面発光レーザ装置
【課題】消費電力が低い面発光レーザ装置を提供すること。
【解決手段】外部からの指令に従って演算を行い、該演算結果に従って電圧信号を出力する演算処理装置と、前記演算処理装置に直接的に接続し、活性層を有し、前記演算処理装置に対する供給電圧と共通の電圧をバイアス電圧として前記電圧信号に重畳して生成した駆動電圧信号が前記活性層に供給される面発光レーザ素子と、を備える。好ましくは、前記バイアス電圧は、前記演算処理装置に供給されるコア電圧と共通の電圧である。
【解決手段】外部からの指令に従って演算を行い、該演算結果に従って電圧信号を出力する演算処理装置と、前記演算処理装置に直接的に接続し、活性層を有し、前記演算処理装置に対する供給電圧と共通の電圧をバイアス電圧として前記電圧信号に重畳して生成した駆動電圧信号が前記活性層に供給される面発光レーザ素子と、を備える。好ましくは、前記バイアス電圧は、前記演算処理装置に供給されるコア電圧と共通の電圧である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、たとえば光インターコネクションにおいて使用される従来の面発光レーザ装置の構成を示すブロック図である。図６に示すように、この面発光レーザ装置４００は、演算処理装置４０１と、面発光レーザ素子４０２と、演算処理装置４０１と面発光レーザ素子４０２との間に設けられたレーザ駆動装置４０３と、を備えている。
【０００３】
演算処理装置４０１は、外部からの指令に従って演算を行い、その演算結果に従って差動電圧信号Ｖｓ４０１を出力する。また、演算処理装置４０１には、外部から供給電圧Ｖ４０１、Ｖ４０２が供給されている。供給電圧Ｖ４０１はたとえばＩ／Ｏ電圧の３．３Ｖ、供給電圧Ｖ４０２はたとえばコア電圧の１．５Ｖである。また、レーザ駆動装置４０３は、演算処理装置４０１が出力した差動電圧Ｖs４０１を増幅し、かつ供給されたバイアス電圧Ｖｂ４０１と重畳させて、駆動電圧信号Ｖｄ４０１として出力する。面発光レーザ素子４０２は、レーザ駆動装置４０３が出力した駆動電圧信号Ｖｄ４０１を供給されて、所望の波長のレーザ信号光を出力する。ここで、面発光レーザ素子４０２が出力するレーザ光は、その活性層の半導体材料のエネルギーバンドギャップに相当する波長を有している。また、面発光レーザ素子４０２に供給するためのバイアス電圧Ｖｂ４０１も、活性層の半導体材料のエネルギーバンドギャップに対応させたものとなる。たとえば、面発光レーザ素子のレーザ光の波長が８５０ｎｍ帯の場合は、通常３．３Ｖ程度のバイアス電圧Ｖｂ４０１が供給される。
【０００４】
ここで、光インターコネクションの用途に限らず、面発光レーザ素子は、一層低消費電力であることが要求されている。このような低消費電力化を実現する方法として、活性層のエネルギーバンドギャップが一層低く、バイアス電圧を一層低くすることができる波長１０００ｎｍ以上の面発光レーザ素子を用いる方法が検討されている（たとえば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】N.Suzuki et al., ”25-Gbps operation of 1.1-μm-range InGaAs VCSELs for high-speed optical interconnections”, OFA4, OFC2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の面発光レーザ装置は、面発光レーザ素子を低消費電力化しても、十分に低消費電力化できないという問題があった。すなわち、たとえば、図６に示す面発光レーザ装置４００において、面発光レーザ素子４０２に供給すべきバイアス電圧をたとえば１．５Ｖに低減しても、レーザ駆動装置４０３には通常３．３Ｖ程度であるバイアス電圧Ｖｂ４０１を供給しているため、レーザ駆動装置４０３においてバイアス電圧Ｖｂ４０１を降圧して面発光レーザ素子４０２に供給しなければならない。その結果、レーザ駆動装置４０３において過剰に電力が消費されていた。さらに、通常、レーザ駆動装置４０３は、演算処理装置４０１が出力した差動電圧Ｖs４０１の変調振幅をたとえば±１００ｍＶから±２００ｍＶに増幅するために電力を消費している。その結果、たとえば面発光レーザ素子４０２の消費電力が１００ｍＷ程度に低減されたとしても、レーザ駆動装置４０３の消費電力が５００ｍＷ〜１Ｗと大きいため、面発光レーザ装置４００全体としては十分に低消費電力化できなかった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、消費電力が低い面発光レーザ装置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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る面発光レーザ装置は、外部からの指令に従って演算を行い、該演算結果に従って電圧信号を出力する演算処理装置と、前記演算処理装置に直接的に接続し、活性層を有し、前記演算処理装置に対する供給電圧と共通の電圧をバイアス電圧として前記電圧信号に重畳して生成した駆動電圧信号が前記活性層に供給される面発光レーザ素子と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る面発光レーザ装置は、外部からの指令に従って演算を行い、該演算結果に従って電圧信号を出力する演算処理装置と、前記演算処理装置に接続し、活性層を有し、前記演算処理装置に対する供給電圧と共通の電圧をバイアス電圧として前記電圧信号に重畳して生成した駆動電圧信号を前記活性層に供給される面発光レーザ素子と、を備え、前記駆動電圧信号は、最大電圧が前記供給電圧の５０％〜９０％であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る面発光レーザ装置は、上記の発明において、前記演算処理装置と前記面発光レーザ素子との間に設けられたレーザ駆動装置を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る面発光レーザ装置は、上記の発明において、前記バイアス電圧は、前記演算処理装置に供給されるコア電圧と共通の電圧であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る面発光レーザ装置は、上記の発明において、前記バイアス電圧は、前記面発光レーザ素子の活性層のエネルギーバンドギャップに対応させて、前記供給電圧から選択されたものであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る面発光レーザ装置は、上記の発明において、前記電圧信号のピーク間電圧は２００ｍＶ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、消費電力が低い面発光レーザ装置を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施の形態１に係る面発光レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示す面発光レーザ素子の模式的な断面図である。
