(57)【要約】【課題】半導体光デバイスの頓死を早期に予測すること。【解決手段】半導体レーザ装置１００は、半導体レーザ１１０と、判定装置１２０と、を備える。半導体レーザ１１０は、活性層にアルミなどを含む半導体レーザである。判定装置１２０は、検出部１２１と、判定部１２２と、を備える。検出部１２１は、半導体レーザ１１０からの出射光の波長の短波長側への移動を検出する。判定部１２２は、検出部１２１による検出結果に基づいて、半導体レーザ１１０の頓死の予兆を判定する。【選択図】図１Ａ
2015115556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含む半導体レーザと、
前記半導体レーザからの出射光の波長の短波長側への移動を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて前記半導体レーザの頓死の予兆を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記出射光を透過させ、前記出射光の初期の波長帯域での透過率と、前記初期の波長帯域より短い波長帯域での透過率と、が異なる光フィルタと、
前記光フィルタを透過した光を受光する受光部と、
を備え、
前記検出部は、前記受光部による受光強度に基づいて前記出射光の波長の短波長側への移動を検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記出射光を分岐する分岐部と、
前記受光部（「第１受光部」と称する。）と異なる、前記分岐部によって分岐された光の一方を受光する第２受光部と、
を備え、
前記光フィルタは、前記分岐部によって分岐された光の他方を透過させ、
前記検出部は、前記第１受光部および前記第２受光部による各受光強度の比較結果に基づいて前記出射光の波長の短波長側への移動を検出する、
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記検出部は、前記出射光の波長の初期状態からの短波長側への移動量に応じた値を取得し、
前記判定部は、前記検出部によって取得された値に基づいて前記予兆を判定する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記検出部は、前記出射光の波長の単位時間あたりの短波長側への移動量に応じた値を取得し、
前記判定部は、前記検出部によって取得された値に基づいて前記予兆を判定する、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記半導体レーザの温度を示す情報を取得する取得部を備え、
前記検出部は、前記取得部によって取得された情報に基づいて補正した前記出射光の波長の短波長側への移動を検出する、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記半導体レーザの駆動電流の大きさを示す情報を取得する取得部を備え、
前記検出部は、前記取得部によって取得された情報に基づいて補正した前記出射光の波長の短波長側への移動を検出する、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記半導体レーザを複数備え、
前記判定部によって前記頓死の予兆があると判定された場合に、前記半導体レーザのうちの駆動する半導体レーザを切り替える制御部を備える、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含む半導体レーザと、
入射光と前記半導体レーザからの出射光とを通過させることで前記入射光を増幅して出射する光増幅媒体と、
前記半導体レーザからの出射光の波長の短波長側への移動を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて前記半導体レーザの頓死の予兆を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする光アンプ。
【請求項１０】
活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含む半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器からの自然放出光の波長の短波長側への移動を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて前記半導体光増幅器の頓死の予兆を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする光アンプ。
【請求項１１】
活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含む半導体レーザからの出射光の波長の短波長側への移動を検出し、
前記出射光の波長の短波長側への移動の検出結果に基づいて前記半導体レーザの頓死の予兆を判定する、
ことを特徴とする判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ装置、光アンプおよび判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ  Ｔｏ  Ｔｈｅ  Ｈｏｍｅ）サービス等の高速なインターネットアクセスサービスが普及している。ＦＴＴＨサービスにおいて、たとえば一本の光ファイバを複数のユーザで共有するＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）が知られている。また、海底ケーブルシステムにおいて、所定波長帯を透過する光フィルタを用いて、半導体レーザの光波長を監視する装置が知られている（たとえば、下記特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−９９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来技術では、半導体レーザや半導体光増幅器等の半導体光デバイスが急激に劣化して動作しなくなる頓死の予兆を早期に予測することは困難であるという問題がある。
【０００５】
１つの側面では、本発明は、半導体光デバイスの頓死を早期に予測することができる半導体レーザ装置、光アンプおよび判定方法を提供することを目的とする。光デバイスの一例としては、ファブリペロー型半導体レーザ、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ：垂直共振器面発光レーザ）、０．９８［μｍ］励起レーザ、ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：半導体光増幅器）などがある。さらに具体的には、頓死という故障モードを発生させやすいと一般的に言われている活性層にＡｌを含む場合（たとえばＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＡｓ）や活性層の材料がＧａＡｓの場合に当該発明を適用するのが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の一側面によれば、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含む半導体レーザからの出射光の波長の短波長側への移動を検出し、前記出射光の波長の短波長側への移動の検出結果に基づいて前記半導体レーザの頓死の予兆を判定する半導体レーザ装置、光アンプおよび判定方法が提案される。
【０００７】
また、本発明の別の側面によれば、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含む半導体光増幅器からの自然放出光の波長の短波長側への移動を検出し、前記自然放出光の波長の短波長側への移動の検出結果に基づいて前記半導体光増幅器の頓死の予兆を判定する光アンプおよび判定方法が提案される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一側面によれば、半導体光デバイスの頓死を早期に予測することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の一例を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示した半導体レーザ装置における光および電気の流れの一例を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａに示した半導体レーザ装置の変形例を示す図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、図１Ｃに示した半導体レーザ装置における光および電気の流れの一例を示す図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、実施の形態１にかかる光アンプの一例を示す図である。
【図１Ｆ】図１Ｆは、図１Ｅに示した光アンプにおける光および電気の流れの一例を示す図である。
【図１Ｇ】図１Ｇは、図１Ｅに示した光アンプの変形例を示す図である。
【図１Ｈ】図１Ｈは、図１Ｇに示した光アンプにおける光および電気の流れの一例を示す図である。
【図１Ｉ】図１Ｉは、実施の形態１にかかる光アンプの他の例（半導体光増幅器）を示す図である。
【図１Ｊ】図１Ｊは、図１Ｉに示した光アンプ（半導体光増幅器）における光および電気の流れの一例を示す図である。
【図１Ｋ】図１Ｋは、図１Ｉに示した光アンプの変形例を示す図である。
【図１Ｌ】図１Ｌは、図１Ｋに示した光アンプにおける光および電気の流れの一例を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、実施の形態２にかかる判定装置の一例を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示した判定装置における光および電気の流れの一例を示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、実施の形態２にかかる判定装置の変形例を示す図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図２Ｃに示した判定装置における光および電気の流れの一例を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、光フィルタの波長透過特性の一例を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、光フィルタの波長透過特性の変形例を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、ＧａＩｎＡｓＰ系の結晶層を有するＬＤにおけるエネルギバンドギャップ形状の一例を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、ＡｌＧａＩｎＡｓ系の結晶層を有するエネルギバンドギャップ形状における特性の一例を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、半導体レーザの一例を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、結晶欠陥と波長シフトの因果関係の一例を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、活性層のキャリア密度の増加と波長シフトの因果関係の一例を示す図（その１）である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、活性層のキャリア密度の増加と波長シフトの因果関係の一例を示す図（その２）である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、ＬＤの活性層に生じるダークラインの一例を示す図である。
【図６】図６は、発振波長のシフトの一例を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、初期状態の発振光と光フィルタの波長透過特性との関係の一例を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、初期状態の発振光と光フィルタの波長透過特性との関係の他の例を示す図である。
【図８】図８は、波長シフト時の透過率の変化の一例を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、波長シフトによる第１ＰＤによる受光パワーの低下の一例を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、発振波長のシフトに対する各部の特性の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、ＰＤのダイナミックレンジの一例を示す図である。
【図１１】図１１は、時間経過による発振波長の変化の一例を示す図（その１）である。
【図１２】図１２は、時間経過による発振波長の変化の一例を示す図（その２）である。
【図１３】図１３は、判定装置による処理の一例を示すフローチャートである。
【図１４Ａ】図１４Ａは、判定装置を適用した通信システムの一例を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１４Ａに示した通信システムにおける光および電気の流れの一例を示す図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、ＯＬＴの変形例１を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、ＯＬＴの変形例２を示す図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、実施の形態３にかかる光アンプの一例を示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、図１６Ａに示した光アンプにおける光および電気の流れの一例を示す図である。
【図１７】図１７は、駆動電流に対する発振波長の温度ごとの特性の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、時間経過によるＰＤ受光パワーの変化と発振波長との関係の一例を示す図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、ＬＤを切り替え可能なＬＤチップの一例を示す図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、図１９Ａに示したＬＤチップの構成における光および電気の流れの一例を示す図である。
【図１９Ｃ】図１９Ｃは、図１９Ａに示したＬＤチップの変形例を示す図である。
