JP2002221468A - 半導体レーザユニットの特性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザの波長や光量のレベルに関わら
ず、簡単な構成でオペアンプの帰還抵抗を自動的に選択
可能にし、特性測定時の作業効率を向上させる。 【解決手段】 測定対象の半導体レーザから出射される
レーザ光を受光し、レーザ光の特性を測定する受光回路
を有する半導体レーザユニットの特性測定装置におい
て、受光回路は、半導体レーザの入射光量に応じた電流
信号を発生するフォトダイオード３と、フォトダイオー
ド３が発生する電流信号を増幅し出力するオペアンプ１
７と、フォトダイオード３に発生電流とは極性が異なる
バイアス電圧を印加するバイアス電源１２と、半導体レ
ーザの出力特性に応じてオペアンプ１７に接続された帰
還抵抗１４Ｒ１，１４Ｒ２，１４Ｒ３を切り替えるセレ
クタ１３と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ（レ
ーザダイオード）の出射光を受光し、その特性を電圧信
号として測定する際に、レーザ光の波長や光強度が変化
してもその変化に適応的に連動して測定することが可能
な半導体レーザユニットの特性測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来における半導体レーザユニットの特
性測定装置の受光回路の構成を図６、図７に示す。図６
および図７において、符号２０，３０はフォトダイオー
ドの発生電流とは極性が反対のバイアス電圧を印加する
バイアス電源、符号２１，３１は測定対象の半導体レー
ザの出射光を受光するフォトダイオード、符号２２は帰
還抵抗を切り替えるための切替えスイッチ、符号２３，
３３は帰還抵抗、符号２４，３４はフォトダイオードが
発生する電流信号を増幅するオペアンプ、符号２５，３
５は出力信号端子である。

【０００３】図６の受光回路では、フォトダイオード２
１の入力端子がオペアンプ２４の入力端子に接続されて
いる。この入力端子とオペアンプ２４の出力端子とが可
変抵抗手段である帰還抵抗２３を介して接続されてい
る。帰還抵抗２３は電気抵抗がそれぞれ異なる複数個の
固定抵抗素子と複数個の切替えスイッチ２２が配置さ
れ、この切替えスイッチ２２で複数個の固定抵抗素子を
任意に選択する。

【０００４】すなわち、測定する半導体レーザの出射光
が、高強度のときに低抵抗の固定抵抗素子に接続される
ように切替えスイッチ２２を選択し、一方、低強度のと
きに高抵抗の固定抵抗素子に接続されるように切替えス
イッチ２２を選択する。これにより、低強度から高強度
の半導体レーザの出射光の特性測定を実現している。

【０００５】図７の受光回路では、測定対象の半導体レ
ーザから出射されるレーザ光がフォトダイオード３１に
入射されると、フォトダイオード３１が入射光量に対応
した電流を発生する。この電流がオペアンプ３４により
増幅されて出力され、この出力により半導体レーザの特
性を測定している。なお、このようなフォトダイオード
を利用した受光回路の場合、フォトダイオードの発生電
流とは極性が反対のバイアス電圧を印加し飽和特性を改
善することが一般に行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
示されるような従来の半導体レーザユニットの特性測定
装置にあっては、測定する半導体レーザが有する波長の
違いに連動させる構成でないので、波長が異なった場合
に自動的に測定することができなかった。また、オペア
ンプの増幅率を決定する帰還抵抗の種類を複数設けてい
るものの、手動で切替えスイッチを切り替えているの
で、測定時における作業効率が低下していた。

【０００７】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
って、半導体レーザの波長や光量のレベルに関わらず、
簡単な構成でオペアンプの帰還抵抗を自動的に選択可能
にし、特性測定時の作業効率を向上させることを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１にかかる半導体レーザユニットの特性測
定装置にあっては、測定対象の半導体レーザから出射さ
れるレーザ光を受光し、前記レーザ光の特性を測定する
受光回路を有する半導体レーザユニットの特性測定装置
において、前記受光回路は、前記半導体レーザの入射光
量に応じた電流信号を発生するフォトダイオードと、前
記フォトダイオードが発生する電流信号を増幅し出力す
るオペアンプと、前記フォトダイオードに発生電流とは
極性が異なるバイアス電圧を印加するバイアス電源と、
前記半導体レーザの出力特性に応じて前記オペアンプに
接続された帰還抵抗による増幅率を切り替える切り替え
手段と、を備えたものである。

