JP2004087915A

JP2004087915A - 光出力制御装置

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Publication number: JP2004087915A
Application number: JP2002248532A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Oyu; 大湯　孝寛; Yasuo Fujikawa; 藤川　康夫
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】簡単な構成で効率良く光出力を制御する構成とした光出力制御装置を提供すること。
【解決手段】半導体レーザに光ファイバ１を結合し、半導体レーザのＡＰＣを行うために、光ファイバ１の漏れ光をフォトダイオード４で検出する。光ファイバ１の屈曲部１ａにおいて、光の入射角θ_２は臨界角θｃよりも小さくなり、コア２とクラッド３の境界面に入射した光は全反射せずに一部は漏れ光Ｒｘとして外部に放射されることになる。このように、光ファイバを屈曲することにより得られる漏れ光を用いてＡＰＣを行うことができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子の出射光を光ファイバに入射させてＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行う際に、簡単な構成で効率良く光出力を制御する光出力制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザの出射光を光ファイバに入射して光ファイバ内を伝搬させ、光ファイバの端面より空間に放射する光学装置が知られている。この際に、光源の半導体レーザに対してＡＰＣを行うために、フォトダイオードなどの検出手段で半導体レーザの出射光を検出してモニタしている。
【０００３】
図４は、半導体レーザの出射光をモニタする例の説明図である。図４において、２１は光源として用いる半導体レーザ、２２は半導体レーザ２１の出射光を平行光に変換するコリメータレンズなどの第１のレンズ、２３は第１のレンズ２２から出射される前記平行光を分波させるビームスプリッタである。
【０００４】
ビームスプリッタ２３の出射光側には、第２のレンズ２５を配置し、光を集光して光ファイバ２６に入射する。光ファイバ２６内を伝搬した光は、端面より放射光Ｒとして空間に放射される。また、ビームスプリッタ２３で分波された光は、フォトダイオード２４で検出され、ＡＰＣに送出される。
【０００５】
図５は、半導体レーザの出射光をモニタする他の例の説明図である。図５において、半導体レーザ２１の出射光は、レンズ２２を経て光ファイバ２６に入射する。光ファイバ２６には、分岐部２６ａを設け、一方の分岐ファイバ２７の端面から放射光Ｒを空間に放射する。また、他方の分岐ファイバ２８の端面から放射される光は、フォトダイオード２４で検出されＡＰＣに送出される。
【０００６】
半導体レーザの用途の拡大に伴い、複数個の半導体レーザを使用して大きな出力光を出射する光学装置が使用されている。このように、複数個の半導体レーザの出射光を使用する場合に、各半導体レーザを光ファイバと結合して、各々の出射光を光ファイバで伝搬させる場合がある。
【０００７】
このような場合には、それぞれの光ファイバを一つに束ねてバンドルファイバとして用いることが知られている。図６は、前記バンドルファイバを使用した際の例を示す説明図である。図６において、３０は電源部や制御部などの部品を実装した回路基板、３１は半導体レーザのリード端子と接続されるリード線、３２は半導体レーザ３３ａ〜３３ｎの取り付け部、３４ａ〜３４ｎは半導体レーザ３３ａ〜３３ｎと結合される光ファイバである。
【０００８】
各光ファイバ３４ａ〜３４ｎは、一つに束ねられてバンドルファイバ３５と結合される。バンドルファイバ３５は、アダプタ（接続器）３６で接続ファイバ３７と結合され、接続ファイバ３７の端面から光Ｒが放射される。なお、多数の半導体レーザ３３ａ〜３３ｎを使用する場合には、発生熱を吸収するヒートシンクなどが用いられる場合もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図４の構成では、半導体レーザの出射側と光ファイバ間にビームスプリッタを設けなければならないので、構成が複雑になる上にビームスプリッタを配置するためのスペースが必要となり、ビームスプリッタの位置合わせなどに時間がかかるという問題があった。また、半導体レーザの出射光を再び光ファイバと結合するのに、高い精度が要求されるので作業が煩雑となり時間もかかるという問題があった。
