JP3196300B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- JP3196300B2 JP3196300B2 JP07868892A JP7868892A JP3196300B2 JP 3196300 B2 JP3196300 B2 JP 3196300B2 JP 07868892 A JP07868892 A JP 07868892A JP 7868892 A JP7868892 A JP 7868892A JP 3196300 B2 JP3196300 B2 JP 3196300B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ装置に関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】出力されるレーザ光の強度を一定にする
ため、従来、パッケージ内にモニタ用フォトダイオード
を備えた半導体レーザ装置が用いられている。この半導
体レーザ装置では、半導体レーザ素子の主発光面の反対
側の面からわずかに出力されるモニタ光をモニタ用フォ
トダイオードで検出し、その出力を半導体レーザ素子の
駆動電流にフィードバックして、一定の強度のレーザ光
出力を得るようにしていた。
ため、従来、パッケージ内にモニタ用フォトダイオード
を備えた半導体レーザ装置が用いられている。この半導
体レーザ装置では、半導体レーザ素子の主発光面の反対
側の面からわずかに出力されるモニタ光をモニタ用フォ
トダイオードで検出し、その出力を半導体レーザ素子の
駆動電流にフィードバックして、一定の強度のレーザ光
出力を得るようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の半導体レー
ザ装置では、レーザ光出力の強度を一定にすることはで
きるが、半導体レーザ素子の活性層の温度変化に起因す
るレーザ光の中心波長の変動を抑えることはできない。
この中心波長の変動を防止するために、半導体レーザ素
子の温度をセンサにより検出し、ペルチエ素子によりそ
の温度が一定となるように加熱・冷却制御を行なう方法
もとられているが、温度センサは必ずしもレーザが発生
する箇所である活性層の温度を確実に検出することがで
きるとは限らないことから、十分に中心波長を安定させ
ることができないという問題がある。
ザ装置では、レーザ光出力の強度を一定にすることはで
きるが、半導体レーザ素子の活性層の温度変化に起因す
るレーザ光の中心波長の変動を抑えることはできない。
この中心波長の変動を防止するために、半導体レーザ素
子の温度をセンサにより検出し、ペルチエ素子によりそ
の温度が一定となるように加熱・冷却制御を行なう方法
もとられているが、温度センサは必ずしもレーザが発生
する箇所である活性層の温度を確実に検出することがで
きるとは限らないことから、十分に中心波長を安定させ
ることができないという問題がある。
【０００４】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところはレーザ光
の中心波長の変動を検出することができ、それにより、
中心波長及び強度が共に一定となるように制御すること
のできる半導体レーザ装置を提供することにある。
成されたものであり、その目的とするところはレーザ光
の中心波長の変動を検出することができ、それにより、
中心波長及び強度が共に一定となるように制御すること
のできる半導体レーザ装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係る半導体レーザ装置は、 ａ）温度変化に伴い所定範囲内で発振波長が変動する半
導体レーザ素子と、 ｂ）上記所定波長範囲内にある第１閾値波長λ1よりも
短波長側で高い感度を有し、上記半導体レーザ素子から
のモニタ光を受光する第１モニタ用光検出器と、 ｃ）同じく上記所定波長範囲内にある第２閾値波長λ2
（ただし、λ2＞λ1）よりも長波長側で高い感度を有
し、上記半導体レーザ素子からのモニタ光を受光する第
２モニタ用光検出器と、 ｄ）上記半導体レーザ素子の発振波長を上記所定波長範
囲内で任意に変化させるべく、第１モニタ用光検出器及
び第２モニタ用光検出器の出力に基づいて、半導体レー
ザ素子の温度を変化させる温度変更手段と、を備えるこ
とを特徴としている。
に成された本発明に係る半導体レーザ装置は、 ａ）温度変化に伴い所定範囲内で発振波長が変動する半
導体レーザ素子と、 ｂ）上記所定波長範囲内にある第１閾値波長λ1よりも
短波長側で高い感度を有し、上記半導体レーザ素子から
のモニタ光を受光する第１モニタ用光検出器と、 ｃ）同じく上記所定波長範囲内にある第２閾値波長λ2
（ただし、λ2＞λ1）よりも長波長側で高い感度を有
し、上記半導体レーザ素子からのモニタ光を受光する第
２モニタ用光検出器と、 ｄ）上記半導体レーザ素子の発振波長を上記所定波長範
