波長可変半導体レーザ素子及びその制御装置、制御方法
【課題】波長ドリフトを防止する波長可変半導体レーザ素子及びその制御装置、制御方法を提供する。
【解決手段】レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域とを有する波長可変半導体レーザ素子において、波長可変領域に隣接して、投入した電力の大部分を熱に変換する熱補償領域を設け、波長可変領域に投入する電力と熱補償領域に投入する電力の和を常に一定になるようにする。
【解決手段】レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域とを有する波長可変半導体レーザ素子において、波長可変領域に隣接して、投入した電力の大部分を熱に変換する熱補償領域を設け、波長可変領域に投入する電力と熱補償領域に投入する電力の和を常に一定になるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変光源として用いられる波長可変半導体レーザ素子及びその制御装置、制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分布反射型レーザ（以降、ＤＢＲレーザと呼ぶ。ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）は、分布反射器となるＤＢＲ領域や位相調整領域への電流注入により、高速波長可変レーザとして利用される（非特許文献１）。ＤＢＲ領域や位相調整領域へ電流が注入されると、プラズマ効果により導波路コア層の屈折率が減少し、発振波長を短波長側にシフトすることができる。プラズマ効果による波長チューニングの応答速度は極めて高速であり、原理的には１０-9秒オーダである。しかしながら、電流注入に付随して、半導体素子の持つ抵抗成分による発熱により、発振波長が徐々に変化してしまい、発振波長の安定には１０-3秒程度を要していた。１０-3秒オーダの熱による波長ドリフトは、プラズマ効果による応答速度に比べ極めて遅く、波長可変速度を低下させる大きな問題となっており、解決のため手法が多数提案されてきた（特許文献１、２、非特許文献２、３）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３１６８８５５号公報
【特許文献２】特許第３２５７１８５号公報
【非特許文献１】池上徹彦、「半導体フォトニクスエ学」、コロナ社、１９９５年１月１０日、ｐ３０６−３１１
【非特許文献２】NUNZIO P. CAPONIO et al., Analysis and Design Criteria of Three-Section DBR Tunable Lasers, "IEEE JOUNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS", AUGUST 1990, VOL. 8, NO. 6, pp. 1203-1213
【非特許文献３】Osamu Ishida et al., Fast and Stable Frequency Switching Employing a Delayed Self-Duplex (DSD) Light Source, "IEEE PHOTONICS THECHNOLOGY LETTERS", JANUARY 1994, VOL. 6, NO. 1, pp13-16
【非特許文献４】石井啓之、「博士論文：波長可変半導体レーザの高性能化に関する研究」、１９９９年３月、第４章
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した問題を解決するため、非特許文献２では、素子への注入電流を変化させたときの素子表面での温度上昇を計算しているが、ジャンクション電圧は直接モニタすることができないのに加え、素子表面の光導波路と下面のヒートシンクとの熱抵抗の調査を必要としており、量産には不向きであった。
【０００５】
又、非特許文献３では、波長ドリフト防止のため、光分波器及び遅延光ファイバにより構成した装置を用いて、細かい時間的な制御を行っている。実際には、波長が安定した部分を切り出してから分波した後、分波した一方を遅延させ、分岐された光同士を最終段で合成している。この方法により温度を一定にするためには、投入熱量、熱容量及び熱抵抗と呼ばれる排熱速度などのパラメータをあらかじめ求めておくことが必要であり、正確に制御するためには多くの準備が必要であった。又、光源を構成するために、光分波器や遅延光ファイバなどの装置が必要であり、コスト的にも不利であった。
【０００６】
又、特許文献１では、熱補償制御用電極により熱補償を行っており、補正係数を用いて熱補償領域の電流値を決定している。特許文献１の段落００２４には、この補正係数が装置によって自動的に決定されるとの記載があるが、補正係数の決定には、熱補償電流を細かく変化させながら、静的駆動時及び高速波長切り替え時のレーザの発振波長をモニタリングして、モニタリングした結果からパラメータを求めなくてはならず、補正係数の決定に膨大な時間がかかっていた。又、制御のためのフィッティング式に１次項や定数項が含まれておらず、正確なフィッティングはできなかった。
【０００７】
又、特許文献２でも、熱補償制御用電極により熱補償を行っているが、特許文献２では、波長可変領域と熱補償領域の素子抵抗を制御要素に含んでいない。従って、この熱補償領域は波長可変領域と同等の抵抗を有することを要し、そのため、熱補償用領域と波長可変領域とは同等の形状と同等の電気抵抗を有することが必要となる。このことにより、この制御方法は特定の素子にしか対応できず、素子抵抗が異なると波長ドリフトは防止できないという問題があった。又、素子作製プロセスにおいては、高精度、高均一性及び高再現性が必要とされ、素子製作プロセスにおける歩留まりの低下、コスト増加という問題が生じていた。又、制御のためのフィッティング式に２次項と定数項が含まれておらず、正確なフィッティングはできなかった。
【０００８】
このように、今まで提案されてきたものには、種々の問題点があり、実用化に結びつくような方法は提案されていない。
【０００９】
ここで、従来のＤＢＲレーザの構成を示すと共に、問題となっている熱による波長ドリフトの実測結果を示す。従来のＤＢＲレーザとして、活性領域とＤＢＲ領域の計２つの領域の構造を簡略化した2-section ＤＢＲレーザの上面図を図２７に示し、図２７のＸ８１、Ｘ８２、Ｘ８３線断面図を、各々図２８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
【００１０】
図２７、図２８（ａ）〜（ｃ）に示す従来のＤＢＲレーザは、レーザ光を発振する活性領域１７３とレーザ光の波長をシフトするＤＢＲ領域１７５からなる。活性領域１７３は、下部クラッド１７１となる基板上に直線状に形成された活性層１７２と、活性層１７２の上部に凸状に形成された上部クラッド１７７とを有している。ＤＢＲ領域１７５は、下部クラッド１７１上に形成された非活性層１７４と、活性層１７２と同一直線となる部分の非活性層１７４の上面に形成された回折格子１７６と、回折格子１７６上に凸状に形成された上部クラッド１７７とを有している。そして、このような構成により、活性領域１７３及びＤＢＲ領域１７５の光導波路がメサ構造により構成されることになる。
【００１１】
又、従来のＤＢＲレーザは、上部クラッド１７７の上面を除き、活性層１７２、非活性層１７４及び上部クラッド１７７の表面に形成された絶縁膜１７８を有しており、電極として、活性領域１７３となる部分の上部クラッド１７７の上面に形成された活性領域電極１７９ａと、ＤＢＲ領域１７５となる部分の上部クラッド１７７の上面に形成されたＤＢＲ領域電極１７９ｂと、下部クラッド１７１の下面に形成された下部電極１８０と有している。更には、ＤＢＲ領域１７５となる非活性層１７４の側端面には、反射防止膜（以降、ＡＲ膜と呼ぶ。）１８１が形成されている。
【００１２】
このように、従来のＤＢＲレーザは、活性領域１７３とＤＢＲ領域１７５により構成されており、活性領域１７３側の劈開端面が持っている約３０％の反射率とＤＢＲ領域１７５の反射構造により、レーザ共振器を形成している。そして、活性領域電極１７９ａへ電流を注入することによりレーザ光が発振し、ＤＢＲ領域電極１７９ｂへ電流を注入することによりレーザ光の波長シフトを行っている。
【００１３】
図２９に、従来のＤＢＲレーザのＤＢＲ領域電極１７９ｂへの電流値を切り替えることにより、波長を切り替えた場合の波長（周波数）の振る舞いを示す。
ここでは、ＤＢＲ領域電極１７９ｂへの電流値を、４ミリ秒おきに２０ｍＡ及び５３ｍＡと切り替えることで、それぞれ１９２．７５ＴＨｚ及び１９３．１５ＴＨｚの波長を交互に出力させた。熱による波長ドリフトの様子を明確に示すため、図２９の縦軸を１０ＧＨｚに拡大したものを、図３０（ａ）と図３０（ｂ）に示す。図３０（ａ）では約２ＧＨｚ、図３０（ｂ）では約６ＧＨｚの波長ドリフトが生じており、電流が低い状態から高い状態に切り替えた時の図３０（ｂ）では、図３０（ａ）に比べて、熱による波長ドリフトが大きい。
【００１４】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、プラズマ効果を用いて波長チューニングを行う際に、副次的に発生する発熱により生ずる波長ドリフトを防止する波長可変半導体レーザ素子及びその制御装置、制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決する第１の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域とを有する波長可変半導体レーザ素子において、
前記波長可変領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域を、前記波長可変領域に隣接して設けたことを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する第２の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする複数の波長可変領域とを有する波長可変半導体レーザ素子において、
前記複数の波長可変領域の各々に対応して、前記波長可変領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域を、前記複数の波長可変領域の各々に隣接して設けたことを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する第３の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする第１の波長可変領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする第２の波長可変領域と、レーザ光の位相を調整する位相調整領域とを有する波長可変半導体レーザ素子において、
前記第１の波長可変領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する第１の熱補償領域を、前記第１の波長可変領域に隣接して設け、
前記第２の波長可変領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する第２の熱補償領域を、前記第２の波長可変領域に隣接して設け、
前記位相調整領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する第３の熱補償領域を、前記位相調整領域に隣接して設けたことを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する第４の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
第１乃至第３のいずれかの発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記熱補償領域を電気抵抗により構成すると共に、前記電気抵抗への電流注入又電圧印加により、投入された電力の大部分を熱に変換することを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決する第５の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
第１乃至第３のいずれかの発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記熱補償領域を、非活性導波路により構成すると共に、前記非活性導波路への電流注入又電圧印加により、投入された電力の大部分を熱に変換することを特徴とする。
【００２０】
上記課題を解決する第６の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
第５の発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記熱補償領域を構成する非活性導波路をメサ構造としたことを特徴とする。
【００２１】
上記課題を解決する第７の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
第６の発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記メサ構造の両側面に、ルテニウムをドーピングして絶縁化した半導体絶縁層を形成したことを特徴とする。
【００２２】
上記課題を解決する第８の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域とを有するレーザ領域を複数備えると共に、前記複数のレーザ領域と光接続されて、光合波を行う光合波器を備えた波長可変半導体レーザ素子において、
前記複数のレーザ領域を互いに隣接して並列に配置し、
前記複数のレーザ領域の前記波長可変領域に投入する電力の総和が常に一定になるようにしたことを特徴とする。
【００２３】
上記課題を解決する第９の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
第１乃至第８のいずれかの発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記活性領域及び前記波長可変領域を構成する導波路を他のメサ構造としたことを特徴とする。
【００２４】
上記課題を解決する第１０の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
第９の発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記他のメサ構造の両側面に、ルテニウムをドーピングして絶縁化した半導体絶縁層を形成したことを特徴とする。
【００２５】
上記課題を解決する第１１の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
第１乃至第１０のいずれかの発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記波長可変領域の一部又は全てを、分布反射型回折格子が形成された非活性導波路により構成するか、若しくは、位相調整領域となる非活性導波路により構成したことを特徴とする。
【００２６】
上記課題を解決する第１２の発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御方法は、
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、前記波長可変領域に隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを有する波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
前記波長可変半導体レーザ素子からレーザ光を発振させる際、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を制御することを特徴とする。
【００２７】
上記課題を解決する第１３の発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御方法は、
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、前記波長可変領域に隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを有する波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
前記波長可変半導体レーザ素子からレーザ光を発振させる際、
前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電圧特性を計測し、
前記電流−電圧特性から前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電力特性を求め、
前記電流−電圧特性、前記電流−電力特性に基づいて、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定して制御を行うことを特徴とする。
【００２８】
上記課題を解決する第１４の発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御方法は、
第１３の発明に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定する際、
前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となる条件下で、前記波長可変領域の電流−電力特性と前記熱補償領域の電流−電力特性とを連立させた方程式に基づいて、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定することを特徴とする。
【００２９】
上記課題を解決する第１５の発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御方法は、
第１２乃至第１４のいずれかの発明に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
予め、前記波長可変領域及び前記熱補償領域における自然放出光の電流依存性又は電圧依存性を求めておき、
前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和から、前記波長可変領域で自然放出光により失われる電力と前記熱補償領域で自然放出光により失われる電力とを減算し、
減算後の電力が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を制御することを特徴とする。
【００３０】
上記課題を解決する第１６の発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御装置は、
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、前記波長可変領域に隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを有する波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記波長可変半導体レーザ素子からレーザ光を発振させる際、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を制御する制御部を有することを特徴とする。
【００３１】
上記課題を解決する第１７の発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御装置は、
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、前記波長可変領域に隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを有する波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記活性領域、前記波長可変領域及び前記熱補償領域に電流又は電圧を入力する入力部と、
前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電圧特性を計測する計測部と、
計測された前記電流−電圧特性を記憶する記憶部と、
記憶された前記電流−電圧特性から、前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電力特性を計算すると共に、前記電流−電圧特性及び前記電流−電力特性に基づいて、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定する処理部と、
決定された前記電流又は前記電圧を、前記波長可変領域及び前記熱補償領域へ入力するように制御する制御部とを有することを特徴とする。
【００３２】
上記課題を解決する第１８の発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御装置は、
第１７の発明に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記処理部は、波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定する際、
前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となる条件下で、前記波長可変領域の電流−電力特性と前記熱補償領域の電流−電力特性とを連立させた方程式に基づいて、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定することを特徴とする。
【００３３】
上記課題を解決する第１９の発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御装置は、
第１７又は第１８の発明に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記記憶部は、予め、前記波長可変領域及び前記熱補償領域における自然放出光の電流依存性又は電圧依存性を記憶しておき、
前記処理部は、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和から、前記波長可変領域で自然放出光により失われる電力と前記熱補償領域で自然放出光により失われる電力とを減算し、減算後の電力が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、波長可変領域に投入する電力と熱補償領域に投入する電力との和を常に一定に保つので、波長可変半導体レーザ素子の温度が常に一定に保たれることになり、波長可変領域へ電流を注入した際に、副次的に生ずる素子内の発熱量の変化を大幅に低減することができ、その結果、従来問題となっていた発熱量の変化に伴う波長ドリフトを大幅に低減することができる。又、波長可変領域及び熱補償領域に投入する電力を計算して制御する際、素子抵抗を制御要素として用いるので、素子自体のプロセス上の精度、均一性及び再現性に、計算や制御が左右されることは無く、その結果、素子製作上の歩留まりの向上、コスト低下を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
最初に、ＤＢＲレーザをはじめとするプラズマ効果型の波長可変半導体レーザ素子において、波長可変領域へ電流注入した時、波長可変領域へ電力がどのように分配・消滅していくかを簡単に説明する。
【００３６】
波長可変型半導体レーザ素子を構成するＰＩＮ構造半導体に順バイアスを印加すると、印加電圧が一定値（ビルトイン電圧と呼ばれる。）を超えると電流が流れ始める。半導体の電気抵抗値は、通常の電子回路で使用される電気抵抗の抵抗値や白熱電球等のフィラメントの抵抗と比べ、その特性が大きく異なる。半導体の抵抗値は順バイアス電流値の関数になっており、順バイアス電流値に応じて刻々と変化する。
【００３７】
半導体の電流−電圧値をプロットすると、後述する図４（ａ）に示すようなグラフとなる。表１は、図４（ａ）の電流値１０ｍＡ、２０ｍＡ及び３０ｍＡに対応する電圧値を示すと共に、各電流値における抵抗値を求めたものである。
【００３８】
【表１】
【００３９】
表１より明らかなように、電流（若しくは電圧値）が変化する、抵抗値も変化している。このため、半導体への電流印加により加わるエネルギーは、実際の駆動状態の電流値Ｉ（Ａ：アンペア）と電圧値Ｖ（Ｖ：ボルト）の積Ｐ（Ｐ＝Ｉ×Ｖ）によって求めなくてはならない。
【００４０】
ある電流値で駆動したときの投入電力は、実際にその状態で印加される電圧値と電流値の積をとって、その都度求めても良いし、あらかじめ電圧−電流特性を測定しておいて、そのデータからフィッティングにより近似式を求めておき、そこに電流値や電圧値を代入して求めても良い。この方法によって求まった電力は、実際に半導体レーザ素子中に投入されているが、そのエネルギーの一部は、発光再結合（以降、自然放出と呼ぶ。）により光に変換されてから外部に放出され、残りのエネルギーは、熱に変換される。
【００４１】
ここで注目すべきは、波長可変領域へ投入される電力は、活性領域や半導体光増幅器（以降、ＳＯＡと呼ぶ。ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）への投入電力とは異なり、光の誘導放出を伴わないため、光のエネルギーとしては外部にほとんど放出されない。一部は光の自然放出として外部へ放出されてしまうが、自然放出により失われるエネルギーは、投入電力に対して微量（多くても５％程度）であり、投入電力の大部分は、熱に変換される。順バイアス印加時に半導体が不可逆変化を起こさない限り（半導体を損傷させるためにエネルギーが消費されない限り）、電気による投入エネルギーは、光若しくは熱のエネルギーのどちらかに変換されると考えて間違いない。
