JP2002319729A

JP2002319729A - レーザ光源装置

Info

Publication number: JP2002319729A
Application number: JP2001123505A
Authority: JP
Inventors: Ken Ito; 謙伊藤; Hideaki Okano; 英明岡野; Masaki Tsuchida; 雅基土田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2002-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】励起用の半導体レーザ光源の出力が低下した
場合に、発光効率の低下を抑えるレーザ光源装置を得
る。【解決手段】半導体レーザ光源１１０から出射される
レーザ光を用いてレーザ媒体１１３を励起し、これによ
り得られたレーザ光を光共振器１１２ａ，１１２ｂで共
振させて所望のレーザ光を得る。半導体レーザ光源１１
０の出力低下を出力低下検出部１１５で検出し、検出さ
れた結果に基づき、光共振器１１２ａ，１１２ｂの特性
を変更する。これにより、半導体レーザ光源１１０の出
力が低下した場合に、発光効率の低下を抑えることが可
能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、励起用レーザ光
源を用いてレーザ媒体を励起し、レーザ光を発生させる
装置に係り、主に民生用ディスプレイ用の光源に適した
レーザ光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来例として、レーザ励起のレーザにつ
いて説明する。通常、励起光源として用いられるＹＡＧ
レーザなどの半導体レーザは、最終出力が一定になるよ
うに制御する。このため、図１０に示すような構成で、
常に一定出力が得られるように半導体レーザ１０１に対
する出力制御１０７を出力制御部１０６にて行う。その
半導体レーザ１０１から出射される励起レーザ光１０２
を使い、光共振器１０３ａ，１０３ｂおよびレーザ媒体
１０４にてレーザ光１０５をレーザ発振するシステム系
は、この半導体レーザ１０１の初期設定パワーで最適に
なるように設計されている。

【０００３】図１１に示すように、周辺温度変化などの
影響で出力が変動することを防ぐために、出力か設定さ
れた状態にあるか確認して、過不足があれば、半導体レ
ーザの駆動電流などを制御している。

【０００４】すなわち、半導体レーザの出力値をＰ１と
設定し、出力特性Ｌ１の状態のときは駆動電流値がＩ１
として、ポイントａの出力値Ｐ１を出力する。また、出
力特性Ｌ２の状態のとき、駆動電流がＩ１の場合の半導
体レーザの出力値はＰ２となり大きくなる。そこで、駆
動電流をＩ２に調整し、ポイントｂの出力値Ｐ１を出力
する。同様に、出力特性がＬ３になったときは、出力特
性Ｌ１，Ｌ２状態より出力が低下するので、駆動電流を
Ｉ３の値に増加して、ポイントｃの出力を出力する。こ
のように、設定した出力値Ｐ１を保つように、半導体レ
ーザを制御している。

【０００５】しかしながら、一般的に半導体レーザは時
間経過とともに劣化が生じ、出力が低下してしまう。そ
の劣化を補うために、レーザ駆動のためのパワーを上げ
レーザの出力を増加させる。このため、恒常的に初期の
駆動パワーよりも大きいパワーで使われ続けることにな
る上、劣化が進めばさらにより大きいパワーでの駆動と
なる。従って、その分、半導体レーザ自体の劣化のスピ
ードも早くなってしまう。このように、常に、一定の出
力を維持する必要がある場合は、同じ出力を出し続ける
制御を行っている。

【０００６】レーザ光をディスプレイ用途として使用す
る場合を想定してみると、民生用ディスプレイの寿命の
判断は、明るさが初期の半分になったときとされている
ので、製品寿命の点で常に同じ明るさが要求されている
わけではない。従って、産業用のレーザのようにかなら
ずしも常に初期性能を維持する必要がない。むしろ寿命
を延ばすことの方が求められている。

【０００７】そこで、励起用レーザの寿命を延ばそうと
した場合、励起用レーザ出力が下がるので、レーザ媒体
を励起するパワーが製品の初期条件よりも下がることに
なる。レーザ媒体を励起して発振させて、レーザ光を取
り出すにあたって、設計段階では初期の励起レーザ出力
での最適な構成にしている。低下した励起レーザ光にお
いては、必ずしも最適な構成になっているとは限らな
い。

【０００８】従って、励起光が下がるにつれて、当初設
定した最適値からずれた状態で動作することになり、発
光効率などが悪くなる問題が発生してくる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のレーザ
励起のレーザ光を、ディスプレイ用途の光源に使用した
場合、レーザ光源の出力が低下したときに、レーザ発振
システムが最適としていた入力パワーから外れて発光効
率が悪くなる、という問題があった。

