JP2020064894A - Semiconductor laser module - Google Patents

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Abstract

To provide a semiconductor laser module capable of obtaining constant output even when properties of a transmittance curve of a filter has changed by a change of temperature.SOLUTION: A semiconductor laser module used as an excitation light source of a fluorescent body includes: a semiconductor laser 1 emitting laser beam; a beam shaping optical system 2 shaping the laser beam emitted by the semiconductor laser 1; a short path filter 3 passing wavelength of the laser beam shaped by the beam shaping optical system 2; a beam splitter 4 branching the laser beam passing the short path filter 3; a photodiode 5 receiving the laser beam branched by the beam splitter 4; and an APC circuit 6 controlling current of the semiconductor laser 1 so that a reception optical signal based on the laser beam received by the photodiode 5 becomes a prescribed value.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、蛍光体の励起光源として用いられる半導体レーザモジュールに関する。   The present invention relates to a semiconductor laser module used as an excitation light source for phosphors.

特許文献１には、半導体レーザモジュールで蛍光体を励起し、蛍光体の蛍光を検出する光検出型電気泳動装置が記載されている。   Patent Document 1 describes a photodetection-type electrophoretic device that excites a phosphor with a semiconductor laser module and detects fluorescence of the phosphor.

この場合、励起光源としての半導体レーザモジュールのレーザ光の発振波長と蛍光体の発光波長が近接することがある。この場合、半導体レーザから出射されるＬＥＤ発光スペクトルによって、蛍光体の発光波長帯のＳＮ（信号対雑音比）が悪くなる。   In this case, the oscillation wavelength of the laser light of the semiconductor laser module as the excitation light source may be close to the emission wavelength of the phosphor. In this case, the LED emission spectrum emitted from the semiconductor laser deteriorates the SN (signal-to-noise ratio) of the emission wavelength band of the phosphor.

このため、半導体レーザモジュールのレーザ出射側にフィルタを配置して、蛍光体の発光波長帯のスペクトルを減衰させることで、蛍光体の発光波長帯のＳＮの悪化を抑制している。   Therefore, by disposing a filter on the laser emission side of the semiconductor laser module to attenuate the spectrum of the emission wavelength band of the phosphor, deterioration of SN of the emission wavelength band of the phosphor is suppressed.

特開平６−９４６１７号公報JP, 6-94617, A

しかしながら、半導体レーザモジュールのレーザ光の発振波長と蛍光体の発光波長が近接しているので、フィルタのカットオフ周波数をレーザ光の発振波長付近となるように調整する必要がある。   However, since the oscillation wavelength of the laser light of the semiconductor laser module and the emission wavelength of the phosphor are close to each other, it is necessary to adjust the cutoff frequency of the filter so as to be near the oscillation wavelength of the laser light.

このため、フィルタの透過率曲腺が半導体レーザモジュールのレーザ光の発振波長と近接することになる。このため、温度変化によって、フィルタの透過率曲腺の特性が変化すると、フィルタの出力が変動してしまう。   Therefore, the transmittance curve of the filter is close to the oscillation wavelength of the laser light of the semiconductor laser module. Therefore, when the characteristics of the transmittance curve of the filter change due to the temperature change, the output of the filter changes.

本発明の課題は、温度変化によって、フィルタの透過率曲腺の特性が変化しても、一定の出力を得ることができる半導体レーザモジュールを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor laser module that can obtain a constant output even if the characteristics of the transmittance curve of the filter change due to temperature changes.

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、蛍光体の励起光源として用いられる半導体レーザモジュールであって、レーザ光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザから出射されたレーザ光を整形する整形レンズと、前記整形レンズで整形されたレーザ光の波長を通過させるフィルタと、前記フィルタで通過されたレーザ光を分岐するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタで分岐されたレーザ光を受光する受光素子と、前記受光素子で受光されたレーザ光に基づく受光信号が所定値になるように前記半導体レーザの電流を制御する制御部とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 is a semiconductor laser module used as an excitation light source for a phosphor, wherein a semiconductor laser that emits a laser beam and a laser beam emitted from the semiconductor laser are shaped. Shaping lens, a filter for passing the wavelength of the laser light shaped by the shaping lens, a beam splitter for splitting the laser light passed by the filter, and a light receiving device for receiving the laser light split by the beam splitter An element and a control unit that controls the current of the semiconductor laser so that a light receiving signal based on the laser light received by the light receiving element has a predetermined value.