【図１９Ｄ】図１９Ｄは、図１９Ｃに示したＬＤチップの構成における光および電気の流れの一例を示す図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、駆動回路およびＬＤチップの一例を示す図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、図２０Ａに示した駆動回路およびＬＤチップにおける光および電気の流れの一例を示す図である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、電気スイッチ回路の一例を示す図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、電気スイッチ回路の切替回路の動作の一例を示す図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、実施の形態４にかかる光アンプの一例を示す図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、図２２Ａに示した光アンプにおける光および電気の流れの一例を示す図である。
【図２３Ａ】図２３Ａは、実施の形態４にかかる光アンプの変形例を示す図である。
【図２３Ｂ】図２３Ｂは、図２３Ａに示した光アンプにおける光および電気の流れの一例を示す図である。
【図２４Ａ】図２４Ａは、ＳＯＡにおける信号光およびＡＳＥ光の一例を示す図である。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、波長シフト時の透過率の変化の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に図面を参照して、本発明にかかる半導体レーザ装置、光アンプおよび判定方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
（実施の形態１にかかる半導体レーザ装置）
図１Ａは、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の一例を示す図である。図１Ｂは、図１Ａに示した半導体レーザ装置における光および電気の流れの一例を示す図である。図１Ａ，図１Ｂに示すように、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置１００は、半導体レーザ１１０と、判定装置１２０と、を備える。
【００１２】
半導体レーザ１１０は、活性層にアルミ（ＡＬ）またはヒ素ガリウム（ＧａＡｓ）を含むＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：レーザダイオード）である。半導体レーザ１１０は、入力される駆動電流に応じた光を発振して出射する。
【００１３】
判定装置１２０は、半導体レーザ１１０の頓死の予兆を判定する判定装置である。判定装置１２０には、半導体レーザ１１０からの出射光が入射される。図１Ａ，図１Ｂにおいては、半導体レーザ１１０からの前方出射光が分岐されて判定装置１２０へ入射される構成を示しているが、半導体レーザ１１０からの後方出射光（バック光）が判定装置１２０へ入射される構成としてもよい。
【００１４】
判定装置１２０は、たとえば、検出部１２１と、判定部１２２と、を備える。検出部１２１は、半導体レーザ１１０からの出射光の波長の、時間経過にともなう短波長側への移動を検出する。そして、検出部１２１は、検出結果を判定部１２２へ出力する。
【００１５】
判定部１２２は、検出部１２１から出力された検出結果に基づいて、半導体レーザ１１０の頓死の予兆の有無を判定する。そして、判定部１２２は、判定結果を出力する。たとえば、判定部１２２は、半導体レーザ装置１００の保守者に対して判定結果を出力する。または、判定部１２２は、たとえば半導体レーザ１１０の制御回路などへ判定結果を出力してもよい。
【００１６】
また、判定装置１２０は、半導体レーザ１１０とは異なる装置内に設けられていてもよい。たとえば、判定装置１２０は、半導体レーザ１１０によって送信された信号光を中継する中継装置や、半導体レーザ１１０によって送信された信号光を受信する光受信装置に設けられていてもよい。
【００１７】
図１Ｃは、図１Ａに示した半導体レーザ装置の変形例を示す図である。図１Ｄは、図１Ｃに示した半導体レーザ装置における光および電気の流れの一例を示す図である。図１Ｃ，図１Ｄにおいて、図１Ａ，図１Ｂと同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図１Ｃ，図１Ｄに示すように、半導体レーザ装置１００において、半導体レーザ１１０からの後方出射光（バック光）が判定装置１２０へ入射される構成としてもよい。これにより、半導体レーザ１１０の前方出射光（フロント光）を分岐しなくても短波シフトをモニタすることが可能になる。
【００１８】
（実施の形態１にかかる光アンプ）
図１Ｅは、実施の形態１にかかる光アンプの一例を示す図である。図１Ｆは、図１Ｅに示した光アンプにおける光および電気の流れの一例を示す図である。図１Ｅ，図１Ｆにおいて、図１Ａ，図１Ｂに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１Ｅ，図１Ｆに示すように、実施の形態１にかかる光アンプ１３０は、半導体レーザ１１０と、判定装置１２０と、光増幅媒体１３１（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｇａｉｎ  Ｍｅｄｉｕｍ）と、を備える。
【００１９】
光増幅媒体１３１は、光アンプ１３０への入射光と、半導体レーザ１１０からの出射光と、を通過させることで、光アンプ１３０への入射光を増幅して出射する光増幅媒体である。光増幅媒体１３１は、たとえばＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ：エルビウム添加ファイバ）である。
【００２０】
図１Ｅ，図１Ｆは、光アンプ１３０への入射光と、半導体レーザ１１０からの出射光と、が合波されて光増幅媒体１３１の前段から入射される前方励起の構成を示している。これに対して、たとえば、光アンプ１３０への入射光は光増幅媒体１３１の前段から入射し、半導体レーザ１１０からの出射光が光増幅媒体１３１の後段から入射される後方励起の構成としてもよい。または、前方励起および後方励起を組み合わせた双方向励起の構成としてもよい。
【００２１】
図１Ｇは、図１Ｅに示した光アンプの変形例を示す図である。図１Ｈは、図１Ｇに示した光アンプにおける光および電気の流れの一例を示す図である。図１Ｇ，図１Ｈにおいて、図１Ｅ，図１Ｆと同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図１Ｇ，図１Ｈに示すように、光アンプ１３０において、半導体レーザ１１０からの後方出射光（バック光）が判定装置１２０へ入射される構成としてもよい。これにより、半導体レーザ１１０の前方出射光（フロント光）を分岐しなくても短波シフトをモニタすることが可能になる。
【００２２】
（実施の形態１にかかる光アンプの他の例）
図１Ｉは、実施の形態１にかかる光アンプの他の例（半導体光増幅器）を示す図である。図１Ｊは、図１Ｉに示した光アンプ（半導体光増幅器）における光および電気の流れの一例を示す図である。図１Ｉ，図１Ｊにおいて、図１Ａ，図１Ｂに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１Ｉ，図１Ｊに示すように、実施の形態１にかかる光アンプ１５０は、半導体光増幅器１５１と、判定装置１２０と、を備える。
【００２３】
半導体光増幅器１５１は、たとえば活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含む半導体光増幅器である。半導体光増幅器も半導体レーザと同様にレーザ誘導放出という原理が用いられているため、半導体レーザと同様に頓死のリスクはある。さらにその活性層にアルミが含まれていると、半導体レーザと同様に高温時の効率（駆動電流  対  光出力パワー）を向上させることができるが、アルミは酸素と結合しやすいために結晶欠陥の増長を加速させる要因にもなるため、頓死のリスクが増える。
【００２４】
たとえば、半導体光増幅器１５１は、ＳＯＡである。半導体光増幅器１５１は、入射された光を、入力される駆動電流に応じて増幅して出射する。また、半導体光増幅器１５１からはＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：自然放出）光が出射される。
【００２５】
判定装置１２０は、半導体光増幅器１５１の頓死の予兆を判定する判定装置である。判定装置１２０には、半導体光増幅器１５１からのＡＳＥ光が入射される。図１Ｉ，図１Ｊにおいては、半導体光増幅器１５１からの前方出射光が分岐されて判定装置１２０へ入射される構成を示しているが、半導体光増幅器１５１からの後方出射光（バック光）が判定装置１２０へ入射される構成としてもよい。
【００２６】
検出部１２１は、半導体光増幅器１５１からのＡＳＥ光の波長の短波長側への移動を検出する。判定部１２２は、検出部１２１から出力された検出結果に基づいて、半導体光増幅器１５１の頓死の予兆の有無を判定する。
【００２７】
図１Ｋは、図１Ｉに示した光アンプの変形例を示す図である。図１Ｌは、図１Ｋに示した光アンプにおける光および電気の流れの一例を示す図である。図１Ｋ，図１Ｌにおいて、図１Ｉ，図１Ｊに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１Ｋ，図１Ｌに示すように、光アンプ１５０において、半導体光増幅器１５１からの後方出射光（バック光）が判定装置１２０へ入射される構成としてもよい。これにより、半導体光増幅器１５１の前方出射光（フロント光）を分岐しなくても短波シフトをモニタすることが可能になる。
【００２８】
このように、実施の形態１によれば、たとえば活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含む半導体レーザ１１０や半導体光増幅器１５１について、頓死の前兆として早期に現れる出力波長の短波長側へのシフトを検出することができる。これにより、半導体レーザ１１０や半導体光増幅器１５１などの半導体光デバイスの頓死を早期に予測することが可能になる。半導体光デバイスの頓死を早期に予測することが可能になることで、たとえば、頓死前の機器の切り替え等が可能になる。
【００２９】
（波長移動の検出方法の一例）
検出部１２１は、たとえば、出射光（またはＡＳＥ光）の波長の初期状態からの短波長側への移動量に応じた値を取得する。波長の移動量に応じた値は、たとえば、波長の移動量を直接的または間接的に示す値であってもよいし、波長の移動量に応じて増減する値であってもよい。これにより、出射光（またはＡＳＥ光）の波長が初期状態から短波長側へある程度移動した場合に、半導体レーザ１１０や半導体光増幅器１５１の頓死の予兆があると判定することができる。
【００３０】
また、検出部１２１は、出射光（またはＡＳＥ光）の波長の単位時間あたりの短波長側への移動量に応じた値を取得してもよい。これにより、出射光（またはＡＳＥ光）の波長が短波長側へ急激に移動した場合に、半導体レーザ１１０や半導体光増幅器１５１の頓死の予兆があると判定することができる。
【００３１】
また、判定装置１２０は、半導体レーザ１１０や半導体光増幅器１５１の温度を示す情報を取得する取得部を備えてもよい。そして、検出部１２１は、取得部によって取得された温度の情報に基づいて補正した、出射光（またはＡＳＥ光）の波長の短波長側への移動を検出する。これにより、半導体レーザ１１０や半導体光増幅器１５１の温度の変動による出射光（またはＡＳＥ光）の波長の移動があっても、アルミ酸化や結晶欠陥が増長しやすい活性層材料等に起因する、頓死の予兆としての波長の短波長側への移動を精度よく検出することができる。これにより、頓死の予兆を精度よく判定することができる。
【００３２】
また、判定装置１２０は、半導体レーザ１１０や半導体光増幅器１５１の駆動電流や温度の大きさを示す情報を取得する取得部を備えてもよい。そして、検出部１２１は、取得部によって取得された駆動電流や温度の大きさの情報に基づいて補正した、出射光（またはＡＳＥ光）の波長の短波長側への移動を検出する。これにより、半導体レーザ１１０や半導体光増幅器１５１の駆動電流や温度の大きさの変動による出射光（またはＡＳＥ光）の波長の移動があっても、アルミ酸化等に起因する、頓死の予兆としての波長の短波長側への移動を精度よく検出することができる。これにより、頓死の予兆を精度よく判定することができる。
【００３３】
（頓死の予兆の検出時の動作について）
また、たとえば半導体レーザ装置１００や光アンプ１３０は、半導体レーザ１１０を複数備えてもよい。複数の半導体レーザ１１０は、それぞれ別のチップとして形成されていてもよいし、１つのチップに複数の電極および活性層を設けることによって形成されてもよい。そして、半導体レーザ装置１００や光アンプ１３０は、判定部１２２によって頓死の予兆があると判定された場合に、複数の半導体レーザ１１０のうちの駆動する半導体レーザを切り替える制御部を備えてもよい。
【００３４】
これにより、複数の半導体レーザ１１０のうちの使用している半導体レーザに頓死の予兆を検出したら、使用する半導体レーザ１１０を切り替え、光信号の送信が途切れること（システムダウン）を回避することができる。ただし、半導体レーザ装置１００や光アンプ１３０は、このような冗長構成に限らず、半導体レーザ１１０を一つ備える構成であってもよい。
【００３５】
また、光アンプ１５０も同様に、半導体光増幅器１５１を複数備えてもよい。複数の半導体光増幅器１５１は、それぞれ別のチップとして形成されていてもよいし、１つのチップに複数の電極および活性層を設けることによって形成されてもよい。そして、光アンプ１５０は、判定部１２２によって頓死の予兆があると判定された場合に、複数の半導体光増幅器１５１のうちの駆動する半導体光増幅器を切り替える制御部を備えてもよい。
【００３６】
これにより、複数の半導体光増幅器１５１のうちの使用している半導体光増幅器に頓死の予兆がある場合に、使用する半導体光増幅器を切り替え、光信号の送信が途切れること（システムダウン）を回避することができる。ただし、光アンプ１５０は、このような冗長構成に限らず、半導体光増幅器１５１を一つ備える構成であってもよい。
【００３７】
（他の半導体光デバイスについて）
活性層にアルミを含み、または活性層の材料がヒ素ガリウムである場合のＬＤやＳＯＡの頓死の予兆の判定について説明したが、上述した判定方法の対象の半導体光デバイスは、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＬＤやＳＯＡに限らない。たとえば、上述した判定方法は、経年劣化によって結晶周期構造を乱す要因となる材料を活性層に含み、結晶周期構造の乱れに応じて出力光の波長が短波長側にシフトする半導体光デバイスに用いることができる。
