JPH07118562B2 - 多チャネル・アナログ光ファイバ通信システムでの使用に適した半導体レーザの製造方法 - Google Patents
多チャネル・アナログ光ファイバ通信システムでの使用に適した半導体レーザの製造方法Info
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- JPH07118562B2 JPH07118562B2 JP2241348A JP24134890A JPH07118562B2 JP H07118562 B2 JPH07118562 B2 JP H07118562B2 JP 2241348 A JP2241348 A JP 2241348A JP 24134890 A JP24134890 A JP 24134890A JP H07118562 B2 JPH07118562 B2 JP H07118562B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多チャネル・アナログ光通信システムに関
し、特に、このようなシステムにレーザを利用できるよ
うにする方法に関する。
し、特に、このようなシステムにレーザを利用できるよ
うにする方法に関する。
半導体レーザ・ダイオードの出力のアナログ強度変調を
用いてテレビの複数のチャネルを光ファイバで送るとい
う考えが、最近かなり注目されるようになった。従来の
技術で提案されているように、これは、必然的に、今日
の有線テレビ(CATV)システムにおいて用いられている
ような多チャネル振幅変調残留側波帯(AM−VSB)信号
の光ファイバ伝送媒体での伝送を伴う。このようなシス
テムは、CATVのトランク・システム、あるいは発信局に
つながるケーブル網であれば、役立つであろう。周波数
分割多重を用いる光ファイバ伝送システムは、互換性の
問題を克服し、時分割多重(TDM)光システムと比較し
て、設計が単純で、光波成分の帯域幅が狭くて済み、さ
らにはるかに費用が易いなどの利点を有している。
用いてテレビの複数のチャネルを光ファイバで送るとい
う考えが、最近かなり注目されるようになった。従来の
技術で提案されているように、これは、必然的に、今日
の有線テレビ(CATV)システムにおいて用いられている
ような多チャネル振幅変調残留側波帯(AM−VSB)信号
の光ファイバ伝送媒体での伝送を伴う。このようなシス
テムは、CATVのトランク・システム、あるいは発信局に
つながるケーブル網であれば、役立つであろう。周波数
分割多重を用いる光ファイバ伝送システムは、互換性の
問題を克服し、時分割多重(TDM)光システムと比較し
て、設計が単純で、光波成分の帯域幅が狭くて済み、さ
らにはるかに費用が易いなどの利点を有している。
半導体レーザおよび光ファイバは帯域が広いので、アナ
ログ的な副搬送波の変調は魅力的な技術となる。多重化
しようとするテレビ・チャネルを1つ1つ表す異なる副
搬送波の周波数の信号を加え合わせて、レーザ装置の入
力に同時に印加する。この入力の情報信号は、例えば、
ω1、ω2、ω3、…のような異なる周波数で周波数変
調された副搬送波の集合である。結果としてのレーザの
注入電流は、DCバイアスレベルに変調された副搬送波信
号の集合を加えたものである。このレーザからの光出力
電力の大きさは、レーザ注入電流の強度と共に変動す
る。その結果、副搬送波周波数分割(FDM)光出力信号
が、長距離伝送のために光ファイバに印加されることに
なる。その光信号は、ファイバを通して伝送された後、
例えば、PINダイオードなどの適切な手段によって検出
され、その検出された電気信号は、個々の信号を復元す
るために、通常の手段によって処理される。例えば、
「エレクトロニクス・レターズ」第23(22)巻、p.1196
−p.1197のアール・オルシャンスキー(R.Olshansky)
他による論文を参照のこと。
ログ的な副搬送波の変調は魅力的な技術となる。多重化
しようとするテレビ・チャネルを1つ1つ表す異なる副
搬送波の周波数の信号を加え合わせて、レーザ装置の入
力に同時に印加する。この入力の情報信号は、例えば、
ω1、ω2、ω3、…のような異なる周波数で周波数変
調された副搬送波の集合である。結果としてのレーザの
注入電流は、DCバイアスレベルに変調された副搬送波信
号の集合を加えたものである。このレーザからの光出力
電力の大きさは、レーザ注入電流の強度と共に変動す
る。その結果、副搬送波周波数分割(FDM)光出力信号
が、長距離伝送のために光ファイバに印加されることに
なる。その光信号は、ファイバを通して伝送された後、
例えば、PINダイオードなどの適切な手段によって検出
され、その検出された電気信号は、個々の信号を復元す
るために、通常の手段によって処理される。例えば、
「エレクトロニクス・レターズ」第23(22)巻、p.1196
−p.1197のアール・オルシャンスキー(R.Olshansky)
他による論文を参照のこと。
多チャネル振幅変調信号伝送を行うには、送信用のレー
ザ・ダイオードの電力、非直線性、および強度ノイズに
特別な制限を課す必要がある。適切なシステム性能を得
るには、レーザ出力光の強度は、大信号変調の下でレー
ザ駆動電流の線形関数にほとんど近い必要がある。NTSC
標準のビデオ・フォーマットの広いダイナミック・レン
ジのために、レーザの非直線性には厳しい制限が必要と
なる。例えば、NTSC標準のビデオ・フォーマットでは、
その搬送波周波数における第3次相互変調歪成分全体の
強度に対する搬送波の強度の割合は、−60dBc以下でな
ければならない。同様に、ピーク2次歪、即ち、何十も
の2音歪波の和(最大の合成2次ピークに対する搬送波
の割合)は、−60dBcでなければならない。同様に、そ
の他の標準も厳しい必要条件を有することが予想され
る。多数の歪成分の点から要求される高度な信号品質を