【０００９】この発明によれば、測定対象の半導体レー
ザあるいは半導体レーザユニットから出射されるレーザ
光をフォトダイオードで受光し、その受光光量に応じて
発生する電流信号をオペアンプによって増幅する際に、
測定する半導体レーザの波長や光量といった出力特性に
応じて、切り替え手段が帰還抵抗を自動的に切り替える
ことにより、オペアンプによる最適な増幅率を得る。

【００１０】また、請求項２にかかる半導体レーザユニ
ットの特性測定装置にあっては、さらに、前記フォトダ
イオードが発生する電流信号を電圧信号に変換する変換
手段を備えたものである。

【００１１】この発明によれば、請求項１において、変
換手段を設けてフォトダイオードが発生する電流信号を
電圧信号に変換することにより、あらかじめ設定される
基準値電圧と比較することが可能になる。

【００１２】また、請求項３にかかる半導体レーザユニ
ットの特性測定装置にあっては、さらに、前記変換手段
で変換された電圧信号を、前記半導体レーザの波長毎に
設定された基準値電圧と比較し、その選択信号を前記切
り替え手段に入力する選択信号出力手段を備えたもので
ある。

【００１３】この発明によれば、請求項２において、変
換手段で変換された電圧信号を、測定する半導体レーザ
の波長に応じて設定された基準値電圧信号と比較するこ
とにより、オペアンプの帰還抵抗を切り替えるための選
択信号が生成される。

【００１４】また、請求項４にかかる半導体レーザユニ
ットの特性測定装置にあっては、さらに、前記オペアン
プの入力端子と出力端子間に前記オペアンプの増幅率を
それぞれ調整する帰還抵抗を複数個接続したものであ
る。

【００１５】この発明によれば、オペアンプを用いて変
換手段で変換された電圧信号を増幅する際に、その増幅
率に応じた帰還抵抗を複数個接続した構成とし、これを
選択することにより、測定する半導体レーザの波長や光
量に関わらず一定の出力が可能になる。

【００１６】また、請求項５にかかる半導体レーザユニ
ットの特性測定装置にあっては、前記変換手段は、前記
選択信号出力手段が出力する選択信号にしたがって前記
帰還抵抗を選択して接続し、前記電圧信号を増幅するも
のである。

【００１７】この発明によれば、抵抗値がそれぞれ異な
る複数個の帰還抵抗を選択する際に、測定する半導体レ
ーザの波長に応じて設定された基準値電圧信号との比較
に応じて生成される選択信号に基づいて自動的に帰還抵
抗を選択することが可能になる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる半導体レー
ザユニットの特性測定装置の好適な実施の形態について
添付図面を参照し、詳細に説明する。なお、本発明はこ
の実施の形態に限定されるものではない。

【００１９】図１は、本発明の実施の形態における半導
体レーザの特性測定装置の概略構成を示す説明図であ
る。図１において、符号１は所定の波長でレーザ光を発
光する半導体レーザ（レーザダイオード）、符号３はレ
ーザ光を受光し、その受光エネルギーを電気信号に変換
し出力するフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄ
ｅ）、符号４は先端部分にフォトダイオード３が取り付
けられ、受光回路などが内蔵されたステージ、符号５は
ステージ４に対向する位置に設けられ、測定対象の半導
体レーザ１が装着された測定ヘッドである。なお、半導
体レーザ１はＬＤドライバなどで制御される構成となっ
ている。

【００２０】図２は、本発明の実施の形態における半導
体レーザユニットの特性測定装置の概略構成を示す説明
図である。この特性測定装置は、前述の図１の構成に対
し、半導体レーザ１の位置に、半導体レーザがユニット
形式で組み込まれた半導体レーザユニット２を装着し、
他の構成要素は同じであるので同一の符号を付し、その
説明は省略する。

