JP2007207999A

JP2007207999A - 半導体レーザ素子の入出力特性検出方法とその装置

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Publication number: JP2007207999A
Application number: JP2006024953A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Igawa; 克彦井川
Original assignee: Daitron Technology Co Ltd
Current assignee: Daitron Technology Co Ltd
Priority date: 2006-02-01
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2026-02-01
Also published as: JP4034805B2

Abstract

【課題】短パルス駆動における半導体レーザ素子の入出力特性を正確に検出することができる方法を提供する。
【解決手段】短パルス駆動における半導体レーザ素子１の入出力特性を検出するにあたり、比較的長いパルス幅のパルス駆動において、半導体レーザ素子１から放射されるパルス光の全光束を受光する第１受光素子６０と、該第１受光素子６０より小さい受光面積を有し短パルス駆動時に出力されるパルス光を検出するのに十分な応答性能を備える第２受光素子６２の両受光素子６０、６２によって入出力特性およびその微分特性を測定し、これらの測定結果から算出される第２受光素子６２の結合効率ＣＥに基づいて、第２受光素子６２が測定した短パルス駆動における半導体レーザ素子１の入出力特性を較正することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、パルス駆動された半導体レーザ素子の入出力特性を検出する方法とその装置に関する。

近年、代表的なフォトエレクトロニクスデバイスの１つとして、半導体レーザ素子が多くの分野で利用されており、例えば、光ディスクドライブの分野では、書き込み用光源としてパルス駆動される半導体レーザ素子が使用されている。この分野では、書き込み速度を高速化することに対する要求が高いことに伴い、半導体レーザ素子は年々高出力・高速化しており、そのため、高出力かつ短パルス駆動に対しても安定してレーザ発振可能な半導体レーザ素子を提供する事が必要になっている。

ところで、製造された半導体レーザ素子の中には、高電流領域において、駆動電流に対する光出力特性（入出力特性）を示すグラフ上に直線性の乱れが生じるものがある。このような現象はキンク現象と呼ばれ、横モードの発振が不安定化するため、このような半導体レーザ素子は書き込み用光源として利用に供することができない。

そこで、半導体レーザ素子の製造にあたっては、製造された半導体レーザ素子全数を対象として入出力特性を測定することでスクリーニングを行い、上記のようなキンクを発生する半導体レーザを除去することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

このような半導体レーザ素子の入出力特性の検出では、連続駆動時にキンクが発生しなくても短パルス駆動時にキンクが発生することがあるため、被検査素子が高速短パルス駆動により使用される場合、光出力特性測定においても実使用条件に即した高速短パルス駆動条件で測定する必要がある。

しかしながら、高速パルス駆動条件では受光素子の応答性能が不十分となって正確なパルス光の波高値を計測することができないという問題がある。これに対し、受光素子の受光面積を小さくすることによって応答性を高めることができるが、かかる場合、被検査素子から出力されるレーザ光の全光束を受光できず結合効率が低下するため、パルス光の正確な波高値を測定するのが困難になるという問題がある。
特開２０００−２４１２９４号公報

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、高速短パルス駆動における半導体レーザ素子の入出力特性を正確に測定することができる半導体レーザ素子の入出力特性検出方法とその装置を提供することを目的とする。

請求項１にかかる発明は、所定のパルス幅を有し、一定周期をもって段階状に波高値が増大する電流パルス列信号を入力して半導体レーザ素子を駆動し、前記半導体レーザ素子の駆動電流の波高値と、前記半導体レーザ素子から放射されるパルス光を受光素子により光電変換して得られた検出パルス信号の波高値とを測定して、前記駆動電流の波高値の変化に対する前記パルス光の波高値の変化を検出する半導体レーザ素子の入出力特性検出方法において、第１パルス幅を有する第１電流パルス列信号を入力して前記半導体レーザ素子を駆動し、該半導体レーザ素子から放射される第１パルス光をその全光束を受光可能な受光面を有する第１受光素子により光電変換することで第１入出力特性とその微分特性である第１入出力微分特性を検出する工程と、前記第１パルス光を前記第１受光素子より小さい受光面を有する第２受光素子により光電変換することで第２入出力特性とその微分特性である第２入出力微分特性を検出する工程と、前記第１入出力微分特性と前記第２入出力微分特性に基づいて、前記半導体レーザ素子と第２受光素子との結合効率を算出する工程と、前記第１パルス幅より短い第２パルス幅を有する第２電流パルス列信号を入力して前記半導体レーザ素子を駆動し、該半導体レーザ素子から放射される第２パルス光を前記第２受光素子により光電変換して検出した入出力特性を前記結合効率に基づいて較正する工程と、を有することを特徴とする半導体レーザ素子の入出力特性検出方法である。