得るために、送信用レーザの電流・光特性は、極めて直
線的である必要がある。
ザ・ダイオードの電力、非直線性、および強度ノイズに
特別な制限を課す必要がある。適切なシステム性能を得
るには、レーザ出力光の強度は、大信号変調の下でレー
ザ駆動電流の線形関数にほとんど近い必要がある。NTSC
標準のビデオ・フォーマットの広いダイナミック・レン
ジのために、レーザの非直線性には厳しい制限が必要と
なる。例えば、NTSC標準のビデオ・フォーマットでは、
その搬送波周波数における第3次相互変調歪成分全体の
強度に対する搬送波の強度の割合は、−60dBc以下でな
ければならない。同様に、ピーク2次歪、即ち、何十も
の2音歪波の和(最大の合成2次ピークに対する搬送波
の割合)は、−60dBcでなければならない。同様に、そ
の他の標準も厳しい必要条件を有することが予想され
る。多数の歪成分の点から要求される高度な信号品質を
得るために、送信用レーザの電流・光特性は、極めて直
線的である必要がある。
周波数分割多重を用いるシステムにおけるレーザ・ダイ
オードの非直線性は、相互変調による雑音の原因とな
る。レーザの非直線性により、印加された搬送波周波数
から、特に、印加された信号の周波数のすべての対のう
ち差と和の周波数であるような周波数へのエネルギーの
移動が生じる。このようなエネルギーの移動によって、
有害な相互変調歪や干渉が発生し、これらは、何れも伝
送システムの性能を限定する可能性がある。
オードの非直線性は、相互変調による雑音の原因とな
る。レーザの非直線性により、印加された搬送波周波数
から、特に、印加された信号の周波数のすべての対のう
ち差と和の周波数であるような周波数へのエネルギーの
移動が生じる。このようなエネルギーの移動によって、
有害な相互変調歪や干渉が発生し、これらは、何れも伝
送システムの性能を限定する可能性がある。
半導体レーザにおける非直線性には、いくつか原因が知
られている。非直線性の原因としては、高周波弛緩発
振、低周波発熱効果、減衰機構、光変調度、漏れ電流、
利得圧縮、および非直線的な吸収などがある。歪および
干渉の影響で、システムで受信するに従って、その信号
に対する雑音対信号比が劣化していく。
られている。非直線性の原因としては、高周波弛緩発
振、低周波発熱効果、減衰機構、光変調度、漏れ電流、
利得圧縮、および非直線的な吸収などがある。歪および
干渉の影響で、システムで受信するに従って、その信号
に対する雑音対信号比が劣化していく。
2GHzから8GHzにおいて60の周波数変調チャネルを有する
実験的な副搬送波周波数分割多重の光通信システムは、
56dB重みを付けた雑音対信号比で動作させている。加入
者線の伝送用にマイクロ波の搬送波を用いる他の装置で
は、(1)5つの周波数変調ビデオ・チャネルを150MHz
から300MHzの帯域に入れ、(2)10の周波数変調ビデオ
・チャネルを4.9GHzから5.2GHzの帯域のCバンド衛星信
号に入れている。
実験的な副搬送波周波数分割多重の光通信システムは、
56dB重みを付けた雑音対信号比で動作させている。加入
者線の伝送用にマイクロ波の搬送波を用いる他の装置で
は、(1)5つの周波数変調ビデオ・チャネルを150MHz
から300MHzの帯域に入れ、(2)10の周波数変調ビデオ
・チャネルを4.9GHzから5.2GHzの帯域のCバンド衛星信
号に入れている。
多数のビデオ・チャネルを連続波のレーザ出力に多重化
する現在最も注目すべき方法には、振幅変調した残留側
波帯信号の多重化が含まれる。既に利用可能な半導体レ
ーザにも、必要とされる低レベルに匹敵する歪を示すも
のがある。しかし、一般には、このような条件でなけれ
ば適しているはずの所与の1群のレーザのうち、歪が十
分低いレーザを識別するために広範囲にわたる雑音測定
を必要とする歪の条件を満たすものは、僅かに過ぎな
い。このような従来の技術の検査は、時間も費用もかか
る。従って、低歪になると予測されるレーザを識別する
ための単純な技法も含むレーザ製造方法を利用できるよ
うにし、このようにして識別されたレーザが、一般に多
チャネル・アナログ光ファイバ通信システムにおいて使
用できるようにできれば非常に望ましい。本出願によっ
て、そのような方法を開示する。
する現在最も注目すべき方法には、振幅変調した残留側
波帯信号の多重化が含まれる。既に利用可能な半導体レ
ーザにも、必要とされる低レベルに匹敵する歪を示すも
のがある。しかし、一般には、このような条件でなけれ
ば適しているはずの所与の1群のレーザのうち、歪が十
分低いレーザを識別するために広範囲にわたる雑音測定
を必要とする歪の条件を満たすものは、僅かに過ぎな
い。このような従来の技術の検査は、時間も費用もかか
る。従って、低歪になると予測されるレーザを識別する
ための単純な技法も含むレーザ製造方法を利用できるよ
うにし、このようにして識別されたレーザが、一般に多
チャネル・アナログ光ファイバ通信システムにおいて使
用できるようにできれば非常に望ましい。本出願によっ
て、そのような方法を開示する。
本発明は、特許請求の範囲に明記したとおりである。本
発明の注目すべき実施例の1つは、多チャネル・アナロ
グ光ファイバ通信システムにおける使用に適したレーザ
を製造する方法である。このシステムは、送信手段、受
信手段、およびそれらの送信手段と受信手段とを信号伝
達的に接続する1本の光ファイバを備えている。送信手
段は、半導体レーザを備えている。このレーザには、こ
れを通る電流(Iで示す)の関数である光出力強度(L
で示す)が関係付けられている。このレーザには、さら
に、Iに関するLの一次関数および高次導関数(それぞ
れ、L′、L″、…で示す)が関係付けられる。
発明の注目すべき実施例の1つは、多チャネル・アナロ
グ光ファイバ通信システムにおける使用に適したレーザ
を製造する方法である。このシステムは、送信手段、受
信手段、およびそれらの送信手段と受信手段とを信号伝
