JP2008146014A - Laser light generating device - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a laser light generator that converts the wavelength of laser light generated from a laser diode to generate laser light having a desired wavelength as output laser light.
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。 2. Description of the Related Art Optical disk apparatuses that can perform signal reading operations and signal recording operations by irradiating a signal recording layer provided on an optical disk with laser light emitted from an optical pickup device have become widespread.
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 Definition 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。 As an optical disk device, an apparatus using an optical disk called CD or DVD is generally popular, but recently, an optical disk with improved recording density, that is, a Blu-ray standard or an HD DVD (High Definition Digital Versatile Disk) standard. Products that use optical disks have been commercialized.
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。 In order to improve the density of the signal recorded on the optical disc, it is necessary to reduce the spot diameter of the laser beam irradiated on the signal surface of the optical disc, and for this purpose, it is necessary to shorten the wavelength of the laser beam. An optical pickup device used in an optical disk device incorporates a laser diode that generates laser light.
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紫色光が使用されている。 The laser beam used for reproducing the signal recorded on the CD standard disc described above uses infrared light, and the laser beam used for reproducing the signal recorded on the DVD standard disc. Red light is used, and blue-violet light is used as a laser beam used for reproducing a signal recorded on a disc of Blu-ray standard or HD-DVD standard.
前述した赤外光、赤色光及び青紫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。 The laser diode that can generate the infrared, red, and blue-violet laser light described above has been developed and commercialized, but the laser diode that can generate the green laser light is commercialized. Is late.
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。)
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。 When an anisotropic crystal such as YVO4 or a nonlinear optical crystal such as a KTP crystal is used as the wavelength conversion element, the conversion efficiency is highly dependent on the incident light wavelength, and in order to obtain a stable output laser beam, the incident light It is necessary to stabilize the wavelength. A major cause of the unstable wavelength of incident light is a temperature change, and a method of using a Peltier element is generally used as a method for suppressing such a temperature change as described in the patent literature.
従来の技術について図7を参照して説明する。図7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、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から出射されたレーザー光が入射されるYVO4結晶であり、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。
A conventional technique will be described with reference to FIG. In FIG. 7,
3は前記YVO4結晶2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)のレーザー光に変換するように構成されている。4は前記KTP結晶3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。 Reference numeral 3 denotes a KTP crystal to which the laser beam having a wavelength converted by the YVO4 crystal 2 is incident, and is configured to convert the wavelength into a 532 nm (green) laser beam having a ½ wavelength. Reference numeral 4 denotes a filter provided in the output optical path of the green laser light output from the KTP crystal 3, which cuts off unnecessary wavelength laser light and outputs only the green laser light. is there.
5は前記YVO4結晶2及びKTP結晶3の近傍に設けられているペルチェ素子であり、前記レーザーダイオード1、YVO4結晶2及びKTP結晶の温度を一定にする作用を成すものである。
ペルチェ素子を使用しない場合において、変換効率が低い温度にて使用すると、変換されたレーザー光の出力レベルが小さくなるので、レーザー出力を増大させるために大きな駆動電流をレーザーダイオード1に供給する動作が行われる。定格以上の大電流がレーザーダイオード1に供給されるとレーザー結晶が損傷したり、寿命が短くなるという問題があるため、電流制限回路が一般に設けられている。
When the Peltier element is not used, if the conversion efficiency is used at a low temperature, the output level of the converted laser light is reduced. Therefore, an operation of supplying a large drive current to the
電流制限回路を設けた場合、確かにレーザーダイオード1が損傷したり、寿命が短くなるという問題は解決することが出来るものの電流制限動作が行われている間、即ち安定した動作を行うことが出来る状態になるまでの間はレーザー光が出射されないという問題がある。図8は温度と光出力との関係を示す特性図であり、実線で示す狭い温度の範囲でのみ安定したレーザー光を発生させることが可能である。
When the current limiting circuit is provided, the problem that the
斯かる問題を解決するために前述したペルチェ素子5を使用して前記レーザーダイオード1、YVO4結晶2及びKTP結晶の温度を一定にする動作が行われているが、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。
In order to solve such a problem, the operation of making the temperature of the
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。 The present invention intends to provide a laser beam generator capable of solving such a problem.