請求項２の発明では、前記フィルタは、短波長側を通過させ、長波長側を遮断するショートパスフィルタからなり、前記ショートパスフィルタは、カットオフ周波数が前記半導体レーザのレーザ光の波長付近となるように調整されていることを特徴とする。   In the invention of claim 2, the filter is a short-pass filter that passes a short wavelength side and blocks a long wavelength side, and the cut-off frequency of the short-pass filter is near the wavelength of the laser light of the semiconductor laser. Is adjusted so that

請求項３の発明では、前記ショートパスフィルタは、入射面が前記半導体レーザの電場方向に対して平行であることを特徴とする。   In the invention of claim 3, the incident surface of the short-pass filter is parallel to the electric field direction of the semiconductor laser.

請求項４の発明では、前記ショートパスフィルタは、入射面が前記半導体レーザの磁場方向に対して平行であることを特徴とする。   In the invention of claim 4, the incident surface of the short-pass filter is parallel to the magnetic field direction of the semiconductor laser.

本発明によれば、温度変化によって、フィルタの透過率曲腺の特性が変化しても、制御部は、受光素子で受光されたレーザ光に基づく受光信号が所定値になるように半導体レーザの電流を制御するので、一定の出力を得ることができる。その結果、環境温度の変化の影響を受けない。   According to the present invention, even if the characteristics of the transmittance curve of the filter change due to temperature change, the control unit controls the semiconductor laser so that the light receiving signal based on the laser light received by the light receiving element has a predetermined value. Since the current is controlled, a constant output can be obtained. As a result, it is not affected by changes in ambient temperature.

実施例１の半導体レーザモジュールの構成を示す図である。3 is a diagram showing a configuration of a semiconductor laser module of Example 1. FIG. 実施例１の半導体レーザモジュールに設けられるショートパスフィルタの透過率特性を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the transmittance characteristics of the short pass filter provided in the semiconductor laser module of Example 1. 図２に示すショートパスフィルタの透過率特性の５１５ｎｍ付近の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a transmittance characteristic of the short pass filter shown in FIG. 2 near 515 nm.

以下、本発明の半導体レーザ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。   Hereinafter, an embodiment of a semiconductor laser module of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（実施例１）
図１は、実施例１の半導体レーザモジュールの構成を示す図である。半導体レーザモジュールは、蛍光体の励起光源として用いられる半導体レーザモジュールであって、半導体レーザ１、ビーム整形光学系２、ショートパスフィルタ３、ビームスプリッタ４、フォトダイオード（ＰＤ）５、ＡＰＣ回路（Auto Power Control）６、窓７を備えている。 (Example 1)
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the semiconductor laser module according to the first embodiment. The semiconductor laser module is a semiconductor laser module used as an excitation light source for a phosphor, and includes a semiconductor laser 1, a beam shaping optical system 2, a short pass filter 3, a beam splitter 4, a photodiode (PD) 5, an APC circuit (Auto). Power Control) 6 and windows 7.

半導体レーザ１は、蛍光体を励起する励起用レーザであり、励起用のレーザ光を出射する。半導体レーザ１の発振波長は、４８８ｎｍ、５０５ｎｍ、５１５ｎｍのレーザダイオードが用いられる。   The semiconductor laser 1 is an excitation laser that excites a phosphor, and emits excitation laser light. Laser diodes having oscillation wavelengths of 488 nm, 505 nm and 515 nm are used for the semiconductor laser 1.

ビーム整形光学系２は、整形レンズからなり、半導体レーザ１から出射されたレーザ光を所望のビーム形状に整形して窓７を介して出射側に空間伝搬させる。   The beam shaping optical system 2 is composed of a shaping lens, shapes the laser light emitted from the semiconductor laser 1 into a desired beam shape, and spatially propagates it through the window 7 to the emission side.