【００３８】
（実施の形態２）
（実施の形態２にかかる判定装置）
図２Ａは、実施の形態２にかかる判定装置の一例を示す図である。図２Ｂは、図２Ａに示した判定装置における光および電気の流れの一例を示す図である。図２Ａ，図２Ｂに示すように、実施の形態２にかかる判定装置２００は、分岐器２０１と、光フィルタ２０２と、第１ＰＤ２０３と、第２ＰＤ２０４と、時系列データ格納部２０５と、短波側シフト演算部２０６と、判定部２０７と、を備える。
【００３９】
図１Ａ〜図１Ｌに示した判定装置１２０は、たとえば判定装置２００によって実現することができる。図１Ａ〜図１Ｌに示した検出部１２１は、たとえば時系列データ格納部２０５および短波側シフト演算部２０６によって実現することができる。図１Ａ〜図１Ｌに示した判定部１２２は、たとえば判定部２０７によって実現することができる。
【００４０】
判定装置２００は、たとえば活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＬＤの頓死の予兆の有無を判定する判定装置である。分岐器２０１には、判定装置２００による判定対象のＬＤの発振光（ＬＤ発振光）が入力される。分岐器２０１は、入力された光を分岐し、分岐した各光をそれぞれ光フィルタ２０２および第２ＰＤ２０４へ出力する。
【００４１】
光フィルタ２０２は、分岐器２０１から出力された光を所定の波長透過特性で透過させ、透過させた光を第１ＰＤ２０３へ出力する。光フィルタ２０２の波長透過特性は、判定対象のＬＤの初期状態における発振波長と、初期状態における発振波長より短い波長と、において異なる透過率となる波長透過特性（たとえば図３Ａ参照）である。光フィルタ２０２は、たとえば誘電体多層膜やファイバグレーティングにより実現することができる。光フィルタ２０２には、たとえば、一般的な帯域（たとえば１［ｎｍ］）のバンドパスフィルタに比べて広帯域（たとえば４０［ｎｍ］）のフィルタを用いることができる。
【００４２】
第２ＰＤ２０４（Ｐｈａｓｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：位相検波器）は、分岐器２０１から出力された光を受光し、受光した光のパワーに応じた電気信号を時系列データ格納部２０５へ出力する。第１ＰＤ２０３は、光フィルタ２０２から出力された光を受光し、受光した光のパワーに応じた電気信号を時系列データ格納部２０５へ出力する。
【００４３】
時系列データ格納部２０５は、第１ＰＤ２０３および第２ＰＤ２０４から出力される各電気信号の比の時系列データを格納する。第１ＰＤ２０３および第２ＰＤ２０４から出力される各電気信号の比は、判定装置２００による判定対象のＬＤの発振波長の短波長側へのシフト量によって変化する。
【００４４】
短波側シフト演算部２０６は、時系列データ格納部２０５に格納された時系列データに基づいて、判定装置２００による判定対象のＬＤの発振波長の短波長側へのシフト状態の演算を行う。シフト状態の演算は、たとえば、シフト量の初期状態からの変動量に応じた値の算出や、シフト量の単位時間あたりの変化量に応じた値の演算などである。そして、短波側シフト演算部２０６は、シフト量の演算結果を判定部２０７へ出力する。
【００４５】
判定部２０７は、短波側シフト演算部２０６から出力された演算結果に基づいて、判定装置２００による判定対象のＬＤの頓死の予兆の有無を判定する。そして、判定部２０７は、ＬＤの頓死の予兆があると判定した場合は、たとえば警報を出力する。
【００４６】
たとえば、判定部２０７は、単位時間あたりの短波長側へのシフト量に応じた値が所定値ＴＨ１を超えると、ＬＤの頓死の予兆があると判定する。また、判定部２０７は、短波長側へのシフト量に応じた値が初期値より所定値ＴＨ２（たとえばＴＨ２＜ＴＨ１）を超えると、ＬＤの頓死の予兆があると判定する。
【００４７】
図２Ａ，図２Ｂに示す判定装置２００によれば、所定の波長透過特性を有する光フィルタ２０２を用いることによりＬＤの発振波長の短波長側へのシフトを検出し、検出結果に基づいてＬＤの頓死の予兆を判定することができる。
【００４８】
また、光フィルタ２０２を透過させたＬＤの出射光と、光フィルタ２０２を透過させないＬＤの出射光と、の各受光パワーの比較結果を用いることができる。これにより、ＬＤの温度や駆動電流等が変動しても、ＬＤの発振波長の短波長側へのシフトを精度よく検出することができる。このため、ＬＤの頓死の予兆を精度よく判定することができる。
【００４９】
時系列データ格納部２０５、短波側シフト演算部２０６および判定部２０７は、たとえばデジタル回路によって実現することができる。デジタル回路には、たとえばＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などを用いることができる。
【００５０】
図２Ｃは、実施の形態２にかかる判定装置の変形例を示す図である。図２Ｄは、図２Ｃに示した判定装置における光および電気の流れの一例を示す図である。図２Ｃ，図２Ｄにおいて、図２Ａ，図２Ｂに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図２Ｃ，図２Ｄに示すように、実施の形態２にかかる判定装置２００は、図２Ａ，図２Ｂに示した分岐器２０１および第２ＰＤ２０４を省いた構成としてもよい。
【００５１】
図２Ｃ，図２Ｄに示す構成においては、光フィルタ２０２には、判定装置２００による判定対象のＬＤの発振光が入力される。また、時系列データ格納部２０５は、第１ＰＤ２０３から出力される電気信号の時系列データを格納する。第１ＰＤ２０３から出力される電気信号は、判定装置２００による判定対象のＬＤの発振波長の短波長側へのシフト量によって変化する。
【００５２】
図２Ｃ，図２Ｄに示す判定装置２００においても、所定の波長透過特性を有する光フィルタ２０２を用いることによりＬＤの発振波長の短波長側へのシフトを検出し、検出結果に基づいてＬＤの頓死の予兆を判定することができる。
【００５３】
（光フィルタの波長透過特性）
図３Ａは、光フィルタの波長透過特性の一例を示す図である。図３Ａにおいて、横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は抑圧比［ｄＢ］を示す。図２Ａに示した光フィルタ２０２は、たとえば図３Ａに示す波長透過特性３００を有する。波長透過特性３００は、波長ごとの抑圧比（透過率）を示す。
【００５４】
図３Ａに示す例では、波長透過特性３００は、４５［ｎｍ］幅の波長帯域３１１において、短波長側ほど透過率が連続的に低くなる特性である。したがって、第１ＰＤ２０３における受光パワーは、ＬＤの発振波長が短波長側へシフトするほど小さくなる。
【００５５】
このため、たとえば図２Ａ，図２Ｂの構成においては、第２ＰＤ２０４の受光パワーに対する第１ＰＤ２０３の受光パワーの比の低下をモニタすることにより、ＬＤの発振波長の短波長側へのシフトを検出することができる。また、図２Ｃ，図２Ｄの構成においては、第１ＰＤ２０３の受光パワーの低下をモニタすることにより、ＬＤの発振波長の短波長側へのシフトを検出することができる。
【００５６】
なお、波長帯域３１１の幅は、ＬＤの発振波長の固体バラツキ分（たとえば３０［ｎｍ］）、短波長側へのシフト分（たとえば１０［ｎｍ］）および温度や電流依存分（たとえば３［ｎｍ］）を勘案して決定することができる（たとえば４５［ｎｍ］以上）。
【００５７】
また、短波長側への波長シフトの検出精度をよくするために、波長帯域３１１における抑圧比を大きくしてもよい。たとえば、１［ｎｍ］の波長シフトを検出する場合は抑圧比を１０［ｄＢ］以上としてもよい。
【００５８】
図３Ｂは、光フィルタの波長透過特性の変形例を示す図である。図３Ｂにおいて、図３Ａに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図３Ｂに示すように、波長透過特性３００は、４５［ｎｍ］幅の波長帯域３１１において、短波長側ほど透過率が連続的に高くなる特性であってもよい。この場合は、第１ＰＤ２０３における受光パワーは、ＬＤの発振波長が短波長側へシフトするほど大きくなる。
【００５９】
このため、たとえば図２Ａ，図２Ｂの構成においては、第２ＰＤ２０４の受光パワーに対する第１ＰＤ２０３の受光パワーの比の増加をモニタすることにより、ＬＤの発振波長の短波長側へのシフトを検出することができる。また、図２Ｃ，図２Ｄの構成においては温度や駆動電流の条件や経年劣化などに配慮できない。このため、比較的に検出精度は劣るものの、頓死予兆の短波シフト量の判定基準値を大きめに設定することで、第１ＰＤ２０３の受光パワーの増加をモニタすることにより、ＬＤの発振波長の短波長側へのシフトを検出することはもちろん可能である。
【００６０】
図３Ａ，図３Ｂに示したように、光フィルタ２０２は、ＬＤの初期の波長帯域から短い波長帯域にかけて、短波長になるほど透過率が増加または低下に変化する波長透過特性を有する。これにより、光フィルタ２０２を透過した光のパワーから、ＬＤの発振波長のシフトの大きさを判定することができる。
【００６１】
ただし、光フィルタ２０２は、少なくとも、ＬＤの出射光の初期の波長帯域での透過率と、その初期の波長帯域より短い波長帯域での透過率と、が異なっていればよい。これにより、光フィルタ２０２を透過した光のパワーから、ＬＤの発振波長のシフトの有無を判定することができる。
【００６２】
以下、光フィルタ２０２の波長透過特性が図３Ａに示した波長透過特性３００である場合について説明する。
【００６３】
（ＬＤにおけるエネルギバンドギャップ形状）
図４Ａは、ＧａＩｎＡｓＰ系の結晶層を有するＬＤにおけるエネルギバンドギャップ形状の一例を示す図である。図４Ｂは、ＡｌＧａＩｎＡｓ系の結晶層を有するエネルギバンドギャップ形状における特性の一例を示す図である。
【００６４】
図４Ａ，図４Ｂにおいて、エネルギバンドギャップΔＥｇは、ＬＤにおけるエネルギバンドギャップである。エネルギバンドギャップΔＥｇは、ＬＤにおける価電子帯の励起エネルギＥ１と伝導帯の励起エネルギＥ２との差（Ｅ２−Ｅ１）である。また、エネルギバンドギャップΔＥｇは、ＬＤの発振波長に対応する。図４Ａ，図４Ｂに示す各例では、エネルギバンドギャップΔＥｇが同じとなっている。
【００６５】
図４Ａ，図４Ｂにおいて、量子井戸の深さΔＥｃは、ＬＤにおける量子井戸の深さである。活性層材料にアルミを含まないＬＤにおいては、図４Ａに示すように、量子井戸の深さが、たとえばΔＥｃ＝０．４ΔＥｇとなる。活性層材料にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＬＤにおいては、図４Ｂに示すように、量子井戸の深さが、たとえばΔＥｃ＝０．７２ΔＥｇとなる。
【００６６】
このように、活性層材料にアルミ（Ａｌ）を含めることにより、電子の閉じ込めが大きくなり、高温における量子井戸からの電子リークを抑制することができる。このため、温度特性に優れたＬＤを実現することができる。また、ホール側のバンドオフセットが小さいため有効質量の大きいホールの不均一注入が起こりにくくなる。このため、高速変調に適したＬＤを実現することができる。
【００６７】
図４Ｃは、半導体レーザの一例を示す図である。判定装置２００による判定対象のＬＤには、たとえば図４Ｃに示す半導体レーザ４３０を用いることができる。半導体レーザ４３０は、たとえばファブリペロー型半導体レーザである。
【００６８】
ミラー４３１，４３２は、半導体レーザ４３０の両面のミラーである。活性層４３３は半導体レーザ４３０の活性層である。共振長Ｌは、活性層４３３の共振長であって、ミラー４３１，４３２の間隔である。レーザ発振の特性について、たとえば下記（１）式のように示すことができる。
【００６９】
Γ・Ｇ  ＝  αｉ＋αｍ      …（１）
【００７０】
Γは、半導体レーザ４３０における光の閉じ込めの割合を示す定数である。Ｇは、活性層４３３に注入されているキャリアの密度（キャリア密度）であって、利得に対応する。αｉは、半導体レーザ４３０の活性層４３３における内部損失である。αｍは、半導体レーザ４３０のミラー４３１，４３２における共振ミラー損失である。
【００７１】
半導体レーザ４３０の活性層４３３の長手方向について、上記（１）式は下記（２）式のように換算することができる。
【００７２】
Γ・（Ｇｎｇ・Ｌｎｇ＋Ｇｏｋ・Ｌｏｋ）  ＝  αｉ・Ｌ＋αｍ・Ｌ      …（２）
【００７３】
Ｌは、活性層４３３の共振長Ｌである。また、Ｌ＝Ｌｎｇ＋Ｌｏｋである。Ｌｎｇは、活性層４３３のうちの結晶が欠陥して光らない部分の長さである。Ｌｏｋは、活性層４３３のうちの正常に光っている部分の長さである。Ｇｎｇは、活性層４３３のうちの結晶が欠陥してしまった部分の利得である。Ｇｏｋは、活性層４３３のうちの正常に光っている部分の利得である。
【００７４】
（結晶欠陥と波長シフトの因果関係）
図５Ａは、結晶欠陥と波長シフトの因果関係の一例を示す図である。図５Ａに示す符号５０１〜５１３は、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＬＤの活性層における各現象等を示している。まず、アルミ部分の酸化や応力ストレスなどの様々な要因によって結晶欠陥が発生する（符号５０１）。そして、アルミ部分の酸化や応力ストレスなどの様々な要因によって結晶欠陥が進行（増長および増大）する（符号５０２）。結晶欠陥の進行（符号５０２）について、たとえば電流、温度、活性層材料中のアルミ酸化がさらなる加速要因となる。
【００７５】
そして、結晶欠陥の進行（符号５０２）により、活性層の長手方向にダークライン（ＤＬＤ：Ｄａｒｋ  Ｌｉｎｅ  Ｄｅｆｅｃｔ：暗線欠陥）が発生したり、活性層の端面損傷（ＣＯＤ：Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ）が発生したりする（符号５０３）。
【００７６】
ダークラインや端面損傷の発生（符号５０３）により、活性層内の光吸収が増加する（符号５０４）。活性層内の光吸収の増加（符号５０４）により、上記（２）式のＧｎｇ利得がゼロに近づく（符号５０５）。このため、上記（２）式の関係から、相対的に利得Ｇｏｋが増加し（符号５０６）、活性層のキャリア密度が増加する（符号５０７）。
【００７７】
また、活性層内の光吸収の増加（符号５０４）により、上記（１）式の内部損失αｉが増加する（符号５０８）。このため、上記（１）式の関係から、相対的に利得Ｇが増加し（符号５０９）、活性層のキャリア密度が増加する（符号５０７）。
【００７８】
また、ダークラインや端面損傷の発生（符号５０３）により、端面反射率が低下（ミラー損失が増加）する（符号５１０）。端面反射率の低下（符号５１０）により、上記（１）式の共振ミラー損失αｍが増加する（符号５１１）。このため、上記（１）式の関係から、相対的に利得Ｇが増加し（符号５０９）、活性層のキャリア密度が増加する（符号５０７）。
【００７９】
