JP2002314193A - 高負荷サイクル無線周波数注入を用いてレーザーパワー及び安定化を改善するシステム及び方法 - Google Patents

高負荷サイクル無線周波数注入を用いてレーザーパワー及び安定化を改善するシステム及び方法

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JP2002314193A JP2002040920A JP2002040920A JP2002314193A JP 2002314193 A JP2002314193 A JP 2002314193A JP 2002040920 A JP2002040920 A JP 2002040920A JP 2002040920 A JP2002040920 A JP 2002040920A JP 2002314193 A JP2002314193 A JP 2002314193A
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William R Markis
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した半導体レーザー及び安定したスペク
トラム出力を有するレーザーを提供すること。 【解決手段】 レーザー出力レベルを安定化させるシス
テム及び方法は、レーザー（１０）と、無線周波数波形
を注入する注入回路と、レーザーにエネルギーを加え、
安定化させる制御回路とを有する。注入回路に注入され
る無線周波数波形は、高負荷サイクルに安定したマルチ
モード・スペクトラムを提供させながら、高出力パワー
を維持させる。バックファセット半導体レーザー（１０
２）は、バックファセット半導体レーザー（１０１）か
ら発せられた放射を検知し、フィードバック信号をレー
ザー出力パワーを維持する制御回路（４１）へ提供す
る。フォトダイオードの反応は、ＲＦ波形のために、強
度変動を追跡できるほど高速ではない。よって、レーザ
ー・パワーを調整する実質的必要性がある場合のみ、制
御回路（４１）へフィードバックを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概してアプリケー
ションを画像化する安定半導体レーザーに係り、特にバ
ックファセット（ｂａｃｋ ｆａｃｅｔ）閉ループ制御
回路を有する半導体レーザー内へ注入される高負荷サイ
クル無線周波数波形に関する。
【０００２】
【従来の技術】多くの画像化用途において、低ノイズと
共に一定の波長及びパワー出力を提供する安価な半導体
レーザー装置を有することがしばしば望ましい。レーザ
ー・ラスター・プリンティング・システムの一種におい
て、感光性媒体がドラム上に置かれ、半導体レーザーが
それに書き込む。レーザーからの光ビームは、通常、ポ
リゴン若しくはガルバノメータから反射され、画像化レ
ンズを通って集束される。この画像は、ラスター・スキ
ャン技術を用いて、感光性媒体上にピクセル毎に書き込
まれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】伝達されるレーザー・
エネルギー量を制御することは画質を達成するのに重要
である。感光性媒体へ伝達されるレーザー・エネルギー
における不要な変動は、媒体上にプリントされる画像に
濃淡のストリーク若しくはスポットなどの不快なアーテ
ィファクトを導入し得る。多くの画像書き込み用途にお
いて、レーザー光パワーは、妥当な画質を得るために、
０．５％より良い精度に制御されなければならない。
【０００４】光パワーは、半導体レーザー駆動電流及び
動作温度などの多くのパラメータによって影響を受け
る。レーザーが安定した状態で動作することを確保する
ために、動作温度はレーザーが比較的一定の波長で動作
するように選ばれる。例えば、特定のレーザーは、３℃
という狭い温度レンジ内でのみ６８５ｎｍという比較的
