JP2011197300A

JP2011197300A - レーザシステム

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Publication number: JP2011197300A
Application number: JP2010063111A
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Inventors: Yoshitaka Yokoyama; 吉隆横山
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Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2011-10-06
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Abstract

【課題】高調波光を安定して出射することが可能なレーザシステムを提供すること。
【解決手段】本発明は、レーザ光２４を発振するＤＦＢレーザ１２と、ＤＦＢレーザ１２の温度を調節するヒータ１４と、レーザ光２４をレーザ光２４の高調波光３４に変換する高調波生成素子１８と、を有するレーザモジュール１０と、レーザ光２４の波長を変調させて、高調波光３４の強度から変調に用いた変調信号に同期した検出信号を検出し、検出信号の振幅が小さくなるようにヒータ１４に注入するヒータ電流２８の大きさを制御する制御部４０と、を具備するレーザシステム１００である。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザシステムに関し、特にレーザ光の高調波光を出射するレーザシステムに関する。

近年、レーザ光を出力するレーザシステムは、様々な分野で用いられている。特に、安価なレーザシステムには、半導体レーザが用いられている。しかしながら、半導体レーザには、発振が困難な波長帯の光（例えば、グリーン光）がある。そこで、ＤＰＳＳ（ダイオード励起固体レーザ）方式を用いて、半導体レーザでは発振が困難な波長帯の光を出射する方法が知られている。

ＤＰＳＳ方式では、レーザディスプレイ用途などで要求される、例えば５０ＭＨｚ程度の高速変調が困難である。そこで、半導体レーザが出射したレーザ光を非線形光学素子で高調波光に変換して出射するレーザシステムが提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平６−１３２５９５号公報

特許文献１のレーザシステムにおいて、非線形光学素子における高調波への変換効率を高めようとすると、許容される波長範囲が狭くなってしまう。半導体レーザと非線形光学素子とは異なる波長温度係数を有する。また、半導体レーザと非線形光学素子とは個別素子ごとに波長特性にバラツキも有する。このため、例えば、半導体レーザと非線形光学素子とが搭載されたレーザモジュールの温度が変化した場合に、レーザ光の波長を高効率で変換可能な波長範囲内に調整することは容易ではない。

また、半導体レーザの温度が局所的に変化する場合や半導体レーザそのものの特性が変化する場合がある。この場合、レーザモジュールの温度に基づいてレーザ光の波長を高効率で変換可能な波長範囲内に調整することは難しく、高調波光の強度が低下してしまう場合がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、高調波光を安定して出射することが可能なレーザシステムを提供することを目的とする。

本発明は、レーザ光を発振するレーザと、前記レーザの温度を調節するヒータと、前記レーザ光を前記レーザ光の高調波光に変換する高調波生成素子と、を有するレーザモジュールと、前記レーザ光の波長を変調させて、前記高調波光の強度から前記変調に用いた変調信号に同期した検出信号を求めて、前記検出信号の振幅が小さくなるように前記ヒータに注入するヒータ電流の大きさを制御する制御部と、を具備することを特徴とするレーザシステムである。本発明によれば、レーザ光の波長を高調波生成素子で変換可能な波長範囲内に制御することができ、高調波生成素子から安定して高調波光を出射させることができる。

上記構成において、前記制御部は、前記変調信号の極大時と極小時のそれぞれに対応する前記検出信号の差分の絶対値が小さくなるように前記ヒータ電流の大きさを制御することで、前記検出信号の振幅を小さくする構成とすることができる。

上記構成において、前記制御部は、前記レーザ光の強度を変調させると共に、前記レーザ光の強度変調の周波数よりも高い周波数で前記レーザ光の波長を変調させる構成とすることができる。この構成によれば、例えばレーザディスプレイなどに用いた場合でも、映像の影響を受けずに、レーザ光の波長を高調波生成素子で変換可能な波長範囲内に制御することができる。また、レーザ光の波長を素早く高調波生成素子で変換可能な波長範囲内に制御することができ、高調波光の正常な出力状態がより早く得られる。

上記構成において、前記レーザ光の強度変調をデジタル変調させる場合に、前記制御部は、前記デジタル変調でのサンプリング周波数よりも高い周波数で前記レーザ光の波長を変調させる構成とすることができる。

上記構成において、前記制御部は、前記レーザ光の強度をデジタル変調させると共に、前記デジタル変調でのサンプリングと同期した前記変調信号を用いて前記レーザ光の波長を変調させる構成とすることができる。この構成によれば、より適切な検出信号を得ることができる。

上記構成において、前記制御部は、前記レーザ光の強度を変調させると共に、前記レーザ光の強度変調の周波数よりも低い周波数で前記レーザ光の波長を変調させる構成とすることができる。この構成によれば、例えばレーザディスプレイなどに用いた場合でも、映像の影響を受けずに、レーザ光の波長を高調波生成素子で変換可能な波長範囲内にすることができる。

