモジュール構造に起因する光軸ずれが発生しても、その光軸ずれに伴うトラッキングエラーを改善することができないなどの課題があった。 Since the conventional semiconductor laser device is configured as described above, even if the ambient temperature of the semiconductor laser changes and the optical axis shift due to the module structure of the semiconductor laser occurs, tracking associated with the optical axis shift occurs. There were problems such as being unable to improve errors.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、半導体レーザの前面と背面の比率変化及び半導体レーザのモジュール構造に起因する光軸ずれに伴うトラッキングエラーを改善することができる半導体レーザ装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a semiconductor that can improve the tracking error caused by the optical axis shift caused by the change in the ratio of the front and back surfaces of the semiconductor laser and the module structure of the semiconductor laser. An object is to obtain a laser device.
この発明に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザの周囲温度を検知し、その周囲温度に応じてモニタ用フォトダイオードのバイアス電圧を制御するフォトダイオード制御手段を設けたものである。 The semiconductor laser device according to the present invention is provided with photodiode control means for detecting the ambient temperature of the semiconductor laser and controlling the bias voltage of the monitoring photodiode in accordance with the ambient temperature.
この発明によれば、半導体レーザの周囲温度を検知し、その周囲温度に応じてモニタ用フォトダイオードのバイアス電圧を制御するフォトダイオード制御手段を設けるように構成したので、半導体レーザの前面と背面の比率変化及び半導体レーザのモジュール構造に起因する光軸ずれに伴うトラッキングエラーを改善することができる効果がある。 According to the present invention, the photodiode control means for detecting the ambient temperature of the semiconductor laser and controlling the bias voltage of the monitoring photodiode according to the ambient temperature is provided. There is an effect that it is possible to improve the tracking error due to the optical axis shift caused by the ratio change and the module structure of the semiconductor laser.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による半導体レーザ装置を示す構成図であり、図において、半導体レーザ1は前面から光をレンズ2に放射するとともに、背面から光をモニタPD4に放射する。レンズ2は半導体レーザ1の前面から放射された光を光ファイバ3の先端に結像させる。モニタ用フォトダイオードであるモニタPD4は半導体レーザ1の背面から放射された光を受光し、その受光量に比例した電流値をAPC制御部6に出力する。
なお、半導体レーザ1、レンズ2、光ファイバ3及びモニタPD4は所望の位置に固定されて一体化され、これらから半導体レーザモジュール5が構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing a semiconductor laser device according to
The
APC制御部6は半導体レーザ1から放射される光を一定に保つため、モニタPD4から出力される電流値に応じて半導体レーザ駆動部7の制御量を調整する。半導体レーザ駆動部7はAPC制御部6の指示の下、半導体レーザ1に供給する駆動電流を制御する。なお、APC制御部6及び半導体レーザ駆動部7からレーザ駆動手段が構成されている。
サーミスタ8は半導体レーザ1の周囲温度(半導体レーザモジュール5の周囲温度)を検知し、PDバイアス電圧制御部9はサーミスタ8により検知された周囲温度に応じてモニタPD4のバイアス電圧を制御する。なお、サーミスタ8及びPDバイアス電圧制御部9からフォトダイオード制御手段が構成されている。
The
The
図2はモニタPD4に対するバイアス電圧依存性の一例を示しており、横軸はモニタPD4に印加するバイアス電圧、縦軸はモニタPD4の電流変化率を示している。ここでは、バイアス電圧が−3VであるときのモニタPD4の電流値を基準としている。
図2から明らかなように、バイアス電圧に応じてモニタPD4が出力する電流値が変化していることがわかる。ただし、モニタPD4が受光している光出力は一定である。
FIG. 2 shows an example of the bias voltage dependency on the monitor PD4. The horizontal axis indicates the bias voltage applied to the monitor PD4, and the vertical axis indicates the current change rate of the monitor PD4. Here, the current value of the monitor PD4 when the bias voltage is −3 V is used as a reference.
As can be seen from FIG. 2, the current value output by the monitor PD4 changes according to the bias voltage. However, the light output received by the monitor PD 4 is constant.
