JP2019212830A - レーザダイオードモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】戻り光の影響による不安定発振を抑制することができるレーザダイオードモジュール。【解決手段】レーザ光を出射するレーザダイオードと、レーザダイオードから出射されたレーザ光をコリメートして干渉計に導光するコリメートレンズを備えたレーザダイオードモジュールであって、コリメートレンズは、レンズ出射端における波面と、レンズ出射端から、レンズ出射端と干渉計内の固定鏡との距離の２倍の距離だけ離れた位置における波面とが同一形状となるようにレンズ位置を調整し、固定鏡からの戻り光をコリメートレンズにより集光した集光スポットがレーザダイオードの発光面に重ならないように、レーザダイオードモジュール又は固定鏡を傾けて光軸を調整した。【選択図】図１

Description

本発明は、垂直共振器面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER、略してＶＣＳＥＬと呼ぶ。）等のレーザダイオードを用いたレーザダイオードモジュールに関する。

近年、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）の小型化及び低価格化に伴って、基準光源であるＨｅＮｅレーザの代替えとして、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting）を使用したレーザダイオードモジュール（以下、ＬＤモジュール）が採用されている。

垂直共振器面発光レーザは、レーザダイオードからなり、半導体基板に対して垂直方向に反射鏡があり、この反射鏡に光が出射する。垂直共振器面発光レーザは、低価格で低消費電力であるため、用いられている。また、レーザダイオードの波長としては、一般的に近赤外光が用いられている。

米国特許６６５４１２５Ｂ２号公報

しかしながら、レーザダイオードは、戻り光の影響により、不安定発振を引き起こすことがある。不安定発振が起こると、干渉計内の移動鏡の速度が変動し、スペクトルの分解能が悪化する。

本発明の課題は、戻り光の影響による不安定発振を抑制することができるレーザダイオードモジュールを提供することにある。

本発明に係るレーザダイオードモジュールは、上記課題を解決するために、レーザ光を出射するレーザダイオードと、前記レーザダイオードから出射されたレーザ光をコリメートして干渉計に導光するコリメートレンズを備えたレーザダイオードモジュールであって、前記コリメートレンズは、レンズ出射端における波面と、レンズ出射端から、レンズ出射端と干渉計内の固定鏡との距離の２倍の距離だけ離れた位置における波面とが同一形状となるようにレンズ位置を調整し、前記固定鏡からの戻り光を前記コリメートレンズにより集光した集光スポットが前記レーザダイオードの発光面に重ならないように、レーザダイオードモジュール又は前記固定鏡を傾けて光軸を調整したことを特徴とする。

本発明によれば、コリメートレンズは、レンズ出射端における波面と、レンズ出射端から、レンズ出射端と干渉計内の固定鏡との距離の２倍の距離だけ離れた位置における波面とが同一形状となるようにレンズ位置を調整し、固定鏡からの戻り光をコリメートレンズにより集光した集光スポットがレーザダイオードの発光面に重ならないように、レーザダイオードモジュール又は固定鏡を傾けて光軸を調整したので、戻り光の影響による不安定発振を抑制することができる。

実施例１のレーザダイオードモジュールの出射光の波面と光路長との関係を示す図である。 実施例１のレーザダイオードモジュールを備えた干渉計の構成図である。 実施例１のレーザダイオードモジュールへの戻り光の経路を示す図である。 実施例１のレーザダイオードモジュールのＬＤチップの発光面と戻り光の集光スポットの位置関係を示す図である。 実施例２のレーザダイオードモジュールへの戻り光とフォトダイオードとの位置関係を示す図である。

以下、本発明のレーザダイオードモジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施例１）
図１は、実施例１のレーザダイオードモジュールの出射光の波面と光路長との関係を示す図である。図１に示すレーザダイオードモジュール（ＬＤモジュール）３は、レーザダイオード１、コリメートレンズ２を備えて構成されている。

レーザダイオード１は、８５０ｎｍの近赤外光のレーザ光を発光する垂直共振器面発光レーザからなる。なお、レーザダイオード１は、近赤外光を発光するものであれば、８５０ｎｍの波長ではなくてもよい。

コリメートレンズ２は、レーザダイオード１と対向して配置され、レーザダイオード１からのレーザ光をコリメートする。

コリメートレンズ２は、レンズ出射端における波面と、レンズ出射端から、レンズ出射端と干渉計内の固定鏡５との距離Ｌの２倍の距離２Ｌだけ離れた位置における波面とが同一形状となるようにレンズ位置を調整する。

具体的には、コリメートレンズ２は、レンズ出射端の縦ビームプロファイルとレンズ出射端から距離２Ｌだけ離れた位置の縦ビームプロファイルとが同一形状となるように、レーザダイオード１との距離を調整する。

図２は、実施例１のレーザダイオードモジュールを備えた干渉計の構成図である。干渉計は、マイケルソン干渉計からなり、フーリエ変換赤外分光光度計から構成されている。干渉計は、ＬＤモジュール３、移動鏡４、固定鏡５、ビームスプリッタ６、フォトダイオード（ＰＤ）７を備える。

移動鏡４は、コリメートレンズ２の出射端からの光路長がＬ±ｄＬ／２（ｄＬは移動鏡４の移動量）となる位置に配置する。固定鏡５は、コリメートレンズ２の出射端からの光路長がＬとなる位置に配置する。

ＬＤモジュール３は、レーザダイオード１でレーザ光を発光し、レーザ光をコリメートレンズ２でコリメートしてビームスプリッタ６に導く。ビームスプリッタ６は、ＬＤモジュール３からのレーザ光を一方のレーザ光と他方のレーザ光とに２分割する。