達的に接続する1本の光ファイバを備えている。送信手
段は、半導体レーザを備えている。このレーザには、こ
れを通る電流(Iで示す)の関数である光出力強度(L
で示す)が関係付けられている。このレーザには、さら
に、Iに関するLの一次関数および高次導関数(それぞ
れ、L′、L″、…で示す)が関係付けられる。
このシステムの動作は、所定の値の電流をレーザに流
し、その電流を、Lが外部の信号に応じて変化するよう
に、外部の信号に応じて変化させることからなる。一般
に、その電流は、L−I曲線上のダイオード動作点に対
応するDC成分と、そのDC成分に付加されるAC(一般に約
50−500MHzの周波数)成分を有する。動作点は、L′が
ほぼ最大となる電流値またはその付近に設定される。こ
のようにして決定した動作点でレーザを動作させること
は、信号の歪、特に、2次歪を比較的小さくすることに
なる可能性があり、さらに、現在考察中の多チャネルア
ナログ・ファイバCATVトランク伝送システムの良好な動
作に必要と見なされる非常に厳格な仕様を満足させるこ
とを可能とする。
し、その電流を、Lが外部の信号に応じて変化するよう
に、外部の信号に応じて変化させることからなる。一般
に、その電流は、L−I曲線上のダイオード動作点に対
応するDC成分と、そのDC成分に付加されるAC(一般に約
50−500MHzの周波数)成分を有する。動作点は、L′が
ほぼ最大となる電流値またはその付近に設定される。こ
のようにして決定した動作点でレーザを動作させること
は、信号の歪、特に、2次歪を比較的小さくすることに
なる可能性があり、さらに、現在考察中の多チャネルア
ナログ・ファイバCATVトランク伝送システムの良好な動
作に必要と見なされる非常に厳格な仕様を満足させるこ
とを可能とする。
本発明のさらに注目すべき実施例は、例えば、CATVの信
号伝送に対して現在考察しているような種類のシステム
に代表される多チャネル・アナログ伝送システムにおけ
る使用に適合した半導体レーザを製造する方法である。
この方法は、多数の半導体レーザを作ること、および、
作ったレーザを検査して多数の中から所定の基準と一致
するレーザを選択することからなる。そして、このよう
にして選択されたレーザには、その後、従来どおりに使
用するための準備なり、梱包なりが、型どおりに行われ
る。
号伝送に対して現在考察しているような種類のシステム
に代表される多チャネル・アナログ伝送システムにおけ
る使用に適合した半導体レーザを製造する方法である。
この方法は、多数の半導体レーザを作ること、および、
作ったレーザを検査して多数の中から所定の基準と一致
するレーザを選択することからなる。そして、このよう
にして選択されたレーザには、その後、従来どおりに使
用するための準備なり、梱包なりが、型どおりに行われ
る。
レーザの検査には、多数のレーザの代表として任意の所
与のレーザに対して、しきい電流(Ith)およびI
op(L′が最大となる電流)を含む電流範囲にわたるI
の関数としてLを決定することが含まれる。また、この
検査では、少なくともIop−Ith>0で、かつIopにおけ
る光出力Lが所定の値(例えば、少なくとも1mW程度)
を越える素子に対して、その素子を多チャネル・アナロ
グ・システムで使用した場合におけるその素子の歪作用
を予測するパラメータの決定も行われる。このパラメー
タは、L、L′およびLのIに関する高次導関数から決
定される。典型例をあげれば、パラメータは、(正規
化)2次高調波歪(ここでは、2HD/Cで示す)である。
この方法では、さらに、歪がレーザの注入電流の比較的
大きい範囲(例えば、少なくとも2mAで、勿論、この範
囲にはIopが含まれる)にわたって所定の限度を超えな
いことを示すパラメータを有するような素子の選択を行
う。この電流範囲をΔIで表すことにする。典型的な例
をあげると、(変調指数を0.04と仮定して)ΔI≧4mA
なるΔIにわたって2HD/C<−70dbcとなるような素子が
選択される。一般に、このようにして選択されたレーザ
は、多チャネル・アナログ通信システムにおいてI
opか、これに近いdcバイアスで動作させた場合、その光
出力は役に立つものとなり、信号の歪も比較的小さくな
る。
与のレーザに対して、しきい電流(Ith)およびI
op(L′が最大となる電流)を含む電流範囲にわたるI
の関数としてLを決定することが含まれる。また、この
検査では、少なくともIop−Ith>0で、かつIopにおけ
る光出力Lが所定の値(例えば、少なくとも1mW程度)
を越える素子に対して、その素子を多チャネル・アナロ
グ・システムで使用した場合におけるその素子の歪作用
を予測するパラメータの決定も行われる。このパラメー
タは、L、L′およびLのIに関する高次導関数から決
定される。典型例をあげれば、パラメータは、(正規
化)2次高調波歪(ここでは、2HD/Cで示す)である。
この方法では、さらに、歪がレーザの注入電流の比較的
大きい範囲(例えば、少なくとも2mAで、勿論、この範
囲にはIopが含まれる)にわたって所定の限度を超えな
いことを示すパラメータを有するような素子の選択を行
う。この電流範囲をΔIで表すことにする。典型的な例
をあげると、(変調指数を0.04と仮定して)ΔI≧4mA
なるΔIにわたって2HD/C<−70dbcとなるような素子が
選択される。一般に、このようにして選択されたレーザ
は、多チャネル・アナログ通信システムにおいてI
opか、これに近いdcバイアスで動作させた場合、その光
出力は役に立つものとなり、信号の歪も比較的小さくな
る。
尚、本発明の実施例によれば、レーザは、その素子に関
係付けられた実際の歪(または、その他一切の雑音)を
測定することなく、選択することが可能である。雑音の
測定は、一般に、比較的困難であり、従って、費用もか
かる。ゆえに、多チャネル・アナログ通信システムでの