【００４２】
従って、投入電力の大部分は熱に変換されるので、波長可変領域付近の温度を常に一定にするためには、その付近への投入電力を常に一定とすれば良い。又、投入電力から自然放出で失われる電力を引けば、残りは熱に変換される電力であり、熱に変換される電力が常に一定になるように制御を行えば素子の温度はさらに安定する。
【００４３】
さて、ここで、発生した熱とその放出の過程について説明する。発生した熱は、半導体レーザ素子の裏面のヒートシンクや、素子の周りに存在する空気を介して外部へ放出されるが、その排熱の速度は、熱抵抗と呼ばれるパラメータにより律則される。従って、半導体レーザ素子内で発生熱量に変化が生じたときには、熱の定常状態は、それ以前とはずれてしまい、実際には素子温度が変化する。
【００４４】
半導体レーザ素子は、電極を配線した金属やプラスチックのケース等のモジュールと呼ばれるものに収容されて使用され、モジュール内の温度は、ペルチェ素子により一定になるように制御されている。しかしながら、温度測定ためのサーミスタ素子は、半導体レーザ素子周辺のヒートシンク等に設置されるため、半導体レーザ素子自体の温度を計測することは出来ない。従って、ペルチェ素子により熱制御を行ったモジュールであっても、半導体レーザ素子自体は、熱による波長ドリフトを避けることができない（非特許文献２）。
【００４５】
又、全く同じ構成の半導体レーザ素子をモジュールに組み立てたとしても、ハンダによる接着部の接着具合により、熱抵抗が各々変化してしまう。そのため、計算によって、熱的過渡応答を素子温度にフィードバックする従来の方法は現実的ではない。本発明では、熱抵抗値を用いた熱的過渡応答を計算・フィードバックしなくても、波長ドリフトを防止することができるため、極めて実用的な方法である。
【００４６】
以下、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子及びその制御装置、制御方法について、実施形態の一例をいくつか示して、本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００４７】
＜波長可変半導体レーザ素子＞
図１、図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の実施形態の一例を示すものであり、図１に、その上面図を、図２（ａ）に、図１のＸ１１線断面図を、図２（ｂ）に図１のＸ１２線断面図を、図２（ｃ）に、図１のＸ１３線断面図を示す。
【００４８】
図１、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、レーザ領域と熱補償領域とを有するものである。レーザ領域は、活性領域３と活性領域３に直列に接続されたＤＢＲ領域５とからなる。活性領域３は、下部クラッド１となる基板上に直線状に形成された活性層２と、活性層２上部に凸状に形成された上部クラッド７ａとを有している。ＤＢＲ領域５は、下部クラッド１上に形成された非活性層４と、活性層２と同一直線となる部分の非活性層４の上面に形成された回折格子６と、回折格子６の上部に凸状に形成された上部クラッド７ａとを有している。そして、このような構成により、レーザ領域の光導波路がメサ構造８により構成されることになる。
【００４９】
又、熱補償領域は、下部クラッド１上に形成された非活性層４と、レーザ領域の上部クラッド７ａに平行に隣接するように、非活性層４の上部に凸状に形成された上部クラッド７ｂとを有している。そして、このような構成により、熱補償領域の光導波路がメサ構造９により構成されることになり、又、レーザ領域のメサ構造８に平行に隣接して、熱補償領域のメサ構造９が配置されることになる。
【００５０】
更に、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、上部クラッド７ａ及び上部クラッド７ｂの一部の上面を除き、活性層２、非活性層４及び上部クラッド７ａ、７ｂの表面に形成された絶縁膜１０を有しており、電極として、活性領域３となる部分の上部クラッド７ａの上面に形成された活性領域電極１１ａと、ＤＢＲ領域５となる部分の上部クラッド７ａの上面に形成されたＤＢＲ領域電極１１ｂと、熱補償領域となる部分の上部クラッド７ｂの上面に形成された熱補償領域電極１１ｃと、下部クラッド１の下面に形成された下部電極１２とを有している。加えて、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、ＤＢＲ領域５となる非活性層４の側端面に、ＡＲ膜１３が形成されている。
【００５１】
つまり、本実施例の波長可変半導体レーザ素子では、熱補償のために、レーザ領域のメサ構造８に隣接して、熱補償領域のメサ構造９が形成されると共に、熱補償領域のメサ構造９の部分に、後述する制御方法、制御装置により、電圧印加又は電流注入を行っている。そして、熱補償領域への電圧印加又は電流注入により、その大部分を熱に変換し、素子内の発熱量の変化を抑制し、素子温度を常に一定に保つようにして、従来問題となっていた波長ドリフトを低減するようにしている。
【００５２】
ここで、本実施例の波長可変半導体レーザ素子の作製方法を次に示す。
（１）まず、ｎ型ＩｎＰ基板である下部クラッド１上に活性層２を成長し、活性層２のうち、活性領域３となる領域以外を硫酸系ウェット選択エッチングにより除去した。
（２）次に、バットジョイント再成長により非活性層４を成長し、非活性層４のうち、分布反射器となるＤＢＲ領域５に、ウェットエッチングにより、図２（ａ）に示すような凹凸形状の回折格子６を形成した。
（３）次に、ｐ型ＩｎＰからなる上部クラッド層を再成長後、レーザ領域及び熱補償領域となる部分以外の上部クラッド層を、塩酸系ウェット選択エッチングにより除去した。その結果、上部クラッド層は、レーザ領域となる上部クラッド７ａと熱補償領域となる上部クラッド７ｂのみ残存し、幅２μｍのメサ構造８、９を構成することとなる。そして、熱補償領域では、上部クラッド７ｂとその下部の非活性導波路領域を発熱手段として用いることになる。
（４）次に、素子表面の全面にＳｉＯ2からなる絶縁膜１０を形成し、絶縁膜１０のうち、レーザ領域のメサ構造８及び熱補償領域のメサ構造９の頂上部の絶縁膜１０のみを除去し、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、レーザ領域のメサ構造８及び熱補償領域のメサ構造９への通電を行うため、活性領域電極１１ａ、ＤＢＲ領域電極１１ｂ、熱補償領域電極１１ｃを形成した。
（５）その後、実装のために、基板を含めたレーザ素子の厚さが１５０μｍとなるように研磨を施し、裏面電極１２を形成した。劈開の後、ＤＢＲ領域５側の側端面にＡＲ膜１３を施した。
【００５３】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子では、基板（下部クラッド１）をｎ型半導体、活性層２及び非活性層４をクラッド層よりもバンドギャップの小さいノンドープ半導体、上部クラッド７をｐ型半導体としたＰＩＮ構造とした。活性領域３とＤＢＲ領域５は、共に長さ４００μｍとした。図１及び図２（ｃ）からわかるように、熱補償用非活性導波路と熱補償用電極１１ｃにより熱補償領域が形成されており、レーザ領域のメサストライプとの間隔は２０μｍとした。なお、この配置間隔としては、近接して平行配置された導波路同士で光パワーが移動しないように、下限は、３μｍ以上が望ましく、熱補償領域により、素子温度を常に一定に保ち易いように、上限は、基板の厚さ以下、例えば、１５０μｍ以下であることが望ましい。
【００５４】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子では、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した活性領域電極１１ａと下面電極１２との間に電流を流すことによりレーザ光が発振する。このときの発振波長は、図２で示したＤＢＲ領域５により決まるブラッグ波長におおよそ対応する波長となる。又、図１、図２（ａ）及び図２（ｃ）に示したＤＢＲ領域電極１１ｂを通じて、ＤＢＲ領域５へ電流注入することにより、ブラッグ波長を短波長側にシフトさせることができ、それに伴い、発振波長も短波長側にシフトする。この際、後述するように、ＤＢＲ領域５と熱補償用非活性導波路に投入される電力の和が常に一定となるような制御を行った。
【００５５】
＜制御方法＞
次に、本実施例の波長可変半導体レーザ素子の制御方法、具体的には、熱補償電流を決定するための手順を、図３に示したフローチャートを用いて説明する。
【００５６】
（１）まず、ＤＢＲ領域５と熱補償領域に対し、それぞれ図４（ａ）、（ｂ）の示すＩ−Ｖ測定を行う（ステップＳ１）。
（２）ステップＳ１で求めたＩ−Ｖ特性から電流と電圧の積をとることで電力を求め、図５（ａ）、（ｂ）に示すＩ−Ｐ特性を求める（ステップＳ２）。
（３）ステップＳ２で求めたＩ−Ｐ特性に対し、本実施例では２次関数近似を施し（最小自乗法（２次））、下記（式１）及び（式２）を得た（ステップＳ３）。なお、（式１）及び（式２）において、ＰDBR及びＰTHは、各々、ＤＢＲ領域５及び熱補償領域への投入電力（ｍＷ）を示し、ＩDBR及びＩTHは、各々、ＤＢＲ領域５及び熱補償領域への順バイアス電流（ｍＡ）を示す。
（４）次に、ＤＢＲ領域５と熱補償領域への投入電力の和ＰTOTALを、（式３）に示すように、一例として、７０ｍＷとした（ステップＳ４）。ＰTOTALを決定する際には、ＩDBRの最大値を（式１）に代入したとき、そのときのＰDBRの値とＰTOTALが等しいか、それ以上に設定する必要がある。ここで、ＤＢＲ領域電流ＩDBRを決定すると、（式１）よりＤＢＲ領域への投入電力ＰDBRが求まり、このＰDBRを（式３）に代入することにより、熱補償領域へ投入すべき電力ＰTHが求まる。
（５）最後に、ＰTHを（式２）へ代入し、ＩTHを変数とした二次方程式の解を求め、求まった解のうち正の値を持つ解が、熱補償領域電流ＩTHとなる（ステップＳ５）。
【００５７】
ＰDBR＝0.0049ＩDBR2＋0.848ＩDBR−0.381 ・・・ （式１）
ＰTH＝0.0047ＩTH2＋0.8385ＩTH−0.3556 ・・・ （式２）
ＰTOTAL＝ＰTH＋ＰDBR＝70 ・・・ （式３）
【００５８】
実際には、予め、ＩDBRとＰTHの相関を計算により求めておき、この相関を示す図６のグラフから、ＤＢＲ領域電流ＩDBRを決めれば、簡単に熱補償領域電流ＩTHが求まる。図６に示すグラフもフィッティングによる近似が可能であり、例えば、６次多項式でフィッティング（最小自乗法（６次））して、近似（精度９９％以上）した式を（式４）に示す。
【００５９】
ＩTH＝−6×10-10ＩDBR6＋1×10-7ＩDBR5−8×10-6ＩDBR4＋0.0003ＩDBR3
−0.01141ＩDBR2＋0.5222ＩDBR＋62.262 ・・・ （式４）
【００６０】
この近似式を用いれば、ＤＢＲ領域電流ＩDBRを決めると、熱補償領域電流ＩTHが簡単に求まる。これより、表２に示すように、対となるＤＢＲ領域電流及び熱補償領域電流を定めた。なお、近似式は６次の多項式でなくても、正確にフィッティングが可能な式なら何でもかまわない。
【００６１】
【表２】
【００６２】
表２に示したＤＢＲ領域電流２０ｍＡ−熱補償領域電流４８．６ｍＡ、及び、ＤＢＲ領域電流５３ｍＡ−熱補償領域電流１３．３ｍＡの対は、いずれも、投入電力の和が７０ｍＷとなるように調整してある。
【００６３】
図７には、ＤＢＲ領域への電流値を４ミリ秒おきに２０ｍＡ及び５３ｍＡと切り替え、それと同期して熱補償領域への電流値を４８．６ｍＡ及び１３．３ｍＡと切り替えることで、それぞれ１９２．７４７ＴＨｚ及び１９３．１４６ＴＨｚの波長を交互に出力させた時の波長の振る舞いを示す。又、熱補償による波長ドリフトの抑制効果を顕著に示すため、１９２．７４７ＴＨｚと１９３．１４６ＴＨｚ付近の周波数に対し、縦軸スケールを１０ＧＨｚに拡大したものを図８（ａ）、（ｂ）に示す。熱補償を行わなかった場合には、図３０（ａ）、（ｂ）に示すように、２ＧＨｚ及び６ＧＨｚの波長ドリフトが観測されていたのに対し、本発明においては、熱補償を行うことにより、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、波長ドリフトが１ＧＨｚ以内に抑えられ、安定かつ高速な波長きりかえが実現できた。更には、波長切り替え時に熱的な外乱を与えないことで、波長ドリフトを大幅に抑制することが可能である。
【００６４】
＜制御装置＞
次に、本実施例の波長可変半導体レーザ素子を制御して、上記制御方法を実行する制御装置を、図９（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
【００６５】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子を制御する制御装置２１（以降、波長可変レーザ制御装置と呼ぶ。）は、例えば、本実施例や後述する他の実施例の波長可変半導体レーザ素子２２を制御するものであり、波長可変半導体レーザ素子２２の各領域（活性領域、ＤＢＲ領域、熱補償領域等）へ接続された電流制御回路（若しくは、電圧制御回路）２３と、データを格納するメモリ２４と、これらの設定、制御等を行うＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）２５とを有する波長可変レーザ制御ボード２６と、波長可変レーザ制御ボード２６ヘのデータや設定条件を書き換えるためのＰＣ（コンピュータ）２７とを備えたものである。
【００６６】
波長可変レーザ制御ボード２６において、電流制御回路２３は、Ｉ1〜Ｉ14で示す電流を測定可能な電源を備えると共に、各領域に注入する電流を制御している。電流制御回路に代えて電圧制御回路を用いる場合には、電圧制御回路は、電圧を測定可能な電源を備えると共に、各領域に印加する電圧を制御している。又、メモリ２４は、電流制御回路（若しくは、電圧制御回路）２３で測定された電流−電圧測定データ（Ｉ−Ｖ測定データ）を格納しており、ＣＰＵ２５は、メモリ２４に格納されたＩ−Ｖ測定データに基づいて、電流設定（若しくは、電圧設定）を行い、電流制御回路（若しくは、電圧制御回路）２３を制御している。ＰＣ２７は、波長可変レーザ制御ボード２６内のメモリ２４のＩ−Ｖ測定データを書き換えたり、ＣＰＵ２５を制御することで、Ｉ−Ｖ測定データを取得したり、フィッティングや熱補償電流の自動算出・出力が可能である。なお、図９（ａ）においては、電流制御回路２３における測定、制御電流をＩ1〜Ｉ14で示しているが、この数は、図９（ａ）に示す数に限定されるものではなく、適用する波長可変半導体レーザ素子に応じて、適切な数に変更してよい。
【００６７】
波長可変レーザ制御ボード２５は、ブロック図で説明すると、図９（ｂ）に示すような構成となっている。具体的には、波長可変半導体レーザ素子２２の各領域への電流（若しくは、電圧）を入力する入力部３１と、ＤＢＲ領域と熱補償領域の電流−電圧特性を計測する計測部３２と、入力された電流（若しくは、電圧）及び計測された電流−電圧特性のデータ、即ち、Ｉ−Ｖ測定データを記憶する記憶部３３（＝メモリ２４）と、記憶部３３からＩ−Ｖ測定データを取り出し、ＤＢＲ領域と熱補償領域の電流−電力特性（若しくは、電圧−電力特性）を計算し、Ｉ−Ｖ測定データに基づいて、ＤＢＲ領域の電力と熱補償領域の電力との和が常に一定となるように、ＤＢＲ領域と熱補償領域へ注入する電流（若しくは、印加する電圧）を決定する処理部３４（＝ＣＰＵ２５）と、決定された電流（若しくは、電圧）をＤＢＲ領域と熱補償領域に入力するように制御する制御部３５とを有している。
【００６８】
本実施例では、上記波長可変レーザ制御装置２１に、図１、図２に示す波長可変半導体素子を搭載し、波長可変レーザ制御ボード２５における電流制御回路２３において、Ｉ1を活性領域電極１１ａに、Ｉ2をＤＢＲ領域電極１１ｂに、Ｉ8を熱補償領域電極１１ｃに接続した。そして、上述した制御方法におけるＩ−Ｖ測定を自動で行い、その結果からＩ−Ｐカーブを求めて、ＤＢＲ領域５と熱補償領域に投入する電力の和を常に一定するように制御することが可能である。つまり、波長可変レーザ制御装置２１は、波長可変電流が決まると、自動的に熱補償電流を算出し、出力することができる。
【００６９】
（本実施例の波長可変半導体素子の変形例）
なお、本実施例においては、熱補償領域の構造を、レーザ領域側と同等の構造としているが、上述したように、本実施例の制御方法では、熱補償領域の抵抗値を制御要素として含むので、熱補償領域の構造を異なる形状としても、同様の効果を奏することができる。
【００７０】
例えば、図１０は、本実施例の変形例であり、波長可変半導体素子の上面図を示すものである。図１０に示す波長可変半導体素子は、図１に示す波長可変半導体素子と略同等の構造であるが、熱補償領域電極１１ｄの導波路方向の長さが異なるものである。このように、熱補償領域電極１１ｄの導波路方向の長さは、対応するＤＢＲ領域電極１１ｂの導波路方向の長さと異なる長さでも良く、例えば、ＤＢＲ領域電極１１ｂの長さよりも短く、その一部と隣接するように配置されたものであっても構わない。
【００７１】
又、図１１は、本実施例の他の変形例であり、波長可変半導体素子の上面図を示すものである。図１１に示す波長可変半導体素子も、図１に示す波長可変半導体素子と略同等の構造であるが、熱補償領域におけるメサ構造１４の幅が異なるものである。図１に示す波長可変半導体素子においては、レーザ領域及び熱補償領域におけるメサ構造８、９の幅を共に２μｍとしているが、図１１に示す波長可変半導体素子においては、熱補償領域におけるメサ構造１４の幅を、それらより狭い幅、１μｍとした。このような構造の波長可変半導体素子におけるＩ−Ｖ特性を図１２（ａ）に示し、このＩ−Ｖ特性より求めたＩ−Ｐ特性を図１２（ｂ）に示す。図１２（ａ）、（ｂ）に示す特性図から、上述した制御方法を適用して、波長ドリフトの低減が可能であると共に、メサ構造１４の幅を狭くして、メサ構造１４の面積を小さくした結果、熱補償領域の抵抗値が上昇し、結果として、発熱に要する電流値を低減することもできる。
【００７２】
更に、本実施例の他の変形例として、メサ構造９の導波路方向の長さを、レーザ領域におけるメサ構造８の導波路方向の長さより短くした構成、例えば、メサ構造９を熱補償領域電極１１ｃの部分のみに形成した構成も考えられる。
【実施例２】
【００７３】
本実施例は、波長可変半導体レーザ素子の他の制御方法を示すものである。具体的には、実施例１に示した制御方法において、投入電力を、発熱に寄与する電力と電流注入時に自然放出光として失われる分の電力とに分けて、より正確に熱補償する制御方法を示すものである。
【００７４】
実施例１に示した制御方法における（式１）において、ＰDBRは以下の（式５）のように表記できる。
ＰDBR＝ＰREGISTANT＋ＰSPON ・・・ （式５）
【００７５】
ここで、ＰREGISTANTは発熱エネルギーに変換される電力、ＰSPONは半導体の自然放出によって光となって外部に失われる電力である。ＰSPONとしては、予め、ＤＢＲ領域の電流−発光出力特性を調べておくことが出来る。ＤＢＲ領域からの自然放出光は、５ｍＡを過ぎると徐々に増加するため、実際には、ＩDBRが５ｍＡ以下のときは（式６）、５ｍＡ以上のときは（式７）を用いて近似した。
【００７６】
ＰSPON＝0 ・・・ （式６）
ＰSPON＝ＩDBR/55−1/11 ・・・ （式７）
【００７７】
（式７）は、本発明の波長可変半導体レーザ素子の発光特性に対して有効なフィッティング式であるが、対象となる波長可変半導体レーザ素子の発光特性を正確に記載できるものであれば、式の形式や次数、近似方法等を問わないことは言うまでもない。
【００７８】
ＩDBRが５ｍＡ以上である場合、つまり、ＤＢＲ領域からの発光によって電力が失われる場合、（式１）に（式５）及び（式７）を代入し、ＰREGISTANTを左辺として変形すると、（式８）が求まる。
ＰREGISTANT＝0.0049ＩDBR2＋0.848ＩDBR−0.381−（ＩDBR/55−1/11） ・・ （式８）
【００７９】
熱補償領域においても、電流注入を行えば、ＤＢＲ領域と同様に自然放出光が放出されるため、熱補償領域電流ＩTHが５ｍＡ以上である場合に対して、上記（式８）同様に、（式９）が求まる。
ＰREGISTANT_TH＝0.0047ＩTH2＋0.8385ＩTH−0.3556−（ＩTH/55−1/11） ・・・ （式９）
ここで、ＰREGISTANT_THは熱補償領域における発熱に変換される電力である。
【００８０】
本実施例においても、図９に示した波長可変レーザ制御装置２１に波長可変半導体レーザ素子を搭載し、電流制御回路２３において、Ｉ1を活性領域電極に、Ｉ2をＤＢＲ領域電極に、Ｉ8を熱補償領域電極に接続した。そして、制御方法としては、上述したように、ＩDBRとＩTHが５ｍＡ以上である場合に、（式１）及び（式２）を（式８）及び（式９）に置き換え、又、（式３）を下記（式１０）に置き換えて、熱補償電流を求め、波長可変電流２０ｍＡ−熱補償電流４９．４ｍＡ、波長可変電流５３ｍＡ−熱補償電流１４．４ｍＡの条件で波長切り替えを行った。上記の２つの電流対は、いずれも（式１０）のＰTOTALが７０ｍＷである条件を満たしている。
ＰTOTAL＝ＰREGISTANT＋ＰREGISTANT_TH ・・・ （式１０）
【００８１】
その結果、波長ドリフト量が１ＧＨｚ以内の高速な波長切り替えが実現した。なお、本実施例では、実施例１に対して波長ドリフトの大幅な改善が見られなかったが、その理由は、そもそもの自然放出光ＰSPONが小さいためである。ＰSPONの大小は、ＤＢＲ領域を構成する非活性領域の構造や結晶性に大きく左右されるものであり、自然放出光強度の強い場合には、本実施例は極めて有効である。
【実施例３】
【００８２】
図１３、図１４（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の実施形態の他の一例を示すものであり、図１３に、その上面図を、図１４（ａ）に図１３のＸ２１線断面図を、図１４（ｂ）に図１３のＸ２２、Ｘ２４線断面図を、図１４（ｃ）に図１３のＸ２３、Ｘ２５、Ｘ２６線断面図を示す。
【００８３】
図１３、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施例の波長可変半導体レーザ素子も、レーザ領域と熱補償領域を有するものである。レーザ領域は、ＳＯＡ領域４４、フロントＤＢＲ領域４６、活性領域４３、位相調整領域４９、リアＤＢＲ領域４７からなり、図中右から、この順に直列に接続されたものである。活性領域４３、ＳＯＡ領域４４は、下部クラッド１となる基板上に直線状に形成された活性層４２と、活性層４２上部に凸状に形成された上部クラッド５０ａとを有している。フロントＤＢＲ領域４６、リアＤＢＲ領域４７は、下部クラッド１上に形成された非活性層４５と、活性層４２と同一直線となる部分の非活性層４５の上面に形成された回折格子４８と、回折格子４８の上部に凸状に形成された上部クラッド５０ａとを有している。位相調整領域４９は、下部クラッド１上に形成された非活性層４５と、活性層４２と同一直線となる部分の非活性層４５の上部に凸状に形成された上部クラッド５０ａとを有している。そして、このような構成により、レーザ領域の光導波路がメサ構造５１により構成されることになる。
【００８４】
又、熱補償領域は、下部クラッド４１上に形成された非活性層４５と、レーザ領域の上部クラッド５０ａに平行に隣接するように、非活性層４５の上部に凸状に形成された上部クラッド５０ｂとを有している。そして、このような構成により、熱補償領域の光導波路がメサ構造５２により構成されることになり、又、レーザ領域のメサ構造５１に平行に隣接して、熱補償領域のメサ構造５２が配置されることになる。
【００８５】
更に、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、上部クラッド５０ａ及び上部クラッド５０ｂの一部の上面を除き、活性層４２、非活性層４５及び上部クラッド５０ａ、５０ｂの表面に形成された絶縁膜５３を有している。又、電極として、ＳＯＡ領域４４となる部分の上部クラッド５０ａの上面に形成されたＳＯＡ領域電極５４ａと、フロントＤＢＲ領域４６となる部分の上部クラッド５０ａの上面に形成されたフロントＤＢＲ領域電極５４ｂと、活性領域４３となる部分の上部クラッド５０ａの上面に形成された活性領域電極５４ｃと、位相調整領域４９となる部分の上部クラッド５０ａの上面に形成された位相調整領域電極５４ｄと、リアＤＢＲ領域４７となる部分の上部クラッド５０ａの上面に形成されたリアＤＢＲ領域電極５４ｅと、フロントＤＢＲ用の熱補償領域となる部分の上部クラッド５０ｂの上面に形成された熱補償領域電極５４ｆと、位相調整領域用の熱補償領域となる部分の上部クラッド５０ｂの上面に形成された熱補償領域電極５４ｇと、リアＤＢＲ用の熱補償領域となる部分の上部クラッド５０ｂの上面に形成された熱補償領域電極５４ｈと、下部クラッド４１の下面に形成された下部電極５５とを有している。加えて、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、ＳＯＡ領４４となる活性層４２の側端面及びリアＤＢＲ領域４７となる非活性層４５の側端面に、ＡＲ膜５６が形成されている。
【００８６】