【００１０】
更に、図６に示したように、多数の半導体レーザをそれぞれ光ファイバと結合し、各光ファイバを一つに束ねてバンドルファイバと結合する構成の場合には、各半導体レーザの出射側にビームスプリッタなどの光学素子を配置することになる。このため、これらの光学素子の使用個数が増大して、光出力制御装置のコストが高くなるという問題があった。また、これらの光学素子を多数配置するためのスペースが不足するという問題があった。
【００１１】
図５の構成のように光ファイバを分岐させて出射光を検出する方式では、光出力制御装置に光を導入させるために設けた分岐部で光損失が生じる。このため、光学装置の光源として半導体発光素子の出射光を使用する場合に、光の利用効率が悪くなるというという問題があった。
【００１２】
本発明は上記のような問題に鑑み、簡単な構成で効率良く光出力を制御する構成とした、光出力制御装置の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光出力制御装置は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子に結合される光ファイバと、前記光ファイバに形成される漏れ光発生部と、前記漏れ光発生部に配置される漏れ光の検出手段と、前記半導体発光素子の光出力の制御手段とを備え、前記検出手段からの検出信号を前記制御手段に入力して、前記半導体発光素子の光出力を制御することを特徴とする。このため、図４の例のように半導体発光素子との出射側と光ファイバ間にビームスプリッタのような光学素子を設ける必要がなく、光ファイバに形成される漏れ光発生部に漏れ光の検出手段を設けているので、構成が簡単になりスペースもそれほど必要としないという利点がある。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の光出力制御装置は、漏れ光発生部を、光ファイバの屈曲部に形成したことを特徴とする。このため、特殊な工具などを必要とせずに漏れ光発生部を形成することが可能となり、ＡＰＣを行う際に簡単に光ファイバからの漏れ光を発生させることができる。
【００１５】
本発明の請求項３に記載の光出力制御装置は、屈曲部を螺旋状に形成して検出手段を巻回したことを特徴とする。このため、検出手段は精度良く漏れ光を検出することができる。
【００１６】
本発明の請求項４に記載の光出力制御装置は、漏れ光発生部を、光ファイバのクラッドを一部除去しコアを露出させて形成したことを特徴とする。このため、光ファイバを直線状に配置する場合でも簡単に漏れ光を取得することができる。
【００１７】
本発明の請求項５に記載の光出力制御装置は、露出させたコアの外周に凹凸面を形成したことを特徴とする。このため、コアと空気の境界面に入射した光は全反射されることなく、漏れ光発生部から確実にＡＰＣ用の漏れ光を取得することができる。
【００１８】
本発明の請求項６に記載の光出力制御装置は、漏れ光発生部を光ファイバの出射端の近傍に形成したことを特徴とする。このため、出射される光と制御用の光との比率が高い精度となり、より高性能のＡＰＣを行うことができる。
【００１９】
本発明の請求項７に記載の光出力制御装置は、前記半導体発光素子は、半導体レーザであることを特徴とする。このため、光ファイバの漏れ光を用いて半導体レーザのＡＰＣを効果的に行うことができる。
【００２０】
本発明の請求項８に記載の光出力制御装置は、半導体発光素子は、発光層にＩｎＡｌＧａＮを用いた窒化物系半導体発光素子であることを特徴とする。このため、発光層にＩｎＡｌＧａＮを用いた窒化物系半導体発光素子のＡＰＣを効果的に行うことができる。
【００２１】
本発明の請求項９に記載の光出力制御装置は、光ファイバを複数備え、各光ファイバを１つに束ねてバンドルファイバに結合したことを特徴とする。このため、多数の光ファイバを用いた場合の光源の光出力制御を簡単な構成で行うことができ、コストを低減することができる。また、光出力制御を行うための光学素子を配置するスペースもそれほど必要としないという利点がある。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下図に基づいて本発明の実施形態について説明する。本発明の基本的な構成においては、光ファイバに漏れ光発生部を設け漏れ光発生部からの漏れ光を検出手段により検出して、この漏れ光をＡＰＣに使用するものである。
【００２３】
