JP2007027372A - Semiconductor laser device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザ素子を備えた半導体レーザ装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser device including a semiconductor laser element.
半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子のモニタ光を検出する受光素子とを備え、半導体レーザ素子及び受光素子がステム上に配置されてキャップによって封止された半導体レーザ装置がよく知られている。このような半導体レーザ装置は、受光素子の検出結果に基づいて半導体レーザ素子の出力を制御する(APC(Automatic Power Control))ことにより、半導体レーザ素子の出力量を一定に保つことができる。 2. Description of the Related Art A semiconductor laser device that includes a semiconductor laser element and a light receiving element that detects monitor light of the semiconductor laser element, and the semiconductor laser element and the light receiving element are arranged on a stem and sealed with a cap is well known. Such a semiconductor laser device can keep the output amount of the semiconductor laser element constant by controlling the output of the semiconductor laser element based on the detection result of the light receiving element (APC (Automatic Power Control)).
特許文献1には、窓に反射された反射光を受光する受光素子の検出結果に基づいてAPCを行う半導体レーザ装置であって、受光素子を水平より傾斜させて配置することにより、受光素子に照射された反射光の再反射光が窓から射出されることを防ぐ半導体レーザ装置について開示されている。
しかしながら、受光素子に半導体レーザ素子から出射されたレーザ光以外の光が照射されると、正確なレーザ光の出力値が得られず、安定で正確なAPCができないという問題があった。更に、窒化物半導体を含む半導体レーザ素子の場合、出力するレーザ光の発振波長や可視光領域において半導体レーザ素子の構成材料が透明であるため、半導体レーザ素子の自然発光光、半導体レーザ素子の出射端面以外の面からこの素子の外側にもれ出た光、窓から透過されずにキャップ内面で反射したレーザ光や、半導体レーザ装置周辺に配置された光学装置からの反射光、室内光等の迷光は半導体レーザ素子に吸収されず、キャップ内で散乱して受光素子に照射される。このように受光素子に迷光が多く照射されると、正確にAPCを動作させることができず、半導体レーザ素子の出力が不安定になる原因となっていた。 However, when the light receiving element is irradiated with light other than the laser light emitted from the semiconductor laser element, there is a problem that an accurate output value of the laser light cannot be obtained, and stable and accurate APC cannot be performed. Furthermore, in the case of a semiconductor laser element including a nitride semiconductor, the constituent material of the semiconductor laser element is transparent in the oscillation wavelength of the laser beam to be output and in the visible light region, so that the spontaneous emission light of the semiconductor laser element and the emission of the semiconductor laser element are emitted. Light that has leaked outside the element from a surface other than the end face, laser light that has not been transmitted through the window and reflected by the inner surface of the cap, reflected light from an optical device disposed around the semiconductor laser device, indoor light, etc. The stray light is not absorbed by the semiconductor laser element, but is scattered within the cap and irradiated to the light receiving element. When a large amount of stray light is applied to the light receiving element in this way, the APC cannot be operated accurately, causing the output of the semiconductor laser element to become unstable.
また、半導体レーザ素子の出射端面に対向した面のHRコートの透過率を上げて、モニタ光の出力を大きくすることにより、受光素子のS/N比を向上させる方法もあるが、出射端面から出力されるレーザ光の出力低下が問題となっていた。 There is also a method for improving the S / N ratio of the light receiving element by increasing the transmittance of the HR coat on the surface facing the emission end face of the semiconductor laser element and increasing the output of the monitor light. There has been a problem that the output power of the laser beam is reduced.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、安定した出力のレーザ光を出射する半導体レーザ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor laser device that emits a laser beam having a stable output.