図１３に示すように、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は多電極型であり、フロントＤＢＲ領域４６とリアＤＢＲ領域４７が、それぞれ７本の異なる反射ピークを持つＳＳＧ−ＤＢＲレーザとなっている。レーザ領域は、図１４（ａ）に示すように、図中の右から、ＳＯＡ領域４４、フロントＤＢＲ領域４６、活性領域４３、位相調整領域４９、リアＤＢＲ領域４７の順に配置されており、各領域の長さは、それぞれ４００μｍ、３００μｍ、３５０μｍ、８０μｍ、６００μｍである。本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、フロントＤＢＲ領域４６、位相調整領域４９及びリアＤＢＲ領域４７の計３つの波長可変領域を持ち、これらの領域へ注入される電流は、それぞれフロントＤＢＲ電流、位相調整電流、リアＤＢＲ領域電流として制御される。
【００８７】
そして、図１３に示すように、レーザ領域のメサ構造５１のメサストライプに平行に隣接して、２０μｍの間隔を置いて、熱補償用のメサ構造５２のメサストライプが形成されており、上述した３つの波長可変領域（フロントＤＢＲ領域４６、位相調整領域４９及びリアＤＢＲ領域４７）に対して、それぞれ熱補償領域が形成されている。つまり、本実施例の波長可変半導体レーザ素子でも、レーザ領域のメサ構造５１に隣接して、熱補償用のメサ構造５２が形成されると共に、熱補償用のメサ構造５２の部分に、上述した制御方法、制御装置により、電圧印加又は電流注入を行っている。そして、熱補償領域への電圧印加又は電流注入により、その大部分を熱に変換し、素子内の発熱量の変化を抑制し、素子温度を常に一定に保つようにして、従来問題となっていた波長ドリフトを低減するようにしている。
【００８８】
ここで、本実施例の波長可変半導体レーザ素子の作製方法を次に示す。
（１）まず、ｎ型ＩｎＰ基板である下部クラッド４１上に活性層４２を成長し、活性層４２のうち、活性領域４３とＳＯＡ領域４４となる領域以外を硫酸系ウェット選択エッチングにより除去した。
（２）次に、バットジョイント再成長により非活性層４５を成長し、非活性層４５のうちフロントＤＢＲ領域４６とリアＤＢＲ領域４７となる領域に、ウェットエッチングにより、図１４（ａ）に示すような凹凸形状の回折格子４８を形成した。図示していないが、従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザと同様に、回折格子４８は複数の位相シフトを含んでいる（非特許文献４参照）。又、位相調整領域４９となる領域の非活性層４５には、凹凸を設けず、平坦な形状とした。
（３）次に、ｐ型ＩｎＰによる上部クラッド５０の再成長後、塩酸系ウェット選択エッチングにより、実施例１と同様に、レーザ領域と熱補償領域となる幅２μｍのメサ構造５１、５２を形成した。
（４）次に、素子表面の全面にＳｉＯ2からなる絶縁膜５３を形成し、絶縁膜５３のうち、レーザ領域のメサ構造５１及び熱補償領域のメサ構造５２の頂上部の絶縁膜５３のみを除去し、図１４（ｂ）、（ｃ）に示すように、レーザ領域のメサ構造５１及び熱補償領域のメサ構造５２への通電を行うため、ＳＯＡ領域電極５４ａ、フロントＤＢＲ領域電極５４ｂ、活性領域電極５４ｃ、位相調整領域電極５４ｄ、リアＤＢＲ領域電極５４ｅ、フロントＤＢＲ用の熱補償領域電極５４ｆ、位相調整領域用の熱補償領域電極５４ｇ、リアＤＢＲ領域用の用の熱補償領域電極５４ｈを形成した。
（５）その後、厚さが１５０μｍとなるように、基板に研磨を施し、裏面電極５５を形成した。劈開の後、ＳＯＡ領域４４側とリアＤＢＲ領域４７側の側端面にＡＲ膜５６を施した。
【００８９】
本実施例でも、基板（下部クラッド４１）をｎ型半導体、活性層４２及び非活性層４５をクラッド層よりもバンドギャップの小さいノンドープ半導体、上部クラッド５０をｐ型半導体としたＰＩＮ構造とした。
【００９０】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子では、実施例１に示した波長可変半導体レーザ素子と同様に、活性領域４３への電流注入によりレーザを発振し、ＳＯＡ領域４４への電流注入により出力光の増幅又は減衰を行って、出力強度を調整することが出来る。又、複数のＤＢＲ領域４６、４７へ順バイアス電流を注入することにより、ブラッグ波長をシフトさせることができる波長可変機能と、位相を調整するための位相調整領域４９へ電流を注入することにより、最大０．５ｎｍ以内の範囲で発振波長の微調整を行うことができる微調整機能とを有している（非特許文献４）。
【００９１】
本実施例においても、図９に示した波長可変レーザ制御装置２１に、本実施例の波長可変半導体レーザ素子を搭載し、電流制御回路２３において、Ｉ1をＳＯＡ領域電極５４ａに、Ｉ2をフロントＤＢＲ領域電極５４ｂに、Ｉ3を活性領域電極５４ｃに、Ｉ4を位相調整領域電極５４ｄに、Ｉ5をリアＤＢＲ領域電極５４ｅに、Ｉ13をフロントＤＢＲ領域に対応する熱補償領域電極５４ｆに、Ｉ11を位相調整領域に対する熱補償領域電極５４ｇに、Ｉ10をリアＤＢＲ領域に対する熱補償領域電極５４ｈに、それぞれ割り当てて接続した。
【００９２】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子では、上述したように、三つの波長可変領域を有するため、各波長可変領域と対応する熱補償領域の制御の方法は、実施例１に示した制御方法（図３〜図６、表１〜２等参照）を、それぞれの波長可変領域に対して行って、熱による波長ドリフトの防止効果を検証した。又、出力させる光の周波数（波長）に関しては、１９１．２２６５ＴＨｚ（≒１５６７．５ｎｍ）から１９５．６０１５ＴＨｚ（≒１５３２．５ｎｍ）の範囲において、６．２５ＧＨｚ間隔で７００点を静的駆動状態で設定した。静的状態で設定した電流値を用い、１点の周波数保持時間を５００ｎｓとして、高速の繰り返し波長スイープ動作を行った結果を図１５（ａ）に示す。図１５（ａ）から明らかなように、波長跳びがなく良好なスイープ結果が得られた。又、静的駆動状態における設定周波数からのずれ量をチャネル毎に調べ、これを図１５（ｂ）に示した。図１５（ｂ）から判るように、ずれ量は、おおよそ±５ＧＨｚ以内であった。
【００９３】
比較のため、本実施例の波長可変半導体レーザ素子（ＳＳＧ−ＤＢＲレーザ）から、熱補償領域を取り除いた構造の波長可変半導体レーザ素子、即ち、従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザを作製した。図１６に、従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザの上面図を、図１７（ａ）に図１６のＸ３１線断面図を、図１７（ｂ）に図１６のＸ３２、Ｘ３４線断面図を、図１７（ｃ）に図１６のＸ３３、Ｘ３５、Ｘ３６線断面図を示す。なお、従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザの構成は、熱補償領域を除き、本実施例の波長可変半導体レーザ素子と重複する部分が多いため、その詳細な説明は省略する。
【００９４】
図１６、図１７に示した従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザを用い、上述の周波数範囲、周波数間隔（１９１．２２６５〜１９５．６０１５ＴＨｚ、６．２５ＧＨｚ間隔、７００ｃｈ）となるように、静的駆動状態において周波数グリッドを設定し、１点の周波数保持時間を同じく５００ｎｓとして、高速の繰り返し波長スイープ動作を行った。従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザの波長スイープ動作の結果を図１８（ａ）に示すと、図１５（ａ）とは異なり、大きな波長跳びが生じていることがわかる。又、チャネル毎の設定周波数からのずれ量を図１８（ｂ）に示すと、ずれ量はおおよそ±２０ＧＨｚであり、図１５（ｂ）との比較により、その差は明らかである。
【００９５】
なお、本実施例の波長可変半導体レーザ素子においては、フロントＤＢＲ領域４６及びリアＤＢＲ領域４７にＳＳＧ−ＤＢＲを用いているが、均一に凹凸を形成した分布反射器であっても、上述した熱補償領域を用いれば同様の効果が得られることは言うまでもない。又、他の実施例に示す波長可変半導体レーザ素子も含めて、ＤＢＲ領域の一部又は全てを、分布反射型回折格子が形成された非活性導波路により構成したり、位相調整領域となる非活性導波路により構成したりしてもよい。
【実施例４】
【００９６】
図１９、図２０（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の実施形態の他の一例を示すものであり、図１９に、その上面図を、図２０（ａ）に図１９のＸ４１線断面図を、図２０（ｂ）に図１９のＸ４２線断面図を示す。
【００９７】
図１９、図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施例の波長可変半導体レーザ素子も、レーザ領域と熱補償領域を有するものであるが、熱補償領域の構成が他の実施例とは相違する。レーザ領域は、実施例１に示した波長可変半導体レーザ素子と同様に、活性領域８３と活性領域８３に直列に接続されたＤＢＲ領域８５とからなる。活性領域８３は、下部クラッド８１となる基板上に直線状に形成された活性層８２と、活性層８２上部に凸状に形成された上部クラッド８７とを有している。ＤＢＲ領域８５は、下部クラッド８１上に形成された非活性層８４と、活性層８２と同一直線となる部分の非活性層８４の上面に形成された回折格子８６と、回折格子８６の上部に凸状に形成された上部クラッド８７とを有している。そして、このような構成により、レーザ領域の光導波路がメサ構造８８により構成されることになる。
【００９８】
又、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、上部クラッド８７の上面を除き、活性層８２、非活性層８４及び上部クラッド８７の表面に形成された絶縁膜８９を有しており、更に、熱補償領域として、上部クラッド８７に平行に隣接するように、絶縁膜８９上に形成された電気抵抗９１を有しており、これにより、レーザ領域のメサ構造８８に平行に隣接した熱補償領域を構成している。更に、電極として、活性領域８３となる部分の上部クラッド８７の上面に形成された活性領域電極９０ａと、ＤＢＲ領域８５となる部分の上部クラッド８７の上面に形成されたＤＢＲ領域電極９０ｂと、熱補償領域となる部分の電気抵抗９１に接続して形成された熱補償領域電極９０ｃと、下部クラッド８１の下面に形成された下部電極９２とを有している。加えて、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、ＤＢＲ領域８５となる非活性層８４の側端面に、ＡＲ膜９３が形成されている。
【００９９】
つまり、本実施例の波長可変半導体レーザ素子では、他の実施例とは異なり、レーザ領域のメサ構造に平行に隣接して形成した熱補償領域のメサ構造の替わりに、図１９に示すように、ＤＢＲ領域のメサ構造８８に平行に隣接して、熱補償領域としての電気抵抗９１を形成したものである。そして、熱補償用の電気抵抗９１の部分に、上述した制御方法、制御装置により、電圧印加又は電流注入を行うことにより、その大部分を熱に変換し、素子内の発熱量の変化を抑制し、素子温度を常に一定に保つようにして、従来問題となっていた波長ドリフトを低減するようにしている。
【０１００】
電気抵抗９１は、プラチナ（Ｐｔ：電気伝導度＝9.4×106Ｓ／ｍ）により、厚さ５００ｎｍ、幅２．５μｍ、長さ４００μｍの大きさに形成されており、これにより、３０Ωの抵抗値を得た。なお、電気抵抗９１に用いる金属は、電気伝導度が107Ｓ／ｍ以下程度であり、安定して付着するものであれば何でもよく、例えば、クロム（Ｃｒ：電気伝導度＝7.5×106Ｓ／ｍ）等でもよい。
【０１０１】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子において、レーザ領域の構造は、図２０（ａ）に示すように、実施例１と同じ2-section ＤＢＲレーザ構造とした。又、その制御については、実施例１と同様に、図９に示した波長可変レーザ制御装置２１に、本実施例の波長可変半導体レーザ素子を搭載して行った。この際、本実施例の波長可変半導体レーザ素子における２つの熱補償領域電極９０ｃのうち、図１９中左側の電極をグランドにアースし、右側の電極を電流制御回路２３のＩ8に接続した。又、活性領域電極９０ａをＩ1に、ＤＢＲ領域電極９０ｂをＩ2に、それぞれ接続して用いた。
【０１０２】
又、ここでは、実施例１の制御方法における（式２）を、以下で示す（式１１）に置き換えて、図３に示すフローチャートに従って、波長切り替えを行った。なお、（式１１）において、ＰTHとＩTHの単位は、それぞれｍＷ及びｍＡであり、単位の修正のため、（式１１）の右辺に１／１０００の係数かけてある。例えば、ＩTH＝１０ｍＡのとき、（式１１）のＩTHに数値１０を代入するとＰTH＝３（ｍＷ）が求まる。
ＰTH＝30×ＩTH2/1000 ・・・ （式１１）
【０１０３】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子においても、実施例１に示すような制御方法、制御装置を用いることにより、素子内の発熱量の変化を抑制し、素子温度を常に一定に保つことができ、その結果、波長ドリフト量は１ＧＨｚ以内となり、実施例１と同様の結果を得ることができた。
【実施例５】
【０１０４】
図２１、図２２（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の実施形態の他の一例を示すものであり、図２１に、その上面図を、図２２（ａ）に図２１のＸ５１線断面図を、図２２（ｂ）に図２１のＸ５２線断面図を、図２２（ｃ）に図２１のＸ５３線断面図を示す。
【０１０５】
図２１、図２２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施例の波長可変半導体レーザ素子も、レーザ領域と熱補償領域とを有するものである。レーザ領域は、活性領域１０３と活性領域１０３と直列に接続されたＤＢＲ領域１０５とからなる。活性領域１０３は、下部クラッド１０１となる基板上に直線状に形成された活性層１０２と、活性層１０２の上部に凸状に形成された上部クラッド１０７ａと、下部クラッド１０１の一部、活性層１０２及び上部クラッド１０７ａを埋め込むように、それらの周囲に形成された横クラッド１１０とを有している。ＤＢＲ領域１０５は、活性層１０２と同一直線となるように、下部クラッド１０１上に形成された非活性層１０４と、非活性層１０４の上面に形成された回折格子１０６と、回折格子１０６上に凸状に形成された上部クラッド１０７ａと、下部クラッド１０１の一部、非活性層１０４及び上部クラッド１０７ａを埋め込むように、それらの周囲に形成された横クラッド１１０とを有している。そして、このような構成により、レーザ領域の光導波路がメサ構造１０８により構成されることになる。
【０１０６】
又、熱補償領域は、レーザ領域の活性層１０２及び非活性層１０４に平行に隣接するよう、下部クラッド１０１上に直線状に形成された非活性層１０４と、非活性層１０４の上部に凸状に形成された上部クラッド１０７ｂと、下部クラッド１０１の一部、非活性層１０４及び上部クラッド１０７ｂを埋め込むように、それらの周囲に形成された横クラッド１１０とを有している。そして、このような構成により、熱補償領域の光導波路がメサ構造１０９により構成されることになり、又、レーザ領域のメサ構造１０８に平行に隣接して、熱補償領域のメサ構造１０９が配置されることになる。
【０１０７】
更に、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、上部クラッド１０７ａの上面及び上部クラッド１０７ｂの上面の一部を除き、横クラッド１１０及び上部クラッド１０７ｂの表面に形成された絶縁膜１１０を有しており、電極として、活性領域１０３となる部分の上部クラッド１０７ａの上面に形成された活性領域電極１１２ａと、ＤＢＲ領域１０５となる部分の上部クラッド１０７ａの上面に形成されたＤＢＲ領域電極１１２ｂと、熱補償領域となる部分の上部クラッド１０７ｂの上面に形成された熱補償領域電極１１２ｃと、下部クラッド１０１の下面に形成された下部電極１１３とを有している。加えて、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、ＤＢＲ領域１０５となる非活性層１０４の側端面に、ＡＲ膜１１４が形成されている。
【０１０８】
つまり、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、実施例１のように、レーザ領域のメサ構造１０８に隣接して、熱補償のためのメサ構造１０９が形成されたものであるが、メサ構造１０８、１０９をハイメサ構造とすると共に、メサ構造１０８、１０９を横クラッド１１０で埋め込んだ構成としている。そして、熱補償用のメサ構造１０９の部分に、上述した制御方法、制御装置により、電圧印加又は電流注入を行うことにより、その大部分を熱に変換し、素子内の発熱量の変化を抑制し、素子温度を常に一定に保つようにして、従来問題となっていた波長ドリフトを低減するようにしている。
【０１０９】
ここで、本実施例の波長可変半導体レーザ素子の作製方法を次に示す。
（１）まず、ｎ型ＩｎＰ基板である下部クラッド１０１上に活性層１０２を成長し、活性層１０２のうち、活性領域１０３となる領域以外を硫酸系ウェット選択エッチングにより除去した。
（２）次に、バットジョイント再成長により非活性層１０４を成長し、非活性層１０４のうち、分布反射器となるＤＢＲ領域１０５に、ウェットエッチングにより、図２２（ａ）に示すような凹凸形状の回折格子１０６を形成した。
（３）次に、ｐ型ＩｎＰからなる上部クラッド層を１．５μｍ再成長した後、半導体ドライエッチングにより、レーザ領域導波路と熱補償用非活性導波路を高さ３μｍのハイメサ構造に加工した。
（４）次に、ルテニウム（Ｒｕ）をドーピングすることで絶縁化を施したＩｎＰを、導波路横に３μｍの高さで再成長し、図２２（ｂ）、（ｃ）に示すような形状に導波路を埋め込んだ。
（５）次に、素子表面の全面にＳｉＯ2からなる絶縁膜１１１を形成し、絶縁膜１１１のうち、レーザ領域のメサ構造１０８及び熱補償領域のメサ構造１０９の頂上部の絶縁膜１１１のみを除去し、図２２（ｂ）、（ｃ）に示すように、レーザ領域のメサ構造１０８及び熱補償領域のメサ構造１０９のへの通電を行うため、活性領域電極１１２ａ、ＤＢＲ領域電極１１２ｂ、熱補償領域電極１１２ｃを形成した。
（６）その後、実装のため、厚さが１５０μｍとなるように、基板に研磨を施し、裏面電極１１３を形成した。劈開の後、図２１及び図２２（ｂ）に示すように、ＤＢＲ領域１０５側の側端面にＡＲ膜１１４を施した。
【０１１０】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子では、基板（下部クラッド１）をｎ型半導体、活性層１０２と非活性層１０４とをクラッド層よりバンドギャップの小さいノンドープ半導体、上部クラッド１０７をｐ型半導体としたＰＩＮ構造とし、導波路の横を、ルテニウムをドーピングした半絶縁の横クラッド１１０で埋め込んだ形状である。又、活性領域１０３とＤＢＲ領域１０５は共に長さ４００μｍとした。
【０１１１】
又、本実施例の波長可変半導体レーザ素子を、図９に示した波長可変レーザ制御装置２１に搭載し、電流制御回路２３において、Ｉ1を活性領域電極１１２ａに、Ｉ2をＤＢＲ領域電極１１２ｂに、Ｉ8を熱補償領域電極１１２ｃに接続し、図３に示すフローチャートに従って、実施例１と同じ方法で波長の切り替えを行い、波長ドリフト量を観察した。その結果、波長ドリフトを１ＧＨｚ以内に抑制し、熱による波長ドリフトの無い、良好な特性を実現した。なお、本実施例では、2-section ＤＢＲレーザ構造を採用したが、図１３に示すような多電極型のＤＢＲレーザによっても実現が可能であることは言うまでも無い。
【実施例６】
【０１１２】
図２３、図２４（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の実施形態の他の一例を示すものであり、図２３に、その上面図を、図２４（ａ）に図２３のＸ６１線断面図を、図２４（ｂ）に図２３のＸ６２線断面図を、図２４（ｃ）に図２３のＸ６３線断面図を示す。
【０１１３】
図２３、図２４（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施例の波長可変半導体レーザ素子も、レーザ領域と熱補償領域を有するものである。レーザ領域は、活性領域１２３と活性領域１２３に直列に接続されたＤＢＲ領域１２５からなる。活性領域１２３は、下部クラッド１２１となる基板上に直線状に形成された活性層１２２と、下部クラッド１２１の一部、活性層１２２を埋め込むと共に、活性層１２２の上面より高く、それらの周囲に形成された横クラッド１３０と、活性層１２２及び横クラッド１３０の上部に形成された上部クラッド１２７ａとを有している。ＤＢＲ領域１２５は、活性層１２２と同一直線となるように、下部クラッド１２１上に形成された非活性層１２４と、非活性層１２４の上面に形成された回折格子１２６と、下部クラッド１２１の一部及び非活性層１２４を埋め込むと共に、非活性層１２４の上面より高く、それらの周囲に形成された横クラッド１３０と、非活性層１２４及び横クラッド１３０の上部に形成された上部クラッド１２７ａとを有している。そして、このような構成により、レーザ領域の光導波路がメサ構造１２８により構成されることになる。
【０１１４】
又、熱補償領域は、レーザ領域の活性層１２２及び非活性層１２４に平行に隣接するように、下部クラッド１２１上に直線状に形成された非活性層１２４と、下部クラッド１２１の一部及び非活性層１２４を埋め込むと共に、非活性層１２４の上面より高く、それらの周囲に形成された横クラッド１３０と、非活性層１２４及び横クラッド１３０の上部に形成された上部クラッド１２７ｂとを有している。そして、このような構成により、熱補償領域の光導波路がメサ構造１２９により構成されることになり、又、レーザ領域のメサ構造１２８に平行に隣接して、熱補償領域のメサ構造１２９が配置されることになる。なお、上部クラッド１２７ａと上部クラッド１２７ｂは、レーザ領域と熱補償領域の間に配置された横クラッド１３０において、その上部に形成した分離溝１３１及び後述する絶縁膜１３２により、電気的に分離されている。
【０１１５】
更に、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、上部クラッド１２７ａ及び上部クラッド１２７ｂの一部の上面を除き、それらの表面に形成された絶縁膜１３２を有しており、電極として、活性領域１２３となる部分の上部クラッド１２７ａの上面に形成された活性領域電極１３３ａと、ＤＢＲ領域１２５となる部分の上部クラッド１２７ａの上面に形成されたＤＢＲ領域電極１３３ｂと、熱補償領域となる部分の上部クラッド１２７ｂの上面に形成された熱補償領域電極１３３ｃと、下部クラッド１２１の下面に形成された下部電極１３４とを有している。加えて、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、ＤＢＲ領域１２５となる非活性層１２４の側端面に、ＡＲ膜１３５が形成されている。
【０１１６】
つまり、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、実施例１のように、レーザ領域のメサ構造１２８に隣接して、熱補償のためのメサ構造１２９が形成されたものであるが、メサ構造１２８、１２９をローメサ構造とすると共に、メサ構造１２８、１２９の周囲を横クラッド１３０で埋め込むと共に、それらの上部を上部クラッド１２７ａ、１２７ｂで埋め込んだ構成としている。そして、熱補償用のメサ構造１２９の部分に、上述した制御方法、制御装置により、電圧印加又は電流注入を行うことにより、その大部分を熱に変換し、素子内の発熱量の変化を抑制し、素子温度を常に一定に保つようにして、従来問題となっていた波長ドリフトを低減するようにしている。
【０１１７】
ここで、本実施例の波長可変半導体レーザ素子の作製方法を次に示す。
（１）まず、ｎ型ＩｎＰ基板となる下部クラッド１２１上に活性層１２２を成長し、活性層１２２のうち、活性領域１２３となる領域以外を硫酸系ウェット選択エッチングにより除去した。
（２）次に、バットジョイント再成長により非活性層１２４を成長し、非活性層１２４のうち、分布反射器となるＤＢＲ領域１２５に、ウェットエッチングにより、図２４（ａ）に示すような凹凸形状の回折格子１２６を形成した。
（３）次に、ｐ型ＩｎＰからなる上部クラッド層を０．１μｍ再成長した後、半導体ドライエッチングにより、レーザ領域導波路と熱補償用非活性導波路を高さ１．５μｍのローメサ構造に加工した。
（４）次に、ルテニウム（Ｒｕ）をドーピングすることで絶縁化を行ったＩｎＰを、導波路横に３μｍの高さで再成長した後、ｐ型ＩｎＰにより２μｍの上部クラッド層を成長して導波路を埋め込んだ。
（５）その後、ドライエッチングにより、図２４（ｂ）、（ｃ）に示すような、電流分離のための分離溝１３１を形成した。この分離溝１３１は、ＤＢＲ領域１２５と熱補償領域の間の電流リークを防止するためのものであり、ＤＢＲ領域１２５のコア層と熱補償領域のコア層の間に形成されたルテニウムドープ絶縁層（横クラッド１３０）に達するまでエッチングを施した。
（６）次に、素子表面の全面にＳｉＯ2からなる絶縁膜１３２を形成し、絶縁膜１３２のうち、レーザ領域のメサ構造１２８及び熱補償領域のメサ構造１２９の頂上付近の絶縁膜１３２のみを２０μｍ幅で除去し、図２４（ｂ）、（ｃ）に示すように、レーザ領域のメサ構造１２８及び熱補償領域のメサ構造１２９への通電を行うため、活性領域電極１３３ａ、ＤＢＲ領域電極１３３ｂ、熱補償領域電極１３３ｃを形成した。
（７）その後、実装のため、厚さ１５０μｍとなるように、基板に研磨を施し、裏面電極１３４を形成した。劈開の後、図２３及び図２４（ａ）に示すように、ＤＢＲ領域１２５側の側端面にＡＲ膜１３５を施した。
