JP2003229630A - レーザダイオードモジュール - Google Patents
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Abstract
受光素子(フォトダイオード)の出力モニタ機能を維持
する。 【解決手段】 本発明のレーザダイオードモジュール
は、レーザダイオード素子1と、該レーザダイオード素
子1の前方に配置されレーザダイオード素子1の前面か
ら出射された前面光8を反射する単レンズ4等の光学素
子と、レーザダイオード素子1の後方であってレーザダ
イオード素子1を含む光学系の光軸6からずれた位置に
配置され光学素子による反射光を受光するフォトダイオ
ード2とを備える。
Description
オード等のレーザダイオード素子からの光出力をモニタ
するフォトダイオード(PD:Photodiode)等の受光素
子を備えたレーザダイオードモジュールに関する。
ーザダイオードモジュールの構成図である。通常のレー
ザダイオードモジュールは、図10に示すように、レー
ザダイオード(LD:Laser Diode)素子1と、フォト
ダイオード2と、レンズ4と、カバーガラス10と、偏
光子11と、フィルタ12とを備える。なお、図10に
おいて5は、光ファイバ端部である。
ド2をレーザダイオード素子1の背面側の光軸6上に配
置し、レーザダイオード素子1の背面光7をフォトダイ
オード2で受光し、レーザダイオード1の出力をモニタ
している。
光源として用いられるポンプレーザ(波長980nmや
1480nm)では、光出力が大きいため、フォトダイ
オード2のモニタ電流値が飽和したり、フォトダイオー
ド2のドライバの駆動範囲を超える場合がある。
ために、レーザモジュール内部状態(レーザ発振状態)
の影響を受ける背面光7ではなく、レーザダイオード素
子1の前面光8の反射光9や散乱光をフォトダイオード
2に取り込みたいという要求もある。
と反射素子(たとえば光ファイバ内に形成されたファイ
バグレーティング)とで構成されるレーザ共振器(上記
のファイバグレーティングを用いた複合共振器)におい
て、環境変化や注入電流変化によりレーザダイオード素
子1のゲイン特性が変化してファイバグレーティングが
効果を失うと、レーザダイオード素子1の前面と背面の
出力比が変化してしまう。
ダイオード2の配置では、フォトダイオード2はレーザ
出力との線形対応機能を失い、出力モニタ機能を果たせ
なくなるという問題があった。
ダイオード2の信号強度が不足し、S/N比の悪化より
制御性が劣化することも考えられる。
れたものである。本発明の目的は、レーザ出力(前面
光)との充分な線形対応を保持した受光素子の出力モニ
タ機能を維持することにある。
オードモジュールは、レーザダイオード素子と、該レー
ザダイオード素子の前方に配置されレーザダイオード素
子の前面から出射された前面光を反射する光学素子と、
レーザダイオード素子の後方であってレーザダイオード
素子を含む光学系の光軸からずれた位置に配置され光学
素子による反射光を受光する受光素子とを備える。
り、レーザダイオード素子の前面から出射された前面光
の反射光を受光素子で受光することができる。それによ
り、レーザ出力を正確にモニタすることができる。
しくは、レーザダイオード素子とともにレーザ共振器を
構成する反射素子を備える。それにより、複合共振器に
おいて外部フィードバックが効果を失い共振条件が変化
した場合にも、前面光のモニタを主に行うため、レーザ
出力との線形対応機能を保持することができる。
放射する。この場合、受光素子は、前面光と背面光との
双方を受光する位置に配置される。好ましくは、受光素
子が受光する全受光量における前面光の反射光の割合
を、全受光量における背面光の割合よりも大きくする。
より具体的には、光学素子からの反射光を、受光素子の
全受光量の60%以上とする。それにより、前面光の部
分反射のみでは受光素子が受ける信号強度が不足してS
/N比の悪化をもたらすという事態を回避することがで
きる。
光のビームスポットサイズよりも小さくすることが好ま
しい。それにより、受光素子が前面光と背面光との双方
を受光することができ、上記の効果が得られる。
は、他の局面では、レーザダイオード素子と、レーザダ
イオード素子の前方に配置されレーザダイオード素子の
