JP4120782B2 - 半導体レーザ光源装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ光源装置に関し、特に、高効率でかつ安定した出力レーザ光を取り出せる半導体レーザ光源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動光量安定化制御（ＡＰＣ）を行い開口板で出力レーザ光の断面形状を制限する半導体レーザ光源装置は、図３に示すような構成をとっている。すなわち、半導体レーザ１の出射端から出た発散レーザ光はコリメータレンズ２で平行光に変換され、ビームスプリッター３でその一部が反射されて分割され、反射された一部のレーザ光は自動光量安定化制御のためのフィードバック信号を得るためのフォトダイオード等の光検出器５へ導かれる。また、ビームスプリッター３を透過したレーザ光は、円形等の所定形状の開口を持つ開口板４に達し、所定の断面形状に制限されて出力レーザ光６となって出射する。
【０００３】
図３に示すように、Ｘ−Ｚ面を半導体レーザ１の接合面１０に平行に設定すると、光軸を含むＸ−Ｚ面内での半導体レーザ１から出た発散レーザ光は、図４に示すようにコリメータレンズ２で平行光に変換されるが、Ｘ方向でのその平行光の光量分布は光軸上で最も強く光軸の両側で対称な例えばガウス分布形状には必ずしもならず、ピーク位置が光軸からΔＸだけずれることがある。特に、Ａｌ_x Ｉｎ_y Ｇａ_1-x-y Ｎ系半導体レーザ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ＜１）（例えば、特開２００１−４４５７０、特開２００１−２３７４５７参照）においては、原因は必ずしも明らかでないが、この傾向が強く、製品毎にばらつきやすい。
【０００４】
このように、光量分布のピークが光軸からΔＸだけずれる場合に、最大効率で出力レーザ光を取り出すために、開口板４を図３のＸ方向に位置調節して出力レーザ光６の中心の光量分布が最も強くなるように調節するのが一般的である。
【０００５】
一方、光量分布が光軸に対して対称でない場合には、光検出器５もＸ方向に位置調節して光検出器５に入射するレーザ光の強度を最大にしなけばならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、開口板４と光検出器５を別々に位置調節する場合、図５に模式的に示すように、開口板４から出射する出力レーザ光６と、検出器５に入射してその強度が検出されるレーザ光との間に位置ずれが生じやすく、両者の光量分布が同じでないと、安定した自動光量安定化制御を行うことが必ずしも容易ではない。
【０００７】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、単一の調節動作で開口板４と光検出器５を最適な位置に調節でき、高効率でかつ安定した出力レーザ光を取り出せる半導体レーザ光源装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の半導体レーザ光源装置は、少なくとも半導体レーザと、それからの発振レーザ光を分割するビームスプリッターと、前記ビームスプリッターで反射されたレーザ光の強度を検出する光検出器と、前記ビームスプリッターを透過したレーザ光の断面形状を成形する開口とを備えた半導体レーザ光源装置において、
前記ビームスプリッターで分割された２つのレーザ光の光路中に前記光検出器と前記開口とを一体に支持して前記２つのレーザ光を共に垂直に横断する方向に位置調節可能な支持部材を備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
この場合に、半導体レーザとビームスプリッターの間にコリメータ光学系を備えていることが望ましい。
【００１０】
また、ビームスプリッターはコリメータ光学系の光軸を含み半導体レーザの接合面に垂直な面内に分割された一方のレーザ光を反射するように配置され、支持部材は半導体レーザの接合面に平行な方向に位置調節可能に配置されていることが望ましい。
【００１１】
また、支持部材は、半導体レーザ、コリメータ光学系、ビームスプリッターを支持するケースに設けた案内面に沿って位置調節可能に配置されていることが望ましい。
【００１２】
また、コリメータ光学系とビームスプリッターの間に、レーザ光のビーム径を半導体レーザの接合面に平行な方向に拡大するビーム径拡大光学系が配置されていることが望ましい。
【００１３】
また、光検出器の受光面が入射するレーザ光に対して垂直でなく傾くように支持部材に取り付けられていることが望ましい。
【００１４】
なお、半導体レーザとしてＡｌ_x Ｉｎ_y Ｇａ_1-x-y Ｎ系半導体レーザ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ＜１）等を適用することが望ましい。
【００１５】
本発明においては、ビームスプリッターで分割された２つのレーザ光の光路中に光検出器と開口とを一体に支持してその２つのレーザ光を共に垂直に横断する方向に位置調節可能な支持部材を備えているので、開口を通過する出力レーザ光と光検出器に入射するレーザ光の光量分布を一致させることができ、その光検出器の検出信号に基づく自動光量安定化制御を安定的に確実に行うことができると共に、支持部材の位置調節だけで開口から出力するレーザ光を高効率で最大に調整することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の半導体レーザ光源装置を実施例に基づいて説明する。