【図３】図３は、図２に示す構造の面発光レーザ素子のＩ−Ｖ特性およびＩ−Ｌ特性を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態２に係る面発光レーザ装置の模式的な斜視図である。
【図５】図５は、実施の形態３に係る面発光レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、従来の面発光レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、図面を参照して本発明に係る面発光レーザ装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る面発光レーザ装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、この面発光レーザ装置１００は、演算処理装置１０１と、面発光レーザ素子１０２と、キャパシタ１０３ａ、１０３ｂと、インダクタ１０４とを備えている。
【００１８】
演算処理装置１０１は、コア部１０１ａ、１０１ｂと、ＲＯＭ部１０１ｃと、ＲＡＭ部１０１ｄと、Ｉ／Ｏ部１０１ｅとを備えている。コア部１０１ａ、１０１ｂは、ＲＯＭ部１０１ｃからプログラムを読み出し、Ｉ／Ｏ部１０１ｅから入力された外部からの指令に従って演算を行い、その演算結果に従って、Ｉ／Ｏ部１０１ｅからたとえば±１００ｍＶの振幅で変調された差動電圧信号Ｖｓ１０１を出力する。また、コア部１０１ａ、１０１ｂは、Ｉ／Ｏ部１０１ｅから入力された外部からの指令に従ってその他の演算も行ない、その演算結果をＲＡＭ部１０１ｄに書き出し、またＩ／Ｏ部１０１ｅから外部に出力する。また、演算処理装置１０１には、外部から供給電圧Ｖ１０１、Ｖ１０２が供給されている。供給電圧Ｖ１０２はインダクタ１０４を介して供給されている。供給電圧Ｖ１０１はたとえば３．３Ｖ、供給電圧Ｖ１０２はたとえば１．５Ｖである。供給電圧Ｖ１０１はＩ／Ｏ部１０１ｅに供給されるＩ／Ｏ電圧である。また、電圧Ｖ１０２はコア部１０１ａ、１０１ｂに供給されるコア電圧である。
【００１９】
面発光レーザ素子１０２は、キャパシタ１０３ａ、１０３ｂを介して、演算処理装置１０１と直接的に接続している。そして、演算処理装置１０１が出力した差動電圧信号Ｖs１０１は、キャパシタ１０３ａ、１０３ｂを通過後に合成され、さらに演算処理装置１０１への供給電圧Ｖ１０２と共通の電圧をバイアス電圧Ｖｂ１０１として重畳される。これによって駆動電圧信号Ｖｄ１０１が生成され、生成された駆動電圧信号Ｖｄ１０１は面発光レーザ素子１０２に供給される。なお、キャパシタ１０３ａ、１０３ｂは、バイアス電圧Ｖｂ１０１の演算処理装置１０１への入力を防止し、インダクタ１０４は差動電圧信号Ｖｓ１０１の供給電圧Ｖ１０２の供給源への入力を防止している。
【００２０】
そして、面発光レーザ素子１０２は、演算処理装置１０１に直接的に接続し、演算処理装置１０１が出力した差動電圧信号Ｖs１０１と、演算処理装置１０１への供給電圧Ｖ１０２と共通のバイアス電圧Ｖｂ１０１とを重畳した駆動電圧信号Ｖｄ１０１によって駆動し、所望の波長のレーザ信号光を出力する。このように、この面発光レーザ装置１００は、レーザ駆動装置を用いず、すなわち演算処理装置１０１が出力した差動電圧信号Ｖｓ１０１を増幅せず、かつ供給電圧Ｖ１０２と共通のバイアス電圧Ｖｂ１０１を降圧せずに、駆動電圧信号Ｖｄ１０１を生成するようにしているので、レーザ駆動装置を用いた従来の面発光レーザ装置よりも大幅に消費電力が低いものとなる。
【００２１】
なお、ここで、「面発光レーザ素子１０２が演算処理装置１０１に直接的に接続している」とは、演算処理装置１０１から出力された差動電圧信号Ｖｓ１０１が、レーザ駆動装置のような増幅、再生、降圧等を行なう装置を介さずに、直接的に面発光レーザ素子１０２に供給されるような接続が実現されている状態を意味し、差動電圧信号Ｖｓ１０１の特性を実質的に変化させないキャパシタ１０３ａ、１０３ｂ等の素子が介挿されている場合を含むものである。
【００２２】
つぎに、面発光レーザ素子１０２の具体的構成の一例について説明する。図２は、図１に示す面発光レーザ素子１０２の模式的な断面図である。
【００２３】
図２に示すように、この面発光レーザ素子１０２は、基板１と、基板１上に形成された下部多層膜反射鏡である下部ＤＢＲミラー２と、バッファ層３と、ｎ型コンタクト層４と、多重量子井戸構造を有する活性層５と、下部傾斜組成層６と、外周に位置する電流狭窄部７ａと電流狭窄部７ａの中心に位置する円形の電流注入部７ｂとを有する電流狭窄層７と、上部傾斜組成層８と、ｐ型スペーサ層９と、ｐ＋型電流経路層１０と、ｐ型スペーサ層１１と、ｐ＋型コンタクト層１２とが順次積層した構造を有する。そして、活性層５からｐ＋型コンタクト層１２までが円柱状のメサポストＭ１を構成している。
【００２４】
基板１は、たとえばアンドープのＧａＡｓからなる。また、下部ＤＢＲミラー２は、たとえばＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層の３４ペアからなる。また、バッファ層３は、たとえばアンドープのＧａＡｓからなる。また、ｎ型コンタクト層４は、たとえばｎ型ＧａＡｓからなる。また、活性層５は、たとえば１１００ｎｍ帯のレーザ光用として、層数が３のＩｎＧａＡｓ層と層数が４のＧａＡｓ障壁層が交互に積層した構造を有しており、最下層のＧａＡｓ障壁層はｎ型クラッド層としても機能する。また、電流狭窄層７については、たとえば電流狭窄部７ａはＡｌ２Ｏ３からなり、電流注入部７ｂは、直径が６〜７μｍであり、ＡｌＡｓからなる。下部傾斜組成層６および上部傾斜組成層８は、たとえばＡｌＧａＡｓからなり、厚さ方向において電流狭窄層７に近づくにつれてそのＡｌ組成が段階的に増加するように構成されている。また、ｐ型スペーサ層９、１１とｐ＋型電流経路層１０、ｐ＋型コンタクト層１２とは、たとえばそれぞれ炭素をドープしたｐ型、ｐ＋型のＧａＡｓからなる。なお、各ｐ型またはｎ型層のアクセプタまたはドナー濃度はたとえば１×１０１８ｃｍ−３程度であり、ｐ＋型層のアクセプタ濃度はたとえば１×１０１９ｃｍ−３以上である。なお、ＧａＡｓからなる各半導体層の屈折率は約３．４５である。
【００２５】