前面から出射された前面光を反射する光学素子と、光学
素子の後方であってレーザダイオード素子を含む光学系
の光軸からずれた位置に配置され光学素子による反射光
を受光する受光素子と、レーザダイオード素子とともに
レーザ共振器を構成する反射素子とを備える。
0%以下であることが好ましい。それにより、光学素子
による前面光の反射光の光量を所望の値とすることがで
き、該反射光を受光素子で受光することができる。
光を受光素子に受光させるようにしてもよい。それによ
り、上記反射光をレーザダイオード素子に戻り難くしな
がら、反射光を受光素子で受光することができる。
ーム遠視野像に合わせた形状とすることが好ましい。そ
れにより、受光素子の受光量を増大することができる。
をフォトニックバンドギャップ構造をもつフォトニック
結晶で覆い、光学素子の反射面から受光素子に至る経路
にフォトニックバンドギャップ構造の線状欠陥で構成さ
れる導波路を設けることが好ましい。それにより、光学
素子の反射光を効率的に受光素子に導くことができる。
明の実施の形態について説明する。
形態1におけるレーザダイオードモジュールの概略構成
図である。図1に示すように、本発明のレーザダイオー
ドモジュールは、発光素子としてのレーザダイオード素
子1と、受光素子としてのフォトダイオード2と、結合
光学系3とを備える。
光(レーザ出射光)8を出射し、背面からも背面光(レ
ーザ漏れ光)7を放射する。フォトダイオード2は、レ
ーザダイオード素子1の後方であってレーザダイオード
素子1を含む光学系の光軸6からずれた位置に配置され
る。
の前方に配置され、単レンズ4と、光ファイバ端部5等
の光学素子とを含む。この結合光学系3に含まれる光学
素子により、前面光8は反射される。フォトダイオード
2は、上記の単レンズ4、光ファイバ端部5をも含む上
記の光学系の光軸6からずれた位置に配置されることと
なる。
ド素子1の背面から放射される背面光7の主成分がフォ
トダイオード2に入射するのを回避することができる。
他方、単レンズ(光学素子)4により前面光8は反射さ
れ、反射光(典型的には部分反射光)9は、レーザダイ
オードの広がり角を伴って反射するので、光軸6からず
れて配置されたフォトダイオード2にもその一部が受光
される。つまり、本実施の形態1では、フォトダイオー
ド2は、レーザダイオード素子1の背面光7よりも多く
の量の前面光8の反射光9を受光することとなる。
対する線形な対応関係を損なう虞のあるレーザダイオー
ド素子1の不安定性の影響や、ゲイン飽和等の影響を受
けない反射光9をモニタできるため、フォトダイオード
2により正確な出力モニタを行える。
ードなど高出力レーザダイオードでは、背面光7を直接
フォトダイオード2で受光することによるフォトダイオ
ード2の出力の飽和を避ける、あるいは逆にフォトダイ
オード2のダイナミックレンジを小さくできるという効
果が得られる。
ニタできるため、外部に反射点を設けるレーザ共振器
(たとえばファイバグレーティングを用いた複合共振
器)における、外部フィードバック効果が変化した際の
影響を受けないという効果も得られる。
態2について説明する。図2は、本実施の形態2のレー
ザダイオードモジュールの概略構成図である。
レーザダイオード素子1と単レンズ4との間にカバーガ
ラス10を挿入している。それ以外の構成については、
実施の形態1とほぼ同様である。
率によりフォトダイオード2の受光量に対する反射光9
の寄与度が異なるが、一般的な場合として両者の端面反
射率は、同程度と考えてよい。この場合、レーザダイオ
ード素子1のレーザ出射端部およびフォトダイオード2
からの距離が、単レンズ4に比較してカバーガラス10
の方が近いこと、および一般に単レンズ4の反射面はレ
ーザダイオード素子1側に凸形状のため、フォトダイオ
ード2へ入射する反射光9は、カバーガラス10からの
成分が主となる。
合にも、実施の形態1の場合と同様に反射光9をフォト
ダイオード2で受光することができ、実施の形態1の場
合と同様の効果が得られる。
態3について説明する。図3は、本実施の形態3におけ
るレーザダイオードモジュールの概略構成図である。
ァイバ端部5に反射した反射光がレーザダイオード素子
1やフォトダイオード2に影響しないように大きな傾斜
角(8度程度)に設定されている。