【０１１８】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子でも、基板（下部クラッド１）をｎ型半導体、活性層１２２と非活性層１２４とをクラッド層よりバンドギャップの小さいノンドープ半導体、上部クラッド１２７ａ、１２７ｂをｐ型半導体としたＰＩＮ構造とし、導波路の横を、ルテニウムをドーピングした半絶縁の横クラッド１３０で埋め込んだ形状である。又、活性領域１２３とＤＢＲ領域１２５は共に長さ４００μｍとした。
【０１１９】
又、本実施例の波長可変半導体レーザ素子を、図９に示した波長可変レーザ制御装置２１に搭載し、電流制御回路２３において、Ｉ1を活性領域電極１３３ａに、Ｉ2をＤＢＲ領域電極１３３ｂに、Ｉ8を熱補償領域電極１３３ｃに接続し、図３のフローチャートに従って、実施例１と同じ方法で波長の切り替えを行い、波長ドリフト量を観察した。その結果、波長ドリフトを１ＧＨｚ以内に抑制し、熱による波長ドリフトの無い、良好な特性を実現した。なお、本実施例でも、2-section ＤＢＲレーザ構造を採用したが、図１３に示すような多電極型のＤＢＲレーザによっても実現が可能であることは言うまでも無い。
【実施例７】
【０１２０】
図２５、図２６（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の実施形態の他の一例を示すものであり、図２５に、その上面図を、図２６（ａ）に図２５のＸ７１線の一部の断面図を、図２６（ｂ）に図２５のＸ７２線断面図を示す。
【０１２１】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、図２５に示すように、図中左から順に、発振波長の異なる６個のＤＢＲレーザからなる６チャネルＤＢＲレーザアレイ１６１と、それらの出力光をひとつに合波する光合波器１６２と、最終段で出力光の強度を調整するＳＯＡ領域１６３から構成されている。
【０１２２】
まず、６チャネルＤＢＲレーザアレイ１６１に集積されたＤＢＲレーザの基本構造を説明する。
【０１２３】
ＤＢＲレーザは、図２６（ａ）に示すように、図中右から順に、フロントＤＢＲ領域１４５、活性領域１４３、リアＤＢＲ領域１４６から構成され、これらが直列に接続されたものである。活性領域１４３は、下部クラッド１４１となる基板上に直線状に形成された活性層１４２と、活性層１４２の上部に凸状に形成された上部クラッド１４８とを有している。フロントＤＢＲ領域１４５及びリアＤＢＲ領域１４６は、下部クラッド１４１上に形成された非活性層１４４と、活性層１４２と同一直線となる部分の非活性層１４４の上面に形成された回折格子１４７と、回折格子１４７上に凸状に形成された上部クラッド１４８とを有している。フロントＤＢＲ領域１４５、リアＤＢＲ領域１４６において、回折格子１４７は全く同じものを形成している。そして、このような構成により、ＤＢＲレーザの光導波路がメサ構造により構成されることになる。
【０１２４】
又、ＤＢＲレーザは、上部クラッド１４８の上面を除き、活性層１４２、非活性層１４４及び上部クラッド１４８の表面に形成された絶縁膜１４９を有しており、電極として、フロントＤＢＲ領域１４５及びリアＤＢＲ領域１４６となる部分の上部クラッド１４８の上面に形成されたＤＢＲ領域電極１５０ａと、活性領域１４３となる部分の上部クラッド１４８の上面に形成された活性領域電極１５０ｂと、下部クラッド１４１の下面に形成された下部電極１５１とを有している。なお、フロントＤＢＲ領域１４５、リアＤＢＲ領域１４６においては、図２５に示すように、素子表面に形成した同じ電極（ＤＢＲ領域電極１５０ａ）によって電気的に接続されているため、ＤＢＲ領域電極１５０ａに電流を注入すると、両領域に同じ電流密度で電流が流れる構造となっている。
【０１２５】
さらに、ＤＢＲレーザには、リアＤＢＲ領域１４６となる非活性層１４４の側端面に、ＡＲ膜１５２が形成されている。
【０１２６】
レーザを駆動する際には、活性領域１４３へ電流を注入することによりレーザ光が発振し、フロントＤＢＲ領域１４５、リアＤＢＲ領域１４６へ電流を注入することにより発振波長をシフト可能である。集積された６個のＤＢＲレーザの波長可変幅は６ｎｍであり、発振波長が互いに６ｎｍずつ異なる。従って、６個のＤＢＲレーザのうち所望の波長帯の１つを選択し、選択した１つのＤＢＲレーザの活性領域１４３に電流を注入して駆動することと、選択された１つのＤＢＲレーザのフロントＤＢＲ領域１４５、リアＤＢＲ領域１４６へ注入する電流を変化させることで、合計で３６ｎｍ（６個×６ｎｍ＝３６ｎｍ）の範囲で所望の波長を出力させることが可能である。
【０１２７】
集積された６個のＤＢＲレーザは、図２６（ｂ）に示すように、隣接して並列に配置されており、ＤＢＲレーザ同士の間隔は各々２０μｍとなるように作製した。作製方法は、実施例１の方法と同じであるが、回折格子１４７の凹凸周期がＤＢＲレーザ毎に異なっている。又、熱補償にのみ用いる専用の熱補償領域を持っておらず、その時駆動していないＤＢＲレーザのフロントＤＢＲ領域１４５、リアＤＢＲ領域１４６を熱補償領域として代用するようにしている。
【０１２８】
ここで、実際の駆動例を説明する。
本実施例の波長可変半導体レーザ素子を、図９に示した波長可変レーザ制御装置２１に搭載し、電流制御回路２３において、Ｉ1をＳＯＡ領域電極１５３に、Ｉ2をＬＤ４波長可変領域電極１５０ａ4に、Ｉ3をＬＤ４活性領域電極１５０ｂ4、Ｉ4をＬＤ５波長可変領域電極１５０ａ5、Ｉ5をＬＤ５活性領域電極１５０ｂ5、Ｉ6をＬＤ６波長可変領域電極１５０ａ6、Ｉ7をＬＤ６活性領域電極１５０ｂ6、Ｉ14をＬＤ３波長可変領域電極１５０ａ3、Ｉ13をＬＤ３活性領域電極１５０ｂ3、Ｉ12をＬＤ２波長可変領域電極１５０ａ2、Ｉ11をＬＤ２活性領域電極１５０ｂ2、Ｉ10をＬＤ１波長可変領域電極１５０ａ1、Ｉ9をＬＤ１活性領域電極１５０ｂ1に、それぞれ接続した。又、各ＤＢＲレーザＬＤ１〜ＬＤ６は、ＬＤ１：１５３０〜１５３６ｎｍ、ＬＤ２：１５３６〜１５４２ｎｍ、ＬＤ３：１５４２〜１５４８ｎｍ、ＬＤ４：１５４８〜１５５４ｎｍ、ＬＤ５：１５５４〜１５６０ｎｍ、ＬＤ６：１５６０〜１５６６ｎｍであり、計３６ｎｍの中の所望の波長を出力することが出来る。
【０１２９】
ＬＤ１〜ＬＤ６の各ＤＢＲ領域（フロントＤＢＲ領域１４５及びリアＤＢＲ領域１４６）のＩ−Ｖ測定より、（式１２）〜（式１７）のＩ−Ｐ特性フィッティングカーブを求めた。
【０１３０】
ＰDBR1＝0.0048ＩDBR12＋0.845ＩDBR1−0.383 ・・・ （式１２）
ＰDBR2＝0.0049ＩDBR22＋0.838ＩDBR2−0.357 ・・・ （式１３）
ＰDBR3＝0.005ＩDBR32＋0.83ＩDBR3−0.3556 ・・・ （式１４）
ＰDBR4＝0.0049ＩDBR42＋0.843ＩDBR4−0.365 ・・・ （式１５）
ＰDBR5＝0.0048ＩDBR52＋0.839ＩDBR5−0.376 ・・・ （式１６）
ＰDBR6＝0.0047ＩDBR62＋0.842ＩDBR6−0.368 ・・・ （式１７）
ＰTOTAL＝ＰDBR1＋ＰDBR2＋ＰDBR3＋ＰDBR4＋ＰDBR5＋ＰDBR6＝70 ・・・ （式１８）
【０１３１】
ＬＤ１〜ＬＤ６のＤＢＲ領域への投入電力の総和ＰTOTALは、（式１８）に示すように、一例として、７０ｍＷとした。本実施例では、１５４６ｎｍのレーザ光を出力させる際には、ＬＤ３の活性領域１４３に電流を注入して発光させ、ＬＤ３のＤＢＲ領域に、ＩDBR3＝５．６ｍＡの電流を注入しており、又、１５５６ｎｍのレーザ光を出力させる際には、ＬＤ５の活性領域１４３に電流を注入して発光させ、ＬＤ５のＤＢＲ領域に、ＩDBR5＝２２．３ｍＡを注入した。発光しているＬＤ以外では、活性領域１４３に電流を注入せず、それらのＤＢＲ領域にのみ電流を注入することにより、熱補償を行っている。
【０１３２】
例えば、１５４６ｎｍのレーザ光を出力させる際に、ＬＤ３のＤＢＲ領域をＩDBR3＝５．６ｍＡで駆動する場合の条件を求める。（式１４）にＩDBR3＝５．６ｍＡを代入することで、ＰDBR3＝４．４５ｍＷが求まる。光の発振を行わないＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６のＤＢＲ領域への投入電力は、投入が必要な残りの電力を割り振って、それぞれに等しくなるように設定した。この場合、各ＬＤのＤＢＲ領域への投入電力は１３．１１ｍＷであり、この値を（式１２）、（式１３）、（式１５）、（式１６）、（式１７）に代入し、二次方程式の解のうち正の値をとると、ＩDBR1＝１４．７ｍＡ、ＩDBR2＝１４．８ｍＡ、ＩDBR4＝１４．７ｍＡ、ＩDBR5＝１４．８ｍＡ、ＩDBR6＝１４．８ｍＡが求まる。
【０１３３】
又、１５５６ｎｍのレーザ光を出力させる際に、ＬＤ５のＤＢＲ領域をＩDBR5＝２２．３ｍＡで駆動する場合の条件を求めると、上述した場合と同様にして、残りのＬＤのＤＢＲ領域に注入する電流は、ＩDBR1＝１１．３ｍＡ、ＩDBR2＝１１．４ｍＡ、ＩDBR3＝１１．４ｍＡ、ＩDBR4＝１１．４ｍＡ、ＩDBR6＝１１．４ｍＡと求まる。
【０１３４】
以上の駆動条件を用いて、発振波長１５４６ｎｍ（ＬＤ３：ＩDBR3＝５．６ｍＡ）から発振波長１５５６ｎｍ（ＬＤ５：ＩDBR5＝２２．３ｍＡ）に波長を切り替えると共に、６チャネルＤＢＲレーザアレイ１６１の領域のＤＢＲ領域に投入する電力の総和を常に一定（例えば、７０ｍＷ）とした。その結果、熱補償用として、発光するＬＤ以外のＤＢＲ領域にも電流注入（又は電圧印加）を行うことにより、その大部分を熱に変換して、素子内の発熱量の変化を抑制し、素子温度を常に一定に保つようにして、波長ドリフトを低減することができ、この場合も、波長切り替え時の波長ドリフト量が１ＧＨｚ以内の良好な結果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明は、ＤＢＲレーザをはじめとするプラズマ効果型の波長可変半導体レーザ素子に適用して好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の一例を示す上面図である。
【図２】（ａ）は、図１に示した波長可変半導体レーザ素子のＸ１１線断面図であり、（ｂ）は、Ｘ１２線断面図であり、（ｃ）は、Ｘ１３線断面図である。
【図３】本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子のＤＢＲ領域のＩ−Ｖ特性を示すグラフであり、（ｂ）は、その熱補償領域のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図５】（ａ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子のＤＢＲ領域のＩ−Ｐ特性を示すグラフであり、（ｂ）は、その熱補償領域のＩ−Ｐ特性を示すグラフである。
【図６】本発明に係る波長可変半導体レーザ素子において、波長可変電流から熱補償電流を求めるためのグラフである。
【図７】本発明に係る波長可変半導体レーザ素子における波長切り替え動作を示すグラフである。
【図８】（ａ）は、図７に示したグラフの１９２．７４７ＴＨｚ付近の拡大図であり、（ｂ）は、図７に示したグラフの１９３．１４６ＴＨｚ付近の拡大図である。
【図９】（ａ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御装置の一例を示す概略図であり、（ｂ）は、そのブロック図である。
【図１０】図１に示した波長可変半導体レーザ素子の変形例を示す上面図である。
【図１１】図１に示した波長可変半導体レーザ素子の他の変形例を示す上面図である。
【図１２】（ａ）は、図１１に示した波長可変半導体レーザ素子の熱補償領域のＩ−Ｖ特性を示すグラフであり、（ｂ）は、そのＩ−Ｐ特性を示すグラフである。
【図１３】本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の他の一例を示す上面図である。
【図１４】（ａ）は、図１３に示した波長可変半導体レーザ素子のＸ２１線断面図であり、（ｂ）は、Ｘ２２、Ｘ２４線断面図であり、（ｃ）は、Ｘ２３、Ｘ２５、Ｘ２６線断面図である。
【図１５】（ａ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子において、波長スイープの動作結果を示すグラフであり、（ｂ）は、チャネル毎に設定周波数からのずれ量を示すグラフである。
【図１６】従来の波長可変半導体レーザ素子を示す上面図である。
【図１７】（ａ）は、図１７に示した従来の波長可変半導体レーザ素子のＸ３１線断面図であり、（ｂ）は、Ｘ３２、Ｘ３４線断面図であり、（ｃ）は、Ｘ３３、Ｘ３５、Ｘ３６線断面図である。
【図１８】（ａ）は、図１７に示した従来の波長可変半導体レーザ素子において、波長スイープの動作結果を示すグラフであり、（ｂ）は、チャネル毎に設定周波数からのずれ量を示すグラフである。
【図１９】本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の更なる他の一例を示す上面図である。
【図２０】（ａ）は、図１９に示した波長可変半導体レーザ素子のＸ４１線断面図であり、（ｂ）は、Ｘ４２線断面図である。
【図２１】本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の更なる他の一例を示す上面図である。
【図２２】（ａ）は、図２１に示した従来の波長可変半導体レーザ素子のＸ５１線断面図であり、（ｂ）は、Ｘ５２線断面図であり、（ｃ）は、Ｘ５３線断面図である。
【図２３】本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の更なる他の一例を示す上面図である。
【図２４】（ａ）は、図２３に示した従来の波長可変半導体レーザ素子のＸ６１線断面図であり、（ｂ）は、Ｘ６２線断面図であり、（ｃ）は、Ｘ６３線断面図である。
【図２５】本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の更なる他の一例を示す上面図である。
【図２６】（ａ）は、図２５に示した波長可変半導体レーザ素子のＸ７１線断面図であり、（ｂ）は、Ｘ７２線断面図である。
【図２７】従来の波長可変半導体レーザ素子を示す上面図である。
【図２８】（ａ）は、図２７に示した従来の波長可変半導体レーザ素子のＸ８１線断面図であり、（ｂ）は、Ｘ８２線断面図であり、（ｃ）は、Ｘ８３線断面図である。
【図２９】図２７に示した従来の波長可変半導体レーザ素子における波長切り替え動作を示すグラフである。
【図３０】（ａ）は、図２９に示したグラフの１９２．７５ＴＨｚ付近の拡大図であり、（ｂ）は、図２９に示したグラフの１９３．１５ＴＨｚ付近の拡大図である。
【符号の説明】
【０１３７】
１ 下部クラッド（基板）
２ 活性層
３ 活性領域
４ 非活性層
５ ＤＢＲ領域
６ 回折格子
７ａ 上部クラッド
７ｂ 上部クラッド
８ メサ構造
９ メサ構造
１０ 絶縁膜
１１ａ 活性領域電極
１１ｂ ＤＢＲ領域電極
１１ｃ 熱補償領域電極
１２ 下面電極
１３ 反射防止膜（ＡＲ膜）
２１ 波長可変レーザ制御装置
２２ 波長可変半導体レーザ素子
２３ 電流制御回路
２４ メモリ
２５ ＣＰＵ
２６ 波長可変レーザ制御装置制御ボード
２７ ＰＣ
３１ 入力部
３２ 計測部
３３ 記憶部
３４ 処理部
３５ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変光源として用いられる波長可変半導体レーザ素子及びその制御装置、制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分布反射型レーザ（以降、ＤＢＲレーザと呼ぶ。ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）は、分布反射器となるＤＢＲ領域や位相調整領域への電流注入により、高速波長可変レーザとして利用される（非特許文献１）。ＤＢＲ領域や位相調整領域へ電流が注入されると、プラズマ効果により導波路コア層の屈折率が減少し、発振波長を短波長側にシフトすることができる。プラズマ効果による波長チューニングの応答速度は極めて高速であり、原理的には１０-9秒オーダである。しかしながら、電流注入に付随して、半導体素子の持つ抵抗成分による発熱により、発振波長が徐々に変化してしまい、発振波長の安定には１０-3秒程度を要していた。１０-3秒オーダの熱による波長ドリフトは、プラズマ効果による応答速度に比べ極めて遅く、波長可変速度を低下させる大きな問題となっており、解決のため手法が多数提案されてきた（特許文献１、２、非特許文献２、３）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３１６８８５５号公報
【特許文献２】特許第３２５７１８５号公報
【非特許文献１】池上徹彦、「半導体フォトニクスエ学」、コロナ社、１９９５年１月１０日、ｐ３０６−３１１
【非特許文献２】NUNZIO P. CAPONIO et al., Analysis and Design Criteria of Three-Section DBR Tunable Lasers, "IEEE JOUNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS", AUGUST 1990, VOL. 8, NO. 6, pp. 1203-1213
【非特許文献３】Osamu Ishida et al., Fast and Stable Frequency Switching Employing a Delayed Self-Duplex (DSD) Light Source, "IEEE PHOTONICS THECHNOLOGY LETTERS", JANUARY 1994, VOL. 6, NO. 1, pp13-16
【非特許文献４】石井啓之、「博士論文：波長可変半導体レーザの高性能化に関する研究」、１９９９年３月、第４章
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した問題を解決するため、非特許文献２では、素子への注入電流を変化させたときの素子表面での温度上昇を計算しているが、ジャンクション電圧は直接モニタすることができないのに加え、素子表面の光導波路と下面のヒートシンクとの熱抵抗の調査を必要としており、量産には不向きであった。
【０００５】
又、非特許文献３では、波長ドリフト防止のため、光分波器及び遅延光ファイバにより構成した装置を用いて、細かい時間的な制御を行っている。実際には、波長が安定した部分を切り出してから分波した後、分波した一方を遅延させ、分岐された光同士を最終段で合成している。この方法により温度を一定にするためには、投入熱量、熱容量及び熱抵抗と呼ばれる排熱速度などのパラメータをあらかじめ求めておくことが必要であり、正確に制御するためには多くの準備が必要であった。又、光源を構成するために、光分波器や遅延光ファイバなどの装置が必要であり、コスト的にも不利であった。
【０００６】
又、特許文献１では、熱補償制御用電極により熱補償を行っており、補正係数を用いて熱補償領域の電流値を決定している。特許文献１の段落００２４には、この補正係数が装置によって自動的に決定されるとの記載があるが、補正係数の決定には、熱補償電流を細かく変化させながら、静的駆動時及び高速波長切り替え時のレーザの発振波長をモニタリングして、モニタリングした結果からパラメータを求めなくてはならず、補正係数の決定に膨大な時間がかかっていた。又、制御のためのフィッティング式に１次項や定数項が含まれておらず、正確なフィッティングはできなかった。
【０００７】
又、特許文献２でも、熱補償制御用電極により熱補償を行っているが、特許文献２では、波長可変領域と熱補償領域の素子抵抗を制御要素に含んでいない。従って、この熱補償領域は波長可変領域と同等の抵抗を有することを要し、そのため、熱補償用領域と波長可変領域とは同等の形状と同等の電気抵抗を有することが必要となる。このことにより、この制御方法は特定の素子にしか対応できず、素子抵抗が異なると波長ドリフトは防止できないという問題があった。又、素子作製プロセスにおいては、高精度、高均一性及び高再現性が必要とされ、素子製作プロセスにおける歩留まりの低下、コスト増加という問題が生じていた。又、制御のためのフィッティング式に２次項と定数項が含まれておらず、正確なフィッティングはできなかった。
【０００８】
このように、今まで提案されてきたものには、種々の問題点があり、実用化に結びつくような方法は提案されていない。
【０００９】
ここで、従来のＤＢＲレーザの構成を示すと共に、問題となっている熱による波長ドリフトの実測結果を示す。従来のＤＢＲレーザとして、活性領域とＤＢＲ領域の計２つの領域の構造を簡略化した2-section ＤＢＲレーザの上面図を図２７に示し、図２７のＸ８１、Ｘ８２、Ｘ８３線断面図を、各々図２８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
【００１０】
図２７、図２８（ａ）〜（ｃ）に示す従来のＤＢＲレーザは、レーザ光を発振する活性領域１７３とレーザ光の波長をシフトするＤＢＲ領域１７５からなる。活性領域１７３は、下部クラッド１７１となる基板上に直線状に形成された活性層１７２と、活性層１７２の上部に凸状に形成された上部クラッド１７７とを有している。ＤＢＲ領域１７５は、下部クラッド１７１上に形成された非活性層１７４と、活性層１７２と同一直線となる部分の非活性層１７４の上面に形成された回折格子１７６と、回折格子１７６上に凸状に形成された上部クラッド１７７とを有している。そして、このような構成により、活性領域１７３及びＤＢＲ領域１７５の光導波路がメサ構造により構成されることになる。
【００１１】
又、従来のＤＢＲレーザは、上部クラッド１７７の上面を除き、活性層１７２、非活性層１７４及び上部クラッド１７７の表面に形成された絶縁膜１７８を有しており、電極として、活性領域１７３となる部分の上部クラッド１７７の上面に形成された活性領域電極１７９ａと、ＤＢＲ領域１７５となる部分の上部クラッド１７７の上面に形成されたＤＢＲ領域電極１７９ｂと、下部クラッド１７１の下面に形成された下部電極１８０と有している。更には、ＤＢＲ領域１７５となる非活性層１７４の側端面には、反射防止膜（以降、ＡＲ膜と呼ぶ。）１８１が形成されている。
【００１２】
このように、従来のＤＢＲレーザは、活性領域１７３とＤＢＲ領域１７５により構成されており、活性領域１７３側の劈開端面が持っている約３０％の反射率とＤＢＲ領域１７５の反射構造により、レーザ共振器を形成している。そして、活性領域電極１７９ａへ電流を注入することによりレーザ光が発振し、ＤＢＲ領域電極１７９ｂへ電流を注入することによりレーザ光の波長シフトを行っている。
【００１３】
図２９に、従来のＤＢＲレーザのＤＢＲ領域電極１７９ｂへの電流値を切り替えることにより、波長を切り替えた場合の波長（周波数）の振る舞いを示す。
ここでは、ＤＢＲ領域電極１７９ｂへの電流値を、４ミリ秒おきに２０ｍＡ及び５３ｍＡと切り替えることで、それぞれ１９２．７５ＴＨｚ及び１９３．１５ＴＨｚの波長を交互に出力させた。熱による波長ドリフトの様子を明確に示すため、図２９の縦軸を１０ＧＨｚに拡大したものを、図３０（ａ）と図３０（ｂ）に示す。図３０（ａ）では約２ＧＨｚ、図３０（ｂ）では約６ＧＨｚの波長ドリフトが生じており、電流が低い状態から高い状態に切り替えた時の図３０（ｂ）では、図３０（ａ）に比べて、熱による波長ドリフトが大きい。
【００１４】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、プラズマ効果を用いて波長チューニングを行う際に、副次的に発生する発熱により生ずる波長ドリフトを防止する波長可変半導体レーザ素子及びその制御装置、制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決する第１の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域とを有する波長可変半導体レーザ素子において、
前記波長可変領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域を、前記波長可変領域に隣接して設けたことを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する第２の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする複数の波長可変領域とを有する波長可変半導体レーザ素子において、
前記複数の波長可変領域の各々に対応して、前記波長可変領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域を、前記複数の波長可変領域の各々に隣接して設けたことを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する第３の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする第１の波長可変領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする第２の波長可変領域と、レーザ光の位相を調整する位相調整領域とを有する波長可変半導体レーザ素子において、
前記第１の波長可変領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する第１の熱補償領域を、前記第１の波長可変領域に隣接して設け、
前記第２の波長可変領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する第２の熱補償領域を、前記第２の波長可変領域に隣接して設け、