【００２１】図１あるいは図２に示すように構成された
特性測定装置において、半導体レーザ１または半導体レ
ーザユニット２から出射される光の特性を測定する場
合、ステージ４を矢印方向に移動させ、出射光をフォト
ダイオード３で受光し、その受光レベルの受光回路（図
３、図４参照）で処理し出力する。

【００２２】つぎに、上述したフォトダイオード３など
による受光回路の構成および動作について説明する。図
３は、本発明の実施の形態における半導体レーザユニッ
トの特性測定装置における受光回路部分の構成を示すブ
ロック図である。また、図４は、図３の受光回路の構成
を示す回路図である。図において、符号１２はフォトダ
イオード３の発生電流とは極性の異なるバイアス電圧を
印加するバイアス電源、符号１６はフォトダイオード３
からの入力電圧信号と基準値電圧信号とを比較し、出力
するコンパレータ、符号１３はコンパレータ１６のセレ
クト信号にしたがって内蔵されたスイッチを切り換える
セレクタ、符号１７はフォトダイオード３が発生する電
流信号を増幅して出力するオペアンプ（差動アンプ）で
ある。符号１５ａ，１５ｂ，１５ｃはコンパレータ１６
それぞれに入力される基準値電圧、符号１６ａ，１６
ｂ，１６ｃは基準値電圧それぞれ毎に設けられたコンパ
レータ、符号１４Ｒ１，１４Ｒ２，１４Ｒ３はそれぞれ
抵抗値が異なる帰還抵抗、符号１８は出力信号端子であ
る。

【００２３】すなわち、この受光回路は、まず、測定対
象の半導体レーザ１あるいは半導体レーザユニット２か
ら出力されるレーザの受光光量に応じた電流を発生する
フォトダイオード３に、フォトダイオード３の発生電流
とは極性が反対のバイアス電圧を印加するバイアス電源
１２が接続されている。なお、フォトダイオード３は光
起電力効果による電力を発生するため、外部電源なしで
動作させることもできるが、周波数特性や直線性上限を
高める目的で逆電圧を印加すると効果的である。

【００２４】バイアス電源１２の電圧値は使用するフォ
トダイオード３の特性などにより決定されるものであ
り、通常は約１０〜３０Ｖ程度であるが、過大な逆電圧
は、フォトダイオード３を破損させる恐れがあることを
考慮し、最大定格内で使用し、必ずカソードがアノード
に対して正の電位になるように設定する必要がある。ま
た、バイアス電源１２に接続されたコンデンサＣは、逆
電圧電源の内部抵抗を小さくするためで、抵抗Ｒ１はフ
ォトダイオード３の保護用で、最大光電流による電圧降
下は逆電圧より十分小さい範囲で設定する必要がある。

【００２５】また、フォトダイオード３に負荷抵抗Ｒ２
を接続することにより、フォトダイオード３の光電流は
電流から電圧に変換され、電圧信号としてコンパレータ
１６とオペアンプ１７の入力端子に接続される。コンパ
レータ１６は電圧信号に変換された値を、あらかじめ設
定された基準値電圧１５ａ，１５ｂ，１５ｃと比較する
ためのものである。

【００２６】このコンパレータ１６の出力端子はセレク
タ１３に接続されており、コンパレータ１６で出力され
たセレクト信号によりセレクタ１３によって帰還抵抗１
４Ｒ１，１４Ｒ２，１４Ｒ３の何れかを選択できるよう
に構成されている。なお、この実施の形態では、３個の
コンパレータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃを用いて３つのセ
レクト信号を生成しているが、複数個のコンパレータを
使って複数のセレクト信号を生成する構成であってもよ
い。

【００２７】ここで、コンパレータ１６に入力する基準
値電圧は、オペアンプ１７の増幅率を決定する帰還抵抗
に応じた電圧値で任意に可変することが可能である。こ
こで、精度の高い基準値電圧を設定した場合には、高分
解能な電圧発生器などを用いることで簡単に設定するこ
とができるが、さほど精度が要求されない場合は抵抗分
圧などを利用して基準値電圧を設定することも可能であ
る。