以上の課題を解決するために、請求項1に記載の半導体レーザ装置は、出射端面からレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子の前記出射端面に対向した端面から出射されるモニタ光を検出するモニタ光検出手段と、該モニタ光検出手段の出力に基づいて前記半導体レーザ素子の出力を一定とするように制御する制御手段とを備える半導体レーザ装置において、前記モニタ光検出手段の近傍において迷光を検出する迷光検出手段と、前記モニタ光検出手段の検出結果を前記迷光検出手段の検出結果により補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a semiconductor laser device according to claim 1 includes a semiconductor laser element that emits laser light from an emission end face, and a monitor that is emitted from an end face of the semiconductor laser element that faces the emission end face. In a semiconductor laser device comprising: monitor light detection means for detecting light; and control means for controlling the output of the semiconductor laser element to be constant based on the output of the monitor light detection means. Stray light detection means for detecting stray light in the vicinity, and correction means for correcting the detection result of the monitor light detection means with the detection result of the stray light detection means.
ここで、モニタ光とは半導体レーザ素子の出射端面と対向する面(リアー端面)から出射されたレーザ光を言う。また、半導体レーザ素子は出射端面から出射されたレーザ光を外部に透過する窓を備えたキャップによって封止されており、「迷光」とは、半導体レーザ素子の自然発光光、半導体レーザ素子の出射端面以外の面からこの素子の外側にもれ出た光、出射端面から出射されたレーザ光のうち、窓から透過されずにキャップ内面又は窓に反射して散乱したレーザ光や、半導体レーザ装置周辺に配置された光学装置からの反射光、室内光のうちキャップ内部に照射された光、およびこれらがキャップ内部で散乱された光のことを言う。 Here, the monitor light refers to laser light emitted from a surface (rear end surface) facing the emission end surface of the semiconductor laser element. The semiconductor laser element is sealed with a cap having a window that transmits the laser beam emitted from the emission end face to the outside. “Stray light” means spontaneous emission of the semiconductor laser element, emission of the semiconductor laser element. Of the light that has leaked from the surface other than the end face to the outside of the element and the laser light that has exited from the exit end face, the laser light that has been reflected and scattered by the cap inner surface or window without being transmitted through the window, or a semiconductor laser device The reflected light from the optical device arranged in the periphery, the light irradiated inside the cap among the indoor light, and the light scattered inside the cap.
ここで、窒化物半導体を含む半導体レーザ素子とは、例えば、InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)及びこれにp型またはn型の不純物がドープされた材料等を構成要素として含む窒化物化合物半導体レーザ素子のことを言う。また、半導体レーザ素子は複数の横モードを有するものであることとしてもよい。 Here, the semiconductor laser element comprising a nitride semiconductor, for example, In X Al Y Ga 1- XY N (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1) and this p-type or n-type impurity is doped This means a nitride compound semiconductor laser element containing the prepared material as a constituent element. The semiconductor laser element may have a plurality of transverse modes.
半導体レーザ素子のモニタ光を受光するモニタ光検出手段の近傍に迷光検出手段を配置し、この迷光検出手段の検出結果に基づいてモニタ光検出手段の検出結果を補正することにより、モニタ光検出手段の検出結果から迷光成分を差し引くことができ、レーザ光に対応したモニタ光の光量を得ることができる。従って、半導体レーザ素子の出力を安定に保つことができる。 Monitor light detecting means is arranged near the monitor light detecting means for receiving the monitor light of the semiconductor laser element, and the detection result of the monitor light detecting means is corrected based on the detection result of the stray light detecting means. The stray light component can be subtracted from the detection result, and the amount of monitor light corresponding to the laser light can be obtained. Therefore, the output of the semiconductor laser element can be kept stable.