囲内で任意に変化させるべく、第１モニタ用光検出器及
び第２モニタ用光検出器の出力に基づいて、半導体レー
ザ素子の温度を変化させる温度変更手段と、を備えるこ
とを特徴としている。
【０００６】
【作用】発振されるレーザ光の中心波長を一定値λ0に
したい場合には、第１閾値波長λ1及び第２閾値波長λ2
がほぼその値λ0となるように設定する（λ1≒λ2≒λ
0）。レーザ光の中心波長がλ0になっているときは、第
１、第２モニタ用光検出器ｂ，ｃの受光量は所定の比と
なる。しかし、駆動電流や周辺温度の影響等による半導
体レーザ素子ａの温度変化により中心波長がλ0から変
化したときは、第１、第２モニタ用光検出器ｂ，ｃのい
ずれかの方で受光量が増加し、他方で減少する。従っ
て、両モニタ用光検出器ｂ，ｃの出力比が常に所定の値
となるように、温度変更手段ｄを用いて半導体レーザ素
子ａの温度を変化させることにより、中心波長をλ0に
固定することができる。
したい場合には、第１閾値波長λ1及び第２閾値波長λ2
がほぼその値λ0となるように設定する（λ1≒λ2≒λ
0）。レーザ光の中心波長がλ0になっているときは、第
１、第２モニタ用光検出器ｂ，ｃの受光量は所定の比と
なる。しかし、駆動電流や周辺温度の影響等による半導
体レーザ素子ａの温度変化により中心波長がλ0から変
化したときは、第１、第２モニタ用光検出器ｂ，ｃのい
ずれかの方で受光量が増加し、他方で減少する。従っ
て、両モニタ用光検出器ｂ，ｃの出力比が常に所定の値
となるように、温度変更手段ｄを用いて半導体レーザ素
子ａの温度を変化させることにより、中心波長をλ0に
固定することができる。
【０００７】中心波長を所定波長範囲（半導体レーザ素
子の動作可能な温度範囲内での発振レーザ光の中心波長
の変動範囲）内で任意に変化させたい場合には、第１閾
値波長λ1をその所定波長範囲の下限に近づけ、第２閾
値波長λ2を上限に近づける。そして、同様に両モニタ
用光検出器ｂ，ｃの受光量の比が所望の中心波長に対応
する値となるように温度変更手段ｄを作用させる。
子の動作可能な温度範囲内での発振レーザ光の中心波長
の変動範囲）内で任意に変化させたい場合には、第１閾
値波長λ1をその所定波長範囲の下限に近づけ、第２閾
値波長λ2を上限に近づける。そして、同様に両モニタ
用光検出器ｂ，ｃの受光量の比が所望の中心波長に対応
する値となるように温度変更手段ｄを作用させる。
【０００８】なお、上記のような特性を有する第１、第
２モニタ用光検出器は、フォトダイオードの受光面にそ
のような光透過特性を有する薄膜コーティングを施すこ
とにより作製することができる。また、温度変更手段ｄ
としては、ペルチエ素子を使用することができる。
２モニタ用光検出器は、フォトダイオードの受光面にそ
のような光透過特性を有する薄膜コーティングを施すこ
とにより作製することができる。また、温度変更手段ｄ
としては、ペルチエ素子を使用することができる。
【０００９】
【実施例】本発明の一実施例を図１〜図３により説明す
る。本実施例の半導体レーザ装置１０では、パッケージ
１１内に１個の半導体レーザ素子１２と２個のフォトダ
イオード１３、１４が、パッケージ１１外にペルチエ素
子１５が設けられている。半導体レーザ素子１２はパッ
ケージ１１のステム１６上に立設された逆Ｌ字形のヒー
トシンク１７の先端に取り付けられており、レーザ光を
上方の主発光面から発射して、パッケージ１１のキャッ
プの上面に取り付けられたカバーガラス１８を介して外
部に出力する。この半導体レーザ素子１２の発振レーザ
光の公称の中心波長をλ0とする。
る。本実施例の半導体レーザ装置１０では、パッケージ
１１内に１個の半導体レーザ素子１２と２個のフォトダ
イオード１３、１４が、パッケージ１１外にペルチエ素
子１５が設けられている。半導体レーザ素子１２はパッ
ケージ１１のステム１６上に立設された逆Ｌ字形のヒー
トシンク１７の先端に取り付けられており、レーザ光を
上方の主発光面から発射して、パッケージ１１のキャッ
プの上面に取り付けられたカバーガラス１８を介して外
部に出力する。この半導体レーザ素子１２の発振レーザ
光の公称の中心波長をλ0とする。
【００１０】半導体レーザ素子１２は主発光面の反対側
の端面からも僅かにモニタ光が放出されるようになって
おり、その端面から放出されたモニタ光は半導体レーザ
素子１２の下側に設けられた２個のフォトダイオード１
３、１４により受光される。各フォトダイオード１３、
１４の受光面には薄膜コーティングによるフィルタが設
けられており、そのフィルタの光透過特性は図２に示す
ように設定されている。図２において、左側の破線２１
が第１フォトダイオード１３の表面のフィルタの光透過
特性であり、右側の破線２２が第２フォトダイオード１
４の表面のフィルタの光透過特性である。第１フォトダ
イオード１３は上記公称中心波長λ0よりも短波長側で
