JP2017028193A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

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廣木 知之
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知之 廣木
次郎 齊川
Jiro Saikawa
次郎 齊川
直也 石垣
Naoya Ishigaki
直也 石垣
進吾 宇野
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進吾 宇野
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【課題】スペクトル幅を広げることで、レーザ光の可干渉性を低減させることにより、スペックルを低減することができる半導体レーザ装置。
【解決手段】レーザ光を出力する1以上の半導体レーザからなる複数の半導体レーザモジュールと、複数の半導体レーザモジュールに対応して設けられ、各々の半導体レーザモジュールの温度を個別に制御する複数の温度調整素子と、各々の半導体レーザモジュールの各々のスペクトルピークが互いのスペクトル半値全幅の波長区間に入らないようにし且つ複数の半導体レーザモジュールの重ね合わせられた出力光のスペクトル幅が所定幅以上となるように複数の温度調整素子の各々を制御する温度制御回路とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、レーザ照明機器に適用される半導体レーザ装置に関する。
近年、半導体レーザの高出力化に伴い、プロジェクタや露光装置等の照明装置への半導体レーザの利用が期待されている。レーザ光源は、ランプ光源に比べて単色性、低消費電力、小型という点で優れているため、レーザ光源を利用した照明装置では色再現性の向上や低コスト、小型化が期待されている。
一方、コヒーレンス性の高いレーザ光を照明装置に用いた場合、投影する粗面において反射・拡散された光が互いに干渉し、不規則な斑状の強度分布(スペックル)が生ずる。このため、観測者にちらつきやノイズを与えてしまう。
このスペックルを低減する方法が特許文献1〜3に記載されている。特許文献1では、マルチモードファイバに導光し、マルチモードファイバを振動させることで空間的なコヒーレンスを低減させている。
特許文献2では、光路に設けられた光学素子を振動させて光路長を変化させることにより発生するスペックルパターンを時間的に変化させ、スペックルパターンを平均化させることで実質的にスペックルを低減させている。
特許文献3では、複数の半導体レーザに温度差を設けてスペクトル幅を広げて時間的コヒーレンスを低減させている。
特開2003−156698号公報 特開2014−59513号公報 特開2014−127543号公報
しかしながら、特許文献1〜2に記載された方法では、機械的な負荷を光学素子に与えているため、信頼性が低下する。また、振動素子を付加すると、装置が大型化してしまう。
また、特許文献3では、水冷モジュールの配置場所により温度勾配を設け、複数の半導体レーザに温度差を作ることで半導体レーザのスペクトル幅を広げているが、半導体レーザのスペクトル個体差によっては、スペクトル幅が狭くなってしまう。
本発明の課題は、スペクトル幅を広げることで、レーザ光の可干渉性を低減させることにより、スペックルを低減することができる半導体レーザ装置を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明に係る半導体レーザ装置は、レーザ光を出力する1以上の半導体レーザからなる複数の半導体レーザモジュールと、前記複数の半導体レーザモジュールに対応して設けられ、各々の半導体レーザモジュールの温度を個別に制御する複数の温度調整素子と、前記各々の半導体レーザモジュールの各々のスペクトルピークが互いのスペクトル半値全幅の波長区間に入らないようにし且つ前記複数の半導体レーザモジュールの重ね合わせられた出力光のスペクトル幅が所定幅以上となるように前記複数の温度調整素子の各々を制御する温度制御回路とを備えることを特徴とする。
本発明に係る半導体レーザ装置によれば、温度制御回路は、複数の温度調整素子の各々を制御することにより、各々のスペクトルピークが互いのスペクトル半値全幅の波長区間に入らないようにし且つ前記複数の半導体レーザモジュールの重ね合わせられた出力光のスペクトル幅が所定幅以上となるように制御する。即ち、スペクトル幅を広げることで、レーザ光の可干渉性を低減させることにより、スペックルを低減することができる。
本発明の実施例1に係る半導体レーザ装置の構成を示す図である。 半導体レーザ装置の半導体レーザを温度制御しない状態の出力光スペクトルを示す図である。 本発明の実施例1に係る半導体レーザ装置の半導体レーザを温度制御した状態の出力光スペクトルを示す図である。 本発明の実施例2に係る半導体レーザ装置の構成を示す図である。 本発明の実施例3に係る半導体レーザ装置において同一の半導体モジュール内の構成及び波長とスペクトル強度との関係を示す図である。
