JP2002359424A - 半導体レーザの高周波重畳動作検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シングルモード半導体レーザの高周波重畳動
作検査の操作及び調整を簡単化すると共に、検査時間を
短縮する。 【解決手段】 複屈折光ファイバで生じる直交偏波モー
ド間の光路差が、高周波重畳動作時の半導体レーザ光の
コヒーレンス長より長く、且つ、高周波重畳動作をして
いないときの半導体レーザ光のコヒーレンス長より短く
なるように設定した光学系を用いて、半導体レーザ光の
偏光状態を変化させた時の偏光子の出力変化から、高周
波重畳動作の有無を検査する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザの高
周波重畳動作検査装置に係り、特に、シングルモード半
導体レーザへの注入電流に高周波を重畳することによ
り、発光スペクトルをマルチモード化した半導体レーザ
の高周波重畳動作の有無を検査する際に用いるのに好適
な、半導体レーザの高周波重畳動作検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光を用いて測定対象物の寸法や変
位を測定する装置に、特開２０００−８８５２８に記載
されているように、レーザ光の平行走査範囲内に配置し
た測定対象物によって生じる影の長さを測定することに
より測定対象物の外径を測定するレーザ走査型外径測定
器や、特公平４−４９０４８に記載されているように、
測定対象面に投影したレーザ光の反射光の位置の、測定
対象面の変位による変化を、ＰＳＤ等の位置検出素子を
用いて測定する、三角測量方式の光学式変位計や、特開
平７−４３１４８に記載されているように、オートフォ
ーカス機構を利用して、合焦位置の変化から測定対象面
の変位を測定する、合焦方式の光学式変位計がある。

【０００３】このようなレーザ光を利用した寸法測定装
置において、従来は、発振スペクトルが拡散しているマ
ルチモードの半導体レーザが用いられていたが、近年、
製品の集約化により、使用可能な半導体レーザの種類が
減っており、発振スペクトルが集中したシングルモード
の半導体レーザが主流になり、マルチモードの半導体レ
ーザは入手が困難になっている。

【０００４】しかしながら、シングルモードの半導体レ
ーザを用いた光学システムでは、次の現象が問題となる
場合がある。

【０００５】（１）周囲温度の変化によって発振モード
が変化し、発光スペクトルが変化するモードホッピング
に伴う、光波長の重心の急変による光路の急変。

【０００６】（２）不要な光の干渉。

【０００７】（３）戻り光誘起雑音。

【０００８】これらを解決する有効な手法として、出願
人は特願２０００−３９３２２３で、半導体レーザへの
注入電流に例えば数百ＭＨｚ以上の高周波を重畳するこ
とにより、発光スペクトルをマルチモード化すること
（高周波重畳法と称する）を提案している。

【０００９】しかしながら、電子回路の動作不良や、線
路異常等により、半導体レーザが高周波重畳動作をせ
ず、マルチモードになっていない可能性があるので、半
導体レーザの高周波重畳動作の有無を検査する必要があ
る。

【００１０】そのための手法としては、次の方法が考え
られる。

【００１１】（１）光スペクトラムアナライザを用い
て、発光スペクトルのマルチモード化を捉える方法。

【００１２】（２）２光束の干渉強度を観測して、干渉
性の低下を捉える方法。

【００１３】（３）スペクトラムアナライザを用いて、
戻り光誘起雑音の減少を捉える方法。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法は、いずれも、検査システム全体での専有スペー
スが大きい。又、光ファイバ入力型を除き、光学素子の
光軸調整に、長時間と熟練を要するだけでなく、耐環境
性が悪い。更に、（１）、（２）の方法では、光スペク
トラムアナライザや干渉計等の高価な測定器を必要とす
る等の問題点を有していた。