次に動作について説明する。
まず、半導体レーザ1は、半導体レーザ駆動部7から駆動電流が供給されると、前面から光をレンズ2に放射するとともに、背面から光をモニタPD4に放射する。
レンズ2は、半導体レーザ1の前面から放射された光を受けると、その光を光ファイバ3の先端に結像させる。
光ファイバ3の先端に結像された光は、光ファイバ3の内部を通って図中右方向に伝送される。
また、モニタPD4は、半導体レーザ1の背面から放射された光を受光し、その受光量に比例した電流値をAPC制御部6に出力する。
Next, the operation will be described.
First, when a driving current is supplied from the semiconductor
When the
The light imaged at the tip of the
The monitor PD 4 receives light emitted from the back surface of the
APC制御部6は、モニタPD2から受光量に比例した電流値を受けると、半導体レーザ1から放射される光を一定に保つため、その電流値に応じて半導体レーザ駆動部7の制御量を調整する。
半導体レーザ駆動部7は、APC制御部6の指示の下、半導体レーザ1に供給する駆動電流を制御する。
When the
The semiconductor
ここで、図3は半導体レーザモジュール5の周囲温度に関係する光出力特性を示す説明図であり、横軸はモニタPD4から出力される電流値、縦軸は光ファイバ3の先端に結像される光量(ファイバ端光出力)を示している。
例えば、モニタPD4から出力される電流値が0.150mAの場合、ファイバ端光出力は周囲温度が5℃では96mWであるが、周囲温度が45℃では83mWとなる。
したがって、APC制御部6及び半導体レーザ駆動部7がモニタPD4から出力される電流値に応じて半導体レーザ1に供給する駆動電流を制御しても、トラッキングエラーが−0.63dB(=10×LOG(83/96))発生することになる。
Here, FIG. 3 is an explanatory diagram showing light output characteristics related to the ambient temperature of the
For example, when the current value output from the monitor PD4 is 0.150 mA, the fiber end light output is 96 mW at an ambient temperature of 5 ° C., but 83 mW at an ambient temperature of 45 ° C.
Therefore, even if the
そこで、この実施の形態1では、次のようにして、上記のようなトラッキングエラーを補償している。
まず、サーミスタ8が半導体レーザ1の周囲温度(半導体レーザモジュール5の周囲温度)を検知する。
PDバイアス電圧制御部9は、予め、図3に示すような半導体レーザモジュール5の周囲温度に関係する光出力変動特性(トラッキングエラー特性:モニタPD電流−ファイバ端光出力特性)を取得する。
図3の例では、周囲温度が5℃と25℃と45℃のトラッキングエラー特性を示している。
PDバイアス電圧制御部9は、サーミスタ8により検知された周囲温度に対応するトラッキングエラー特性を選択し(例えば、周囲温度が5℃であれば、5℃のトラッキングエラー特性を選択する)、そのトラッキングエラー特性を考慮して、モニタPD4のバイアス電圧を制御する。
Therefore, in the first embodiment, the tracking error as described above is compensated as follows.
First, the
The PD bias
In the example of FIG. 3, the tracking error characteristics at ambient temperatures of 5 ° C., 25 ° C., and 45 ° C. are shown.
The PD
以下、トラッキングエラーの補償処理について、もう少し具体的に説明する。
例えば、図3において、周囲温度が25℃のモニタPD電流−ファイバ端光出力特性(以下、P−Imonカーブという)におけるモニタPD4へのバイアス電圧が−3Vであるとする。
周囲温度が5℃と25℃のP−Imonカーブを比較すると、同一のモニタPD電流でのファイバ端光出力が5℃の方が大きくなっている。
モニタPD4のバイアス電圧を徐々に大きくすると、同一光出力を受光したときのモニタPD電流は大きくなるため、P−Imonカーブの傾斜は小さくなる。反対に、バイアス電圧を小さくするとP−Imonカーブの傾斜は大きくなる。
Hereinafter, the tracking error compensation process will be described more specifically.
For example, in FIG. 3, it is assumed that the bias voltage to the monitor PD4 in the monitor PD current-fiber end optical output characteristic (hereinafter referred to as P-Imon curve) at an ambient temperature of 25 ° C. is −3V.
