JP4131144B2

JP4131144B2 - 半導体レーザ光源装置

Info

Publication number: JP4131144B2
Application number: JP2002248678A
Authority: JP
Inventors: 孝寛大湯; 康夫藤川
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2022-08-28
Also published as: JP2004087925A

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、複数個の半導体レーザを使用して大きなパワーの出力光を安定して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】
半導体レーザの用途の拡大に伴い、複数個の半導体レーザを使用して大きなパワーの出力光を出射する光源装置が使用されている。その場合に、各半導体レーザからの出力光を光ファイバーに結合させて伝送させるようにし、これら複数個の半導体レーザからの光ファイバーを１つに束ねてバンドル光ファイバーとして用いることが知られている（例えば、特開２００１−１５８３９）。図６はその例を示す説明図である。図６において、３０は電源部や制御部等の部品を実装した回路基板、３１は半導体レーザのリード端子と接続されるリード線、３２は半導体レーザ３３ａ〜３３ｎの取り付け部、３４ａ〜３４ｎは半導体レーザ３３ａ〜３３ｎと結合される光ファイバーである。各光ファイバー３４ａ〜３４ｎは、１つに束ねられてバンドル光ファイバー３５とされる。このバンドル光ファイバー３５は他端でコネクター３６を介して出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバー３７の入力端と接続され、出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバー３７の他端から大きなパワーの出力レーザ光Ｒとして取り出される。なお、多数の半導体レーザ３３ａ〜３３ｎを使用する場合には、発生熱を吸収するヒートシンク等が用いられる場合もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成において、ＡＰＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）を行うには、各半導体レーザと光ファイバー間にビームスプリッターを配置して、各半導体レーザからの出力光の一部を取り出してフォトダイオード等の光検出器でその強度を検出し、その検出信号を各半導体レーザへフィードバックさせて光出力制御を行わせなければならないので、ビームスプリッター等の素子の使用個数が増大して、光出力制御装置のコストが高くなるという問題があった。また、これらの素子を多数配置するためのスペースが不足するという問題もあった。
【０００４】
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、複数個の半導体レーザからの出力光を光ファイバーを用いて大きなパワーにまとめて１つの出力レーザ光として取り出せる半導体レーザ光源装置において、簡単な構成で光出力制御用の光強度信号が得られ、高い信頼性で安定して大きなパワーの出力レーザ光が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。
【０００５】
【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、複数の半導体レーザからの出力光を各々別々の光ファイバーに結合させて伝送させ、それら光ファイバー同士が出射端で１つに束ねてバンドル光ファイバーとされ、そのバンドル光ファイバーの出射端面が出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバーの入射端面と突き合わせて接続され、前記出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバーの出射端から前記の複数の半導体レーザからの出力光を合わせて出力光として取り出される半導体レーザ光源装置において、
前記バンドル光ファイバー中に少なくとももう１本の光検出用光ファイバーを含んで束ねられており、前記光検出用光ファイバーの一端は前記バンドル光ファイバーの出射端面で他の光ファイバーと同じ端面に揃えられており、
前記光検出用光ファイバーの他端には、前記バンドル光ファイバーの出射端面と前記出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバーの入射端面との間で発生する反射光及び散乱光であって前記光検出用光ファイバーで伝送される光の強度を検出する光検出手段が結合されていることを特徴とするものである。