【００１５】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、操作や調整を簡単化すると共に、検
査時間を短縮することを課題とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体レーザ
の高周波重畳動作検査装置であって、半導体レーザの偏
光状態を動的に変化可能な光学素子と、該光学素子から
の出射光が入射される複屈折光ファイバと、該複屈折光
ファイバからの出射光が入射される、透過軸が前記複屈
折光ファイバの主軸に対して４５°回転された偏光子と
を備え、前記複屈折光ファイバで生じる直交偏波モード
間の光路差が、高周波重畳動作時の半導体レーザ光のコ
ヒーレンス長より長く、且つ、高周波重畳動作をしてい
ない時の半導体レーザ光のコヒーレンス長より短くなる
ように設定して、前記光学素子により半導体レーザ光の
偏光状態を変化させた時の前記偏光子の光出力の変化か
ら、高周波重畳動作の有無を検査することにより、前記
課題を解決したものである。

【００１７】又、同じく半導体レーザの高周波重畳動作
検査装置であって、半導体レーザの偏光状態を動的に変
化可能な光学素子と、該光学素子からの出射光が入射さ
れるファイバ型デポラライザと、該デポラライザからの
出射光が入射される偏光子とを備え、前記デポラライザ
で生じる直交偏波モード間の光路差が、高周波重畳動作
時の半導体レーザ光のコヒーレンス長より長く、且つ、
高周波重畳動作をしていない時の半導体レーザ光のコヒ
ーレンス長より短くなるように設定して、前記光学素子
により半導体レーザ光の偏光状態を変化させた時の前記
偏光子の光出力の変化から、高周波重畳動作の有無を検
査することにより、同じく前記課題を解決したものであ
る。

【００１８】又、同じく半導体レーザの高周波重畳動作
検査装置であって、半導体レーザ光が入射されるファイ
バ型デポラライザと、該デポラライザの出力光を直線偏
光状態にするための可変型遅相子と、該遅相子からの出
射光が入射される、回転可能な偏光子とを備え、前記デ
ポラライザで生じる直交偏波モード間の光路差が、高周
波重畳動作時の半導体レーザ光のコヒーレンス長より長
く、且つ、高周波重畳動作をしていない時の半導体レー
ザ光のコヒーレンス長より短くなるように設定して、前
偏光子により半導体レーザ光の偏光状態を変化させた時
の前記偏光子の光出力の変化から、高周波重畳動作の有
無を検査することにより、同じく前記課題を解決したも
のである。

【００１９】前記光学素子は、可変型遅相子や偏光回転
子とすることができる。

【００２０】又、前記光学素子又は複屈折光ファイバ又
はデポラライザの入側に結合レンズを設けて、半導体レ
ーザ光の入射効率を高めたものである。

【００２１】又、前記半導体レーザ光の入射位置を調整
するためのマイクロステージを設けて、光軸調整を容易
としたものである。

【００２２】又、前記偏光子の出側に受光器及び受光ア
ンプを設けて、光パワーメータ等の特別な測定器を不要
とし、汎用の電圧測定器を用いて、光出力レベルを観測
できるようにしたものである。

【００２３】又、前記受光アンプの出側に、アナログ／
デジタル変換部及び表示部を設けて、独立したスタンド
アロン型の検査装置としたものである。

【００２４】複屈折光ファイバを伝搬する光は、直交偏
波モードに分かれる。この直交偏波モード間で生じる光
路差は、複屈折光ファイバの長さに比例して大きくな
る。従って、ある長さの複屈折光ファイバは、ある値よ
り小さいコヒーレンス長を持つ光に対して、コヒーレン
ス長より大きな光路差を直交偏波モード間に生じさせる
ことになる。そこで、コヒーレンス長がある値よりも小
さい光に対しては、入射時の偏光状態がどのようであっ
ても、光出力（光量）はほぼ同じであり、一方、コヒー
レンス長がある値よりも大きい光に対しては、入射時の
偏光状態によって、光出力に大きな違いが出る光学系を
考える。

【００２５】ここで、半導体レーザが発する光には、
（１）偏光度が高い、（２）高周波重畳によりコヒーレ
ンス長が短くなる、という性質がある。

【００２６】従って、複屈折光ファイバ（ファイバ型デ
ポラライザに使われている物も含む）で生じる直交偏波
モード間の光路差が、高周波重畳動作時の半導体レーザ
光のコヒーレンス長より長く、且つ、高周波重畳動作を
していないときの半導体レーザのコヒーレンス長より短
いような光学系を用いれば、半導体レーザの高周波重畳
動作の検査が可能となる。