Comparing the P-Imon curves at ambient temperatures of 5 ° C. and 25 ° C., the fiber end optical output at the same monitor PD current is larger at 5 ° C.
When the bias voltage of the monitor PD 4 is gradually increased, the monitor PD current when the same light output is received is increased, so that the slope of the P-Imon curve is decreased. Conversely, when the bias voltage is reduced, the slope of the P-Imon curve increases.
図4はトラッキングエラー補償後の光出力特性を示している。即ち、周囲温度が5℃におけるバイアス電圧を−6V、周囲温度が45℃におけるバイアス電圧を−1Vとした場合の光出力特性を示している(周囲温度が25℃におけるバイアス電圧は−3V)。
モニタPD電流が0.150mAであるときのファイバ端光出力は、周囲温度が5℃では93mWとなり、周囲温度が45℃では91mWとなっている。
したがって、トラッキングエラーが−0.09dB(=10×LOG(91/93))と大きく改善することできる(更に細かく調整すれば、理論上0.0dBとすることが可能である)。
FIG. 4 shows the light output characteristics after tracking error compensation. That is, the light output characteristics are shown when the bias voltage at an ambient temperature of 5 ° C. is −6 V and the bias voltage at an ambient temperature of 45 ° C. is −1 V (the bias voltage at an ambient temperature of 25 ° C. is −3 V).
The fiber end light output when the monitor PD current is 0.150 mA is 93 mW when the ambient temperature is 5 ° C. and 91 mW when the ambient temperature is 45 ° C.
Accordingly, the tracking error can be greatly improved to −0.09 dB (= 10 × LOG (91/93)) (theoretically, it can be set to 0.0 dB by further fine adjustment).
半導体レーザモジュール5のトラッキングエラー特性には個々のバラツキがあるが、予め、その特性に対する情報を取得しておけば、その特性に応じてモニタPD4への印加バイアス電圧をコントロールすることによって、周囲温度の変化によるトラッキングエラーを極力小さくすることが可能である。
The tracking error characteristics of the
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、半導体レーザ1の周囲温度を検知し、その周囲温度に応じてモニタ用PD4のバイアス電圧を制御するように構成したので、半導体レーザ1の前面と背面の比率変化及び半導体レーザモジュール5のモジュール構造に起因する光軸ずれに伴うトラッキングエラーを改善することができる効果を奏する。
また、この実施の形態1によれば、半導体レーザモジュール5の周囲温度に関係する光出力変動特性を取得し、サーミスタ8により検知された周囲温度に対応する光出力変動特性を考慮してモニタ用PD4のバイアス電圧を制御するように構成したので、構成の複雑化を招くことなく、簡単かつ確実に周囲温度の変化に伴うトラッキングエラーを改善することができる効果を奏する。
As apparent from the above, according to the first embodiment, the ambient temperature of the
Further, according to the first embodiment, the light output fluctuation characteristic related to the ambient temperature of the
実施の形態2.
上記実施の形態1では、サーミスタ8が半導体レーザモジュール5の周囲に配置されているものについて示したが、図5に示すように、サーミスタ8が半導体レーザモジュール5の内部に配置するようにしてもよい。
このように、半導体レーザモジュール5の内部にサーミスタ8を配置すれば、より正確に半導体レーザ1の周囲温度を測定することができるため、トラッキングエラーの補償精度を高めることができる効果を奏する。
In the first embodiment, the
As described above, if the
実施の形態3.
上記実施の形態1,2では、モニタPD4が半導体レーザ1の背面から放射された光を受光するものについて示したが、図6及び図7に示すように、モニタPD4が半導体レーザ1の前面から放射された光を受光するようにしてもよく、上記実施の形態1,2と同様の効果を奏することができる。
In the first and second embodiments, the monitor PD 4 receives light emitted from the back surface of the
1 半導体レーザ、2 レンズ、3 光ファイバ、4 モニタPD(モニタ用フォトダイオード)、5 半導体レーザモジュール、6 APC制御部(レーザ駆動手段)、7 半導体レーザ駆動部(レーザ駆動手段)、8 サーミスタ(フォトダイオード制御手段)、9 PDバイアス電圧制御部(フォトダイオード制御手段)。
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