JP2008130680A - レーザー光発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザー光の波長を変換させることによって所望の波長のレーザー光を出力用レーザー光として生成するレーザー光発生装置を提供する。
【解決手段】 第１波長のレーザー光を生成するレーザーダイオード１から生成される第１波長のレーザー光が入射されるとともに該レーザー光の波長を第２波長のレーザー光に変換する波長変換素子３と、前記レーザーダイオード１と波長変換素子３との間に設けられているとともに該レーザーダイオード１との協働により波長変換素子３に入射されるレーザー光の波長を第１波長に安定化する回折格子２を備え、前記レーザーダイオード１から生成されるレーザー光の波長が温度変化に起因して変化するとき、そのレーザー光のスペクトルが前記回折格子２にて規定される第１波長のレーザー光のスペクトルと重なるようにレーザーダイオードの発振スペクトル幅を広げる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザーダイオードから生成されるレーザー光の波長を変換させて所望の波長のレーザー光を出力用レーザー光として生成するレーザー光発生装置に関する。

光ピックアップ装置から照射されるレーザー光を光ディスクに設けられている信号記録層に照射することによって信号の読み出し動作や信号の記録動作を行うことが出来る光ディスク装置が普及している。

光ディスク装置としては、ＣＤやＤＶＤと呼ばれる光ディスクを使用するものが一般に普及しているが、最近では記録密度を向上させた光ディスク、即ちＢｌｕ−ｒａｙ規格やＨＤ ＤＶＤ（High Density Digital Versatile Disk）規格の光ディスクを使用するものが製品化されている。

光ディスクに記録される信号の密度を向上させるためには、光ディスクの信号面に照射されるレーザー光のスポット径を小さくする必要があり、そのためにはレーザー光の波長を短くする必要がある。光ディスク装置に使用される光ピックアップ装置には、レーザー光を生成するレーザーダイオードが組み込まれている。

前述したＣＤ規格のディスクに記録されている信号を再生するために使用されるレーザー光は赤外光が使用され、ＤＶＤ規格のディスクに記録されている信号を再生するために使用されるレーザー光は赤色光が使用され、そしてＢｌｕ−ｒａｙ規格やＨＤ ＤＶＤ（High Density Digital Versatile Disk）規格のディスクに記録されている信号を再生するために使用されるレーザー光は青色光が使用されている。

前述した赤外光、赤色光及び青色光のレーザー光を生成することが出来るレーザーダイオードは、開発されて製品化されているが、緑色のレーザー光を生成することが出来るレーザーダイオードの製品化は遅れている。

緑色のレーザー光は、光の三原色を構成するため画像を投射するプロジェクターに使用されるとともに視認性が高いという理由から墨出し器に採用することが考えられているが、緑色のレーザー光を生成するレーザーダイオードが開発されていないので、現在ではレーザー光の波長を変換することによって緑色のレーザー光を得るようにされている。斯かるレーザー光の波長を変換する波長変換素子として、Ｎｄ：ＹＶＯ４等の異方性結晶やＫＴＰ結晶（ＫＴｉＯＰ４）等の非線形光学結晶が一般に使用されている。(特許文献１参照。)
また、レーザーダイオードから生成出射されるレーザー光を光ピックアップ装置等に使用する場合、戻り光ノイズを如何に抑制するかが重要であり、その方法としてレーザーダイオードを自励発振させる方法が採用されている。(特許文献２参照。)
特開平７−５８３９１号公報 特許第３３８１５３４号

波長変換素子としてＹＶＯ４等の異方性結晶やＫＴＰ結晶等の非線形光学結晶を使用する場合、その変換効率は入射光波長依存性が大きく、安定した出力のレーザー光を得るためには、入射光の波長を安定させる必要がある。入射光の波長が不安定になる大きな原因
として、温度変化があり、斯かる温度変化を抑える方法として特許文献１に記載されているようにペルチェ素子を使用する方法が一般的である。

ペルチェ素子を使用して温度変化を抑える方法は、安定した出力のレーザー光を得るためには確かに有効ではあるが、レーザー光発生装置の小型化が出来ないだけでなく高価になるという問題がある。また、ペルチェ素子を制御するために電力が使用されるので、消費電力が大きくなるという問題もある。