【００２７】本発明は、このような知見に基づくもので
ある。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００２９】本発明に係る検査装置１０の第１実施形態
は、図１に示す如く、半導体レーザ光の偏光状態を動的
に変化可能な光学素子１２と、該光学素子１２からの出
射光が入射される複屈折光ファイバ１４と、該複屈折光
ファイバ１４からの出射光が入射される、透過軸が前記
複屈折光ファイバ１４の主軸に対して４５°回転された
偏光子１６とを備え、前記複屈折光ファイバ１４で生じ
る直交偏波モード間の光路差が、高周波重畳動作時の半
導体レーザ光のコヒーレンス長より長く、且つ、高周波
重畳動作をしていない時の半導体レーザ光のコヒーレン
ス長より短くなるように設定されている。

【００３０】図において、１８は、前記偏光子１６の光
出力の光量を測定するための光パワーメータである。

【００３１】前記光学素子１２としては、例えば回転機
構等を設けて波長板等の厚みや有無を動的に切替可能と
した可変型遅相子や偏光回転子の他、シングルモード光
ファイバ（ねじる、つまむ、曲げる等して応力を加える
と、内部光の偏光状態を変化させることができる）等を
用いることができる。

【００３２】前記偏光子１６の光出力には、複屈折光フ
ァイバ１４に入る前の入射波の偏光状態依存性が無く、
光路の損失を無視すれば、光量は常に入射光の１／２に
なる。

【００３３】本実施形態において、前記光学素子１２を
回転したり、応力を加えて、半導体レーザ光の偏光状態
を動的に変化させた時、半導体レーザが高周波重畳動作
をしていれば、偏光子１６の光出力はほとんど変化しな
いが、高周波重畳動作をしていなければ、偏光子１６の
光出力は大きく変化する。従って、光パワーメータ１８
等の光量測定を偏光子１６の出側に設けて、定性的に変
化の割合が小、大のどちらの状態にあるかを判定するこ
とによって、高周波重畳動作の有無を容易に検査でき
る。この際、定量的に精度の高いデータを取得する必要
は、必ずしも無い。

【００３４】次に、本発明の第２実施形態を詳細に説明
する。

【００３５】本実施形態は、図２に示す如く、第１実施
形態と同様の半導体レーザ光の偏光状態を動的に変化可
変な光学素子１２と、該光学素子１２からの出射光が入
射されるファイバ型デポラライザ（偏光解消子）２４
と、該デポラライザ２４からの出射光が入射される偏光
子１６とを備え、前記デポラライザ２４で生じる直交偏
波モード間の光路差が、高周波重畳動作時の半導体レー
ザ光のコヒーレンス長より長く、且つ、高周波重畳動作
をしていない時の半導体レーザ光のコヒーレンス長より
短くなるように設定されている。

【００３６】前記デポラライザ２２は、図３に詳細に示
す如く、例えば長さが１：２の２本の複屈折光ファイバ
１４Ａ、１４Ｂの主軸を互いに４５°傾けて接続するこ
とにより構成されている。なお、第１実施形態は、第２
実施形態の出側の複屈折光ファイバ１４Ｂの代りに、偏
光子１６を配置したものと考えることもできる。

【００３７】第２実施形態におけるデポラライザ２４の
主軸と偏光子１６の透過軸の角度の関係は任意である。

【００３８】本実施形態において、光学素子１２により
半導体レーザ光の偏光状態を動的に変化させた時、半導
体レーザが高周波重畳動作をしていれば、偏光子１６の
光出力はほとんど変化しないが、高周波重畳動作をして
いなければ、偏光子１６の光出力は大きく変化する。従
って、光パワーメータ１８等の光量測定系を偏光子１６
の出側に設けることによって、高周波重畳動作の有無を
容易に検査できる。