【００１７】
図１に、本発明の１実施例の半導体レーザ光源装置の模式的斜視図を示す。Ａｌ_x Ｉｎ_y Ｇａ_1-x-y Ｎ系半導体レーザ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ＜１）のような半導体レーザ１が、その接合面１０がＸ−Ｚ面に平行で、接合面１０に垂直にＹ軸方向が向き、接合面１０からＺ軸方向に発散レーザ光が出射するように配置され、半導体レーザ１の接合面１０の出射端から出た発散レーザ光を平行光に変換するコリメータレンズ２が半導体レーザ１の出射光路中に配置され、コリメータレンズ２で平行になった光路中にビームスプリッタープリズムあるいはハーフミラー等のビームスプリッター３が配置されている。このビームスプリッター３はコリメータレンズ２からの平行レーザ光をＹ軸方向に分割するように配置されている。
【００１８】
ビームスプリッター３で例えば１０％だけ反射されて分割されたレーザ光の光路中には、自動光量安定化制御のためのフィードバック信号を得るためのフォトダイオード等の光検出器５が配置されており、その分割レーザ光はその光検出器５に入射するようになっている。この光検出器５は、位置調整用のＬ字部材２０の一方のウイング板２１に設けた孔２３中に取り付けられており、その孔２３を経て光検出器５に分割レーザ光が入射するようになっている。
【００１９】
また、ビームスプリッター３を透過した残りの例えば９０％のレーザ光の光路中には、円形等の所定形状の開口２４が配置されており、ビームスプリッター３を透過したレーザ光はその開口２４で所定の断面形状に制限されて出力レーザ光６となって射出するようになっている。この開口２４は、上記の位置調整用のＬ字部材２０の他方のウイング板２２に一体に設けられている。
【００２０】
このような配置において、位置調整用のＬ字部材２０はＸ軸方向に位置調節可能に構成されており、基準の半導体レーザ１を取り付けたとき、開口２４の中心にビームスプリッター３を透過したレーザ光の光量分布のピーク位置が一致し、また、光検出器５の受光面の中心にビームスプリッター３を反射した分割レーザ光の光量分布のピーク位置が一致するように調整されているとする。
【００２１】
このような状態で、実際の製品の半導体レーザ１を取り付けたときに、例えば図４で図示したように、ビームスプリッター３を透過したレーザ光の光量分布のピーク位置がＸ軸方向に例えば−ΔＸだけずれるとすると、Ｌ字部材２０をこの場合はＸ軸方向に対応する−ΔＸだけ位置調節すると、Ｌ字部材２０の他方のウイング板２２に一体に設けられた開口２４の中心にビームスプリッター３を透過したレーザ光の光量分布のピーク位置が一致することになる。
【００２２】
同時に、このＬ字部材２０のＸ軸方向への−ΔＸの位置調節により、一方のウイング板２１に設けた孔２３も同様にＸ軸方向へ−ΔＸだけ移動し、その孔２３の中の光検出器５もＸ軸方向へ−ΔＸだけ移動する。ビームスプリッター３でＹ軸方向に分割された分割レーザ光も透過レーザ光と同様に光量分布のピーク位置がＸ軸方向に−ΔＸだけずれているので、光検出器５の受光面の中心にビームスプリッター３を反射した分割レーザ光の光量分布のピーク位置が一致するようになる。
【００２３】
したがって、このように、開口２４と光検出器５を一体でＸ軸方向へ同じ距離だけ位置調整可能に構成したので、開口２４を通過する出力レーザ光６と光検出器５の受光面に入射する分割レーザ光との光量分布を一致させることができるため、安定した自動光量安定化制御を行うことができる。
【００２４】
なお、図１では、この自動光量安定化制御のために、光検出器５からの出力信号をフィードバック回路３１に入力させ、そのフィードバック回路３１からのフィードバック信号を半導体レーザ駆動回路３２に入力させ、半導体レーザ駆動回路３２からの駆動信号によって半導体レーザ１を駆動制御するようにして、光検出器５からの出力信号が常に一定になるように、すなわち、出力レーザ光６が安定するようにフィードバック制御するようになっている。
【００２５】
ここで、光検出器５からの出力信号を分岐してメータ等のモニター３３に入力するように構成してある。したがって、モニター３３を監視しながら、光検出器５からの出力信号が最大になるようにＬ字部材２０のＸ軸方向の位置を調節すると、出力レーザ光６も最大出力となり、高効率で出力レーザ光６を取り出せることになる。
【００２６】
なお、光検出器５の前に、出力レーザ光用開口２４と同じ形状の別の開口（図示を省く。）を具備させ、かつ、光検出器５の受光面積をこの別の開口より十分大きいものとすることで、自動光量安定化制御はさらに向上する。
【００２７】
また、光検出器５の前に、集光レンズ（図示しない）を配置して、その集光レンズの有効径を開口２４と同じにすることでも、自動光量安定化制御はさらに向上する。
【００２８】
なお、ここで言う光検出器５の受光面積とは、半導体レーザー１の波長に対する光検出器５の感度が一定である部分の面積を言う。感度が一定でない部分は、環境温度の変化により感度が変化し、自動光量安定化制御を不安定にさせる恐れがあるからである。
【００２９】