本発明は、斯かる問題を解決することが出来るレーザー光発生装置を提供しようとするものである。

本発明は、第１波長のレーザー光を生成するレーザーダイオードから生成される第１波長のレーザー光が入射されるとともに該レーザー光の波長を第２波長のレーザー光に変換する波長変換素子と、前記レーザーダイオードと波長変換素子との間に設けられているとともに前記レーザーダイオードとの協働により前記波長変換素子に入射されるレーザー光の波長を第１波長に安定化する回折格子を設け、レーザーダイオードから生成されるレーザー光の波長が温度変化に起因して変化するとき、そのレーザー光のスペクトルが前記回折格子にて規定される第１波長のレーザー光のスペクトルと重なるように、即ちスペクトル幅を広げるようにレーザーダイオードを自励発振させるように構成されている。

また、本発明は、レーザーダイオードを構成する活性層の厚みを厚くすることによってスペクトル幅を広げるように構成されている。

そして、本発明は、レーザーダイオードを構成するとともにレーザー光の反射動作にてレーザー発振動作を行うべく設けられている端面の反射率を下げることによってスペクトル幅を広げるように構成されている。

本発明のレーザー光発生装置は、、第１波長のレーザー光を生成するレーザーダイオードから生成される第１波長のレーザー光が入射されるとともに該レーザー光の波長を第２波長のレーザー光に変換する波長変換素子と、前記レーザーダイオードと波長変換素子との間に設けられているとともに前記レーザーダイオードとの協働により前記波長変換素子に入射されるレーザー光の波長を第１波長に安定化する回折格子を設け、レーザーダイオードから生成されるレーザー光の波長が温度変化に起因して変化するとき、そのレーザー光のスペクトルが前記回折格子にて規定される第１波長のレーザー光のスペクトルと重なるように、即ちスペクトル幅を広げるようにレーザーダイオードを自励発振させるように構成したので、回折格子によるレーザー光の安定化動作を広範囲の温度変化に対応して行うことが出来る。

また、本発明のレーザー光発生装置は、ペルチェ素子等の温度制御手段を不要としたので、安価にてレーザー光発生装置を製造することが出来るだけでなく、小型化に対しても大きな効果を奏するものである。

また、本発明のレーザー光発生装置は、回折格子によってレーザー光の波長を固定するようにしたので、波長変換素子の変換効率を高めることが出来、その結果消費電力の削減を行うことが出来る。

更に、本発明のレーザー光発生装置は、出力用レーザー光のモニター動作を行うモニター用受光素子を該出力用レーザー光が出射される側に設けたので、モニター動作を正確に
行うことが可能となり、その結果レーザー出力の安定化を行うことが出来るという利点を有している。

図１は本発明のレーザー光発生装置の一実施例を示す概略図、図２は本発明のレーザー光発生装置を示す側面図、図３は本発明に係るレーザーダイオードを構成するレーザーチップを示す側面図、図４は本発明に係るレーザーダイオードを構成するレーザーチップの正面図、図５、図６、図７、図８及び図９は、本発明を説明するための特性図である。

図１において、１はＡＩＧａＡｓ結晶よりなるレーザーダイオードであり、第１波長である波長が８０８ｎｍのレーザー光を生成する。２は前記レーザーダイオード１から生成される第１波長のレーザー光が入射される位置に設けられている回折格子であり、ＶＨＧ(Volume Holographic Grating)と呼ばれる素子にて構成されている。斯かるＶＨＧ素子は内部に光学的な溝２ａが周期的に刻まれており、所定の波長、即ち本実施例では８０８ｎｍの波長のレーザー光が前記レーザーダイオード１との間を往復走行することによって発振するように設定されている。

前述したＶＨＧ素子に入射されたレーザー光は、該ＶＨＧ素子内に周期的に刻まれている溝と前記レーザーダイオード１を構成する素子片の端面との間を往復移動することによって発振する動作を行うことになるが、斯かる発振動作は周知であり、その説明は省略する。前記レーザーダイオード１と回折格子２であるＶＨＧ素子との協働による発振動作を行うことによってレーザーダイオード１から生成される波長が８０８ｎｍのレーザー光の波長を第１波長に固定する動作が行われる。

３は前記回折格子２にて固定化された第１波長のレーザー光が入射されるＹＶＯ４結晶であり、第２波長である波長が１０６４ｎｍのレーザー光を励起するように構成されている。