前記位相調整領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する第３の熱補償領域を、前記位相調整領域に隣接して設けたことを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する第４の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
第１乃至第３のいずれかの発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記熱補償領域を電気抵抗により構成すると共に、前記電気抵抗への電流注入又電圧印加により、投入された電力の大部分を熱に変換することを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決する第５の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
第１乃至第３のいずれかの発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記熱補償領域を、非活性導波路により構成すると共に、前記非活性導波路への電流注入又電圧印加により、投入された電力の大部分を熱に変換することを特徴とする。
【００２０】
上記課題を解決する第６の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
第５の発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記熱補償領域を構成する非活性導波路をメサ構造としたことを特徴とする。
【００２１】
上記課題を解決する第７の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
第６の発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記メサ構造の両側面に、ルテニウムをドーピングして絶縁化した半導体絶縁層を形成したことを特徴とする。
【００２２】
上記課題を解決する第８の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域とを有するレーザ領域を複数備えると共に、前記複数のレーザ領域と光接続されて、光合波を行う光合波器を備えた波長可変半導体レーザ素子において、
前記複数のレーザ領域を互いに隣接して並列に配置し、
前記複数のレーザ領域の前記波長可変領域に投入する電力の総和が常に一定になるようにしたことを特徴とする。
【００２３】
上記課題を解決する第９の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
第１乃至第８のいずれかの発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記活性領域及び前記波長可変領域を構成する導波路を他のメサ構造としたことを特徴とする。
【００２４】
上記課題を解決する第１０の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
第９の発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記他のメサ構造の両側面に、ルテニウムをドーピングして絶縁化した半導体絶縁層を形成したことを特徴とする。
【００２５】
上記課題を解決する第１１の発明に係る波長可変半導体レーザ素子は、
第１乃至第１０のいずれかの発明に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記波長可変領域の一部又は全てを、分布反射型回折格子が形成された非活性導波路により構成するか、若しくは、位相調整領域となる非活性導波路により構成したことを特徴とする。
【００２６】
上記課題を解決する第１２の発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御方法は、
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、前記波長可変領域に隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを有する波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
前記波長可変半導体レーザ素子からレーザ光を発振させる際、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を制御することを特徴とする。
【００２７】
上記課題を解決する第１３の発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御方法は、
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、前記波長可変領域に隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを有する波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
前記波長可変半導体レーザ素子からレーザ光を発振させる際、
前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電圧特性を計測し、
前記電流−電圧特性から前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電力特性を求め、
前記電流−電圧特性、前記電流−電力特性に基づいて、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定して制御を行うことを特徴とする。
【００２８】
上記課題を解決する第１４の発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御方法は、
第１３の発明に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定する際、
前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となる条件下で、前記波長可変領域の電流−電力特性と前記熱補償領域の電流−電力特性とを連立させた方程式に基づいて、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定することを特徴とする。
【００２９】
上記課題を解決する第１５の発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御方法は、
第１２乃至第１４のいずれかの発明に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
予め、前記波長可変領域及び前記熱補償領域における自然放出光の電流依存性又は電圧依存性を求めておき、
前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和から、前記波長可変領域で自然放出光により失われる電力と前記熱補償領域で自然放出光により失われる電力とを減算し、
減算後の電力が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を制御することを特徴とする。
【００３０】
上記課題を解決する第１６の発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御装置は、
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、前記波長可変領域に隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを有する波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記波長可変半導体レーザ素子からレーザ光を発振させる際、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を制御する制御部を有することを特徴とする。
【００３１】
上記課題を解決する第１７の発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御装置は、
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、前記波長可変領域に隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを有する波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記活性領域、前記波長可変領域及び前記熱補償領域に電流又は電圧を入力する入力部と、
前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電圧特性を計測する計測部と、
計測された前記電流−電圧特性を記憶する記憶部と、
記憶された前記電流−電圧特性から、前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電力特性を計算すると共に、前記電流−電圧特性及び前記電流−電力特性に基づいて、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定する処理部と、
決定された前記電流又は前記電圧を、前記波長可変領域及び前記熱補償領域へ入力するように制御する制御部とを有することを特徴とする。
【００３２】
上記課題を解決する第１８の発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御装置は、
第１７の発明に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記処理部は、波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定する際、
前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となる条件下で、前記波長可変領域の電流−電力特性と前記熱補償領域の電流−電力特性とを連立させた方程式に基づいて、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定することを特徴とする。
【００３３】
上記課題を解決する第１９の発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御装置は、
第１７又は第１８の発明に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記記憶部は、予め、前記波長可変領域及び前記熱補償領域における自然放出光の電流依存性又は電圧依存性を記憶しておき、
前記処理部は、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和から、前記波長可変領域で自然放出光により失われる電力と前記熱補償領域で自然放出光により失われる電力とを減算し、減算後の電力が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、波長可変領域に投入する電力と熱補償領域に投入する電力との和を常に一定に保つので、波長可変半導体レーザ素子の温度が常に一定に保たれることになり、波長可変領域へ電流を注入した際に、副次的に生ずる素子内の発熱量の変化を大幅に低減することができ、その結果、従来問題となっていた発熱量の変化に伴う波長ドリフトを大幅に低減することができる。又、波長可変領域及び熱補償領域に投入する電力を計算して制御する際、素子抵抗を制御要素として用いるので、素子自体のプロセス上の精度、均一性及び再現性に、計算や制御が左右されることは無く、その結果、素子製作上の歩留まりの向上、コスト低下を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
最初に、ＤＢＲレーザをはじめとするプラズマ効果型の波長可変半導体レーザ素子において、波長可変領域へ電流注入した時、波長可変領域へ電力がどのように分配・消滅していくかを簡単に説明する。
【００３６】
波長可変型半導体レーザ素子を構成するＰＩＮ構造半導体に順バイアスを印加すると、印加電圧が一定値（ビルトイン電圧と呼ばれる。）を超えると電流が流れ始める。半導体の電気抵抗値は、通常の電子回路で使用される電気抵抗の抵抗値や白熱電球等のフィラメントの抵抗と比べ、その特性が大きく異なる。半導体の抵抗値は順バイアス電流値の関数になっており、順バイアス電流値に応じて刻々と変化する。
【００３７】
半導体の電流−電圧値をプロットすると、後述する図４（ａ）に示すようなグラフとなる。表１は、図４（ａ）の電流値１０ｍＡ、２０ｍＡ及び３０ｍＡに対応する電圧値を示すと共に、各電流値における抵抗値を求めたものである。
【００３８】
【表１】
【００３９】
表１より明らかなように、電流（若しくは電圧値）が変化する、抵抗値も変化している。このため、半導体への電流印加により加わるエネルギーは、実際の駆動状態の電流値Ｉ（Ａ：アンペア）と電圧値Ｖ（Ｖ：ボルト）の積Ｐ（Ｐ＝Ｉ×Ｖ）によって求めなくてはならない。
【００４０】
ある電流値で駆動したときの投入電力は、実際にその状態で印加される電圧値と電流値の積をとって、その都度求めても良いし、あらかじめ電圧−電流特性を測定しておいて、そのデータからフィッティングにより近似式を求めておき、そこに電流値や電圧値を代入して求めても良い。この方法によって求まった電力は、実際に半導体レーザ素子中に投入されているが、そのエネルギーの一部は、発光再結合（以降、自然放出と呼ぶ。）により光に変換されてから外部に放出され、残りのエネルギーは、熱に変換される。
【００４１】
ここで注目すべきは、波長可変領域へ投入される電力は、活性領域や半導体光増幅器（以降、ＳＯＡと呼ぶ。ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）への投入電力とは異なり、光の誘導放出を伴わないため、光のエネルギーとしては外部にほとんど放出されない。一部は光の自然放出として外部へ放出されてしまうが、自然放出により失われるエネルギーは、投入電力に対して微量（多くても５％程度）であり、投入電力の大部分は、熱に変換される。順バイアス印加時に半導体が不可逆変化を起こさない限り（半導体を損傷させるためにエネルギーが消費されない限り）、電気による投入エネルギーは、光若しくは熱のエネルギーのどちらかに変換されると考えて間違いない。
【００４２】
従って、投入電力の大部分は熱に変換されるので、波長可変領域付近の温度を常に一定にするためには、その付近への投入電力を常に一定とすれば良い。又、投入電力から自然放出で失われる電力を引けば、残りは熱に変換される電力であり、熱に変換される電力が常に一定になるように制御を行えば素子の温度はさらに安定する。
【００４３】
さて、ここで、発生した熱とその放出の過程について説明する。発生した熱は、半導体レーザ素子の裏面のヒートシンクや、素子の周りに存在する空気を介して外部へ放出されるが、その排熱の速度は、熱抵抗と呼ばれるパラメータにより律則される。従って、半導体レーザ素子内で発生熱量に変化が生じたときには、熱の定常状態は、それ以前とはずれてしまい、実際には素子温度が変化する。
【００４４】
半導体レーザ素子は、電極を配線した金属やプラスチックのケース等のモジュールと呼ばれるものに収容されて使用され、モジュール内の温度は、ペルチェ素子により一定になるように制御されている。しかしながら、温度測定ためのサーミスタ素子は、半導体レーザ素子周辺のヒートシンク等に設置されるため、半導体レーザ素子自体の温度を計測することは出来ない。従って、ペルチェ素子により熱制御を行ったモジュールであっても、半導体レーザ素子自体は、熱による波長ドリフトを避けることができない（非特許文献２）。
【００４５】
又、全く同じ構成の半導体レーザ素子をモジュールに組み立てたとしても、ハンダによる接着部の接着具合により、熱抵抗が各々変化してしまう。そのため、計算によって、熱的過渡応答を素子温度にフィードバックする従来の方法は現実的ではない。本発明では、熱抵抗値を用いた熱的過渡応答を計算・フィードバックしなくても、波長ドリフトを防止することができるため、極めて実用的な方法である。
【００４６】
以下、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子及びその制御装置、制御方法について、実施形態の一例をいくつか示して、本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００４７】
＜波長可変半導体レーザ素子＞
図１、図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の実施形態の一例を示すものであり、図１に、その上面図を、図２（ａ）に、図１のＸ１１線断面図を、図２（ｂ）に図１のＸ１２線断面図を、図２（ｃ）に、図１のＸ１３線断面図を示す。
【００４８】
図１、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、レーザ領域と熱補償領域とを有するものである。レーザ領域は、活性領域３と活性領域３に直列に接続されたＤＢＲ領域５とからなる。活性領域３は、下部クラッド１となる基板上に直線状に形成された活性層２と、活性層２上部に凸状に形成された上部クラッド７ａとを有している。ＤＢＲ領域５は、下部クラッド１上に形成された非活性層４と、活性層２と同一直線となる部分の非活性層４の上面に形成された回折格子６と、回折格子６の上部に凸状に形成された上部クラッド７ａとを有している。そして、このような構成により、レーザ領域の光導波路がメサ構造８により構成されることになる。
【００４９】
又、熱補償領域は、下部クラッド１上に形成された非活性層４と、レーザ領域の上部クラッド７ａに平行に隣接するように、非活性層４の上部に凸状に形成された上部クラッド７ｂとを有している。そして、このような構成により、熱補償領域の光導波路がメサ構造９により構成されることになり、又、レーザ領域のメサ構造８に平行に隣接して、熱補償領域のメサ構造９が配置されることになる。
【００５０】
更に、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、上部クラッド７ａ及び上部クラッド７ｂの一部の上面を除き、活性層２、非活性層４及び上部クラッド７ａ、７ｂの表面に形成された絶縁膜１０を有しており、電極として、活性領域３となる部分の上部クラッド７ａの上面に形成された活性領域電極１１ａと、ＤＢＲ領域５となる部分の上部クラッド７ａの上面に形成されたＤＢＲ領域電極１１ｂと、熱補償領域となる部分の上部クラッド７ｂの上面に形成された熱補償領域電極１１ｃと、下部クラッド１の下面に形成された下部電極１２とを有している。加えて、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、ＤＢＲ領域５となる非活性層４の側端面に、ＡＲ膜１３が形成されている。
【００５１】
つまり、本実施例の波長可変半導体レーザ素子では、熱補償のために、レーザ領域のメサ構造８に隣接して、熱補償領域のメサ構造９が形成されると共に、熱補償領域のメサ構造９の部分に、後述する制御方法、制御装置により、電圧印加又は電流注入を行っている。そして、熱補償領域への電圧印加又は電流注入により、その大部分を熱に変換し、素子内の発熱量の変化を抑制し、素子温度を常に一定に保つようにして、従来問題となっていた波長ドリフトを低減するようにしている。
【００５２】
ここで、本実施例の波長可変半導体レーザ素子の作製方法を次に示す。
（１）まず、ｎ型ＩｎＰ基板である下部クラッド１上に活性層２を成長し、活性層２のうち、活性領域３となる領域以外を硫酸系ウェット選択エッチングにより除去した。
（２）次に、バットジョイント再成長により非活性層４を成長し、非活性層４のうち、分布反射器となるＤＢＲ領域５に、ウェットエッチングにより、図２（ａ）に示すような凹凸形状の回折格子６を形成した。
（３）次に、ｐ型ＩｎＰからなる上部クラッド層を再成長後、レーザ領域及び熱補償領域となる部分以外の上部クラッド層を、塩酸系ウェット選択エッチングにより除去した。その結果、上部クラッド層は、レーザ領域となる上部クラッド７ａと熱補償領域となる上部クラッド７ｂのみ残存し、幅２μｍのメサ構造８、９を構成することとなる。そして、熱補償領域では、上部クラッド７ｂとその下部の非活性導波路領域を発熱手段として用いることになる。
（４）次に、素子表面の全面にＳｉＯ2からなる絶縁膜１０を形成し、絶縁膜１０のうち、レーザ領域のメサ構造８及び熱補償領域のメサ構造９の頂上部の絶縁膜１０のみを除去し、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、レーザ領域のメサ構造８及び熱補償領域のメサ構造９への通電を行うため、活性領域電極１１ａ、ＤＢＲ領域電極１１ｂ、熱補償領域電極１１ｃを形成した。
（５）その後、実装のために、基板を含めたレーザ素子の厚さが１５０μｍとなるように研磨を施し、裏面電極１２を形成した。劈開の後、ＤＢＲ領域５側の側端面にＡＲ膜１３を施した。
【００５３】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子では、基板（下部クラッド１）をｎ型半導体、活性層２及び非活性層４をクラッド層よりもバンドギャップの小さいノンドープ半導体、上部クラッド７をｐ型半導体としたＰＩＮ構造とした。活性領域３とＤＢＲ領域５は、共に長さ４００μｍとした。図１及び図２（ｃ）からわかるように、熱補償用非活性導波路と熱補償用電極１１ｃにより熱補償領域が形成されており、レーザ領域のメサストライプとの間隔は２０μｍとした。なお、この配置間隔としては、近接して平行配置された導波路同士で光パワーが移動しないように、下限は、３μｍ以上が望ましく、熱補償領域により、素子温度を常に一定に保ち易いように、上限は、基板の厚さ以下、例えば、１５０μｍ以下であることが望ましい。
【００５４】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子では、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した活性領域電極１１ａと下面電極１２との間に電流を流すことによりレーザ光が発振する。このときの発振波長は、図２で示したＤＢＲ領域５により決まるブラッグ波長におおよそ対応する波長となる。又、図１、図２（ａ）及び図２（ｃ）に示したＤＢＲ領域電極１１ｂを通じて、ＤＢＲ領域５へ電流注入することにより、ブラッグ波長を短波長側にシフトさせることができ、それに伴い、発振波長も短波長側にシフトする。この際、後述するように、ＤＢＲ領域５と熱補償用非活性導波路に投入される電力の和が常に一定となるような制御を行った。
【００５５】
＜制御方法＞
次に、本実施例の波長可変半導体レーザ素子の制御方法、具体的には、熱補償電流を決定するための手順を、図３に示したフローチャートを用いて説明する。
【００５６】
（１）まず、ＤＢＲ領域５と熱補償領域に対し、それぞれ図４（ａ）、（ｂ）の示すＩ−Ｖ測定を行う（ステップＳ１）。
（２）ステップＳ１で求めたＩ−Ｖ特性から電流と電圧の積をとることで電力を求め、図５（ａ）、（ｂ）に示すＩ−Ｐ特性を求める（ステップＳ２）。
（３）ステップＳ２で求めたＩ−Ｐ特性に対し、本実施例では２次関数近似を施し（最小自乗法（２次））、下記（式１）及び（式２）を得た（ステップＳ３）。なお、（式１）及び（式２）において、ＰDBR及びＰTHは、各々、ＤＢＲ領域５及び熱補償領域への投入電力（ｍＷ）を示し、ＩDBR及びＩTHは、各々、ＤＢＲ領域５及び熱補償領域への順バイアス電流（ｍＡ）を示す。
（４）次に、ＤＢＲ領域５と熱補償領域への投入電力の和ＰTOTALを、（式３）に示すように、一例として、７０ｍＷとした（ステップＳ４）。ＰTOTALを決定する際には、ＩDBRの最大値を（式１）に代入したとき、そのときのＰDBRの値とＰTOTALが等しいか、それ以上に設定する必要がある。ここで、ＤＢＲ領域電流ＩDBRを決定すると、（式１）よりＤＢＲ領域への投入電力ＰDBRが求まり、このＰDBRを（式３）に代入することにより、熱補償領域へ投入すべき電力ＰTHが求まる。
（５）最後に、ＰTHを（式２）へ代入し、ＩTHを変数とした二次方程式の解を求め、求まった解のうち正の値を持つ解が、熱補償領域電流ＩTHとなる（ステップＳ５）。
【００５７】
ＰDBR＝0.0049ＩDBR2＋0.848ＩDBR−0.381 ・・・ （式１）
ＰTH＝0.0047ＩTH2＋0.8385ＩTH−0.3556 ・・・ （式２）
ＰTOTAL＝ＰTH＋ＰDBR＝70 ・・・ （式３）
【００５８】
実際には、予め、ＩDBRとＰTHの相関を計算により求めておき、この相関を示す図６のグラフから、ＤＢＲ領域電流ＩDBRを決めれば、簡単に熱補償領域電流ＩTHが求まる。図６に示すグラフもフィッティングによる近似が可能であり、例えば、６次多項式でフィッティング（最小自乗法（６次））して、近似（精度９９％以上）した式を（式４）に示す。
【００５９】
ＩTH＝−6×10-10ＩDBR6＋1×10-7ＩDBR5−8×10-6ＩDBR4＋0.0003ＩDBR3
−0.01141ＩDBR2＋0.5222ＩDBR＋62.262 ・・・ （式４）
【００６０】
この近似式を用いれば、ＤＢＲ領域電流ＩDBRを決めると、熱補償領域電流ＩTHが簡単に求まる。これより、表２に示すように、対となるＤＢＲ領域電流及び熱補償領域電流を定めた。なお、近似式は６次の多項式でなくても、正確にフィッティングが可能な式なら何でもかまわない。
【００６１】
【表２】
【００６２】
表２に示したＤＢＲ領域電流２０ｍＡ−熱補償領域電流４８．６ｍＡ、及び、ＤＢＲ領域電流５３ｍＡ−熱補償領域電流１３．３ｍＡの対は、いずれも、投入電力の和が７０ｍＷとなるように調整してある。