【０００６】
この場合、光検出手段からの検出信号に基づいて、複数の半導体レーザの出力光強度が制御されるように構成されていることが望ましい。
【０００７】
また、バンドル光ファイバーの出射端面と出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバーの入射端面との接続に、例えばパイプ状のコネクターが用いられる。
【０００８】
また、バンドル光ファイバーの出射端面と出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバーの入射端面との間にギャップを形成する手段が介在されることが望ましい。
【０００９】
また、複数の半導体レーザと光検出手段とは共通の取り付け部に取り付けられていることが望ましい。
【００１０】
なお、半導体レーザとしては、例えばＡｌＩｎＧａＮ系半導体レーザ等を適用することができる。
【００１１】
本発明においては、バンドル光ファイバー中に少なくとももう１本の光検出用光ファイバーを含んで束ねられており、その光検出用光ファイバーの一端はバンドル光ファイバーの出射端面で他の光ファイバーと同じ端面に揃えられており、その光検出用光ファイバーの他端には、バンドル光ファイバーの出射端面と出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバーの入射端面との間で発生する反射光及び散乱光であってその光検出用光ファイバーで伝送される光の強度を検出する光検出手段が結合されているので、光検出手段による検出信号に基づいたフィードバック制御を行うことにより、出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバーの出力端から得られる出力レーザ光の強度を、簡単な構成で高い信頼性で所定の値に安定化させることができる。
【００１２】
【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。
【００１３】
図１に、本発明の半導体レーザ光源装置の１実施例の全体の構成を示す模式図を示す。また、図２に、図１の接続部の構成の詳細を示す図を示す。
【００１４】
本発明の基本的な構成においては、接続部におけるバンドル光ファイバーの出射端面と出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバーの入射端面との間で発生する反射光を利用して光出力制御用の光強度信号を得て、この反射光による光強度信号をＡＰＣのフィードバック信号として利用するものである。
【００１５】
図１において、１０は電源部や制御部等の部品を実装した回路基板、１１は回路基板１０と半導体レーザ１３ａ〜１３ｎのリード端子とを接続するリード線、１９は回路基板１０とフォトダイオード１８のリード端子とを接続するリード線、１２は半導体レーザ１３ａ〜１３ｎ及びフォトダイオード１８の取り付け部、１４ａ〜１４ｎは半導体レーザ１３ａ〜１３ｎと結合される光ファイバー、１４ｘはフォトダイオード１８と結合される光ファイバーである。各光ファイバー１４ａ〜１４ｎ及び１４ｘは、１つに束ねられてバンドル光ファイバー１５とされる。このバンドル光ファイバー１５は他端でコネクター１６を介して出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバー１７の入力端と接続され、出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバー１７の他端から各半導体レーザ１３ａ〜１３ｎの出力レーザ光がまとまった大きなパワーの出力レーザ光Ｒとして取り出される。半導体レーザ１３ａ〜１３ｎとしては、例えば、ＡｌＩｎＧａＮ系青色半導体レーザ（例えば、特開２００１−４４５７０、特開２００１−２３７４５７参照）のような半導体レーザがあげられる。
【００１６】
ここで、図２に接続部の構成を示すように、コネクター１６は内面にスペーサ用の突起２４を有するパイプ２３からなり、パイプ２３の一端からバンドル光ファイバー１５の出射側の端面２１が突起２４に当たるまで挿入され、また、パイプ２３の他端からはこの例の場合は出力光ファイバー１７の入射側の端面２２が突起２４に当たるまで挿入される。各光ファイバー１４ａ〜１４ｎ、１４ｘ、１７のコアは符号１で、クラッドは符号２で示してあり、また、バンドル光ファイバー１５の外套を符号３で示す。
【００１７】
各半導体レーザ１３ａ〜１３ｎからの出力レーザ光はそれぞれ対応する光ファイバー１４ａ〜１４ｎに結合されてそれぞれのコア１とクラッド２の界面で全反射されてガイドされ、バンドル光ファイバー１５の出射端面２１からそれぞれ出射光ａとして出て、端面２１と端面２２の間のギャップを介して出力光ファイバー１７のコア１にガイド光として結合され、各半導体レーザ１３ａ〜１３ｎからの出力レーザ光がまとめられて大きなパワーとなって出力光ファイバー１７の出力端から出力レーザ光Ｒとして取り出される。