図１は、本発明の構成例を示す概略の説明図である。図１において、光ファイバ１に屈曲部１ａを形成する。この際に、光ファイバ１の屈曲部１ａからは漏れ光Ｒｘが出射され、この漏れ光Ｒｘはフォトダイオード４で検出される。フォトダイオード４は、漏れ光の検出データを制御装置に送出し、ＡＰＣを行う。
【００２４】
次に、図１のように光ファイバ１に屈曲部１ａを形成したときに、光ファイバ１の屈曲部１ａから漏れ光Ｒｘが出射される理由について説明する。図１の光ファイバ１は、中央部に屈折率ｎ_１の材質からなるコア２を設け、その外周に同心円状に屈折率ｎ_２の材質からなるクラッド３を設けている。
【００２５】
光ファイバ１の入射点においては、屈折率ｎ_０＝１の空気が存在しているので、空気と光ファイバ１のコア２との境界面において、光ファイバ１への入射光（半導体レーザの出射光）は屈折する。コア２内を進行した光は、コア２とクラッド３の境界面でさらに屈折する。
【００２６】
ここで、コア２の材質とクラッド３の材質の屈折率の関係を、ｎ_１＞ｎ_２に選定すると、コア２とクラッド３の境界面で臨界角以上の入射角θ_１で入射する光は全反射する。すなわち、臨界角をθｃとするとき、θ_１＞θｃとすればコア２とクラッド３の境界面で光は全反射することになる。
【００２７】
光ファイバ１に屈曲部１ａを形成すると、屈曲部１ａにおけるコア２とクラッド３の境界面の光の入射角はθ_２となる。前記平坦部における入射角θ_１と屈曲部１ａにおける入射角θ_２との関係は、θ_２＜θ_１となる。屈曲角が大きいほどθ_２は小さくなり、屈曲角がある角度以上になると、θ_２＜θｃの関係が生じることになる。
【００２８】
この場合には、入射角θ_２は臨界角θｃよりも小さくなり、コア２とクラッド３の境界面に入射した光は全反射せずに一部は漏れ光として外部に放射されることになる。このように、光ファイバに屈曲部を形成することにより検出される漏れ光を用いてＡＰＣを行うことができる。
【００２９】
漏れ光をＡＰＣに用いるので、光ファイバを屈曲するだけの簡単な構成となり、各半導体レーザ毎にビームスプリッタなどの光学素子を使用する必要がなく、光出力制御装置のコストを低減することができる。また、各光ファイバにフォトダイオードを設置するだけなので、スペースをそれほど取らなくてもすむことになる。さらに、屈曲部は特殊な工具などを必要とすることなく簡単に形成することができる。
【００３０】
図１に示したように、光ファイバに屈曲部を設けることにより屈曲部で一部漏れ光が生ずる他に、光の伝搬損失も発生するので、屈曲部１ａを形成する位置は、できるだけ出射端に近い位置を選定する。このように、出射端に近い位置で漏れ光を取得することにより、出射される光と制御用の光との比率が高い精度となり、より高性能のＡＰＣを行うことができる。なお、フォトダイオードで精度良く漏れ光を検出するために、フォトダイオードの外周を光ファイバで螺旋状に巻きつけるように構成しても良い。
【００３１】
図２は、光出力制御装置の一例を示すブロック図である。図２において、光出力制御装置１０には、半導体レーザ５の駆動回路７が設けられており、半導体レーザ７を駆動するための入力データが与えられる。半導体レーザの出射光は、光ファイバ１に入射される。
【００３２】
光ファイバ１の前記屈曲部で得られる漏れ光は、フォトダイオード４で検出される。フォトダイオード４で検出された漏れ光のデータは電気信号に変換されて制御回路６に入力される。制御回路６からは、駆動回路７に出力電流を制御するような制御信号が送信される。このように、図２の構成では、漏れ光に基づいたフィードバック制御を行っている。
【００３３】
図３は、本発明の他の実施形態に係る概略の説明図である。図３においては、光ファイバ１のクラッド３の除去部１ｂを形成して、コア２を一部露出させるものである。この際に、コア２に僅かに凹凸面２ａが形成されるようにすると良い。このようにすると、凹凸面２ａでは光を散乱させる。
【００３４】
このため、コア２と空気の境界面における入射角θ_３が、θ_３＜θｃの関係となる位置が生じて漏れ光Ｒｘが外部に放射される。漏れ光Ｒｘは、フォトダイオード４で検出され、前記図２の光出力制御装置によりＡＰＣが行われる。クラッド３の除去部１ｂを形成する位置は、できるだけ出射端に近い位置を選定する。このように、出射端に近い位置で漏れ光を取得することにより、前記のように出射される光と制御用の光との比率が高い精度となり、より高性能のＡＰＣを行うことができる。
【００３５】