【００１０】この発明の目的は、励起レーザ光の出力低
下があった場合に、その低下した励起光出力特性に変更
し、発光効率低下を抑えることのできるレーザ光源装置
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、この発明のレーザ光源装置では、励起用の半導
体レーザ光源から出射されるレーザ光を用いてレーザ媒
体を励起し、これにより得られた光を光共振器で共振さ
せて所望のレーザ光を得るものであって、前記半導体レ
ーザ光源の出力低下を検出する手段と、前記手段の検出
結果に基づき、前記光共振器の特性を変更する手段とを
具備してなる。

【００１２】上記した手段により、半導体レーザ光源の
出力が低下した場合に、この半導体レーザ光源で励起さ
れるレーザ共振器の特性を変更させることで発光効率の
低下を低減させることができる

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１４】図１は、この発明の第１の実施の形態につ
いて説明するための構成図である。図１において、励起
用の半導体レーザ光源１１０から出射された励起レーザ
光１１１は、レーザ共振器１１２に入力するとともに、
出力低下検出部１１５に入力する。レーザ共振器１１２
内には励起レーザ光１１１で励起されるレーザ媒体１１
３を挿入する。レーザ媒体１１３で励起し発光された光
は、レーザ共振器１１２ａ，１１２ｂによってレーザ発
振状態となりレーザ出力光１１４として出力する。

【００１５】出力低下検出部１１５には、励起レーザ光
１１１かレーザ出力光１１４の少なくも１つを入力す
る。出力低下検出部１１５の出力から出力低下検出信号
１１６を共振器特性変更部１１７に入力する。共振器特
性変更部１１７から特性変更信号１１８を出力し、この
信号に基づきレーザ共振器１１２ａ，１１２ｂ、レーザ
媒体１１３の共振特性を変更する。

【００１６】次に、図１の動作について説明する。半導
体レーザ光源１１０から放射された励起レーザ光１１１
は、レーザ媒体１１３を励起する。これにより、レーザ
媒体１１３からは特有の光が発光し、レーザ共振器１１
２ａ，１１２ｂでは、その光を反射し共振状態にしてレ
ーザ発振させて、レーザ出力光１１４を出力する。この
レーザ共振器１１２ａ，１１２ｂを構成する反射素子の
反射率やレーザ共振器内のレーザ媒体の量は、当初の励
起レーザ光のパワーでの最適になるように設計する。

【００１７】出力低下検出部１１５では半導体レーザ光
源１１０から主に半導体レーザ劣化による励起レーザ光
の出力低下を検出する。この検出手段としては、半導体
レーザ光源１１０から出射される励起レーザ光１１１の
出力レベルを直接検出し、その値が初期値と比較するな
どして出力低下を検出したり、励起されたレーザ媒体１
１３からのレーザ出力光１１４の出力レベルを検出した
りして半導体の劣化状態を検出する。

【００１８】図２に、レーザ媒体内の入射側から出射側
への励起光密度変化を示す。ａは初期の励起光パワーで
の密度変化であり、ｂは励起光パワーを減らした場合で
の密度変化である。aのように励起光は、光共振器内に
あるレーザ媒体内を通過するにつれてレーザ媒体に吸収
されて行くことになり、次第に落ちていく。レーザ発振
させるためには、この励起光を吸収してレーザ媒体から
発光した光が共振器の反射素子にて反射され、内部の利
得がある値（Ｐｏ）以上であることが必要である。

【００１９】このため、レーザ媒体内の励起光密度は終
端部分でもある値以上でなければ、励起不足となり無駄
な状態になってしまう。ここで、励起光の入射パワーが
減少すると、図２のｂに示すように、レーザ媒体内で十
分に励起できない部分が発生することになる。そこで、
Ｂ点のまで量に対してのみ励起し、光共振器を構成する
ようにしてやればいい。

【００２０】また、図３に示すように光共振器の反射素
子の反射率についても共振特性を変化させるので、励起
レーザ光のパワーがどの値で使用するかに対応する効率
のいい最適な反射率が決まってくる。

【００２１】たとえば、図３の励起光パワーがＰ１のと
きは、出射端側の反射率Ｒ１のときが○で示すように一
番出力が大きくなっている。しかし、励起光パワーが下
がり、Ｐ２になったときには反射率Ｒ２の方が△で示す
ようにＲ１より大きくなってくる。