上記構成において、前記制御部は、強度変調した前記レーザ光の強度が所定の閾値より小さいときには、前記検出信号の振幅が小さくなるように前記ヒータに注入するヒータ電流の大きさの制御を行わない構成とすることができる。この構成によれば、レーザ光の波長を高調波生成素子で変換可能な波長範囲の外側に合わせ込むことを抑制できる。

上記構成において、前記制御部は、前記レーザを駆動する駆動電流の大きさを固定したまま、前記検出信号の振幅が小さくなるように前記ヒータに注入するヒータ電流の大きさを制御する構成とすることができる。この構成によれば、検出信号の振幅を小さくする制御を容易にすることができる。

上記構成において、前記レーザモジュールの温度と前記ヒータに投入するヒータ電力とを対応付けたテーブルを記憶する記憶部を具備し、前記制御部は、周期的に、前記検出信号の振幅が小さくなるように制御した前記ヒータ電流に基づいて前記テーブルに新たなヒータ電力を書き込むと共に、前記レーザシステムの電源が投入された際に、前記テーブルを参照して前記ヒータに前記ヒータ電流を注入する構成とすることができる。この構成によれば、レーザシステムの電源が投入された場合に、レーザ光の波長を高調波生成素子で変換可能な波長範囲内に容易に且つ素早く合わせることができる。

上記構成において、前記制御部は、前記テーブルに予め書き込まれていた前記ヒータ電力の初期値と前記テーブルに新たに書き込んだ前記ヒータ電力の値との差分が所定の閾値を超えた場合にエラーを出力する構成とすることができる。この構成によれば、特性劣化したレーザモジュールの判別および排除が可能となる。

本発明によれば、レーザ光の波長を高調波生成素子で変換可能な波長範囲内にすることができ、高調波生成素子から安定して高調波光を出射させることができる。

図１は実施例１に係るレーザシステムの例を示したブロック図である。図２はＤＦＢレーザおよびＳＯＡの例を示した断面模式図である。図３はレーザ光の波長と高調波生成素子の変換効率を説明するための模式図である。図４（ａ）はレーザ光の波長と駆動電流との関係を説明するための模式図であり、図４（ｂ）はレーザ光の波長とヒータ電力との関係を説明するための模式図である。図５は実施例１に係るレーザシステムの制御部の制御の例を示すフローチャートである。図６は変調信号と検出信号との例を示した模式図である。図７はレーザ光の波長と高調波光の強度およびレーザ光の波長とエラー信号の関係の例を示した模式図である。図８（ａ）は初期状態のテーブルの例を示した模式図であり、図８（ｂ）は更新後のテーブルの例を示した模式図である。図９はデジタル強度変調されたレーザ光の信号の例を示した模式図である。図１０はレーザシステム使用開始当初のレーザ光の波長と高調波光の強度との関係の例およびテーブル更新時のレーザ光の波長と高調波光の強度との関係の例を示した模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

図１は、実施例１に係るレーザシステムの例を示したブロック図である。図１のように、実施例１に係るレーザシステム１００は、レーザモジュール１０と、制御部４０と、赤外光カットフィルタ４２と、ビームスプリッタ４４と、光検出器４６と、記憶部４８と、を有する。レーザモジュール１０は、ＤＦＢ（分布帰還型）レーザ１２と、ヒータ１４と、光半導体増幅器（ＳＯＡ）１６と、高調波生成素子１８と、温度センサ２０と、レンズ２２と、を有する。ＳＯＡ１６と高調波生成素子１８とは、レンズ２２を介して光結合しており、ＳＯＡ１６から出射されたレーザ光２４は高調波生成素子１８に入射する。

ＤＦＢレーザ１２は、コルゲーションを有し単一波長のレーザ光２４を発振するレーザであり、例えば１０６４ｎｍの波長を有するレーザ光２４を発振する。ＤＦＢレーザ１２は、制御部４０により駆動電流２６が注入されることで動作してレーザ光２４を発振する。ヒータ１４は、制御部４０によりヒータ電流２８が注入されることでＤＦＢレーザ１２の温度を調節する。ＳＯＡ１６は、制御部４０により電圧３０が印加されることでレーザ光２４の強度を変調する。ＳＯＡ１６は、レーザ光２４の強度を変化させるが、レーザ光２４の波長は変化させない。ＤＦＢレーザ１２とＳＯＡ１６とは同一チップ上に形成されており、ＤＦＢレーザ１２とＳＯＡ１６の光軸は一致している。温度センサ２０は、レーザモジュール１０の温度をモニタし、制御部４０に温度モニタ値３２を出力する。