使用に適合したレーザを作るための上述の方法には、前
記の雑音(例えば、歪)測定を各素子ごとに行うことを
一般に必要とする従来技術の方法に優る実質的な利点が
ある。
係付けられた実際の歪(または、その他一切の雑音)を
測定することなく、選択することが可能である。雑音の
測定は、一般に、比較的困難であり、従って、費用もか
かる。ゆえに、多チャネル・アナログ通信システムでの
使用に適合したレーザを作るための上述の方法には、前
記の雑音(例えば、歪)測定を各素子ごとに行うことを
一般に必要とする従来技術の方法に優る実質的な利点が
ある。
当業者であれば承知のように、本発明にこの実施例で
は、前記の測定の前なり後において実施される他の検査
を加えてもよい。例えば、所与のウェファ上の素子に対
し、それらを分離する前に、機能しない素子を識別する
ための予備発光検査を施してもよい。
は、前記の測定の前なり後において実施される他の検査
を加えてもよい。例えば、所与のウェファ上の素子に対
し、それらを分離する前に、機能しない素子を識別する
ための予備発光検査を施してもよい。
第1図に、典型的な振幅変調残留側波帯信号サブチャネ
ル多重化光通信システム10の概要を示す。いくつかの基
本帯域周波数変調テレビ・チャネル信号120、121、12
2、…12nが、1つの複合多重信号における別個に振幅変
調された残留側波帯信号のサブチャネルとして搬送波周
波数ω1、ω2.…ωn(一般にnは、10より十分大き
い、例えば、40程度)の上に周波数分割多重化されてい
る。総和器15は、異なるサブチャネル周波数の個々のチ
ャネル信号およびdc電源11からのdcバイアス電流Iopを
結合して、複合多重信号とする。この複合多重信号が、
レーザ駆動入力信号としてレーザ・ダイオード18に加え
られる。レーザ・ダイオード18への総レーザ入力駆動信
号、即ち、注入電流には、dcバイアス成分と、総和器15
からの複合多重信号の両方が含まれる。一般に、チャネ
ルは、周波数が均等に区切られ、各チャネルの周波数幅
は、一般に10−550MHzの範囲にあり、その帯域幅は、一
般に、伝送されるべき信号の性質に特に依存する。一般
的に、レーザの出力は、スペクトラムの可視部分または
近赤外線部分、典型的には、約0.8−1.6μmの範囲であ
る。現在好ましいのは、現在利用可能な2酸化ケイ素
(SiO2)を基本とした光ファイバの伝送「ウィンドウ」
に対応する、約1.3および1.55μmの波長である。出力
放射線は、光ファイバ13に結合され、それを介して受光
器14に送られる。
ル多重化光通信システム10の概要を示す。いくつかの基
本帯域周波数変調テレビ・チャネル信号120、121、12
2、…12nが、1つの複合多重信号における別個に振幅変
調された残留側波帯信号のサブチャネルとして搬送波周
波数ω1、ω2.…ωn(一般にnは、10より十分大き
い、例えば、40程度)の上に周波数分割多重化されてい
る。総和器15は、異なるサブチャネル周波数の個々のチ
ャネル信号およびdc電源11からのdcバイアス電流Iopを
結合して、複合多重信号とする。この複合多重信号が、
レーザ駆動入力信号としてレーザ・ダイオード18に加え
られる。レーザ・ダイオード18への総レーザ入力駆動信
号、即ち、注入電流には、dcバイアス成分と、総和器15
からの複合多重信号の両方が含まれる。一般に、チャネ
ルは、周波数が均等に区切られ、各チャネルの周波数幅
は、一般に10−550MHzの範囲にあり、その帯域幅は、一
般に、伝送されるべき信号の性質に特に依存する。一般
的に、レーザの出力は、スペクトラムの可視部分または
近赤外線部分、典型的には、約0.8−1.6μmの範囲であ
る。現在好ましいのは、現在利用可能な2酸化ケイ素
(SiO2)を基本とした光ファイバの伝送「ウィンドウ」
に対応する、約1.3および1.55μmの波長である。出力
放射線は、光ファイバ13に結合され、それを介して受光
器14に送られる。
この方法は、種々の半導体レーザに付いて実施可能であ
るが、本明細書における説明は、主として、現時点で好
ましい特定の種類のレーザ、即ち、有冠メサ埋め込みヘ
テロ構造の分布帰還(CMBH−DFB)レーザに関するもの
とする。これは、制限を意味するものではない。このよ
うなレーザは、当業者には周知である。これに付いて
は、例えば、1989年の量子電子工学に関するIEEEジャー
ナル(IEEE Journal of Quantum Electronics)第15(1
0)巻、p.2091−p.2095のジェイ・ジルコ(J.Zilko)他
による論文を参照のこと。一般に、前方のレーザ面には
反射防止コーティングが施されるが、背面には、良好な
傾斜効率と横モードの抑制とを与えるために、比較的高
反射率のコーティングが施される。このようなコーティ
ングは、当業者には、周知である。
るが、本明細書における説明は、主として、現時点で好
ましい特定の種類のレーザ、即ち、有冠メサ埋め込みヘ
テロ構造の分布帰還(CMBH−DFB)レーザに関するもの
とする。これは、制限を意味するものではない。このよ
うなレーザは、当業者には周知である。これに付いて
は、例えば、1989年の量子電子工学に関するIEEEジャー
ナル(IEEE Journal of Quantum Electronics)第15(1
0)巻、p.2091−p.2095のジェイ・ジルコ(J.Zilko)他
による論文を参照のこと。一般に、前方のレーザ面には
反射防止コーティングが施されるが、背面には、良好な
傾斜効率と横モードの抑制とを与えるために、比較的高
反射率のコーティングが施される。このようなコーティ
ングは、当業者には、周知である。
第2図に、約1.3μmで発光する典型的なCMBH−DFBレー
ザの光・電流(L−I)特性20を示し、また、その典型
例のレーザの傾斜効率(L′)21も示す。理想的なレー
ザであれば、完全に真っ直ぐなL−I曲線と、しきい電