請求項２にかかる発明は、所定のパルス幅を有し、一定周期をもって段階状に波高値が増大する電流パルス列信号を入力して半導体レーザ素子を駆動し、前記半導体レーザ素子の駆動電流の波高値と、前記半導体レーザ素子から放射されるパルス光を受光素子により光電変換して得られた検出パルス信号の波高値とを測定して、前記駆動電流の波高値の変化に対する前記パルス光の波高値の変化を検出する半導体レーザ素子の入出力特性検出方法において、第１パルス幅を有する第１電流パルス列信号を入力して前記半導体レーザ素子を駆動し、該半導体レーザ素子から放射される第１パルス光をその全光束を受光可能な受光面を有する第１受光素子により光電変換して検出パルス信号を得て、該検出パルス信号の１パルスの立ち上がり時点から所定時刻に設定された第１サンプル時刻における第１入出力特性とその微分特性である第１入出力微分特性を検出する工程と、前記第１パルス光を前記第１受光素子より小さい受光面を有する第２受光素子により光電変換して検出パルス信号を得て、該検出パルス信号の１パルスの立ち上がり時点から異なる２つの所定時刻に設定された第２サンプル時刻及び第３サンプル時刻における第２入出力特性とその微分特性である第２入出力微分特性及び第３入出力特性とその微分特性である第３入出力微分特性を検出する工程と、前記第２入出力特性と前記第３入出力特性が一致しかつ直線性を有している駆動電流区間を演算区間に設定する工程と、前記演算区間において、前記第１入出力微分特性の平均値と、前記第２入出力微分特性と前記第３入出力微分特性の平均値を算出し、前記第２入出力微分特性と前記第３入出力微分特性の平均値を前記第１入出力微分特性の平均値で除することで、前記半導体レーザ素子と第２受光素子との結合効率を算出する工程と、前記第１パルス幅より短い第２パルス幅を有する第２電流パルス列信号を入力して前記半導体レーザ素子を駆動し、該半導体レーザ素子から放射される第２パルス光を前記第２受光素子により光電変換して検出パルス信号を得て、該検出パルス信号の１パルスの立ち上がり時点から所定時刻に設定された第４サンプル時刻における第４入出力特性を検出する工程と、前記結合効率に基づいて、第４入出力特性を較正する工程と、を有することを特徴とする半導体レーザ素子の入出力特性検出方法である。

請求項３にかかる発明は、請求項２に記載の半導体レーザ素子の入出力特性検出方法において、前記第２サンプル時刻は、１パルスの立ち上がり時点からの時刻が、前記第４サンプル時刻と等しい時刻、あるいは前記第４サンプル時刻より短い時刻、に設定されていることを特徴とするものである。

請求項４にかかる発明は、請求項２に記載の半導体レーザ素子の入出力特性検出方法において、前記第１サンプル時刻は、検出パルス信号の立ち下がり前近傍のパルス波形が安定する時刻に設定することを特徴とするものである。

請求項５にかかる発明は、請求項２に記載の半導体レーザ素子の入出力特性検出方法において、前記第３サンプル時刻は、検出パルス信号の立ち下がり前近傍のパルス波形が安定する時刻に設定することを特徴とするものである。