高調波生成素子１８は、非線形光学素子であり、入射されたレーザ光２４を高調波光３４に変換する。高調波生成素子１８は、例えばＰＰＬＮ（Periodically Poled Lithium Niobate）であり、レーザ光２４の第２高調波光である例えば５３２ｎｍの波長を有する高調波光３４を出射する。

赤外光カットフィルタ４２は、高調波生成素子１８から出射された光のうち赤外光を遮断し、高調波光３４のみを通過させる。ビームスプリッタ４４は、高調波光３４の一部を分岐させて光検出器４６に入射させる。光検出器４６は、高調波光３４の強度をモニタし、光出力モニタ信号４９を制御部４０に出力する。記憶部４８は、例えば不揮発性メモリであり、レーザモジュール１０の温度とヒータ１４に投入するヒータ電力とを対応付けたテーブルが記憶されている。制御部４０は、ＤＦＢレーザ１２に注入する駆動電流２６と、ヒータ１４に注入するヒータ電流２８と、ＳＯＡ１６に印加する電圧３０とを制御する。

図２は、ＤＦＢレーザ１２とＳＯＡ１６の例を示した断面模式図である。図２のように、ｎ型ＧａＡｓ基板５０上に、ｎ型Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．６５Ａｓからなるｎ型クラッド層５２が形成されている。基板５０下には電極５４が形成されている。ｎ型クラッド層５２上に、ＧａＡｓからなるベース層５６内にＩｎＡｓからなる量子ドット５８を有する量子ドット活性層６０が形成されている。量子ドット活性層６０上にｐ型ＧａＡｓからなるｐ型層６２が形成されている。ｐ型層６２上にｐ型ＩｎＧａＰからなるｐ型クラッド層６４が形成されている。ＤＦＢレーザ１２のｐ型層６２とｐ型クラッド層６４との間には出射するレーザ光２４の波長を決めるコルゲーション７６が形成されている。基板５０からｐ型クラッド層６４までは、ＤＦＢレーザ１２とＳＯＡ１６とで共通である。

ＤＦＢレーザ１２とＳＯＡ１６とのｐ型クラッド層６４上に、それぞれｐ^＋ＧａＡｓからなるコンタクト層６６が形成されている。ＤＦＢレーザ１２において、コンタクト層６６上には電極６８が形成されている。電極６８上に酸化シリコンからなる絶縁膜７０が形成されている。絶縁膜７０上に例えばＰｔからなるヒータ１４が形成されている。ＳＯＡ１６において、コンタクト層６６上に電極７２が形成されている。制御部４０は、ワイヤ７４を介して電極６８、７２およびヒータ１４に電圧を印加する。電極５４は、一定電位に接続されている。例えば接地されている。

制御部４０は、ＤＦＢレーザ１２の電極６８に電圧を印加することにより、電極６８と電極５４との間に駆動電流２６を流す。これにより、量子ドット活性層６０で誘導放出が生じ、活性層６０付近にレーザ光２４が伝搬する。また、制御部４０は、ヒータ１４にヒータ電流２８を流すことにより、ＤＦＢレーザ１２の温度を制御する。さらに、制御部４０は、電極７２と電極５４との間に電圧３０を印加することにより、活性層６０内のレーザ光２４を増幅させる。電極７２と電極５４との間の電圧値を変化させることにより、ＳＯＡ１６の増幅率が変化するため、ＳＯＡ１６から出射するレーザ光２４の強度を変調することができる。

図３は、ＤＦＢレーザ１２が発振するレーザ光の波長と高調波生成素子１８の変換効率を説明する模式図である。図３のように、高調波生成素子１８による基本波から高調波への変換を高変換効率で行おうとすると、許容される波長範囲は領域３６のような狭い波長範囲となる。以下において、高変換効率で基本波から高調波に変換できる波長を高調波生成素子１８の位相整合波長と称すことにする。

図４（ａ）はＤＦＢレーザ１２が発振するレーザ光の波長とＤＦＢレーザ１２の駆動電流との関係を示す模式図である。図４（ｂ）はＤＦＢレーザ１２が発振するレーザ光の波長とヒータ１４のヒータ電力との関係を示す模式図である。図４（ａ）および図４（ｂ）のように、駆動電流の大きさおよびヒータ電力の大きさが大きくなるに従い、ＤＦＢレーザ１２が発振するレーザ光の波長は長波長側にシフトする。つまり、駆動電流の大きさおよびヒータ電力の大きさが変化するとＤＦＢレーザ１２が発振するレーザ光の波長は変化する。ＤＦＢレーザ１２と高調波生成素子１８とは異なる波長温度係数を有するが、駆動電流の大きさ及びヒータ電力の大きさを制御することで、ＤＦＢレーザ１２が発振するレーザ光の波長を高調波生成素子１８の位相整合波長に合わせることができる。