流Ithを超える平らなL′とを有する。しきい電流I
thは、レーザ発振への遷移が起こる素子電流として定義
される。Ithを数的に限定する便利な方法は、次のとお
りである。L−Iデータから、 1mW<In<5mWであるデータ点 {In,Ln}を決める。これらのデータ点の2次多項式、
即ち、 Ln=a+bIn+cIn 2 への最小自乗近似が、適切なパラメータa、bおよびc
を与える。しきい電流Ithは、上記の多項式がL=0と
外挿する、即ち、 0=a+bIn+cIn 2 となる電流として、定義することができる。
ザの光・電流(L−I)特性20を示し、また、その典型
例のレーザの傾斜効率(L′)21も示す。理想的なレー
ザであれば、完全に真っ直ぐなL−I曲線と、しきい電
流Ithを超える平らなL′とを有する。しきい電流I
thは、レーザ発振への遷移が起こる素子電流として定義
される。Ithを数的に限定する便利な方法は、次のとお
りである。L−Iデータから、 1mW<In<5mWであるデータ点 {In,Ln}を決める。これらのデータ点の2次多項式、
即ち、 Ln=a+bIn+cIn 2 への最小自乗近似が、適切なパラメータa、bおよびc
を与える。しきい電流Ithは、上記の多項式がL=0と
外挿する、即ち、 0=a+bIn+cIn 2 となる電流として、定義することができる。
第2図によって例示したように、実際の素子では、電流
の漏れやその他の影響があるために、電流が大きくなる
と幾分L′は減少し、L′に最大値が存在することにな
る。その最大値の位置は、L′から直接決定することが
でき、また、さらに一般的には、L″からも決定するこ
とができる。Iopは、L′が最大となる電流であり、即
ち、L″=0のときの電流と等価である。Iopを第2図
に示すが、この例の場合、約32mAで起こっている。当業
者は周知のように、既知の電子的手段によるか、または
デジタル・コンピュータによって、L′およびL″を決
定することは単純なことである。
の漏れやその他の影響があるために、電流が大きくなる
と幾分L′は減少し、L′に最大値が存在することにな
る。その最大値の位置は、L′から直接決定することが
でき、また、さらに一般的には、L″からも決定するこ
とができる。Iopは、L′が最大となる電流であり、即
ち、L″=0のときの電流と等価である。Iopを第2図
に示すが、この例の場合、約32mAで起こっている。当業
者は周知のように、既知の電子的手段によるか、または
デジタル・コンピュータによって、L′およびL″を決
定することは単純なことである。
電子的な増幅器において、2次歪は、通常、実際に除去
することができる。これに対して、レーザでは、一般
に、2次および3次の歪によって、作用が制限されるこ
とがある。最近発見したところによれば、レーザの2次
歪は、レーザのL−I曲線から大体算出することが可能
である。この計算の簡単な例として、単一の搬送波によ
る変調指数mの変調を考察すると、 I(t)=Ib+m(Ib−Ith)cos(ωt) である。ここで、I(t)はレーザ電流、Ibはdcバイア
ス電流、そして、ωはレーザ電流のac成分の角周波数で
ある。
することができる。これに対して、レーザでは、一般
に、2次および3次の歪によって、作用が制限されるこ
とがある。最近発見したところによれば、レーザの2次
歪は、レーザのL−I曲線から大体算出することが可能
である。この計算の簡単な例として、単一の搬送波によ
る変調指数mの変調を考察すると、 I(t)=Ib+m(Ib−Ith)cos(ωt) である。ここで、I(t)はレーザ電流、Ibはdcバイア
ス電流、そして、ωはレーザ電流のac成分の角周波数で
ある。
Ibに付いて展開すると、周波数2ωにおける(正規化さ
れた)2次高調波歪が与えられ、これをここでは、2HD/
Cで示す。
れた)2次高調波歪が与えられ、これをここでは、2HD/
Cで示す。
2HD/C=20log(mL″L/4(L′)2) ここで、L、L′およびL″は、任意の所与のIbに対し
て適切な値を有する。この式によって、L″=0のと
き、2次の歪が消滅することが分かる。実際に、L″=
0に対応する値またはその近くのバイアス電流に対し
て、多くの半導体レーザの歪作用は、dcバイアスの他の
値よりかなり良好であることが分かった。
て適切な値を有する。この式によって、L″=0のと
き、2次の歪が消滅することが分かる。実際に、L″=
0に対応する値またはその近くのバイアス電流に対し
て、多くの半導体レーザの歪作用は、dcバイアスの他の
値よりかなり良好であることが分かった。
第3図の曲線30は、第2図の素子に対するI対L″を示
し、また、曲線31は、同一の素子に対する2HD/Cの値
を、m=0.04と仮定して示している。第3図から分かる
ように、典型的な素子の2HD/Cの値は、約32mAにおいて
明確な最小を示し、約27−39mAの電流範囲にわたって−
70dbc以下である。
し、また、曲線31は、同一の素子に対する2HD/Cの値
を、m=0.04と仮定して示している。第3図から分かる
ように、典型的な素子の2HD/Cの値は、約32mAにおいて
明確な最小を示し、約27−39mAの電流範囲にわたって−
70dbc以下である。
第4図に、第2および3図のものと同様のレーザに対す
る、2HD/C(曲線40)、およびそのレーザを使用した42
チャネル・アナログ伝送システムのチャネル3における
複合2次(CSO)歪(曲線41)を示す。第4図が示すよ
うに、2HD/Cにおける最小またはその近くの電流に対し
て、CSOの著しい減少が観察された。既に論じたよう
に、2HD/Cの最小は、Iopで起こる。多くの場合、正確な
Iopでの動作によって受容できる性能が得られるが、最
適なシステム性能を得るためには、注入電流の微調整の
僅かな量が必要となる。
る、2HD/C(曲線40)、およびそのレーザを使用した42