また、ｐ＋型コンタクト層１２上に、Ｐｔ／Ｔｉからなり、中心に開口部１３ａを有するとともに、メサポストＭ１の外周と一致する外周を有するｐ側円環電極１３が形成されている。ｐ側円環電極１３の外径は、たとえば３０μｍであり、開口部１３ａの内径は、たとえば１１〜１４μｍである。
【００２６】
また、ｐ側円環電極１３の開口部１３ａ内には、たとえば誘電体である窒化珪素（ＳｉＮｘ）からなる円板状の位相調整層１４が形成されている。この位相調整層１４は、光共振器を構成する下部ＤＢＲミラー２と上部ＤＢＲミラー１５との間に形成される光の定在波の節や腹の位置を適正に調整する機能を有する。
【００２７】
さらに、位相調整層１４上からメサポストＭ１の外周にわたって誘電体からなる上部多層膜反射鏡である上部ＤＢＲミラー１５が形成されている。上部ＤＢＲミラー１５は、たとえばＳｉＮｘ／ＳｉＯ２の１０〜１２ペアからなるが、たとえばα−Ｓｉ／ＳｉＯ２またはα−Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３のペアを、その材料の屈折率に応じて９９％程度の適切な反射率がえられるようなペア数にしたものでもよい。また、ｎ型コンタクト層４は、メサポストＭ１の下部から上部ＤＢＲミラー１５の外周側に延設しており、その表面にたとえばＡｕＧｅＮｉ／Ａｕからなる半円環状のｎ側電極１６が形成されている。ｎ側電極１６は、たとえば外径が８０μｍ、内径が４０μｍである。また、上部ＤＢＲミラー１５が形成されていない領域には、表面保護のためにＳｉＮｘなどの誘電体からなるパッシベーション膜１７が形成されている。
【００２８】
また、ｎ側電極１６に対して、パッシベーション膜１７に形成された開口部を介して接触するように、Ａｕからなる引き出し電極１８が形成されている。一方、ｐ側円環電極１３に対しても、パッシベーション膜１７に形成された開口部を介して接触するように、Ａｕからなる引き出し電極１８が形成されている。面発光レーザ素子１０２は、これらの引き出し電極１８において、演算処理装置１０１と直接的に接続している。
【００２９】
そして、面発光レーザ素子１０２は、引き出し電極１８からｎ側電極１６とｐ側円環電極１３とを介して駆動電圧信号Ｖｄ１０１を印加し、電流を注入すると、電流は主に低抵抗のｐ＋型コンタクト層１２とｐ＋型電流経路層１０とを流れ、さらに電流経路が電流狭窄層７によって電流注入部７ｂ内に狭窄されて、高い電流密度で活性層５に供給される。その結果、活性層５はキャリア注入されて自然放出光を発光する。自然放出光のうち、レーザ発振波長である１１００ｎｍ帯の光は、下部ＤＢＲミラー２と上部ＤＢＲミラー１５との間で定在波を形成し、活性層５によって増幅される。そして、注入電流がしきい値以上になると、定在波を形成する光がレーザ発振し、ｐ側円環電極１３の開口部１３ａから１１００ｎｍ帯のレーザ信号光が出力する。
【００３０】
なお、上述したように、面発光レーザ素子に供給するためのバイアス電圧は、活性層のエネルギーバンドギャップすなわちレーザ発振波長に対応させたものとする。必要なバイアス電圧は、この面発光レーザ素子１０２の場合、レーザ発振波長を１１００ｎｍ（１．１μｍ）とすると、１．２４／１．１すなわち約１．１３Ｖであるから、バイアス電圧Ｖｂ１０１が１．５Ｖの場合にもこれを降圧させることなく直接的に使用することができる。なお、実際に印加すべきバイアス電圧は、レーザ発振波長に対応させた値に、さらに面発光レーザ素子の構造に起因する電圧降下を付加した値とする。
【００３１】
なお、この面発光レーザ素子１０２は、上部ＤＢＲミラー１５を誘電体で構成し、ｐ側円環電極１３から上部ＤＢＲミラーを通さないで活性層５に電流を注入している。その結果、従来のｐ型半導体からなる上部ＤＢＲミラーを通して電流を注入するものと比較して、電気抵抗および熱抵抗が小さくなるので、駆動電圧信号Ｖｄ１０１のバイアス電圧およびピーク間電圧が低くても、十分な消光比のレーザ光信号を出力することができる。
【００３２】
図３は、図２に示す構造の面発光レーザ素子のバイアス電流−バイアス電圧（Ｉ−Ｖ）特性およびバイアス電流−レーザ光出力（Ｉ−Ｌ）特性を示す図である。なお、面発光レーザ素子の動作温度は２５℃または９０℃としている。図３において、線Ｌ１、Ｌ２がそれぞれ２５℃、９０℃におけるＩ−Ｖ曲線を示し、線Ｌ３、Ｌ４がそれぞれ２５℃、９０℃におけるＩ−Ｌ曲線を示している。図３に示すように、９０℃においてレーザ出力が立ち上がる閾値近傍のバイアス電流において、立ち上がり部分のバイアス電圧は約１．２Ｖであり、バイアス電流をたとえば４ｍＡとしても、１．５Ｖと低いバイアス電圧が得られている。
【００３３】
なお、図３にも示されるように、面発光レーザ素子１０２の閾値バイアス電流や光出力等の特性は温度特性を有するため、たとえば閾値バイアス電流は使用温度（たとえば０℃〜９０℃）において変化する。したがって、たとえば面発光レーザ素子１０２の温度変化に対応して電流振幅を調整する機能を持たせるようにすることが消費電力的に良い。
【００３４】
また、たとえば、面発光レーザ素子１０２の閾値バイアス電流が、使用温度範囲の上限値においてもっとも低くなるように面発光レーザ素子１０２を設計してもよい。そうすると、面発光レーザ素子１０２の光出力は低温になるほど高くなるため、たとえば使用温度範囲の下限値において閾値バイアス電流が増加したとしても、バイアス電流を増加させることによって、上限値の温度の場合と同一の光出力を実現することができる。その結果、使用温度範囲における安定した光出力を、温度制御装置を使用せず一層の低消費電力で実現することができる。なお、上記のような面発光レーザ素子１０２の設計は、たとえば位相調整層１４の厚さを適宜設定したり、活性層５の発光波長のピークと光共振器の反射中心波長とに差分を設けるという公知のデチューニング技術を適用したりする等の方法によって実現することができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態１に係る面発光レーザ装置１００は、従来の面発光レーザ装置よりも大幅に消費電力が低いものとなる。
【００３６】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係る面発光レーザ装置の模式的な斜視図である。この面発光レーザ装置２００は、基板Ｓ上に搭載された、演算処理装置２０１と、面発光レーザ素子２０２と、キャパシタ２０３ａ、２０３ｂとを備えている。
【００３７】