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第1波長変換素子と、該第1波長変換素子にて変換された第2波長のレーザー光が入射されるとともに該レーザー光を第3波長のレーザー光である出力用レーザー光に変換する第2波長変換素子と、該第2波長変換素子にて波長変換された出力用レーザー光の出力光路内に配置されているとともに該出力用レーザー光以外の不要レーザー光を遮断するフィルターと、前記レーザーダイオードと前記第1波長変換素子との間の光路内に設けられた回折格子とより構成されている。 The present invention provides a first wavelength conversion element that receives a first wavelength laser beam generated from a laser diode that generates a first wavelength laser beam and converts the wavelength of the laser beam to a second wavelength laser beam. A second wavelength conversion element that receives the laser light having the second wavelength converted by the first wavelength conversion element and converts the laser light into output laser light that is laser light having the third wavelength; A filter disposed in an output optical path of the output laser light wavelength-converted by the second wavelength conversion element and blocking unnecessary laser light other than the output laser light; the laser diode; and the first wavelength It comprises a diffraction grating provided in the optical path between the conversion element.
また、本発明は、第1波長変換素子をNd:YVO4結晶にて構成し、第2波長変換素子をKTP結晶にて構成したことを特徴とするものである。 Further, the present invention is characterized in that the first wavelength conversion element is constituted by an Nd: YVO4 crystal and the second wavelength conversion element is constituted by a KTP crystal.
そして、本発明は、第2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ものである。 The present invention is characterized in that a monitor light-receiving element for detecting the intensity of the laser light is provided at a position where the output laser light wavelength-converted by the second wavelength conversion element is irradiated.
また、本発明は、第2波長変換素子の出射側に出力用レーザー光の一部をモニター用受光素子に導くプリズムを設けたことを特徴とするものである。 Further, the present invention is characterized in that a prism for guiding a part of the output laser beam to the light receiving element for monitoring is provided on the emission side of the second wavelength conversion element.
そして、本発明は、第2波長変換素子の出射側に設けられているフィルターを出力用レーザー光の光軸に対して傾斜させて配置し、該フィルターにて出力用レーザー光の一部を反射させて前記モニター用受光素子に導くように構成されている。 In the present invention, a filter provided on the emission side of the second wavelength conversion element is disposed to be inclined with respect to the optical axis of the output laser beam, and a part of the output laser beam is reflected by the filter. And is guided to the monitor light-receiving element.
また、本発明は、前記フィルターをIRカットフィルターとしたことを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the filter is an IR cut filter.
また、本発明は、前記モニター用受光素子が前記フィルターで反射された第3波長のレーザー光を受光することを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the monitor light receiving element receives the third wavelength laser light reflected by the filter.
また、本発明は、前記モニター用受光素子が前記フィルターで反射された前記第2波長変換素子を介したレーザー光に残存している第2波長のレーザー光を受光することを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the monitor light receiving element receives the second wavelength laser light remaining in the laser light via the second wavelength conversion element reflected by the filter.
また、本発明は、第2波長変換素子にモニター用受光素子自体に出力用レーザー光の一部を導く反射手段を設けたことを特徴とするものである。 Further, the present invention is characterized in that the second wavelength conversion element is provided with reflecting means for guiding a part of the output laser beam to the monitor light receiving element itself.
そして、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波長の出力用レーザー光に変換する波長変換素子と、該波長変換素子にて波長変換された出力用レーザー光の出力光路内に配置されているとともに該出力用レーザー光以外の不要レーザー光を遮断するフィルターと、前記レーザーダイオードと前記波長変換素子との間の光路内に設けられた回折格子とより構成されている。 In the present invention, a wavelength at which a first wavelength laser beam generated from a laser diode that generates a first wavelength laser beam is incident and the wavelength of the laser beam is converted into a second wavelength output laser beam. A conversion element, a filter disposed in an output optical path of the output laser light wavelength-converted by the wavelength conversion element and blocking unnecessary laser light other than the output laser light, the laser diode, and the wavelength It comprises a diffraction grating provided in the optical path between the conversion element.
また、本発明は、波長変換素子をPPLN又はPPKTPにて構成したことを特徴とするものである。 Further, the present invention is characterized in that the wavelength conversion element is composed of PPLN or PPKTP.