次に、図５のフローチャートを用いて、制御部４０の制御の例について説明する。図５のように、レーザシステム１００の電源が投入されると、制御部４０は、トーン信号である変調信号を用いて変調した駆動電流２６をＤＦＢレーザ１２に注入してレーザ光２４を発振させる（ステップＳ１０）。変調した駆動電流２６の中心の大きさは、所定の大きさになるようにする。駆動電流２６が変調されていることで、図４（ａ）で説明したように、発振されるレーザ光２４の波長が変調される。変調信号の周波数は、後述するデジタル強度変調でのサンプリング周波数と同じか、あるいは高い周波数を用いる。例えば、サンプリング周波数が５０ＭＨｚの場合、変調信号の周波数は５０ＭＨｚ、あるいは１００ＭＨｚを用いる。サンプリング周波数と同じ周波数を用いる場合、波長変調はデジタル強度変調の制御クロックに同期させることが望ましい。

次いで、制御部４０は、温度センサ２０で出力された温度モニタ値３２からレーザモジュール１０の温度を把握する。そして、制御部４０は、記憶部４８に記憶されたテーブルからレーザモジュール１０の温度に応じたヒータ電力を求めてヒータ１４にヒータ電流２８を投入する（ステップＳ１２）。テーブルには、レーザモジュール１０の温度とヒータ１４に投入するヒータ電力との対応関係が書き込まれている。即ち、テーブルには、レーザモジュール１０の温度がある温度の場合において、レーザ光２４の波長を高調波生成素子１８の位相整合波長に合わせることができるようなヒータ電力の大きさに関するデータが書き込まれている。前述したように、ＤＦＢレーザ１２と高調波生成素子１８とは異なる波長温度係数を有するため、レーザモジュール１０の温度により、ＤＦＢレーザ１２が発振するレーザ光２４の波長と高調波生成素子１８の位相整合波長との差が異なることになる。図４（ｂ）で説明したように、ヒータ電力の大きさを変えることでレーザ光２４の波長を変化させることができる。したがって、レーザモジュール１０の温度とヒータ１４に投入するヒータ電力との対応関係をテーブルに予め書き込んでおき、温度モニタ値３２から把握したレーザモジュール１０の温度とテーブルに書き込まれたデータとに基づいてヒータ電流２８の大きさを制御することで、レーザ光２４の波長を高調波生成素子１８の位相整合波長に合わせることができる。これにより、高調波生成素子１８から高調波光３４を出射させることができる。

次いで、制御部４０は、ＳＯＡ１６に変調した電圧３０を印加して、レーザ光２４の強度を変調させる（ステップＳ１４）。レーザ光２４の強度変調は、例えば２５６階調が表現されるようなデジタル強度変調により行う。

次いで、制御部４０は、光検出器４６で検出した高調波光３４の強度から、駆動電流２６を変調させた変調信号の周波数に同期した検出信号を検出する（ステップＳ１６）。検出信号は、光検出器４６が検出した高調波光３４の強度から変調信号の周波数成分を抽出することで検出してもよいし、あるいは、光検出器４６が変調信号の周波数に同期して高調波光３４の強度の検出を行うことにより検出してもよい。制御部４０は、変調信号の隣接する極大時と極小時での検出信号の大きさの差分を求め、その差分の絶対値が小さくなるように、ヒータ１４に注入するヒータ電流２８の大きさを制御する（ステップＳ１８）。ヒータ１４に注入するヒータ電流２８の大きさを制御するときは、ＤＦＢレーザ１２に注入する駆動電流２６の大きさを変化させずに固定させておく。

ここで、図６および図７の模式図を用いて、図５のステップＳ１０からステップＳ１８で述べた制御について説明する。図６は、横軸を時間として、駆動電流２６の変調に用いた変調信号と、変調信号に同期した検出信号と、の例を示している。図７は、レーザ光２４の波長に対する高調波光３４の強度およびレーザ光２４の波長に対する変調信号の極大時と極小時での検出信号の差分（エラー信号）の例を示している。

図６のような変調信号を用いて駆動電流２６を変調させてレーザ光２４の波長を変調させた場合、レーザ光２４の中心波長が高調波生成素子１８の位相整合波長に合っているときは、高調波光３４の強度は、例えば図７の領域８２内を変化する。また、レーザ光２４の中心波長が高調波生成素子１８の位相整合波長よりも短波長側にズレているときは、高調波光３４の強度は、例えば図７の領域８４内を変化し、レーザ光２４の波長が高調波生成素子１８の位相整合波長よりも長波長側にズレているときは、高調波光３４の強度は、例えば図７の領域８６内を変化する。