ショートパスフィルタ３は、ビーム整形光学系２で整形されたレーザ光の波長を通過させる。ショートパスフィルタ３は、短波長側を通過させ、長波長側を遮断する機能を有した誘電体多層膜フィルタからなり、透過帯から透過阻止帯への移行が急峻になるように誘電体多層膜が形成されている。   The short pass filter 3 allows the wavelength of the laser light shaped by the beam shaping optical system 2 to pass. The short-pass filter 3 is composed of a dielectric multi-layered film filter having a function of passing the short wavelength side and blocking the long wavelength side, and the dielectric multi-layered film so that the transition from the transmission band to the transmission stop band becomes sharp. Are formed.

また、ショートパスフィルタ３の入射面が半導体レーザ１の磁場方向に対して平行になるように設置されている。さらに、ショートパスフィルタ３への入射角が５〜１５°となるように角度を調整することで、カットオフ周波数が各半導体レーザ１のロットのばらつきの上限値付近となる。ここで、カットオフ周波数ｆｃとは、ショートパスフィルタ３の透過率が５０％となる周波数である。   Further, the incident surface of the short pass filter 3 is installed so as to be parallel to the magnetic field direction of the semiconductor laser 1. Furthermore, by adjusting the angle so that the incident angle on the short-pass filter 3 is 5 to 15 °, the cutoff frequency becomes close to the upper limit of the lot variation of each semiconductor laser 1. Here, the cutoff frequency fc is a frequency at which the transmittance of the short pass filter 3 is 50%.

例えば、半導体レーザ１の発振波長が５０５ｎｍである場合、カットオフ周波数が５０７ｎｍ付近となるようにする入射角を調整する。   For example, when the oscillation wavelength of the semiconductor laser 1 is 505 nm, the incident angle is adjusted so that the cutoff frequency is around 507 nm.

即ち、ショートパスフィルタ３は、カットオフ周波数が半導体レーザ１のレーザ光の波長付近となるように調整される。   That is, the short pass filter 3 is adjusted so that the cutoff frequency is near the wavelength of the laser light of the semiconductor laser 1.

その結果、図２、図３に示すような透過率特性となり、５１５ｎｍ以上の波長域に対しては、透過率は０．１％以下となる。図３からもわかるように、５１５ｎｍでは、透過率は０．０７％となる。   As a result, the transmittance characteristics shown in FIGS. 2 and 3 are obtained, and the transmittance is 0.1% or less in the wavelength range of 515 nm or more. As can be seen from FIG. 3, at 515 nm, the transmittance is 0.07%.

ビームスプリッタ４は、ショートパスフィルタ３で通過されたレーザ光を２分岐し、一方のレーザ光をフォトダイオード５に導光し、他方のレーザ光を窓７を介して外部に出射する。   The beam splitter 4 splits the laser light passed by the short-pass filter 3 into two, guides one laser light to the photodiode 5, and emits the other laser light to the outside through the window 7.

フォトダイオード５は、本発明の受光素子に対応し、ビームスプリッタ４で分岐されたレーザ光を受光し、受光光信号を電気信号に変換する。ＡＰＣ回路６は、本発明の制御部に対応し、フォトダイオード５からの電気信号が所定値になるように半導体レーザ１の電流を制御する。ビームスプリッタ４の分岐率が変化しない場合には、窓７から出射した光の出力は、一定値となる。   The photodiode 5 corresponds to the light receiving element of the present invention, receives the laser light branched by the beam splitter 4, and converts the received light signal into an electric signal. The APC circuit 6 corresponds to the control unit of the present invention and controls the current of the semiconductor laser 1 so that the electric signal from the photodiode 5 has a predetermined value. When the branching ratio of the beam splitter 4 does not change, the output of the light emitted from the window 7 has a constant value.

