(57)【要約】【課題】低歪特性および高ＣＮ比特性の双方を満足させる半導体レーザモジュールおよびこれを用いた光伝送装置を提供すること。【解決手段】半導体レーザモジュール１０内の分布帰還型の半導体レーザ１は、伝送損失とチャネル数とチャネルあたりの変調度と半導体レーザ１の共振器長との関係をもとに、所定伝送損失と所定チャネル数とチャンネルあたりの所定変調度とが与えられた場合に所定歪み以下であって所定ＣＮ比以上を満足する共振器長を有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分布帰還型半導体レーザを有した半導体レーザモジュールであって、
前記分布帰還型半導体レーザは、伝送損失とチャネル数とチャネルあたりの変調度と前記分布帰還型半導体レーザの共振器長との関係をもとに、所定伝送損失と所定チャネル数とチャンネルあたりの所定変調度とが与えられた場合に所定歪み以下であって所定ＣＮ比以上を満足する前記共振器長を有することを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２】
前記所定歪みからの歪み差分値と前記所定ＣＮ比からのＣＮ比差分値との乗算値が最大である共振器長を最適共振器長として設定することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項３】
前記所定歪みからの歪み差分値と前記所定ＣＮ比からのＣＮ比差分値との加算値が最大である共振器長を最適共振器長として設定することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項４】
前記共振器長は、Ｌｏｓｓを伝送損失（ｄＢ）、ｍをチャネルあたりの変調度、Ｎをチャネル数、Ｌを共振器長（ｍｍ）とした場合、次式
Ｌｏｓｓ＝１０4ｍ2.5Ｎ0.5Ｌ
を満足するＬ値であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項５】
前記共振器長は、Ｌｏｓｓを伝送損失（ｄＢ）、ｍをチャネルあたりの変調度、Ｎをチャネル数、Ｌを共振器長（ｍｍ）とした場合、次式
Ｌｏｓｓ＝１０4ｍ2.5Ｎ0.5Ｌ
によって決定されるＬｏｓｓ値がさらに±１／（２Ｌ2）の範囲を満足するＬ値であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項６】
前記所定歪みは、−６０ｄＢｃ以下であり、前記所定ＣＮ比は、５０ｄＢ以上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半導体レーザモジュール。
【請求項７】
請求項１〜６に記載の半導体レーザモジュールを備えたことを特徴とする光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＣＡＴＶ信号や移動体通信に用いられる信号であるサブキャリア伝送信号によって光変調される半導体レーザモジュールおよびこれを用いた光伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＡＴＶシステムや移動体通信システムでは、複数のサブキャリアを用いて低速で並列伝送する直交マルチキャリア変調方式（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を用い、これによって広帯域マルチメディア通信の高速伝送を達成している。
【０００３】
一方、光通信では、波長多重通信システムが実現されており、この波長多重通信システムと上述したＣＡＴＶシステムあるいは移動体通信システムとを融合し、光の特性を生かした長距離伝送あるいは中継を実現する光伝送装置が出現している。この光伝送装置は、歪みが低く、かつＣＮ比が高いことが要求される。
【０００４】
【非特許文献１】「Low Distortion 1.3μｍ Strained-Layer MQW-DFB Laser for AM-SCM Transmission Systems with Large Channel Capacity」 Masato Ishino他，JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,VOL.15,NO.11,NOVEMBER 1997,pp2172-2178
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した光伝送装置の歪みの低減は、入力されたサブキャリアによって変調されるサブキャリア信号光を発振するＤＦＢレーザの共振器長を長くし、ＤＦＢレーザの発振出力を増大させることによって実現されるが、この場合、発振出力が低い領域におけるＣＮ比が劣化してしまい、低歪特性と高ＣＮ比特性との両方を満足させるができないという問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低歪特性および高ＣＮ比特性の双方を満足させる半導体レーザモジュールおよびこれを用いた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