安定した作動波長を有する。このレンジ外では、レーザ
ー出力パワーの強度に変動が生じる。なぜなら、レーザ
ーは一モードから他のモードへホップするからである。
レーザーをその安定した動作レンジに保つために、熱電
冷却器が用いられなければならない。
【０００５】レーザーパワー出力に変動を生じさせ得る
別の問題は、レーザーの外にある光素子によってレーザ
ー内へ反射されて戻ってくる不要な光である光フィード
バックによって引き起こされる。光フィードバックは、
レーザー動作を妨害し、１０％若しくは２０％程度に達
し得る強度変動を引き起こす。コリメータ・レンズやビ
ーム成形光学系などのより多くの部品が加えられるた
め、レーザーが動作し得る安定した温度レンジは、前述
の３℃から大幅に減り、コンマ数℃程度にまで減少し得
る。
【０００６】他の要因もレーザー・オペレーティング・
システムの安定性に影響を与え得る。例えば、特性が経
年変化し得る部品もある。又、わずかな汚染物質が光素
子の表面上に蓄積し得る。この変化は、レーザーへの光
フィードバックをもたらす反射性における変動を引き起
こし得る。
【０００７】レーザー性能を安定化させる過去の試み
は、雑多な結果に合致している。例えば、熱電冷却器は
周囲温度によるドリフトを防ぐために用いられた。しか
し、レーザー特性の変化若しくは外部光素子のずれによ
り光フィードバックが生じるため、装置の動作寿命を超
えてもレーザーは依然としてモードを変化させ得る。そ
の上、熱電冷却器は追加的なコスト及び複雑さを加え
る。
【０００８】レーザーを安定化させる別の方法は、レー
ザー出力を制御するためにレーザーのバックファセット
を離れる光の一部を検知するバックファセット光センサ
を用いることである。これは全体的には成功ではなかっ
た。なぜなら、レーザーのバックファセット上をコーテ
ィングする誘電ミラーの層が波長固有だからである。よ
って、バックファセットを離れる光の波長がわずかでも
変化すると、実際のレーザー出力は基本的に変化してい
ないにもかかわらず、バックファセット・センサに対す
るパワーの変化が大きくなる。レーザーに対するパワー
制御ループは、行われないのが好ましい光レベル補正を
行って終了となる。
【０００９】レーザーの安定化における別の試みは、例
えば１〜２ｍＷのレンジのレーザー・プリンティングな
どの低パワー・レベル・レーザーを安定化させるために
無線周波数（ＲＦ）を用いた。しかし、これら低パワー
ＲＦ安定化方法は、強度制御の問題により、高パワー・
レーザーの安定化に適していない。高パワー・レーザー
におけるこの種のＲＦ安定化は、レーザー・ダイオード
をバックバイアスし、それを破壊する可能性を有する。
米国特許第５，１９７，０５９号、第５，３８６，４０
９号、及び第５，４９５，４６４号を参照のこと。ＲＦ
制御における他の望まれない特徴は、寿命の低下、及び
レーザーの酷使である。米国特許第５，４９５，４６４
号、及び第５，１７５，７２２号を参照のこと。
【００１０】低パワー・レーザーの安定化における別の
試みは、低負荷サイクル波形を有する無線周波数を用い
た。米国特許第５，３８６，４０９号は、光ディスクへ
の読み出し及び書き込みを行う半導体レーザーを安定化
させるために低負荷サイクル無線周波数波形を用いるこ
とを開示している。
【００１１】加えて、ＲＦ注入（ＲＦ ｉｎｊｅｃｔｉ
ｏｎ）を用いて、約２０〜１００ｍＷの高パワー半導体
レーザーを安定化させる試みが為されている。米国特許
第６，０４９，０７３号は、正弦波であるＲＦ波形を注
入して高パワー半導体レーザーを安定化させるシステム
及び方法について開示している。しかし、この安定化方
法は、レーザーの定格出力パワーの半分しか安定化パワ
ーとして使用できない。なぜなら、５０％負荷サイクル
制限波がＲＦ駆動として用いられるからである。パワー
を増やすために高電流レベルにおいてレーザーを駆動さ
