(57)【要約】【課題】光帰還型の発光素子を用いた場合でも、光帰還部で発光光量のモニタが可能な発光装置、光伝送装置を提供すること。【解決手段】信号Ｖｐｐで変調された変調光Ｌｏを発生させる発光領域３２、及び発光領域３２で発生した光の一部を発光領域３２に帰還する帰還モードと発光領域３２で発生した光の光量をモニタするモニタモードとが切り替え可能とされた帰還領域３４を含む半導体層と、発光領域３２で変調光Ｌｏを発生させる場合には帰還領域３４を帰還モードに設定するとともに、信号Ｖｐｐのない期間の少なくとも一部の期間で帰還領域３４をモニタモードに切り替える制御部と、を備えた。【選択図】図１
2018041771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号で変調された変調光を発生させる発光領域、及び前記発光領域で発生した光の一部を前記発光領域に帰還する帰還モードと前記発光領域で発生した光の光量をモニタするモニタモードとが切り替え可能とされた帰還領域を含む半導体層と、
前記発光領域で前記変調光を発生させる場合には前記帰還領域を帰還モードに設定するとともに、前記信号のない期間の少なくとも一部の期間で前記帰還領域を前記モニタモードに切り替える制御部と、
を備えた発光装置。
【請求項２】
前記半導体層は第１の多層膜反射鏡、前記第１の多層膜反射鏡上に形成された活性領域、前記活性領域上に形成された第２の多層膜反射鏡を含み、
前記発光領域は前記第１の多層膜反射鏡と第２の多層膜反射鏡とを垂直共振器とする面発光型発光素子として構成され、
前記帰還領域は前記帰還モードにおいて前記活性領域を光増幅層とする光増幅器として機能し、前記モニタモードにおいて前記活性領域を光吸収層とする受光素子として機能する
請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記半導体層は前記半導体層の周囲に形成された酸化層をさらに含み、
前記発光領域と前記帰還領域との間には前記酸化層の形成されていない非酸化領域が連続して形成され、
前記発光領域で発生した光の一部が染み出し光として前記非酸化領域を介して前記帰還領域に伝播し、前記帰還モードにおいては前記染み出し光が反射されて前記発光領域に帰還され、前記モニタモードにおいては前記染み出し光が電流に変換される
請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記発光領域と前記帰還領域との間に前記発光領域と前記帰還領域とを電気的に分離する分離領域が形成されている
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記発光領域で前記変調光を発生させる場合には前記発光領域に前記信号を印加し、前記帰還領域に順方向電圧が印加されるか又は電圧が印加されないようにして前記帰還領域が前記帰還モードに設定されるように制御し、
前記信号のない期間の少なくとも一部の期間では前記帰還領域にゼロボルトを含む逆方向電圧が印加されるようにして前記モニタモードに切り替える
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記モニタモードにおいてモニタした光量を用いて前記発光領域の目標駆動電流を生成する光量設定部を含み、
前記発光領域で前記変調光を発生させる場合には前記目標駆動電流により前記発光領域で発生させる前記変調光の光量の制御を行う
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記モニタモードにおいて前記発光領域に直流又は前記信号より周波数の低い信号を印加し、
前記光量設定部は負帰還制御によって前記目標駆動電流を生成するとともに保持回路に保持させる
請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の発光装置と、
前記発光領域で発生した変調光が入射されるとともに入射された変調光を光伝送路に送り出す光結合系と、
を備えた光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置、及び光伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、第１の導電領域と第１の非導電領域とを有する第１の電流狭窄構造を含む複数の半導体層を有する第１の共振器と、第１の共振器を駆動する電力を供給する第１の電極と、第１の電流狭窄構造が形成される層と同じ電流狭窄層内に形成された第２の導電領域と第２の非導電領域とを有する第２の電流狭窄構造を含む複数の半導体層を有し、第１の共振器と並んで形成される第２の共振器と、第１の共振器と第２の共振器の複数の半導体層同士を結合させる結合部とを備え、結合部の等価屈折率は、第１の共振器及び第２の共振器のそれぞれの等価屈折率よりも小さい面発型光半導体レーザが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０３２８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、光帰還型の発光素子を用いた場合でも、光帰還部で発光光量のモニタが可能な発光装置、光伝送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】