ここで、例えば、ＤＦＢレーザ１２の温度が局所的に変化した場合やＤＦＢレーザ１２そのものの特性が変化した場合などにより、レーザ光２４の波長が高調波生成素子１８の位相整合波長よりも短波長側にシフトした場合を考える。この場合、レーザ光２４の波長が高調波生成素子１８の位相整合波長に合うようにヒータ電流２８の大きさを制御して、レーザ光２４の波長を高調波生成素子１８の短波長側と長波長側との間で変化させることになり、変調信号に同期した検出信号は例えば図６のようになる。図６において、例えば区間８８は図７の領域８４における検出信号に相当し、区間９０は領域８２における検出信号に相当し、区間９２は領域８６における検出信号に相当する。

図６において、変調信号の隣接する極大時と極小時（例えば、時間Ｔ１とＴ２）における検出信号の大きさの差分（例えば、Ｍ１−Ｍ２）をエラー信号とすると、レーザ光２４の波長に対するエラー信号は図７のように表される。このことから、エラー信号が０に近づくほどレーザ光２４の波長は高調波生成素子１８の位相整合波長に近づくことがわかる。つまり、変調信号の隣接する極大時と極小時における検出信号の大きさの差分の絶対値が小さくなるほど、レーザ光２４の波長は高調波生成素子１８の位相整合波長に合うことになる。言い換えると、検出信号の振幅が小さくなるほど、レーザ光２４の波長は高調波生成素子１８の位相整合波長に合うことになる。よって、図５のステップＳ１８を実行することで、レーザ光２４の波長を高調波生成素子１８の位相整合波長に合わせることができ、高調波生成素子１８から高調波光３４を出射させることができる。

図５に戻り、制御部４０は、周期的に、記憶部４８に記憶されたテーブルを更新し、ステップＳ１８でレーザ光２４の波長が高調波生成素子１８の位相整合波長に合うように制御したヒータ電流２８の大きさに基づいて新たなヒータ電力をテーブルに書き込む（ステップＳ２０）。次いで、制御部４０は、記憶部４８に予め書き込まれていたヒータ電力の初期値とステップＳ２０で書き込んだ新たなヒータ電力との差分を求める。そして、制御部４０は、その差分が所定の閾値を超えている場合に、レーザモジュール１０は異常であるとしてエラーを出力する（ステップＳ２２）。

ここで、図８（ａ）および図８（ｂ）の模式図を用いて、記憶部４８に記憶されるテーブル８０について説明する。図８（ａ）は、図５のステップＳ２０の工程が実行される前の初期状態のテーブル８０の例を示しており、図８（ｂ）は、図５のステップＳ２０の工程が例えば１回実行された後のテーブル８０の例を示している。

図８（ａ）のように、初期状態のテーブル８０は、レーザモジュール１０の温度が、例えば０℃、２０℃、５０℃、７０℃の場合に応じたヒータ電力の初期値Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが予め書き込まれている。ステップＳ２０の工程が１回実行された後のテーブル８０は、図８（ｂ）のように、例えばレーザモジュール１０の温度が２０℃の場合のヒータ電力に新たなヒータ電力の値Ｂ１が書き込まれている。このように、図５のステップＳ１８の工程で制御したヒータ電流２８の大きさに基づいて新たなヒータ電力がテーブル８０に書き込まれる。よって、図５のステップＳ２２の工程は、Ｂ１とＢとの差分が所定の閾値を超えている場合に、レーザモジュール１０が異常であるとしてエラーを出力することになる。

以上説明してきたように、実施例１に係るレーザシステム１００によれば、制御部４０は、ＤＦＢレーザ１２を駆動する駆動電流２６を変調して、ＤＦＢレーザ１２が発振するレーザ光２４の波長を変調させる。そして、制御部４０は、光検出器４６で検出した高調波光３４の強度から変調信号に同期した検出信号を検出し、検出信号の振幅が小さくなるように、ヒータ１４に注入するヒータ電流２８の大きさを制御する。例えば、制御部４０は、変調信号の隣接する極大時と極小時のそれぞれに対応する検出信号の差分の絶対値が小さくなるように、ヒータ１４に注入するヒータ電流２８の大きさを制御する。これにより、図６および図７で説明したように、ＤＦＢレーザ１２が発振するレーザ光２４の波長を高調波生成素子１８で変換可能な波長範囲内に制御することができ、高調波生成素子１８から安定して高調波光３４を出射させることができる。