４は前記ＹＶＯ４結晶３にて波長が変換されたレーザー光が入射されるＫＴＰ結晶であり、波長を１／２波長である５３２ｎｍ(緑色)の第３波長のレーザー光に変換するように構成されている。５は前記ＫＴＰ結晶４から出力される緑色のレーザー光の出力光路内に設けられているフィルターであり、不要な波長のレーザー光を遮断し、緑色のレーザー光のみを出力させる作用を成すものである。

前記回折格子２を備えていない従来のレーザー光発生装置の場合、レーザーダイオード１から生成出射されるレーザー光の第１波長は、８０８ｎｍ±１０ｎｍの範囲にて変化し、且つ温度特性も０．３ｎｍ／℃変化するという特性がある。

斯かる従来のレーザー光発生装置と比較して、回折格子２を備えた本発明のレーザー光発生装置の場合、レーザーダイオード１から生成出射されるレーザー光の第１波長は、８０８ｎｍ±１ｎｍの範囲にて変化するという優れた特性を得ることが出来る。また、本発明のレーザー光発生装置は、温度特性も０．０１ｎｍ／℃変化するという極僅かな変化に抑えることが出来るという利点がある。

以上に説明したように本発明のレーザー光発生装置は構成されているが、次に本発明の具体例について図２を参照して説明する。

図２において、６はレーザー光発生装置を構成する基台であり、電極端子７、８、９が固定されている。１０は前記基台６に固定されている固定基板であり、前記電極端子９が内部に挿入固定されている。１１は前記固定基板１０に固定されているレーザー固定基板
であり、レーザーダイオード１が固定されている。斯かる構成において、レーザーダイオード１への駆動電流は、電極端子７からリード線７ａを通して供給されるように構成されている。

前記固定基板１０には、前記回折格子２、ＹＶＯ４結晶３及びＫＴＰ結晶４が図示したように固定配置されている。１２は前記固定基板１０上に固定されているとともに前記ＫＴＰ結晶４にて第３波長に変換された出力用レーザー光の一部が照射される位置に設けられているモニター用受光素子であり、モニター信号がリード線９ａを通して前記電極端子９に出力されるように構成されている。

１３は前記基台６に固定されているとともに前記レーザーダイオード１、回折格子２、ＹＶＯ４結晶３、ＫＴＰ結晶４及びモニター用受光素子１２を覆うカバーであり、出力用レーザー光が照射される位置に前記フィルター５が設けられている。斯かる構成によれば前記ＫＴＰ結晶４にて第３波長に変換された出力用レーザー光は、前記フィルター５を通して矢印Ａ方向へ出射されることになる。

また、前記ＫＴＰ結晶４にて第３波長に変換された出力用レーザー光は、該ＫＴＰ結晶４から出射されるが、その出射方向に広がって照射されるので、図示した位置に設けられているモニター用受光素子１２にその一部が照射されることになる。従って、出力用レーザー光の強度を検出することが出来、その検出された強度に基づいてレーザーダイオード１に供給される駆動電流の大きさを制御することによって安定したレーザー出力を得ることが出来る。

以上に説明したように本発明に係るレーザー光発生装置は構成されているが、次に図５〜図９に示すレーザー光の波長とレーザー強度との関係特性図を参照して説明する。

図５は最適温度、例えば摂氏２５度におけるレーザーダイオード１を構成するレーザーチップから照射されるレーザー光のスペクトルと回折格子２にて安定化されるレーザー光のスペクトルとの関係を示すものであり、実線Ａがレーザーチップから生成されるレーザー光のスペクトル特性、実線Ｓが回折格子２にて安定化されるレーザー光のスペクトル特性を示している。

同図より明らかなようにレーザーチップから生成されるレーザー光のスペクトル幅よりも回折格子２にて安定化されるレーザー光のスペクトル幅の方が狭くなっている。斯かる特性図よりレーザーチップから生成されるレーザー光の波長の変動範囲を回折格子２にて狭い範囲に抑えることが出来る、即ち波長変換素子であるＹＶＯ４結晶３に入射されるレーザー光の波長変動を抑えることが出来ることが判る。

