JP2020141095A - 半導体光増幅素子、半導体光増幅器、光出力装置、および距離計測装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1から図4を参照して本実施の形態に係る半導体光増幅素子10について説明する。
図1(a)は半導体光増幅素子10の平面図、図1(b)は図1(a)に示すA−A’線に沿った断面図である。図1(a)に示すように、半導体光増幅素子(Semiconductor Optical Amplifier:SOA)10は、光増幅部50、および光結合部52を備えている。
(方法1)垂直発振モードの発振閾値利得Gthを大きくする。
「発振閾値利得Gth」とは、半導体光増幅素子10において、垂直発振モードが発生するために必要な利得の最小値である。発振閾値利得Gthを大きくするためには、例えば上部DBRの反射率(以下、「反射率R」)を下げる。反射率Rを下げると垂直共振に振り向けられる光パワーが減少するので、その分発振閾値利得Gthが上昇する。反射率Rを下げるには、例えば上部DBR36の材料構成、膜厚、ペア数等を変えることによって行う。
(方法2)利得の波長スペクトル(以下、「波長スペクトルGC」)を短波長側にシフトさせる。
「波長スペクトルGC」とは、半導体光増幅素子10の利得の波長依存性をいう。ここで、本実施の形態では、一例として波長スペクトルGCの中心波長λcを、垂直発振モード光Lvの波長λvよりも短波長としている。従って、波長スペクトルGCを短波長側にシフトさせることは、波長スペクトルGCの中心波長λcと垂直発振モード光Lvの波長λvとの差分(以下、「波長オフセットΔλ」)を大きくすることと等価である。そのためには、例えば、共振器内の材料と膜厚により垂直発振モード光Lvの波長λvを設定し、活性領域の材料と膜厚により波長スペクトルGCを設定する。
(方法3)半導体光増幅素子10の駆動電流によって制御する。
スローライトモード光LsのI−L(電流−出力パワー)特性と垂直発振モード光LvのI−L特性との交点の電流(以下、「限界電流it」)以下の駆動電流で半導体光増幅素子10を駆動する。
(方法4)温度制御回路によって半導体光増幅素子10の温度を制御する。
温度制御に用いる具体的な部材としては、例えばペルチェ素子に代表されるTEC(Thermoelectric Cooler)等の温度制御素子を用いる。
(方法1)および(方法2)はどちらかというと半導体光増幅素子10の設計段階における方法であり、(方法3)および(方法4)はどちらかというと半導体光増幅素子10と駆動回路が一体化された装置(以下、「半導体光増幅器」)の使用段階における方法である。本実施の形態では(方法1)から(方法3)について説明し、後述する第2の実施の形態で(方法4)について説明する。
図5を参照して、上記(方法3)および(方法4)に関連し、本実施の形態に係る半導体光増幅器80について説明する。図5は、半導体光増幅素子10に半導体光増幅素子10の駆動回路、および温度制御回路を付加した半導体光増幅器80の回路図である。なお、本実施の形態では駆動回路および温度制御回路の双方を含む半導体光増幅器80を例示して説明するが、半導体光増幅素子10を使用する温度範囲等によっては温度制御回路は省略してもよい。
図6を参照して、本実施の形態に係る半導体光増幅素子10Aについて説明する。図6(a)は半導体光増幅素子10Aの平面図を示し、図6(b)は図6(a)のB−B’線に沿って切断した断面図を示している。上記実施の形態に係る半導体光増幅素子10は、種光Liを外部から供給する形態であったが、半導体光増幅素子10Aは、種光Liを生成する光源部と半導体光増幅素子とを集積化した形態である。
また、基板30の裏面にはN電極40が形成されている。
次に図7を参照して、本実施の形態に係る光出力装置、および距離計測装置について説明する。図7(a)は本発明に係る光出力装置の一例としての光加工装置70のブロック図を示し、図7(b)は距離計測装置90のブロック図を示している。
12 発光部