レーザモジュール１０の温度に基づいてヒータ電流２８の大きさを制御してレーザ光２４の波長を高調波生成素子１８で変換可能な波長範囲内にする方法では、ＤＦＢレーザ１２の温度が局所的に変化した場合やＤＦＢレーザ１２そのものの特性が変化した場合など、レーザモジュール１０の温度が変化しない場合には対応することができない。しかしながら、実施例１に係るレーザシステム１００は、高調波光３４の強度を利用してヒータ電流２８の大きさを制御することで、レーザ光２４の波長を高調波生成素子１８で変換可能な波長範囲内になるようにしている。このため、ＤＦＢレーザ１２の温度が局所的に変化した場合やＤＦＢレーザ１２そのものの特性が変化した場合などにも対応でき、安定して高調波光３４を出射させることができる。

図５のステップＳ１８で説明したように、検出信号の振幅が小さくなるようにヒータ電流２８の大きさを制御するときは、ＤＦＢレーザ１２の駆動電流２６の大きさは変化させずに固定したままにする。ＤＦＢレーザ１２の駆動電流２６を変化させると、レーザ光２４の波長および強度が変化するため、検出信号の振幅を小さくするための制御などが複雑になる。したがって、検出信号の振幅を小さくする制御を容易にする観点などから、制御部４０は、ＤＦＢレーザ１２を駆動する駆動電流２６の大きさは固定にしたまま、検出信号の振幅が小さくなるようにヒータ１４に注入するヒータ電流２８の大きさを制御することが好ましい。

図５のステップＳ１４で説明したように、制御部４０は、レーザ光２４の強度をデジタル強度変調している。そして、制御部４０は、デジタル強度変調のサンプリング周波数よりも高い周波数の変調信号を用いて駆動電流２６を変調させてレーザ光２４の波長を変調している。つまり、制御部４０は、デジタル強度変調のサンプリング周波数よりも高い周波数でレーザ光２４の波長を変調させている。図９は、横軸を時間として、デジタル強度変調されたレーザ光の信号の例を示している。レーザ光は、例えば２５６階調に強度変調される。図９のように、デジタル強度変調のサンプリング周波数よりも高い周波数でレーザ光２４の波長を変調させると、１つのパルス９４内で変調信号の極大時と極小時に対応する検出信号が得られる。このため、例えばレーザシステム１００をレーザディスプレイ用途などに用いた場合に、映像の影響を受けずに、レーザ光２４の波長を高調波生成素子１８で変換可能な波長範囲内に制御することができる。

また、デジタル強度変調のサンプリング周波数と同じ周波数でレーザ光２４の波長を変調させる場合は、デジタル変調のサンプリングと同期した変調信号を用いてレーザ光２４の波長を変調させる場合が好ましい。この場合、より適切な検出信号を得ることができる。

なお、実施例１では、レーザ光２４の強度をデジタル変調させる場合を例に示したが、アナログ変調によりレーザ光２４の強度を変調させる場合でもよい。レーザ光２４の強度変調をデジタル変調およびアナログ変調のどちらで行う場合であっても、レーザ光２４の強度変調の周波数よりも十分に高い周波数でレーザ光２４の波長を変調させることで、例えばレーザシステム１００をレーザディスプレイ用途などに用いた場合に、映像の影響を受けずに、レーザ光２４の波長を高調波生成素子１８で変換可能な波長範囲内に制御することができる。

また、レーザ光２４の強度変調の周波数よりも高い周波数でレーザ光２４の波長を変調させることで、レーザ光２４の波長を素早く高調波生成素子１８で変換可能な波長範囲内にすることができ、高調波光３４の正常な出力状態がより早く得られる。

制御部４０は、強度変調したレーザ光２４の強度が所定の閾値よりも小さいときには、図５のステップＳ１８で説明した、検出信号の差分を小さくするようなヒータ電流２８の大きさの制御は行わない場合が好ましい。例えば、制御部４０は、レーザ光２４の強度を２５６階調でデジタル強度変調する場合、レーザ光２４の強度が所定の階調値よりも小さい場合には、ヒータ電流２８の大きさの制御を行わないようにすることができる。例えば、図９において、制御部４０は、時間Ｔ３からＴ４の間はレーザ光２４の強度が所定の階調値より小さいためヒータ電流２８の大きさの制御を行わず、時間Ｔ４以降はレーザ光２４の強度が所定の階調値より大きいためヒータ電流２８の大きさの制御を行うようにすることができる。