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる半導体レーザモジュールは、分布帰還型半導体レーザを有した半導体レーザモジュールであって、前記分布帰還型半導体レーザは、伝送損失とチャネル数とチャネルあたりの変調度と前記分布帰還型半導体レーザの共振器長との関係をもとに、所定伝送損失と所定チャネル数とチャンネルあたりの所定変調度とが与えられた場合に所定歪み以下であって所定ＣＮ比以上を満足する前記共振器長を有することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２にかかる半導体レーザモジュールは、上記の発明において、前記所定歪みからの歪み差分値と前記所定ＣＮ比からのＣＮ比差分値との乗算値が最大である共振器長を最適共振器長として設定することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３にかかる半導体レーザモジュールは、上記の発明において、前記所定歪みからの歪み差分値と前記所定ＣＮ比からのＣＮ比差分値との加算値が最大である共振器長を最適共振器長として設定することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４にかかる半導体レーザモジュールは、上記の発明において、前記共振器長は、Ｌｏｓｓを伝送損失（ｄＢ）、ｍをチャネルあたりの変調度、Ｎをチャネル数、Ｌを共振器長（ｍｍ）とした場合、次式
Ｌｏｓｓ＝１０4ｍ2.5Ｎ0.5Ｌ
を満足するＬ値であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５にかかる半導体レーザモジュールは、上記の発明において、前記共振器長は、Ｌｏｓｓを伝送損失（ｄＢ）、ｍをチャネルあたりの変調度、Ｎをチャネル数、Ｌを共振器長（ｍｍ）とした場合、次式
Ｌｏｓｓ＝１０4ｍ2.5Ｎ0.5Ｌ
によって決定されるＬｏｓｓ値がさらに±１／（２Ｌ2）の範囲を満足するＬ値であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６にかかる半導体レーザモジュールは、上記の発明において、前記所定歪みは、−６０ｄＢｃ以下であり、前記所定ＣＮ比は、５０ｄＢ以上であることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項７にかかる光伝送装置は、上述した半導体レーザモジュールを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明にかかる半導体レーザモジュールおよびこれを用いた光伝送装置は、分布帰還型半導体レーザが、伝送損失とチャネル数とチャネルあたりの変調度と前記分布帰還型半導体レーザの共振器長との関係をもとに、所定伝送損失と所定チャネル数とチャンネルあたりの所定変調度とが与えられた場合に所定歪み以下であって所定ＣＮ比以上を満足する前記共振器長を有するようにしているので、低歪特性および高ＣＮ比特性の双方を満足し、特に半導体レーザモジュールの出力が低い領域であっても十分高いＣＮ比を得ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明を実施するための最良の形態である半導体レーザモジュールおよびこれを用いた光伝送装置について説明する。
【００１６】
（実施の形態）
まず、実施の形態にかかる半導体レーザモジュールを含む光伝送システムについて説明する。図１に示したこの光伝送システムは、送信端局装置Ｔと受信端局装置Ｒとを有し、送信端局装置Ｔと受信端局装置Ｒとは、光ファイバＦを介して接続される。ここで、送信端局装置Ｔおよび受信端局装置Ｒは光伝送装置に相当する。なお、受信端局装置Ｒを複数設け、送信端局装置Ｔと複数の受信端局装置Ｒとの間を光多分岐接続してもよい。
【００１７】
送信端局装置Ｔは、制御部Ｃ１および半導体レーザモジュール１０を有する。半導体レーザモジュール１０は、ＤＦＢレーザである半導体レーザ１を有し、サブキャリアに対応した波長のレーザ光をキャリアとして光ファイバＦに出力する。なお、レーザ光の変調は、半導体レーザ１の注入電流を変調することによって行われる。受信端局装置Ｒは、Ｏ／Ｅ部２０によってレーザ光を電気信号であるサブキャリア信号に変換し、復調部２１から各サブキャリア信号を合成したシリアル信号を受信出力する。なお、送信端局装置Ｔと同様に、復調部２１を設けず、サブキャリア信号をそのまま外部出力するようにしてもよい。
【００１８】
ここで、各半導体レーザ１について説明する。図２は、図１に示した半導体レーザ１の概要構成を示す斜めからみた破断図である。また、図３は、図２に示した半導体レーザ１の長手方向の縦断面図である。さらに、図４は、図３に示した半導体レーザ装置のＡ−Ａ線断面図である。図２〜図４において、この半導体レーザ１は、ｎ−ＩｎＰ基板１の（１００）面上に、順次、ｎ−ＩｎＰによるバッファ層と下部クラッド層とを兼ねたｎ−ＩｎＰクラッド層３２、井戸数が６の歪補償多重量子井戸構造の活性層３３、回折格子４３、およびｐ−ＩｎＰクラッド層３６、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３７が積層された構造を有する。