せると、レーザーを酷使し、寿命を縮める。レーザーに
対するＲＦ駆動を増やすと、レーザーをバックバイアス
し、破壊することとなる。
【００１２】したがって、定格最大パワー若しくはその
近傍において、温度変化、電流変動、経年効果、及び光
フィードバックに対して高パワー半導体レーザーを安定
化させることが望ましい。
【００１３】本発明の目的は、高パワー出力の無線周波
数が注入された安定した半導体レーザーを提供すること
である。本発明の別の目的は、高精度なバックファセッ
ト・フォトダイオード制御を可能にする安定したスペク
トラム出力を有するレーザーを提供することである。本
発明の更に別の目的は、レーザー出力を制御するための
熱電冷却の必要性を取り除くことである。本発明の追加
的目的は、この安定した半導体レーザーがラスター・ス
キャン画像書き込みシステムの一部として用いられると
きに画像の各ピクセル内のあらゆる固有のレーザー・ノ
イズを制限し、よって得られる空間的ノイズを目に見え
ないようにすることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題の
１以上を克服することを意図している。本発明の一態様
によれば、レーザー出力レベルを安定化させるシステム
は、制御信号に反応し、放射ビームを生成するレーザー
を有する。制御回路は、レーザーに接続され、制御信号
をレーザーへ提供する。注入回路は、制御回路に接続さ
れ、高負荷サイクル無線周波数波形をレーザー内へ注入
する。バックファセット・フォトダイオード・センサ
は、レーザーのバックファセットからの放射を検知し、
制御回路へフィードバック信号を提供し、レーザーのパ
ワーレベルを一定に維持する。無線周波数波形は、レー
ザーに、レーザー照射閾値レベルとＤＣバイアス点より
上の非対称レベルとの間であって該ＤＣバイアス点より
上若しくは下において発振させる。注入回路は、５０％
より大きい負荷サイクルを有する無線周波数波形を注入
する。
【００１５】本発明の一実施形態によれば、５０％より
大きい負荷サイクルを有する波形の無線周波数信号が半
導体レーザー内へ注入される。レーザーに接続された制
御回路は、制御信号を提供し、注入回路は無線周波数信
号をレーザー内へ注入する。バックファセット・フォト
ダイオード・センサは、レーザー・ダイオードのバック
ファセットから発せられた放射を検知し、レーザー出力
パワーを調整する制御回路へフィードバック信号を提供
する。
【００１６】高負荷サイクルを有する無線周波数波形を
半導体レーザー内へ注入する利点は、レーザーが高出力
パワーを有するようになると共に、電流若しくはパワー
・パラメータの最大定格を越えずに安定性を有するよう
になる点である。例えば、９０％の負荷サイクルを有す
るＲＦ波形を有する５０ｍＷレーザーは、電流が最大定
格電流Ｉｏｐを越えることなく、４５ｍＷの安定したパ
ワーを得る。高パワーを実現するために、レーザーはほ
とんどレーザー閾値より上で作動され、負荷サイクルの
短い間隔の間のみ、レーザー照射閾値付近で作動する。
【００１７】安定性を実現するために、無線周波数波形
の注入は、高周波においてレーザーにモード・ホップを
強いる。基本的には、レーザーに安定したマルチモード
・スペクトラムを有するように強いる。この結果は、レ
ーザーを閾値若しくは閾値より若干下まで下げ、照射を
一旦止めさせ、毎秒何百万回ものレートで照射を再確立
させることによって達成される。出力スペクトラムは長
い時間安定しているため、フォトダイオードからの電流
は真にレーザー出力パワーを代表している。電流のシフ
トは、レーザー波長のホップではなく、レーザー出力パ
ワーのドリフトを表す。強度変動のレートは、フォトダ
イオードの反応特性のために、バックファセット・フォ
トダイオードが検知するレートよりも大きい。フォトダ
イオード及びフィードバック回路の低周波認識から、レ
ーザー強度は安定する。フォトダイオードによって検知