端部5の傾斜角θを小さく(たとえば0.5度〜8度程
度)とする。それにより、図3に示すように、光ファイ
バ端部5に反射した反射光9の一部を単レンズ4を通し
てフォトダイオード2に入射させることができる。
端面反射率を有するか、あるいは光エネルギー密度の高
くなる光ファイバ端部5にはコートをしないため光ファ
イバ端部5の反射率が単レンズ4のそれよりも相対的に
高反射率となることが一般的である。また、光ファイバ
端部5からの反射光のスポットサイズは、レーザダイオ
ード素子1のレーザ出射口近傍で出射光とほぼ同じスポ
ットサイズに戻ると考えてよい。
を適切に調節することにより、フォトダイオード2へ入
射する光の主成分を、光ファイバ端部5に反射した反射
光9とすることができる。
場合と同様の効果が得られる。それに加え、光ファイバ
端部5の反射光9を利用することにより、光ファイバ外
部へのレーザ出力取り出し効率に影響する結合光学系3
を変化させることなく、光ファイバ端部5の傾斜角度を
変化させることでフォトダイオード2への反射光9の寄
与を独立に適切に調整できる。
態4について説明する。図4は、本実施の形態4におけ
るレーザダイオードモジュールの概略構成図である。
モジュールを構成する光学部品として偏光子11、フィ
ルタ12等を設置している。それにより、実施の形態2
と同様の効果が得られる。
ンズ4と光ファイバ端部5間に挿入した場合には反射光
9へのこれらの影響は小さいが、偏光子11、フィルタ
12等をレーザダイオード素子1と単レンズ4間に挿入
した場合には反射光9への偏光子11、フィルタ12等
の挿入光学素子の影響は相対的に大きくなる。しかし、
この挿入光学素子は反射光9に悪影響を及ぼすものでは
なく、いずれの場合も本質的には実施の形態2と同様の
効果が得られる。
1,3等に示す他の実施の形態におけるレーザダイオー
ドモジュールに組み込んでもよい。これまでの実施の形
態では単レンズを用いていたが、組合せレンズ等の複数
のレンズを用いてもよく、またその他の光学部品を挿入
して同様の効果を得ることも可能である。
態5について説明する。図5は、本実施の形態5におけ
るレーザダイオードモジュールの概略構成図である。
イオードモジュールの光ファイバ内部にファイバグレー
ティング13を設け、レーザダイオード素子1の両端面
とファイバグレーティング13とで複合共振器を構成す
る。
タなので、駆動電流や環境温度の変化によるゲイン中心
波長の変位あるいは発振条件変化が生じる。それによ
り、共振器は、ファイバグレーティング13の影響の大
きい複合共振器状態と、ファイバグレーティング13の
影響のない単純共振器状態との間で変化する。
構成は実施の形態1〜4と同様であるので、各実施の形
態と同様の効果が得られる。
は、レーザ出射光である前面光8に対し線形対応しなく
なるので、前面光8を正確に反映する反射光9をモニタ
することで、正確な出力モニタを実現できる。
ードなど高出力レーザダイオードでは、背面光7を直接
フォトダイオード2で受光することによるフォトダイオ
ード2の出力の飽和を避ける、あるいは逆にフォトダイ
オード2のダイナミックレンジを小さくできるという効
果も得られる。
器(たとえば上記のファイバグレーティング13を用い
た複合共振器)における、外部フィードバック効果が変
化した際の影響を受けないという効果も得られる。
て偏光子11、フィルタ12等を設置してもよい。この
場合にも同様の効果が得られる。
態6について説明する。一般にレーザダイオードモジュ
ールで使用する出射光はできるだけ効率的に外部に取り
出したいので、反射光9を反射する光学部品(光学素
子)の反射率が1%以下となるように無反射コートを光
学部品に施すことが多い。
による反射光9をフォトダイオード2で受光することに
なる。また、フォトダイオード2では光のスポットサイ
ズも拡大しているため、フォトダイオード2で受光する
反射光9の強度が低くなりすぎ、S/N比が悪化する場
合が考えられる。
ード2の光軸6からのx方向のずれ量L(図5参照)と
y方向のずれ量(図示せず)の少なくとも一方を、背面
光7のビームスポットサイズよりも小さくして、反射光
9に加えて前面光8に対する線形対応を損なわない範囲
で部分的に背面光7をフォトダイオード2で受光するこ
ととする。
の後端面におけるビームスポットサイズが2μm×0.