図２に本発明に基づいて構成した実際の１例の半導体レーザ光源装置のＹ−Ｚ断面図を示す。半導体レーザ１とコリメータレンズ２とハーフミラーからなるビームスプリッター３とは、ケース４０中に取り付けられており、コリメータレンズ２からビームスプリッター３に至る平行光路中には、コリメータレンズ２で平行化されたレーザ光のビーム径をＸ軸方向に広げて断面略円形のビームに変換する２つのアナモルフィクプリズム４３、４４が配置されている。そして、ケース４０の射出方向先端面はＸ−Ｙ面と平行な面４１に仕上げられており、また、ケース４０の上面はＸ−Ｚ面と平行な面４２に仕上げられており、この面４１と面４２を案内面にして、位置調整用のＬ字部材２０がＸ軸方向に位置調節可能になっている。そして、Ｌ字部材２０の一方のウイング板２１に設けた孔２３中に光検出器５が取り付けられているが、図示のように、光検出器５の受光面はＸ−Ｚ面とは平行でなく若干傾くように取り付けられている。これは、ビームスプリッター３で分割されたレーザ光がこの受光面で反射され、再び半導体レーザ１に戻ってその発振を不安定にさせることを防止するためである。また、Ｌ字部材２０の他方のウイング板２２には出力レーザ光６を断面円形に成形する開口２４が一体に設けられている。
【００３０】
このような構成の半導体レーザ光源装置の組み立て工程において、半導体レーザ１を発振させて、その実際の発振レーザ光をビームスプリッター３で分割し、その分割レーザ光の強度を光検出器５で検出し、モニター３３（図１）でその強度を見ながら、検出強度が最大になるＸ軸方向位置にＬ字部材２０を調節する。その位置でＬ字部材２０をケース４０に固定するが、固定方法としてはＸ軸方向長い長孔とネジとの組み合わせからなる機械的固定方法あるいは接着剤を用いた固定方法等公知の何れの方法を採用してもよい。
【００３１】
以上、本発明の半導体レーザ光源装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の半導体レーザ光源装置によると、ビームスプリッターで分割された２つのレーザ光の光路中に光検出器と開口とを一体に支持してその２つのレーザ光を共に垂直に横断する方向に位置調節可能な支持部材を備えているので、開口を通過する出力レーザ光と光検出器に入射するレーザ光の光量分布を一致させることができ、その光検出器の検出信号に基づく自動光量安定化制御を安定的に確実に行うことができると共に、支持部材の位置調節だけで開口から出力するレーザ光を高効率で最大に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の半導体レーザ光源装置の模式的斜視図である。
【図２】本発明に基づいて構成した実際の１例の半導体レーザ光源装置のＹ−Ｚ断面図である。
【図３】従来の１例の半導体レーザ光源装置の構成を説明するための図である。
【図４】半導体レーザの１つの特性を説明するための図である。
【図５】図３の構成において開口板と光検出器を別々に位置調節する場合の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザ
２…コリメータレンズ
３…ビームスプリッター
４…開口板
５…光検出器
６…出力レーザ光
１０…半導体レーザの接合面
２０…位置調整用のＬ字部材
２１、２２…Ｌ字部材のウイング板
２３…孔
２４…開口
３１…フィードバック回路
３２…半導体レーザ駆動回路
３３…モニター
４０…ケース
４１、４２…案内面
４３、４４…アナモルフィクプリズム

Claims (7)

1. 少なくとも半導体レーザと、それからの発振レーザ光を分割するビームスプリッターと、前記ビームスプリッターで反射されたレーザ光の強度を検出する光検出器と、前記ビームスプリッターを透過したレーザ光の断面形状を成形する開口とを備えた半導体レーザ光源装置において、
   前記ビームスプリッターで分割された２つのレーザ光の光路中に前記光検出器と前記開口とを一体に支持して前記２つのレーザ光を共に垂直に横断する方向に位置調節可能な支持部材を備えていることを特徴とする半導体レーザ光源装置。
2. 前記半導体レーザと前記ビームスプリッターの間にコリメータ光学系を備えていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ光源装置。
3. 前記ビームスプリッターは前記コリメータ光学系の光軸を含み前記半導体レーザの接合面に垂直な面内に分割された一方のレーザ光を反射するように配置され、前記支持部材は前記半導体レーザの接合面に平行な方向に位置調節可能に配置されていることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ光源装置。
4. 前記支持部材は、前記半導体レーザ、前記コリメータ光学系、前記ビームスプリッターを支持するケースに設けた案内面に沿って位置調節可能に配置されていることを特徴とする請求項２又は３記載の半導体レーザ光源装置。
5. 前記コリメータ光学系と前記ビームスプリッターの間に、レーザ光のビーム径を前記半導体レーザの接合面に平行な方向に拡大するビーム径拡大光学系が配置されていることを特徴とする請求項２から４の何れか１項記載の半導体レーザ光源装置。
6. 前記光検出器の受光面が入射するレーザ光に対して垂直でなく傾くように前記支持部材に取り付けられていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の半導体レーザ光源装置。
7. 前記半導体レーザがＡｌ_x Ｉｎ_y Ｇａ_1-x-y Ｎ系半導体レーザ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ＜１）であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の半導体レーザ光源装置。

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