【００２２】このように、励起光パワーで最適な共振特
性が異なるので、これら共振特性の切り替えを共振器特
性変更部１１７にて実施する。すなわち、半導体レーザ
光源１１０からの出力低下を出力低下検出部１１５にて
検出し、その出力低下に応じた共振器特性になるように
共振器特性変更部にてレーザ媒体１１３およびレーザ共
振器１１２の共振器特性を変更する。

【００２３】これによって、励起用の半導体レーザ光源
の出力低下が起きても、その低下した励起パワーに最適
な共振特性を有するレーザ共振器を用意できるので、励
起光を無駄にすることがなく発光効率の低下を低減でき
る。

【００２４】次に、具体的な出力低下検出部１１５の構
成について図４を用いて説明する。この出力低下検出部
１１５は、レーザ出力を測定して出力低下を検出する構
成図である。

【００２５】出力低下検出部１１５に入力された半導体
レーザ光源１１０から出力されるレーザ光１１１または
共振器１１２ｂから出力されるレーザ光１１４は、出力
低下検出部１１５のレーザ出力検出器１１９に入力す
る。ここで検出された結果１２０は、比較器１２１に入
力し設定値保存部１２２からの値１２３と比較する。こ
の比較結果が予め設定されたレベル以上の差があれば、
出力が低下したものと判断し、出力低下検出信号１１６
を共振器特性変更部１１７に出力する。このときに、設
定値保存部１１２に対し、新たな設定値として現時点で
の励起レーザ光１１１の出力値または、共振特性を変更
した後のレーザ光１１４の出力値を保存する。

【００２６】これにより、共振特性変更後も同様に変更
した時点の半導体レーザの出力低下を検出することがで
きる。

【００２７】次に、図５の構成図を用い、この発明の第
２の実施の形態について説明する。この実施の形態は、
図１の出力低下検出部の構成を変更したもので、異なる
点はレーザ光の出力自体を検出するのではなく、半導体
レーザ光源１１０での半導体駆動電流値の変化を検出す
るようにしたものである。すなわち、半導体レーザ光源
１１０からの半導体駆動電流値１２４を、直接出力低下
検出部１１５に入力する。

【００２８】出力低下検出部１１５では、これをより具
体的に示した図６のように、半導体駆動電流値１２４を
比較器１２１に入力し、設定値保存部１２２からの設定
値１２３を比較する。この比較結果に基づいて、予め設
定された所定のレベル以上の差があれば、半導体レーザ
出力が低下していると判断し、半導体レーザ光源１１０
の出力設定値を変更する信号１２５を、半導体レーザ光
源１１０に出力するとともに出力低下検出信号１１６を
共振器特性変更部１１７に出力する。信号１２５を受け
た半導体レーザ光源１１０では、出力設定値を下げて動
作する。

【００２９】これにより、半導体レーザ光源１１０を無
理に動作させることなく、励起光出力低下による効率悪
化も低減できる。

【００３０】次に、レーザ媒体として希土類添加光ファ
イバを用いた場合について説明する。この希土類添加光
ファイバを使うことで、アップコンバージョンレーザが
実現できる。なお、出力低下検出部の動作については、
前述したものと変わらないので、共振特性の変更部の動
作について述べる。

【００３１】図７に示すように、レーザ媒体をファイバ
形状にした場合、光共振器としてはファイバ両端に設置
する反射素子で構成される。この反射素子としては、フ
ァイバブラックグレーティングや誘電体ミラーなどがあ
げられる。

【００３２】図７を説明すると、半導体レーザ光源１１
０からの励起レーザ光１１１は、光共振器の反射素子で
あるファイバブラックグレーティング１２６〜１２８お
よびその間にある希土類添加光ファイバ１２７に入射す
る。添加された希土類は、励起レーザ光により励起され
発光し、その光はファイバブラックグレーティング１２
６と１２８にて反射されていく。十分に励起されてくる
と、ファイバブラックグレーティング１２６〜１２８で
構成された光共振器によりレーザ発振が起こり、光スイ
ッチ１３０と１３１を介してレーザ光１１４となって出
力する。

【００３３】ここでの光スイッチは、ファイバブラック
グレーティング１２８を使うように選択されているもの
とする。共振特性を変更する場合は、光スイッチ１３
０，１３１がファイバブラックグレーティング１２９を
使うように切り替えることで実現できる。この構成で、
出射端の反射特性の変更が可能である。