【０００５】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発光装置は、信号で変調された変調光を発生させる発光領域、及び前記発光領域で発生した光の一部を前記発光領域に帰還する帰還モードと前記発光領域で発生した光の光量をモニタするモニタモードとが切り替え可能とされた帰還領域を含む半導体層と、前記発光領域で前記変調光を発生させる場合には前記帰還領域を帰還モードに設定するとともに、前記信号のない期間の少なくとも一部の期間で前記帰還領域を前記モニタモードに切り替える制御部と、を備えたものである。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記半導体層は第１の多層膜反射鏡、前記第１の多層膜反射鏡上に形成された活性領域、前記活性領域上に形成された第２の多層膜反射鏡を含み、前記発光領域は前記第１の多層膜反射鏡と第２の多層膜反射鏡とを垂直共振器とする面発光型発光素子として構成され、前記帰還領域は前記帰還モードにおいて前記活性領域を光増幅層とする光増幅器として機能し、前記モニタモードにおいて前記活性領域を光吸収層とする受光素子として機能するものである。
【０００７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記半導体層は前記半導体層の周囲に形成された酸化層をさらに含み、前記発光領域と前記帰還領域との間には前記酸化層の形成されていない非酸化領域が連続して形成され、前記発光領域で発生した光の一部が染み出し光として前記非酸化領域を介して前記帰還領域に伝播し、前記帰還モードにおいては前記染み出し光が反射されて前記発光領域に帰還され、前記モニタモードにおいては前記染み出し光が電流に変換されるものである。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記発光領域と前記帰還領域との間に前記発光領域と前記帰還領域とを電気的に分離する分離領域が形成されているものである。
【０００９】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記制御部は、前記発光領域で前記変調光を発生させる場合には前記発光領域に前記信号を印加し、前記帰還領域に順方向電圧が印加されるか又は電圧が印加されないようにして前記帰還領域が前記帰還モードに設定されるように制御し、前記信号のない期間の少なくとも一部の期間では前記帰還領域にゼロボルトを含む逆方向電圧が印加されるようにして前記モニタモードに切り替えるものである。
【００１０】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、前記制御部は、前記モニタモードにおいてモニタした光量を用いて前記発光領域の目標駆動電流を生成する光量設定部を含み、前記発光領域で前記変調光を発生させる場合には前記目標駆動電流により前記発光領域で発生させる前記変調光の光量の制御を行うものである。
【００１１】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記制御部は、前記モニタモードにおいて前記発光領域に直流又は前記信号より周波数の低い信号を印加し、前記光量設定部は負帰還制御によって前記目標駆動電流を生成するとともに保持回路に保持させるものである。
【００１２】
上記の目的を達成するために、請求項８に記載の光伝送装置は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の発光装置と、前記発光領域で発生した変調光が入射されるとともに入射された変調光を光伝送路に送り出す光結合系と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１、及び請求項８に記載の発明によれば、光帰還型の発光素子を用いた場合でも、光帰還部で発光光量のモニタが可能な発光装置、光伝送装置が提供される、という効果を奏する。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、発光領域を面発光型発光素子として構成し、帰還部を光増幅器として構成する場合と比較して、帰還領域が受光素子と兼用化される、という効果を奏する。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、発光領域で発生した光の一部が染み出し光として非酸化領域を介して帰還領域に伝播する構成を有しない場合と比較して、単一の発光装置で帰還光が生成される、という効果を奏する。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、発光領域と帰還領域との間に分離領域が形成されていない場合と比較して、発光領域と帰還領域との間の電気的なクロストークが抑制される、という効果を奏する。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、信号光のある期間で帰還領域にゼロボルトを含む逆方向電圧が印加されるようにしてモニタモードに切り替える場合と比較して、帰還領域におけるモニタ動作によって発光部の変調速度の向上が阻害されることが抑制される、という効果を奏する。
【００１８】