演算処理装置２０１は、図１に示す演算処理装置１０１と同様の構成を有する。また、キャパシタ２０３ａ、２０３ｂは、たとえばチップコンデンサである。また、面発光レーザ素子２０２は、図２に示す構造の面発光レーザ素子１０１が複数個だけ１次元的または２次元的に配列されたアレイ型の素子である。なお、基板Ｓには、演算処理装置２０１と面発光レーザ素子２０２とをキャパシタ２０３ａ、２０３ｂを介して直接的に接続するようにマイクロストリップラインが形成されている。演算処理装置２０１が出力した差動電圧信号は、このマイクロストリップラインによって、キャパシタ２０３ａ、２０３ｂを通過後に合成され、面発光レーザ素子２０２に供給される。
【００３８】
また、演算処理装置２０１と面発光レーザ素子２０２とには、基板Ｓに形成された電源供給ラインＬによって、共通の直流電圧が供給される。この共通の直流電圧は、演算処理装置２０１にはコア電圧として供給され、面発光レーザ素子２０２にはバイアス電圧として供給される。なお、このバイアス電圧は、演算処理装置２０１が出力した差動電圧信号と重畳されて、駆動電圧信号として面発光レーザ素子２０２に供給される。
【００３９】
この面発光レーザ装置２００も、演算処理装置２０１が出力した差動電圧信号を増幅せず、かつ供給電圧と共通のバイアス電圧を降圧せずに、駆動電圧信号を生成するようにしているので、大幅に消費電力が低いものとなる。
【００４０】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３に係る面発光レーザ装置について説明する。図５は、実施の形態３に係る面発光レーザ装置の構成を示すブロック図である。図５に示すように、この面発光レーザ装置３００は、図１に示す面発光レーザ装置１００と同様の演算処理装置１０１と、面発光レーザ素子１０２とを備え、さらに演算処理装置１０１と面発光レーザ素子１０２との間に設けられたレーザ駆動装置３０３と、を備えている。
【００４１】
このレーザ駆動装置３０３は、演算処理装置１０１への供給電圧Ｖ１０２（たとえば１．５Ｖ）と共通の電圧を供給されている。このレーザ駆動装置３０３は、この供給された電圧をバイアス電圧として、演算処理装置１０１が出力した差動電圧信号Ｖs１０１と重畳させて、駆動電圧信号Ｖｄ１０１として面発光レーザ素子１０２に出力する。
【００４２】
この面発光レーザ装置３００は、レーザ駆動装置３０３を備えているものの、レーザ駆動装置３０３によって差動電圧信号Ｖs１０１の増幅は行なわない。また、レーザ駆動装置３０３は、駆動電圧信号Ｖｄ１０１の最大電圧が、供給電圧Ｖ１０２の５０％〜９０％になる程度にのみ降圧して、面発光レーザ素子１０２に供給する。このように、この面発光レーザ装置３００は、差動電圧信号Ｖs１０１を増幅せず、供給電圧Ｖ１０２をあまり降圧せずに駆動電圧信号Ｖｄ１０１を生成するようにしているので、従来の面発光レーザ装置よりも大幅に消費電力が低いものとなる。
【００４３】
なお、上記実施の形態において、面発光レーザ素子のバイアス電圧として、コア電圧を用いており、１．５Ｖとしているが、バイアス電圧は演算処理装置に供給される供給電圧であれば特に制限はされない。面発光レーザ素子の特性に整合させて、たとえば１．０Ｖ、１．２Ｖ、１．５Ｖ、１．８Ｖ、２．５Ｖ、３．３Ｖを適宜選択することができる。ただし、より低電圧であるたとえば１．０〜２．５Ｖのコア電圧をバイアス電圧とすることが好ましい。またさらに、バイアス電圧として使用できるコア電圧に応じて、コア電圧からできるだけ電圧降下させないように、面発光レーザ素子の活性層の材料、すなわちレーザ発振波長を選択することが好ましい。たとえば、バイアス電圧として１．２Ｖを使用する場合は、レーザ発振波長を１１００ｎｍ帯から選択し、１．０Ｖを使用する場合は、１３００ｎｍ帯から選択することが好ましい。
【００４４】
また、演算処理装置が出力する電圧信号は、差動信号に限らず、シングルエンド信号でもよい。なお、電圧信号のピーク間電圧としては、２００ｍＶ以下であれば、演算処理装置の消費電力の大幅な増加が防止されるので好ましい。
【００４５】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態３に係る面発光レーザ装置において、実施の形態２のようなアレイ型の面発光レーザ素子を適用してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１ 基板
２ 下部ＤＢＲミラー
３ バッファ層
４ ｎ型コンタクト層
５ 活性層
６ 下部傾斜組成層
７ 電流狭窄層
７ａ 電流狭窄部
７ｂ 電流注入部
８ 上部傾斜組成層
９、１１ ｐ型スペーサ層
１０ ｐ＋型電流経路層
１２ ｐ＋型コンタクト層
１３ ｐ側円環電極
１３ａ 開口部
１４ 位相調整層
１５ 上部ＤＢＲミラー
１６ ｎ側電極
１７ パッシベーション膜
１８ 引き出し電極
１００〜３００ 面発光レーザ装置
１０１、２０１ 演算処理装置
１０２、２０２ 面発光レーザ素子
１０３ａ、１０３ｂ、２０３ａ、２０３ｂ キャパシタ
１０４ インダクタ
１０１ａ、１０１ｂ コア部
１０１ｃ ＲＯＭ部
１０１ｄ ＲＡＭ部
１０１ｅ Ｉ／Ｏ部
３０３ レーザ駆動装置
Ｌ 電源供給ライン
Ｌ１〜Ｌ４ 線
Ｍ１ メサポスト
Ｓ 基板
Ｖｓ１０１ 差動電圧信号
Ｖ１０１、Ｖ１０２ 供給電圧
Ｖｂ１０１ バイアス電圧
Ｖｄ１０１ 駆動電圧信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、たとえば光インターコネクションにおいて使用される従来の面発光レーザ装置の構成を示すブロック図である。図６に示すように、この面発光レーザ装置４００は、演算処理装置４０１と、面発光レーザ素子４０２と、演算処理装置４０１と面発光レーザ素子４０２との間に設けられたレーザ駆動装置４０３と、を備えている。
【０００３】
演算処理装置４０１は、外部からの指令に従って演算を行い、その演算結果に従って差動電圧信号Ｖｓ４０１を出力する。また、演算処理装置４０１には、外部から供給電圧Ｖ４０１、Ｖ４０２が供給されている。供給電圧Ｖ４０１はたとえばＩ／Ｏ電圧の３．３Ｖ、供給電圧Ｖ４０２はたとえばコア電圧の１．５Ｖである。また、レーザ駆動装置４０３は、演算処理装置４０１が出力した差動電圧Ｖs４０１を増幅し、かつ供給されたバイアス電圧Ｖｂ４０１と重畳させて、駆動電圧信号Ｖｄ４０１として出力する。面発光レーザ素子４０２は、レーザ駆動装置４０３が出力した駆動電圧信号Ｖｄ４０１を供給されて、所望の波長のレーザ信号光を出力する。ここで、面発光レーザ素子４０２が出力するレーザ光は、その活性層の半導体材料のエネルギーバンドギャップに相当する波長を有している。また、面発光レーザ素子４０２に供給するためのバイアス電圧Ｖｂ４０１も、活性層の半導体材料のエネルギーバンドギャップに対応させたものとなる。たとえば、面発光レーザ素子のレーザ光の波長が８５０ｎｍ帯の場合は、通常３．３Ｖ程度のバイアス電圧Ｖｂ４０１が供給される。
【０００４】