されるスペクトラムが安定しているため、バックファセ
ット・フォトダイオード及びレーザーを安定させる手段
としての制御回路を用いることに関連する歴史的問題は
解決される。波長ではなく、レーザー出力パワーの重大
な低速ドリフトのみが検知され、制御回路は半導体レー
ザーに供給される電流に対する適切な調整を行うことが
できる。
【００１８】熱電冷却に関連して加えられた複雑さ及び
コストを除去することができる。無線周波数注入はレー
ザー安定性を作り出すため、熱電冷却器にレーザーの温
度を制御させる必要性が除去される。レーザーの出力波
長の変化はいずれも非常に小さいものであり、レーザー
を制御するための熱電冷却器の支出及び複雑さを導入す
る必要はない。
【００１９】通常画像に現れるモード・ホップに関連す
るレーザー・ノイズを人間の目では感知できない高周波
へとシフトさせることができる。本発明は、レーザーを
安定したマルチモード・スペクトラム出力にする高負荷
サイクル無線周波数波形を注入する回路を用いる。あら
ゆるモード・ホッピングは、注入された無線周波数にお
いて起こる。モード・ホッピングが増えると、レーザー
の周波数は、強度ノイズが各ピクセル内で平均化され、
レーザーで書き込まれる画像においてノイズをより見え
づらくするように、レーザーのノイズ・スペクトラムを
シフトさせる。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明とその目的及び利点とは、
以下に示す好ましい実施形態の詳細な説明においてより
明らかにされる。
【００２１】本発明は、特に、本発明に準拠した装置の
一部を構成する要素、又は、より直接的に該装置に組み
込まれた要素に向けられている。具体的に図示若しくは
説明されていない要素は当業者には良く知られた様々な
形を採ることができることは明らかである。
【００２２】図１は、半導体レーザー１２を示す。レー
ザー１２は、開口部１０３を有するステム１０６と端子
１０７とを有するキャップ１０４によって規定される容
器内に存在する。半導体レーザー素子１０１は、開口部
１０３側に光放射面を有するビートシンク１０５上に設
けられる。バックファセット１０２は、受光面を半導体
レーザー素子１０１に向けてステム１０６に固定され
る。レーザー・ビーム１１０及び光パワー出力（Ｐｏ）
は、半導体レーザー素子１１０から開口部１０３を通っ
て発射される。同時に、通常はＰｏの約３％である光パ
ワー出力（Ｐｍ）を有する監視ビーム１２０が半導体レ
ーザー素子１０１からフォトダイオード１０２へ向けて
発射される。レーザー・ビーム１１０は、図示しない書
込光学系を通るように方向付けられる。
【００２３】図２は、ＲＦ安定化レーザー構成１０を示
す。レーザー・ダイオード１２及びレーザー駆動アッセ
ンブリ４０は、ヒートシンク・プレート１８へネジ止め
されたアルミニウム・ブロック１６へ取り付けられる。
ヒートシンク・プレート１８は、コリメータ・マウント
２４へ取り付けられ、コリメータ・マウント２４は取り
付けブラケット２０へ取り付けられる。コリメータ・マ
ウント２４は、更に、コリメータ・レンズ２２を保持す
る。安定化されたレーザー１０は、図示しない書込光学
系に揃えられる。別の実施形態において、安定化レーザ
ー１０は、安定化レーザー１０が遠隔地にマウントされ
ることを可能にする光ファイバへ接続される。
【００２４】図３は、３０ｍＡをやや上回る閾値と、９
０ｍＡの最大電流とを有する５０ｍＡのＭｉｔｓｕｂｉ
ｓｈｉ １４１３ Ｒ０１半導体レーザーについての入
力電流に対するパワーのグラフである。ＤＣレベルが６
０ｍＡに設定されると、レーザーは２５ｍＷの出力を提
供する。これは定格値の半分の値である。レーザー電流
を３０ｍＡ（Ｉｔｈ、レーザー閾値）から９０ｍＡ（Ｉ
ｏｐ、最大定格光パワー出力）へ動かすために給与ＤＣ
レベルにＣｏｌｐｉｔｔｓ ＲＦ発振器によって提供さ