請求項６に記載の発明によれば、発光領域で変調光を発生させる場合に、光量設定部で設定された目標駆動電流でない、一定の目標電流により変調光の光量の制御を行う場合と比較して、より正確な光量の制御が行われる、という効果を奏する。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、制御部が、モニタモードにおいて発光領域に変調信号を印加し、光量設定部が負帰還制御によって目標駆動電流を生成するとともに保持回路に保持させる場合と比較して、より正確なモニタ電流が取得される、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施の形態に係る発光装置の構成の一例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る発光素子の構成の一例を示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る発光素子の作用を説明する断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る発光装置の制御部の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】第１の実施の形態に係る発光装置における光データ信号伝送モードにおけるスイッチの切り替え、及び光量モニタモードにおけるスイッチの切り替えについて説明する図である。
【図６】第１の実施の形態に係る発光装置の発光部の駆動波形、及び帰還部の駆動波形を示すタイムチャートである。
【図７】第１の実施の形態に係る発光装置の駆動制御処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】第２の実施の形態に係る光伝送装置の構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。本実施の形態に係る発光装置を構成する発光素子は、発光素子における変調速度を向上させるための帰還光を生成する帰還部を集積化した帰還部一体型の発光素子である。
【００２２】
［第１の実施の形態］
図１ないし図７を参照して、本実施の形態に係る発光装置について説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態に係る発光装置１０を、信号源及び各電源とともに示すブロック図である。図１に示すように、発光装置１０は、発光素子３０及び制御部５０を含んで構成されており、図１に示すスイッチ４０、スイッチ４４、及びバイアスティー（図１では、「ＢＴ」と表記）４２は制御部５０の一部を構成している。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態に係る発光素子３０は、発光部３２（発光領域）、及び帰還部３４（帰還領域）を備えている。本実施の形態に係る発光部３２は発光装置１０から出射される出射光Ｌｏを生成する部位であり、一例として面発光型半導体レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）として構成されている。一方、帰還部３４は、主として発光部３２で生成された光の一部を増幅して帰還させる半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＳＯＡ）として構成されている。
【００２５】
本実施の形態に係る帰還部３４は、ＳＯＡとしての機能の他に発光部３２で発光された光の光量をモニタするモニタフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ。以下、「モニタＰＤ」）としての機能を備えている。つまり、本実施の形態に係る帰還部３４は、ＳＯＡの機能と、モニタＰＤの機能が兼用化されている。ＳＯＡの機能とモニタＰＤとしての機能は、以下で詳述する発光素子３０の２つの動作モードに応じて使い分けられている。
すなわち、発光部３２からデータ信号で変調された光データ信号を出射させる「光データ信号伝送モード」では帰還部３４をＳＯＡとして機能させ、発光部３２で発光される光の光量をモニタする「光量モニタモード」ではモニタＰＤとして機能させる。
【００２６】
より詳細には、光データ信号伝送モードにおいては、帰還部３４は、発光部３２からの染み出し光Ｌｍ（後述）を伝播させるとともに反射させ、発光部３２に帰還させる。発光素子３０では、発光部３２に対し帰還部３４によって発振光の一部を帰還させることにより、発光部３２をデータ信号で変調する際の変調速度の改善を図っている。一方、光量モニタモードにおいては、帰還部３４は、発光部３２からの染み出し光Ｌｍ（後述）を伝播させ光電流に変換して発光部３２で発光された光の光量をモニタする。図１に示すように、本実施の形態に係る発光部３２と帰還部３４とは共通の半導体層によって形成されている。
【００２７】
発光部３２の上面にはｐ側電極配線２０−１形成され、帰還部３４の上面にはｐ側電極配線２０−２が形成され、発光素子３０の裏面側にはｎ側電極配線２２（裏面電極）が形成されている。以下、ｐ側電極配線２０−１、２０−２を総称する場合には、「ｐ側電極配線２０」という場合がある。
【００２８】
バイアスティー４２は、直流信号と交流信号とが相互に影響を与えないようにして交流信号と直流信号とを合成し、発光素子３０に供給する３端子パッシブ回路である。図１に示すように、バイアスティー４２の端子Ｐ１はスイッチ４０を介して交流信号Ｖｐｐを発生する交流信号源８０に接続され、端子Ｐ２は直流バイアス電圧Ｖｂを発生する電源８６に接続され、端子Ｐ３はｐ側電極配線２０−１に接続されている。交流信号Ｖｐｐは図示しないデータ信号によって変調され、変調されたデータ信号が発光素子３０に印加されることにより、データ信号により変調された出射光Ｌｏ（光データ信号）が発光素子３０から出射される。直流バイアス電圧Ｖｂは、発光素子３０を順方向にバイアスする電圧である。スイッチ４０は、交流信号Ｖｐｐを発光素子３０に印加するかしないか（接続／非接続）を切り替えるスイッチである。