このように、結晶欠陥の発生および進行に伴い、複数の要因によって活性層のキャリア密度が増加する（符号５０７）。活性層のキャリア密度の増加（符号５０７）により、等価的にエネルギバンドギャップが増加する（符号５１２）。エネルギバンドギャップの増加（符号５１２）により、発振波長が短波側にシフトする（符号５１３）。
【００８０】
図５Ａに示したように、ＬＤにおいては、活性層の結晶欠陥の進行に伴って活性層のキャリア密度が増加し、キャリア密度の増加によって短波長側への波長シフトが発生する。そして、たとえば活性層にアルミが含まれる場合は、アルミの酸化が結晶欠陥の進行の加速要因となる。これは、たとえばＬＤの端面に露出したアルミ部分が空気に触れるなどの要因により酸化しやすく、アルミ部分が酸化するとアルミ酸化膜が形成され、活性層における結晶構造が崩れるためである。
【００８１】
ただし、この結晶欠陥と波長シフトの因果関係は、活性層にアルミを含む半導体レーザに限らず、たとえば活性層にヒ素ガリウムを含む面発光のＶＣＳＥＬでも同様である。すなわち、活性層にアルミを含まずにヒ素ガリウムを含むＶＣＳＥＬにおいても、結晶欠陥の進行に伴って活性層のキャリア密度が増加し、キャリア密度の増加によって短波長側への波長シフトが発生する。
【００８２】
（活性層のキャリア密度の増加と波長シフトの因果関係）
図５Ｂは、活性層のキャリア密度の増加と波長シフトの因果関係の一例を示す図（その１）である。図５Ｃは、活性層のキャリア密度の増加と波長シフトの因果関係の一例を示す図（その２）である。図５Ｂの電子分布５２１は、正常品のＬＤにおける電子の分布を示している。図５Ｃの電子分布５２１は、相対的に頓死に至る直前のＬＤにおける電子の分布を示している。電子分布５２１は、上準位Ｅ２以上のエネルギとなる。
【００８３】
分布中心５２２は、電子分布５２１におけるエネルギの平均値である。エネルギバンドギャップΔＥｇは、ＬＤの基底準位Ｅ１と分布中心５２２との差である。また、エネルギバンドギャップΔＥｇは、ＬＤの発振波長に対応する。
【００８４】
上述のように、ＬＤは、頓死の前の活性層の欠陥進行により、活性層のキャリア密度が増加する。活性層のキャリア密度が増加すると、すなわち電子分布５２１がより高いエネルギに広がると、分布中心５２２が高エネルギ側へシフトし、エネルギバンドギャップΔＥｇが大きくなる。このため、ＬＤの発振波長が短波長側へシフトする。
【００８５】
（ＬＤの活性層に生じるダークライン）
図５Ｄは、ＬＤの活性層に生じるダークラインの一例を示す図である。判定装置２００による判定対象は、たとえば図５Ｄに示すＬＤチップ５４０とすることができる。ＬＤチップ５４０は、活性層５４１にアルミを含むＬＤチップである。
【００８６】
ＬＤチップ５４０においては、端面５４２の損傷の他に、活性層５４１のアルミ酸化により徐々に広がる非発光部であるダークライン５４３が発生する。ダークライン５４３が拡張することにより、ＬＤチップ５４０の発振波長の短波長側へのシフトが生じる。
【００８７】
ただし、上述のように、活性層にアルミが含まれていなくても、たとえば活性層がヒ素ガリウムである場合（たとえばＶＣＳＥＬ）は、活性層の酸化等によって結晶構造が崩れ、ダークラインが発生し、その応力ひずみにより、活性層の結晶構造が崩れる。このため、光吸収部が生成され、引いては頓死に至るとともに短波長側への波長シフトが生じる。
【００８８】
（発振波長のシフト）
図６は、発振波長のシフトの一例を示す図である。図６において、横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は光パワー［ｄＢｍ］および透過率［ｄＢ］を示す。スペクトル６１１は、ＬＤの発振光の初期状態におけるスペクトルを示している。
【００８９】
波長範囲６２１は、ＬＤの温度、駆動電流、固体ばらつきなどにより生じるＬＤの発振波長の正常な範囲（発振波長シフト正常範囲）を示している。
【００９０】
たとえばＬＤの磨耗故障により、ＬＤの発振波長の長波長側へのシフト６２２が生じ、ＬＤの発振光がスペクトル６１２，６１３のようになる。また、ＬＤの活性層におけるアルミ酸化等により、ＬＤの発振波長の短波長側へのシフト６２３が生じ、ＬＤの発振光がスペクトル６１４〜６１６のようになる。
【００９１】
（初期状態の発振光と光フィルタの波長透過特性との関係）
図７Ａは、初期状態の発振光と光フィルタの波長透過特性との関係の一例を示す図である。図７Ａにおいて、図３Ａまたは図６に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図７Ａに示すように、波長透過特性３００は、たとえば、ＬＤの発振光の初期状態におけるスペクトル６１１が、短波長側ほど透過率が連続的に低くなる帯域（たとえば図３Ａに示した波長帯域３１１）に含まれる特性とすることができる。
【００９２】
図７Ｂは、初期状態の発振光と光フィルタの波長透過特性との関係の他の例を示す図である。図７Ｂにおいて、図３Ａまたは図６に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図７Ｂに示すように、波長透過特性３００は、たとえば、ＬＤの発振光の初期状態におけるスペクトル６１１が、短波長側ほど透過率が連続的に低くなる帯域より長波長側のフラットな帯域に含まれる特性とすることができる。
【００９３】
（波長シフト時の透過率の変化）
図８は、波長シフト時の透過率の変化の一例を示す図である。図８において、図７Ａ，図７Ｂに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。また、図８においては、図７Ｂに示したように、ＬＤの発振光の初期状態におけるスペクトル６１１が、波長透過特性３００のフラットな帯域に含まれる特性とした場合について説明するが図７Ａに示した場合においても同様である。
【００９４】
ＬＤの発振波長が短波長側にシフトすると、ＬＤの発振光はたとえばスペクトル８０１のようになる。これにより、光フィルタ２０２におけるＬＤの発振光の透過率が低くなるため、光フィルタ２０２から出力される光のパワーを低下させ、時系列データ格納部２０５に格納される値を変化させることができる。
【００９５】
（波長シフトによる第１ＰＤによる受光パワーの低下）
図９Ａは、波長シフトによる第１ＰＤによる受光パワーの低下の一例を示す図である。図９Ａにおいて、図３Ａに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図９Ａにおいて、横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は光フィルタ２０２の抑圧比［ｄＢ］（透過率）を示す。
【００９６】
横軸の時刻Ｔ０〜Ｔ４は、Ｔ０を初期とする時間経過を示す。スペクトル９１１〜９１５は、それぞれ時刻Ｔ０〜Ｔ４におけるＬＤの発振光のスペクトルを示す。スペクトル９１１〜９１５に示すように、時間経過に伴ってＬＤの発振波長が短波長側へシフトすると、光フィルタ２０２における抑圧比（透過率）が徐々に低下する。
【００９７】
図９Ｂは、発振波長のシフトに対する各部の特性の一例を示す図である。図９Ｂにおいて、横軸は時間を示す。グラフ９２１は、判定装置２００による判定対象のＬＤにおける発振波長（ＬＤ発振波長）の時間経過による変化を示している。グラフ９２１に示すように、時刻Ｔ０と時刻Ｔ１の間において、ＬＤの発振波長の短波長側へのシフトが始まり、時刻Ｔ１〜Ｔ４によって示す時間経過に伴ってＬＤの発振波長が徐々に短波長側へシフトしていく場合について説明する。
【００９８】
グラフ９２２は、第２ＰＤ２０４の受光パワー（第２ＰＤ受光パワー）の時間経過による変化を示している。第２ＰＤ２０４が受光する光は、光フィルタ２０２を経由していないため、グラフ９２２に示すように、ＬＤの発振波長のシフトによる影響を受けない。ただし、グラフ９２２に示すように、ＬＤの温度や駆動電流の変動等による第２ＰＤ２０４の受光パワーの低下は生じる場合がある。
【００９９】
グラフ９２３は、第１ＰＤ２０３の受光パワー（第１ＰＤ受光パワー）の時間経過による変化を示している。第１ＰＤ２０３が受光する光は、光フィルタ２０２を経由しているため、グラフ９２３に示すようにＬＤの発振波長のシフトに伴って低下する。
【０１００】
グラフ９２４は、時系列データ格納部２０５によって格納される、第２ＰＤ２０４の受光パワーに対する第１ＰＤ２０３の受光パワーの比（第１ＰＤ受光パワー／第２ＰＤ受光パワー）の時間経過による変化を示している。ＬＤの発振波長の短波長側へのシフトに対して、第２ＰＤ２０４の受光パワーは影響を受けず、第１ＰＤ２０３の受光パワーは低下する。
【０１０１】
このため、グラフ９２４に示すように、ＬＤの発振波長のシフトがない期間においてはＬＤの温度や駆動電流の変動等があっても、第２ＰＤ２０４の受光パワーに対する第１ＰＤ２０３の受光パワーの比は一定である。また、ＬＤの発振波長が短波長側へシフトすると、第２ＰＤ２０４の受光パワーに対する第１ＰＤ２０３の受光パワーの比が低下する。このため、第２ＰＤ２０４の受光パワーに対する第１ＰＤ２０３の受光パワーの比を用いることにより、ＬＤの発振波長の短波長側のシフトを検出することができる。
【０１０２】
（ＰＤのダイナミックレンジ）
図１０は、ＰＤのダイナミックレンジの一例を示す図である。図１０において、縦軸は第１ＰＤ２０３および第２ＰＤ２０４における受光パワー［ｄＢｍ］を示している。ダイナミックレンジ１０１１は、たとえば加入者系ポート（距離）に応じた受光パワー変動分のダイナミックレンジ（たとえば１５［ｄＢ］）を示している。ダイナミックレンジ１０１２は、波長シフトによる受光パワー変動分のダイナミックレンジ（たとえば１０［ｄＢ］）を示している。
【０１０３】
第１ＰＤ２０３および第２ＰＤ２０４には、たとえばダイナミックレンジ１０１１とダイナミックレンジ１０１２を合わせたダイナミックレンジを有するＰＤを用いることができる。たとえば、一般的な３０［ｄＢ］程度のＰＤを第１ＰＤ２０３および第２ＰＤ２０４に用いることにより、ダイナミックレンジ１０１１，１０１２をカバーし、波長シフトによる受光パワー変動も含めてＬＤのパワーをモニタすることができる。
【０１０４】
（時間経過による発振波長の変化）
図１１は、時間経過による発振波長の変化の一例を示す図（その１）である。図１１において、横軸は時間の経過を示し、縦軸はＬＤの発振波長［ｎｍ］および光出力［ｍＷ］を示している。図１１においては、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＬＤが運用開始から７年目で頓死する場合について説明する。
【０１０５】
光出力変化１１１１は、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含まないＬＤの光出力の変化を参考として示している。光出力変化１１１１に示すように、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含まないＬＤの光出力は、アルミ酸化等による頓死がなく、時間経過により徐々に低下する。図１１に示す例では、ＬＤの寿命は、運用開始から２０年以上となっている。
【０１０６】
光出力変化１１１２は、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＬＤの光出力の変化を示している。光出力変化１１１２に示すように、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＬＤの光出力は、アルミ酸化等による頓死により、図１１に示す例では運用開始から７年目で瞬時にゼロとなっている。このため、ＬＤの光出力の低下によるＬＤの頓死の予測は困難である。
【０１０７】
発振波長変化１１２１は、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含まないＬＤの発振波長の変化を参考として示している。発振波長変化１１２１に示すように、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含まないＬＤの発振波長は、時間経過に伴って変化しない。
【０１０８】
発振波長変化１１２２は、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＬＤの発振波長の変化を示している。発振波長変化１１２２に示すように、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＬＤの発振波長は、ＬＤの頓死（図１１に示す例では７年目）より前に短波長側にシフトする。このため、ＬＤの発振波長の短波長側へのシフトをモニタすることにより、ＬＤの頓死の予兆を判定することができる。また、アルミ酸化等によるＬＤの発振波長の短波長側へのシフトは、頓死するＬＤに特有の現象であり、頓死症状である光出力の劣化より早い時期からモニタ可能である。
【０１０９】
（時間経過による発振波長の変化）
図１２は、時間経過による発振波長の変化の一例を示す図（その２）である。図１２において、横軸は時間の経過を示し、縦軸はＬＤの発振波長［ｎｍ］を示している。図１２においては、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＬＤが運用開始から２年目で頓死する場合と、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＬＤが運用開始から７年目で頓死する場合と、について説明する。
【０１１０】
発振波長変化１２１１は、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含まないＬＤの発振波長の変化を参考として示している。発振波長変化１２１２は、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＬＤの、ダークライン（結晶欠陥）が進行しない理想的な場合の発振波長の変化を参考として示している。発振波長変化１２１１，１２１２に示す場合は、ＬＤの発振波長の時間経過による変化は小さい。また、ＬＤの寿命はたとえば運用開始から２０年以上となる。
【０１１１】
発振波長変化１２２１は、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＬＤのアルミ部分等が酸化してダークラインが速く進行し、ＬＤが運用開始から２年目で頓死する場合を示している。発振波長変化１２２２は、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＬＤのアルミ部分等が酸化してダークラインが遅く進行し、ＬＤが運用開始から７年目で頓死する場合を示している。発振波長変化１２２３は、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＬＤのアルミ部分等が酸化する時期は遅いがダークラインが速く進行し、ＬＤが運用開始から７年目で頓死する場合を示している。
【０１１２】