請求項６にかかる発明は、上記の半導体レーザ素子の入出力特性検出方法を実施するものであって、半導体レーザ素子に入力するパルス電流の波高値を可変とするとともにパルス幅を可変とする駆動回路と、前記半導体レーザ素子から抽出した駆動電流の１パルスの立ち上がり時点から所定時刻に設定されたサンプル時刻における波高値を測定する電流検出回路と、前記半導体レーザ素子から放射されるパルス光を検出パルス信号に光電変換する受光素子と、前記受光素子が光電変換した検出パルス信号の１パルスの立ち上がり時点から所定時刻に設定されたサンプル時刻における波高値を測定する光検出回路と、前記駆動電流の波高値の変化に対する前記パルスの波高値の変化を検出する制御演算部とを備えた半導体レーザ素子の入出力特性検出する装置において、前記受光素子は、前記半導体レーザ素子から放射されるパルス光の全光束を検出パルス信号に光電変換する第１受光素子と、前記第１受光素子より小さな受光面積を有し前記半導体レーザ素子から放射されるパルス光を検出パルス信号に光電変換する第２受光素子を有し、第１パルス幅を有する第１電流パルス列信号を入力して前記半導体レーザ素子を駆動し、該半導体レーザ素子から放射される第１パルス光を前記第１受光素子により光電変換することで第１入出力特性とその微分特性である第１入出力微分特性を検出し、前記第１パルス光を前記第２受光素子により光電変換することで第２入出力特性とその微分特性である第２入出力微分特性を検出し、前記制御演算部が、前記第１入出力微分特性と前記第２入出力微分特性に基づいて、前記半導体レーザ素子と第２受光素子との結合効率を算出し、前記第１パルス幅より短い第２パルス幅を有する第２電流パルス列信号を入力して前記半導体レーザ素子を駆動し、該半導体レーザ素子から放射される第２パルス光を前記第２受光素子により光電変換して検出した入出力特性を前記結合効率に基づいて較正することを特徴とする半導体レーザ素子の入出力特性検出装置である。

本発明によれば、受光面積の大きい受光素子が有する応答速度の問題と、受光面積の小さい受光素子が有する低結合効率の問題とを解消して、短パルス駆動における半導体レーザ素子の入出力特性を正確に測定することができる。

以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本実施形態にかかる半導体レーザ素子の検査装置１０のブロック回路図であり、図２は電流パルス列信号発生回路２０における各種の電気信号を示すグラフ、図３、４は光検出回路５０、７０における各種信号を示すグラフ、図５、６は同装置１０において測定された光出力特性を示すグラフである。

本実施形態における半導体レーザ素子の検査装置１０は、検査対象である半導体レーザ素子１に一定周期をもって段階状に波高値が増大する３〜２０ｎｓ程度の短パルス幅で、ＯＮデューティ比が５０％程度の電流パルス列信号を入力した短パルス駆動状態において、該半導体レーザ素子１の駆動電流の波高値と放射されるパルス光を受光素子により変換して得られた検出パルス信号の波高値とをそれぞれ検出して、駆動電流の波高値の変化に対するパルス光の波高値の変化を検出する入出力特性検出装置であって、図１に示すように、半導体レーザ素子１に入力される電流パルス列信号を発生する駆動回路２０と、電流パルス列信号を受けて作動した半導体レーザ素子１より抽出した駆動電流を検出する電流検出回路３０と、電流パルス列信号を受けて半導体レーザ素子１から発振されるパルス光を検出する光検出回路５０、７０と、これら各回路２０、３０、５０、７０を予め定められた操作プログラムに従って制御するとともに各検出回路３０、５０、７０から検出結果の入力を受けてパルス駆動における入出力特性を演算するメインプロセッサ１２とより構成される。

駆動回路２０は、階段波形電圧発生回路２２およびパルス電流発生回路２４を備えており、メインプロセッサ１２から電圧発生指令の入力を受けた階段波形電圧発生回路２２は、図２（ａ）に示すように、一定周期τｃ（例えばτｃ＝１ｍｓ）をもって０Ｖから所定の最大値（例えば、１０V）まで階段状に波高値が増大する基準電圧信号Ｖｒｅｆを発生し、これをパルス電流発生回路２４に入力する。

基準電圧信号Ｖｒｅｆの入力を受けたパルス電流発生回路２４では、電圧−電流変換回路２６によって基準電圧信号Ｖｒｅｆを電流信号に変換し、変換されたこの電流信号は、高速スイッチングトランジスタ等を用いて構成されたスイッチ手段２８をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、図２（ｂ）に示すような、任意のパルス幅ＰｗとＯＮデューティ比を有し、波高値が所定の最大値まで増大する電流パルス列信号に成形される。

このスイッチ手段２８は、メインプロセッサ１２からパルス幅設定指令を受けて作動した不図示のパルス発生器から送出されるＯＮ／ＯＦＦ切り換え動作タイミングパルスによって制御され、これにより、駆動回路２０より任意のパルス幅Ｐｗ及びＯＮデューティ比を有する電流信号が出力されるようになっている。