【００２９】
一方、ｐ側電極配線２０−２には、スイッチ４４を介して、順バイアス電圧Ｖｆを発生する電源８２、又はモニタバイアス電圧Ｖｍを発生する電源８４が接続される。スイッチ４４は接点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の３つの接点を有し、電源８２は接点Ｓ１に接続され、電源８４は接点Ｓ２に接続されている。順バイアス電圧Ｖｆは、光データ信号伝送モードにおいて帰還部３４に印加する順バイアス電圧である。また、モニタバイアス電圧Ｖｍは、光量モニタモードにおいて帰還部３４に印加する逆バイアス電圧である。そのためスイッチ４４の接点Ｓ２は、制御部５０の後述する光量設定部５２にも接続されている。一方、スイッチ４４の接点Ｓ３には何も接続されておらず、ｐ側電極配線２０−２を開放（オープン）にする際用いられる接点である。
【００３０】
次に、図２を参照して、本実施の形態に係る発光素子３０についてより詳細に説明する。図２に示すように、発光素子３０は、基板１２上に形成された下部ＤＢＲ１４、下部ＤＢＲ１４上に形成された活性領域１６、活性領域１６上に形成された上部ＤＢＲ１８を備えている。また、上部ＤＢＲ１８内には、酸化狭窄層２６が形成され、発光部３２と帰還部３４との間には電流阻止領域２４が形成されている。上述したように、基板１２の裏面にはｎ側電極配線２２が形成されている。
【００３１】
本実施の形態では、基板１２を一例としてｎ型のＧａＡｓ基板とし、下部ＤＢＲ１４をｎ型とし、上部ＤＢＲ１８をｐ型としている。しかしながら、基板１２、下部ＤＢＲ１４、上部ＤＢＲ１８の極性はこれに限られず、これらの極性を逆に、すなわち、基板１２をｐ型のＧａＡｓ基板とし、下部ＤＢＲ１４をｐ型、上部ＤＢＲ１８をｎ型としもよい。
【００３２】
下部ＤＢＲ１４は、以下で説明する上部ＤＢＲ１８と対になって、発光素子３０（ＶＣＳＥＬ）における発光に寄与する共振器を構成している。下部ＤＢＲ１４は、発光素子３０の発振波長をλ、媒質（半導体層）の屈折率をｎとした場合に、膜厚がそれぞれ０．２５λ／ｎとされかつ屈折率の互いに異なる２つの半導体層を交互に繰り返し積層して構成される多層膜反射鏡である。具体的な一例として、下部ＤＢＲ１４は、Ａｌ０．９０Ｇａ０．１Ａｓによるｎ型の低屈折率層と、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓによるｎ型の高屈折率層と、を交互に繰り返し積層することにより構成されている。
【００３３】
本実施の形態に係る活性領域１６は、例えば、下部スペーサ層、量子井戸活性層、及び上部スペーサ層を含んで構成されてもよい（図示省略）。本実施の形態に係る量子井戸活性層は、例えば、４層のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる障壁層と、その間に設けられた３層のＧａＡｓからなる量子井戸層と、で構成されてもよい。なお、下部スペーサ層、上部スペーサ層は、各々量子井戸活性層と下部ＤＢＲ１４との間、量子井戸活性層と上部ＤＢＲ１８との間に配置されることにより、共振器の長さを調整する機能とともに、キャリアを閉じ込めるためのクラッド層としての機能も有している。
【００３４】
活性領域１６上に設けられた酸化狭窄層２６はｐ型の電流狭窄層であり、非酸化領域２６ａ及び酸化領域２６ｂを含んで構成されている。酸化領域２６ｂは発光素子３０製造工程において成膜された半導体層を周囲から酸化処理して形成される。従って、本実施の形態に係る非酸化領域２６ａは、発光部３２から帰還部３４にかけて連続して形成されている。ｐ側電極配線２０からｎ側電極配線２２に向かって流れる電流は、酸化領域２６ｂによって絞られる。
【００３５】
上部ＤＢＲ１８は、膜厚がそれぞれ０．２５λ／ｎとされかつ屈折率の互いに異なる２つの半導体層を交互に繰り返し積層して構成される多層膜反射鏡である。具体的な一例として、上部ＤＢＲ１８は、Ａｌ０．９０Ｇａ０．１Ａｓによるｐ型の低屈折率層と、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓによるｐ型の高屈折率層と、を交互に繰り返し積層することにより構成されている。上部ＤＢＲ１８上には、光の出射面を保護する出射面保護層が設けられる場合もある。
【００３６】
電流阻止領域２４（分離領域）は発光部３２と帰還部３４との間に設けられ、発光部３２と帰還部３４とを電気的に分離している。電流阻止領域２４は、発光部３２と帰還部３４との間の少なくとも一部を電気的に分離することにより光出力の検出精度を向上させる（Ｓ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）比を改善する）ためのものであり、必須のものではない。つまり、検出精度の許容度によっては電流阻止領域２４を用いなくともよい。
【００３７】
図２に示すように、電流阻止領域２４は発光素子３０の半導体層の上面から酸化狭窄層２６にかけての上部ＤＢＲ１８内に形成されている。本実施の形態に係る電流阻止領域２４は、一例としてＨ＋（プロトン）イオンを注入して形成された高抵抗領域である。本実施の形態に係る電流阻止領域２４は、発光部３２と帰還部３４との間の電流のクロストークを抑制しており、イオン注入に限られず、例えば発光素子３０の半導体層の上面から酸化狭窄層２６にかけての上部ＤＢＲ１８内に溝を設けて形成してもよい。