たとえば発振波長変化１２２２の例のように、ダークラインが遅く進行する場合は、初期の発振波長からの短波長側へのシフト量が大きい場合に頓死の予兆があると判定すれば、頓死の予測から頓死までに十分な猶予期間を確保することができる。
【０１１３】
これに対して、発振波長変化１２２１，１２２３の例のように、ダークラインが速く進行する場合は、初期の発振波長からの短波長側へのシフト量が大きくなってからでは、頓死の予測から頓死までに十分な猶予期間を確保することができない場合がある。
【０１１４】
これに対して、判定装置２００は、さらに、短時間当たりの波長シフト量が大きい場合に頓死の予兆があると判定することにより、ダークラインが速く進行する場合により早い段階で頓死を予測することができる。このため、頓死の予測から頓死までに十分な猶予期間を確保することができる。
【０１１５】
（判定装置による処理）
図１３は、判定装置による処理の一例を示すフローチャートである。判定装置２００の短波側シフト演算部２０６および判定部２０７は、たとえば図１３に示す各ステップを繰り返し実行する。まず、短波側シフト演算部２０６が、時系列データ格納部２０５に格納された時系列データを取得する（ステップＳ１３０１）。
【０１１６】
つぎに、短波側シフト演算部２０６が、ステップＳ１３０１によって取得した時系列データに基づいて、判定対象のＬＤの発振波長の単位時間あたりのシフト量を算出する。そして、判定部２０７が、短波側シフト演算部２０６によって算出されたシフト量が所定値ＴＨ１以上か否かを判断する（ステップＳ１３０２）。
【０１１７】
なお、ステップＳ１３０２などにおいて算出されるシフト量は、発振波長のシフト量そのものではなく、発振波長のシフト量に応じた量であってもよい。発振波長のシフト量に応じた量は、たとえば、第１ＰＤ２０３の受光パワーや、第２ＰＤ２０４の受光パワーに対する第１ＰＤ２０３の受光パワーの比などである。
【０１１８】
ステップＳ１３０２において、単位時間あたりのシフト量が所定値ＴＨ１以上である場合（ステップＳ１３０２：Ｙｅｓ）は、判定部２０７が、判定対象のＬＤにおいて頓死の予兆があることを示す警報を出力し（ステップＳ１３０３）、一連の処理を終了する。
【０１１９】
ステップＳ１３０２において、単位時間あたりのシフト量が所定値ＴＨ１未満である場合（ステップＳ１３０２：Ｎｏ）は、短波側シフト演算部２０６が、ステップＳ１３０１によって取得した時系列データに基づいて、判定対象のＬＤの発振波長の初期値からのシフト量を算出する。そして、判定部２０７が、短波側シフト演算部２０６によって算出されたシフト量に基づいて、判定対象のＬＤの発振波長の初期値からのシフト量が所定値ＴＨ２以上であるか否かを判断する（ステップＳ１３０４）。
【０１２０】
ステップＳ１３０４において、初期値からのシフト量が所定値ＴＨ２以上である場合（ステップＳ１３０４：Ｙｅｓ）は、判定部２０７が、判定対象のＬＤにおいて頓死の予兆があることを示す警報を出力し（ステップＳ１３０５）、一連の処理を終了する。初期値からのシフト量が所定値ＴＨ２未満である場合（ステップＳ１３０４：Ｎｏ）は、判定装置２００は、一連の処理を終了する。
【０１２１】
また、所定値ＴＨ１は、たとえば所定値ＴＨ２より小さい値とすることができる。これにより、たとえば図１２に示した発振波長変化１２２２のような急激な波長シフトが生じた場合に、ステップＳ１３０３によって早期に警報を出力することができる。
【０１２２】
（判定装置を適用した通信システム）
図１４Ａは、判定装置を適用した通信システムの一例を示す図である。図１４Ｂは、図１４Ａに示した通信システムにおける光および電気の流れの一例を示す図である。図１４Ａ，図１４Ｂに示す光通信システム１４００は、ＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ：収容局側端末）と複数のＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ：加入者側端末）とがカプラによって接続されたＰＯＮシステムである。
【０１２３】
図１４Ａ，図１４Ｂに示す例では、光通信システム１４００は、ＯＬＴ１４１０と、ＯＮＵ１４２１〜１４２４（Ａ〜Ｄ）と、伝送路１４０２と、スプリッタ１４０３と、を含む。光通信システム１４００のようなＰＯＮシステムにおいては、時間分割多重的にタイムスロットがＯＮＵ１４２１〜１４２４のそれぞれにアサインされ、ＯＮＵ１４２１〜１４２４が定められたタイミングで光信号を送信する。実施の形態２にかかる判定装置２００は、たとえばＯＬＴ１４１０に適用することができる。
【０１２４】
ＯＬＴ１４１０は、ＬＤ１４１１と、光フィルタ１４１２，１４１３と、判定装置２００と、アイソレータ１４１４と、制御部１４１５と、を備える。制御部１４１５は、たとえばＤＳＰやＦＰＧＡなどのデジタル回路によって実現することができる。
【０１２５】
ＬＤ１４１１は、たとえば制御部１４１５の制御にしたがって波長λ１の下り光信号を生成して光フィルタ１４１２へ出射する。光フィルタ１４１２は、ＬＤ１４１１から出射された波長λ１の下り光信号を、ポート１４１６を介してＯＬＴ１４１０から出射する。また、光フィルタ１４１２は、ポート１４１６を介してＯＬＴ１４１０へ入射された光のうちの波長λ１以外の光を光フィルタ１４１３へ出射する。
【０１２６】
光フィルタ１４１３は、光フィルタ１４１２から出射された光のうちの、たとえば波長λ２の上り光信号を抽出して判定装置２００へ出射する。判定装置２００は、光フィルタ１４１３から出射された波長λ２の上り光信号に基づいて、上り光信号を生成したＬＤ（たとえばＯＮＵ１４２２のＬＤ１４３１）における頓死の予兆の有無を判定する。たとえば、判定装置２００の短波側シフト演算部２０６は、加入者ごとに割り当てられたタイムスロットごとに時分割したタイミングで、短波側へのシフト量を検出する。
【０１２７】
制御部１４１５は、ＬＤ１４１１を制御することにより、下り光信号の送信処理を行う。また、制御部１４１５は、たとえば第２ＰＤ２０４による受光結果を取得することにより、上り光信号の受信処理を行う。また、制御部１４１５は、たとえばＯＮＵ１４２２のＬＤ１４３１の頓死の予兆があることを示す警報が判定装置２００から出力された場合に、ＬＤ１４１１を制御し、ＬＤ１４３１の活性層の切替指示情報をＯＮＵ１４２２へ送信する処理を行ってもよい。このとき、制御部１４１５は、切り替え対象のＬＤ１４３１の休止期間において、ＬＤ１４３１の活性層を切り替えさせるようにしてもよい。
【０１２８】
伝送路１４０２は、ＯＬＴ１４１０から出射された波長λ１の下り光信号を通過させてスプリッタ１４０３へ出射する。また、伝送路１４０２は、スプリッタ１４０３から出射された光を通過させてＯＬＴ１４１０へ出射する。
【０１２９】
スプリッタ１４０３は、伝送路１４０２から出射された光をＮ（Ｎ＝２，３，４，…）分岐し、Ｎ本の経路へ出射する。また、スプリッタ１４０３は、Ｎ本の経路から出射された光を合波して伝送路１４０２へ出射する。たとえば、Ｎ本の経路からの各光には、ＯＮＵ１４２１〜１４２４を含む複数のＯＮＵからの波長λ２の上り光信号が含まれる。
【０１３０】
つぎに、ＯＮＵ１４２２の構成について説明するが、ＯＮＵ１４２１，１４２３，１４２４の構成についても同様である。ＯＮＵ１４２２は、ＬＤ１４３１と、光フィルタ１４３２，１４３３と、ＰＤ１４３４と、を備えている。ＬＤ１４３１は、波長λ２の上り光信号を生成して光フィルタ１４３２へ出射する。また、ＬＤ１４３１は、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＬＤであって、判定装置２００による判定対象となるＬＤである。
【０１３１】
光フィルタ１４３２は、ＬＤ１４３１から出射された波長λ２の上り光信号をＯＮＵ１４２２から出射する。また、光フィルタ１４３２は、ＯＮＵ１４２２へ入射された光のうちの波長λ２以外の光を光フィルタ１４３３へ出射する。
【０１３２】
光フィルタ１４３３は、光フィルタ１４３２から出射された光のうちの、波長λ１の下り光信号を抽出してＰＤ１４３４へ出射する。ＰＤ１４３４は、光フィルタ１４３３から出射された波長λ１の下り光信号を受光し、受光した下り信号を出力する。
【０１３３】
ＯＮＵ１４２１〜１４２４のそれぞれは、たとえばＯＬＴ１４１０から通知された送信期間によって自装置からの上りの光信号を送信する。これにより、ＯＮＵ１４２１〜１４２４から送信される各上り光信号は、互いに異なるタイミングとなる。このため、ＯＮＵ１４２１〜１４２４から送信される各上り光信号をＯＴＤＭ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：光時分割多重）によって伝送することができる。
【０１３４】
また、ＯＮＵ１４２１〜１４２４のそれぞれは、ＯＬＴ１４１０から切替指示情報を受信した場合に、ＬＤ１４３１のＬＤを切り替える制御を行ってもよい（たとえば図１９Ａ〜図２１Ｂ参照）。これにより、判定装置２００によってＬＤ１４３１の頓死の予兆があると判定された場合に、ＬＤ１４３１のＬＤを切り替え、光信号の送信が途切れること（システムダウン）を回避することができる。
【０１３５】
このように、判定装置２００は、たとえば光通信システム１４００のＯＬＴ１４１０に適用することができる。この場合に、判定装置２００による判定対象は、たとえばＯＮＵ１４２１〜１４２４のＬＤ１４３１とすることができる。これにより、局側の一つの送受信機（ＯＬＴ１４１０）にて、加入者側の個々のＬＤ１４３１の頓死の予兆を自律的に認識することが可能になる。
【０１３６】
また、判定装置２００による判定対象は、たとえばＯＬＴ１４１０のＬＤ１４１１としてもよい。また、判定装置２００をＯＮＵ１４２１〜１４２４に適用してもよい。この場合は、判定装置２００による判定対象は、たとえばＯＮＵ１４２１〜１４２４のＬＤ１４３１とすることができる。
【０１３７】
（ＯＬＴの変形例）
図１５Ａは、ＯＬＴの変形例１を示す図である。図１５Ａにおいて、図１４Ａに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。たとえば図１４Ａに示したスプリッタ１４０３が、図１５Ａに示す分岐カプラ１５２１，１５２２によって実現されているとする。
【０１３８】
分岐カプラ１５２１は、ＯＬＴ１４１０の側に、ＯＬＴ１４１０のポート１４１６に接続され、ＰＯＮシステムの通信に用いられるポートと、ＯＬＴ１４１０のポート１４１６には接続されず、ＰＯＮシステムの通信には用いられない不使用ポートと、を有する。
【０１３９】
ＯＬＴ１４１０は、ポート１４１６に加えて、分岐カプラ１５２１の不使用ポートに接続されたポート１５１１を備える。そして、ＯＬＴ１４１０は、分岐カプラ１５２１から分岐出射される上り光信号を、それぞれポート１４１６，１５１１から入射させる。
【０１４０】
ポート１５１１は、分岐カプラ１５２１から入射した上り光信号を光フィルタ２０２へ出射する。これにより、たとえば図１４Ａ，図１４Ｂに示した分岐器２０１を設けなくても、上り光信号を第２ＰＤ２０４および光フィルタ２０２へ入射させることができる。このため、装置の小型化を図ることができる。
【０１４１】
また、第２ＰＤ２０４および光フィルタ２０２へ入射される上り光信号の強度の低下を抑え、第１ＰＤ２０３および第２ＰＤ２０４における受光特性を向上させることができる。また、第１ＰＤ２０３が受光する上り光信号の経路から光フィルタ１４１３を省くことが可能になる。このため、判定装置２００の判定精度を向上させることができる。
【０１４２】
図１５Ｂは、ＯＬＴの変形例２を示す図である。図１５Ｂにおいて、図１５Ａに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１５Ｂに示すように、図１５Ａに示した分岐カプラ１５２１が、ＯＬＴ１４１０のポート１４１６，１５１１に代えて設けられた構成としてもよい。
【０１４３】
このように、実施の形態２によれば、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＬＤ１４３１などについて、アルミ酸化等による頓死の前兆として早期に現れる出力波長の短波長側へのシフトを検出することができる。これにより、ＬＤ１４３１などの頓死を早期に予測することが可能になる。ＬＤ１４３１などの頓死を早期に予測することが可能になることで、たとえば、頓死前の機器の切り替え等が可能になる。
【０１４４】
（実施の形態３）
（実施の形態３にかかる光アンプ）
図１６Ａは、実施の形態３にかかる光アンプの一例を示す図である。図１６Ｂは、図１６Ａに示した光アンプにおける光および電気の流れの一例を示す図である。図１６Ａ，図１６Ｂにおいて、図２Ａ〜図２Ｄに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１６Ａ，図１６Ｂに示す光アンプ１６００は、ＥＤＦを用いたＥＤＦＡ（ＥＤＦ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：エルビウム添加ファイバ増幅器）である。
【０１４５】
図１６Ａ，図１６Ｂに示すように、実施の形態３にかかる光アンプ１６００は、分岐器１６０１と、アイソレータ１６０２と、合波器１６０３と、ＥＤＦ１６０４と、アイソレータ１６０５と、分岐器１６０６と、光フィルタ１６０７と、を備える。また、光アンプ１６００は、ＰＤ１６０８，１６０９と、出力／利得制御部１６１０と、励起光源１６２０と、を備える。
【０１４６】
分岐器１６０１は、光アンプ１６００へ入射された信号光を分岐し、分岐した各信号光をそれぞれアイソレータ１６０２およびＰＤ１６０８へ出射する。アイソレータ１６０２は、分岐器１６０１から出射された信号光を合波器１６０３へ出射する。また、アイソレータ１６０２は、合波器１６０３から出射された光を遮断する。
【０１４７】
合波器１６０３は、アイソレータ１６０２から出射された信号光と、励起光源１６２０から出射された励起光と、を合波する。そして、合波器１６０３は、合波した光をＥＤＦ１６０４へ出射する。ＥＤＦ１６０４は、合波器１６０３から出射された光を通過させてアイソレータ１６０５へ出射する。また、ＥＤＦ１６０４は、通過する光に含まれる信号光を、通過する光に含まれる励起光に応じて増幅する光増幅媒体である。
【０１４８】
アイソレータ１６０５は、ＥＤＦ１６０４から出射された光を分岐器１６０６へ出射する。また、アイソレータ１６０５は、分岐器１６０６から出射された光を遮断する。分岐器１６０６は、アイソレータ１６０５から出射された光を分岐する。そして、分岐器１６０６は、分岐した各光をそれぞれ光フィルタ１６０７およびＰＤ１６０９へ出射する。
【０１４９】
光フィルタ１６０７は、分岐器１６０６から出射された光のうちの信号波長成分のみを透過させることにより、分岐器１６０６から出射された光に含まれる信号光を抽出して出射する。
【０１５０】