なお、上記の駆動回路２０において、階段波形電圧発生回路２２とパルス電流発生回路２４の間に比較回路を介在させ、階段波形電圧発生回路２２から入力される基準電圧信号Ｖｒｅｆと電流検出回路３０から入力される半導体レーザ素子１の駆動電流の波高値との偏差に基づいて、半導体レーザ素子１の駆動電流の波高値が所定値となるようにパルス電流発生回路２４へ出力する基準電圧信号Ｖｒｅｆをフィードバック制御してもよい。

電流パルス列信号発生回路２０において発生された電流パルス列信号は、検査対象である半導体レーザ素子１に入力されることで、半導体レーザ素子１は駆動電流である電流パルス列信号の波高値及びパルス幅Ｐｗに応じた光強度及びパルス幅を有するパルス光を放射する。

半導体レーザ素子１から放射されるパルス光は、受光素子フォトダイオード６０、６２によって検出パルス信号に変換された後、光検出回路５０、７０に入力されることで、パルス光の波高値を検出するようになっている。

詳細には、半導体レーザ素子１の近傍には、例えばＳｉフォトダイオードからなる第１受光素子６０及び第２受光素子６２が配置されており、第１受光素子６０及び第２受光素子６２から選択した一方の受光素子によって半導体レーザ素子１から放射されるパルス光を受光するようになっている。

第１受光素子６０は、半導体レーザ素子１から放射されるパルス光の全光束を受光することができる受光面積、例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍ程度の受光面積を有しており、受光したパルス光を検出パルス信号に光電変換し、これを第１光検出回路５０に入力する。第２受光素子６２は、第１受光素子６０より小さい受光面積、例えば、φ０．８ｍｍ程度の受光面積を有し、パルス幅が３ｎｓ〜２０ｎｓ程度の短パルス駆動時に半導体レーザ素子１から出力されるパルス光に対して十分な応答速度を備えており、受光したパルス光を検出パルス信号に光電変換し、これを第２光検出回路７０に入力する。

第１受光素子６０からの検出パルス信号が入力された光計測回路５０は、増幅器５２、Ａ／Ｄ変換器５４、ラッチ回路５６とを備え、検出パルス信号を増幅器５２及びＡ／Ｄ変換器５４を介して増幅及びデジタル変換し、これを複数段（本実施形態では２段）のラッチＩＣからなるラッチ回路５６に入力することで、各ラッチＩＣに入力された検出パルス信号の波高値を測定するようになっている。

より具体的には、Ａ／Ｄ変換器５４に入力された１パルス分の検出パルス信号は、図３に示すように、Ａ／Ｄ変換器５４の変換クロックの立ち上がりエッジでデジタル信号に都度変換され、Ａ／Ｄ変換器５４の後段に配置されたラッチ回路５６の２段のラッチＩＣのそれぞれに入力される。

また、ラッチ回路５６を構成する２段のラッチＩＣには、メインプロセッサ１２からのラッチ指令を受けたタイミング回路４０より、第１検出パルス信号の１パルス中においてパルスの立ち上がり時点Ｔ０から任意の２つの時刻Ｔｓに設定されたラッチタイミング信号が、それぞれ１個ずつ入力される。これにより、１パルス中においてパルスの立ち上がり時点Ｔ０から任意の２つの時刻における駆動電流の波高値を測定することができるようになっている。つまり、１パルス中に設定された上記の時刻Ｔｓは、１パルス中において駆動電流の波高値を検出するサンプル時刻となる。そして、測定された２つのサンプル時刻における駆動電流の波高値は、電流検出回路３０から出力され、メインプロセッサ１２に転送されるようになっている。

なお、Ａ／Ｄ変換器５４において、駆動電流が入力されてからデジタル変換結果が出力されるまでに、変換クロックで数クロック（例えば、６〜８クロック）に相当する期間の変換タイムラグが生じる場合があり、かかる場合、図３におけるラッチタイミング信号は、該変換タイムラグに相当する期間だけ遅延させた時刻に設定することがある。

また、第２受光素子６２からの検出パルス信号が入力された光計測回路７０は、上記の第１光検出回路５０と同様の構成及び動作をするものであって、増幅器７２、Ａ／Ｄ変換器７４、ラッチ回路７６とを備え、タイミング回路４０より、第２受光素子６２からの検出パルス信号の１パルス中においてパルスの立ち上がり時点Ｔ０から任意の２つのサンプル時刻に設定されたラッチタイミング信号が入力されることで、パルスの立ち上がり時点Ｔ０から任意の２つの時刻における検出パルス信号の波高値を測定し、これをパルス光の波高値としてメインプロセッサ１２に転送するようになっている。