ここで、光インターコネクションの用途に限らず、面発光レーザ素子は、一層低消費電力であることが要求されている。このような低消費電力化を実現する方法として、活性層のエネルギーバンドギャップが一層低く、バイアス電圧を一層低くすることができる波長１０００ｎｍ以上の面発光レーザ素子を用いる方法が検討されている（たとえば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】N.Suzuki et al., ”25-Gbps operation of 1.1-μm-range InGaAs VCSELs for high-speed optical interconnections”, OFA4, OFC2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の面発光レーザ装置は、面発光レーザ素子を低消費電力化しても、十分に低消費電力化できないという問題があった。すなわち、たとえば、図６に示す面発光レーザ装置４００において、面発光レーザ素子４０２に供給すべきバイアス電圧をたとえば１．５Ｖに低減しても、レーザ駆動装置４０３には通常３．３Ｖ程度であるバイアス電圧Ｖｂ４０１を供給しているため、レーザ駆動装置４０３においてバイアス電圧Ｖｂ４０１を降圧して面発光レーザ素子４０２に供給しなければならない。その結果、レーザ駆動装置４０３において過剰に電力が消費されていた。さらに、通常、レーザ駆動装置４０３は、演算処理装置４０１が出力した差動電圧Ｖs４０１の変調振幅をたとえば±１００ｍＶから±２００ｍＶに増幅するために電力を消費している。その結果、たとえば面発光レーザ素子４０２の消費電力が１００ｍＷ程度に低減されたとしても、レーザ駆動装置４０３の消費電力が５００ｍＷ〜１Ｗと大きいため、面発光レーザ装置４００全体としては十分に低消費電力化できなかった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、消費電力が低い面発光レーザ装置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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る面発光レーザ装置は、外部からの指令に従って演算を行い、該演算結果に従って電圧信号を出力する演算処理装置と、前記演算処理装置に直接的に接続し、活性層を有し、前記演算処理装置に対する供給電圧と共通の電圧をバイアス電圧として前記電圧信号に重畳して生成した駆動電圧信号が前記活性層に供給される面発光レーザ素子と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る面発光レーザ装置は、外部からの指令に従って演算を行い、該演算結果に従って電圧信号を出力する演算処理装置と、前記演算処理装置に接続し、活性層を有し、前記演算処理装置に対する供給電圧と共通の電圧をバイアス電圧として前記電圧信号に重畳して生成した駆動電圧信号を前記活性層に供給される面発光レーザ素子と、を備え、前記駆動電圧信号は、最大電圧が前記供給電圧の５０％〜９０％であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る面発光レーザ装置は、上記の発明において、前記演算処理装置と前記面発光レーザ素子との間に設けられたレーザ駆動装置を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る面発光レーザ装置は、上記の発明において、前記バイアス電圧は、前記演算処理装置に供給されるコア電圧と共通の電圧であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る面発光レーザ装置は、上記の発明において、前記バイアス電圧は、前記面発光レーザ素子の活性層のエネルギーバンドギャップに対応させて、前記供給電圧から選択されたものであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る面発光レーザ装置は、上記の発明において、前記電圧信号のピーク間電圧は２００ｍＶ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、消費電力が低い面発光レーザ装置を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施の形態１に係る面発光レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示す面発光レーザ素子の模式的な断面図である。
【図３】図３は、図２に示す構造の面発光レーザ素子のＩ−Ｖ特性およびＩ−Ｌ特性を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態２に係る面発光レーザ装置の模式的な斜視図である。
【図５】図５は、実施の形態３に係る面発光レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、従来の面発光レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、図面を参照して本発明に係る面発光レーザ装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る面発光レーザ装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、この面発光レーザ装置１００は、演算処理装置１０１と、面発光レーザ素子１０２と、キャパシタ１０３ａ、１０３ｂと、インダクタ１０４とを備えている。
【００１８】
演算処理装置１０１は、コア部１０１ａ、１０１ｂと、ＲＯＭ部１０１ｃと、ＲＡＭ部１０１ｄと、Ｉ／Ｏ部１０１ｅとを備えている。コア部１０１ａ、１０１ｂは、ＲＯＭ部１０１ｃからプログラムを読み出し、Ｉ／Ｏ部１０１ｅから入力された外部からの指令に従って演算を行い、その演算結果に従って、Ｉ／Ｏ部１０１ｅからたとえば±１００ｍＶの振幅で変調された差動電圧信号Ｖｓ１０１を出力する。また、コア部１０１ａ、１０１ｂは、Ｉ／Ｏ部１０１ｅから入力された外部からの指令に従ってその他の演算も行ない、その演算結果をＲＡＭ部１０１ｄに書き出し、またＩ／Ｏ部１０１ｅから外部に出力する。また、演算処理装置１０１には、外部から供給電圧Ｖ１０１、Ｖ１０２が供給されている。供給電圧Ｖ１０２はインダクタ１０４を介して供給されている。供給電圧Ｖ１０１はたとえば３．３Ｖ、供給電圧Ｖ１０２はたとえば１．５Ｖである。供給電圧Ｖ１０１はＩ／Ｏ部１０１ｅに供給されるＩ／Ｏ電圧である。また、電圧Ｖ１０２はコア部１０１ａ、１０１ｂに供給されるコア電圧である。
【００１９】