チャネル・アナログ伝送システムのチャネル3における
複合2次(CSO)歪(曲線41)を示す。第4図が示すよ
うに、2HD/Cにおける最小またはその近くの電流に対し
て、CSOの著しい減少が観察された。既に論じたよう
に、2HD/Cの最小は、Iopで起こる。多くの場合、正確な
Iopでの動作によって受容できる性能が得られるが、最
適なシステム性能を得るためには、注入電流の微調整の
僅かな量が必要となる。
第2図は、ここで論じた種類のアナログ・システムにお
いて使用されるレーザにとって非常に望ましい特性であ
る「穏やかな」ターン・オンの例を示している。ここ
で、「穏やかな」ターン・オンとは、IopがIthより相当
大きく(一般に、少なくとも5mA程度だけ)、さらに、I
opにおけるL″の傾斜の絶対値が比較的小さい(典型的
には、5x10-5mW/mA3以下)であることを意味する。レー
ザの中には、「急激な」ターン・オンを示すものがある
が、「急激な」ターン・オンとは、L′の最大が一般に
穏やかなターン・オンの場合より相当小さいIの値、時
には、Ith以下の値、で起こることもあり、Iopにおける
L″の傾斜の絶対値は、比較的大きい(一般に、1x10-4
mW/mA3以上)ことを意味する。急激なターン・オンを頻
繁に示すレーザは、特にIopにおいて光出力が小さすぎ
て受けられないので、アナログ通信システムで使用する
には、穏やかなターン・オンを示すレーザほどは適さな
い。しかし、急激なターン・オンのレーザでも、アナロ
グ・システムの仕様およびそのレーザの性能の詳細の兼
ね合いによっては、アナログ・システムにおける使用に
必ずしも不適当であるとは言えない。
いて使用されるレーザにとって非常に望ましい特性であ
る「穏やかな」ターン・オンの例を示している。ここ
で、「穏やかな」ターン・オンとは、IopがIthより相当
大きく(一般に、少なくとも5mA程度だけ)、さらに、I
opにおけるL″の傾斜の絶対値が比較的小さい(典型的
には、5x10-5mW/mA3以下)であることを意味する。レー
ザの中には、「急激な」ターン・オンを示すものがある
が、「急激な」ターン・オンとは、L′の最大が一般に
穏やかなターン・オンの場合より相当小さいIの値、時
には、Ith以下の値、で起こることもあり、Iopにおける
L″の傾斜の絶対値は、比較的大きい(一般に、1x10-4
mW/mA3以上)ことを意味する。急激なターン・オンを頻
繁に示すレーザは、特にIopにおいて光出力が小さすぎ
て受けられないので、アナログ通信システムで使用する
には、穏やかなターン・オンを示すレーザほどは適さな
い。しかし、急激なターン・オンのレーザでも、アナロ
グ・システムの仕様およびそのレーザの性能の詳細の兼
ね合いによっては、アナログ・システムにおける使用に
必ずしも不適当であるとは言えない。
これまで、多くのファブリ=ペロー半導体レーザが急激
なターン・オンを有するのを観察してきている。もう一
方で、多くのDFBレーザが、穏やかなターン・オンを有
し、Iopで相当な(一般に、10mWか、それ以上の)ファ
シット電力(L)がある。従って、以上で述べた種類の
アナログ・システムで使用するには、現在のところDFB
レーザが、適している。
なターン・オンを有するのを観察してきている。もう一
方で、多くのDFBレーザが、穏やかなターン・オンを有
し、Iopで相当な(一般に、10mWか、それ以上の)ファ
シット電力(L)がある。従って、以上で述べた種類の
アナログ・システムで使用するには、現在のところDFB
レーザが、適している。
ここで論じる類の多チャネル・アナログ・システムで使
用するべきレーザの仕様は、非常に条件が厳しいので、
現在のレーザ製造技術では、一般に、所与のウェファ上
の素子のすべてが仕様を満たすことは(勿論、それらの
多くが仕様を満たすことも)保証できない。従って、適
切なものを識別できるような素子の検査が必要である。
実際の歪作用(例えば、CSO)を測定することは、困難
で、時間も要するので、費用もかかることになる。それ
に対して、L、L′および高次導関数は、容易に素早く
測定することが可能である。L′の最大が一般にCSOに
おける最小とほぼ同じ電流で起こるという発見を、多チ
ャネル・アナログ・システムで使用するためのレーザの
製造に適用すれば、既に作成した多数のレーザの中か
ら、それらの注入電流対光出力の曲線に関するある基準
を満たすレーザが選択される。この曲線は、従来の手段
によって決定することができる。またレーザも、従来の
手段によって製造することができる。
用するべきレーザの仕様は、非常に条件が厳しいので、
現在のレーザ製造技術では、一般に、所与のウェファ上
の素子のすべてが仕様を満たすことは(勿論、それらの
多くが仕様を満たすことも)保証できない。従って、適
切なものを識別できるような素子の検査が必要である。
実際の歪作用(例えば、CSO)を測定することは、困難
で、時間も要するので、費用もかかることになる。それ
に対して、L、L′および高次導関数は、容易に素早く
測定することが可能である。L′の最大が一般にCSOに
おける最小とほぼ同じ電流で起こるという発見を、多チ
ャネル・アナログ・システムで使用するためのレーザの
製造に適用すれば、既に作成した多数のレーザの中か
ら、それらの注入電流対光出力の曲線に関するある基準
を満たすレーザが選択される。この曲線は、従来の手段
によって決定することができる。またレーザも、従来の
手段によって製造することができる。
本発明の実施例によれば、L、L′およびL″が、Ith
およびIopを含む電流範囲に対して、注入電流の関数と
して決定され、さらに、Iop−Ith>0(≧5mAの方が好
ましい)で、IopにおけるLが所定の値より大きい(例
えば、1mW以上、少なくとも、3mWが好ましい)ような素
子が、識別される。少なくとも、このようにして識別さ