半導体レーザ素子１を流通する駆動電流の波高値は、上記の光検出回路５０、７０と同様の構成及び動作をする電流検出回路３０により検出される。

この電流検出回路３０は、増幅器３２、Ａ／Ｄ変換器３４、ラッチ回路３６とを備え、駆動電流を増幅器３２及びＡ／Ｄ変換器３４を介して増幅及びデジタル変換して、２段のラッチＩＣからなるラッチ回路３６に出力する。このラッチ回路３６には、タイミング回路４０より、駆動電流の１パルス中においてパルスの立ち上がり時点Ｔ０から任意の２つのサンプル時刻に設定されたラッチタイミング信号が入力されることで、パルスの立ち上がり時点Ｔ０から任意の２つの時刻における駆動電流の波高値を測定し、これをメインプロセッサ１２に転送するようになっている。

そして、上記の電流パルス列信号発生回路２０から出力される電流パルス列信号の波高値の異なる全ての電流パルスについて、第１受光素子６０及び第２受光素子６２から選択した一方の受光素子によって所定のサンプル時刻におけるパルス光の波高値を測定するとともに、このサンプル時刻と同一の時刻における半導体レーザ素子１の駆動電流を測定する。

これにより、第１受光素子６０及び第２受光素子６２から選択した一方の受光素子によって、任意のパルス幅Ｐｗ及びＯＮデューティ比を有する電流パルス列信号を入力したパルス駆動状態における、１パルス中の任意の２つの時刻に設定したサンプル時刻での半導体レーザ素子１の駆動電流Ｉに対する光出力Ｐの特性である入出力特性と、その微分特性（ΔＰ／ΔＩ）をそれぞれ測定するようになっている。

このような検査装置１０において、半導体レーザ素子１の実使用条件に相当するパルス幅が３ｎｓ〜２０ｎｓ程度、ＯＮデューティ比が５０％程度の短パルス駆動時における入出力特性を次のよう検出する。

すなわち、上記の短パルス駆動時のパルス幅に比べ長いパルス幅、例えば、２０ｎｓ〜１００ｎｓ程度のパルス幅を有し、ＯＮデューティ比が発熱を無視できる１〜１０％程度の電流パルス列信号を入力し、半導体レーザ素子１から第１パルス光が放射するパルス駆動状態において、図４（ａ）に示すように、１パルス中にパルスの立ち上がり時点Ｔ０から所定の時刻に設定された第１サンプル時刻Ｔ１での入出力特性とその微分特性を第１受光素子６０によって測定することで、図５（ａ）、（ｂ）において矢符Ｃ１、Ｄ１でそれぞれ示す入出力特性とその微分特性が得られる。その際、受光する第１受光素子６０の応答性能に起因して検出パルス信号の立ち上がり部分がブロードとなっており正確な波高値を測定できないため、１パルス中において設定するサンプル時刻Ｔ１は、検出パルス信号の立ち下がり前近傍のパルス波形が安定する時刻に設定することが好ましい。

次いで、上記同様の２０ｎｓ〜１００ｎｓ程度の長いパルス幅を有しＯＮデューティ比が１〜１０％程度の電流パルス列信号を入力し、半導体レーザ素子１から第１パルス光が放射するパルス駆動状態において、図４（ｂ）に示すように、１パルス中にパルスの立ち上がり時点Ｔ０から異なる時刻に設定された第２サンプル時刻Ｔ２及び第３サンプル時刻Ｔ３（だたし、Ｔ２＜Ｔ３とする）での入出力特性とその微分特性を第２受光素子６２によって測定する。これにより測定されたサンプル時刻Ｔ２における入出力特性とその微分特性を図５（ａ）、（ｂ）において矢符Ｃ２、Ｄ２でそれぞれ示し、また、サンプル時刻Ｔ３における入出力特性とその微分特性を矢符Ｃ３、Ｄ３でそれぞれ示す。

なお、第２サンプル時刻Ｔ２は、後述する第４サンプル時刻Ｔ４と立ち上がり時刻Ｔ０からの時刻が等しい時刻に、あるいは第４サンプル時刻Ｔ４より立ち上がり時刻Ｔ０からの時間が短い時刻に、設定されることが好ましく、また、第３サンプル時刻Ｔ３は、パルス波形が安定している検出パルス信号の立ち下がり前近傍の時刻に設定することが好ましい。