【００１９】
ｐ−ＩｎＰクラッド層３６の一部、活性層３３、およびｎ−ＩｎＰクラッド層３２の上部は、メサストライプ状に加工され、メサストライプの両側は、電流ブロッキング層として形成されたｐ−ＩｎＰブロッキング層３８とｎ−ＩｎＰブロッキング層３９によって埋め込まれている。また、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３７の上面には、ｐ側電極４０が形成され、ｎ−ＩｎＰ基板３１の裏面には、ｎ側電極４１が形成される。
【００２０】
半導体レーザ１の長手方向の一端面である光反射端面には、反射率８０％以上の高光反射率をもつ高反射膜４４が形成され、他端面である光出射端面には、反射率が１〜５％の低光反射率をもつ低反射膜４５が形成される。高反射膜４４と低反射膜４５とによって形成された光共振器の活性層３３内に発生した光は、高反射膜４４によって反射し、低反射膜４５を介し、レーザ光として出射される。ここで、レーザ光は、回折格子４３によって波長選択され、狭帯域スペクトルをもって出力される。なお、共振器長Ｌは、活性層３３の長手方向の長さである。
【００２１】
図５は、半導体レーザモジュール１０の構成を示す縦断面図である。図５において、この半導体レーザモジュール１０は、半導体レーザ１を有する。半導体レーザモジュール１０の筐体として、セラミックなどによって形成されたパッケージ５９の内部底面上に、温度制御装置としてのペルチェ素子５８が配置される。ペルチェ素子５８上にはベース５７が配置され、このベース５７上にはヒートシンク５７ａが配置される。
【００２２】
ベース５７上には、半導体レーザ１およびサーミスタ５８ａを配置したヒートシンク５７ａ、第１レンズ５２、および電流モニタ５６が配置される。半導体レーザ１から出射されたレーザ光は、第１レンズ５２、アイソレータ５３、および第２レンズ５４を介し、光ファイバ５５上に導波される。第２レンズ５４は、レーザ光の光軸上であって、パッケージ５９上に設けられ、外部接続される光ファイバ５５に光結合される。なお、電流モニタ５６は、半導体レーザ１の反射膜側から漏れた光をモニタ検出する。
【００２３】
ここで、この半導体レーザモジュール１０では、他の光学部品などによる反射戻り光が共振器内に再入力しないように、半導体レーザ１と光ファイバ５５との間にアイソレータ５３を介在させている。
【００２４】
ここで、低歪特性および高ＣＮ比特性を同時に得ることができる共振器長の決定について説明する。図６は、チャネル数およびチャネルあたりの変調度が設定されているときの伝送損失と共振器長との関係を示す図である。◆で示すプロットは、変調度３．５％（チャネル数＝７４）を示し、□で示すプロットは、変調度３．８％（チャネル数＝７９）を示し、▲で示すプロットは、変調度１０％（チャネル数＝２）を示している。図６に示すように、伝送損失が決定されると、これに対応した最適な共振器長が決定される。この共振器長をもつ半導体レーザ１は、要求された伝送損失を満足しつつ、−６０ｄＢｃ以下の低歪特性と５０ｄＢ以上の高ＣＮ比特性とをともに得ることができることである。
【００２５】
特に、次式を満足する共振器長Ｌの場合、さらに低歪特性と高ＣＮ比特性とを得ることができる。すなわち、
Ｌｏｓｓ＝１０4ｍ2.5Ｎ0.5Ｌ
を満足する共振器長Ｌとすることによって、低歪特性と高ＣＮ比特性とを得ることができる。ここで、Ｌｏｓｓは伝送損失（ｄＢ）、ｍはチャネルあたりの変調度、Ｎはチャネル数、Ｌは共振器長（ｍｍ）である。
【００２６】
この式は、図６に示した相関関係から得られるが、この図６に示したプロット値は、図７に示した関係から得ることができる。図７は、変調度３．８％、伝送損失を８ｄＢ、１２ｄＢ、１５ｄＢに設定した場合に、それぞれ共振器長Ｌを３００μｍ（０．３ｍｍ）、４００μｍ（０．４ｍｍ）、５００μｍ（０．５ｍｍ）と変化させた場合における歪とＣＮ比との関係を示す図である。図７に示すように、歪が−６０ｄＢｃ以下であってＣＮ比が５０ｄＢ以上を満足し、かつ低歪特性および高ＣＮ比特性を示すのは、点Ｐ１〜Ｐ３である。点Ｐ１は、伝送損失が１２ｄＢであって共振器長Ｌが４００μｍ、点Ｐ２は、伝送損失が８ｄＢであって共振器長Ｌが３００μｍ、点Ｐ３は、伝送損失が１５ｄＢであって共振器長Ｌが５００μｍである。この結果、図６に示すような変調度３．８％のときの伝送損失と共振器長との最適関係が求められる。この最適関係は、上述した式によって表すことができる。
【００２７】
このとき、点Ｐ１〜Ｐ３が最適点である判別は、歪の閾値−６０ｄＢｃからの距離である歪み差分値と、ＣＮ比の閾値５０ｄＢからの距離であるＣＮ比差分値との乗算値あるいは加算値が最も大きい点を選択することによって得ている。たとえば、点Ｐ１の乗算値は、Ｘ１＝１０，Ｙ１＝３であるため、Ｘ１・Ｙ１＝３０であるが、伝送損失が１２ｄＢかつ共振器長Ｌが５００μｍの点の乗算値は、Ｘ２＝１５，Ｙ１＝１．５であるため、Ｘ２・Ｙ２＝２２．５となり、点Ｐ１の乗算値が大きいため、点Ｐ１が最適値として選択される。