【００２８】また、図示のように、複数のコンパレータ
１６ａ，１６ｂ，１６ｃを使った場合は、コンパレータ
の数だけ基準値電圧１５ａ，１５ｂ，１５ｃを設定する
こともできる。通常は測定する半導体レーザ１の光量と
オペアンプ１７の増幅率により基準値電圧が設定され
る。

【００２９】図５は、一般的なフォトダイオードの分光
感度特性を示すグラフである。通常のフォトダイオード
の感度波長範囲は、３００ｎｍ〜１１０ｎｍ程度であ
り、低波長域、高波長域では分光感度の値が小さくな
る。したがって、フォトダイオードの分光感度特性を十
分に考慮した上で基準値電圧の値を決める必要がある。
たとえば、３個のコンパレータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ
を使って測定する半導体レーザ１の光量の強度レベル
を、強度，中度，低度の３つに分けると、それぞれ３つ
の基準値電圧を設定することができると共に、同じ光量
の場合、半導体レーザ１の波長を高波長，中波長，低波
長としてそれぞれ３つの基準値電圧１５ａ，１５ｂ，１
５ｃを設定することも可能であるので、測定する半導体
レーザ１の波長や光量をあらかじめ確認しておく必要が
ある。

【００３０】さらに、オペアンプ１７には入力端子と出
力端子を介して複数個の帰還抵抗１４Ｒ１，１４Ｒ２，
１４Ｒ３が接続されており、セレクタ１３の何れか一つ
を選択できるようになっている。使用するオペアンプ１
７としては、高速の電流帰還型のオペアンプが好まし
い。オペアンプ１７の増幅率を決定する帰還抵抗１４Ｒ
１，１４Ｒ２，１４Ｒ３は、通常１０Ｋ，１００Ｋ，１
ＭΩのような値に設定するのが一般的である。これは、
入力される電圧信号により切り換えるもので、必要であ
れば任意に抵抗値を変更することも可能である。そこ
で、測定する半導体レーザ１の光量が高強度のときに、
低抵抗の固定抵抗素子を選択し、低強度のときに高抵抗
の固定抵抗素子を選択する。波長については、測定する
半導体レーザ１の波長が低いときに高抵抗の固定抵抗素
子を選択し、それぞれの波長の受光感度に応じた固定抵
抗素子を選択する。

【００３１】このようにしてオペアンプ１７の最適な帰
還抵抗１４Ｒ１，１４Ｒ２，１４Ｒ３を選択し、その抵
抗により増幅された電圧信号が出力される。ここで、高
周波帯域での受光回路構成としては、各部品のリードイ
ンダクタンスの影響を抑えるため、抵抗やコンデンサは
チップ部品を使用し、回路全体を小型化することが必要
である。また、この実施の形態では、同軸ケーブルなど
による出力を考慮したので、計測器やオシロスコープの
５０Ω入力に直接接続することができる。図４の受信回
路では５０Ωの抵抗を入れているが、出力形態により任
意に変更することも可能である。したがって、以上の実
施の形態により、半導体レーザおよび半導体レーザユニ
ットの受光回路により、測定する半導体レーザの特性を
電圧信号として測定することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる半
導体レーザユニットの特性測定装置（請求項１）によれ
ば、測定対象の半導体レーザあるいは半導体レーザユニ
ットから出射されるレーザ光をフォトダイオードで受光
し、その受光光量に応じて発生する電流信号をオペアン
プによって増幅する際に、測定する半導体レーザの波長
や光量といった出力特性に応じて、切り替え手段が帰還
抵抗を自動的に切り替えることにより、オペアンプによ
る最適な増幅率を得るため、半導体レーザの波長や光量
のレベルに関わらず、簡単な構成でオペアンプの帰還抵
抗を自動的に選択可能になり、特性測定時における作業
効率が向上する。

【００３３】また、本発明にかかる半導体レーザユニッ
トの特性測定装置（請求項２）によれば、請求項１にお
いて、変換手段を設けてフォトダイオードが受光光量に
応じて発生する電流信号を電圧信号に変換するため、あ
らかじめ設定される基準値電圧と容易に比較することが
できる。