【００６３】
図７には、ＤＢＲ領域への電流値を４ミリ秒おきに２０ｍＡ及び５３ｍＡと切り替え、それと同期して熱補償領域への電流値を４８．６ｍＡ及び１３．３ｍＡと切り替えることで、それぞれ１９２．７４７ＴＨｚ及び１９３．１４６ＴＨｚの波長を交互に出力させた時の波長の振る舞いを示す。又、熱補償による波長ドリフトの抑制効果を顕著に示すため、１９２．７４７ＴＨｚと１９３．１４６ＴＨｚ付近の周波数に対し、縦軸スケールを１０ＧＨｚに拡大したものを図８（ａ）、（ｂ）に示す。熱補償を行わなかった場合には、図３０（ａ）、（ｂ）に示すように、２ＧＨｚ及び６ＧＨｚの波長ドリフトが観測されていたのに対し、本発明においては、熱補償を行うことにより、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、波長ドリフトが１ＧＨｚ以内に抑えられ、安定かつ高速な波長きりかえが実現できた。更には、波長切り替え時に熱的な外乱を与えないことで、波長ドリフトを大幅に抑制することが可能である。
【００６４】
＜制御装置＞
次に、本実施例の波長可変半導体レーザ素子を制御して、上記制御方法を実行する制御装置を、図９（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
【００６５】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子を制御する制御装置２１（以降、波長可変レーザ制御装置と呼ぶ。）は、例えば、本実施例や後述する他の実施例の波長可変半導体レーザ素子２２を制御するものであり、波長可変半導体レーザ素子２２の各領域（活性領域、ＤＢＲ領域、熱補償領域等）へ接続された電流制御回路（若しくは、電圧制御回路）２３と、データを格納するメモリ２４と、これらの設定、制御等を行うＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）２５とを有する波長可変レーザ制御ボード２６と、波長可変レーザ制御ボード２６ヘのデータや設定条件を書き換えるためのＰＣ（コンピュータ）２７とを備えたものである。
【００６６】
波長可変レーザ制御ボード２６において、電流制御回路２３は、Ｉ1〜Ｉ14で示す電流を測定可能な電源を備えると共に、各領域に注入する電流を制御している。電流制御回路に代えて電圧制御回路を用いる場合には、電圧制御回路は、電圧を測定可能な電源を備えると共に、各領域に印加する電圧を制御している。又、メモリ２４は、電流制御回路（若しくは、電圧制御回路）２３で測定された電流−電圧測定データ（Ｉ−Ｖ測定データ）を格納しており、ＣＰＵ２５は、メモリ２４に格納されたＩ−Ｖ測定データに基づいて、電流設定（若しくは、電圧設定）を行い、電流制御回路（若しくは、電圧制御回路）２３を制御している。ＰＣ２７は、波長可変レーザ制御ボード２６内のメモリ２４のＩ−Ｖ測定データを書き換えたり、ＣＰＵ２５を制御することで、Ｉ−Ｖ測定データを取得したり、フィッティングや熱補償電流の自動算出・出力が可能である。なお、図９（ａ）においては、電流制御回路２３における測定、制御電流をＩ1〜Ｉ14で示しているが、この数は、図９（ａ）に示す数に限定されるものではなく、適用する波長可変半導体レーザ素子に応じて、適切な数に変更してよい。
【００６７】
波長可変レーザ制御ボード２５は、ブロック図で説明すると、図９（ｂ）に示すような構成となっている。具体的には、波長可変半導体レーザ素子２２の各領域への電流（若しくは、電圧）を入力する入力部３１と、ＤＢＲ領域と熱補償領域の電流−電圧特性を計測する計測部３２と、入力された電流（若しくは、電圧）及び計測された電流−電圧特性のデータ、即ち、Ｉ−Ｖ測定データを記憶する記憶部３３（＝メモリ２４）と、記憶部３３からＩ−Ｖ測定データを取り出し、ＤＢＲ領域と熱補償領域の電流−電力特性（若しくは、電圧−電力特性）を計算し、Ｉ−Ｖ測定データに基づいて、ＤＢＲ領域の電力と熱補償領域の電力との和が常に一定となるように、ＤＢＲ領域と熱補償領域へ注入する電流（若しくは、印加する電圧）を決定する処理部３４（＝ＣＰＵ２５）と、決定された電流（若しくは、電圧）をＤＢＲ領域と熱補償領域に入力するように制御する制御部３５とを有している。
【００６８】
本実施例では、上記波長可変レーザ制御装置２１に、図１、図２に示す波長可変半導体素子を搭載し、波長可変レーザ制御ボード２５における電流制御回路２３において、Ｉ1を活性領域電極１１ａに、Ｉ2をＤＢＲ領域電極１１ｂに、Ｉ8を熱補償領域電極１１ｃに接続した。そして、上述した制御方法におけるＩ−Ｖ測定を自動で行い、その結果からＩ−Ｐカーブを求めて、ＤＢＲ領域５と熱補償領域に投入する電力の和を常に一定するように制御することが可能である。つまり、波長可変レーザ制御装置２１は、波長可変電流が決まると、自動的に熱補償電流を算出し、出力することができる。
【００６９】
（本実施例の波長可変半導体素子の変形例）
なお、本実施例においては、熱補償領域の構造を、レーザ領域側と同等の構造としているが、上述したように、本実施例の制御方法では、熱補償領域の抵抗値を制御要素として含むので、熱補償領域の構造を異なる形状としても、同様の効果を奏することができる。
【００７０】
例えば、図１０は、本実施例の変形例であり、波長可変半導体素子の上面図を示すものである。図１０に示す波長可変半導体素子は、図１に示す波長可変半導体素子と略同等の構造であるが、熱補償領域電極１１ｄの導波路方向の長さが異なるものである。このように、熱補償領域電極１１ｄの導波路方向の長さは、対応するＤＢＲ領域電極１１ｂの導波路方向の長さと異なる長さでも良く、例えば、ＤＢＲ領域電極１１ｂの長さよりも短く、その一部と隣接するように配置されたものであっても構わない。
【００７１】
又、図１１は、本実施例の他の変形例であり、波長可変半導体素子の上面図を示すものである。図１１に示す波長可変半導体素子も、図１に示す波長可変半導体素子と略同等の構造であるが、熱補償領域におけるメサ構造１４の幅が異なるものである。図１に示す波長可変半導体素子においては、レーザ領域及び熱補償領域におけるメサ構造８、９の幅を共に２μｍとしているが、図１１に示す波長可変半導体素子においては、熱補償領域におけるメサ構造１４の幅を、それらより狭い幅、１μｍとした。このような構造の波長可変半導体素子におけるＩ−Ｖ特性を図１２（ａ）に示し、このＩ−Ｖ特性より求めたＩ−Ｐ特性を図１２（ｂ）に示す。図１２（ａ）、（ｂ）に示す特性図から、上述した制御方法を適用して、波長ドリフトの低減が可能であると共に、メサ構造１４の幅を狭くして、メサ構造１４の面積を小さくした結果、熱補償領域の抵抗値が上昇し、結果として、発熱に要する電流値を低減することもできる。
【００７２】
更に、本実施例の他の変形例として、メサ構造９の導波路方向の長さを、レーザ領域におけるメサ構造８の導波路方向の長さより短くした構成、例えば、メサ構造９を熱補償領域電極１１ｃの部分のみに形成した構成も考えられる。
【実施例２】
【００７３】
本実施例は、波長可変半導体レーザ素子の他の制御方法を示すものである。具体的には、実施例１に示した制御方法において、投入電力を、発熱に寄与する電力と電流注入時に自然放出光として失われる分の電力とに分けて、より正確に熱補償する制御方法を示すものである。
【００７４】
実施例１に示した制御方法における（式１）において、ＰDBRは以下の（式５）のように表記できる。
ＰDBR＝ＰREGISTANT＋ＰSPON ・・・ （式５）
【００７５】
ここで、ＰREGISTANTは発熱エネルギーに変換される電力、ＰSPONは半導体の自然放出によって光となって外部に失われる電力である。ＰSPONとしては、予め、ＤＢＲ領域の電流−発光出力特性を調べておくことが出来る。ＤＢＲ領域からの自然放出光は、５ｍＡを過ぎると徐々に増加するため、実際には、ＩDBRが５ｍＡ以下のときは（式６）、５ｍＡ以上のときは（式７）を用いて近似した。
【００７６】
ＰSPON＝0 ・・・ （式６）
ＰSPON＝ＩDBR/55−1/11 ・・・ （式７）
【００７７】
（式７）は、本発明の波長可変半導体レーザ素子の発光特性に対して有効なフィッティング式であるが、対象となる波長可変半導体レーザ素子の発光特性を正確に記載できるものであれば、式の形式や次数、近似方法等を問わないことは言うまでもない。
【００７８】
ＩDBRが５ｍＡ以上である場合、つまり、ＤＢＲ領域からの発光によって電力が失われる場合、（式１）に（式５）及び（式７）を代入し、ＰREGISTANTを左辺として変形すると、（式８）が求まる。
ＰREGISTANT＝0.0049ＩDBR2＋0.848ＩDBR−0.381−（ＩDBR/55−1/11） ・・ （式８）
【００７９】
熱補償領域においても、電流注入を行えば、ＤＢＲ領域と同様に自然放出光が放出されるため、熱補償領域電流ＩTHが５ｍＡ以上である場合に対して、上記（式８）同様に、（式９）が求まる。
ＰREGISTANT_TH＝0.0047ＩTH2＋0.8385ＩTH−0.3556−（ＩTH/55−1/11） ・・・ （式９）
ここで、ＰREGISTANT_THは熱補償領域における発熱に変換される電力である。
【００８０】
本実施例においても、図９に示した波長可変レーザ制御装置２１に波長可変半導体レーザ素子を搭載し、電流制御回路２３において、Ｉ1を活性領域電極に、Ｉ2をＤＢＲ領域電極に、Ｉ8を熱補償領域電極に接続した。そして、制御方法としては、上述したように、ＩDBRとＩTHが５ｍＡ以上である場合に、（式１）及び（式２）を（式８）及び（式９）に置き換え、又、（式３）を下記（式１０）に置き換えて、熱補償電流を求め、波長可変電流２０ｍＡ−熱補償電流４９．４ｍＡ、波長可変電流５３ｍＡ−熱補償電流１４．４ｍＡの条件で波長切り替えを行った。上記の２つの電流対は、いずれも（式１０）のＰTOTALが７０ｍＷである条件を満たしている。
ＰTOTAL＝ＰREGISTANT＋ＰREGISTANT_TH ・・・ （式１０）
【００８１】
その結果、波長ドリフト量が１ＧＨｚ以内の高速な波長切り替えが実現した。なお、本実施例では、実施例１に対して波長ドリフトの大幅な改善が見られなかったが、その理由は、そもそもの自然放出光ＰSPONが小さいためである。ＰSPONの大小は、ＤＢＲ領域を構成する非活性領域の構造や結晶性に大きく左右されるものであり、自然放出光強度の強い場合には、本実施例は極めて有効である。
【実施例３】
【００８２】
図１３、図１４（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の実施形態の他の一例を示すものであり、図１３に、その上面図を、図１４（ａ）に図１３のＸ２１線断面図を、図１４（ｂ）に図１３のＸ２２、Ｘ２４線断面図を、図１４（ｃ）に図１３のＸ２３、Ｘ２５、Ｘ２６線断面図を示す。
【００８３】
図１３、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施例の波長可変半導体レーザ素子も、レーザ領域と熱補償領域を有するものである。レーザ領域は、ＳＯＡ領域４４、フロントＤＢＲ領域４６、活性領域４３、位相調整領域４９、リアＤＢＲ領域４７からなり、図中右から、この順に直列に接続されたものである。活性領域４３、ＳＯＡ領域４４は、下部クラッド１となる基板上に直線状に形成された活性層４２と、活性層４２上部に凸状に形成された上部クラッド５０ａとを有している。フロントＤＢＲ領域４６、リアＤＢＲ領域４７は、下部クラッド１上に形成された非活性層４５と、活性層４２と同一直線となる部分の非活性層４５の上面に形成された回折格子４８と、回折格子４８の上部に凸状に形成された上部クラッド５０ａとを有している。位相調整領域４９は、下部クラッド１上に形成された非活性層４５と、活性層４２と同一直線となる部分の非活性層４５の上部に凸状に形成された上部クラッド５０ａとを有している。そして、このような構成により、レーザ領域の光導波路がメサ構造５１により構成されることになる。
【００８４】
又、熱補償領域は、下部クラッド４１上に形成された非活性層４５と、レーザ領域の上部クラッド５０ａに平行に隣接するように、非活性層４５の上部に凸状に形成された上部クラッド５０ｂとを有している。そして、このような構成により、熱補償領域の光導波路がメサ構造５２により構成されることになり、又、レーザ領域のメサ構造５１に平行に隣接して、熱補償領域のメサ構造５２が配置されることになる。
【００８５】
更に、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、上部クラッド５０ａ及び上部クラッド５０ｂの一部の上面を除き、活性層４２、非活性層４５及び上部クラッド５０ａ、５０ｂの表面に形成された絶縁膜５３を有している。又、電極として、ＳＯＡ領域４４となる部分の上部クラッド５０ａの上面に形成されたＳＯＡ領域電極５４ａと、フロントＤＢＲ領域４６となる部分の上部クラッド５０ａの上面に形成されたフロントＤＢＲ領域電極５４ｂと、活性領域４３となる部分の上部クラッド５０ａの上面に形成された活性領域電極５４ｃと、位相調整領域４９となる部分の上部クラッド５０ａの上面に形成された位相調整領域電極５４ｄと、リアＤＢＲ領域４７となる部分の上部クラッド５０ａの上面に形成されたリアＤＢＲ領域電極５４ｅと、フロントＤＢＲ用の熱補償領域となる部分の上部クラッド５０ｂの上面に形成された熱補償領域電極５４ｆと、位相調整領域用の熱補償領域となる部分の上部クラッド５０ｂの上面に形成された熱補償領域電極５４ｇと、リアＤＢＲ用の熱補償領域となる部分の上部クラッド５０ｂの上面に形成された熱補償領域電極５４ｈと、下部クラッド４１の下面に形成された下部電極５５とを有している。加えて、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、ＳＯＡ領４４となる活性層４２の側端面及びリアＤＢＲ領域４７となる非活性層４５の側端面に、ＡＲ膜５６が形成されている。
【００８６】
図１３に示すように、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は多電極型であり、フロントＤＢＲ領域４６とリアＤＢＲ領域４７が、それぞれ７本の異なる反射ピークを持つＳＳＧ−ＤＢＲレーザとなっている。レーザ領域は、図１４（ａ）に示すように、図中の右から、ＳＯＡ領域４４、フロントＤＢＲ領域４６、活性領域４３、位相調整領域４９、リアＤＢＲ領域４７の順に配置されており、各領域の長さは、それぞれ４００μｍ、３００μｍ、３５０μｍ、８０μｍ、６００μｍである。本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、フロントＤＢＲ領域４６、位相調整領域４９及びリアＤＢＲ領域４７の計３つの波長可変領域を持ち、これらの領域へ注入される電流は、それぞれフロントＤＢＲ電流、位相調整電流、リアＤＢＲ領域電流として制御される。
【００８７】
そして、図１３に示すように、レーザ領域のメサ構造５１のメサストライプに平行に隣接して、２０μｍの間隔を置いて、熱補償用のメサ構造５２のメサストライプが形成されており、上述した３つの波長可変領域（フロントＤＢＲ領域４６、位相調整領域４９及びリアＤＢＲ領域４７）に対して、それぞれ熱補償領域が形成されている。つまり、本実施例の波長可変半導体レーザ素子でも、レーザ領域のメサ構造５１に隣接して、熱補償用のメサ構造５２が形成されると共に、熱補償用のメサ構造５２の部分に、上述した制御方法、制御装置により、電圧印加又は電流注入を行っている。そして、熱補償領域への電圧印加又は電流注入により、その大部分を熱に変換し、素子内の発熱量の変化を抑制し、素子温度を常に一定に保つようにして、従来問題となっていた波長ドリフトを低減するようにしている。
【００８８】
ここで、本実施例の波長可変半導体レーザ素子の作製方法を次に示す。
（１）まず、ｎ型ＩｎＰ基板である下部クラッド４１上に活性層４２を成長し、活性層４２のうち、活性領域４３とＳＯＡ領域４４となる領域以外を硫酸系ウェット選択エッチングにより除去した。
（２）次に、バットジョイント再成長により非活性層４５を成長し、非活性層４５のうちフロントＤＢＲ領域４６とリアＤＢＲ領域４７となる領域に、ウェットエッチングにより、図１４（ａ）に示すような凹凸形状の回折格子４８を形成した。図示していないが、従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザと同様に、回折格子４８は複数の位相シフトを含んでいる（非特許文献４参照）。又、位相調整領域４９となる領域の非活性層４５には、凹凸を設けず、平坦な形状とした。
（３）次に、ｐ型ＩｎＰによる上部クラッド５０の再成長後、塩酸系ウェット選択エッチングにより、実施例１と同様に、レーザ領域と熱補償領域となる幅２μｍのメサ構造５１、５２を形成した。
（４）次に、素子表面の全面にＳｉＯ2からなる絶縁膜５３を形成し、絶縁膜５３のうち、レーザ領域のメサ構造５１及び熱補償領域のメサ構造５２の頂上部の絶縁膜５３のみを除去し、図１４（ｂ）、（ｃ）に示すように、レーザ領域のメサ構造５１及び熱補償領域のメサ構造５２への通電を行うため、ＳＯＡ領域電極５４ａ、フロントＤＢＲ領域電極５４ｂ、活性領域電極５４ｃ、位相調整領域電極５４ｄ、リアＤＢＲ領域電極５４ｅ、フロントＤＢＲ用の熱補償領域電極５４ｆ、位相調整領域用の熱補償領域電極５４ｇ、リアＤＢＲ領域用の用の熱補償領域電極５４ｈを形成した。
（５）その後、厚さが１５０μｍとなるように、基板に研磨を施し、裏面電極５５を形成した。劈開の後、ＳＯＡ領域４４側とリアＤＢＲ領域４７側の側端面にＡＲ膜５６を施した。
【００８９】
本実施例でも、基板（下部クラッド４１）をｎ型半導体、活性層４２及び非活性層４５をクラッド層よりもバンドギャップの小さいノンドープ半導体、上部クラッド５０をｐ型半導体としたＰＩＮ構造とした。
【００９０】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子では、実施例１に示した波長可変半導体レーザ素子と同様に、活性領域４３への電流注入によりレーザを発振し、ＳＯＡ領域４４への電流注入により出力光の増幅又は減衰を行って、出力強度を調整することが出来る。又、複数のＤＢＲ領域４６、４７へ順バイアス電流を注入することにより、ブラッグ波長をシフトさせることができる波長可変機能と、位相を調整するための位相調整領域４９へ電流を注入することにより、最大０．５ｎｍ以内の範囲で発振波長の微調整を行うことができる微調整機能とを有している（非特許文献４）。
【００９１】
本実施例においても、図９に示した波長可変レーザ制御装置２１に、本実施例の波長可変半導体レーザ素子を搭載し、電流制御回路２３において、Ｉ1をＳＯＡ領域電極５４ａに、Ｉ2をフロントＤＢＲ領域電極５４ｂに、Ｉ3を活性領域電極５４ｃに、Ｉ4を位相調整領域電極５４ｄに、Ｉ5をリアＤＢＲ領域電極５４ｅに、Ｉ13をフロントＤＢＲ領域に対応する熱補償領域電極５４ｆに、Ｉ11を位相調整領域に対する熱補償領域電極５４ｇに、Ｉ10をリアＤＢＲ領域に対する熱補償領域電極５４ｈに、それぞれ割り当てて接続した。
【００９２】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子では、上述したように、三つの波長可変領域を有するため、各波長可変領域と対応する熱補償領域の制御の方法は、実施例１に示した制御方法（図３〜図６、表１〜２等参照）を、それぞれの波長可変領域に対して行って、熱による波長ドリフトの防止効果を検証した。又、出力させる光の周波数（波長）に関しては、１９１．２２６５ＴＨｚ（≒１５６７．５ｎｍ）から１９５．６０１５ＴＨｚ（≒１５３２．５ｎｍ）の範囲において、６．２５ＧＨｚ間隔で７００点を静的駆動状態で設定した。静的状態で設定した電流値を用い、１点の周波数保持時間を５００ｎｓとして、高速の繰り返し波長スイープ動作を行った結果を図１５（ａ）に示す。図１５（ａ）から明らかなように、波長跳びがなく良好なスイープ結果が得られた。又、静的駆動状態における設定周波数からのずれ量をチャネル毎に調べ、これを図１５（ｂ）に示した。図１５（ｂ）から判るように、ずれ量は、おおよそ±５ＧＨｚ以内であった。
【００９３】
比較のため、本実施例の波長可変半導体レーザ素子（ＳＳＧ−ＤＢＲレーザ）から、熱補償領域を取り除いた構造の波長可変半導体レーザ素子、即ち、従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザを作製した。図１６に、従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザの上面図を、図１７（ａ）に図１６のＸ３１線断面図を、図１７（ｂ）に図１６のＸ３２、Ｘ３４線断面図を、図１７（ｃ）に図１６のＸ３３、Ｘ３５、Ｘ３６線断面図を示す。なお、従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザの構成は、熱補償領域を除き、本実施例の波長可変半導体レーザ素子と重複する部分が多いため、その詳細な説明は省略する。
【００９４】
図１６、図１７に示した従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザを用い、上述の周波数範囲、周波数間隔（１９１．２２６５〜１９５．６０１５ＴＨｚ、６．２５ＧＨｚ間隔、７００ｃｈ）となるように、静的駆動状態において周波数グリッドを設定し、１点の周波数保持時間を同じく５００ｎｓとして、高速の繰り返し波長スイープ動作を行った。従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザの波長スイープ動作の結果を図１８（ａ）に示すと、図１５（ａ）とは異なり、大きな波長跳びが生じていることがわかる。又、チャネル毎の設定周波数からのずれ量を図１８（ｂ）に示すと、ずれ量はおおよそ±２０ＧＨｚであり、図１５（ｂ）との比較により、その差は明らかである。
【００９５】
なお、本実施例の波長可変半導体レーザ素子においては、フロントＤＢＲ領域４６及びリアＤＢＲ領域４７にＳＳＧ−ＤＢＲを用いているが、均一に凹凸を形成した分布反射器であっても、上述した熱補償領域を用いれば同様の効果が得られることは言うまでもない。又、他の実施例に示す波長可変半導体レーザ素子も含めて、ＤＢＲ領域の一部又は全てを、分布反射型回折格子が形成された非活性導波路により構成したり、位相調整領域となる非活性導波路により構成したりしてもよい。
【実施例４】
【００９６】
図１９、図２０（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の実施形態の他の一例を示すものであり、図１９に、その上面図を、図２０（ａ）に図１９のＸ４１線断面図を、図２０（ｂ）に図１９のＸ４２線断面図を示す。
【００９７】
図１９、図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施例の波長可変半導体レーザ素子も、レーザ領域と熱補償領域を有するものであるが、熱補償領域の構成が他の実施例とは相違する。レーザ領域は、実施例１に示した波長可変半導体レーザ素子と同様に、活性領域８３と活性領域８３に直列に接続されたＤＢＲ領域８５とからなる。活性領域８３は、下部クラッド８１となる基板上に直線状に形成された活性層８２と、活性層８２上部に凸状に形成された上部クラッド８７とを有している。ＤＢＲ領域８５は、下部クラッド８１上に形成された非活性層８４と、活性層８２と同一直線となる部分の非活性層８４の上面に形成された回折格子８６と、回折格子８６の上部に凸状に形成された上部クラッド８７とを有している。そして、このような構成により、レーザ領域の光導波路がメサ構造８８により構成されることになる。
【００９８】
又、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、上部クラッド８７の上面を除き、活性層８２、非活性層８４及び上部クラッド８７の表面に形成された絶縁膜８９を有しており、更に、熱補償領域として、上部クラッド８７に平行に隣接するように、絶縁膜８９上に形成された電気抵抗９１を有しており、これにより、レーザ領域のメサ構造８８に平行に隣接した熱補償領域を構成している。更に、電極として、活性領域８３となる部分の上部クラッド８７の上面に形成された活性領域電極９０ａと、ＤＢＲ領域８５となる部分の上部クラッド８７の上面に形成されたＤＢＲ領域電極９０ｂと、熱補償領域となる部分の電気抵抗９１に接続して形成された熱補償領域電極９０ｃと、下部クラッド８１の下面に形成された下部電極９２とを有している。加えて、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、ＤＢＲ領域８５となる非活性層８４の側端面に、ＡＲ膜９３が形成されている。
【００９９】
つまり、本実施例の波長可変半導体レーザ素子では、他の実施例とは異なり、レーザ領域のメサ構造に平行に隣接して形成した熱補償領域のメサ構造の替わりに、図１９に示すように、ＤＢＲ領域のメサ構造８８に平行に隣接して、熱補償領域としての電気抵抗９１を形成したものである。そして、熱補償用の電気抵抗９１の部分に、上述した制御方法、制御装置により、電圧印加又は電流注入を行うことにより、その大部分を熱に変換し、素子内の発熱量の変化を抑制し、素子温度を常に一定に保つようにして、従来問題となっていた波長ドリフトを低減するようにしている。
【０１００】
電気抵抗９１は、プラチナ（Ｐｔ：電気伝導度＝9.4×106Ｓ／ｍ）により、厚さ５００ｎｍ、幅２．５μｍ、長さ４００μｍの大きさに形成されており、これにより、３０Ωの抵抗値を得た。なお、電気抵抗９１に用いる金属は、電気伝導度が107Ｓ／ｍ以下程度であり、安定して付着するものであれば何でもよく、例えば、クロム（Ｃｒ：電気伝導度＝7.5×106Ｓ／ｍ）等でもよい。