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第1波長変換素子と、該第1波長変換素子にて変換された第2波長のレーザー光が入射されるとともに該レーザー光を第3波長のレーザー光である出力用レーザー光に変換する第2波長変換素子と、該第2波長変換素子にて波長変換された出力用レーザー光の出力光路内に配置されているとともに該出力用レーザー光以外の不要レーザー光を遮断するフィルターと、前記レーザーダイオードと前記第1波長変換素子との間の光路内に設けられた回折格子とより構成したので、即ち回折格子によって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安定させるようにしたので、ペルチェ素子等を使用することなく安定した出力のレーザー光を得ることが出来る。 The laser beam generator of the present invention receives a first wavelength laser beam generated from a laser diode that generates a first wavelength laser beam and converts the wavelength of the laser beam into a second wavelength laser beam. A first wavelength conversion element and a second wavelength laser beam converted by the first wavelength conversion element are incident thereon, and the second laser beam is converted into an output laser beam that is a third wavelength laser beam. A wavelength converting element, a filter disposed in an output optical path of the output laser light wavelength-converted by the second wavelength converting element and blocking unnecessary laser light other than the output laser light, and the laser diode And a diffraction grating provided in the optical path between the first wavelength conversion element and the laser generated from the laser diode by the diffraction grating Since the wavelength of the light was set to stabilize, it is possible to obtain laser light of stable output without using a Peltier element or the like.
そして、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、小型化に対しても本発明は大きな効果を奏するものである。 Since the temperature control means such as a Peltier element is not required, the laser light generating device can be manufactured at a low cost, and the present invention has a great effect for downsizing.
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。 Moreover, since the laser beam generator of the present invention fixes the wavelength of the laser beam by means of the diffraction grating, the conversion efficiency of the wavelength conversion element can be increased, and as a result, the power consumption can be reduced.
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。 Furthermore, the laser beam generator of the present invention is provided with the monitor light receiving element for monitoring the output laser beam on the side where the output laser beam is emitted, so that the monitor operation can be performed accurately. As a result, the laser output can be stabilized.
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、図3、図4、図5及び図6は本発明のレーザー光発生装置を示す側面図である。 FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the laser beam generator of the present invention, and FIGS. 2, 3, 4, 5, and 6 are side views showing the laser beam generator of the present invention.
図1において、6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。7は前記レーザーダイオード6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)やVBG(Volume Bragg 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発振するように設定されている。
In FIG. 1, 6 is a laser diode made of an AIGaAs crystal, which generates laser light having a first wavelength of 808 nm.
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6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6と回折格子7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6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。
The laser beam incident on the VHG element described above oscillates by reciprocating between a groove periodically engraved in the VHG element and an end face of the element piece constituting the
8は前記回折格子7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。
9は前記YVO4結晶8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。10は前記KTP結晶9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7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6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。
In the case of a conventional laser beam generator that does not include the
斯かる従来のレーザー光発生装置と比較して、回折格子7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6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。
Compared with such a conventional laser light generator, in the case of the laser light generator of the present invention having the