【００３９】次に、本発明の第３実施形態を詳細に説明
する。

【００４０】本実施形態は、図４に示す如く、半導体レ
ーザ光が入射されるファイバ型デポラライザ２４と、該
デポラライザ２４の出力光を直線偏光状態にするための
可変型遅相子２６と、該遅相子２６からの出射光が入射
される、回転可能な偏光子２８とを備え、前記デポララ
イザ２４で生じる直交偏波モード間の光路差が、高周波
重畳動作時の半導体レーザ光のコヒーレンス長より長
く、且つ、高周波重畳動作をしていない時の半導体レー
ザ光のコヒーレンス長より短くなるように設定されてい
る。

【００４１】高周波を重畳していない状態において、半
導体レーザが発する光は偏光度が高く、デポラライザ２
４を通ることにより、光出力が円偏光となる場合が有り
得る。この円偏光状態では、偏光子２８を回転させて
も、その光出力はほとんど変化しない。即ち、高周波重
畳動作をしていないにも拘らず、光出力が変化しないた
め、本発明による検査の判定ができない状態となる場合
がある。これを防ぐため、本実施形態では、可変型遅相
子２４を調整することにより、高周波を重畳していない
状態の光出力を確実に直線偏光状態にしておく。可変型
遅相子２４としては、波長板等を用いて、波長の異なる
光源を検査する時に、調整することができる。

【００４２】これにより、偏光子２８の透過軸を回転さ
せた時、半導体レーザが高周波重畳動作をしていれば、
偏光子２８の出力はほとんど変化しないが、高周波重畳
動作をしていなければ、偏光子２８の光出力は大きく変
化する。したがって、光パワーメータ１６等の光量測定
系を偏光子２８の出側に設けることによって、高周波重
畳動作の有無を簡単に検査できる。

【００４３】ここで、偏光子１６、２８へ入力する光
は、図３に示した２つの複屈折光ファイバ１４Ａ、１４
Ｂを含む第２、第３実施形態のデポラライザ２４を用い
たものでは、図３にＣで示す如く、互いにコヒーレンス
長以上の光路差を持った４光波に分かれているのに対し
て、図３に示した最初の複屈折光ファイバ１４Ａのみを
含む第１実施形態では、図３にＢで示す如く、互いにコ
ヒーレンス長以上の光路差を持った２光波に分かれてい
る。

【００４４】即ち、図３にＡで示す最初の複屈折光ファ
イバ１４Ａに入射する前の光波は、１つの光波（真ん中
の三角形）が、複屈折光ファイバ１４Ａ内に入ると、ｘ
軸とｙ軸で示す直交偏波モード（それぞれの方向を向い
ている三角形）に分かれることを示す。図３にＢで示す
中央の光波は、左側の複屈折光ファイバ１４Ａ内を伝搬
する直交偏波モードの間の光路差が大きくなり、この光
のコヒーレンス長ｌｃを超えたために、この光ファイバ
１４Ａから出射した光が、互いに干渉し合うことがな
く、偏光方向が直交している２つの光波に分かれている
ことを示している。図３にＣで示す右側の光波は、左側
の複屈折光ファイバ１４Ａの主軸に対し、４５°だけ主
軸を傾けた右側の複屈折光ファイバ１４Ｂ内で、上記２
光波のそれぞれが、新たなｘ軸、ｙ軸の直交偏波モード
に更に分かれ、互いに光路差がコヒーレンス長より大き
くなったために、このファイバ１４Ｂから出射した光
が、互いに干渉し合うことがない、４光波に分かれたこ
とを示している。このとき、光量は全偏光方向に均一に
配分される。

【００４５】従って、第１実施形態の方が光波全体での
光路差の範囲を狭くすることができ、次のような利点を
有する。

【００４６】即ち、シングルモード半導体レーザに高周
波重畳法を適用し、マルチモード化した時の発光スペク
トルは、大きなスペクトル変調度を持つことがある。こ
のような光に対し、干渉性の低い状態を得るために必要
な光路差の条件は、コヒーレンス長以上であるというこ
とだけではない。図５に示すようなビジビリティの第２
コヒーレンスピーク、第３コヒーレンスピーク・・・第
ｎコヒーレンスピークが大きい場合、光路差がコヒーレ
ンス長以上であっても、各コヒーレンスピークの位置に
相当する光路差になっていれば、高い干渉性を示す。こ
のビジビリティの影響を避けるは、次の２つの方法があ
る。