高感度であるが、それよりも長波長側では殆ど感度を有
しない。第２フォトダイオード１４はその逆となってい
る。本実施例ではペルチエ素子１５はパッケージ１１の
ステム１６の下に、別のヒートシンク１９を介して取り
付けられている。
の端面からも僅かにモニタ光が放出されるようになって
おり、その端面から放出されたモニタ光は半導体レーザ
素子１２の下側に設けられた２個のフォトダイオード１
３、１４により受光される。各フォトダイオード１３、
１４の受光面には薄膜コーティングによるフィルタが設
けられており、そのフィルタの光透過特性は図２に示す
ように設定されている。図２において、左側の破線２１
が第１フォトダイオード１３の表面のフィルタの光透過
特性であり、右側の破線２２が第２フォトダイオード１
４の表面のフィルタの光透過特性である。第１フォトダ
イオード１３は上記公称中心波長λ0よりも短波長側で
高感度であるが、それよりも長波長側では殆ど感度を有
しない。第２フォトダイオード１４はその逆となってい
る。本実施例ではペルチエ素子１５はパッケージ１１の
ステム１６の下に、別のヒートシンク１９を介して取り
付けられている。
【００１１】本実施例の半導体レーザ装置１０では、こ
れらの各要素を図３に示すように接続することにより、
発振レーザ光の強度を一定にするとともに、その中心波
長も一定にすることができる。まず、中心波長を一定値
λ0にするための制御について説明する。半導体レーザ
素子１２の発振レーザ光の中心波長は素子の温度により
変化し、温度が上昇すると中心波長が長くなり、低下す
ると短くなる。本実施例の半導体レーザ装置１０では、
両フォトダイオード１３、１４の受光感度が図２のよう
に設定されているため、半導体レーザ素子１２の発振波
長２３の中心値（中心波長）が丁度λ0のところにある
ときは両フォトダイオード１３、１４の受光量はほぼ等
しいが、中心波長が短波長側にずれた場合、第１フォト
ダイオード１３の受光量は増加し、第２フォトダイオー
ド１４の受光量は減少する。逆に、中心波長が長波長側
にずれた場合には、第１フォトダイオード１３の受光量
は減少し、第２フォトダイオード１４の受光量は増加す
る。従って、制御装置３１で両フォトダイオード１３、
１４からの検出電流を比較することにより、半導体レー
ザ素子１２の発振レーザ光の中心波長の変動を検出する
ことができる。そして、両検出電流の比に応じてペルチ
エ素子１５の駆動電流源３３を制御することにより、半
導体レーザ素子１２の温度を一定に保ち、中心波長を一
定値λ0に固定することができる。
れらの各要素を図３に示すように接続することにより、
発振レーザ光の強度を一定にするとともに、その中心波
長も一定にすることができる。まず、中心波長を一定値
λ0にするための制御について説明する。半導体レーザ
素子１２の発振レーザ光の中心波長は素子の温度により
変化し、温度が上昇すると中心波長が長くなり、低下す
ると短くなる。本実施例の半導体レーザ装置１０では、
両フォトダイオード１３、１４の受光感度が図２のよう
に設定されているため、半導体レーザ素子１２の発振波
長２３の中心値（中心波長）が丁度λ0のところにある
ときは両フォトダイオード１３、１４の受光量はほぼ等
しいが、中心波長が短波長側にずれた場合、第１フォト
ダイオード１３の受光量は増加し、第２フォトダイオー
ド１４の受光量は減少する。逆に、中心波長が長波長側
にずれた場合には、第１フォトダイオード１３の受光量
は減少し、第２フォトダイオード１４の受光量は増加す
る。従って、制御装置３１で両フォトダイオード１３、
１４からの検出電流を比較することにより、半導体レー
ザ素子１２の発振レーザ光の中心波長の変動を検出する
ことができる。そして、両検出電流の比に応じてペルチ
エ素子１５の駆動電流源３３を制御することにより、半
導体レーザ素子１２の温度を一定に保ち、中心波長を一
定値λ0に固定することができる。
【００１２】また、図２の出力カーブ２４に示すよう
に、レーザ出力の強度が低下した場合は、第１、第２の
両フォトダイオード１３、１４の受光量が総体的に低下
するため、制御装置３１において両フォトダイオード１
３、１４の検出電流の和を監視することによりレーザ出
力強度の変動を検出することができる。出力強度の変動
は、半導体レーザ素子１２の駆動電流源３２を制御する
ことにより補償することができる。なお、半導体レーザ
素子１２を加熱及び冷却するためのペルチエ素子は、図
４に示すように、パッケージ１１内に入れても良い。
に、レーザ出力の強度が低下した場合は、第１、第２の
両フォトダイオード１３、１４の受光量が総体的に低下
するため、制御装置３１において両フォトダイオード１
３、１４の検出電流の和を監視することによりレーザ出
力強度の変動を検出することができる。出力強度の変動
は、半導体レーザ素子１２の駆動電流源３２を制御する
ことにより補償することができる。なお、半導体レーザ