【００２８】
同様なことを変調度３．５％，１０％に対して行うと、図６に示した最適関係を得ることができる。図６に示した最適関係が得られると、伝送損失に対応した最適な共振器長Ｌを決定することができる。また、共振器長Ｌが決定されている場合には、これに対応する許容伝送損失を知ることができる。
【００２９】
図７は、伝送損失一定のものを曲線Ｌ１〜Ｌ３として描いたものであるが、図８は、同じデータをもとに共振器長Ｌ一定のものを曲線ＬＬ１〜ＬＬ３として描いたものである。図７では、伝送損失が設定された場合において、歪が−６０ｄＢｃ以下であってＣＮ比が５０ｄＢ以上を満足する共振器長Ｌの範囲を知ることができる。一方、図８では、共振器長Ｌが決定されている場合において、歪が−６０ｄＢｃ以下であってＣＮ比が５０ｄＢ以上を満足する伝送損失の範囲を知ることができる。もちろん、最適値は、上述した式によって得ることができ、その結果は図６に示した通りである。
【００３０】
ところで、共振器長Ｌが一定の場合における伝送損失の範囲は、共振器長Ｌによって変化し、最適値から±１／（２Ｌ2）の範囲として表すことができる。すなわち、伝送損失Ｌｏｓｓの範囲ＬｏｓｓＡは、次式で表すことができる。すなわち、
ＬｏｓｓＡ＝１０4ｍ2.5Ｎ0.5Ｌ±１／（２Ｌ2）
である。これらを具体的に示すと図９−１〜図９−３に示すようになる。図９−１は、変調度３．８％のときを示し、図９−２は、変調度３．５％のときを示し、図９−３は、変調度１０％のときを示している。これによって、共振器長Ｌが決定されている場合における伝送損失の範囲を知ることができる。逆に伝送損失が与えられた場合、歪が−６０ｄＢｃ以下であってＣＮ比が５０ｄＢ以上を満足する共振器長Ｌの範囲を知ることができる。
【００３１】
この実施の形態では、半導体レーザ１が、伝送損失とチャネル数とチャネルあたりの変調度と半導体レーザ１の共振器長Ｌとの関係をもとに、所定伝送損失と所定チャネル数とチャンネルあたりの所定変調度とが与えられた場合に所定歪み（−６０ｄＢｃ）以下であって所定ＣＮ比（５０ｄＢ）以上を満足する共振器長Ｌを有するようにしているので、低歪特性および高ＣＮ比特性の双方を満足し、特に半導体レーザモジュール１０の出力が低い領域であっても十分高いＣＮ比を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施の形態にかかる半導体レーザモジュールを含む光伝送システムの概要構成を示す図である。
【図２】図１に示した半導体レーザ１の概要構成を示す斜めからみた破断図である。
【図３】図２に示した半導体レーザ１の長手方向の縦断面図である。
【図４】図３に示した半導体レーザのＡ−Ａ線断面図である。
【図５】半導体レーザモジュール１０の構成を示す縦断面図である。
【図６】チャネル数およびチャネルあたりの変調度が設定されているときの伝送損失と共振器長との関係を示す図である。
【図７】変調度３．８％、伝送損失を８ｄＢ、１２ｄＢ、１５ｄＢに設定した場合に、それぞれ共振器長Ｌを３００μｍ、４００μｍ、５００μｍと変化させた場合における歪とＣＮ比との関係を示す図である。
【図８】図７に示した測定点に対して共振器長をパラメータとして示した図である。
【図９−１】変調度３．８％における許容伝送損失の共振器長依存性を示す図である。
【図９−２】変調度３．５％における許容伝送損失の共振器長依存性を示す図である。
【図９−３】変調度１０％における許容伝送損失の共振器長依存性を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  半導体レーザ
１０  半導体レーザモジュール
２０  Ｏ／Ｅ部
２１  復調部
３１  ｎ−ＩｎＰ基板
３２  ｎ−ＩｎＰクラッド層
３３  活性層
３６  ｐ−ＩｎＰクラッド層
３７  ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
３８  ｐ−ＩｎＰブロッキング層
３９  ｎ−ＩｎＰブロッキング層
４０  ｐ側電極
４１  ｎ側電極
４３  回折格子
４４  高反射膜
４５  低反射膜
５２  第１レンズ
５３  アイソレータ
５４  第２レンズ
５５  光ファイバ
５６  電流モニタ
５７  ベース
５７ａ  ヒートシンク
５８  ペルチェ素子
５８ａ  サーミスタ
５９  パッケージ
Ｃ１，Ｃ２  制御部
Ｔ１２  端子
Ｆ  光ファイバ
【図１】
2005317869.tif 000003
【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】
2005317869.tif 000009
【図８】
2005317869.tif 000010
【図９−１】
2005317869.tif 000011
【図９−２】
2005317869.tif 000012
【図９−３】
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