【００３８】
次に図３を参照して、本実施の形態に係る発光素子３０の動作について説明する。図３は、発光素子３０を図２と同じ位置で見た断面図を示している。
【００３９】
上述したように、本実施の形態に係る発光部３２はＶＣＳＥＬによって構成されている。一般的なＶＣＳＥＬは、半導体基板（基板１２相当）上に設けられた一対の分布ブラッグ反射器（下部ＤＢＲ１４及び上部ＤＢＲ１８に相当）、一対の分布ブラッグ反射器の間に設けられた活性領域（活性層、下部スペーサ層、及び上部スペーサ層を含む活性領域１６に相当）を備えて構成されている。そして、分布ブラッグ反射器の両側に設けられた電極（ｐ側電極配線２０及びｎ側電極配線２２に相当）により活性層へ電流を注入し、基板面に対して垂直にレーザ発振を生じさせ、素子の上部から発振した光を出射させる構成となっている。
【００４０】
本実施の形態に係る発光素子３０でも、図３に示すように、ｐ側電極配線２０−１とｎ側電極配線２２との間に駆動電流Ｉｖを流すことによって、下部ＤＢＲ１４と上部ＤＢＲ１８との間に発振光Ｌｖが発生する。そして、発振光Ｌｖの一部が出射光Ｌｏとして発光部３２から出射される。
【００４１】
一方、本実施の形態に係る発光素子３０では、図３に示すように、発振光Ｌｖの一部は基板１２に平行な方向（発光素子３０の各層の積層方向と直交する方向、以下この方向を「水平方向」という場合がある）に漏れ、染み出し光Ｌｍとなって帰還部３４側に染み出す。これは、本実施の形態に係る発光素子３０では周囲に酸化領域２６ｂが形成されていることにより、非酸化領域２６ａが発光部３２から帰還部３４にかけて形成されているためである。すなわち、半導体層を酸化すると一般に屈折率が低下するので、非酸化領域２６ａの屈折率は酸化領域２６ｂの屈折率よりも高くなっている。この屈折率差によって発光部３２で発生した発振光Ｌｖの一部が、染み出し光Ｌｍとなって帰還部３４に染み出す。
【００４２】
帰還部３４に染み出した染み出し光Ｌｍは、一定の傾斜角で傾むいた状態で、下部ＤＢＲ１４及び上部ＤＢＲ１８による共振器で共振されながら水平方向に伝播される。そのため、染み出し光Ｌｍの伝播時間は直線的に水平方向へ伝播する光と比べて遅くなり、染み出し光Ｌｍはいわゆるスローライトの状態となっている。本実施の形態に係る帰還部３４では、この染み出し光Ｌｍを２つの用途で兼用している。すなわち、発光部３２で発光した光を光伝送路１５０（図８参照）にむけて送信する光データ信号伝送モードでは、帰還部３４から発光部３２に向けて染み出し光Ｌｍを帰還させる。一方、発光部３２から出射する出射光Ｌｏの光量をモニタする光量モニタモードにおいては、染み出し光Ｌｍを出射光Ｌｏの光量に略比例する受光電流（モニタ電流）に変換する。
【００４３】
まず、光データ信号伝送モードにおける帰還部３４の動作について説明する。光データ信号伝送モードにおいては、ｐ側電極配線２０−２に順バイアス電圧Ｖｆ（図１参照）を印加する。この状態において、帰還部３４は染み出し光Ｌｍを増幅するＳＯＡとして機能する。
【００４４】
より具体的には、染み出し光Ｌｍは、帰還部３４の非酸化領域２６ａ内を水平方向に伝播した後、端部に設けられた光反射部で反射される。本実施の形態に係る光反射部は屈折率変化を利用するものであり、帰還部３４の非酸化領域２６ａと酸化領域２６ｂとの境界２８で染み出し光Ｌｍが反射される。帰還部３４で反射された光は、酸化領域２６ｂを伝播しつつ、再び発光部３２の共振器へフィードバック（光帰還）される。なお、光反射部は、必ずしも屈折率変化の利用に限らず、帰還部３４の端部に別箇の光反射部材を取り付けてもよい。
【００４５】
染み出し光Ｌｍは、発光部３２に帰還されるまでの間に、帰還部３４の下部ＤＢＲ１４と上部ＤＢＲ１８との間で反射を繰り返しつつ帰還部３４内を水平方向に伝播するので何度も活性領域１６を通過する。そのため、染み出し光Ｌｍは帰還部３４において効率よく増幅された後、発光部３２に帰還される。なお、光データ信号伝送モードにおいて染み出し光Ｌｍは必ずしも増幅する必要はなく、そのまま発光部３２に帰還させてもよい。この場合は帰還部３４のｐ側電極配線２０−２に順バイアス電圧Ｖｆを印加する必要がないので、スイッチ４４を接点Ｓ３に接続し、ｐ側電極配線２０−２は開放（オープン）とする。この場合、帰還部３４は、いわば利得が約１のＳＯＡと考えられる。
【００４６】
一方、光量モニタモードでは、染み出し光Ｌｍが発光部３２から出射される出射光Ｌｏの光量に略比例するという特性を利用している。すなわち、光量モニタモードにおいては、ｐ側電極配線２０−２にモニタバイアス電圧Ｖｍ（図１参照）を印加し、帰還部３４を、染み出し光Ｌｍを電流に変換するモニタＰＤとして機能させる。上述したように、発光部３２から染み出した染み出し光Ｌｍは、帰還部３４を伝播する間に何度も活性領域１６を通過する。そのため、帰還部３４に上記のモニタバイアス電圧Ｖｍが印加される光量モニタモードにおいては、染み出し光Ｌｍによるモニタ電流Ｉｍが効率よく生成される。
【００４７】
以上詳述したように、上記のような構成を有する本実施の形態に係る発光素子３０では、発光部３２と帰還部３４とが光学的に結合されることにより結合共振器が構成されている。そのため、光データ信号伝送モードにおいては、発光部３２で発生した発振光Ｌｖの一部が染み出し光Ｌｍとなって帰還部３４に伝播し、ＳＯＡとしての帰還部３４で効率よく増幅されて再び発光部３２に戻る。このことにより、発光部３２における変調速度が向上する。一方、光量モニタモードにおいては、発光部３２で発生した発振光Ｌｖの一部が染み出し光Ｌｍとなって帰還部３４に伝播し、モニタＰＤとしての帰還部３４で効率よくモニタ電流に変換される。