ＰＤ１６０８は、分岐器１６０１から出射された信号光を受光する。そして、ＰＤ１６０８は、受光した信号光のパワーを示す電気信号を出力／利得制御部１６１０へ出力する。ＰＤ１６０９は、分岐器１６０６から出射された光を受光する。そして、ＰＤ１６０９は、受光した信号光のパワーを示す電気信号を出力／利得制御部１６１０へ出力する。
【０１５１】
出力／利得制御部１６１０は、励起光源１６２０の駆動回路１６２５を制御することにより、励起光源１６２０から出射される励起光のパワーを制御する。たとえば、出力／利得制御部１６１０は、ＰＤ１６０９から出力された電気信号に基づいて励起光源１６２０の出射光パワーを制御することにより、光アンプ１６００の出力パワーを一定に制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：自動強度制御）を行う。
【０１５２】
または、出力／利得制御部１６１０は、ＰＤ１６０８，１６０９から出力された各電気信号の比率に基づいて励起光源１６２０の出射光パワーを制御することにより、光アンプ１６００の利得を一定に制御するＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：利得一定制御）を行う。
【０１５３】
励起光源１６２０は、合波器１６０３へ励起光を出射する励起光源である。励起光源１６２０は、ＬＤ１６２１と、光フィルタ１６２２と、ＰＤ１６２３と、温度モニタ１６２４と、駆動回路１６２５と、補正演算部１６２６と、時系列データ格納部２０５と、短波側シフト演算部２０６と、判定部２０７と、を備える。
【０１５４】
ＬＤ１６２１は、駆動回路１６２５から供給される駆動電流に応じた光を発振し、発振した光を励起光として合波器１６０３へ出射する。また、ＬＤ１６２１は、バック光を光フィルタ１６２２へ出射する。また、ＬＤ１６２１は、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含む励起用の半導体レーザである。
【０１５５】
光フィルタ１６２２は、ＬＤ１６２１から出射された光を所定の波長透過特性で透過させ、透過させた光をＰＤ１６２３へ出射する。光フィルタ１６２２の波長透過特性は、たとえば図２Ａ，図２Ｂに示した光フィルタ２０２と同様の波長透過特性（たとえば図３Ａ参照）である。ＰＤ１６２３は、光フィルタ１６２２から出射された光を受光し、受光した光のパワーを示す電気信号を補正演算部１６２６へ出力する。
【０１５６】
温度モニタ１６２４は、ＬＤ１６２１の温度をリアルタイムでモニタする。そして、温度モニタ１６２４は、モニタした温度を補正演算部１６２６へ通知する。駆動回路１６２５は、ＬＤ１６２１へ駆動電流を供給することによりＬＤ１６２１を駆動する。また、駆動回路１６２５は、出力／利得制御部１６１０からの制御に従って、ＬＤ１６２１へ供給する駆動電流を調整する。また、駆動回路１６２５は、ＬＤ１６２１へ供給している駆動電流の大きさをリアルタイムでモニタし、モニタ結果を補正演算部１６２６へ通知する。
【０１５７】
補正演算部１６２６は、ＰＤ１６２３から出力された電気信号を、温度モニタ１６２４から通知される温度および駆動回路１６２５から通知される駆動電流によって補正する。たとえば、補正演算部１６２６は、ＬＤ１６２１の駆動電流と温度に対する発振波長の相関のデータベースを用いて補正を行う。
【０１５８】
これにより、ＬＤ１６２１の温度や駆動電流の変動による差異を除いた、ＬＤ１６２１の発振波長のシフト量を示す電気信号を得ることができる。補正演算部１６２６は、補正した電気信号を時系列データ格納部２０５へ出力する。
【０１５９】
時系列データ格納部２０５は、補正演算部１６２６から出力される補正後の電気信号の時系列データを格納する。これにより、ＬＤ１６２１における頓死の予兆の有無を判定部２０７によって判定することができる。また、補正演算部１６２６によって電気信号を補正することにより、ＬＤ１６２１の温度や駆動電流の変動があっても、ＬＤ１６２１における頓死の予兆の有無を精度よく判定することができる。
【０１６０】
また、たとえばＬＤ１６２１の頓死の予兆があることを示す警報が判定部２０７から出力された場合に、ＬＤ１６２１を制御し、ＬＤ１６２１のＬＤを切り替える制御を行う制御部を励起光源１６２０に設けてもよい。この制御部や補正演算部１６２６および出力／利得制御部１６１０は、たとえばＤＳＰやＦＰＧＡなどのデジタル回路によって実現することができる。
【０１６１】
また、励起光源１６２０におけるＬＤ１６２１の頓死の予兆の判定処理の周期を、出力／利得制御部１６１０によるＬＤ１６２１の駆動電流の制御周期より短く（たとえば１／１０以下）してもよい。これにより、出力／利得制御部１６１０の制御に起因する駆動電流の変化やＬＤ温度変化があっても、ＬＤ１６２１における頓死の予兆の有無を精度よく判定することができる。
【０１６２】
図１６Ａ，図１６Ｂにおいては、励起光源１６２０からの励起光をＥＤＦ１６０４の前段から入射させる前方励起の構成について説明したが、励起光源１６２０からの励起光をＥＤＦ１６０４の後段から入射させる後方励起の構成としてもよい。また、励起光源１６２０を２つ設け、励起光源１６２０からの各励起光を前段および後段から入射させる双方向励起の構成としてもよい。
【０１６３】
また、図１６Ａ，図１６Ｂに示した励起光源１６２０に、たとえば図２Ａ〜図２Ｄに示した判定装置２００を適用することも可能である。この場合は、たとえば温度モニタ１６２４や補正演算部１６２６を省いた構成としてもよい。また、たとえば図１Ａ，図１Ｂ，図１Ｅ，図１Ｆ，図１Ｉ，図１Ｊに示したようにＬＤの前方向の光出力パワーを分岐してモニタする構成を適用することもできる。
【０１６４】
（駆動電流に対する発振波長の温度ごとの特性）
図１７は、駆動電流に対する発振波長の温度ごとの特性の一例を示す図である。図１７において、横軸はＬＤ１６２１へ供給される駆動電流［ｍＡ］を示し、縦軸はＬＤ１６２１の発振中心波長［ｎｍ］を示す。
【０１６５】
ＬＤ特性１７１１〜１７１５は、それぞれＬＤ１６２１の温度が１０℃、２０℃、４０℃、６０℃、８０℃である場合における、ＬＤ１６２１へ供給される駆動電流に対するＬＤ１６２１の発振中心波長の特性を示している。光アンプ１６００のメモリには、たとえばＬＤ特性１７１１〜１７１５を示すデータベースが格納される。
【０１６６】
補正演算部１６２６は、メモリに格納されたデータベースに基づいて、ＰＤ１６２３から出力された電気信号を、ＬＤ１６２１の温度が基準温度であり、ＬＤ１６２１の駆動電流が基準駆動電流である場合の電気信号に補正する。
【０１６７】
たとえば、基準点１７０１に示すように、ＬＤ１６２１の基準温度が４０℃であり、ＬＤ１６２１の駆動電流が５０［ｍＡ］であり、ＬＤ１６２１の初期の波長が所定の基準波長であるとする。また、測定点１７０２に示すように、温度モニタ１６２４から通知される温度が６０℃であり、駆動回路１６２５から通知される駆動電流が４０［ｍＡ］であるとする。
【０１６８】
この場合は、補正演算部１６２６は、データベースに基づいて、温度モニタ１６２４から通知される温度（６０℃）と、駆動回路１６２５から通知される駆動電流（４０［ｍＡ］）における発振中心波長Ａを導出する。そして、補正演算部１６２６は、発振中心波長Ａと、基準波長と、の差分（Ａ−基準波長）を算出する。
【０１６９】
また、補正演算部１６２６は、ＰＤ１６２３から出力された電気信号が示す受光パワーＰ１と、光フィルタ１６２２の波長透過特性の傾き［ｄＢ／ｎｍ］と、を乗じることにより、ＬＤ１６２１の補正前の波長λ１を算出する。そして、補正演算部１６２６は、算出した波長λ１および（Ａ−基準波長）によってλ１−（Ａ−基準波長）を算出することにより、補正後の波長を得ることができる。
【０１７０】
図１８は、時間経過によるＰＤ受光パワーの変化と発振波長との関係の一例を示す図である。図１８において、横軸は時間を示している。図１８に示すグラフ１８１１は、ＰＤ１６２３における受光パワーの時間経過による変化を示している。たとえば、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけて、ＬＤ１６２１の発振波長が短波長側へシフトし、ＰＤ１６２３における受光パワーが低下したとする。図１８に示すグラフ１８１２は、ＬＤ１６２１の発振波長の時間経過による変化を示している。
【０１７１】
たとえば、時刻Ｔ２においてはＰＤ１６２３の受光パワーがＰ１であるため、時刻Ｔ２におけるＬＤ１６２１の波長λ１は、λ１＝Ｐ１×αによって算出することができる。αは、光フィルタ１６２２における波長に対する抑圧比（透過率）の傾き［ｄＢ／ｎｍ］である。
【０１７２】
補正演算部１６２６は、算出したλ１を、基準温度（４０℃）および基準駆動電流（５０ｍＡ）における発振波長に補正する。たとえば、補正演算部１６２６は、λ−（Ａ−基準波長）を算出することによって、基準温度（４０℃）および基準駆動電流（５０ｍＡ）における発振波長に補正した波長を得ることができる。
【０１７３】
このように、実施の形態３によれば、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＬＤ１６２１などについて、アルミ酸化による頓死の前兆として早期に現れる出力波長の短波長側へのシフトを検出することができる。これにより、ＬＤ１６２１などの頓死を早期に予測することが可能になる。ＬＤ１６２１などの頓死を早期に予測することが可能になることで、たとえば、頓死前の機器の切り替え等が可能になる。
【０１７４】
（ＬＤを切り替え可能なＬＤチップ）
図１９Ａは、ＬＤを切り替え可能なＬＤチップの一例を示す図である。図１９Ｂは、図１９Ａに示したＬＤチップの構成における光および電気の流れの一例を示す図である。図１９Ａ，図１９Ｂにおいて、図２Ａ，図２Ｂに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【０１７５】
図１４Ａ，図１４Ｂに示したＬＤ１４３１や、図１６Ａ，図１６Ｂに示したＬＤ１６２１には、たとえば図１９Ａ，図１９Ｂに示すＬＤチップ１９１０を用いることができる。ＬＤチップ１９１０は、たとえば、３つの活性層を有するＬＤチップである。信号電極１９１１〜１９１３は、ＬＤチップ１９１０の３つの活性層に対応するアノード（またはカソード）電極である。
【０１７６】
駆動回路１９４０は、たとえば、信号電極１９１１〜１９１３のいずれかに駆動電流を入力することにより、ＬＤチップ１９１０が有する活性層のうちのいずれかを発光させる。この場合は、図１９Ａ，図１９Ｂに示すように、ＬＤチップ１９１０と光ファイバ１９０１との間にレンズアレイ１９２０および集光レンズ１９３０を設けてもよい。
【０１７７】
レンズアレイ１９２０は、マイクロレンズ１９２１〜１９２３を有する。マイクロレンズ１９２１〜１９２３は、それぞれＬＤチップ１９１０が有する３つの活性層に対応して設けられ、対応する活性層から出射される光をコリメートして集光レンズ１９３０へ出射する。集光レンズ１９３０は、マイクロレンズ１９２１〜１９２３から出射される各光を光ファイバ１９０１へ集光させる。
【０１７８】
または、レンズアレイ１９２０および集光レンズ１９３０に代えて、ＬＤチップ１９１０の３つの活性層から出射される各光が通過する位置においてレンズ収差が抑えられている非球面レンズ等を用いて各光を光ファイバ１９０１へ集光させてもよい。
【０１７９】
図１９Ｃは、図１９Ａに示したＬＤチップの変形例を示す図である。図１９Ｄは、図１９Ｃに示したＬＤチップの構成における光および電気の流れの一例を示す図である。図１９Ｃ，図１９Ｄにおいて、図１９Ａ，図１９Ｂに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１９Ｃ，図１９Ｄに示すように、ＬＤチップ１９１０は、図１９Ａ，図１９Ｂに示した構成に加えて、光フィルタ１９５１と、受光器１９５２と、電気回路１９５３と、を備えていてもよい。
【０１８０】
光フィルタ１９５１は、所定の波長透過特性を有し、ＬＤチップ１９１０のバック光を透過させる。光フィルタ１９５１は、たとえば上述した光フィルタ２０２や光フィルタ１６２２に対応する構成である。受光器１９５２は光フィルタ１９５１を透過した光を受光する。受光器１９５２は、たとえば上述した第１ＰＤ２０３やＰＤ１６２３に対応する構成である。
【０１８１】
電気回路１９５３は、受光器１９５２による受光結果の電気信号を処理する。電気回路１９５３は、時系列データ格納部２０５、短波側シフト演算部２０６および判定部２０７や補正演算部１６２６に対応する構成である。さらに、電気回路１９５３による頓死の判定結果に基づいて、駆動回路１９４０に対して切替指示情報を出力する制御回路を設けてもよい。
【０１８２】
ここではＬＤチップ１９１０のバック光をモニタする構成について説明したが、ＬＤチップ１９１０のフロント光を分岐して光フィルタ１９５１、受光器１９５２および電気回路１９５３によってモニタする構成としてもよい。
【０１８３】
（駆動回路およびＬＤチップ）
図２０Ａは、駆動回路およびＬＤチップの一例を示す図である。図２０Ｂは、図２０Ａに示した駆動回路およびＬＤチップにおける光および電気の流れの一例を示す図である。図２０Ａ，図２０Ｂにおいて、図１９Ａ，図１９Ｂに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【０１８４】
図２０Ａ，図２０Ｂに示すように、駆動回路１９４０は、たとえば、電源２０１１と、ドライバ回路２０１２と、電気スイッチ回路２０１３と、を備える。電源２０１１は、駆動電流を生成するための電源を供給する。ドライバ回路２０１２は、電源２０１１によって供給される電源を用いて、入力された信号データまたは発光指示情報に応じた駆動電流を生成する。そして、ドライバ回路２０１２は、生成した駆動電流を電気スイッチ回路２０１３へ出力する。
【０１８５】
電気スイッチ回路２０１３は、ドライバ回路２０１２から出力された駆動電流を、ＬＤチップ１９１０の信号電極１９１１〜１９１３のいずれかへ印加する。また、電気スイッチ回路２０１３は、切替指示情報が入力されると、信号電極１９１１〜１９１３のうちの駆動電流を印加する信号電極を切り替える。
【０１８６】
ＬＤチップ１９１０は、信号電極１９１１〜１９１３と、活性層２０３１〜２０３３と、接地電極２０４０と、を有する。信号電極１９１１〜１９１３は、ＬＤチップ１９１０の一面に設けられている。信号電極１９１１〜１９１３には、駆動回路１９４０からの駆動電流が印加される。接地電極２０４０は、ＬＤチップ１９１０における、信号電極１９１１〜１９１３が設けられた面とは反対側の面に設けられている。
【０１８７】
活性層２０３１〜２０３３は、それぞれ信号電極１９１１〜１９１３と接地電極２０４０との間に設けられている。そして、活性層２０３１〜２０３３は、それぞれ信号電極１９１１〜１９１３に印加された駆動電流に応じてシングル発光する。活性層２０３１〜２０３３から出射される各光は、たとえば図１９Ａ，図１９Ｂに示したレンズアレイ１９２０へ入射される。このように、図２０Ａ，図２０Ｂに示すＬＤチップ１９１０においては、信号電極１９１１〜１９１３と、活性層２０３１〜２０３３と、接地電極２０４０と、によって３つのＬＤが形成されている。