【００３４】また、ファイバブラックグレーティングの
代わりに誘電体ミラーなどの反射素子を代用しても実現
できる。この場合のレーザ媒体の量の変更としてはファ
イバ長を変更することで対応する。つまり、励起レーザ
光のパワーが低下した際に、ファイバ長が短くなるよう
にレーザ共振器が構成されていればよく、図８に示すよ
うに光スイッチ１３２にてファイバ１２７の途中で出射
端に接続されるように切り替えることで実現できる。

【００３５】さらに、図９のように、この光スイッチ１
３２の切り替え経路の途中に、反射素子であるファイバ
ブラックグレーティング１２８，１２９を形成すること
で、ファイバ長と反射率の変更を同時に実現させること
ができる。

【００３６】このように、励起用の半導体レーザの特性
が劣化などで低下し、出力を落とした駆動状態のとき
に、その出力に基づいた最適な共振特性に変更すること
で、発光効率低下を最小限に抑える。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のレーザ
光源装置によれば、励起用の半導体レーザ光源から出力
されたレーザ光の出力が低下した場合に、その励起光に
て励起されるレーザ共振器の特性を変更することで、発
光効率の低下を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態について説明する
ための回路ブロック図。

【図２】レーザ媒体量と励起密度の関係について説明す
るための説明図。

【図３】光共振器の共振特性について説明するための説
明図。

【図４】図１の出力低下検出部のより具体的な構成例に
ついて説明するための回路ブロック図。

【図５】この発明の第２の実施の形態について説明する
ための回路ブロック図。

【図６】図５の出力低下検出部のより具体的な構成例に
ついて説明するための回路ブロック図。

【図７】レーザ媒体をファイバ形状にした場合の、この
発明における発光効率の低下防止の第１の具体例につい
て説明するための構成図。

【図８】レーザ媒体をファイバ形状にした場合の、この
発明における発光効率の低下防止の第２の具体例につい
て説明するための構成図。

【図９】レーザ媒体をファイバ形状にした場合の、この
発明における発光効率の低下防止の第３の具体例につい
て説明するための構成図。

【図１０】従来のレーザ光源装置について説明するため
の回路ブロック図。

【図１１】従来の課題について説明するための説明図。

【符号の説明】

１１１・・・半導体レーザ光源１１２ａ，１１２ｂ・・・レーザ共振器１１３・・・レーザ媒体１１４・・・レーザ出力光１１５・・・出力低下検出部１１６・・・出力低下検出信号１１７・・・共振器特性変更部１１８・・・特性変更信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者土田雅基神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内Ｆターム(参考） 5F072 AB07 AK06 HH02 HH03 PP07 YY20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザ光源から出射されるレーザ
光を用いてレーザ媒体を励起し、これにより得られた光
を光共振器で共振させて所望のレーザ光を得るレーザ光
源装置において、前記半導体レーザ光源の出力低下を検出する手段と、前記手段の検出結果に基づき、前記光共振器の特性を変
更する手段とを具備してなることを特徴とするレーザ光
源装置。
【請求項２】前記半導体レーザ光源の出力低下を検出
する手段として、前記半導体レーザ光源の駆動電流値の
増加を検出することを特徴とする請求項１に記載のレー
ザ光源装置。
【請求項３】前記半導体レーザ光源の出力低下を検出
する手段として、半導体レーザ光源の直接レーザ光出力
の低下を検出することを特徴とする請求項１に記載のレ
ーザ光源装置。
【請求項４】前記半導体レーザ光源の出力低下を検出
する手段として、前記レーザ媒体から発生したレーザ光
の出力低下を検出することを特徴とする請求項１に記載
のレーザ光源装置。
【請求項５】前記光共振器の特性を変更する手段とし
て、前記光共振器内のレーザ媒体の量、または光共振器
を構成する反射素子の反射率のうち少なくとも１つを変
更することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記
載のレーザ光源装置。
【請求項６】前記レーザ媒体として希土類添加ファイ
バを用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
に記載のレーザ光源装置。
【請求項７】前記反射率の変更は、出射側反射ミラー
の反射率を変更することで実現することを特徴とする請
求項５または６に記載のレーザ光源装置。
【請求項８】前記レーザ媒体の量の変更に光スイッチ
を用いることを特徴とする請求項５に記載のレーザ光源
装置。
【請求項９】前記光共振器の特性を変更する手段とし
て、光スイッチにて反射率とレーザ媒体の量を同時に変
更することを特徴とする請求項６に記載のレーザ光源装
置。