一方のレーザ光は固定鏡５で反射されてビームスプリッタ６に戻り、他方のレーザ光は、移動鏡４で反射されてビームスプリッタ６に戻り、ビームスプリッタ６で合成されて干渉波を発生させる。

干渉波は、フォトダイオード７に送られる。フォトダイオード７は、第１干渉波に基づきフーリエ変換処理を行う。移動鏡４の位置により、異なる干渉波が得られるので、フォトダイオード７は、フーリエ変換処理により、各位置の干渉波の信号強度から各波数成分の光の強度に分離する。

図３は、実施例１のレーザダイオードモジュールへの戻り光の経路を示す図である。図３において、レーザダイオード１は、ＬＤチップ８とＬＤパッケージ９とを有している。ＬＤチップ８は、ＬＤパッケージ９の略中央に配置され、ＬＤパッケージ９は、ＬＤチップ８の出射光の経路１０（図３の実線部分）の部分が開口されている。

固定鏡５及び移動鏡４からＬＤチップ８への戻り光の経路１１は、点線で示される。戻り光の波面は、出射端時の波面と同一であるため、ＬＤチップ８の発光面付近で集光する。

ここで、戻り光をコリメートレンズ２により集光した集光スポットがＬＤチップ８の発光面に重なったとすると、ＬＤチップ８の発光面に、出射光と戻り光とが存在することになり、不安定発振が発生する。

このため、固定鏡５及び移動鏡４からの戻り光をコリメートレンズ２により集光した集光スポットがＬＤチップ８の発光面に重ならないように、レーザダイオードモジュール３又は固定鏡５及び移動鏡４を傾けて光軸を調整する。図４に示すように、ＬＤチップ８の発光面１２と戻り光の集光スポット１３とが重ならないように光軸を調整している。

このように、実施例１のレーザダイオードモジュールによれば、コリメートレンズ２は、レンズ出射端における波面と、レンズ出射端から、レンズ出射端と干渉計内の固定鏡との距離の２倍の距離２Ｌだけ離れた位置における波面とが同一形状となるようにレンズ位置を調整し、固定鏡５からの戻り光をコリメートレンズ２により集光した集光スポットがレーザダイオード１の発光面に重ならないように、レーザダイオードモジュール３又は固定鏡５を傾けて光軸を調整した。

従って、戻り光の影響による不安定発振を抑制することができる。不安定発振が抑制されるため、干渉計内の移動鏡の速度変動が抑制されて、スペクトルの分解能が向上する。

（実施例２）
図５は、実施例２のレーザダイオードモジュールへの戻り光とフォトダイオードとの位置関係を示す図である。

実施例２のレーザダイオードモジュールは、実施例１のレーザダイオードモジュールの構成に、さらに、ＬＤチップ８に隣接して配置され、戻り光の光量を検出するフォトダイオード１５を備えている。

フォトダイオード１５は、本発明の光検出素子に対応する。フォトダイオード１５で検出される光量が最大となるようにＬＤモジュール３又は固定鏡５を調整することを特徴とする。

このように、実施例２のレーザダイオードモジュールによれば、ＬＤチップ８に隣接して配置されたフォトダイオード１５により戻り光の光量を検出し、検出される光量が最大となるようにＬＤモジュール３又は固定鏡５を調整するので、調整が簡単になる。

近赤外光の波長を持つレーザダイオード１を使用するため、近赤外光を目視で確認できず、干渉計のアライメント調整が困難であった。

これに対して、実施例２のレーザダイオードモジュールによれば、フォトダイオード１５の出力をモニタしながら干渉計のアライメント調整ができるため、調整が簡単になる。

なお、本発明は、レーザダイオード１として、基板に対して垂直方向に反射鏡があり反射鏡に光が出射する垂直共振器面発光レーザを用いたが、これに代えて、半導体基板の端面に反射鏡があり基板に対して平行方向に光を出射するレーザダイオードからなる端面発光レーザを用いても良い。

本発明に係るレーザダイオードモジュールは、フーリエ変換赤外分光光度計、ポータブルフーリエ変換赤外分光光度計に適用可能である。

１ レーザダイオード
２ コリメートレンズ
３ ＬＤモジュール
４ 移動鏡
５ 固定鏡
６ ビームスプリッタ
７ フォトダイオード
８ ＬＤチップ
９ ＬＤパッケージ
１０ 出射光の経路
１１ 戻り光の経路
１２ 発光面
１３ 戻り光の集光スポット
１５ フォトダイオード

Claims (4)

1. レーザ光を出射するレーザダイオードと、
   前記レーザダイオードから出射されたレーザ光をコリメートして干渉計に導光するコリメートレンズを備えたレーザダイオードモジュールであって、
   前記コリメートレンズは、レンズ出射端における波面と、レンズ出射端から、レンズ出射端と干渉計内の固定鏡との距離の２倍の距離だけ離れた位置における波面とが同一形状となるようにレンズ位置を調整し、
   前記固定鏡からの戻り光を前記コリメートレンズにより集光した集光スポットが前記レーザダイオードの発光面に重ならないように、レーザダイオードモジュール又は前記固定鏡を傾けて光軸を調整したことを特徴とするレーザダイオードモジュール。
2. 前記レーザダイオードに隣接して配置され、前記戻り光の光量を検出する光検出素子を備え、前記光検出素子で検出される光量が最大となるようにレーザダイオードモジュール又は前記固定鏡を調整することを特徴とする請求項１記載のレーザダイオードモジュール。
3. 前記レーザダイオードは、垂直共振器面発光レーザであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザダイオードモジュール。
4. 前記干渉計は、マイケルソン干渉計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項記載のレーザダイオードモジュール。

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