以下、本発明の半導体レーザ装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の実施例1に係る半導体レーザ装置の構成を示す図である。この半導体レーザ装置は、図1に示すように、レーザ駆動回路1、半導体レーザモジュール2a〜2d、ペルチェ素子3a〜3d、光空間多重部4、温度制御回路5を備えている。
半導体レーザモジュール2a〜2dの各々は、レーザ光を出力する1以上の半導体レーザからなる。半導体レーザは、電流駆動によって注入された電子およびホールからなるキャリア注入によって励起され、注入された電子およびホールのキャリア対消滅の際に発生する誘導放出によって発生されたレーザ光を出力する。レーザ駆動回路1は、半導体レーザモジュール2a〜2dの各々を駆動する。
ペルチェ素子3a〜3dは、本発明の温度調整素子に対応し、複数の半導体レーザモジュール2a〜2dに対応して設けられ、各々の半導体レーザモジュール2a〜2dの温度を個別に制御する。光空間多重部4は、半導体レーザモジュール2a〜2dからの各々のレーザ光を多重化して出力する。
温度制御回路5は、各々の半導体レーザモジュール2a〜2dの各々のスペクトルピークが互いのスペクトル半値全幅の波長区間に入らないようにし且つ複数の半導体レーザモジュール2a〜2dの重ね合わせられた出力光のスペクトル幅が所定幅、例えば10nm以上となるようにペルチェ素子3a〜3dの各々を制御する。
次にこのように構成された実施例1の半導体レーザ装置の動作を説明する。ここでは、例えば、4つの半導体レーザモジュール2a〜2dを用いた半導体レーザ装置について説明する。
図1に示すように、半導体レーザモジュール2a〜2dは、ペルチェ素子3a〜3dにより一定温度が維持されるようにフィードバック制御されている。
半導体レーザは、半導体レーザの個体差又は半導体レーザの温度によって、スペクトルピークがシフトする。このため、半導体レーザを温度制御しない状態では、半導体レーザモジュール2a〜2dからの出力光を合成した光のスペクトルは、図2に示すようにスペクトルピークの重なりが発生する。
ここで、半導体レーザモジュール2a〜2d毎に設定温度を決定し、温度制御回路5は、半導体レーザモジュール2a〜2dの互いのスペクトルピークが離れるように、即ち各々のスペクトルピークが互いのスペクトル半値全幅の波長区間に入らないように、ペルチェ素子3a〜3dを制御することにより半導体レーザモジュール2a〜2dの温度を制御する。
これにより、図3に示すようなスペクトルパターンを形成することができる。図3において、各々のスペクトル半値全幅w1〜w4は、各々のスペクトルピーク値P1〜P4の半値となる波長幅である。また、図3に示すように、重ね合わせられた出力光のスペクトル幅wが所定幅、例えば10nm以上となるようにペルチェ素子3a〜3dの各々を制御する。
このように実施例1の半導体レーザ装置によれば、温度制御回路5は、複数のペルチェ素子3a〜3dの各々を個別に制御することにより、ペルチェ素子3a〜3dが半導体レーザモジュール2a〜2dを個別に温調してスペクトルピークをシフトさせる。
そして、温度制御回路5は、各々のスペクトルピークが互いのスペクトル半値全幅の波長区間に入らないようにし且つ重ね合わせられた出力光のスペクトル幅が10nm以上となるように制御する。即ち、スペクトル幅を広げることで、レーザ光の可干渉性を低減させることにより、スペックルを低減することができる。
図4は、本発明の実施例2に係る半導体レーザ装置の構成を示す図である。図4に示す実施例2に係る半導体レーザ装置は、図1に示す実施例1に係る半導体レーザ装置の構成に、さらに、回折格子6a〜6d、フォトダイオード(PD)7を備えたことを特徴とする。
回折格子6a〜6dは、本発明の分光素子に対応し、半導体レーザモジュール2a〜2dに対応して設けられ、各々の半導体レーザモジュール2a〜2dからの出力光を分光する。なお、回折格子6a〜6dの代わりに、特定波長が反射されるように表面にコーティングされたビームスプリッタを用いても良い。
フォトダイオード(PD)7a〜7dは、本発明の複数の検出部に対応し、回折格子6a〜6dに対応して設けられ、回折格子6a〜6dで分光された複数の出力光に基づく複数の波長の強度を検出する。
温度制御回路5aは、フォトダイオード(PD)7a〜7dからの複数の波長の強度に基づく各々の半導体レーザモジュール2a〜2dの各々のスペクトルピークが互いのスペクトル半値全幅の波長区間に入らないようにし且つ複数の半導体レーザモジュール2a〜2dの重ね合わせられた出力光のスペクトル幅が所定幅、例えば10nm以上となるようにペルチェ素子3a〜3dの各々を制御する。