れた素子に対して、その素子の信号歪作用を予測するパ
ラメータが、既に決定されたL、L′および高次導管数
の1つまたはそれ以上から決定される。現在の好ましい
実施例においては、パラメータは、2HD/Cである。
およびIopを含む電流範囲に対して、注入電流の関数と
して決定され、さらに、Iop−Ith>0(≧5mAの方が好
ましい)で、IopにおけるLが所定の値より大きい(例
えば、1mW以上、少なくとも、3mWが好ましい)ような素
子が、識別される。少なくとも、このようにして識別さ
れた素子に対して、その素子の信号歪作用を予測するパ
ラメータが、既に決定されたL、L′および高次導管数
の1つまたはそれ以上から決定される。現在の好ましい
実施例においては、パラメータは、2HD/Cである。
この実施例においては、さらに、以前に識別された素子
の集合から、素子の信号歪(例えば、CSO)が注入電流
の比較的広い範囲にわたって所定の値より低くなること
を示すパラメータ値を有するレーザを1つ(または複
数)識別することも行われる。現在の好ましい実施例で
は、2HD/Cが所定の値、例えば、少なくとも4mAの電流範
囲にわたって僅か−70dbc以下であるような素子が識別
される。一般に、このようにして識別された素子は、こ
こで述べる類の多チャネル・アナログ・システムにおい
て良好に動作する。
の集合から、素子の信号歪(例えば、CSO)が注入電流
の比較的広い範囲にわたって所定の値より低くなること
を示すパラメータ値を有するレーザを1つ(または複
数)識別することも行われる。現在の好ましい実施例で
は、2HD/Cが所定の値、例えば、少なくとも4mAの電流範
囲にわたって僅か−70dbc以下であるような素子が識別
される。一般に、このようにして識別された素子は、こ
こで述べる類の多チャネル・アナログ・システムにおい
て良好に動作する。
当業者であれば認識するように、本発明の方法を実施す
ることにより、多チャネル・アナログ通信システムにお
ける使用に適したレーザの選択の時間および費用が減少
し、従って、そのようなシステムの制作費用を相当に下
げることができる。
ることにより、多チャネル・アナログ通信システムにお
ける使用に適したレーザの選択の時間および費用が減少
し、従って、そのようなシステムの制作費用を相当に下
げることができる。
(例) InPウェファ上で、従来の手段によって多数のCMBH DBF
レーザを作成する。これらのレーザは、1.3μmの波長
の放射線を発するように設計した。レーザ・チップのボ
ンディングの前に、レーザを検査し、レーザ動作をしな
いものを識別した。
レーザを作成する。これらのレーザは、1.3μmの波長
の放射線を発するように設計した。レーザ・チップのボ
ンディングの前に、レーザを検査し、レーザ動作をしな
いものを識別した。
既に合格済みのレーザの幾つかに、さらに検査を行っ
た。レーザ中の所与の1つを検査するためには、通常の
熱電冷却手段で冷却した銅製スタッドに取り付けた適切
に金属化されたBeO担体上にチップを載せる必要があ
り、そうすることによって、素子を摂氏約20度に維持し
た。また、前記にために、パルス電源(HP8160A)で生
成した電流パルス(持続時間800nsで、デューティ・サ
イクル0.1%)でレーザを励起した。その結果、従来ど
おりGe光検出器によって、光パルスを検出し、結果的に
得られた電気信号をSR250信号平均装置によって分析し
た。光および電流のデータは、通常のコンピュータ(HP
310)で記録した。このコンピュータは、素子に対する
I−L点を生成するほか、I−L′点、I−L″点、お
よびI−2HD/C点も生成するようにプログラムしてあ
り、このコンピュータ・プログラムは、通常のものであ
る。このコンピュータによって、これらの点をすべて生
成し、第2図および第3図に示してある。これらの点か
ら、Iop、Ith、および2HD/C≦−70dbcである電流範囲を
決定した。これらのパラメータを吟味することにより、
前記の所与の素子が42チャネル・アナログ光ファイバCA
TVシステムにおいて使用するのに適していることが分か
った。
た。レーザ中の所与の1つを検査するためには、通常の
熱電冷却手段で冷却した銅製スタッドに取り付けた適切
に金属化されたBeO担体上にチップを載せる必要があ
り、そうすることによって、素子を摂氏約20度に維持し
た。また、前記にために、パルス電源(HP8160A)で生
成した電流パルス(持続時間800nsで、デューティ・サ
イクル0.1%)でレーザを励起した。その結果、従来ど
おりGe光検出器によって、光パルスを検出し、結果的に
得られた電気信号をSR250信号平均装置によって分析し
た。光および電流のデータは、通常のコンピュータ(HP
310)で記録した。このコンピュータは、素子に対する
I−L点を生成するほか、I−L′点、I−L″点、お
よびI−2HD/C点も生成するようにプログラムしてあ
り、このコンピュータ・プログラムは、通常のものであ
る。このコンピュータによって、これらの点をすべて生
成し、第2図および第3図に示してある。これらの点か
ら、Iop、Ith、および2HD/C≦−70dbcである電流範囲を
決定した。これらのパラメータを吟味することにより、
前記の所与の素子が42チャネル・アナログ光ファイバCA
TVシステムにおいて使用するのに適していることが分か
った。
当業者であれば容易に理解できるとおり、I−L特性
は、パルス法によって決定する必要はないが、パルス法
によれば、発熱の影響を一般に最小にすることができ
る。また、これらの特性は、例えば、dc法によっても、
または、as単チャネル変調あるいはac多チャネル変調と
共にdc電源を用いる方法によっても、決定することがで
きる。
は、パルス法によって決定する必要はないが、パルス法
によれば、発熱の影響を一般に最小にすることができ
る。また、これらの特性は、例えば、dc法によっても、