【００４７】（１）ビジビリティのコヒーレンスピーク
が十分小さくなっている光路差領域に、光路差を設計す
る（充分大きな光路差にする）。

【００４８】（２）ビジビリティの各コヒーレンスピー
クを避けた光路差領域に、光路差を設計する（例えば、
第１コヒーレンスピークと第２コヒーレンスピークの間
の、干渉性の低い光路差領域に、光路差を設計する）。

【００４９】ここで、前記のように、第１実施形態は、
第２、第３実施形態よりも、光波全体での光路差の範囲
を狭くすることができるので、上記（２）の設計が容易
である。これが第１実施形態の利点である。

【００５０】なお、前記実施形態においては、いずれも
偏光子１６又は２８の出力が光パワーメータ１８等の、
検査装置１０とは別体の光量測定系により測定されてい
たが、図６に示す変形例の如く、光出力を電圧に変換す
るために、偏光子１６又は２８の出側に受光器３０及び
受光アンプ３２を設けて、光パワーメータ等の特別な測
定器を用いることなく、オシロスコープ等の汎用の電圧
測定器３４を用いて光出力レベルを観測できるように構
成することもできる。

【００５１】更に、図７に示す他の変形例の如く、前記
受光器３０及び受光アンプ３２の出側に、更にアナログ
／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部３６及び表示部３８を追加
して、独立したスタンドアロン型の検査装置とすること
もできる。

【００５２】更に、前記複屈折光ファイバ１４又はデポ
ラライザ２４の前段側に結合レンズを追加して、半導体
レーザ光を光ファイバへ入射する際の結合効率を高める
こともできる。

【００５３】具体的には、前記第１及び第２実施形態に
おいて、前記偏光状態を動的に変化可能な光学素子１２
が、光ファイバの入出力ポートを有する場合には、図８
に示す如く、該光学素子１２の直前に結合レンズ４０を
設けることができる。

【００５４】あるいは、前記偏光状態を動的に変化可能
な光学素子１２が、光ファイバの入出力ポートを持たな
い場合には、図９に示す如く、該光学素子１２と複屈折
光ファイバ１４又は１４Ａ（デポラライザ２４の場合）
の入側に結合レンズ４０を設けることができる。

【００５５】又、前記第３実施形態においては、図１０
に示す如く、前記デポラライザ２４の入側に結合レンズ
４０を設けることができる。

【００５６】又、前記半導体レーザ光の検査装置に対す
る光軸調整を容易にするために、２軸のマイクロステー
ジを追加することもできる。具体的には、図１１に示す
如く、マイクロステージ５０のステージ部５４上に半導
体レーザ８を乗せ、検査装置１０に対してレーザ光の位
置決めを行う形態とすることができる。

【００５７】前記マイクロステージ５０のステージ部５
４は２軸分設けられ、その中央には光を通すための穴が
形成されている。

【００５８】図において、１１は検査装置の筐体、５２
はマイクロステージ５０のベース部、５６は半導体レー
ザ８の把持部である。

【００５９】本発明の適用対象は、レーザ走査型外径測
定器や光学式変位計に限定されず、ＣＤ／ＤＶＤ等の光
ピックアップや、光波長に依存する出力を有する他の計
測システムにも同様に適用できることは明らかである。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、操作や調整が簡単化さ
れ、検査時間を短縮することができる。又、小型化、軽
量化、携帯化が可能である。更に、低価格化、低消費電
力化（受動部品だけの構成であれば、電力は零であり、
電装部品を追加しても、低消費電力化は容易）が可能で
ある。又、構成の簡素化及び製作の容易化が可能であ
る。更に、耐環境性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す構成図