次いで、第１受光素子６０によって測定したサンプル時刻Ｔ１での入出力特性Ｃ１とその微分特性Ｄ１、及び第２受光素子６２によって測定したサンプル時刻Ｔ２、Ｔ３での入出力特性Ｃ２、Ｃ３とその微分特性Ｄ２、Ｄ３に基づいて、メインプロセッサ１２が半導体レーザ素子１と第２受光素子との結合効率ＣＥを算出する。

詳細には、図５（ａ）に示すように、第２受光素子６２によって測定したサンプル時刻Ｔ２、Ｔ３での入出力特性Ｃ２、Ｃ３が一致しかつ直線性を有している駆動電流区間を演算区間に設定する。ここで、入出力特性Ｃ２、Ｃ３が一致しかつ直線性を有している駆動電流区間とは、入出力特性Ｃ２、Ｃ３が完全に一致しかつ完全な直線性を有している場合のみならず、例えば、両時刻Ｔ２、Ｔ３における入出力微分特性（ΔＰ／ΔＩ）の微分値（すなわち、光出力Ｐの２次微分値Δ^２Ｐ／ΔＩ^２）が所定範囲内にある場合など、入出力特性Ｃ２、Ｃ３が一致しかつ直線性を有している判断される駆動電流区間をいい、本実施形態では駆動電流値ＩａからＩｂまでの区間を演算区間に設定する。

そして、この演算区間において、第１受光素子６０によって測定したサンプル時刻Ｔ１での入出力微分特性Ｄ１の平均値ＳＥ１と、第２受光素子６２によって測定したサンプル時刻Ｔ２、Ｔ３での入出力微分特性Ｄ２、Ｄ３の平均値ＳＥ２と、を算出し、第２受光素子６２による入出力微分特性Ｄ２、Ｄ３の平均値ＳＥ２を第１受光素子６０による入出力微分特性Ｄ１の平均値ＳＥ１で除することで、半導体レーザ素子１と第２受光素子との結合効率ＣＥを算出する。

次いで、半導体レーザ素子１の実使用条件に相当する３ｎｓ〜２０ｎｓ程度のパルス幅を有する電流パルス列信号を入力し、半導体レーザ素子１から第２パルス光が放射する短パルス駆動状態において、図４（ｃ）に示すように、１パルス中にパルスの立ち上がり時点Ｔ０から所定の時刻に設定された第４サンプル時刻Ｔ４での入出力特性を第２受光素子６２によって測定することで、図６において矢符Ｃ４で示す入出力特性が得られる。

次いで、メインプロセッサ１２は、第２受光素子６２によって測定したサンプル時刻Ｔ４での入出力特性Ｃ４の入力を受け、この入出力特性Ｃ４を上記の結合効率ＣＥで除することで、図６において矢符Ｃ５で示すような較正された入出力特性が得られる。

以上のように本発明では、短パルス駆動における半導体レーザ素子１の入出力特性を検出するにあたり、半導体レーザ素子１から出力されるパルス光を受光面積の小さく応答性能の高い第２受光素子６２によって測定することで、短パルス駆動であっても受光素子の応答性能に起因した測定誤差を解消することができる。

また、比較的長いパルス幅のパルス駆動状態において、半導体レーザ素子１から放射されるパルス光の全光束を受光する第１受光素子６０と該第１受光素子６０より小さい受光面積を有する第２受光素子６２の両受光素子６０、６２によって入出力特性およびその微分特性を測定し、これらの測定結果から算出される第２受光素子６２の結合効率ＣＥに基づいて第２受光素子６２が測定した短パルス駆動における半導体レーザ素子１の入出力特性を較正することで、受光面積の小さい第２受光素子６２であっても、正確な入出力特性を検出することができる。