【０１０１】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子において、レーザ領域の構造は、図２０（ａ）に示すように、実施例１と同じ2-section ＤＢＲレーザ構造とした。又、その制御については、実施例１と同様に、図９に示した波長可変レーザ制御装置２１に、本実施例の波長可変半導体レーザ素子を搭載して行った。この際、本実施例の波長可変半導体レーザ素子における２つの熱補償領域電極９０ｃのうち、図１９中左側の電極をグランドにアースし、右側の電極を電流制御回路２３のＩ8に接続した。又、活性領域電極９０ａをＩ1に、ＤＢＲ領域電極９０ｂをＩ2に、それぞれ接続して用いた。
【０１０２】
又、ここでは、実施例１の制御方法における（式２）を、以下で示す（式１１）に置き換えて、図３に示すフローチャートに従って、波長切り替えを行った。なお、（式１１）において、ＰTHとＩTHの単位は、それぞれｍＷ及びｍＡであり、単位の修正のため、（式１１）の右辺に１／１０００の係数かけてある。例えば、ＩTH＝１０ｍＡのとき、（式１１）のＩTHに数値１０を代入するとＰTH＝３（ｍＷ）が求まる。
ＰTH＝30×ＩTH2/1000 ・・・ （式１１）
【０１０３】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子においても、実施例１に示すような制御方法、制御装置を用いることにより、素子内の発熱量の変化を抑制し、素子温度を常に一定に保つことができ、その結果、波長ドリフト量は１ＧＨｚ以内となり、実施例１と同様の結果を得ることができた。
【実施例５】
【０１０４】
図２１、図２２（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の実施形態の他の一例を示すものであり、図２１に、その上面図を、図２２（ａ）に図２１のＸ５１線断面図を、図２２（ｂ）に図２１のＸ５２線断面図を、図２２（ｃ）に図２１のＸ５３線断面図を示す。
【０１０５】
図２１、図２２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施例の波長可変半導体レーザ素子も、レーザ領域と熱補償領域とを有するものである。レーザ領域は、活性領域１０３と活性領域１０３と直列に接続されたＤＢＲ領域１０５とからなる。活性領域１０３は、下部クラッド１０１となる基板上に直線状に形成された活性層１０２と、活性層１０２の上部に凸状に形成された上部クラッド１０７ａと、下部クラッド１０１の一部、活性層１０２及び上部クラッド１０７ａを埋め込むように、それらの周囲に形成された横クラッド１１０とを有している。ＤＢＲ領域１０５は、活性層１０２と同一直線となるように、下部クラッド１０１上に形成された非活性層１０４と、非活性層１０４の上面に形成された回折格子１０６と、回折格子１０６上に凸状に形成された上部クラッド１０７ａと、下部クラッド１０１の一部、非活性層１０４及び上部クラッド１０７ａを埋め込むように、それらの周囲に形成された横クラッド１１０とを有している。そして、このような構成により、レーザ領域の光導波路がメサ構造１０８により構成されることになる。
【０１０６】
又、熱補償領域は、レーザ領域の活性層１０２及び非活性層１０４に平行に隣接するよう、下部クラッド１０１上に直線状に形成された非活性層１０４と、非活性層１０４の上部に凸状に形成された上部クラッド１０７ｂと、下部クラッド１０１の一部、非活性層１０４及び上部クラッド１０７ｂを埋め込むように、それらの周囲に形成された横クラッド１１０とを有している。そして、このような構成により、熱補償領域の光導波路がメサ構造１０９により構成されることになり、又、レーザ領域のメサ構造１０８に平行に隣接して、熱補償領域のメサ構造１０９が配置されることになる。
【０１０７】
更に、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、上部クラッド１０７ａの上面及び上部クラッド１０７ｂの上面の一部を除き、横クラッド１１０及び上部クラッド１０７ｂの表面に形成された絶縁膜１１０を有しており、電極として、活性領域１０３となる部分の上部クラッド１０７ａの上面に形成された活性領域電極１１２ａと、ＤＢＲ領域１０５となる部分の上部クラッド１０７ａの上面に形成されたＤＢＲ領域電極１１２ｂと、熱補償領域となる部分の上部クラッド１０７ｂの上面に形成された熱補償領域電極１１２ｃと、下部クラッド１０１の下面に形成された下部電極１１３とを有している。加えて、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、ＤＢＲ領域１０５となる非活性層１０４の側端面に、ＡＲ膜１１４が形成されている。
【０１０８】
つまり、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、実施例１のように、レーザ領域のメサ構造１０８に隣接して、熱補償のためのメサ構造１０９が形成されたものであるが、メサ構造１０８、１０９をハイメサ構造とすると共に、メサ構造１０８、１０９を横クラッド１１０で埋め込んだ構成としている。そして、熱補償用のメサ構造１０９の部分に、上述した制御方法、制御装置により、電圧印加又は電流注入を行うことにより、その大部分を熱に変換し、素子内の発熱量の変化を抑制し、素子温度を常に一定に保つようにして、従来問題となっていた波長ドリフトを低減するようにしている。
【０１０９】
ここで、本実施例の波長可変半導体レーザ素子の作製方法を次に示す。
（１）まず、ｎ型ＩｎＰ基板である下部クラッド１０１上に活性層１０２を成長し、活性層１０２のうち、活性領域１０３となる領域以外を硫酸系ウェット選択エッチングにより除去した。
（２）次に、バットジョイント再成長により非活性層１０４を成長し、非活性層１０４のうち、分布反射器となるＤＢＲ領域１０５に、ウェットエッチングにより、図２２（ａ）に示すような凹凸形状の回折格子１０６を形成した。
（３）次に、ｐ型ＩｎＰからなる上部クラッド層を１．５μｍ再成長した後、半導体ドライエッチングにより、レーザ領域導波路と熱補償用非活性導波路を高さ３μｍのハイメサ構造に加工した。
（４）次に、ルテニウム（Ｒｕ）をドーピングすることで絶縁化を施したＩｎＰを、導波路横に３μｍの高さで再成長し、図２２（ｂ）、（ｃ）に示すような形状に導波路を埋め込んだ。
（５）次に、素子表面の全面にＳｉＯ2からなる絶縁膜１１１を形成し、絶縁膜１１１のうち、レーザ領域のメサ構造１０８及び熱補償領域のメサ構造１０９の頂上部の絶縁膜１１１のみを除去し、図２２（ｂ）、（ｃ）に示すように、レーザ領域のメサ構造１０８及び熱補償領域のメサ構造１０９のへの通電を行うため、活性領域電極１１２ａ、ＤＢＲ領域電極１１２ｂ、熱補償領域電極１１２ｃを形成した。
（６）その後、実装のため、厚さが１５０μｍとなるように、基板に研磨を施し、裏面電極１１３を形成した。劈開の後、図２１及び図２２（ｂ）に示すように、ＤＢＲ領域１０５側の側端面にＡＲ膜１１４を施した。
【０１１０】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子では、基板（下部クラッド１）をｎ型半導体、活性層１０２と非活性層１０４とをクラッド層よりバンドギャップの小さいノンドープ半導体、上部クラッド１０７をｐ型半導体としたＰＩＮ構造とし、導波路の横を、ルテニウムをドーピングした半絶縁の横クラッド１１０で埋め込んだ形状である。又、活性領域１０３とＤＢＲ領域１０５は共に長さ４００μｍとした。
【０１１１】
又、本実施例の波長可変半導体レーザ素子を、図９に示した波長可変レーザ制御装置２１に搭載し、電流制御回路２３において、Ｉ1を活性領域電極１１２ａに、Ｉ2をＤＢＲ領域電極１１２ｂに、Ｉ8を熱補償領域電極１１２ｃに接続し、図３に示すフローチャートに従って、実施例１と同じ方法で波長の切り替えを行い、波長ドリフト量を観察した。その結果、波長ドリフトを１ＧＨｚ以内に抑制し、熱による波長ドリフトの無い、良好な特性を実現した。なお、本実施例では、2-section ＤＢＲレーザ構造を採用したが、図１３に示すような多電極型のＤＢＲレーザによっても実現が可能であることは言うまでも無い。
【実施例６】
【０１１２】
図２３、図２４（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の実施形態の他の一例を示すものであり、図２３に、その上面図を、図２４（ａ）に図２３のＸ６１線断面図を、図２４（ｂ）に図２３のＸ６２線断面図を、図２４（ｃ）に図２３のＸ６３線断面図を示す。
【０１１３】
図２３、図２４（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施例の波長可変半導体レーザ素子も、レーザ領域と熱補償領域を有するものである。レーザ領域は、活性領域１２３と活性領域１２３に直列に接続されたＤＢＲ領域１２５からなる。活性領域１２３は、下部クラッド１２１となる基板上に直線状に形成された活性層１２２と、下部クラッド１２１の一部、活性層１２２を埋め込むと共に、活性層１２２の上面より高く、それらの周囲に形成された横クラッド１３０と、活性層１２２及び横クラッド１３０の上部に形成された上部クラッド１２７ａとを有している。ＤＢＲ領域１２５は、活性層１２２と同一直線となるように、下部クラッド１２１上に形成された非活性層１２４と、非活性層１２４の上面に形成された回折格子１２６と、下部クラッド１２１の一部及び非活性層１２４を埋め込むと共に、非活性層１２４の上面より高く、それらの周囲に形成された横クラッド１３０と、非活性層１２４及び横クラッド１３０の上部に形成された上部クラッド１２７ａとを有している。そして、このような構成により、レーザ領域の光導波路がメサ構造１２８により構成されることになる。
【０１１４】
又、熱補償領域は、レーザ領域の活性層１２２及び非活性層１２４に平行に隣接するように、下部クラッド１２１上に直線状に形成された非活性層１２４と、下部クラッド１２１の一部及び非活性層１２４を埋め込むと共に、非活性層１２４の上面より高く、それらの周囲に形成された横クラッド１３０と、非活性層１２４及び横クラッド１３０の上部に形成された上部クラッド１２７ｂとを有している。そして、このような構成により、熱補償領域の光導波路がメサ構造１２９により構成されることになり、又、レーザ領域のメサ構造１２８に平行に隣接して、熱補償領域のメサ構造１２９が配置されることになる。なお、上部クラッド１２７ａと上部クラッド１２７ｂは、レーザ領域と熱補償領域の間に配置された横クラッド１３０において、その上部に形成した分離溝１３１及び後述する絶縁膜１３２により、電気的に分離されている。
【０１１５】
更に、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、上部クラッド１２７ａ及び上部クラッド１２７ｂの一部の上面を除き、それらの表面に形成された絶縁膜１３２を有しており、電極として、活性領域１２３となる部分の上部クラッド１２７ａの上面に形成された活性領域電極１３３ａと、ＤＢＲ領域１２５となる部分の上部クラッド１２７ａの上面に形成されたＤＢＲ領域電極１３３ｂと、熱補償領域となる部分の上部クラッド１２７ｂの上面に形成された熱補償領域電極１３３ｃと、下部クラッド１２１の下面に形成された下部電極１３４とを有している。加えて、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、ＤＢＲ領域１２５となる非活性層１２４の側端面に、ＡＲ膜１３５が形成されている。
【０１１６】
つまり、本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、実施例１のように、レーザ領域のメサ構造１２８に隣接して、熱補償のためのメサ構造１２９が形成されたものであるが、メサ構造１２８、１２９をローメサ構造とすると共に、メサ構造１２８、１２９の周囲を横クラッド１３０で埋め込むと共に、それらの上部を上部クラッド１２７ａ、１２７ｂで埋め込んだ構成としている。そして、熱補償用のメサ構造１２９の部分に、上述した制御方法、制御装置により、電圧印加又は電流注入を行うことにより、その大部分を熱に変換し、素子内の発熱量の変化を抑制し、素子温度を常に一定に保つようにして、従来問題となっていた波長ドリフトを低減するようにしている。
【０１１７】
ここで、本実施例の波長可変半導体レーザ素子の作製方法を次に示す。
（１）まず、ｎ型ＩｎＰ基板となる下部クラッド１２１上に活性層１２２を成長し、活性層１２２のうち、活性領域１２３となる領域以外を硫酸系ウェット選択エッチングにより除去した。
（２）次に、バットジョイント再成長により非活性層１２４を成長し、非活性層１２４のうち、分布反射器となるＤＢＲ領域１２５に、ウェットエッチングにより、図２４（ａ）に示すような凹凸形状の回折格子１２６を形成した。
（３）次に、ｐ型ＩｎＰからなる上部クラッド層を０．１μｍ再成長した後、半導体ドライエッチングにより、レーザ領域導波路と熱補償用非活性導波路を高さ１．５μｍのローメサ構造に加工した。
（４）次に、ルテニウム（Ｒｕ）をドーピングすることで絶縁化を行ったＩｎＰを、導波路横に３μｍの高さで再成長した後、ｐ型ＩｎＰにより２μｍの上部クラッド層を成長して導波路を埋め込んだ。
（５）その後、ドライエッチングにより、図２４（ｂ）、（ｃ）に示すような、電流分離のための分離溝１３１を形成した。この分離溝１３１は、ＤＢＲ領域１２５と熱補償領域の間の電流リークを防止するためのものであり、ＤＢＲ領域１２５のコア層と熱補償領域のコア層の間に形成されたルテニウムドープ絶縁層（横クラッド１３０）に達するまでエッチングを施した。
（６）次に、素子表面の全面にＳｉＯ2からなる絶縁膜１３２を形成し、絶縁膜１３２のうち、レーザ領域のメサ構造１２８及び熱補償領域のメサ構造１２９の頂上付近の絶縁膜１３２のみを２０μｍ幅で除去し、図２４（ｂ）、（ｃ）に示すように、レーザ領域のメサ構造１２８及び熱補償領域のメサ構造１２９への通電を行うため、活性領域電極１３３ａ、ＤＢＲ領域電極１３３ｂ、熱補償領域電極１３３ｃを形成した。
（７）その後、実装のため、厚さ１５０μｍとなるように、基板に研磨を施し、裏面電極１３４を形成した。劈開の後、図２３及び図２４（ａ）に示すように、ＤＢＲ領域１２５側の側端面にＡＲ膜１３５を施した。
【０１１８】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子でも、基板（下部クラッド１）をｎ型半導体、活性層１２２と非活性層１２４とをクラッド層よりバンドギャップの小さいノンドープ半導体、上部クラッド１２７ａ、１２７ｂをｐ型半導体としたＰＩＮ構造とし、導波路の横を、ルテニウムをドーピングした半絶縁の横クラッド１３０で埋め込んだ形状である。又、活性領域１２３とＤＢＲ領域１２５は共に長さ４００μｍとした。
【０１１９】
又、本実施例の波長可変半導体レーザ素子を、図９に示した波長可変レーザ制御装置２１に搭載し、電流制御回路２３において、Ｉ1を活性領域電極１３３ａに、Ｉ2をＤＢＲ領域電極１３３ｂに、Ｉ8を熱補償領域電極１３３ｃに接続し、図３のフローチャートに従って、実施例１と同じ方法で波長の切り替えを行い、波長ドリフト量を観察した。その結果、波長ドリフトを１ＧＨｚ以内に抑制し、熱による波長ドリフトの無い、良好な特性を実現した。なお、本実施例でも、2-section ＤＢＲレーザ構造を採用したが、図１３に示すような多電極型のＤＢＲレーザによっても実現が可能であることは言うまでも無い。
【実施例７】
【０１２０】
図２５、図２６（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の実施形態の他の一例を示すものであり、図２５に、その上面図を、図２６（ａ）に図２５のＸ７１線の一部の断面図を、図２６（ｂ）に図２５のＸ７２線断面図を示す。
【０１２１】
本実施例の波長可変半導体レーザ素子は、図２５に示すように、図中左から順に、発振波長の異なる６個のＤＢＲレーザからなる６チャネルＤＢＲレーザアレイ１６１と、それらの出力光をひとつに合波する光合波器１６２と、最終段で出力光の強度を調整するＳＯＡ領域１６３から構成されている。
【０１２２】
まず、６チャネルＤＢＲレーザアレイ１６１に集積されたＤＢＲレーザの基本構造を説明する。
【０１２３】
ＤＢＲレーザは、図２６（ａ）に示すように、図中右から順に、フロントＤＢＲ領域１４５、活性領域１４３、リアＤＢＲ領域１４６から構成され、これらが直列に接続されたものである。活性領域１４３は、下部クラッド１４１となる基板上に直線状に形成された活性層１４２と、活性層１４２の上部に凸状に形成された上部クラッド１４８とを有している。フロントＤＢＲ領域１４５及びリアＤＢＲ領域１４６は、下部クラッド１４１上に形成された非活性層１４４と、活性層１４２と同一直線となる部分の非活性層１４４の上面に形成された回折格子１４７と、回折格子１４７上に凸状に形成された上部クラッド１４８とを有している。フロントＤＢＲ領域１４５、リアＤＢＲ領域１４６において、回折格子１４７は全く同じものを形成している。そして、このような構成により、ＤＢＲレーザの光導波路がメサ構造により構成されることになる。
【０１２４】
又、ＤＢＲレーザは、上部クラッド１４８の上面を除き、活性層１４２、非活性層１４４及び上部クラッド１４８の表面に形成された絶縁膜１４９を有しており、電極として、フロントＤＢＲ領域１４５及びリアＤＢＲ領域１４６となる部分の上部クラッド１４８の上面に形成されたＤＢＲ領域電極１５０ａと、活性領域１４３となる部分の上部クラッド１４８の上面に形成された活性領域電極１５０ｂと、下部クラッド１４１の下面に形成された下部電極１５１とを有している。なお、フロントＤＢＲ領域１４５、リアＤＢＲ領域１４６においては、図２５に示すように、素子表面に形成した同じ電極（ＤＢＲ領域電極１５０ａ）によって電気的に接続されているため、ＤＢＲ領域電極１５０ａに電流を注入すると、両領域に同じ電流密度で電流が流れる構造となっている。
【０１２５】
さらに、ＤＢＲレーザには、リアＤＢＲ領域１４６となる非活性層１４４の側端面に、ＡＲ膜１５２が形成されている。
【０１２６】
レーザを駆動する際には、活性領域１４３へ電流を注入することによりレーザ光が発振し、フロントＤＢＲ領域１４５、リアＤＢＲ領域１４６へ電流を注入することにより発振波長をシフト可能である。集積された６個のＤＢＲレーザの波長可変幅は６ｎｍであり、発振波長が互いに６ｎｍずつ異なる。従って、６個のＤＢＲレーザのうち所望の波長帯の１つを選択し、選択した１つのＤＢＲレーザの活性領域１４３に電流を注入して駆動することと、選択された１つのＤＢＲレーザのフロントＤＢＲ領域１４５、リアＤＢＲ領域１４６へ注入する電流を変化させることで、合計で３６ｎｍ（６個×６ｎｍ＝３６ｎｍ）の範囲で所望の波長を出力させることが可能である。
【０１２７】
集積された６個のＤＢＲレーザは、図２６（ｂ）に示すように、隣接して並列に配置されており、ＤＢＲレーザ同士の間隔は各々２０μｍとなるように作製した。作製方法は、実施例１の方法と同じであるが、回折格子１４７の凹凸周期がＤＢＲレーザ毎に異なっている。又、熱補償にのみ用いる専用の熱補償領域を持っておらず、その時駆動していないＤＢＲレーザのフロントＤＢＲ領域１４５、リアＤＢＲ領域１４６を熱補償領域として代用するようにしている。
【０１２８】
ここで、実際の駆動例を説明する。
本実施例の波長可変半導体レーザ素子を、図９に示した波長可変レーザ制御装置２１に搭載し、電流制御回路２３において、Ｉ1をＳＯＡ領域電極１５３に、Ｉ2をＬＤ４波長可変領域電極１５０ａ4に、Ｉ3をＬＤ４活性領域電極１５０ｂ4、Ｉ4をＬＤ５波長可変領域電極１５０ａ5、Ｉ5をＬＤ５活性領域電極１５０ｂ5、Ｉ6をＬＤ６波長可変領域電極１５０ａ6、Ｉ7をＬＤ６活性領域電極１５０ｂ6、Ｉ14をＬＤ３波長可変領域電極１５０ａ3、Ｉ13をＬＤ３活性領域電極１５０ｂ3、Ｉ12をＬＤ２波長可変領域電極１５０ａ2、Ｉ11をＬＤ２活性領域電極１５０ｂ2、Ｉ10をＬＤ１波長可変領域電極１５０ａ1、Ｉ9をＬＤ１活性領域電極１５０ｂ1に、それぞれ接続した。又、各ＤＢＲレーザＬＤ１〜ＬＤ６は、ＬＤ１：１５３０〜１５３６ｎｍ、ＬＤ２：１５３６〜１５４２ｎｍ、ＬＤ３：１５４２〜１５４８ｎｍ、ＬＤ４：１５４８〜１５５４ｎｍ、ＬＤ５：１５５４〜１５６０ｎｍ、ＬＤ６：１５６０〜１５６６ｎｍであり、計３６ｎｍの中の所望の波長を出力することが出来る。
【０１２９】
ＬＤ１〜ＬＤ６の各ＤＢＲ領域（フロントＤＢＲ領域１４５及びリアＤＢＲ領域１４６）のＩ−Ｖ測定より、（式１２）〜（式１７）のＩ−Ｐ特性フィッティングカーブを求めた。
【０１３０】
ＰDBR1＝0.0048ＩDBR12＋0.845ＩDBR1−0.383 ・・・ （式１２）
ＰDBR2＝0.0049ＩDBR22＋0.838ＩDBR2−0.357 ・・・ （式１３）
ＰDBR3＝0.005ＩDBR32＋0.83ＩDBR3−0.3556 ・・・ （式１４）
ＰDBR4＝0.0049ＩDBR42＋0.843ＩDBR4−0.365 ・・・ （式１５）
ＰDBR5＝0.0048ＩDBR52＋0.839ＩDBR5−0.376 ・・・ （式１６）
ＰDBR6＝0.0047ＩDBR62＋0.842ＩDBR6−0.368 ・・・ （式１７）
ＰTOTAL＝ＰDBR1＋ＰDBR2＋ＰDBR3＋ＰDBR4＋ＰDBR5＋ＰDBR6＝70 ・・・ （式１８）
【０１３１】
ＬＤ１〜ＬＤ６のＤＢＲ領域への投入電力の総和ＰTOTALは、（式１８）に示すように、一例として、７０ｍＷとした。本実施例では、１５４６ｎｍのレーザ光を出力させる際には、ＬＤ３の活性領域１４３に電流を注入して発光させ、ＬＤ３のＤＢＲ領域に、ＩDBR3＝５．６ｍＡの電流を注入しており、又、１５５６ｎｍのレーザ光を出力させる際には、ＬＤ５の活性領域１４３に電流を注入して発光させ、ＬＤ５のＤＢＲ領域に、ＩDBR5＝２２．３ｍＡを注入した。発光しているＬＤ以外では、活性領域１４３に電流を注入せず、それらのＤＢＲ領域にのみ電流を注入することにより、熱補償を行っている。
【０１３２】
例えば、１５４６ｎｍのレーザ光を出力させる際に、ＬＤ３のＤＢＲ領域をＩDBR3＝５．６ｍＡで駆動する場合の条件を求める。（式１４）にＩDBR3＝５．６ｍＡを代入することで、ＰDBR3＝４．４５ｍＷが求まる。光の発振を行わないＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６のＤＢＲ領域への投入電力は、投入が必要な残りの電力を割り振って、それぞれに等しくなるように設定した。この場合、各ＬＤのＤＢＲ領域への投入電力は１３．１１ｍＷであり、この値を（式１２）、（式１３）、（式１５）、（式１６）、（式１７）に代入し、二次方程式の解のうち正の値をとると、ＩDBR1＝１４．７ｍＡ、ＩDBR2＝１４．８ｍＡ、ＩDBR4＝１４．７ｍＡ、ＩDBR5＝１４．８ｍＡ、ＩDBR6＝１４．８ｍＡが求まる。
【０１３３】
又、１５５６ｎｍのレーザ光を出力させる際に、ＬＤ５のＤＢＲ領域をＩDBR5＝２２．３ｍＡで駆動する場合の条件を求めると、上述した場合と同様にして、残りのＬＤのＤＢＲ領域に注入する電流は、ＩDBR1＝１１．３ｍＡ、ＩDBR2＝１１．４ｍＡ、ＩDBR3＝１１．４ｍＡ、ＩDBR4＝１１．４ｍＡ、ＩDBR6＝１１．４ｍＡと求まる。
【０１３４】
以上の駆動条件を用いて、発振波長１５４６ｎｍ（ＬＤ３：ＩDBR3＝５．６ｍＡ）から発振波長１５５６ｎｍ（ＬＤ５：ＩDBR5＝２２．３ｍＡ）に波長を切り替えると共に、６チャネルＤＢＲレーザアレイ１６１の領域のＤＢＲ領域に投入する電力の総和を常に一定（例えば、７０ｍＷ）とした。その結果、熱補償用として、発光するＬＤ以外のＤＢＲ領域にも電流注入（又は電圧印加）を行うことにより、その大部分を熱に変換して、素子内の発熱量の変化を抑制し、素子温度を常に一定に保つようにして、波長ドリフトを低減することができ、この場合も、波長切り替え時の波長ドリフト量が１ＧＨｚ以内の良好な結果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明は、ＤＢＲレーザをはじめとするプラズマ効果型の波長可変半導体レーザ素子に適用して好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の一例を示す上面図である。
【図２】（ａ）は、図１に示した波長可変半導体レーザ素子のＸ１１線断面図であり、（ｂ）は、Ｘ１２線断面図であり、（ｃ）は、Ｘ１３線断面図である。
【図３】本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子のＤＢＲ領域のＩ−Ｖ特性を示すグラフであり、（ｂ）は、その熱補償領域のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図５】（ａ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子のＤＢＲ領域のＩ−Ｐ特性を示すグラフであり、（ｂ）は、その熱補償領域のＩ−Ｐ特性を示すグラフである。
【図６】本発明に係る波長可変半導体レーザ素子において、波長可変電流から熱補償電流を求めるためのグラフである。
【図７】本発明に係る波長可変半導体レーザ素子における波長切り替え動作を示すグラフである。
【図８】（ａ）は、図７に示したグラフの１９２．７４７ＴＨｚ付近の拡大図であり、（ｂ）は、図７に示したグラフの１９３．１４６ＴＨｚ付近の拡大図である。
【図９】（ａ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の制御装置の一例を示す概略図であり、（ｂ）は、そのブロック図である。
【図１０】図１に示した波長可変半導体レーザ素子の変形例を示す上面図である。
【図１１】図１に示した波長可変半導体レーザ素子の他の変形例を示す上面図である。
【図１２】（ａ）は、図１１に示した波長可変半導体レーザ素子の熱補償領域のＩ−Ｖ特性を示すグラフであり、（ｂ）は、そのＩ−Ｐ特性を示すグラフである。
【図１３】本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の他の一例を示す上面図である。