更に、半導体レーザ素子が窒化物半導体を含む場合、レーザ光の発振波長や可視光領域において半導体レーザ素子の構成材料が透明であるため、迷光が半導体レーザ素子によって吸収されず、モニタ光検出手段に照射される迷光成分の割合が大きくなり、モニタ光の光量を正確に検出することが困難であった。また、半導体レーザ素子が複数の横モードを有する場合、レーザ光と迷光の割合が変化しやすい。従って、モニタ光検出手段のみではモニタ光の光量を正確に検出することができず、レーザ光の出力を安定に保つことが困難であった。しかし、迷光検出手段の検出結果を用いてモニタ光検出手段の検出結果を補正することにより、レーザ光に対応したモニタ光の光量を得ることができる。従って、レーザ光の出力を安定に保つことができ、半導体レーザ装置の信頼性を高めることができる。 Further, when the semiconductor laser element includes a nitride semiconductor, since the constituent material of the semiconductor laser element is transparent in the oscillation wavelength of the laser light and in the visible light region, stray light is not absorbed by the semiconductor laser element, and the monitor light detection means The ratio of the stray light component irradiated becomes large, and it has been difficult to accurately detect the amount of monitor light. Further, when the semiconductor laser element has a plurality of transverse modes, the ratio of laser light and stray light is likely to change. Therefore, it is difficult to accurately detect the amount of monitor light with only the monitor light detection means, and it is difficult to keep the output of the laser light stable. However, by correcting the detection result of the monitor light detection means using the detection result of the stray light detection means, the amount of monitor light corresponding to the laser light can be obtained. Therefore, the output of the laser beam can be kept stable, and the reliability of the semiconductor laser device can be improved.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は半導体レーザ装置100の断面図を示した図である。半導体レーザ装置100は、半導体レーザ部1と、モニタ出力補正部2と、駆動制御部3とを備えて構成される。半導体レーザ部1は、ブロック14上に実装された半導体レーザ素子11及び受光素子12と、ブロック14を固定するステム15と、半導体レーザ素子11から出射されたレーザ光Lを外部に透過する窓13を備えたキャップ19と、半導体レーザ素子11に駆動電流を供給するための端子20と、受光素子12の検出信号を配線18a、18b、18c(以下、包括的に「配線18」と表記する。)を介して出力する端子17a、17b、17cとを備える。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of the
受光素子12は3つの受光素子(例えば、フォトダイオード等)によって構成されており、3つの受光素子はそれぞれ配線18a、18b、18cに接続されている。そして配線18aは端子17aに、配線18bは端子17bに、配線18cは端子17cにそれぞれ接続されている。モニタ出力補正部2は、端子17から受光素子12の検出信号を入力し、モニタ光Mの光量と迷光の光量とに基づいて、モニタ光Mの光量補正を行う。駆動制御部3は、出力制御部2において光量補正されたモニタ光の光量に基づいて半導体レーザ素子11から出射されるレーザ光Lの出力が一定になるように駆動電流を制御し、半導体レーザ素子11に駆動電流を供給する。
The
半導体レーザ部1において、半導体レーザ素子11、受光素子12、ブロック14、配線18は、不活性ガス雰囲気中においてキャップ19の縁部とステム15とを抵抗溶接等で接着し、気密封止される。端子16及び17は、ステム15の開口部分を通して外部に引き出される。
In the semiconductor laser unit 1, the
半導体レーザ部1について詳しく説明する。図2は半導体レーザ部1の斜視図である。便宜上、キャップ19の図示は省略する。受光素子12は、モニタ光用受光素子12a、迷光用迷光用受光素子12b及び12cによって構成されている。モニタ光用受光素子12a、迷光用受光素子12b及び12cは、半導体レーザ素子11の出射端面11aと対向したリアー端面11b側に配置される。モニタ光用受光素子12aは、受光面が半導体レーザ素子11のリアー端面11bに向くようにして半導体レーザ素子11の発光軸の延長線上に配置され、リアー端面11bから出射されたモニタ光Mの光量を検出する。
The semiconductor laser unit 1 will be described in detail. FIG. 2 is a perspective view of the semiconductor laser unit 1. For convenience, the illustration of the