または、as単チャネル変調あるいはac多チャネル変調と
共にdc電源を用いる方法によっても、決定することがで
きる。
第1図は、本発明による典型的なシステム、即ち、多チ
ャネル副搬送波多重化振幅変調光通信システムのブロッ
ク図、 第2図は、レーザ注入電流I対光出力強度Lの典型的な
曲線、およびIに関するLの1次導関数L′を示す図、 第3図は、L″、および第2図の典型的な素子に対する
正規化2次高調波歪(2HD/C)を示す図、 第4図は、第2および3図のものと同様の典型的なレー
ザに対する「搬送波対複合2次」の比および2HD/Cの典
型的な曲線を示す図である。
ャネル副搬送波多重化振幅変調光通信システムのブロッ
ク図、 第2図は、レーザ注入電流I対光出力強度Lの典型的な
曲線、およびIに関するLの1次導関数L′を示す図、 第3図は、L″、および第2図の典型的な素子に対する
正規化2次高調波歪(2HD/C)を示す図、 第4図は、第2および3図のものと同様の典型的なレー
ザに対する「搬送波対複合2次」の比および2HD/Cの典
型的な曲線を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール マーティン ニッチェ アメリカ合衆国,07060 ニュージャージ ィ プレインフィールド,ワズワース ア ベニュー 520 (72)発明者 チャールズ ブラクリー ロクスロ アメリカ合衆国,08807 ニュージャージ ィ ブリッジウォーター,エバグリーン ドライブ 1181 (56)参考文献 特開 昭64−81382(JP,A)
Claims (6)
- 【請求項1】多チャネル・アナログ光ファイバ通信シス
テムにおける使用に適合した半導体レーザの製造方法に
おいて、この方法が、 a)注入電流(I)ならびに光出力(L)の前記注入電
流に関する1次導関数(L′)および高次導関数
(L″,L,…)の関数として光出力Lがそれぞれ関係
付けられる多数の半導体レーザを作るステップと、 b)前記多数のレーザを検査して、前記多数のレーザの
中から所定の基準に一致するレーザを選択するステップ
と、 c)前記レーザの完成に向けて1つまたはそれ以上のス
テップをさらに行うステップとを備え、ステップb)
が、 i)所与のレーザに対し、L、L′、および高次導関数
の1つ以上から、前記の多チャネル・アナログ・システ
ムにおける前記素子の歪作用を予測するパラメータとし
て、レーザのL、L′およびL″の関数である正規化2
次歪(2HD/C)を決定するステップと、 ii)前記所与のレーザについて、L′が最大となる電流
をIopとして、Iopを含む比較的広いIの範囲にわたっ
て、2HD/Cの値が所定の値より良好である場合、前記レ
ーザを前記通信システムにおいて使用するために選択す
るステップとを備えたことを特徴とする多チャネル・ア
ナログ光ファイバ通信システムでの使用に適した半導体
レーザの製造方法。 - 【請求項2】少なくとも2mAの範囲にわたって2HD/Cが、
所定の値より小さい場合、前記レーザが選択され、さら
に、Iop−Ith>5mAであり、ここで、Ithは、前記レーザ
のしきい電流であることを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項3】少なくとも4mA程度の範囲にわたって、2HD
/C−70dbcであり、さらに、前記レーザが、Iopにおい
て、少なくとも3mW程度のLを有することを特徴とする
請求項2の方法。 - 【請求項4】前記レーザが、分布帰還レーザであること
を特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項5】前記ステップb)が、所与のレーザにパル
ス電流を印加するステップを含むことを特徴とする請求
項1の方法。 - 【請求項6】前記ステップb)が、前記所与のレーザ
に、acで変調されたdc電流を印加するステップを含むこ
とを特徴とする請求項1の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/420,867 US5034334A (en) | 1989-10-13 | 1989-10-13 | Method of producing a semiconductor laser adapted for use in an analog optical communications system |
| US420867 | 1989-10-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03138993A JPH03138993A (ja) | 1991-06-13 |
| JPH07118562B2 true JPH07118562B2 (ja) | 1995-12-18 |
Family
ID=23668160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2241348A Expired - Fee Related JPH07118562B2 (ja) | 1989-10-13 | 1990-09-13 | 多チャネル・アナログ光ファイバ通信システムでの使用に適した半導体レーザの製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5034334A (ja) |
| EP (1) | EP0422852B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07118562B2 (ja) |
| DE (1) | DE69010134T2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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