れたＡＣ信号が加えられる。レーザー出力Ｉｏｐは、こ
のレーザーに対して５０ｍＷであり、Ｉｔｈにおいて、
約０．１ｍＷ光パワーである。半導体レーザーは、最大
パワーに対してオンにされ、原則として、ＲＦの各サイ
クル中にはオフにされる。ＲＦ周波数は、約２０ＭＨｚ
のピクセル・クロックを有する書き込みシステムに対し
て、通常約２００ＭＨｚであり、よって、レーザーは各
ピクセル中に１０回オン／オフされる。Ｃｏｌｐｉｔｔ
ｓ発振器によって生成される正弦波は、５０％負荷サイ
クルを有する。なぜなら、それは生成しやすいが、高周
波成分をほとんど若しくは全く含まないからである。基
本的な２００ＭＨｚ信号のみが生成され、レーザー・ダ
イオードへの信号を伝達することを容易にする。
【００２５】図４は、９０％負荷サイクル波形をついて
の入力電流に対するパワーのグラフである。注入波形の
負荷サイクルが増えると、安定化パワーの平均パワーレ
ベルも増える。例えば、波形が９０５の負荷サイクルを
有する場合、可能な５０ｍＷのうち、４５ｍＷが安定化
した出力パワーである。
【００２６】図５は、駆動信号の大部分は高レベルであ
り、時折非常に短いスパイク中のみ低レベルへ落ちる波
形を示す。このスパイクは、レーザーを閾値より下へ連
れて行くのに十分なほど低く、レーザー照射を中断させ
るのに十分なほど長くなければならない。
【００２７】図６は、レーザー駆動システム３０と、パ
ワーレベル調整４２と、フォトダイオード１０２からの
フィードバック信号５０を利用することによって一定の
レーザーパワー出力を提供するための制御回路４１とを
示す。一般的には注入回路と呼ばれる高負荷サイクルＲ
Ｆ源４４は、安定したマルチモード・スペクトラムを導
入するために、半導体レーザー１０１内へ注入される。
【００２８】図７ａは、半導体レーザー内へ注入される
高負荷サイクルＲＦ波形を生成するのに用いられる歪め
られた正弦波発振器回路の概略を示す。過流フィードバ
ック及び変化したバイアスを有する正弦波発振器は、非
対称正弦波を作成するのに用いられる。半導体レーザー
内へ注入されると、この非対称無線周波数正弦波は、レ
ーザーの出力スペクトラムを安定化させ、レーザーの出
力パワーを増やすことができる。図７ｂは、レーザー作
動電流Ｉｏｐとレーザー閾値電流Ｉｔｈとを示す半導体
レーザー駆動電流のグラフである。例えば、２００ＭＨ
ｚＲＦ変形正弦波が注入されると、半導体レーザーが閾
値以下にまで下げられ、毎秒２００万回のレーザー照射
へ戻される。ＤＣレベルに基づいて、ＲＦは、閾値若し
くは閾値をやや下回るところで作動するようにレーザー
を駆動させるように調整される。しかし、駆動電流は０
ｍＡを上回った状態で維持されていなければならない。
駆動電流が零を下回ると、レーザーはバックバイアスを
受けた状態となり、破壊される。同様に、レーザーを定
格Ｉｏｐを越えるように駆動させると、損傷を引き起こ
すか、又はレーザーの寿命を縮める。その上、半導体レ
ーザーのマルチモード・オペレーションは、上記レーザ
ーの固有ノイズを高周波へ移行させるため、それらのレ
ーザーが画像書き込みが可能なレーザー・ラスター・シ
ステム内へ統合されたときにそれらの可視性を実質的に
低減する。その上、制御回路と共にレーザーの出力を監
視・制御するのに用いられるバックファセット・フォト
ダイオードは、無線周波数における高速スイッチングに
反応しない。バックファセット・フォトダイオードは、
レーザーの出力の急激な変化を検知できないため、同じ
電流量を供給し続ける。よって、レーザー出力の変化は
フォトダイオードの反応特性内でのみ検知される。レー
ザー・スペクトラム出力は長い間安定しているため、フ
ォトダイオードからの電流は、真にレーザー出力パワー
を代表している。ここで、電流のシフトは、レーザー波
長のホップではなく、レーザー出力パワーのドリフトを
表す。よって、レーザー出力パワーを制御するたのバッ
クファセット・フォトダイオードの歴史的低信頼性は修