【００４８】
次に、図４及び図５を参照して、本実施の形態に係る制御部５０についてより詳細に説明する。図４は制御部の構成の一例を示すブロック図であり、図５（ａ）は光データ信号伝送モード時におけるスイッチ４０及びスイッチ４４の接続を示した図であり、図５（ｂ）は光量モニタモード時におけるスイッチ４０及びスイッチ４４の接続を示した図である。
【００４９】
ところで、ＶＣＳＥＬに限らず半導体レーザにおいては、温度変動や、電源変動等に伴って光出力が変動しないように安定化させることが求められる場合があり、その安定化の一方式として、半導体レーザの光出力をモニタＰＤ等によってモニタ電流として検出し、検出されたモニタ電流を基準値と比較して差分値を求め、この差分値を用いて駆動電流を変え半導体レーザの光出力を負帰還制御する方式がある。以下、この方式によって半導体レーザを制御することを、「帰還制御」という場合がある。
【００５０】
本実施の形態に係る発光装置１０でも、光データ信号伝送モードにおける発光部３２の駆動で上記帰還制御方式を利用している。ここで、本実施の形態に係る帰還部３４は上記のように、光データ信号伝送モードにおけるＳＯＡの機能と、光量モニタモードにおけるモニタＰＤとしての機能を兼用しているが、この２つの機能を同時に発揮させることは困難である。光データ信号伝送モードと光量モニタモードとを同時に行うと、染み出し光Ｌｍの一部が受光電流に変換され発光部３２に帰還する光量が低下し、発光部３２における変調速度の向上が阻害されるからである。そこで、本実施の形態に係る発光装置１０ではＳＯＡの機能とモニタＰＤの機能とを時分割で切り替えるように構成している。つまり、制御部５０は、光量モニタモードにおいてモニタ電流を用いた帰還制御により取得した発光部３２の駆動条件を記憶させ、光データ信号伝送モードにおいて該記憶されている駆動条件を用いて発光部３２における発光量を調整するように発光素子３０を制御している。
【００５１】
図４に示すように、制御部５０は、発光素子３０に接続され、光量設定部５２、全体制御部５４、駆動信号出力部５６、バイアスティー４２、バイアス電流生成部６０、順バイアス回路５８、スイッチ４０、４４を含んで構成されている。
【００５２】
全体制御部５４は、例えば図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を含み、駆動信号出力部５６、スイッチ４０、４４等、制御部５０の全体を統括制御する。
【００５３】
駆動信号出力部５６は、交流信号源８０（図１参照）から供給された交流信号Ｖｐｐ、すなわち発光素子３０の変調信号を、スイッチ４０、バイアスティー４２を介して発光素子３０の発光部３２に供給する。その際全体制御部５４は、図５（ａ）に示すように、光データ信号伝送モードにおいて閉じる（オンとする）ようにスイッチ４０を制御する。そのため、光信号伝送モードにおいては、バイアス電流に交流信号Ｖｐｐが重畳された駆動電流Ｉｖが発光部３２に供給される。一方、全体制御部５４は、光量モニタモードにおいては、スイッチ４０を開く（オフとする）ようにスイッチ４０を制御する。ただし、光量モニタモードにおいてはスイッチ４０をオフにして交流信号Ｖｐｐは印加されないようにするが、発光部３２での発光は行う必要があるので、交流信号Ｖｐｐの変わりに帰還部３４で帰還光が発生しない程度の低速の交流信号、又は直流信号を供給する。なお、直流信号を供給する場合には、直流バイアス電圧Ｖｂを供給する電源８６を用いてもよい。
【００５４】
全体制御部５４は、図５（ａ）に示すように、光データ信号伝送モードにおいて接点Ｓ１又は接点Ｓ３に接続されるようにスイッチ４４を制御する。接点Ｓ１には、電源８２（図１参照）から順バイアス電圧Ｖｆが供給される順バイアス回路５８が接続されている。全体制御部５４によってスイッチ４４が接点Ｓ１に接続されると、ＳＯＡとしての帰還部３４に順バイアス電圧Ｖｆが印加され、駆動電流Ｉａが供給される。また、全体制御部５４によってスイッチ４４が接点Ｓ３に接続されると、帰還部３４のｐ側電極配線２０−２（図３参照）がオープンとされ、駆動電流Ｉａは供給されない。上述したように、この場合は染み出し光Ｌｍが帰還部３４で増幅されることなく発光部３２に帰還される。スイッチ４４の接点Ｓ１に接続するか、接点Ｓ３に接続するかは、発光装置１０に要求される変調速度等を勘案して、予め設定しておいてもよい。
【００５５】
一方、光量モニタモードにおいては、全体制御部５４は、図５（ｂ）に示すように、接点Ｓ２に接続されるようにスイッチ４４を制御する。接点Ｓ２にはモニタバイアス電圧Ｖｍを供給する電源８４（図１参照）が接続されており、スイッチ４４が接点Ｓ２に接続されると、モニタＰＤとしての帰還部３４に逆バイアスが印加される。モニタバイアス電圧Ｖｍは通常負電圧とされるが、帰還部３４は逆バイアスを印加しなくてもＰＤとして機能するので、モニタバイアス電圧Ｖｍは０Ｖ（グランド電位）であってもよい。モニタＰＤとしての帰還部３４にモニタバイアス電圧Ｖｍが印加されると、帰還部３４からモニタ電流Ｉｍが発生する。
【００５６】