【０１８８】
（電気スイッチ回路）
図２１Ａは、電気スイッチ回路の一例を示す図である。図２０Ａ，図２０Ｂに示した電気スイッチ回路２０１３は、たとえば、図２１Ａに示すように、入力端子２１１１，２１１２と、切替回路２１１３と、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３と、抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、を備える。
【０１８９】
入力端子２１１１には、ドライバ回路２０１２（たとえば図２０Ａ，図２０Ｂ参照）から出力された駆動電流が入力される。入力端子２１１２には、判定部２０７からの警報に応じて送信された切替指示情報が入力される。
【０１９０】
トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３は、たとえばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）によって実現することができる。トランジスタＴｒ１は、ゲートが切替回路２１１３に接続され、ドレインが入力端子２１１１に接続され、ソースが抵抗Ｒ１に接続されている。トランジスタＴｒ２は、ゲートが切替回路２１１３に接続され、ドレインが入力端子２１１１に接続され、ソースが抵抗Ｒ２に接続されている。トランジスタＴｒ３は、ゲートが切替回路２１１３に接続され、ドレインが入力端子２１１１に接続され、ソースが抵抗Ｒ３に接続されている。
【０１９１】
抵抗Ｒ１は、一端がトランジスタＴｒ１に接続され、他端が電極２１３１に接続されている。抵抗Ｒ２は、一端がトランジスタＴｒ２に接続され、他端が電極２１３２に接続されている。抵抗Ｒ３は、一端がトランジスタＴｒ３に接続され、他端が電極２１３３に接続されている。
【０１９２】
図２１Ａに示す電極２１３１〜２１３３は、それぞれ図２０Ａ，図２０Ｂ等に示した信号電極１９１１〜１９１３に対応する。ＬＤ２１４１〜２１４３は、それぞれ図２０Ａ，図２０Ｂに示した活性層２０３１〜２０３３に対応する。グランド２１４０は、図２０Ａ，図２０Ｂに示した接地電極２０４０に対応する。
【０１９３】
切替回路２１１３は、入力端子２１１２から入力された切替指示情報に応じて、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３のゲートに印加する電圧を切り替える。つぎに、切替回路２１１３の動作について説明する。
【０１９４】
（電気スイッチ回路の切替回路の動作）
図２１Ｂは、電気スイッチ回路の切替回路の動作の一例を示す図である。図２１Ａに示した電気スイッチ回路２０１３の切替回路２１１３は、たとえば図２１Ｂに示す状態テーブル２１５０にしたがって動作する。
【０１９５】
状態テーブル２１５０においては、「状態１」、「状態２」、「状態３」のそれぞれに、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３のゲートへ印加する電圧が対応付けられている。状態テーブル２１５０において、「Ｈ」は印加する電圧がＨｉｇｈ（オン）であることを示し、「Ｌ」は印加する電圧がＬｏｗ（オフ）であることを示している。
【０１９６】
たとえば、切替回路２１１３は、初期状態として「状態１」に設定されているとする。この場合は、切替回路２１１３は、トランジスタＴｒ１のゲートに印加する電圧をＨｉｇｈにし、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３のゲートに印加する電圧をＬｏｗにする。これにより、入力端子２１１１へ入力された駆動電流が電極２１３１に印加され、ＬＤ２１４１（活性層２０３１）が発光する。
【０１９７】
また、切替回路２１１３は、「状態１」において入力端子２１１２から切替指示情報が入力されると「状態２」へ移行する。この場合は、切替回路２１１３は、トランジスタＴｒ２のゲートに印加する電圧をＨｉｇｈにし、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３のゲートに印加する電圧をＬｏｗにする。これにより、入力端子２１１１へ入力された駆動電流が電極２１３２に印加され、ＬＤ２１４２（活性層２０３２）が発光する。
【０１９８】
また、切替回路２１１３は、「状態２」において入力端子２１１２から切替指示情報が入力されると「状態３」へ移行する。この場合は、切替回路２１１３は、トランジスタＴｒ３のゲートに印加する電圧をＨｉｇｈにし、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のゲートに印加する電圧をＬｏｗにする。これにより、入力端子２１１１へ入力された駆動電流が電極２１３３に印加され、ＬＤ２１４３（活性層２０３３）が発光する。
【０１９９】
これにより、電気スイッチ回路２０１３は、ドライバ回路２０１２から出力された駆動電流をＬＤチップ１９１０の信号電極１９１１〜１９１３のいずれかへ印加するとともに、切替指示情報が入力されると駆動電流を印加する信号電極を切り替えることができる。
【０２００】
（実施の形態４）
（実施の形態４にかかる光アンプ）
図２２Ａは、実施の形態４にかかる光アンプの一例を示す図である。図２２Ｂは、図２２Ａに示した光アンプにおける光および電気の流れの一例を示す図である。図２２Ａ，図２２Ｂに示すように、実施の形態４にかかる光アンプ２２００は、アイソレータ２２０１と、分岐器２２０２と、ＳＯＡ２２０３と、分岐器２２０４と、アイソレータ２２０５と、を備える。また、光アンプ２２００は、入力モニタ用受光器２２０６と、出力モニタ用受光器２２０７と、ＳＯＡ制御回路２２０８と、判定装置２００と、を備える。ＳＯＡ制御回路２２０８は、たとえばＤＳＰやＦＰＧＡなどのデジタル回路によって実現することができる。
【０２０１】
アイソレータ２２０１は、光アンプ２２００へ入射された信号光を分岐器２２０２へ出射する。また、アイソレータ２２０１は、分岐器２２０２から出射された光を遮断する。
【０２０２】
分岐器２２０２は、２入力２出力の分岐カプラである。分岐器２２０２は、アイソレータ２２０１から出射された信号光を分岐する。そして、分岐器２２０２は、分岐した各信号光をＳＯＡ２２０３および入力モニタ用受光器２２０６へ出射する。
【０２０３】
また、分岐器２２０２は、ＳＯＡ２２０３から出射される逆方向のＡＳＥ光を分岐する。そして、分岐器２２０２は、分岐した各ＡＳＥ光をアイソレータ２２０１および判定装置２００へ出射する。このように、２入力２出力の分岐器２２０２を用いてＳＯＡ２２０３からの逆方向のＡＳＥ光を判定装置２００へ入射させることにより、ＳＯＡ２２０３の出射光を分岐するための分岐器や光フィルタ（たとえば図２３Ａ，図２３Ｂ参照）を別途設けなくてもよい。
【０２０４】
ＳＯＡ２２０３は、ＳＯＡ制御回路２２０８から供給される駆動電流に応じて、分岐器２２０２から出射された信号光を増幅する。そして、ＳＯＡ２２０３は、増幅した信号光を分岐器２２０４へ出射する。また、ＳＯＡ２２０３は、たとえば活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含む半導体光増幅器である。また、ＳＯＡ２２０３は、ＡＳＥ光を発生させる。ＳＯＡ２２０３において発生したＡＳＥ光は分岐器２２０２および分岐器２２０４へ出射される。
【０２０５】
分岐器２２０４は、ＳＯＡ２２０３から出射された光を分岐する。そして、分岐器２２０４は、分岐した各光をアイソレータ２２０５および出力モニタ用受光器２２０７へ出射する。
【０２０６】
アイソレータ２２０５は、分岐器２２０４から出射された信号光を光アンプ２２００の後段へ出射する。また、アイソレータ２２０５は、光アンプ２２００の出力端から入射された光を遮断する。
【０２０７】
入力モニタ用受光器２２０６は、分岐器２２０２から出射された光を受光する。そして、入力モニタ用受光器２２０６は、受光した光のパワーを示す電気信号をＳＯＡ制御回路２２０８へ出力する。出力モニタ用受光器２２０７は、分岐器２２０４から出射された光を受光する。そして、出力モニタ用受光器２２０７は、受光した光のパワーを示す電気信号をＳＯＡ制御回路２２０８へ出力する。
【０２０８】
ＳＯＡ制御回路２２０８は、ＳＯＡ２２０３へ駆動電流を供給することによりＳＯＡ２２０３を駆動する。また、ＳＯＡ制御回路２２０８は、ＳＯＡ２２０３へ供給する駆動電流を制御することにより、ＳＯＡ２２０３による光増幅を制御する。
【０２０９】
たとえば、ＳＯＡ制御回路２２０８は、出力モニタ用受光器２２０７から出力された電気信号に基づいて駆動電流を制御することにより、光アンプ２２００の出力パワーを一定に制御するＡＰＣを行う。または、ＳＯＡ制御回路２２０８は、入力モニタ用受光器２２０６および出力モニタ用受光器２２０７から出力された各電気信号の比率に基づいて駆動電流を制御することにより、光アンプ２２００の利得を一定に制御するＡＧＣを行う。
【０２１０】
図２３Ａは、実施の形態４にかかる光アンプの変形例を示す図である。図２３Ｂは、図２３Ａに示した光アンプにおける光および電気の流れの一例を示す図である。図２３Ａ，図２３Ｂにおいて、図２２Ａ，図２２Ｂに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図２３Ａ，図２３Ｂに示すように、実施の形態４にかかる光アンプ２２００は、図２２Ａ，図２２Ｂに示した構成に加えて、分岐器２３０１と、光バンドパスフィルタ２３０２と、を備えてもよい。
【０２１１】
分岐器２２０４は、分岐した各光をアイソレータ２２０５および分岐器２３０１へ出射する。分岐器２３０１は、分岐器２２０４から出射された信号光を分岐する。そして、分岐器２３０１は、分岐した各光を出力モニタ用受光器２２０７および光バンドパスフィルタ２３０２へ出射する。
【０２１２】
出力モニタ用受光器２２０７は、分岐器２３０１から出射された光を受光する。光バンドパスフィルタ２３０２は、分岐器２３０１から出射された光のうちの、信号帯域成分を除去する。そして、光バンドパスフィルタ２３０２は、信号帯域成分を除去した光を判定装置２００へ入射させる。
【０２１３】
（ＳＯＡにおける信号光およびＡＳＥ光）
図２４Ａは、ＳＯＡにおける信号光およびＡＳＥ光の一例を示す図である。図２４Ａにおいて、図３Ａに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図２４Ａにおいて、横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は抑圧比［ｄＢ］および光パワー［ｄＢｍ］を示す。スペクトル２４０１は、ＳＯＡ２２０３による増幅対象の信号光を示す。スペクトル２４０２は、ＳＯＡ２２０３におけるＡＳＥ光を示す。
【０２１４】
図２４Ａに示すように、波長透過特性３００は、たとえば、ＳＯＡ２２０３のＡＳＥ光の初期状態におけるスペクトル２４０２の短波長側が、短波長側ほど透過率が連続的に低くなる帯域により長波長側のフラットな帯域に含まれる特性とすることができる。
【０２１５】
（波長シフト時の透過率の変化）
図２４Ｂは、波長シフト時の透過率の変化の一例を示す図である。図２４Ｂにおいて、図２４Ａに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。ＳＯＡ２２０３のＡＳＥ光の波長が短波長側にシフトすると、ＳＯＡ２２０３のＡＳＥ光のスペクトル２４０２は、たとえば図２４Ｂに示すようにシフトする。
【０２１６】
これにより、光フィルタ２０２におけるＡＳＥ光の透過率が低くなるため、光フィルタ２０２から出力される光のパワーを低下させ、時系列データ格納部２０５に格納される値を変化させることができる。
【０２１７】
このように、実施の形態４によれば、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＳＯＡ２２０３などについて、アルミ酸化による頓死の前兆として早期に現れる出力波長の短波長側へのシフトを検出することができる。これにより、ＳＯＡ２２０３などの頓死を早期に予測することが可能になる。ＳＯＡ２２０３などの頓死を早期に予測することが可能になることで、たとえば、頓死前の機器の切り替え等が可能になる。
【０２１８】
（スクリーニングへの適用）
上述した判定方法は、光通信システムの運用中にかぎらず、たとえばＬＤベンダーのＬＤの出荷試験時のスクリーニングに適用することもできる。このスクリーニングは、たとえば、ＬＤベンダーでの出荷前に、頓死品を事前に見極め、取り除くための試験として実施される。上述した判定方法によれば、ＬＤの頓死の予兆を早期に判定することができるため、たとえばＬＤの光出力特性の劣化をモニタする場合に比べて短時間の通電で、将来の頓死品を検出することが可能になる。
【０２１９】
たとえば、出荷するＬＤの装置保証寿命（仕様）が１０年（８７６００時間）であるとする。この場合は、ＬＤの光出力特性（光効率）の劣化によりＬＤの寿命を判定すると、１０年分に相当する加速劣化試験を要する。たとえば、１００倍の加速劣化試験である場合は、１０年分に相当する加速劣化試験には８７６時間を要する。
【０２２０】
これに対して、ＬＤの発振波長の短波長側へのシフトによりＬＤの寿命を判定すれば、たとえば５年分に相当する加速劣化試験で済む。たとえば、１００倍の加速劣化試験である場合は、５年分に相当する加速劣化試験には４３８時間を要する。このため、出荷試験時のスクリーニングに要する期間を、たとえば半分程度に短縮することができる。
【０２２１】
また、ＬＤのスクリーニングについて説明したが、ＳＯＡのスクリーニングについても同様である。
【０２２２】
以上説明した半導体レーザ装置、光アンプおよび判定方法によれば、半導体光デバイスの頓死を早期に予測することができる。
【０２２３】
たとえば、ＬＤには、運用中に突然、光出力が出なくなるという現象（頓死）がある。これは、予兆無く突然に発生する現象であり、磨耗故障とは異なる。原因は、結晶欠陥の発生や増長による活性層内部の非発光部の生成である。結晶欠陥は、ＬＤの材料、製造、運用条件などに依存して発生し、最初に点で形成されていたとしても、結晶構造の乱れが隣の正常な結晶への応力となり、点欠陥、線欠陥、面欠陥へと進行する。最初の結晶欠陥が活性層外にあったとしても、結晶同士の引き攣れにより進行し、活性層内にまでに入り込む可能性がある。
【０２２４】
運用中のＬＤの活性層内でいったん結晶構造が乱れると、深刻な現象となる。活性層内は、注入電流のジュール熱に加え、光吸収による発熱が加わり、結晶欠陥による非発光部の拡大が加速度的に進み、さらなる光吸収、発熱、光吸収、発熱の繰り返しとなる。特に活性層材料にアルミが入っていると、アルミの酸化による表面準位形成、非発光再結合、さらなる結晶周期構造の乱れ、さらなる発熱の繰り返しになり、半導体融点を超えるほどの発熱、共振器構造破綻、レーザ発振の急停止等に至る。ＬＤの頓死のメカニズムについては、たとえば図５Ａにおいて説明したとおりである。