レーザ光２４の強度が小さく暗い場合には、高調波光３４の強度も小さく暗くなる。このような場合、図７の領域８４や８６のようにレーザ光２４の波長が高調波生成素子１８の位相整合波長からズレている場合でも、変調信号の極大時と極小時での検出信号の差分が小さくなってしまう。このため、レーザ光２４の波長を高調波生成素子１８の位相整合波長に合うようにヒータ電流２８の大きさを制御することが困難となり、レーザ光２４の波長が高調波生成素子１８の位相整合波長からズレた位置に合わせ込まれる場合が起こり得る。したがって、制御部４０は、強度変調したレーザ光２４の強度が所定の閾値よりも小さい場合は、検出信号の振幅を小さくするようなヒータ電流２８の大きさの制御は行わない場合が好ましい。これにより、レーザ光２４の波長を高調波生成素子１８で変換可能な波長範囲の外側に合わせ込むことを抑制できる。強度変調したレーザ光２４の強度が所定の閾値よりも小さいかどうかの判断は、上記の他に、ＳＯＡ１６に印加する電圧値が所定の閾値よりも小さいかどうかにより判断してもよいし、光検出器４６で検出した高調波光３４の強度が所定の閾値よりも小さいかどうかにより判断してもよい。なお、所定の閾値とは、上述のように、レーザ光２４の波長を高調波生成素子１８で変換可能な波長範囲内に合わせ込むことが困難になる程度の値をいう。例えば、最大検出強度の１／１０程度を閾値として設定することができる。

図１のように、レーザモジュール１０の温度とヒータ１４に投入するヒータ電力とを対応付けたテーブル８０を記憶する記憶部４８を有する。そして、図５のステップＳ２０で説明したように、制御部４０は、周期的に、検出信号の振幅が小さくなるように制御したヒータ電流２８の大きさに基づいてテーブル８０に新たなヒータ電力の情報を書き込む。そして、図５のステップＳ１２で説明したように、レーザシステム１００の電源が投入された際に、制御部４０は、記憶部４８に記憶されたテーブル８０を参照して、現在のレーザモジュール１０の温度に対応したヒータ電力を求めてヒータ１４にヒータ電流２８を注入する。これにより、レーザシステム１００の電源が投入された場合に、ＤＦＢレーザ１２が発振するレーザ光２４の波長を高調波生成素子１８で変換可能な波長範囲内に容易に且つ素早く合わせることができる。

図５のステップＳ２２で説明したように、記憶部４８が記憶するテーブル８０に予め書き込まれていたヒータ電力の初期値と新たに書き込んだヒータ電力の値との差分を求め、その差分が所定の閾値を超えた場合にエラーを出力する。図４（ｂ）で説明したように、レーザ光２４の波長はヒータ電力の大きさにより変化することから、ヒータ電力の値が変わったということは、レーザ光２４の波長が変化したことになる。図１０は、レーザシステム１００を使用開始した当初のレーザ光２４の波長と高調波光３４の強度との関係の例と、テーブル８０を更新して新たな値のヒータ電力を書き込んだときのレーザ光２４の波長と高調波光３４の強度との関係の例と、を示している。図１０のように、使用開始当初は、レーザ光２４の波長が例えばλ０にて高調波生成素子１８の位相整合波長に合っていたが、テーブル８０を更新したときは、レーザ光２４の波長が例えばλ１にて高調波生成素子１８の位相整合波長にあっている場合を想定する。この場合、レーザモジュール１０の特性が変化したと考えられる。したがって、ヒータ電力の初期値と新たに書き込んだヒータ電力の値との差分が所定の閾値を超えた場合は、制御部４０は、レーザモジュール１０の特性が変化したとみなして、エラーを出力する場合が好ましい。これにより、特性劣化したレーザモジュール１０の判別および排除が可能となる。なお、所定の閾値とは、上述したように、レーザモジュール１０の特性が変化したとみなすことができる程度の値をいう。例えば、ヒータ１４への最大投入電力に対して１０％ずれた場合を閾値として設定することができる。

実施例１では、ＤＦＢレーザ１２が発振するレーザ光２４の波長を変調させるために、ＤＦＢレーザ１２に注入する駆動電流２６を変調させる場合を例に示したが、これに限られるわけではなく、ヒータ１４に注入するヒータ電流２８を変調させる場合など、その他の方法によりレーザ光２４の波長を変調させてもよい。ヒータ電流２８を変調させる場合は、ＤＦＢレーザ１２が発振するレーザ光２４の強度を一定にすることができる利点がある。一方、駆動電流２６を変調させる場合は、応答特性に優れているとの利点がある。したがって、レーザ光２４の波長を、例えばデジタル強度変調のサンプリング周波数よりも高い周波数のように、高速で変調させる場合は、駆動電流２６を変調させる場合が好ましい。

また、実施例１では、デジタル強度変調のサンプリング周波数よりも高い周波数でレーザ光２４の波長を変調させるような、レーザ光２４の強度変調の周波数よりも高い周波数でレーザ光２４の強度を変調させる場合を例に示したが、これに限られない。例えば、レーザ光２４の強度変調の周波数よりも十分に低い周波数でレーザ光２４の波長を変調させる場合でもよい。例えば、レーザ光２４の強度変調を５０ＭＨｚで行う場合、レーザ光２４の波長の変調は１ｋＨｚで行うことができる。このように、レーザ光２４の強度変調の周波数よりも十分に低い周波数でレーザ光２４の波長を変調させた場合でも、例えばレーザシステム１００をレーザディスプレイ用途などに用いた場合に、映像の影響を受けずに、レーザ光２４の波長を高調波生成素子１８で変換可能な波長範囲内に制御することができる。