正される。
【００２９】図８ａは、半導体レーザー内へ注入される
高負荷RFサイクル波形を生成するのに用いられる短絡変
調器回路の概略図である。短絡変調器回路は、ＤＣ電流
源と能動素子とを有する。図８ａの能動素子は、単一の
ＮＰＮ型バイポーラ・トランジスタである。しかし、短
絡変調器回路において同じ効果を生成する他の能動部品
も組み合わせ可能である。ＤＣ電流は、能動素子を短い
時間グラウンド若しくは適切な代替負荷へ並列に接続す
ることによって一瞬短絡される。図８ｂは、レーザー作
動電流Ｉｏｐとレーザー閾値電流Ｉｔｈとを示す半導体
レーザー駆動電流のグラフである。能動素子のパルス入
力が半導体レーザーからの電流を短い間短絡させると
き、レーザーはレーザー照射閾値以下で作動する。該電
流が短絡されていないとき、半導体レーザーはレーザー
照射閾値より上で作動する。レーザー照射閾値付近での
オペレーションとレーザー照射閾値を越えるところでの
オペレーションとの間で頻繁に切り替えを行うと、レー
ザーのマルチモード動作を誘発する。この回路の能動素
子に対するパルス入力信号を調整することは、レーザー
が閾値より上で照射される持続時間に影響を与え、高パ
ワーを有する安定したレーザーが得られる。加えて、半
導体レーザーのマルチモード・オペレーションは該レー
ザーの固有ノイズを高周波へ移行させるため、そのよう
なレーザーが画像の書き込みが可能なレーザー・ラスタ
ー・システム内へ統合されるときにそれらの可視性を実
質的に低減させる。更に、制御回路と共にレーザーの出
力を監視・制御するのに用いられるバックファセット・
フォトダイオードは、高速スイッチングに十分に反応し
ない。バックファセット・フォトダイオードは、レーザ
ーの出力の変化を検知できないため、同じ電流量を供給
し続ける。よって、レーザー出力の変化はフォトダイオ
ードの反応特性内でのみ検知される。レーザー・スペク
トラム出力は長い間安定しているため、フォトダイオー
ドからの電流は、真にレーザー出力パワーを代表してい
る。ここで、電流のシフトは、レーザー波長のホップで
はなく、レーザー出力パワーのドリフトを表す。よっ
て、レーザー出力パワーを制御するたのバックファセッ
ト・フォトダイオードの歴史的低信頼性は修正される。
【００３０】図９ａは、半導体レーザー内へ注入される
高負荷ＲＦサイクル波形を生成するのに用いられる高速
パルス・ネットワーク変調器回路の概略図である。この
回路は、ＤＣ電流源、変圧器、及びダイオードを含む。
このダイオードは、高速クランピング・ダイオードであ
り、長い時間急激に発生する大きなパルスに反応する。
ブロッキング発振器などの高速パルス生成器は、半導体
レーザーへのＤＣ駆動電流上に重ねられる狭いパルスを
作成するのに用いられる。半導体レーザー上の逆極性を
防ぐと共にパルスを制御するために追加的制御回路が必
要となる。図９ｂは、レーザー作動電流Ｉｏｐとレーザ
ー閾値電流Ｉｔｈとを示す半導体レーザー駆動電流のグ
ラフである。このグラフは、レーザー駆動信号はレーザ
ーを閾値より上で作動させると共に、短い期間閾値付近
で作動することを示す。レーザー照射閾値付近でのオペ
レーションとレーザー照射閾値を越えるところでのオペ
レーションとの間で頻繁に切り替えを行うと、レーザー
のマルチモード動作を誘発する。この回路の能動素子に
対するパルス入力信号を調整することは、レーザーが閾
値より上で照射される持続時間に影響を与え、高パワー
を有する安定したレーザーが得られる。加えて、半導体
レーザーのマルチモード・オペレーションは該レーザー
の固有ノイズを高周波へ移行させるため、そのようなレ
ーザーが画像の書き込みが可能なレーザー・ラスター・
システム内へ統合されるときにそれらの可視性を実質的
に低減させる。更に、制御回路と共にレーザーの出力を
監視・制御するのに用いられるバックファセット・フォ
トダイオードは、高速スイッチングに十分に反応しな