【０２２５】
頓死品の故障解析により、ダークラインや端面損傷が確認され、後天性の故障であるという上述のメカニズムは実証済みである。また、スクリーニングなどで事前に故障品を取り除くことは困難であることが分かっている。また、上述のＬＤの頓死は、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＳＯＡにおいても発生する。
【０２２６】
これに対して、光出力パワーの劣化もしくは効率劣化を検出する方法がある。たとえば、ＬＤの励起電流一定制御（ＡＣＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行う場合は、ＬＤのフロント光パワー、バック光パワー、もしくはそれらの比をモニタする方法がある。また、ＬＤのバック光パワーもしくはフロント光パワーのモニタによる光出力パワー一定制御（ＡＰＣ）を行う場合は、ＬＤの駆動電流をモニタする方法がある。
【０２２７】
しかし、頓死は光出力劣化から光パワーオフまでの遷移時間が極めて短い現象であるため、これらの方法による光出力パワー劣化や効率劣化の検出では、頓死の直前を検出できても、頓死の予兆を早期に検出することはできない。
【０２２８】
また、これらの方法では、一般的なＬＤの経年劣化である磨耗故障による光出力パワーの変動との区別がつきにくい。このため、たとえば頓死の特徴である大きな光パワー劣化や著しい効率劣化を判定基準にすることが考えられるが、これらは次の瞬間には頓死という段階であるため、頓死の予兆を早期に検出することはできない。
【０２２９】
これに対して、上述した各実施の形態においては、頓死の根本原因であるアルミの酸化による物理現象を判断基準として用いる。すなわち、頓死による光出力パワー劣化や効率劣化が生じる前の現象を捉えることで、より早期に頓死故障品を判別することができる。たとえば、活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含むＬＤやＳＯＡについて、アルミ酸化による頓死の前兆として早期に現れる出力波長の短波長側へのシフトを検出することで、頓死を早期に予測することができる。
【０２３０】
上述した各実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【０２３１】
（付記１）活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含む半導体レーザと、
前記半導体レーザからの出射光の波長の短波長側への移動を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて前記半導体レーザの頓死の予兆を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【０２３２】
（付記２）前記出射光を透過させ、前記出射光の初期の波長帯域での透過率と、前記初期の波長帯域より短い波長帯域での透過率と、が異なる光フィルタと、
前記光フィルタを透過した光を受光する受光部と、
を備え、
前記検出部は、前記受光部による受光強度に基づいて前記出射光の波長の短波長側への移動を検出する、
ことを特徴とする付記１に記載の半導体レーザ装置。
【０２３３】
（付記３）前記出射光を分岐する分岐部と、
前記受光部（「第１受光部」と称する。）と異なる、前記分岐部によって分岐された光の一方を受光する第２受光部と、
を備え、
前記光フィルタは、前記分岐部によって分岐された光の他方を透過させ、
前記検出部は、前記第１受光部および前記第２受光部による各受光強度の比較結果に基づいて前記出射光の波長の短波長側への移動を検出する、
ことを特徴とする付記２に記載の半導体レーザ装置。
【０２３４】
（付記４）前記光フィルタは、前記初期の波長帯域から前記短い波長帯域にかけて短波長になるほど透過率が連続的に増加または低下に変化することを特徴とする付記２または３に記載の半導体レーザ装置。
【０２３５】
（付記５）前記検出部は、前記出射光の波長の初期状態からの短波長側への移動量に応じた値を取得し、
前記判定部は、前記検出部によって取得された値に基づいて前記予兆を判定する、
ことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【０２３６】
（付記６）前記検出部は、前記出射光の波長の単位時間あたりの短波長側への移動量に応じた値を取得し、
前記判定部は、前記検出部によって取得された値に基づいて前記予兆を判定する、
ことを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【０２３７】
（付記７）前記半導体レーザの温度を示す情報を取得する取得部を備え、
前記検出部は、前記取得部によって取得された情報に基づいて補正した前記出射光の波長の短波長側への移動を検出する、
ことを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【０２３８】
（付記８）前記半導体レーザの駆動電流の大きさを示す情報を取得する取得部を備え、
前記検出部は、前記取得部によって取得された情報に基づいて補正した前記出射光の波長の短波長側への移動を検出する、
ことを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【０２３９】
（付記９）前記半導体レーザを複数備え、
前記判定部によって前記頓死の予兆があると判定された場合に、前記半導体レーザのうちの駆動する半導体レーザを切り替える制御部を備える、
ことを特徴とする付記１〜８のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【０２４０】
（付記１０）活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含む半導体レーザと、
入射光と前記半導体レーザからの出射光とを通過させることで前記入射光を増幅して出射する光増幅媒体と、
前記半導体レーザからの出射光の波長の短波長側への移動を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて前記半導体レーザの頓死の予兆を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする光アンプ。
【０２４１】
（付記１１）活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含む半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器からの自然放出光の波長の短波長側への移動を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて前記半導体光増幅器の頓死の予兆を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする光アンプ。
【０２４２】
（付記１２）活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含む半導体レーザからの出射光の波長の短波長側への移動を検出し、
前記出射光の波長の短波長側への移動の検出結果に基づいて前記半導体レーザの頓死の予兆を判定する、
ことを特徴とする判定方法。
【０２４３】
（付記１３）活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含む半導体光増幅器からの自然放出光の波長の短波長側への移動を検出し、
前記自然放出光の波長の短波長側への移動の検出結果に基づいて前記半導体光増幅器の頓死の予兆を判定する、
ことを特徴とする判定方法。
【０２４４】
（付記１４）活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含む半導体レーザからの出射光の波長の短波長側への移動を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて、前記出射光の波長の短波長側への移動の検出結果に基づいて前記半導体レーザの頓死の予兆を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする判定装置。
【０２４５】
（付記１５）活性層にアルミまたはヒ素ガリウムを含む半導体光増幅器からの自然放出光の波長の短波長側への移動を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて、前記自然放出光の波長の短波長側への移動の検出結果に基づいて前記半導体光増幅器の頓死の予兆を判定部と、
を備えることを特徴とする判定装置。
【符号の説明】
【０２４６】
１００  半導体レーザ装置
１１０，４３０  半導体レーザ
１２０，２００  判定装置
１２１  検出部
１２２，２０７  判定部
１３０，１５０，１６００，２２００  光アンプ
１３１  光増幅媒体
１５１  半導体光増幅器
２０１，１６０１，１６０６，２２０２，２２０４，２３０１  分岐器
２０２，１４１２，１４１３，１４３２，１４３３，１６０７，１６２２，１９５１  光フィルタ
２０３  第１ＰＤ
２０４  第２ＰＤ
２０５  時系列データ格納部
２０６  短波側シフト演算部
３００  波長透過特性
３１１  波長帯域
４３１，４３２  ミラー
４３３，５４１，２０３１〜２０３３  活性層
５２１  電子分布
５２２  分布中心
５４０，１９１０  ＬＤチップ
５４２  端面
５４３  ダークライン
６１１〜６１６，８０１，９１１〜９１５，２４０１，２４０２  スペクトル
６２１  波長範囲
６２２，６２３  シフト
９２１〜９２４，１８１１，１８１２  グラフ
１０１１，１０１２  ダイナミックレンジ
１１１１，１１１２  光出力変化
１１２１，１１２２，１２１１，１２１２，１２２１〜１２２３  発振波長変化
１４００  光通信システム
１４０２  伝送路
１４０３  スプリッタ
１４１０  ＯＬＴ
１４１１，１４３１，１６２１，２１４１〜２１４３  ＬＤ
１４１４，１６０２，１６０５，２２０１，２２０５  アイソレータ
１４１５  制御部
１４１６，１５１１  ポート
１４２１〜１４２４  ＯＮＵ
１４３４，１６０８，１６０９，１６２３  ＰＤ
１５２１，１５２２  分岐カプラ
１６０３  合波器
１６０４  ＥＤＦ
１６１０  出力／利得制御部
１６２０  励起光源
１６２４  温度モニタ
１６２５，１９４０  駆動回路
１６２６  補正演算部
１７０１  基準点
１７０２  測定点
１７１１〜１７１５  ＬＤ特性
１９０１  光ファイバ
１９１１〜１９１３  信号電極
１９２０  レンズアレイ
１９２１〜１９２３  マイクロレンズ
１９３０  集光レンズ
１９５２  受光器
１９５３  電気回路
２０１１  電源
２０１２  ドライバ回路
２０１３  電気スイッチ回路
２０４０  接地電極
２１１１，２１１２  入力端子
２１１３  切替回路
２１３１〜２１３３  電極
２１４０  グランド
２１５０  状態テーブル
２２０３  ＳＯＡ
２２０６  入力モニタ用受光器
２２０７  出力モニタ用受光器
２２０８  ＳＯＡ制御回路
２３０２  光バンドパスフィルタ
【図１Ａ】
2015115556.tif 000003
【図１Ｂ】
2015115556.tif 000004
【図１Ｃ】
2015115556.tif 000005
【図１Ｄ】
2015115556.tif 000006
【図１Ｅ】
2015115556.tif 000007
【図１Ｆ】
2015115556.tif 000008
【図１Ｇ】
2015115556.tif 000009
【図１Ｈ】
2015115556.tif 000010
【図１Ｉ】
2015115556.tif 000011
【図１Ｊ】
2015115556.tif 000012
【図１Ｋ】
2015115556.tif 000013
【図１Ｌ】
2015115556.tif 000014
【図２Ａ】
2015115556.tif 000015
【図２Ｂ】
2015115556.tif 000016
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
2015115556.tif 000024
【図５Ｂ】
2015115556.tif 000025
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
2015115556.tif 000027
【図６】
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【図７Ａ】
2015115556.tif 000029
【図７Ｂ】
2015115556.tif 000030
【図８】
2015115556.tif 000031
【図９Ａ】
2015115556.tif 000032
【図９Ｂ】
2015115556.tif 000033
【図１０】
2015115556.tif 000034
【図１１】
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【図１２】
2015115556.tif 000036
【図１３】
2015115556.tif 000037
【図１４Ａ】
2015115556.tif 000038
【図１４Ｂ】
2015115556.tif 000039
【図１５Ａ】
2015115556.tif 000040
【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
2015115556.tif 000042
【図１６Ｂ】
2015115556.tif 000043
【図１７】
2015115556.tif 000044
【図１８】
2015115556.tif 000045
【図１９Ａ】
2015115556.tif 000046
【図１９Ｂ】
2015115556.tif 000047
【図１９Ｃ】
2015115556.tif 000048
【図１９Ｄ】
2015115556.tif 000049
【図２０Ａ】
2015115556.tif 000050
【図２０Ｂ】
2015115556.tif 000051
【図２１Ａ】
2015115556.tif 000052
【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
2015115556.tif 000054
【図２２Ｂ】
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【図２３Ａ】
2015115556.tif 000056
【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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