面発光レーザ素子１０２は、キャパシタ１０３ａ、１０３ｂを介して、演算処理装置１０１と直接的に接続している。そして、演算処理装置１０１が出力した差動電圧信号Ｖs１０１は、キャパシタ１０３ａ、１０３ｂを通過後に合成され、さらに演算処理装置１０１への供給電圧Ｖ１０２と共通の電圧をバイアス電圧Ｖｂ１０１として重畳される。これによって駆動電圧信号Ｖｄ１０１が生成され、生成された駆動電圧信号Ｖｄ１０１は面発光レーザ素子１０２に供給される。なお、キャパシタ１０３ａ、１０３ｂは、バイアス電圧Ｖｂ１０１の演算処理装置１０１への入力を防止し、インダクタ１０４は差動電圧信号Ｖｓ１０１の供給電圧Ｖ１０２の供給源への入力を防止している。
【００２０】
そして、面発光レーザ素子１０２は、演算処理装置１０１に直接的に接続し、演算処理装置１０１が出力した差動電圧信号Ｖs１０１と、演算処理装置１０１への供給電圧Ｖ１０２と共通のバイアス電圧Ｖｂ１０１とを重畳した駆動電圧信号Ｖｄ１０１によって駆動し、所望の波長のレーザ信号光を出力する。このように、この面発光レーザ装置１００は、レーザ駆動装置を用いず、すなわち演算処理装置１０１が出力した差動電圧信号Ｖｓ１０１を増幅せず、かつ供給電圧Ｖ１０２と共通のバイアス電圧Ｖｂ１０１を降圧せずに、駆動電圧信号Ｖｄ１０１を生成するようにしているので、レーザ駆動装置を用いた従来の面発光レーザ装置よりも大幅に消費電力が低いものとなる。
【００２１】
なお、ここで、「面発光レーザ素子１０２が演算処理装置１０１に直接的に接続している」とは、演算処理装置１０１から出力された差動電圧信号Ｖｓ１０１が、レーザ駆動装置のような増幅、再生、降圧等を行なう装置を介さずに、直接的に面発光レーザ素子１０２に供給されるような接続が実現されている状態を意味し、差動電圧信号Ｖｓ１０１の特性を実質的に変化させないキャパシタ１０３ａ、１０３ｂ等の素子が介挿されている場合を含むものである。
【００２２】
つぎに、面発光レーザ素子１０２の具体的構成の一例について説明する。図２は、図１に示す面発光レーザ素子１０２の模式的な断面図である。
【００２３】
図２に示すように、この面発光レーザ素子１０２は、基板１と、基板１上に形成された下部多層膜反射鏡である下部ＤＢＲミラー２と、バッファ層３と、ｎ型コンタクト層４と、多重量子井戸構造を有する活性層５と、下部傾斜組成層６と、外周に位置する電流狭窄部７ａと電流狭窄部７ａの中心に位置する円形の電流注入部７ｂとを有する電流狭窄層７と、上部傾斜組成層８と、ｐ型スペーサ層９と、ｐ＋型電流経路層１０と、ｐ型スペーサ層１１と、ｐ＋型コンタクト層１２とが順次積層した構造を有する。そして、活性層５からｐ＋型コンタクト層１２までが円柱状のメサポストＭ１を構成している。
【００２４】
基板１は、たとえばアンドープのＧａＡｓからなる。また、下部ＤＢＲミラー２は、たとえばＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層の３４ペアからなる。また、バッファ層３は、たとえばアンドープのＧａＡｓからなる。また、ｎ型コンタクト層４は、たとえばｎ型ＧａＡｓからなる。また、活性層５は、たとえば１１００ｎｍ帯のレーザ光用として、層数が３のＩｎＧａＡｓ層と層数が４のＧａＡｓ障壁層が交互に積層した構造を有しており、最下層のＧａＡｓ障壁層はｎ型クラッド層としても機能する。また、電流狭窄層７については、たとえば電流狭窄部７ａはＡｌ２Ｏ３からなり、電流注入部７ｂは、直径が６〜７μｍであり、ＡｌＡｓからなる。下部傾斜組成層６および上部傾斜組成層８は、たとえばＡｌＧａＡｓからなり、厚さ方向において電流狭窄層７に近づくにつれてそのＡｌ組成が段階的に増加するように構成されている。また、ｐ型スペーサ層９、１１とｐ＋型電流経路層１０、ｐ＋型コンタクト層１２とは、たとえばそれぞれ炭素をドープしたｐ型、ｐ＋型のＧａＡｓからなる。なお、各ｐ型またはｎ型層のアクセプタまたはドナー濃度はたとえば１×１０１８ｃｍ−３程度であり、ｐ＋型層のアクセプタ濃度はたとえば１×１０１９ｃｍ−３以上である。なお、ＧａＡｓからなる各半導体層の屈折率は約３．４５である。
【００２５】
また、ｐ＋型コンタクト層１２上に、Ｐｔ／Ｔｉからなり、中心に開口部１３ａを有するとともに、メサポストＭ１の外周と一致する外周を有するｐ側円環電極１３が形成されている。ｐ側円環電極１３の外径は、たとえば３０μｍであり、開口部１３ａの内径は、たとえば１１〜１４μｍである。
【００２６】
また、ｐ側円環電極１３の開口部１３ａ内には、たとえば誘電体である窒化珪素（ＳｉＮｘ）からなる円板状の位相調整層１４が形成されている。この位相調整層１４は、光共振器を構成する下部ＤＢＲミラー２と上部ＤＢＲミラー１５との間に形成される光の定在波の節や腹の位置を適正に調整する機能を有する。
【００２７】
さらに、位相調整層１４上からメサポストＭ１の外周にわたって誘電体からなる上部多層膜反射鏡である上部ＤＢＲミラー１５が形成されている。上部ＤＢＲミラー１５は、たとえばＳｉＮｘ／ＳｉＯ２の１０〜１２ペアからなるが、たとえばα−Ｓｉ／ＳｉＯ２またはα−Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３のペアを、その材料の屈折率に応じて９９％程度の適切な反射率がえられるようなペア数にしたものでもよい。また、ｎ型コンタクト層４は、メサポストＭ１の下部から上部ＤＢＲミラー１５の外周側に延設しており、その表面にたとえばＡｕＧｅＮｉ／Ａｕからなる半円環状のｎ側電極１６が形成されている。ｎ側電極１６は、たとえば外径が８０μｍ、内径が４０μｍである。また、上部ＤＢＲミラー１５が形成されていない領域には、表面保護のためにＳｉＮｘなどの誘電体からなるパッシベーション膜１７が形成されている。
【００２８】
また、ｎ側電極１６に対して、パッシベーション膜１７に形成された開口部を介して接触するように、Ａｕからなる引き出し電極１８が形成されている。一方、ｐ側円環電極１３に対しても、パッシベーション膜１７に形成された開口部を介して接触するように、Ａｕからなる引き出し電極１８が形成されている。面発光レーザ素子１０２は、これらの引き出し電極１８において、演算処理装置１０１と直接的に接続している。
【００２９】
そして、面発光レーザ素子１０２は、引き出し電極１８からｎ側電極１６とｐ側円環電極１３とを介して駆動電圧信号Ｖｄ１０１を印加し、電流を注入すると、電流は主に低抵抗のｐ＋型コンタクト層１２とｐ＋型電流経路層１０とを流れ、さらに電流経路が電流狭窄層７によって電流注入部７ｂ内に狭窄されて、高い電流密度で活性層５に供給される。その結果、活性層５はキャリア注入されて自然放出光を発光する。自然放出光のうち、レーザ発振波長である１１００ｎｍ帯の光は、下部ＤＢＲミラー２と上部ＤＢＲミラー１５との間で定在波を形成し、活性層５によって増幅される。そして、注入電流がしきい値以上になると、定在波を形成する光がレーザ発振し、ｐ側円環電極１３の開口部１３ａから１１００ｎｍ帯のレーザ信号光が出力する。