迷光用受光素子12b及び12cは、リアー端面11bからの発光軸の延長線上以外の位置(モニタ光Mが直接照射されない位置)に配置され、例えばそれぞれの受光面がモニタ光用受光素子12aの受光面に連続して並ぶようにモニタ光用受光素子12aの近傍に配置される。
The stray
迷光用受光素子12b及び12cはキャップ19を散乱する迷光を受光する。更に、モニタ光用受光素子12aもモニタ光Mに加え、迷光を受光する。迷光とは、半導体レーザ素子の自然発光光、半導体レーザ素子の出射端面以外の面からこの素子の外側にもれ出た光、出射端面から出射されたレーザ光Lのうち、窓13から透過されずにキャップ19内面又は窓13に反射してキャップ19内を散乱するレーザ光や、半導体レーザ装置100周辺に配置された光学装置からの反射光、室内光のうちキャップ19内部に混入した光のことを言う。
The stray
半導体レーザ素子11が、InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)およびこれにp型またはn型の不純物をドープした材料等を構成要素として含む窒化物化合物半導体レーザ素子である場合、半導体レーザ素子11はレーザ光Lの発振波長や可視光領域に対して透明となるため、上記したような迷光は半導体レーザ素子11に吸収されず、キャップ19内に散乱する。すると、モニタ光用受光素子12aが受光する光のうち、迷光成分の割合が大きくなってしまい、モニタ光Mの光量を正確に検出することができない。
Nitride including
そこで、モニタ光用受光素子12aの近傍に迷光用受光素子12b及び12cを配置することにより、迷光用受光素子12b及び12cの検出結果よりモニタ光用受光素子12aが受光した迷光の光量を推測することができる。つまり、モニタ光用受光素子12aが検出した光量から迷光用受光素子12b及び12cが検出した光量を差し引くことによって、モニタ光用受光素子12aに照射されたモニタ光Mの光量を得ることができる。
Therefore, by arranging the stray
図1に戻る。モニタ光用受光素子12a、12b及び12cの検出信号は端子17a、17b及び17cを介してモニタ出力補正部2に出力される。モニタ出力補正部2は、受光素子12bと12cの検出信号より平均値を算出する。この平均値をモニタ光用受光素子12aが受光した迷光の光量とし、モニタ光用受光素子12aの検出信号から算出した平均値を差し引き、この差し引いた値をモニタ光量とする。そしてモニタ出力補正部2は算出したモニタ光量を駆動制御部3に出力する。駆動制御部3は半導体レーザ素子11から出射されるレーザ光Lの出力が一定になるように、モニタ出力補正部2より入力されたモニタ光量に基づいて半導体レーザ素子11の駆動電流を決定し、該駆動電流を端子20、配線21を介して半導体レーザ素子11に供給する。
Returning to FIG. The detection signals of the monitor
以上、説明したように、半導体レーザ素子11のモニタ光Mを受光するモニタ光用受光素子12aの近傍に迷光用受光素子12b及び12cを配置し、この迷光用受光素子12b及び12cの検出信号の平均値をモニタ光用受光素子12aが受光した迷光の光量としてモニタ光用受光素子12aの検出信号から差し引くことにより、モニタ光用受光素子12aの検出信号から迷光成分を差し引くことができ、レーザ光Lに対応したモニタ光Mの光量を得ることができる。従って、半導体レーザ素子11の出力を安定に保つことができる。
As described above, the stray
特に、半導体レーザ素子11が窒化物半導体を含む場合、レーザ光Lの発振波長や可視光領域において半導体レーザ素子の構成材料が透明であるため、迷光がキャップ内19に散乱しやすくモニタ光用受光素子12aに照射される迷光成分の割合が大きくなり、モニタ光Mの光量を正確に検出することが困難であった。また、半導体レーザ素子11が複数の横モードを有する場合、レーザ光Lと迷光の割合が変化しやすい。従って、モニタ光受光素子12aのみではモニタ光Mの光量を正確に検出することができず、レーザ光Lの出力を安定に保つことが困難であった。しかし、迷光用受光素子12b及び12cの検出結果を用いてモニタ光受光素子12aの検出結果を補正することにより、レーザ光Lに対応したモニタ光Mの光量を得ることができる。従って、レーザ光Lの出力を安定に保つことができ、半導体レーザ装置100の信頼性を高めることができる。
In particular, when the
尚、以上説明した内容は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、複数の半導体レーザ素子を備えた半導体レーザ装置に対して本発明を適用してもよい。この場合、各半導体レーザ素子に対してモニタ光用受光素子がモニタ光の発光軸の延長線上にそれぞれ配置される。迷光用受光素子は各モニタ光用受光素子の近傍(両側)に配置してもいいし、複数のモニタ光用受光素子のうち、何れか1つのモニタ光用受光素子の近傍のみに迷光用受光素子を配置してもよい。 The contents described above can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, the present invention may be applied to a semiconductor laser device including a plurality of semiconductor laser elements. In this case, for each semiconductor laser element, a light receiving element for monitor light is arranged on an extension line of the emission axis of the monitor light. The stray light receiving element may be arranged in the vicinity (on both sides) of each monitor light receiving element, or the stray light receiving element is only received in the vicinity of one of the monitor light receiving elements. An element may be arranged.