図６は温度が最適温度より下がった状態におけるレーザーダイオード１を構成するレーザーチップから照射されるレーザー光のスペクトルと回折格子２にて安定化されるレーザー光のスペクトルとの関係を示すものであり、実線Ａがレーザーチップから生成されるレーザー光のスペクトル特性、実線Ｓが回折格子２にて安定化されるレーザー光のスペクトル特性を示している。

斯かる場合、レーザーチップから生成されるレーザー光の最大強度部分の波長は、回折格子２にて規定される波長、即ち８０８ｎｍの波長より短いが、図示したようにレーザーチップから生成されるレーザー光のスペクトルと回折格子２にて安定化されるレーザー光のスペクトルとが斜線で示す部分にて重なっている。

斯かる場合には、重なった部分の波長のレーザー光が回折格子２とレーザーダイオード
１との間を往復走行する発振動作を行い、その発振動作を行うことによって回折格子２にて安定化される波長、即ち規定波長にて発振動作する状態になる。従って、斯かる場合においても波長変換素子であるＹＶＯ４結晶３に入射されるレーザー光の波長を８０８ｎｍに固定化することが出来る。更に、斜線で示す部分より短い波長における発振を抑制することが出来るので、規定波長による発振動作を促進させることが出来る。

図７はレーザーチップの温度が０℃、２５℃及び５０℃に変化した場合においてレーザーチップから生成されるレーザー光のスペクトルを示すものであり、温度が上昇するに従って波長が長くなることが判る。

図８はレーザーチップの温度が０℃、２０℃、３０℃及び５０℃に変化した場合に、レーザーチップから生成されるレーザー光のスペクトルと回折格子２にて安定化されるレーザー光のスペクトルとの関係を示すものである。

同図より明らかなように実線Ａ２０及びＡ３０で示すスペクトルは、実線Ｓで示すスペクトルと重なっており、斯かる場合には、前述したように重なった部分の波長のレーザー光が回折格子２とレーザーダイオード１との間を往復走行する発振動作を行い、その発振動作を行うことによって回折格子２にて安定化される波長、即ち規定波長にて発振動作する状態になる。

また、破線Ａ０及びＡ５０で示すスペクトルは、実線Ｓで示すスペクトルと重なっていないので、回折格子２にてレーザー光の波長を安定化することが出来ないことになる。従って、斯かるレーザーチップの温度が０℃や５０℃の状態では、レーザー光発生装置として動作させることが出来ない。

図９は本発明におけるレーザーチップが０℃及び５０℃にある状態において生成されるレーザー光のスペクトルと回折格子２にて安定化されるレーザー光のスペクトルとの関係を示すものである。

同図より明らかなように破線Ｂ０及びＢ５０で示すスペクトルは、幅が大きく広がっており、実線Ｓで示すスペクトルと重なっている。従って、斯かる場合には、前述したように重なった部分の波長のレーザー光が回折格子２とレーザーダイオード１との間を往復走行する発振動作を行い、その発振動作を行うことによって回折格子２にて安定化される波長、即ち規定波長にて発振動作する状態になる。

それ故、斯かる構成によれば波長変換素子であるＹＶＯ４結晶３に入射されるレーザー光の波長を８０８ｎｍに固定化することが出来るので、効率良く波長変換動作を行うことが出来る。

次に、レーザーチップから生成されるレーザー光のスペクトル幅を広げる方法について図３及び図４を参照して説明する。

図３はレーザーダイオード１を構成するレーザーチップの一般的な構成を示す側面図であり、自励発振型の半導体レーザーである。同図において、１４はｎ側電極、１５はｎ型基板、１６はｎ型クラッド層、１７はｐ型クラッド層、１８は前記ｎ型クラッド層１６とｐ型クラッド層１７との間に配置されている活性層であり、構成する物質に応じた波長のレーザー光を生成出射するように構成されている。

１９は前記ｐ型クラッド層１７とｐ型電極２０との間に設けられているコンタクト層、２１は前記活性層１８にて生成されたレーザー光の一部が反射されるとともにレーザー光
が矢印Ｂ方向へ放射される前方端面、２２は前記前方端面２１から反射された矢印Ｃ方向のレーザー光の大部分を矢印Ｂ方向へ反射させる後方端面である。