【００３０】
なお、上述したように、面発光レーザ素子に供給するためのバイアス電圧は、活性層のエネルギーバンドギャップすなわちレーザ発振波長に対応させたものとする。必要なバイアス電圧は、この面発光レーザ素子１０２の場合、レーザ発振波長を１１００ｎｍ（１．１μｍ）とすると、１．２４／１．１すなわち約１．１３Ｖであるから、バイアス電圧Ｖｂ１０１が１．５Ｖの場合にもこれを降圧させることなく直接的に使用することができる。なお、実際に印加すべきバイアス電圧は、レーザ発振波長に対応させた値に、さらに面発光レーザ素子の構造に起因する電圧降下を付加した値とする。
【００３１】
なお、この面発光レーザ素子１０２は、上部ＤＢＲミラー１５を誘電体で構成し、ｐ側円環電極１３から上部ＤＢＲミラーを通さないで活性層５に電流を注入している。その結果、従来のｐ型半導体からなる上部ＤＢＲミラーを通して電流を注入するものと比較して、電気抵抗および熱抵抗が小さくなるので、駆動電圧信号Ｖｄ１０１のバイアス電圧およびピーク間電圧が低くても、十分な消光比のレーザ光信号を出力することができる。
【００３２】
図３は、図２に示す構造の面発光レーザ素子のバイアス電流−バイアス電圧（Ｉ−Ｖ）特性およびバイアス電流−レーザ光出力（Ｉ−Ｌ）特性を示す図である。なお、面発光レーザ素子の動作温度は２５℃または９０℃としている。図３において、線Ｌ１、Ｌ２がそれぞれ２５℃、９０℃におけるＩ−Ｖ曲線を示し、線Ｌ３、Ｌ４がそれぞれ２５℃、９０℃におけるＩ−Ｌ曲線を示している。図３に示すように、９０℃においてレーザ出力が立ち上がる閾値近傍のバイアス電流において、立ち上がり部分のバイアス電圧は約１．２Ｖであり、バイアス電流をたとえば４ｍＡとしても、１．５Ｖと低いバイアス電圧が得られている。
【００３３】
なお、図３にも示されるように、面発光レーザ素子１０２の閾値バイアス電流や光出力等の特性は温度特性を有するため、たとえば閾値バイアス電流は使用温度（たとえば０℃〜９０℃）において変化する。したがって、たとえば面発光レーザ素子１０２の温度変化に対応して電流振幅を調整する機能を持たせるようにすることが消費電力的に良い。
【００３４】
また、たとえば、面発光レーザ素子１０２の閾値バイアス電流が、使用温度範囲の上限値においてもっとも低くなるように面発光レーザ素子１０２を設計してもよい。そうすると、面発光レーザ素子１０２の光出力は低温になるほど高くなるため、たとえば使用温度範囲の下限値において閾値バイアス電流が増加したとしても、バイアス電流を増加させることによって、上限値の温度の場合と同一の光出力を実現することができる。その結果、使用温度範囲における安定した光出力を、温度制御装置を使用せず一層の低消費電力で実現することができる。なお、上記のような面発光レーザ素子１０２の設計は、たとえば位相調整層１４の厚さを適宜設定したり、活性層５の発光波長のピークと光共振器の反射中心波長とに差分を設けるという公知のデチューニング技術を適用したりする等の方法によって実現することができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態１に係る面発光レーザ装置１００は、従来の面発光レーザ装置よりも大幅に消費電力が低いものとなる。
【００３６】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係る面発光レーザ装置の模式的な斜視図である。この面発光レーザ装置２００は、基板Ｓ上に搭載された、演算処理装置２０１と、面発光レーザ素子２０２と、キャパシタ２０３ａ、２０３ｂとを備えている。
【００３７】
演算処理装置２０１は、図１に示す演算処理装置１０１と同様の構成を有する。また、キャパシタ２０３ａ、２０３ｂは、たとえばチップコンデンサである。また、面発光レーザ素子２０２は、図２に示す構造の面発光レーザ素子１０１が複数個だけ１次元的または２次元的に配列されたアレイ型の素子である。なお、基板Ｓには、演算処理装置２０１と面発光レーザ素子２０２とをキャパシタ２０３ａ、２０３ｂを介して直接的に接続するようにマイクロストリップラインが形成されている。演算処理装置２０１が出力した差動電圧信号は、このマイクロストリップラインによって、キャパシタ２０３ａ、２０３ｂを通過後に合成され、面発光レーザ素子２０２に供給される。
【００３８】
また、演算処理装置２０１と面発光レーザ素子２０２とには、基板Ｓに形成された電源供給ラインＬによって、共通の直流電圧が供給される。この共通の直流電圧は、演算処理装置２０１にはコア電圧として供給され、面発光レーザ素子２０２にはバイアス電圧として供給される。なお、このバイアス電圧は、演算処理装置２０１が出力した差動電圧信号と重畳されて、駆動電圧信号として面発光レーザ素子２０２に供給される。
【００３９】
この面発光レーザ装置２００も、演算処理装置２０１が出力した差動電圧信号を増幅せず、かつ供給電圧と共通のバイアス電圧を降圧せずに、駆動電圧信号を生成するようにしているので、大幅に消費電力が低いものとなる。
【００４０】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３に係る面発光レーザ装置について説明する。図５は、実施の形態３に係る面発光レーザ装置の構成を示すブロック図である。図５に示すように、この面発光レーザ装置３００は、図１に示す面発光レーザ装置１００と同様の演算処理装置１０１と、面発光レーザ素子１０２とを備え、さらに演算処理装置１０１と面発光レーザ素子１０２との間に設けられたレーザ駆動装置３０３と、を備えている。
【００４１】
このレーザ駆動装置３０３は、演算処理装置１０１への供給電圧Ｖ１０２（たとえば１．５Ｖ）と共通の電圧を供給されている。このレーザ駆動装置３０３は、この供給された電圧をバイアス電圧として、演算処理装置１０１が出力した差動電圧信号Ｖs１０１と重畳させて、駆動電圧信号Ｖｄ１０１として面発光レーザ素子１０２に出力する。
【００４２】
この面発光レーザ装置３００は、レーザ駆動装置３０３を備えているものの、レーザ駆動装置３０３によって差動電圧信号Ｖs１０１の増幅は行なわない。また、レーザ駆動装置３０３は、駆動電圧信号Ｖｄ１０１の最大電圧が、供給電圧Ｖ１０２の５０％〜９０％になる程度にのみ降圧して、面発光レーザ素子１０２に供給する。このように、この面発光レーザ装置３００は、差動電圧信号Ｖs１０１を増幅せず、供給電圧Ｖ１０２をあまり降圧せずに駆動電圧信号Ｖｄ１０１を生成するようにしているので、従来の面発光レーザ装置よりも大幅に消費電力が低いものとなる。
【００４３】