【００１８】
バンドル光ファイバー１５の出射端面２１から出た光ａの一部は出力光ファイバー１７の端面２２でのフレネル反射や散乱により、端面２１と端面２２の間のギャップ間で多重反射等を経て一部の光ｂがバンドル光ファイバー１５中の光ファイバー１４ｘにガイド光として結合され反対方向に進む光となる。この光は、光ファイバー１４ｘの一端に結合されたフォトダイオード１８の受光面に達し、その光強度が光強度信号としてフォトダイオード１８から出力される。ここで、光ファイバー１４ｘに反対側にガイドされる光として結合された光の強度は、バンドル光ファイバー１５から出力光ファイバー１７に結合される光全体の強度に略比例するものとなっている。
【００１９】
図３は、この半導体レーザ光源装置の光出力制御を行う構成の１例のブロック図であり、各半導体レーザ１３ａ〜１３ｎに対して共通の１つの駆動回路６が設けられており、各半導体レーザ１３ａ〜１３ｎを駆動するための入力データが与えられる。上記のように各半導体レーザ１３ａ〜１３ｎの出力レーザ光は対応する光ファイバー１４ａ〜１４ｎに入射され、バンドル光ファイバー１５の出射端面２１と出力光ファイバー１７の入射端面２２の間で多重反射等を経て光ファイバー１４ｘで反対方向にガイドされた一部の光は、フォトダイオード１８で検出される。フォトダイオード１８で検出された光強度は電気信号に変換されて制御回路５に入力される。制御回路５からは、駆動回路６に各半導体レーザ１３ａ〜１３ｎへの出力電流を制御するような制御信号が送信される。このように、図３の構成では、端面２１と端面２２の間のギャップでの多重反射等を経て光ファイバー１４ｘに反対側にガイドされる光は出力レーザ光Ｒに比例するので、光ファイバー１４ｘでガイドされる光に基づいたフィードバック制御を行って、出力光ファイバー１７の出力端から得られる出力レーザ光Ｒの強度を駆動回路６に入力する入力データに応じて安定化するようにしている。
【００２０】
以上の実施例では、バンドル光ファイバー１５の出射端面２１と出力光ファイバー１７の入射端面２２との間に一定のギャップが形成されるように、コネクター１６のパイプ２３の内面に積極的にスペーサ用の突起２４を設けたが、このようなスペーサを設けずに端面２１と端面２２を突き合わせて接続する場合にも、端面２１と端面２２の間の一部の光が光ファイバー１４ｘで反対方向にガイドされ、かつ、その光の強度は出力光ファイバー１７に結合される光全体の強度に略比例するので、同様に光出力制御を行うことができる。
【００２１】
また、以上の実施例では、バンドル光ファイバー１５の出射端面２１と出力光ファイバー１７の入射端面２２との間で生じる反射光や散乱光を取り込むのに１本の光ファイバー１４ｘを利用するものであったが、この場合には、フォトダイオード１８まで導かれて検出される光は全ての半導体レーザ１３ａ〜１３ｎからの出力レーザ光を均等に反映しているとは必ずしも言えない。そこで、図４に示すように、バンドル光ファイバー１５中に２本あるいはそれ以上の光検出用の光ファイバー１４ｘ、１４ｙを配置し、かつ、出射端面２１でのそれらの相対位置をある程度離して配置し、それら光ファイバー１４ｘ、１４ｙの出射端を同一のフォトダイオード１８の受光面に結合するようにすることにより、フォトダイオード１８で検出される光強度は、出力光ファイバー１７に結合される光全体の強度により正確に比例するようになり、より正確で安定した光出力制御が可能になる。
【００２２】
また、その場合、複数の光検出用の光ファイバー１４ｘ、１４ｙの出射端に結合するフォトダイオードを共通の１個のフォトダイオードでなく、図５に示すように、それぞれ別々のフォトダイオード１８、１８’に結合するようにしてもよい。この場合には、その複数のフォトダイオード１８、１８’の検出信号の和信号が制御回路５に入力され、その和信号に基づいて光出力制御を行うことになる。
【００２３】
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。
【００２４】
【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、バンドル光ファイバー中に少なくとももう１本の光検出用光ファイバーを含んで束ねられており、その光検出用光ファイバーの一端はバンドル光ファイバーの出射端面で他の光ファイバーと同じ端面に揃えられており、その光検出用光ファイバーの他端には、バンドル光ファイバーの出射端面と出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバーの入射端面との間で発生する反射光及び散乱光であってその光検出用光ファイバーで伝送される光の強度を検出する光検出手段が結合されているので、光検出手段による検出信号に基づいたフィードバック制御を行うことにより、出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバーの出力端から取り出される出力レーザ光の強度を、簡単な構成で高い信頼性で所定の値に安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体レーザ光源装置の１実施例の全体の構成を示す模式図である。