い。バックファセット・フォトダイオードは、レーザー
の出力の変化を検知できないため、同じ電流量を供給し
続ける。よって、レーザー出力の変化はフォトダイオー
ドの反応特性内でのみ検知される。レーザー・スペクト
ラム出力は長い間安定しているため、フォトダイオード
からの電流は、真にレーザー出力パワーを代表してい
る。ここで、電流のシフトは、レーザー波長のホップで
はなく、レーザー出力パワーのドリフトを表す。よっ
て、レーザー出力パワーを制御するたのバックファセッ
ト・フォトダイオードの歴史的低信頼性は修正される。
【００３１】単一の縦モード・オペレーションは、レー
ザー・オペレーションの中で最も静かな方法である。し
かし、レーザーを長い間モード・ホッピングしないよう
にするのは難しい。レーザーをＲＦ注入を伴う複数の縦
モード・オペレーションで駆動させることは、次に静か
なオペレーションである。半導体レーザーについてのノ
イズ・レベル・テストにおいて、レーザーはオンになっ
ているときはいつでもマルチモードで作動している必要
はない。むしろ、レーザーを照射閾値若しくは閾値を若
干下回るところで作動させることによって、約４〜５の
考えられる縦モードのいずれかでのレーザー照射を再開
することができる。閾値付近でのレーザー照射と一ピク
セルの書き込み中に複数回のレーザー照射との間でのサ
イクルによって、平均化効果が得られる。ＲＦ周波数
は、ピクセル・クロック周波数若しくはピクセル・レー
トの複数倍であるべきであり、１０倍であると妥当な値
となる。よって、考えられるすべてのモードが同じ強度
でない場合、１０個のサンプルの平均からの照射は大幅
に変化するべきでない。ノイズは完全には除去されない
が、書き込まれたピクセルのそれぞれに事実上限定され
ており、画像に濃淡スポットとして現れない。加えて、
レーザーを原則としてマルチモード・オペレーションで
駆動させると、安定した出力が得られ、熱電冷却による
レーザー出力制御のコスト及び複雑性を除去できる。
【００３２】したがって、無線周波数信号注入を用いた
本発明に係る安定化レーザーは、高パワー出力を生成
し、熱電冷却の必要性を除去する安定した出力スペクト
ラムを生成し、固有のレーザー・ノイズを画像の各ピク
セル内に限定することができる。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、高パワー出力の無線周
波数が注入された安定した半導体レーザーを提供するこ
とができる。又、本発明によれば、高精度なバックファ
セット・フォトダイオード制御を可能にする安定したス
ペクトラム出力を有するレーザーを提供することができ
る。更に、本発明によれば、レーザー出力を制御するた
めの熱電冷却の必要性を取り除くことができる。
【００３４】加えて、本発明によれば、安定した半導体
レーザーがラスター・スキャン画像書き込みシステムの
一部として用いられるときに画像の各ピクセル内のあら
ゆる固有のレーザー・ノイズを制限し、よって得られる
空間的ノイズを目に見えないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】部分的に切り取られた半導体レーザーの斜視図
である。
【図２】本発明に係る無線周波数（ＲＦ）安定化レーザ
ーの概略図である。
【図３】ＲＦ注入正弦波を有する安定化半導体レーザー
についての入力電流に対するパワーのグラフである。
【図４】９０％負荷サイクルを有するＲＦ注入波形を有
する安定化半導体レーザーについての入力電流に対する
パワーのグラフである。
【図５】高負荷サイクルＲＦ注入波形を有する安定化半
導体レーザーについての時間に対する入力電流のグラフ
である。
【図６】制御回路及びＲＦ注入回路の概略図である。
【図７ａ】半導体レーザーへ注入される高負荷サイクル
ＲＦ波形を生成するのに用いられる歪められた正弦波発
振器の概略図である。