また、第２サンプル時刻Ｔ２を第４サンプル時刻Ｔ４と同一時刻あるいは第４サンプル時刻Ｔ４より短い時刻に設定し、第３サンプル時刻Ｔ３を第２検出パルス信号のパルス波形が安定する時刻に設定しているため、第２サンプル時刻Ｔ２と第３サンプル時刻Ｔ３の波高値を比較することで、第２受光素子６２が上記の短パルス駆動時に出力されるパルス光を検出するのに十分な応答性能を有しているか否か確認することができる。すなわち、第２サンプル時刻Ｔ２と第３サンプル時刻Ｔ３の波高値が等しく、両時刻Ｔ２、Ｔ３における入出力特性カーブＣ２、Ｃ３が一致すると判断される場合、１パルスの立ち上がり時点Ｔ０から第２サンプル時刻Ｔ２経過した時点において既に第２検出パルス信号のパルス波形が安定しているため、第２サンプル時刻Ｔ２と同一あるいはそれより遅い時刻に設定された第４サンプル時刻Ｔ４でも第２検出パルス信号のパルス波形が安定しているとして、第２受光素子６２が短パルス駆動時に出力されるパルス光を検出するのに十分な応答性能を有していることを確認することができる。

なお、被検査素子から出力される光線の広がり角度や光軸の傾き角度に生じるばらつきが大きい場合があり、かかる場合、被検査素子ごとに第１受光素子６０と第２受光素子６２を切り換えて、都度、結合効率ＣＥを算出してもよく、これにより、被検査素子ごとに結合効率ＣＥを算出し、第２受光素子６２が測定する入出力特性を正確に較正することができる。

また、量産工程における同一製造ロットの被検査素子など、出力される光線の広がり角度や光軸の傾き角度に生じるばらつきが小さい場合には、所定期間ごとに代表して１または複数の被検査素子の結合効率ＣＥを算出し、算出された結合効率ＣＥに基づいてその所定期間内において第２受光素子６２が測定する入出力特性を較正するようにしてもよく、これにより、結合効率ＣＥを算出する工程を削減し、タクトタイムを短縮することができる。

本発明の第１の実施形態にかかる半導体レーザ素子の入出力特性検出装置のブロック回路図である。同入出力特性検出装置の電流パルス列信号発生回路における各種信号を示すグラフである。同入出力特性検出装置の光検出回路における各種信号を示すグラフである。（ａ）〜（ｃ）は、光検出回路において光電変換された検出パルス信号を示すグラフである。同入出力特性検出装置によって測定結果を示すグラフであって、（ａ）が入出力特性、（ｂ）が入出力微分特性を示す。同入出力特性検出装置によって検出された入出力特性を示すグラフである。