このように、実施例１の半導体レーザモジュールによれば、温度変化によって、ショートパスフィルタ３の透過率曲腺の特性が変化しても、ＡＰＣ回路６は、フォトダイオード５で受光されたレーザ光に基づく受光信号が所定値になるように半導体レーザ１の電流を制御するので、一定の出力を得ることができる。その結果、環境温度の変化の影響を受けない。   As described above, according to the semiconductor laser module of the first embodiment, even if the characteristics of the transmittance curve of the short pass filter 3 change due to the temperature change, the APC circuit 6 causes the laser light received by the photodiode 5 to change. Since the current of the semiconductor laser 1 is controlled so that the received light signal based on the above becomes a predetermined value, a constant output can be obtained. As a result, it is not affected by changes in ambient temperature.

また、ショートパスフィルタ３の膜質が多孔質である場合、ショートパスフィルタ３の複屈折性に起因して、レーザ光の偏光方向が回転してしまう。   When the film quality of the short pass filter 3 is porous, the polarization direction of the laser light is rotated due to the birefringence of the short pass filter 3.

これに対して、ショートパスフィルタ３の入射面を半導体レーザ１の磁場方向に対して平行になるように調整することで、レーザ光の偏光方向を回転しないようにすることができる。   On the other hand, by adjusting the incident surface of the short pass filter 3 to be parallel to the magnetic field direction of the semiconductor laser 1, the polarization direction of the laser light can be prevented from rotating.

また、ショートパスフィルタ３入射面を半導体レーザ１の電場方向に対して平行になるように調整することで、レーザ光の偏光方向を回転しないようにすることができる。   Further, by adjusting the incident surface of the short pass filter 3 to be parallel to the electric field direction of the semiconductor laser 1, it is possible to prevent the polarization direction of the laser light from rotating.

本発明に係る半導体レーザモジュールは、励起光源に適用可能である。   The semiconductor laser module according to the present invention can be applied to an excitation light source.

１ 半導体レーザ
２ ビーム整形光学系
３ ショートパスフィルタ
４ ビームスプリッタ
５ フォトダイオード
６ ＡＰＣ回路
７ 窓
1 Semiconductor Laser 2 Beam Shaping Optical System 3 Short Pass Filter 4 Beam Splitter 5 Photodiode 6 APC Circuit 7 Window

Claims (4)

蛍光体の励起光源として用いられる半導体レーザモジュールであって、
レーザ光を出射する半導体レーザと、
前記半導体レーザから出射されたレーザ光を整形する整形レンズと、
前記整形レンズで整形されたレーザ光の波長を通過させるフィルタと、
前記フィルタで通過されたレーザ光を分岐するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタで分岐されたレーザ光を受光する受光素子と、
前記受光素子で受光されたレーザ光に基づく受光信号が所定値になるように前記半導体レーザの電流を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする半導体レーザモジュール。 A semiconductor laser module used as an excitation light source for a phosphor,
A semiconductor laser that emits laser light;
A shaping lens that shapes the laser light emitted from the semiconductor laser,
A filter that passes the wavelength of the laser light shaped by the shaping lens,
A beam splitter that splits the laser light passed by the filter,
A light receiving element for receiving the laser light branched by the beam splitter,
A control unit that controls the current of the semiconductor laser so that a light receiving signal based on the laser light received by the light receiving element has a predetermined value,
A semiconductor laser module comprising: 前記フィルタは、短波長側を通過させ、長波長側を遮断するショートパスフィルタからなり、前記ショートパスフィルタは、カットオフ周波数が前記半導体レーザのレーザ光の波長付近となるように調整されていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザモジュール。   The filter is a short-pass filter that passes a short-wavelength side and blocks a long-wavelength side, and the short-pass filter is adjusted so that a cutoff frequency is near the wavelength of the laser light of the semiconductor laser. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein: 前記ショートパスフィルタは、入射面が前記半導体レーザの電場方向に対して平行であることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザモジュール。   The semiconductor laser module according to claim 2, wherein an incident surface of the short pass filter is parallel to an electric field direction of the semiconductor laser. 前記ショートパスフィルタは、入射面が前記半導体レーザの磁場方向に対して平行であることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザモジュール。
The semiconductor laser module according to claim 2, wherein the incident surface of the short pass filter is parallel to the magnetic field direction of the semiconductor laser.
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