6μmでかつレーザダイオード1とフォトダイオード2
の距離が700μm程度であるような場合に、x方向に
50μm、y方向に400μmフォトダイオード2を光
軸6からずらせる。
背面光7と前面光8をともに受光することができ、フォ
トダイオード2の受光量を増加させることができる。そ
の結果、S/N比を向上することができ、制御性を向上
することができる。
光成分と背面光成分を適切な比率に保つことができる。
好ましくは、フォトダイオード2が受光する全受光量に
おける前面光成分の割合が背面光成分の割合よりも高い
(背面光成分がたとえば60%以上)となるようにx,
y方向のずれ量を調節する。それにより、線形な出力モ
ニタを実現することができる。
態7について説明する。図6は、本実施の形態7におけ
るレーザダイオードモジュールの概略構成図である。
フォトダイオード2をレーザダイオード素子1に対して
Z軸方向後方ではなくZ軸方向同等位置、あるいはフォ
トダイオード2をレーザダイオード素子1よりもZ軸方
向前方に配置する。
ズ4等の光学部品に近づけることができ、反射光9の強
度低下を補償することができる。その結果、S/N比を
向上することができる。
態8について説明する。本実施の形態8は、反射光9の
光量が少なくなることに起因する問題を解決するために
なされたものである。
ド2の受光感度の範囲で、反射光9を反射する光学部品
の反射率を0.5%以上10%以下の範囲内の適当な値
となるように光学部品にコーティングを施す。
4に被覆層16を形成する。この被覆層16は、たとえ
ばSiO2やAl2O3等の誘電体で構成され、波長λ程
度の厚みを有する。それにより、反射率を数%程度とす
ることができる。
10、偏光子11、フィルタ12等の表面にコーティン
グを施し、これらの光学部品の反射率を所望の値となる
ように調節してもよい。
10%以下の反射率となるような材質で構成してもよ
い。たとえば、上記光学部品を、屈折率2%以下の一般
的なガラス材料で構成する。
する反射光9の光量を増大することができ、フォトダイ
オード2の受光量を増加させることができる。それによ
り、S/N比を向上することができる。
態9について説明する。図8は、本実施の形態9におけ
るレーザダイオードモジュールの概略構成図である。
光学部品を光軸6に対し傾斜配置し、フォトダイオード
2による反射光9の受光量を最適化している。図8に示
す例では、カバーガラス10を角度θ1だけ光軸6と垂
直方向から傾斜させている。傾斜角度θ1は、たとえば
0度〜45度程度である。
2における所望の部分に確実に照射することができ、フ
ォトダイオード2による反射光9の受光量を最適化する
ことができる。その結果、フォトダイオード2の受光量
を増加させることができ、S/N比を向上することがで
きる。
光学部品を傾斜配置してもよい。また、光学部品の傾斜
面を光軸6に対し傾斜させて反射光9をフォトダイオー
ド2に受光させるようにしてもよい。
形態10について説明する。本実施の形態10では、フ
ォトダイオード2の受光部形状を、反射光9を効率的に
受光できるように最適化する。すなわち、レーザダイオ
ードビームパターンに応じてフォトダイオード2の受光
部形状を選定する。より詳しくは、フォトダイオード2
の受光部形状を反射光9のビーム遠視野像に合わせる。
ンでは比較的一般的に見られるx,y方向のサイズが異
なる楕円形状の反射光9の場合、フォトダイオード2の
受光部形状を楕円形状、あるいは上記楕円の長軸および
短軸と同等の長さの長辺と短辺もつ長方形(楕円に近い
形状)とする。この場合も、フォトダイオード2の受光
量を増加させることができ、S/N比を向上することが
できる。
形態11について説明する。図9は、本実施の形態11
におけるレーザダイオードモジュールの概略構成図であ
る。
素子1の周囲にフォトニックバンドギャップ(PBG)
(光の禁制帯)構造をもつPBG結晶14を配置し、光
ファイバ端部5、カバーガラス10、偏光子11、フィ
ルタ12等の光学素子からフォトダイオード2までの経
路にPBG構造の線状欠陥15を導入している。かかる
線状欠陥15を設けるには、一様に形成されたフォトニ
ック結晶周期構造を導波構造の部分のみ除去すればよ
い。このとき、PBG結晶14の周期構造は、レーザダ
イオード素子1の発光波長がPBG帯域に一致するよう
に決める。
特性より、反射光9は、PBG構造内の線状欠陥15の
みで導波される。つまり、線状欠陥15が、反射光9の
導波路として機能することになる。
からの反射光9が、原理上ロスなくフォトダイオード2