光量設定部５２は、電流−電圧変換部６２、基準電圧生成部６４、比較部６６、及びサンプルホールド回路６８を含んで構成されている。電流−電圧変換部６２は、発光素子３０の帰還部３４で発生したモニタ電流Ｉｍを入力し、該モニタ電流Ｉｍをモニタ電圧Ｖｍｏｎに変換する。モニタ電圧Ｖｍｏｎもモニタ電流Ｉｍ同様出射光Ｌｏの光量に比例している。基準電圧生成部６４は、モニタ電圧Ｖｍｏｎに対する基準電圧Ｖｒを発生する部位であり、基準電圧Ｖｒは発光部３２における光出力の目標値を決定している。なお、電流−電圧変換部６２は、例えばモニタ電流Ｉｍを流してモニタ電流Ｉｍに比例するモニタ電圧Ｖｍｏｎを発生する抵抗で構成する。その際、モニタ電流Ｉｍを入力とし、モニタ電流Ｉｍに比例する電流を発生させるカレントミラー回路を用い、該抵抗を負荷としてもよい。
【００５７】
比較部６６は、モニタ電圧Ｖｍｏｎと基準電圧Ｖｒと比較し、誤差電圧Ｖｅを発生する部位であり、帰還制御ではこの誤差電圧Ｖｅがゼロに近づくように制御される。光量モニタモードでは、ｐ側電極配線２０−１に直流信号又は低周波信号が印加されて発光部３２が発光しているので、制御部５０はモニタ電流Ｉｍを介して発光素子３０を帰還制御している。サンプルホールド回路６８は、この帰還制御が安定した時点の誤差電圧Ｖｅを保持する。
【００５８】
バイアス電流生成部６０は、誤差電圧Ｖｅに応じたバイアス電流を発生させ、発光素子３０の発光部３２に負帰還させる部位である。バイアス電流生成部６０で生成されたバイアス電流はバイアスティー４２で交流信号Ｖｐｐと合成され、駆動電流Ｉｖとして発光素子３０の発光部３２に供給される。光データ信号伝送モードにおいては、この誤差電圧Ｖｅに基づいて発光素子３０の発光部３２における出射光Ｌｏが制御される。発光素子３０では、以上のように構成された制御部５０によって発光装置１０の光出力が制御され、光出力の安定化が図られている。なお、誤差電圧Ｖｅを駆動信号出力部５６に供給し、誤差電圧Ｖｅによって、例えば交流信号Ｖｐｐの振幅等を制御して、発光装置１０の光出力を制御するように構成してもよい。
【００５９】
次に、図６を参照して、発光装置１０における光データ信号伝送モードと光量モニタモードにおける発光装置１０の時分割制御についてより詳細に説明する。図６（ａ）は各モードにおいて発光部３２のｐ側電極配線２０−１に印加する電圧波形のタイムチャートを示しており、図６（ｂ）は各モードにおいて帰還部３４のｐ側電極配線２０−２に印加する電圧波形のタイムチャートを示している。
【００６０】
図６（ａ）に示すように、本実施の形態に係る発光装置１０のタイムチャートは、光データ信号伝送モードが実行されるデータ送信期間ＴＤと光量モニタモードが実行されるモニタ期間Ｔｍに分割される。本実施の形態では、発光装置１０と対向する受光装置との間で通信が行われるデータ送信期間ＴＤと比較して、光量のモニタ値を取得するだけのモニタ期間Ｔｍは小さく設定される。
【００６１】
図６（ａ）に示すように、データ送信期間ＴＤでは、発光部３２に振幅Ｖｐ（ピークツーピーク値）の交流信号Ｖｐｐが供給されている。図６（ａ）では、交流信号Ｖｐｐの振幅の中央に直流バイアス電圧Ｖｂを印加する形態を例示している。一方、図６（ａ）に示すように、モニタ期間Ｔｍでは交流信号Ｖｐｐは供給されず、代わりに発光部３２に低速の交流信号又は直流信号（光データ信号伝送モードで伝送される信号の周波数よりも低い周波数。以下、「低速信号」）を印加し、駆動電流Ｉｖを流す。このことにより発光部３２が発光し出射光Ｌｏの光量がモニタされる。なお、交流信号Ｖｐｐによる駆動電流Ｉｖと、低速信号によるＩｖとの対応は、予め実験、シミュレーション等によって求めておいてもよい。
【００６２】
一方、図６（ｂ）に示すように、データ期間ＴＤでは、帰還部３４に順バイアス電圧Ｖｆが印加される。ただし、上述したように、帰還部３４を通常のＳＯＡとして機能させない場合（つまり、利得が１のＳＯＡとして機能させる場合）には、図１に示すスイッチ４４を接点Ｓ３に接続して帰還部３４に信号を何も印加しないようにしてもよい。また、図６（ｂ）に示すように、モニタ期間Ｔｍでは帰還部３４に負電圧のモニタバイアス電圧Ｖｍを印加する。ただし、上述したように、モニタバイアス電圧Ｖｍは負電圧に限られず、０Ｖ（グランド電位）であってもよい。
【００６３】
次に、図７を参照して、本実施の形態に係る駆動制御について説明する。図７は、本実施の形態に係る駆動制御処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。本駆動制御処理プログラムは、制御部５０内に備えられた図示しないＣＰＵがＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶手段に記憶された駆動制御処理プログラムを読み込み、実行することによりなされる。
【００６４】
図７に示すように、まずステップＳ１００で制御部５０の初期設定を行う。本初期設定は、一旦光量モニタモードにして駆動電流Ｉｖの初期値を設定してもよいし、予め定められた駆動電流Ｉｖの設定値をＲＯＭ等に記憶しておき、この記憶されている駆動電流Ｉｖを読み出すことによって行ってもよい。
【００６５】
次のステップＳ１０２では、モニタ期間Ｔｍが到来したか否か判定する。当該判定が肯定判定となった場合にはステップＳ１０４に移行する一方、否定判定となった場合にはステップＳ１０８に移行する。なお、モニタ期間Ｔｍとモニタ期間Ｔｍとの間隔は、サンプルホールド回路６８のホールド特性等に応じて設定すればよい。また、これに限られず、発光装置の電源を投入してからの予め定めた経過時間、予め定めた量のデータの送信、予め定めた日時、予め定めたイベント発生時等によって設定してもよい。
【００６６】