【００３４】また、本発明にかかる半導体レーザユニッ
トの特性測定装置（請求項３）によれば、請求項２にお
いて、変換手段で変換された電圧信号を、測定する半導
体レーザの波長に応じて設定された基準値電圧信号と比
較することにより、オペアンプの帰還抵抗を切り替える
ための選択信号が生成されるので、後段の回路による自
動的な切り替えが実現する。

【００３５】また、本発明にかかる半導体レーザユニッ
トの特性測定装置（請求項４）によれば、オペアンプを
用いて変換手段で変換された電圧信号を増幅する際に、
その増幅率に応じた帰還抵抗を複数個接続した構成と
し、これらから最適な帰還抵抗を選択することを可能と
したので、測定する半導体レーザの波長や光量に関わら
ず一定の出力を得ることができる。

【００３６】また、本発明にかかる半導体レーザユニッ
トの特性測定装置（請求項５）によれば、抵抗値がそれ
ぞれ異なる複数個の帰還抵抗を選択する際に、測定する
半導体レーザの波長に応じて設定された基準値電圧信号
との比較に応じて生成される選択信号に基づいて自動的
に帰還抵抗を選択することが可能になるため、短時間で
かつ容易に半導体レーザの出力特性を測定することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における半導体レーザの特
性測定装置の概略構成を示す説明図である。

【図２】本発明の実施の形態における半導体レーザユニ
ットの特性測定装置の概略構成を示す説明図である。

【図３】本発明の実施の形態における半導体レーザユニ
ットの特性測定装置における受光回路部分の構成を示す
ブロック図である。

【図４】図３の受光回路の構成例を示す回路図である。

【図５】一般的なフォトダイオードの分光感度特性を示
すグラフである。

【図６】従来における半導体レーザユニットの特性測定
装置の受光回路の構成例（１）を示す回路図である。

【図７】従来における半導体レーザユニットの特性測定
装置の受光回路の構成例（２）を示す回路図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザ ２ 半導体レーザユニット ３ フォトダイオード １２ バイアス電源 １３ セレクタ １４Ｒ１，１４Ｒ２，１４Ｒ３ 帰還抵抗 １５ａ，１５ｂ，１５ｃ 基準値電圧 １６ａ，１６ｂ，１６ｃ コンパレータ １７ オペアンプ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象の半導体レーザから出射される
   レーザ光を受光し、前記レーザ光の特性を測定する受光
   回路を有する半導体レーザユニットの特性測定装置にお
   いて、 前記受光回路は、 前記半導体レーザの入射光量に応じた電流信号を発生す
   るフォトダイオードと、 前記フォトダイオードが発生する電流信号を増幅し出力
   するオペアンプと、 前記フォトダイオードに発生電流とは極性が異なるバイ
   アス電圧を印加するバイアス電源と、 前記半導体レーザの出力特性に応じて前記オペアンプに
   接続された帰還抵抗による増幅率を切り替える切り替え
   手段と、 を備えたことを特徴とする半導体レーザユニットの特性
   測定装置。
2. 【請求項２】 さらに、前記フォトダイオードが発生す
   る電流信号を電圧信号に変換する変換手段を備えたこと
   を特徴とする請求項１に記載の半導体レーザユニットの
   特性測定装置。
3. 【請求項３】 さらに、前記変換手段で変換された電圧
   信号を、前記半導体レーザの波長毎に設定された基準値
   電圧と比較し、その選択信号を前記切り替え手段に入力
   する選択信号出力手段を備えたことを特徴とする請求項
   ２に記載の半導体レーザユニットの特性測定装置。
4. 【請求項４】 さらに、前記オペアンプの入力端子と出
   力端子間に前記オペアンプの増幅率をそれぞれ調整する
   帰還抵抗を複数個接続したことを特徴とする請求項３に
   記載の半導体レーザユニットの特性測定装置。
5. 【請求項５】 前記変換手段は、前記選択信号出力手段
   が出力する選択信号にしたがって前記帰還抵抗を選択し
   て接続し、前記電圧信号を増幅することを特徴とする請
   求項４に記載の半導体レーザユニットの特性測定装置。