即ち、温度制御回路5aは、フォトダイオード(PD)7a〜7dからの複数の波長の強度に基づき特定の波長の出力が一定値になるように、ペルチェ素子3a〜3dにより半導体レーザモジュール2a〜2dの温度を制御する。これにより、実施例1と同様に、スペクトル幅を広げることで、レーザ光の可干渉性を低減させることにより、スペックルを低減することができる。
また、電流値の変更や半導体レーザの劣化によってスペクトル強度が変化した場合にも図3に示すようなスペクトルパターンを維持することができる。
図5は、本発明の実施例3に係る半導体レーザ装置において同一の半導体モジュール内の構成及び波長とスペクトル強度との関係を示す図である。図5(a)に示すように、同一の半導体モジュール内には複数の半導体レーザLD1〜LDnが配置されている。
同一の半導体モジュール内の複数の半導体レーザLD1〜LDnは、図5(b)に示すように、互いに異なる波長を有し、各々の半導体レーザLD1〜LDnのスペクトルピークが一定温度において±0.5nm以内で一致するように選別されて組み立てられている。
同一の半導体モジュール内に例えば、3つの半導体レーザLD1〜LD3が設けられている場合、半導体レーザLD2の中心波長(0nmとする。)に対して半導体レーザLD1のスペクトルピークと半導体レーザLD3のスペクトルピークとが±0.5nm以内で一致するように選別されている。
このように選別された複数の半導体レーザLD1〜LDnを同一の半導体モジュール内に配置することにより、図5に示すように、単峰性のスペクトルピークを形成することができる。従って、複数の半導体モジュールの互いのスペクトルピークを離れやすくすることができる。
本発明は、レーザ照明機器に利用できる。
1 レーザ駆動回路
2a〜2d 半導体レーザモジュール
3a〜3d ペルチェ素子
4 光空間多重部
5,5a 温度制御回路
6a〜6d 回折格子
7 フォトダイオード(PD)

Claims (4)

  1. レーザ光を出力する1以上の半導体レーザからなる複数の半導体レーザモジュールと、
    前記複数の半導体レーザモジュールに対応して設けられ、各々の半導体レーザモジュールの温度を個別に制御する複数の温度調整素子と、
    前記各々の半導体レーザモジュールの各々のスペクトルピークが互いのスペクトル半値全幅の波長区間に入らないようにし且つ前記複数の半導体レーザモジュールの重ね合わせられた出力光のスペクトル幅が所定幅以上となるように前記複数の温度調整素子の各々を制御する温度制御回路と、
    を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 前記複数の半導体レーザモジュールに対応して設けられ、各々の半導体レーザモジュールからの出力光を分光する複数の分光素子と、
    前記複数の分光素子に対応して設けられ、前記複数の分光素子で分光された複数の出力光に基づく複数の波長の強度を検出する複数の検出部とを備え、
    前記温度制御回路は、前記検出部からの複数の波長の強度に基づく前記各々のスペクトルピークが互いのスペクトル半値全幅の波長区間に入らないようにし且つ前記複数の半導体レーザモジュールの重ね合わせられた出力光のスペクトル幅が所定幅以上となるように前記複数の温度調整素子の各々を制御することを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。
  3. 同一の半導体モジュール内の前記1以上の半導体レーザの各々は、スペクトルピークが一定温度において±0.5nm以内で一致するように選別されて組み立てられていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の半導体レーザ装置。
  4. 前記所定幅は、10nmであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の半導体レーザ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004503923A (ja) * 2000-07-10 2004-02-05 コーポレーション フォー レーザー オプティックス リサーチ 帯域幅強調によるスペックル低減のためのシステム及び方法
JP2015070139A (ja) * 2013-09-30 2015-04-13 ウシオ電機株式会社 レーザ光源装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004503923A (ja) * 2000-07-10 2004-02-05 コーポレーション フォー レーザー オプティックス リサーチ 帯域幅強調によるスペックル低減のためのシステム及び方法
JP2015070139A (ja) * 2013-09-30 2015-04-13 ウシオ電機株式会社 レーザ光源装置

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