【図７ｂ】レーザー作動電流Ｉｏｐとレーザー閾値電流
Ｉｔｈとを示す半導体レーザー駆動電流のグラフであ
る。
【図８ａ】半導体レーザー内へ注入される高負荷ＲＦサ
イクル波形を生成するのに用いられる短絡変調器回路の
概略図である。
【図８ｂ】短絡変調器回路へのパルス入力信号のグラフ
である。
【図８ｃ】レーザー作動電流Ｉｏｐとレーザー閾値電流
Ｉｔｈとを示す半導体レーザー駆動電流のグラフであ
る。
【図９ａ】半導体レーザー内へ注入される高負荷ＲＦサ
イクル波形を生成するのに用いられる高速パルス・ネッ
トワーク変調器回路の概略図である。
【図９ｂ】レーザー作動電流Ｉｏｐとレーザー閾値電流
Ｉｔｈとを示す半導体レーザー駆動電流のグラフであ
る。
【符号の説明】 １０ ＲＦ安定化レーザー構成 １２ 半導体レーザー １６ アルミニウム・ブロック １８ ヒートシンク・プレート ２０ 取り付けブラケット ２２ コリメータ・レンズ ２４ コリメータ・マウント ３０ レーザー駆動システム ４０ レーザー駆動アッセンブリ ４１ 制御回路 ４２ パワーレベル調整 ４４ 高負荷サイクルＲＦ源 ５０ フィードバック信号 １０１ 半導体レーザー素子 １０２ バックファセット １０３ 開口部 １０４ キャップ １０５ ビートシンク １０６ ステム １０７ 端子 １１０ レーザー・ビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム アール マーキス アメリカ合衆国 ニューヨーク 14559 スペンサーポート ギャラップ・ロード 577 Ｆターム(参考） 5F073 BA07 EA15 FA02 FA25 GA02 GA04 GA12

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザー出力レベルを安定化させるシス
    テムであって、 制御信号に反応し、放射ビームを生成するレーザーと、 前記レーザーに接続され、前記制御信号を前記レーザー
    へ提供する制御回路と、 前記制御回路に接続され、高負荷サイクル無線周波数波
    形を前記レーザー内へ注入する注入回路と、 前記レーザーのバックファセットからの放射を検知し、
    前記制御回路へフィードバック信号を提供し、前記レー
    ザーのパワーレベルを一定に維持するバックファセット
    ・フォトダイオード・センサと、を有し、 前記無線周波数波形は、前記レーザーに、レーザー照射
    閾値レベルとＤＣバイアス点より上の非対称レベルとの
    間であって該ＤＣバイアス点より上若しくは下において
    発振させ、 前記注入回路は、５０％より大きい負荷サイクルを有す
    る前記無線周波数波形を注入することを特徴とするシス
    テム。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のシステムであって、 前記バックファセット・フォトダイオード及び前記制御
    回路は、レーザー出力パワーの大きなドリフトに反応す
    ることを特徴とするシステム。
  3. 【請求項３】 請求項１記載のシステムであって、 前記高負荷サイクル無線周波数波形は、前記レーザーか
    ら安定した出力スペクトラムを作成することを特徴とす
    るシステム。
  4. 【請求項４】 請求項１記載のシステムであって、 前記レーザー内へ注入される高負荷サイクル無線周波数
    波形は、固有のレーザーノイズを一画像の各ピクセル内
    に限定することを特徴とするシステム。
  5. 【請求項５】 請求項１記載のシステムであって、 熱電冷却器が前記レーザーに取り付けられ、 該熱電冷却器用の制御器が前記レーザーが追加的な出力
    安定性を有するように前記熱電冷却器の温度を制御する
    ことを特徴とするシステム。
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