クラッド３を除去した際に、コア２を滑らかな平坦部で露出させると、コア２と空気の境界面において、空気の屈折率ｎ_０と、コア２の屈折率ｎ_１との関係は、ｎ_１＜ｎ_０となる。したがって、この部分に入射した光は全反射されて漏れ光が外部に放射されないことになる。このため、図３の例ではコア２に僅かに凹凸面２ａを形成している。また、図３の例では図１の例のように光ファイバを屈曲しないので、光ファイバ１を直線状に配置する要請がある場合に対応することができる。
【００３６】
上記説明では、半導体レーザの出射光を光ファイバに入射している。本発明は、半導体レーザに限定されず、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような半導体発光素子を光ファイバに結合した場合にも一般的に適用できるものである。
【００３７】
また、前記半導体発光素子は発光層にＩｎＡｌＧａＮを用いた窒化物系半導体発光素子とすることができる。この場合には、発光層にＩｎＡｌＧａＮを用いた窒化物系半導体発光素子のＡＰＣを効果的に行うことができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、半導体発光素子との出射側と光ファイバ間にビームスプリッタのような光学素子を設ける必要がなく、光ファイバに形成される漏れ光発生部に漏れ光の検出手段を設けるので、構成が簡単になりスペースもそれほど必要としないという利点がある。また、多数の半導体発光素子を光ファイバに結合し、各光ファイバを１つに束ねてバンドルファイバに結合する構成では、特にコストを低減すると共にスペースを節約することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る例の説明図である。
【図２】本発明に係る光出力制御装置のブロック図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係る例の説明図である。
【図４】従来例の説明図である。
【図５】他の従来例の説明図である。
【図６】バンドルファイバを用いた例を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・光ファイバ
１ａ・・・屈曲部
１ｂ・・・クラッド除去部
２・・・コア
２ａ・・・凹凸面
３・・・クラッド
４・・・フォトダイオード
５・・・半導体レーザ
６・・・制御回路
７・・・駆動回路
１０・・・光出力制御装置
２１・・・半導体レーザ
２２・・・第１のレンズ
２３・・・ビームスプリッタ
２４・・・フォトダイオード
２５・・・第２のレンズ
２６・・・光ファイバ
３０・・・回路基板
３１・・・リード線
３２・・・取り付け部
３３ａ〜３３ｎ・・・半導体レーザ
３４ａ〜３４ｎ・・・光ファイバ
３５・・・バンドルファイバ
３６・・・アダプタ
３７・・・接続ファイバ
Ｒｘ・・・漏れ光
ＡＰＣ・・・光出力自動制御

Claims

半導体発光素子と、前記半導体発光素子に結合される光ファイバと、前記光ファイバに形成される漏れ光発生部と、前記漏れ光発生部に配置される漏れ光の検出手段と、前記半導体発光素子の光出力の制御手段とを備え、前記検出手段からの検出信号を前記制御手段に入力して、前記半導体発光素子の光出力を制御することを特徴とする、光出力制御装置。
前記漏れ光発生部を、前記光ファイバの屈曲部に形成したことを特徴とする、請求項１に記載の光出力制御装置。
前記屈曲部を螺旋状に形成して前記検出手段を巻回したことを特徴とする、請求項２に記載の光出力制御装置。
前記漏れ光発生部を、前記光ファイバのクラッドを一部除去しコアを露出させて形成したことを特徴とする、請求項１に記載の光出力制御装置。
前記露出させたコアの外周に凹凸面を形成したことを特徴とする、請求項４に記載の光出力制御装置。
前記漏れ光発生部を前記光ファイバの出射端の近傍に形成したことを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の光出力制御装置。
前記半導体発光素子は、半導体レーザであることを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の光出力制御装置。
前記半導体発光素子は、発光層にＩｎＡｌＧａＮを用いた窒化物系半導体発光素子であることを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の光出力制御装置。
前記光ファイバを複数備え、各光ファイバを１つに束ねてバンドルファイバに結合したことを特徴とする、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の光出力制御装置。