斯かる構成のレーザーチップにおいて、活性層１８にて生成されたレーザー光は、前記前方端面２１の反射作用と後方端面２２の反射作用とによって両端面間を往復走行する動作を繰り返し、即ち自励発振し、前記前方端面２１を透過して矢印Ｂ方向に出射される。

図４はレーザーチップをレーザー光の出射面方向から見た正面図であり、破線で囲んだ楕円の部分は、レーザー光の発光スポットを示すものである。このように自励発振型のレーザーチップにおいては、前記活性層１８にて生起されたレーザー光は、前方端面２１の反射作用と後方端面２２の反射作用とによって両端面間を往復走行することによって自励発振し、前方端面２１から第１波長のレーザー光を出射するように構成されている。斯かるレーザー光の生成原理及び出射動作は周知であり、その説明は省略する。

本発明は、斯かるレーザーチップにおいて、図９に示すようにレーザー光のスペクトル幅を広げることによってレーザー光の波長を使用温度である０℃〜５０℃の広い範囲で回折格子２にて安定化することが出来るようにしたものである。本発明は、レーザー光のスペクトル幅を広げる動作をレーザーチップに自励発振を行うために設けられている前方端面２１の反射率を、例えば０．５％程度下げることによって行うように構成されている。

前方端面２１の反射率を下げると発振作用が弱くなるため、特定の波長、即ち中心波長だけでなく中心波長から外れた波長の出力レベルが相対的に大きくなり、その結果、発振されるレーザー光のスペクトル幅が広くなる。

前述したように前方端面２１の反射率を下げることによってレーザー光のスペクトル幅を広げることが出来るが、レーザーチップを構成する活性層１８の厚みを厚くすることによってもスペクトルの幅を広げることが出来る。斯かる特性は、自励発振型のレーザーチップでは周知の特性である。

尚、本実施例では、波長変換素子としてＹＶＯ４結晶を使用したが、レーザーダイオード１として波長が１０６４ｎｍのレーザーダイオードを使用する場合には、波長変換素子としてＰＰＬＮ(Periodically-Poled Lithium Niobate)結晶を使用するも出来る。

本発明のレーザー光発生装置の一実施例を示す概略図である。 本発明のレーザー光発生装置の一実施例を示す側面図である。 本発明に係るレーザーダイオードを構成するレーザーチップを示す側面図である。 本発明に係るレーザーダイオードを構成するレーザーチップを示す正面図である。 本発明を説明するための特性図である。 本発明を説明するための特性図である。 本発明を説明するための特性図である。 本発明を説明するための特性図である。 本発明を説明するための特性図である。

符号の説明

１ レーザーダイオード
２ 回折格子
３ ＹＶＯ４結晶
４ ＫＴＰ結晶
５ フィルター
１２ モニター用受光素子
１８ 活性層
２１ 前方端面
２２ 後方端面

Claims (6)

1. 第１波長のレーザー光を生成するレーザーダイオードと、該レーザーダイオードから生成される第１波長のレーザー光が入射されるとともに該レーザー光の波長を第２波長のレーザー光に変換する波長変換素子と、前記レーザーダイオードと波長変換素子との間に設けられているとともに前記レーザーダイオードとの協働により前記波長変換素子に入射されるレーザー光の波長を第１波長に安定化する回折格子を備えたレーザー光発生装置であり、前記レーザーダイオードから生成されるレーザー光の波長が温度変化に起因して変化するとき、そのレーザー光のスペクトルが前記回折格子にて規定される第１波長のレーザー光のスペクトルと重なるようにレーザーダイオードを自励発振させたことを特徴とするレーザー光発生装置。
2. レーザーダイオードを構成する活性層の厚みを厚くすることによって自励発振させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のレーザー光発生装置。
3. レーザーダイオードを構成するとともにレーザー光の反射動作にてレーザーの発振動作を行うべく設けられている端面の反射率を下げることによって自励発振させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のレーザー光発生装置。
4. 波長変換素子をＮｄ：ＹＶＯ４結晶にて構成したことを特徴とする請求項１に記載のレーザー光発生装置。
5. 波長変換素子をＰＰＬＮにて構成したことを特徴とする請求項１に記載のレーザー光発生装置。
6. 波長変換素子にて波長変換された出力用レーザー光が照射される位置にレーザー光の強度を検出するモニター用受光素子を設けたことを特徴とする請求項１に記載のレーザー光発生装置。

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