【図１４】（ａ）は、図１３に示した波長可変半導体レーザ素子のＸ２１線断面図であり、（ｂ）は、Ｘ２２、Ｘ２４線断面図であり、（ｃ）は、Ｘ２３、Ｘ２５、Ｘ２６線断面図である。
【図１５】（ａ）は、本発明に係る波長可変半導体レーザ素子において、波長スイープの動作結果を示すグラフであり、（ｂ）は、チャネル毎に設定周波数からのずれ量を示すグラフである。
【図１６】従来の波長可変半導体レーザ素子を示す上面図である。
【図１７】（ａ）は、図１７に示した従来の波長可変半導体レーザ素子のＸ３１線断面図であり、（ｂ）は、Ｘ３２、Ｘ３４線断面図であり、（ｃ）は、Ｘ３３、Ｘ３５、Ｘ３６線断面図である。
【図１８】（ａ）は、図１７に示した従来の波長可変半導体レーザ素子において、波長スイープの動作結果を示すグラフであり、（ｂ）は、チャネル毎に設定周波数からのずれ量を示すグラフである。
【図１９】本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の更なる他の一例を示す上面図である。
【図２０】（ａ）は、図１９に示した波長可変半導体レーザ素子のＸ４１線断面図であり、（ｂ）は、Ｘ４２線断面図である。
【図２１】本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の更なる他の一例を示す上面図である。
【図２２】（ａ）は、図２１に示した従来の波長可変半導体レーザ素子のＸ５１線断面図であり、（ｂ）は、Ｘ５２線断面図であり、（ｃ）は、Ｘ５３線断面図である。
【図２３】本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の更なる他の一例を示す上面図である。
【図２４】（ａ）は、図２３に示した従来の波長可変半導体レーザ素子のＸ６１線断面図であり、（ｂ）は、Ｘ６２線断面図であり、（ｃ）は、Ｘ６３線断面図である。
【図２５】本発明に係る波長可変半導体レーザ素子の更なる他の一例を示す上面図である。
【図２６】（ａ）は、図２５に示した波長可変半導体レーザ素子のＸ７１線断面図であり、（ｂ）は、Ｘ７２線断面図である。
【図２７】従来の波長可変半導体レーザ素子を示す上面図である。
【図２８】（ａ）は、図２７に示した従来の波長可変半導体レーザ素子のＸ８１線断面図であり、（ｂ）は、Ｘ８２線断面図であり、（ｃ）は、Ｘ８３線断面図である。
【図２９】図２７に示した従来の波長可変半導体レーザ素子における波長切り替え動作を示すグラフである。
【図３０】（ａ）は、図２９に示したグラフの１９２．７５ＴＨｚ付近の拡大図であり、（ｂ）は、図２９に示したグラフの１９３．１５ＴＨｚ付近の拡大図である。
【符号の説明】
【０１３７】
１ 下部クラッド（基板）
２ 活性層
３ 活性領域
４ 非活性層
５ ＤＢＲ領域
６ 回折格子
７ａ 上部クラッド
７ｂ 上部クラッド
８ メサ構造
９ メサ構造
１０ 絶縁膜
１１ａ 活性領域電極
１１ｂ ＤＢＲ領域電極
１１ｃ 熱補償領域電極
１２ 下面電極
１３ 反射防止膜（ＡＲ膜）
２１ 波長可変レーザ制御装置
２２ 波長可変半導体レーザ素子
２３ 電流制御回路
２４ メモリ
２５ ＣＰＵ
２６ 波長可変レーザ制御装置制御ボード
２７ ＰＣ
３１ 入力部
３２ 計測部
３３ 記憶部
３４ 処理部
３５ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域とを有する波長可変半導体レーザ素子において、
前記波長可変領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域を、前記波長可変領域に隣接して設けたことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項２】
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする複数の波長可変領域とを有する波長可変半導体レーザ素子において、
前記複数の波長可変領域の各々に対応して、前記波長可変領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域を、前記複数の波長可変領域の各々に隣接して設けたことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項３】
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする第１の波長可変領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする第２の波長可変領域と、レーザ光の位相を調整する位相調整領域とを有する波長可変半導体レーザ素子において、
前記第１の波長可変領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する第１の熱補償領域を、前記第１の波長可変領域に隣接して設け、
前記第２の波長可変領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する第２の熱補償領域を、前記第２の波長可変領域に隣接して設け、
前記位相調整領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する第３の熱補償領域を、前記位相調整領域に隣接して設けたことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記熱補償領域を電気抵抗により構成すると共に、前記電気抵抗への電流注入又電圧印加により、投入された電力の大部分を熱に変換することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記熱補償領域を、非活性導波路により構成すると共に、前記非活性導波路への電流注入又電圧印加により、投入された電力の大部分を熱に変換することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項６】
請求項５に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記熱補償領域を構成する非活性導波路をメサ構造としたことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項７】
請求項６に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記メサ構造の両側面に、ルテニウムをドーピングして絶縁化した半導体絶縁層を形成したことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項８】
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域とを有するレーザ領域を複数備えると共に、前記複数のレーザ領域と光接続されて、光合波を行う光合波器を備えた波長可変半導体レーザ素子において、
前記複数のレーザ領域を互いに隣接して並列に配置し、
前記複数のレーザ領域の前記波長可変領域に投入する電力の総和が常に一定になるようにしたことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記活性領域及び前記波長可変領域を構成する導波路を他のメサ構造としたことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記他のメサ構造の両側面に、ルテニウムをドーピングして絶縁化した半導体絶縁層を形成したことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記波長可変領域の一部又は全てを、分布反射型回折格子が形成された非活性導波路により構成するか、若しくは、位相調整領域となる非活性導波路により構成したことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項１２】
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、前記波長可変領域に隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを有する波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
前記波長可変半導体レーザ素子からレーザ光を発振させる際、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を制御することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御方法。
【請求項１３】
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、前記波長可変領域に隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを有する波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
前記波長可変半導体レーザ素子からレーザ光を発振させる際、
前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電圧特性を計測し、
前記電流−電圧特性から前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電力特性を求め、
前記電流−電圧特性、前記電流−電力特性に基づいて、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定して制御を行うことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定する際、
前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となる条件下で、前記波長可変領域の電流−電力特性と前記熱補償領域の電流−電力特性とを連立させた方程式に基づいて、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御方法。
【請求項１５】
請求項１２乃至請求項１４のいずれかに記載の波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
予め、前記波長可変領域及び前記熱補償領域における自然放出光の電流依存性又は電圧依存性を求めておき、
前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和から、前記波長可変領域で自然放出光により失われる電力と前記熱補償領域で自然放出光により失われる電力とを減算し、
減算後の電力が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を制御することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御方法。
【請求項１６】
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、前記波長可変領域に隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを有する波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記波長可変半導体レーザ素子からレーザ光を発振させる際、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を制御する制御部を有することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御装置。
【請求項１７】
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、前記波長可変領域に隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを有する波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記活性領域、前記波長可変領域及び前記熱補償領域に電流又は電圧を入力する入力部と、
前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電圧特性を計測する計測部と、
計測された前記電流−電圧特性を記憶する記憶部と、
記憶された前記電流−電圧特性から、前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電力特性を計算すると共に、前記電流−電圧特性及び前記電流−電力特性に基づいて、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定する処理部と、
決定された前記電流又は前記電圧を、前記波長可変領域及び前記熱補償領域へ入力するように制御する制御部とを有することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記処理部は、波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定する際、
前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となる条件下で、前記波長可変領域の電流−電力特性と前記熱補償領域の電流−電力特性とを連立させた方程式に基づいて、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御装置。
【請求項１９】
請求項１７又は請求項１８に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記記憶部は、予め、前記波長可変領域及び前記熱補償領域における自然放出光の電流依存性又は電圧依存性を記憶しておき、
前記処理部は、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和から、前記波長可変領域で自然放出光により失われる電力と前記熱補償領域で自然放出光により失われる電力とを減算し、減算後の電力が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御装置。
【請求項１】
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域とを有する波長可変半導体レーザ素子において、
前記波長可変領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域を、前記波長可変領域に隣接して設けたことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項２】
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする複数の波長可変領域とを有する波長可変半導体レーザ素子において、
前記複数の波長可変領域の各々に対応して、前記波長可変領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域を、前記複数の波長可変領域の各々に隣接して設けたことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項３】
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする第１の波長可変領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする第２の波長可変領域と、レーザ光の位相を調整する位相調整領域とを有する波長可変半導体レーザ素子において、
前記第１の波長可変領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する第１の熱補償領域を、前記第１の波長可変領域に隣接して設け、
前記第２の波長可変領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する第２の熱補償領域を、前記第２の波長可変領域に隣接して設け、
前記位相調整領域に投入される電力との和が常に一定となる電力が投入されると共に投入された電力の大部分を熱に変換する第３の熱補償領域を、前記位相調整領域に隣接して設けたことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記熱補償領域を電気抵抗により構成すると共に、前記電気抵抗への電流注入又電圧印加により、投入された電力の大部分を熱に変換することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記熱補償領域を、非活性導波路により構成すると共に、前記非活性導波路への電流注入又電圧印加により、投入された電力の大部分を熱に変換することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項６】
請求項５に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記熱補償領域を構成する非活性導波路をメサ構造としたことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項７】
請求項６に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記メサ構造の両側面に、ルテニウムをドーピングして絶縁化した半導体絶縁層を形成したことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項８】
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域とを有するレーザ領域を複数備えると共に、前記複数のレーザ領域と光接続されて、光合波を行う光合波器を備えた波長可変半導体レーザ素子において、
前記複数のレーザ領域を互いに隣接して並列に配置し、
前記複数のレーザ領域の前記波長可変領域に投入する電力の総和が常に一定になるようにしたことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記活性領域及び前記波長可変領域を構成する導波路を他のメサ構造としたことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記他のメサ構造の両側面に、ルテニウムをドーピングして絶縁化した半導体絶縁層を形成したことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の波長可変半導体レーザ素子において、
前記波長可変領域の一部又は全てを、分布反射型回折格子が形成された非活性導波路により構成するか、若しくは、位相調整領域となる非活性導波路により構成したことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子。
【請求項１２】
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、前記波長可変領域に隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを有する波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
前記波長可変半導体レーザ素子からレーザ光を発振させる際、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を制御することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御方法。
【請求項１３】
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、前記波長可変領域に隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを有する波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
前記波長可変半導体レーザ素子からレーザ光を発振させる際、
前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電圧特性を計測し、
前記電流−電圧特性から前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電力特性を求め、
前記電流−電圧特性、前記電流−電力特性に基づいて、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定して制御を行うことを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定する際、
前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となる条件下で、前記波長可変領域の電流−電力特性と前記熱補償領域の電流−電力特性とを連立させた方程式に基づいて、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御方法。
【請求項１５】
請求項１２乃至請求項１４のいずれかに記載の波長可変半導体レーザ素子の制御方法において、
予め、前記波長可変領域及び前記熱補償領域における自然放出光の電流依存性又は電圧依存性を求めておき、
前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和から、前記波長可変領域で自然放出光により失われる電力と前記熱補償領域で自然放出光により失われる電力とを減算し、
減算後の電力が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を制御することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御方法。
【請求項１６】
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、前記波長可変領域に隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを有する波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記波長可変半導体レーザ素子からレーザ光を発振させる際、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を制御する制御部を有することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御装置。
【請求項１７】
レーザ光を発振する活性領域と、発振したレーザ光の波長をシフトする波長可変領域と、前記波長可変領域に隣接して、投入された電力の大部分を熱に変換する熱補償領域とを有する波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記活性領域、前記波長可変領域及び前記熱補償領域に電流又は電圧を入力する入力部と、
前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電圧特性を計測する計測部と、
計測された前記電流−電圧特性を記憶する記憶部と、
記憶された前記電流−電圧特性から、前記波長可変領域及び前記熱補償領域の電流−電力特性を計算すると共に、前記電流−電圧特性及び前記電流−電力特性に基づいて、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定する処理部と、
決定された前記電流又は前記電圧を、前記波長可変領域及び前記熱補償領域へ入力するように制御する制御部とを有することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記処理部は、波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定する際、
前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和が常に一定となる条件下で、前記波長可変領域の電流−電力特性と前記熱補償領域の電流−電力特性とを連立させた方程式に基づいて、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御装置。
【請求項１９】
請求項１７又は請求項１８に記載の波長可変半導体レーザ素子の制御装置において、
前記記憶部は、予め、前記波長可変領域及び前記熱補償領域における自然放出光の電流依存性又は電圧依存性を記憶しておき、
前記処理部は、前記波長可変領域に投入される電力と前記熱補償領域に投入される電力との和から、前記波長可変領域で自然放出光により失われる電力と前記熱補償領域で自然放出光により失われる電力とを減算し、減算後の電力が常に一定となるように、前記波長可変領域及び前記熱補償領域への電流又は電圧を決定することを特徴とする波長可変半導体レーザ素子の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２００８−２１８９４７（Ｐ２００８−２１８９４７Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５８０９０（Ｐ２００７−５８０９０）
【出願日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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