【図２】図１の接続部の構成の詳細を示す図である。
【図３】図１の半導体レーザ光源装置の光出力制御を行う構成の１例のブロック図である。
【図４】図１の半導体レーザ光源装置の変形例を示す図である。
【図５】図１の半導体レーザ光源装置の別の変形例を示す図である。
【図６】従来の半導体レーザ光源装置の全体の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
Ｒ…出力レーザ光
ａ…バンドル光ファイバーの出射端面から出た光
ｂ…ギャップ中の多重反射光等
１…コア
２…クラッド
３…バンドル光ファイバーの外套
５…制御回路
６…駆動回路
１０…回路基板
１１…回路基板と半導体レーザとを接続するリード線
１２…取り付け部
１３ａ〜１３ｎ…半導体レーザ
１４ａ〜１４ｎ…半導体レーザからの出力光をガイドする光ファイバー
１４ｘ、１４ｙ…フォトダイオードと結合される光ファイバー
１５…バンドル光ファイバー
１６…コネクター
１７…出力光ファイバー、出力バンドル光ファイバー
１８、１８’…フォトダイオード
１９、１９’…回路基板とフォトダイオードとを接続するリード線
２１…バンドル光ファイバーの出射端面
２２…出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバー入射端面
２３…パイプ
２４…スペーサ用の突起
３０…回路基板
３１…リード線
３２…取り付け部
３３ａ〜３３ｎ…半導体レーザ
３４ａ〜３４ｎ…光ファイバー
３５…バンドル光ファイバー
３６…コネクター
３７…出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバー

Claims

複数の半導体レーザからの出力光を各々別々の光ファイバーに結合させて伝送させ、それら光ファイバー同士が出射端で１つに束ねてバンドル光ファイバーとされ、そのバンドル光ファイバーの出射端面が出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバーの入射端面と突き合わせて接続され、前記出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバーの出射端から前記の複数の半導体レーザからの出力光を合わせて出力光として取り出される半導体レーザ光源装置において、
前記バンドル光ファイバー中に少なくとももう１本の光検出用光ファイバーを含んで束ねられており、前記光検出用光ファイバーの一端は前記バンドル光ファイバーの出射端面で他の光ファイバーと同じ端面に揃えられており、
前記光検出用光ファイバーの他端には、前記バンドル光ファイバーの出射端面と前記出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバーの入射端面との間で発生する反射光及び散乱光であって前記光検出用光ファイバーで伝送される光の強度を検出する光検出手段が結合されていることを特徴とする半導体レーザ光源装置。
前記光検出手段からの検出信号に基づいて、前記複数の半導体レーザの出力光強度が制御されるように構成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光源装置。
前記バンドル光ファイバーの出射端面と前記出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバーの入射端面との接続にパイプ状のコネクターが用いられていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ光源装置。
前記バンドル光ファイバーの出射端面と前記出力光ファイバー又は出力バンドル光ファイバーの入射端面との間にギャップを形成する手段が介在されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の半導体レーザ光源装置。
前記複数の半導体レーザと前記光検出手段とは共通の取り付け部に取り付けられていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の半導体レーザ光源装置。
前記半導体レーザがＡｌＩｎＧａＮ系半導体レーザであ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。