ステップＳ１０４では、発光装置１０に上述した設定を行って光データ信号送信モードを実行する。本ステップでは、初期設定、又は光量モニタモードで設定された駆動電流Ｉｖによって発光部３２が駆動される一方、帰還部３４で染み出し光Ｌｍが反射されて発光部３２に帰還される。
【００６７】
次のステップＳ１０６では、送信すべきデータが終了したか否か判定し、当該判定が否定判定となった場合にはステップＳ１０２に移行し、モニタ期間Ｔｍの到来を待機する一方、肯定判定となった場合には本駆動制御処理プログラムを終了する。
【００６８】
ステップＳ１０２で肯定判定となった場合には、モニタ期間Ｔｍが到来したので、発光装置１０に上述した設定を行って光量モニタモードを実行する。光量モニタモードでは、光量設定部５２による負帰還制御により駆動電流Ｉｖの値が更新される。その後ステップＳ１０２に移行し、モニタ期間Ｔｍの到来を待機する。
【００６９】
［第２の実施の形態］
次に、図８を参照して、本実施の形態に係る光伝送装置について説明する。本実施の形態に係る光伝送装置１００は、光ファイバ等による光伝送路１５０の両端に光送信器、及び光受信器を配置して行われる光通信システム（光伝送システム）における光送信器側を構成する装置である。図８に示すように、本実施の形態に係る光伝送システムは、光伝送装置１００、光伝送路１５０及び光受信器２００を含んで構成されている。
【００７０】
図８に示すように、光伝送装置１００は光送信モジュール４００及び制御部４８０を備えて構成されている。
【００７１】
光送信モジュール４００は、発光装置１０が含まれる電子部品４１０を搭載する金属のステム４２０を含み、ステム４２０が中空のキャップ４３０で覆われ、キャップ４３０の中央にボールレンズ４４０が固定されている。ステム４２０にはさらに円筒状の筐体４５０が取り付けられ、筐体４５０の端部にフェルール４６０を介して光ファイバ４７０が固定される。
【００７２】
一方、制御部４８０は制御部５０と接続され、光受信器２００との関係における発光装置１０の制御等上位の制御を行う。また、制御部４８０には交流信号源８０、電源８２、８４、８６が含まれ、交流信号Ｖｐｐ、順バイアス電圧Ｖｆ、モニタバイアス電圧Ｖｍ、直流バイアス電圧Ｖｂ等を制御部５０に供給する。電子部品４１０に含まれる発光装置１０が制御部４８０、制御部５０によって駆動され、出射光Ｌｏを出射する。電子部品４１０から出射された出射光Ｌｏはボールレンズ４４０によって集光され、集光された光は光ファイバ４７０に入射され、光伝送路１５０を介して送信される。なお、ボールレンズ以外にも両凸レンズや平凸レンズ等の他のレンズを用いてもよい。
【００７３】
なお、上記各実施の形態に係る制御部５０の各機能は、例えば、ＣＰＵやＡＳＩＣなどの集積回路や、トランジスタ、ＦＥＴ、オペアンプなどのディスクリート部品の組み合わせで構成される。また、スイッチ等の制御タイミングは、例えば、ＣＰＵ等で実行されるソフトウェアとして構成されてもよい。
【００７４】
また、上記各実施の形態では、半絶縁性のＧａＡｓ基板を用いたＧａＡｓ系を例示して説明したが、これに限られず、ＧａＮ（窒化ガリウム）による基板、あるいはＩｎＰ（リン化インジウム）による基板を用いた形態としてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１０      発光装置
１２      基板
１４      下部ＤＢＲ
１６      活性領域
１８      上部ＤＢＲ
２０、２０−１、２０−２  ｐ側電極配線
２２      ｎ側電極配線
２４      電流阻止領域
２６      酸化狭窄層
２６ａ    非酸化領域
２６ｂ    酸化領域
２８      境界
３０      発光素子
３２      発光部
３４      帰還部
４０      スイッチ
４２      バイアスティー
４４      スイッチ
５０      制御部
５２      光量設定部
５４      全体制御部
５６      駆動信号出力部
５８      順バイアス回路
６０      バイアス電流生成部
６２      電流−電圧変換部
６４      基準電圧生成部
６６      比較部
６８      サンプルホールド回路
８０      交流信号源
８２、８４、８６  電源
１００    光伝送装置
１５０    光伝送路
２００    光受信器
４００    光送信モジュール
４１０    電子部品
４２０    ステム
４３０    キャップ
４４０    ボールレンズ
４５０    筐体
４６０    フェルール
４７０    光ファイバ
４８０    制御部
Ｉｍ      モニタ電流
Ｉｖ、Ｉａ  駆動電流
Ｌｏ      出射光
Ｌｖ      発振光
Ｌｍ      染み出し光
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３  端子
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３  接点
ＴＤ      データ送信期間
Ｔｍ      モニタ期間
Ｖｂ      直流バイアス電圧
Ｖｆ      順バイアス電圧
Ｖｍ      モニタバイアス電圧
Ｖｍｏｎ  モニタ電圧
Ｖｐｐ    交流信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018041771.tif 000009
【図８】
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