符号の説明

１０…検査装置
１２…メインプロセッサ
２０…駆動回路
３０…電流検出回路
５０…第１光検出回路
６０…第１受光素子
６２…第２受光素子
７０…第２光検出回路

Claims

所定のパルス幅を有し、一定周期をもって段階状に波高値が増大する電流パルス列信号を入力して半導体レーザ素子を駆動し、前記半導体レーザ素子の駆動電流の波高値と、前記半導体レーザ素子から放射されるパルス光を受光素子により光電変換して得られた検出パルス信号の波高値とを測定して、前記駆動電流の波高値の変化に対する前記パルス光の波高値の変化を検出する半導体レーザ素子の入出力特性検出方法において、
第１パルス幅を有する第１電流パルス列信号を入力して前記半導体レーザ素子を駆動し、該半導体レーザ素子から放射される第１パルス光をその全光束を受光可能な受光面を有する第１受光素子により光電変換することで第１入出力特性とその微分特性である第１入出力微分特性を検出する工程と、
前記第１パルス光を前記第１受光素子より小さい受光面を有する第２受光素子により光電変換することで第２入出力特性とその微分特性である第２入出力微分特性を検出する工程と、
前記第１入出力微分特性と前記第２入出力微分特性に基づいて、前記半導体レーザ素子と第２受光素子との結合効率を算出する工程と、
前記第１パルス幅より短い第２パルス幅を有する第２電流パルス列信号を入力して前記半導体レーザ素子を駆動し、該半導体レーザ素子から放射される第２パルス光を前記第２受光素子により光電変換して検出した入出力特性を前記結合効率に基づいて較正する工程と、
を有することを特徴とする半導体レーザ素子の入出力特性検出方法。
所定のパルス幅を有し、一定周期をもって段階状に波高値が増大する電流パルス列信号を入力して半導体レーザ素子を駆動し、前記半導体レーザ素子の駆動電流の波高値と、前記半導体レーザ素子から放射されるパルス光を受光素子により光電変換して得られた検出パルス信号の波高値とを測定して、前記駆動電流の波高値の変化に対する前記パルス光の波高値の変化を検出する半導体レーザ素子の入出力特性検出方法において、
第１パルス幅を有する第１電流パルス列信号を入力して前記半導体レーザ素子を駆動し、該半導体レーザ素子から放射される第１パルス光をその全光束を受光可能な受光面を有する第１受光素子により光電変換して検出パルス信号を得て、該検出パルス信号の１パルスの立ち上がり時点から所定時刻に設定された第１サンプル時刻における第１入出力特性とその微分特性である第１入出力微分特性を検出する工程と、
前記第１パルス光を前記第１受光素子より小さい受光面を有する第２受光素子により光電変換して検出パルス信号を得て、該検出パルス信号の１パルスの立ち上がり時点から異なる２つの所定時刻に設定された第２サンプル時刻及び第３サンプル時刻における第２入出力特性とその微分特性である第２入出力微分特性及び第３入出力特性とその微分特性である第３入出力微分特性を検出する工程と、
前記第２入出力特性と前記第３入出力特性が一致しかつ直線性を有している駆動電流区間を演算区間に設定する工程と、
前記演算区間において、前記第１入出力微分特性の平均値と、前記第２入出力微分特性と前記第３入出力微分特性の平均値を算出し、前記第２入出力微分特性と前記第３入出力微分特性の平均値を前記第１入出力微分特性の平均値で除することで、前記半導体レーザ素子と第２受光素子との結合効率を算出する工程と、
前記第１パルス幅より短い第２パルス幅を有する第２電流パルス列信号を入力して前記半導体レーザ素子を駆動し、該半導体レーザ素子から放射される第２パルス光を前記第２受光素子により光電変換して検出パルス信号を得て、該検出パルス信号の１パルスの立ち上がり時点から所定時刻に設定された第４サンプル時刻における第４入出力特性を検出する工程と、
前記結合効率に基づいて、第４入出力特性を較正する工程と、
を有することを特徴とする半導体レーザ素子の入出力特性検出方法。
前記第２サンプル時刻は、１パルスの立ち上がり時点からの時刻が、前記第４サンプル時刻と等しい時刻、あるいは前記第４サンプル時刻より短い時刻、に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子の入出力特性検出方法。
前記第１サンプル時刻は、検出パルス信号の立ち下がり前近傍のパルス波形が安定する時刻に設定することを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子の入出力特性検出方法。
前記第３サンプル時刻は、検出パルス信号の立ち下がり前近傍のパルス波形が安定する時刻に設定することを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子の入出力特性検出方法。
半導体レーザ素子に入力するパルス電流の波高値を可変とするとともにパルス幅を可変とする駆動回路と、前記半導体レーザ素子から抽出した駆動電流の１パルスの立ち上がり時点から所定時刻に設定されたサンプル時刻における波高値を測定する電流検出回路と、前記半導体レーザ素子から放射されるパルス光を検出パルス信号に光電変換する受光素子と、前記受光素子が光電変換した検出パルス信号の１パルスの立ち上がり時点から所定時刻に設定されたサンプル時刻における波高値を測定する光検出回路と、前記駆動電流の波高値の変化に対する前記パルスの波高値の変化を検出する制御演算部とを備えた半導体レーザ素子の入出力特性検出する装置において、
前記受光素子は、前記半導体レーザ素子から放射されるパルス光の全光束を検出パルス信号に光電変換する第１受光素子と、前記第１受光素子より小さな受光面積を有し前記半導体レーザ素子から放射されるパルス光を検出パルス信号に光電変換する第２受光素子を有し、
第１パルス幅を有する第１電流パルス列信号を入力して前記半導体レーザ素子を駆動し、該半導体レーザ素子から放射される第１パルス光を前記第１受光素子により光電変換することで第１入出力特性とその微分特性である第１入出力微分特性を検出し、
前記第１パルス光を前記第２受光素子により光電変換することで第２入出力特性とその微分特性である第２入出力微分特性を検出し、
前記制御演算部が、前記第１入出力微分特性と前記第２入出力微分特性に基づいて、前記半導体レーザ素子と第２受光素子との結合効率を算出し、
前記第１パルス幅より短い第２パルス幅を有する第２電流パルス列信号を入力して前記半導体レーザ素子を駆動し、該半導体レーザ素子から放射される第２パルス光を前記第２受光素子により光電変換して検出した入出力特性を前記結合効率に基づいて較正することを特徴とする半導体レーザ素子の入出力特性検出装置。