【図２】同じく第２実施形態を示す構成図

【図３】第２実施形態で用いられているデポラライザの
構成及び光波の変化状態を示す線図

【図４】本発明の第３実施形態を示す構成図

【図５】第１実施形態が、第２、第３実施形態よりも優
れていることを説明するためのビジビリティを示す線図

【図６】前記実施形態の変形例を示す構成図

【図７】同じく他の変形例を示す構成図

【図８】同じく結合レンズを用いた変形例を示す構成図

【図９】同じく結合レンズを用いた他の変形例を示す構
成図

【図１０】同じく結合レンズを用いた更に他の変形例を
示す構成図

【図１１】同じくマイクロステージを用いた変形例を示
す断面図

【符号の説明】

８…半導体レーザ １０…検査装置 １２…光学素子 １４、１４Ａ、１４Ｂ…複屈折光ファイバ １６、２８…偏光子 １８…光パワーメータ ２４…ファイバ型デポラライザ ２６…可変型遅相子 ３０…受光器 ３２…受光アンプ ３４…電圧測定器 ３６…Ａ／Ｄ変換部 ３８…表示部 ４０…結合レンズ ５０…マイクロステージ ５４…ステージ部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザの偏光状態を動的に変化可能
   な光学素子と、 該光学素子からの出射光が入射される複屈折光ファイバ
   と、 該複屈折光ファイバからの出射光が入射される、透過軸
   が前記複屈折光ファイバの主軸に対して４５°回転され
   た偏光子とを備え、 前記複屈折光ファイバで生じる直交偏波モード間の光路
   差が、高周波重畳動作時の半導体レーザ光のコヒーレン
   ス長より長く、且つ、高周波重畳動作をしていない時の
   半導体レーザ光のコヒーレンス長より短くなるように設
   定して、 前記光学素子により半導体レーザ光の偏光状態を変化さ
   せた時の前記偏光子の光出力の変化から、高周波重畳動
   作の有無を検査することを特徴とする半導体レーザの高
   周波重畳動作検査装置。
2. 【請求項２】半導体レーザの偏光状態を動的に変化可能
   な光学素子と、 該光学素子からの出射光が入射されるファイバ型デポラ
   ライザと、 該デポラライザからの出射光が入射される偏光子とを備
   え、 前記デポラライザで生じる直交偏波モード間の光路差
   が、高周波重畳動作時の半導体レーザ光のコヒーレンス
   長より長く、且つ、高周波重畳動作をしていない時の半
   導体レーザ光のコヒーレンス長より短くなるように設定
   して、 前記光学素子により半導体レーザ光の偏光状態を変化さ
   せた時の前記偏光子の光出力の変化から、高周波重畳動
   作の有無を検査することを特徴とする半導体レーザの高
   周波重畳動作検査装置。
3. 【請求項３】半導体レーザ光が入射されるファイバ型デ
   ポラライザと、 該デポラライザの出力光を直線偏光状態にするための可
   変型遅相子と、 該遅相子からの出射光が入射される、回転可能な偏光子
   とを備え、 前記デポラライザで生じる直交偏波モード間の光路差
   が、高周波重畳動作時の半導体レーザ光のコヒーレンス
   長より長く、且つ、高周波重畳動作をしていない時の半
   導体レーザ光のコヒーレンス長より短くなるように設定
   して、 前記偏光子により半導体レーザ光の偏光状態を変化させ
   た時の該偏光子の光出力の変化から、高周波重畳動作の
   有無を検査することを特徴とする半導体レーザの高周波
   重畳動作検査装置。
4. 【請求項４】前記光学素子が、可変型遅相子や偏光回転
   子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導
   体レーザの高周波重畳動作検査装置。
5. 【請求項５】前記光学素子又は複屈折光ファイバ又はデ
   ポラライザの入側に結合レンズが設けられていることを
   特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体レ
   ーザの高周波重畳動作検査装置。
6. 【請求項６】前記半導体レーザ光の入射位置を調整する
   ためのマイクロステージが設けられていることを特徴と
   する請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体レーザの
   高周波重畳動作検査装置。
7. 【請求項７】前記偏光子の出側に受光器及び受光アンプ
   が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のい
   ずれかに記載の半導体レーザの高周波重畳動作検査装
   置。
8. 【請求項８】前記受光アンプの出側にアナログ／デジタ
   ル変換部及び表示部が設けられていることを特徴とする
   請求項７に記載の半導体レーザの高周波重畳動作検査装
   置。