へ導波される。したがって、フォトダイオード2の受光
量を増加させることができ、S/N比を向上することが
できる。
説明を行なったが、各実施の形態の特徴を適宜組み合わ
せることも当初から予定されている。
点で例示であって制限的なものではないと考えられるべ
きである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示さ
れ、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべ
ての変更が含まれる。
素子の前面から出射される前面光の反射光を受光素子に
より受光できるので、レーザ出力を正確にモニタするこ
とができる。それにより、レーザ出力との充分な線形対
応を保持した受光素子の出力モニタ機能を維持すること
ができる。
背面光をも受光させる等の受光素子の受光量を増大させ
る工夫を施すことにより、受光素子の信号強度が不足し
てS/N比が悪化することを抑制でき、受光素子の制御
性の劣化を回避することができる。
ードモジュールの概略構成図である。
ードモジュールの概略構成図である。
ードモジュールの概略構成図である。
ードモジュールの概略構成図である。
ードモジュールの概略構成図である。
ードモジュールの概略構成図である。
断面図である。
ードモジュールの概略構成図である。
オードモジュールの概略構成図である。
構成図である。
結合光学系、4 単レンズ、5 光ファイバ端部、6
光軸、7 背面光、8 前面光、9 反射光、10
カバーガラス、11 偏光子、12 フィルタ、13
ファイバグレーティング、14 PBG結晶、15 線
状欠陥、16 被覆層。
Claims (9)
- 【請求項1】 レーザダイオード素子と、 前記レーザダイオード素子の前方に配置され、前記レー
ザダイオード素子の前面から出射された前面光を反射す
る光学素子と、 前記レーザダイオード素子の後方であって前記レーザダ
イオード素子を含む光学系の光軸からずれた位置に配置
され、前記光学素子による反射光を受光する受光素子
と、を備えた、レーザダイオードモジュール。 - 【請求項2】 前記レーザダイオードモジュールは、前
記レーザダイオード素子とともにレーザ共振器を構成す
る反射素子を備えた、請求項1に記載のレーザダイオー
ドモジュール。 - 【請求項3】 前記レーザダイオード素子は背面から背
面光を放射し、 前記受光素子は、前記前面光と前記背面光との双方を受
光する位置に配置される、請求項1または請求項2に記
載のレーザダイオードモジュール。 - 【請求項4】 前記受光素子の前記光軸からのずれ量
を、前記背面光のビームスポットサイズよりも小さくす
る、請求項3に記載のレーザダイオードモジュール。 - 【請求項5】 レーザダイオード素子と、 前記レーザダイオード素子の前方に配置され、前記レー
ザダイオード素子の前面から出射された前面光を反射す
る光学素子と、 前記光学素子の後方であって前記レーザダイオード素子
を含む光学系の光軸からずれた位置に配置され、前記光
学素子による反射光を受光する受光素子と、 前記レーザダイオード素子とともにレーザ共振器を構成
する反射素子と、を備えた、レーザダイオードモジュー
ル。 - 【請求項6】 前記光学素子の反射率が、0.5%以上
10%以下である、請求項1から請求項5のいずれかに
記載のレーザダイオードモジュール。 - 【請求項7】 前記光学素子を前記光軸に対し傾斜させ
て前記反射光を受光素子に受光させるようにした、請求
項1から請求項6のいずれかに記載のレーザダイオード
モジュール。 - 【請求項8】 前記受光素子の受光部形状を、前記反射
光のビーム遠視野像に合わせた形状とする、請求項1か
ら請求項7のいずれかに記載のレーザダイオードモジュ
ール。 - 【請求項9】 前記レーザダイオード素子および前記光
学素子をフォトニックバンドギャップ構造をもつフォト
ニック結晶で覆い、 前記光学素子の反射面から前記受光素子に至る経路に前
記フォトニックバンドギャップ構造の線状欠陥で構成さ
れる導波路を設けた、請求項1から請求項8のいずれか
に記載のレーザダイオードモジュール。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002027073A JP2003229630A (ja) | 2002-02-04 | 2002-02-04 | レーザダイオードモジュール |
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