素子１２を加熱及び冷却するためのペルチエ素子は、図
４に示すように、パッケージ１１内に入れても良い。
【００１３】上記実施例では発振レーザ光の中心波長を
一定とするための使用法を説明したが、第１及び第２の
モニタ用フォトダイオード１３、１４のフィルタの透過
特性を図５に示すように、両者の閾値λ1、λ2の間に
（半導体レーザ素子１２の発振波長２３の幅に比べて）
やや大きな隙間が空くように設定し、その間で半導体レ
ーザ素子１２の中心波長λ0を任意に変動させるような
使用法をとることもできる。この場合には、制御装置３
１が両モニタ用フォトダイオード１３、１４の出力が予
め定められたプログラムに従って変動するように、半導
体レーザ素子１２及びペルチエ素子１５の駆動電流を制
御する。
一定とするための使用法を説明したが、第１及び第２の
モニタ用フォトダイオード１３、１４のフィルタの透過
特性を図５に示すように、両者の閾値λ1、λ2の間に
（半導体レーザ素子１２の発振波長２３の幅に比べて）
やや大きな隙間が空くように設定し、その間で半導体レ
ーザ素子１２の中心波長λ0を任意に変動させるような
使用法をとることもできる。この場合には、制御装置３
１が両モニタ用フォトダイオード１３、１４の出力が予
め定められたプログラムに従って変動するように、半導
体レーザ素子１２及びペルチエ素子１５の駆動電流を制
御する。
【００１４】更に、図６に示すように、３個以上のフォ
トダイオード（及びフィルタ）を用いて２個以上の谷を
持つ透過特性カーブ２５を形成し、発振レーザの中心波
長をこれらの谷のいずれか（λ1又はλ2）とするように
制御を行なうこともできる。
トダイオード（及びフィルタ）を用いて２個以上の谷を
持つ透過特性カーブ２５を形成し、発振レーザの中心波
長をこれらの谷のいずれか（λ1又はλ2）とするように
制御を行なうこともできる。
【００１５】
【発明の効果】本発明に係る半導体レーザ装置では、半
導体レーザ素子の所定の発振波長よりも短波長側と長波
長側とに分けてレーザ光をモニタするため、両者の受光
量の比をとることにより中心波長の変動を直接検出する
ことができる。また、両者の総和をとることにより、出
力強度の変動をも検出することができる。発振波長の変
動はペルチエ素子等により半導体レーザ素子の温度を変
化させることにより、また、出力強度の変動はレーザ駆
動電流を変化させることにより、共に一定値となるよう
に制御することができる。このため、特に、固体レーザ
の励起光源として用いられる場合のように、波長安定性
が要求される用途に適した半導体レーザ装置とすること
ができる。また、一定値となるように制御するばかりで
はなく、所定のプログラムに従って発振波長を変動させ
ることもできる。
導体レーザ素子の所定の発振波長よりも短波長側と長波
長側とに分けてレーザ光をモニタするため、両者の受光
量の比をとることにより中心波長の変動を直接検出する
ことができる。また、両者の総和をとることにより、出
力強度の変動をも検出することができる。発振波長の変
動はペルチエ素子等により半導体レーザ素子の温度を変
化させることにより、また、出力強度の変動はレーザ駆
動電流を変化させることにより、共に一定値となるよう
に制御することができる。このため、特に、固体レーザ
の励起光源として用いられる場合のように、波長安定性
が要求される用途に適した半導体レーザ装置とすること
ができる。また、一定値となるように制御するばかりで
はなく、所定のプログラムに従って発振波長を変動させ
ることもできる。
【図１】 本発明の一実施例である半導体レーザ装置の
構造を示す断面図。
構造を示す断面図。
【図２】 発振波長が一定となるように制御するための
２個のモニタ用フォトダイオードのフィルタの透過特性
を示すグラフ。
２個のモニタ用フォトダイオードのフィルタの透過特性
を示すグラフ。
【図３】 実施例の半導体レーザ装置の使用方法を示す
回路図。
回路図。
【図４】 ペルチエ素子をパッケージの内部に入れた半
導体レーザ素子の断面図。
導体レーザ素子の断面図。
【図５】 発振波長を任意に変動させるためのモニタ用
フォトダイオードのフィルタの透過特性を示すグラフ。
フォトダイオードのフィルタの透過特性を示すグラフ。
【図６】 発振波長を２値の間で変化させるためのモニ
タ用フォトダイオードのフィルタの透過特性を示すグラ
フ。
タ用フォトダイオードのフィルタの透過特性を示すグラ
フ。
１０…半導体レーザ装置 １１…パッケー
ジ １２…半導体レーザ素子 １３、１４…モ
ニタ用フォトダイオード １５…ペルチエ素子 １６…ステム １７…ヒートシンク １８…カバーガ
ラス １９…ヒートシンク ３１…制御装置
ジ １２…半導体レーザ素子 １３、１４…モ
ニタ用フォトダイオード １５…ペルチエ素子 １６…ステム １７…ヒートシンク １８…カバーガ