14 光増幅部
16 P電極
18 P電極
22 電流阻止領域
30 基板
32 下部DBR
34 活性領域
36 上部DBR
38 酸化狭窄層
38a 非酸化領域
38b 酸化領域
40 N電極
44 光出射面
50 光増幅部
52 光結合部
56 酸化フロント
58 導電領域
60 非導電領域
70 光加工装置
71 半導体光増幅器
72 レンズ
80 半導体光増幅器
82 TEC
83、84 トランジスタ
85 SOAモジュール
86 電源
90 距離計測装置
91 半導体光増幅器
92 測距センサ
93 計測部
GC 波長スペクトル
Gth 発振閾値利得
it、it1、it2、it3 限界電流
iSOA 駆動電流
iTEC 温度制御電流
La 増幅光
Li 種光
Ls スローライトモード光
Lv 垂直発振モード光
Lm 染み出し光
OB1 加工対象物
OB2 被測定物
Po 出力光
Pt 投光光
Pr 受光光
R 反射率
λc、λc’ 中心波長、λv 波長、Δλ 波長オフセット
Claims (9)
- 基板上に形成された光源部と、
前記光源部から前記基板の基板面に沿い予め定めた方向に延伸して形成された導電領域、および前記導電領域の周囲に形成された非導電領域を備え、前記光源部から前記予め定めた方向にスローライト伝播する伝播光を増幅し、増幅した前記伝播光を前記基板面と交差する出射方向に出射する光増幅部と、を含み、
前記伝播光の最大光出力が、垂直発振モードの最大光出力よりも大きい
半導体光増幅素子。 - 請求項1に記載の半導体光増幅素子と、
スローライトモードの光出力が垂直発振モードの光出力よりも大きくなる駆動電流で、前記半導体光増幅素子を駆動する駆動部と、を含む
半導体光増幅器。 - 前記半導体光増幅素子の駆動時に、スローライトモードの光出力が垂直発振モードの光出力よりも大きくなるように、前記半導体光増幅素子の温度を制御する温度制御部をさらに含む
請求項2に記載の半導体光増幅器。 - 前記温度制御部は、垂直発振モードで発振しないように前記光増幅部の温度を制御する 請求項3に記載の半導体光増幅器。
- 垂直発振モードで発振しないように構成されている
請求項1に記載の半導体光増幅素子。 - 基板上に形成された光源部と、
前記光源部から前記基板の基板面に沿い予め定めた方向に延伸して形成された導電領域、および前記導電領域の周囲に形成された非導電領域を備え、前記光源部から前記予め定めた方向にスローライト伝播する伝播光を増幅し、増幅した前記伝播光を前記基板面と交差する出射方向に出射する光増幅部と、
スローライトモードの光出力が垂直発振モードの光出力よりも大きくなる駆動電流で、前記光増幅部を駆動する駆動部と、を含む
半導体光増幅器。 - 基板上に形成された光源部と、
前記光源部から前記基板の基板面に沿い予め定めた方向に延伸して形成された導電領域、および前記導電領域の周囲に形成された非導電領域を備え、前記光源部から前記予め定めた方向にスローライト伝播する伝播光を増幅し、増幅した前記伝播光を前記基板面と交差する出射方向に出射する光増幅部と、
前記光増幅部の駆動時に、スローライトモードの光出力が垂直発振モードの光出力よりも大きくなるように、前記光増幅部の温度を制御する温度制御部と、を含む
半導体光増幅器。 - 請求項2から請求項4、請求項6、および請求項7のいずれか1項に記載の半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器から出射された光を集光する集光部と、を含む
光出力装置。 - 請求項2から請求項4、請求項6、および請求項7のいずれか1項に記載の半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器から出射され、被測定対象物で反射した反射光を受光する受光部と、
前記受光部が受光した反射光に基づき、前記被測定対象物までの距離を計測する計測部と、を含む
距離計測装置。
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