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〜図6を参照して説明する。 As described above, the laser beam generator of the present invention is configured. Next, specific examples of the present invention will be described with reference to FIGS.
図2において、11はレーザー光発生装置を構成する基台であり、電極端子12、13、14が固定されている。15は前記基台11に固定されている固定基板であり、前記電極端子14が内部に挿入固定されている。16は前記固定基板15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6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6への駆動電流は、電極端子12からリード線12aを通して供給されるように構成されている。
In FIG. 2,
前記固定基板15には、前記回折格子7、YVO4結晶8及びKTP結晶9が図示したように固定配置されている。17は前記固定基板15上に固定されているとともに前記KTP結晶9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14aを通して前記電極端子14に出力されるように構成されている。
On the fixed
18は前記基台11に固定されているとともに前記レーザーダイオード6、回折格子7、YVO4結晶8、KTP結晶9及びモニター用受光素子17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10が設けられている。斯かる構成によれば前記KTP結晶9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10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9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9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17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6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。
The output laser beam converted to the third wavelength by the
図3は他の実施例であり、本実施例では、前記KTP結晶9の出射側に出力用レーザー光の一部を前記モニター用受光素子17に導くプリズム19が設けられている。斯かるプリズム19の傾斜面19aに出力用レーザー光の殆どを通過させ、その一部を反射させる反射膜が設けられている。
FIG. 3 shows another embodiment. In this embodiment, a
図4は他の実施例であり、本実施例では、カバー18に固定されているフィルター10を傾斜させることによって該フィルター10に入射される出力用レーザー光の一部を反射させて前記モニター用受光素子17に導くように構成されている。斯かるフィルター10の入射面10aに出力用レーザー光の殆どを通過させ、その一部を反射させる反射膜が設けられている。
FIG. 4 shows another embodiment. In this embodiment, by tilting the
この実施例において、前記フィルター10としてIRカットフィルターを用いることができる。また、前記モニター用受光素子7は、前記フィルター10で反射された第3波長のレーザー光(532nm)を受光するようにしてもよいし、あるいは、前記KTP結晶9を介したレーザー光に残存している第2波長のレーザー光を前記フィルター10で反射させ、これをモニター用受光素子7で受光するようにしてもよい。
In this embodiment, an IR cut filter can be used as the
すなわち、KTP結晶9は、前述の通りYVO4結晶にて波長が1064nmに変換されたレーザー光が入射され、このレーザー光の波長を1/2波長である532nm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。然し乍ら、波長が1064nmのレーザー光を全て波長が532nmのレーザー光に変換できるわけではなく、KTP結晶9からは532nmのレーザー光以外にも1064nmのレーザー光も幾らか出力される。従って、上記のように、モニター用受光素子7にフィルター10で反射された532nmのレーザー光を受光させて出力用レーザー光の強度を検出するように設計しても良いし、モニター用受光素子7にフィルター10で反射された1064nmのレーザー光を受光させて出力用レーザー光の強度を検出するように設計しても良いわけである。
That is, as described above, the
図5は他の実施例であり、本実施例では、前記KTP結晶9の出射側の面を斜めにカットさせ、その斜めの部分にて出力用レーザー光の一部を前記モニター用受光素子17に導くように構成されている。斯かるカット面9aに出力用レーザー光の殆どを通過させ、その一部を反射させる反射膜が設けられている。
FIG. 5 shows another embodiment. In this embodiment, the surface on the emission side of the
前述した実施例では、レーザーダイオード6として波長が808nmのレーザー光を生成するレーザーダイオードを使用したが、レーザーダイオード6として波長が1064nmのレーザー光を生成するレーザーダイオードを使用した場合について図6を参照して説明する。
In the above-described embodiment, a laser diode that generates a laser beam having a wavelength of 808 nm is used as the
本実施例では、レーザーダイオード6から生成されるレーザー光が第1波長である1064nmのレーザー光であるため、波長変換素子20として第2波長である532nm(
緑色)に変換するPPLN(Periodically-Poled Lithium Niobate)結晶又はPPKTP(Periodically-Poled KTiOP4)結晶を使用することが出来る。また、前記波長変換素子20の出力側には出力用レーザーの一部をモニター用受光素子17に導くプリズム19が設けられている。前記波長変換素子20から出射される出力用レーザーが照射方向に広がりがある場合には、プリズム19は省略することが出来る。
In the present embodiment, since the laser light generated from the
PPLN (Periodically-Poled Lithium Niobate) crystals or PPKTP (Periodically-Poled KTiOP4) crystals that convert to green) can be used. Also, a
尚、本実施例では、波長変換素子としてYVO4結晶、KTP結晶、PPLN結晶及びPPKTP結晶を使用したが、他の結晶素子を使用することは出来る。また、緑色のレーザー光を得るために波長が808nmのレーザーダイオードや波長が1064nmのレーザーダイオードを使用したが、その波長は限定されるものではない。 In this embodiment, YVO4 crystal, KTP crystal, PPLN crystal and PPKTP crystal are used as the wavelength conversion element. However, other crystal elements can be used. Further, in order to obtain green laser light, a laser diode having a wavelength of 808 nm or a laser diode having a wavelength of 1064 nm is used, but the wavelength is not limited.
そして、本実施例では、出力用レーザー光の波長を緑色である532nmのレーザー光を得る場合について説明したが、他の波長のレーザー光を得るようにすることも出来る。 In this embodiment, the case where laser light having a wavelength of 532 nm, which is green, is obtained has been described. However, laser light having other wavelengths can also be obtained.
6 レーザーダイオード
7 回折格子
8 YVO4結晶
9 KTP結晶
10 フィルター
15 固定基板
17 モニター用受光素子
18 カバー
19 プリズム
20 波長変換素子
6
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