ラス １９…ヒートシンク ３１…制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−349678（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−171880（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−80384（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−233382（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−74687（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−91982（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−277929（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50
Claims (2)
- 【請求項１】 ａ）温度変化に伴い所定範囲内で発振波
長が変動する半導体レーザ素子と、 ｂ）上記所定波長範囲内にある第１閾値波長λ1よりも
短波長側で高い感度を有し、上記半導体レーザ素子から
のモニタ光を受光する第１モニタ用光検出器と、 ｃ）同じく上記所定波長範囲内にある第２閾値波長λ2
（ただし、λ2＞λ1）よりも長波長側で高い感度を有
し、上記半導体レーザ素子からのモニタ光を受光する第
２モニタ用光検出器と、 ｄ）上記半導体レーザ素子の発振波長を上記両波長λ1
とλ2の間で任意に変化させるべく、第１モニタ用光検
出器及び第２モニタ用光検出器の出力に基づいて、半導
体レーザ素子の温度を変化させる温度変更手段と、 を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 更に、上記第１閾値波長λ1と第２閾値
波長λ2の間で高い感度を有する１個以上のモニタ用光
検出器を備え、上記温度変更手段は、上記半導体レーザ
の発振波長が、感度波長域が隣接する両モニタ用光検出
器の２つの透過特性カーブにより形成される谷の部分の
波長となるように半導体レーザ素子の温度を変化させ
る、請求項１記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07868892A JP3196300B2 (ja) | 1992-02-27 | 1992-02-27 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07868892A JP3196300B2 (ja) | 1992-02-27 | 1992-02-27 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05243664A JPH05243664A (ja) | 1993-09-21 |
| JP3196300B2 true JP3196300B2 (ja) | 2001-08-06 |
Family
ID=13668813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07868892A Expired - Fee Related JP3196300B2 (ja) | 1992-02-27 | 1992-02-27 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3196300B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001257419A (ja) | 2000-03-10 | 2001-09-21 | Nec Corp | 波長安定化レーザモジュール |
| JP4901246B2 (ja) * | 2006-03-15 | 2012-03-21 | 財団法人２１あおもり産業総合支援センター | 分光輝度分布推定システムおよび方法 |
| JP2010258433A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-11-11 | Spectronix Corp | レーザ光の波長変動検出装置および波長変動検出方法 |
| WO2019087640A1 (ja) * | 2017-11-01 | 2019-05-09 | オリンパス株式会社 | 光源装置 |
-
1992
- 1992-02-27 JP JP07868892A patent/JP3196300B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05243664A (ja) | 1993-09-21 |
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