また、実施例１では、レーザは量子ドットＤＦＢレーザである場合を例に示したが、これに限られるわけではない。例えば、レーザは、量子井戸ＤＦＢレーザなどの場合でもよいし、ＤＦＢレーザ以外の例えばファブリペロ型レーザである場合でもよい。また、ＳＯＡ１６と高調波生成素子１８とはレンズ２２を介して光結合している場合を例に示したが、ＳＯＡ１６と高調波生成素子１８とが直接結合している場合でもよい。

また、実施例１では、高調波生成素子１８が、レーザ光２４をレーザ光２４の第２高調波に変換する例を説明したが、高調波生成素子１８はレーザ光２４のより高次な高調波光に変換してもよい。また、レーザ光２４が１０６４ｎｍであり、高調波光３４が５３２ｎｍのグリーン光の場合を例に説明したが、高調波光３４は他の波長の光でもよい。またレーザ光２４はその他の波長を有してもよい。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０レーザモジュール
１２ＤＦＢレーザ
１４ヒータ
１６ＳＯＡ
１８高調波生成素子
２０温度センサ
２２レンズ
２４レーザ光
２６駆動電流
２８ヒータ電流
３０電圧
３２温度モニタ値
３４高調波光
４０制御部
４２赤外光カットフィルタ
４４ビームスプリッタ
４６光検出器
４８記憶部
８０テーブル
１００レーザシステム

Claims

レーザ光を発振するレーザと、前記レーザの温度を調節するヒータと、前記レーザ光を前記レーザ光の高調波光に変換する高調波生成素子と、を有するレーザモジュールと、
前記レーザ光の波長を変調させて、前記高調波光の強度から前記変調に用いた変調信号に同期した検出信号を検出し、前記検出信号の振幅が小さくなるように前記ヒータに注入するヒータ電流の大きさを制御する制御部と、を具備することを特徴とするレーザシステム。
前記制御部は、前記変調信号の極大時と極小時のそれぞれに対応する前記検出信号の差分の絶対値が小さくなるように前記ヒータ電流の大きさを制御することで、前記検出信号の振幅を小さくすることを特徴とする請求項１記載のレーザシステム。
前記制御部は、前記レーザ光の強度を変調させると共に、前記レーザ光の強度変調の周波数よりも高い周波数で前記レーザ光の波長を変調させることを特徴とする請求項１または２記載のレーザシステム。
前記レーザ光の強度変調をデジタル変調させる場合に、前記制御部は、前記デジタル変調でのサンプリング周波数よりも高い周波数で前記レーザ光の波長を変調させることを特徴とする請求項３記載のレーザシステム。
前記制御部は、前記レーザ光の強度をデジタル変調させると共に、前記デジタル変調でのサンプリングと同期した前記変調信号を用いて前記レーザ光の波長を変調させることを特徴とする請求項１または２記載のレーザシステム。
前記制御部は、前記レーザ光の強度を変調させると共に、前記レーザ光の強度変調の周波数よりも低い周波数で前記レーザ光の波長を変調させることを特徴とする請求項１または２記載のレーザシステム。
前記制御部は、強度変調した前記レーザ光の強度が所定の閾値より小さいときには、前記検出信号の振幅が小さくなるように前記ヒータに注入するヒータ電流の大きさの制御を行わないことを特徴とする請求項３から６のいずれか一項記載のレーザシステム。
前記制御部は、前記レーザを駆動する駆動電流の大きさを固定したまま、前記検出信号の振幅が小さくなるように前記ヒータに注入するヒータ電流の大きさを制御することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載のレーザシステム。
前記レーザモジュールの温度と前記ヒータに投入するヒータ電力とを対応付けたテーブルを記憶する記憶部を具備し、
前記制御部は、周期的に、前記検出信号の振幅が小さくなるように制御した前記ヒータ電流に基づいて前記テーブルに新たなヒータ電力を書き込むと共に、前記レーザシステムの電源が投入された際に、前記テーブルを参照して前記ヒータにヒータ電流を注入することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載のレーザシステム。
前記制御部は、前記テーブルに予め書き込まれていた前記ヒータ電力の初期値と前記テーブルに新たに書き込んだ前記ヒータ電力の値との差分が所定の閾値を超えた場合にエラーを出力することを特徴とする請求項９記載のレーザシステム。