なお、上記実施の形態において、面発光レーザ素子のバイアス電圧として、コア電圧を用いており、１．５Ｖとしているが、バイアス電圧は演算処理装置に供給される供給電圧であれば特に制限はされない。面発光レーザ素子の特性に整合させて、たとえば１．０Ｖ、１．２Ｖ、１．５Ｖ、１．８Ｖ、２．５Ｖ、３．３Ｖを適宜選択することができる。ただし、より低電圧であるたとえば１．０〜２．５Ｖのコア電圧をバイアス電圧とすることが好ましい。またさらに、バイアス電圧として使用できるコア電圧に応じて、コア電圧からできるだけ電圧降下させないように、面発光レーザ素子の活性層の材料、すなわちレーザ発振波長を選択することが好ましい。たとえば、バイアス電圧として１．２Ｖを使用する場合は、レーザ発振波長を１１００ｎｍ帯から選択し、１．０Ｖを使用する場合は、１３００ｎｍ帯から選択することが好ましい。
【００４４】
また、演算処理装置が出力する電圧信号は、差動信号に限らず、シングルエンド信号でもよい。なお、電圧信号のピーク間電圧としては、２００ｍＶ以下であれば、演算処理装置の消費電力の大幅な増加が防止されるので好ましい。
【００４５】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態３に係る面発光レーザ装置において、実施の形態２のようなアレイ型の面発光レーザ素子を適用してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１ 基板
２ 下部ＤＢＲミラー
３ バッファ層
４ ｎ型コンタクト層
５ 活性層
６ 下部傾斜組成層
７ 電流狭窄層
７ａ 電流狭窄部
７ｂ 電流注入部
８ 上部傾斜組成層
９、１１ ｐ型スペーサ層
１０ ｐ＋型電流経路層
１２ ｐ＋型コンタクト層
１３ ｐ側円環電極
１３ａ 開口部
１４ 位相調整層
１５ 上部ＤＢＲミラー
１６ ｎ側電極
１７ パッシベーション膜
１８ 引き出し電極
１００〜３００ 面発光レーザ装置
１０１、２０１ 演算処理装置
１０２、２０２ 面発光レーザ素子
１０３ａ、１０３ｂ、２０３ａ、２０３ｂ キャパシタ
１０４ インダクタ
１０１ａ、１０１ｂ コア部
１０１ｃ ＲＯＭ部
１０１ｄ ＲＡＭ部
１０１ｅ Ｉ／Ｏ部
３０３ レーザ駆動装置
Ｌ 電源供給ライン
Ｌ１〜Ｌ４ 線
Ｍ１ メサポスト
Ｓ 基板
Ｖｓ１０１ 差動電圧信号
Ｖ１０１、Ｖ１０２ 供給電圧
Ｖｂ１０１ バイアス電圧
Ｖｄ１０１ 駆動電圧信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの指令に従って演算を行い、該演算結果に従って電圧信号を出力する演算処理装置と、
前記演算処理装置に直接的に接続し、活性層を有し、前記演算処理装置に対する供給電圧と共通の電圧をバイアス電圧として前記電圧信号に重畳して生成した駆動電圧信号が前記活性層に供給される面発光レーザ素子と、
を備えることを特徴とする面発光レーザ装置。
【請求項２】
外部からの指令に従って演算を行い、該演算結果に従って電圧信号を出力する演算処理装置と、
前記演算処理装置に接続し、活性層を有し、前記演算処理装置に対する供給電圧と共通の電圧をバイアス電圧として前記電圧信号に重畳して生成した駆動電圧信号を前記活性層に供給される面発光レーザ素子と、
を備え、前記駆動電圧信号は、最大電圧が前記供給電圧の５０％〜９０％であることを特徴とする面発光レーザ装置。
【請求項３】
前記演算処理装置と前記面発光レーザ素子との間に設けられたレーザ駆動装置を備えることを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザ装置。
【請求項４】
前記バイアス電圧は、前記演算処理装置に供給されるコア電圧と共通の電圧であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の面発光レーザ装置。
【請求項５】
前記バイアス電圧は、前記面発光レーザ素子の活性層のエネルギーバンドギャップに対応させて、前記供給電圧から選択されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の面発光レーザ装置。
【請求項６】
前記電圧信号のピーク間電圧は２００ｍＶ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の面発光レーザ装置。
【請求項１】
外部からの指令に従って演算を行い、該演算結果に従って電圧信号を出力する演算処理装置と、
前記演算処理装置に直接的に接続し、活性層を有し、前記演算処理装置に対する供給電圧と共通の電圧をバイアス電圧として前記電圧信号に重畳して生成した駆動電圧信号が前記活性層に供給される面発光レーザ素子と、
を備えることを特徴とする面発光レーザ装置。
【請求項２】
外部からの指令に従って演算を行い、該演算結果に従って電圧信号を出力する演算処理装置と、
前記演算処理装置に接続し、活性層を有し、前記演算処理装置に対する供給電圧と共通の電圧をバイアス電圧として前記電圧信号に重畳して生成した駆動電圧信号を前記活性層に供給される面発光レーザ素子と、
を備え、前記駆動電圧信号は、最大電圧が前記供給電圧の５０％〜９０％であることを特徴とする面発光レーザ装置。
【請求項３】
前記演算処理装置と前記面発光レーザ素子との間に設けられたレーザ駆動装置を備えることを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザ装置。
【請求項４】
前記バイアス電圧は、前記演算処理装置に供給されるコア電圧と共通の電圧であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の面発光レーザ装置。
【請求項５】
前記バイアス電圧は、前記面発光レーザ素子の活性層のエネルギーバンドギャップに対応させて、前記供給電圧から選択されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の面発光レーザ装置。
【請求項６】
前記電圧信号のピーク間電圧は２００ｍＶ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の面発光レーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２２８５３３（Ｐ２０１１−２２８５３３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９８０４２（Ｐ２０１０−９８０４２）
【出願日】平成２２年４月２１日（２０１０．４．２１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２１日（２０１０．４．２１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]