また、迷光用受光素子は半導体レーザ素子11のリアー端面11b側に配置されなくてもよく、図3及び図4に示すように半導体レーザ素子11bの側面側に配置されてもよい。図3は、その他の実施例である半導体レーザ装置200の断面図を示した図であり、図4は半導体レーザ部10の斜視図である。図3及び図4において、図1及び図2と同一の構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。また図4において、便宜上、キャップ19の図示は省略する。
Further, the stray light receiving element may not be arranged on the
図3に示すように、モニタ光用受光素子22aは、受光面が半導体レーザ素子11のリアー端面11bに向くようにして半導体レーザ素子11の発光軸の延長線上に配置される。迷光用受光素子22bは、受光面が半導体レーザ素子11側に向くように半導体レーザ素子11の側面に配置される。
As shown in FIG. 3, the monitor
モニタ光用受光素子22aの検出信号は配線28a及び端子27aを介して、迷光用受光素子22bの検出信号は配線28b及び端子27bを介してモニタ出力補正部2に入力される。モニタ出力補正部2は、モニタ光用受光素子22aの検出信号から迷光用受光素子22bの検出信号に対して所定値を乗じた値を差し引き、この差し引いた値をモニタ光量とする。そしてモニタ出力補正部2は算出したモニタ光量を駆動制御部3に出力する。駆動制御部3は半導体レーザ素子11から出射されるレーザ光Lの出力が一定になるように、モニタ出力補正部2より入力されたモニタ光量に基づいて半導体レーザ素子11の駆動電流を決定し、該駆動電流を端子20及び配線21を介して半導体レーザ素子11に供給する。
The detection signal of the monitor
即ち、迷光用受光素子は半導体レーザ素子11を備えるキャップ内に少なくとも1つ以上配置されればよい。尚、迷光用受光素子の位置はモニタ光用受光素子の位置の近傍であることが望ましい。
That is, at least one stray light receiving element may be disposed in a cap including the
100、200 半導体レーザ装置
1、10 半導体レーザ部
11 半導体レーザ素子
12 受光素子
13 窓
14 ブロック
15 ステム
19 キャップ
2 モニタ出力補正部
3 駆動制御部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記モニタ光検出手段の近傍において迷光を検出する迷光検出手段と、
前記モニタ光検出手段の検出結果を前記迷光検出手段の検出結果により補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。 Based on a semiconductor laser element that emits laser light from an emission end face, monitor light detection means that detects monitor light emitted from an end face of the semiconductor laser element that faces the emission end face, and an output of the monitor light detection means In a semiconductor laser device comprising control means for controlling the output of the semiconductor laser element to be constant,
Stray light detection means for detecting stray light in the vicinity of the monitor light detection means;
Correction means for correcting the detection result of the monitor light detection means by the detection result of the stray light detection means;
A semiconductor laser device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005206738A JP2007027372A (en) | 2005-07-15 | 2005-07-15 | Semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005206738A JP2007027372A (en) | 2005-07-15 | 2005-07-15 | Semiconductor laser device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=37787758
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005206738A Withdrawn JP2007027372A (en) | 2005-07-15 | 2005-07-15 | Semiconductor laser device |
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Country | Link |
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2005
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