JP4914083B2 - Optical wavelength conversion device, optical wavelength conversion method, and image forming apparatus using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light wavelength conversion device for stably controlling high gradation without depending on a modulation signal pattern and to provide a light wavelength conversion method and a control method of the device. <P>SOLUTION: The light wavelength conversion device comprises a DBR laser 101, a light wavelength conversion element 104 which makes a fundamental wave light emitted from the DBR laser 101 incident, and outputs second harmonic light, and a control means 109 controlling the DBR laser 101. The control means 109 injects constant driving current different in two time domains to either an active region 101a or a DBR region 101c, injects binary driving current in the two time domains to the other region when one period of driving current is divided into the two equal time domains, and adjusts a current value of driving current and injection time so that a sum of heating values generated in one period becomes almost constant at every period by driving current injected to the other region. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、半導体レーザ光を第2高調波に変換する光波長変換装置ないし方法に関するものである。特に、レーザーディスプレイ、電子写真方式の画像形成、光記録、光計測用などの光源として利用される、高速変調駆動も可能なレーザ光を出射する光波長変換装置ないし方法に関する。また、こうした光波長変換装置の制御方法、及びそれを用いたレーザーディスプレイ、レーザービームプリンタなどの画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an optical wavelength conversion apparatus or method for converting semiconductor laser light into second harmonics. In particular, the present invention relates to an optical wavelength conversion apparatus or method for emitting laser light that can be used for high-speed modulation driving and is used as a light source for laser display, electrophotographic image formation, optical recording, optical measurement, and the like. The present invention also relates to a method for controlling such an optical wavelength converter, and an image forming apparatus such as a laser display and a laser beam printer using the same.

半導体レーザは、小型、高出力かつ低コストでの製造が可能であるという特徴を生かし、光通信システム、CD・DVD、計測機器等、様々な分野で利用されている。しかし、近年になりようやく青紫色レーザが実用化されたが、緑色や紫外域以下の波長帯の半導体レーザは未だ製品化されていない。色の三原色の一つである緑色や、レーザ加工機、高密度光メモリーなどに応用される短波長高出力の小型レーザに対する期待は大きい。 Semiconductor lasers are used in various fields such as optical communication systems, CD / DVDs, and measuring instruments, taking advantage of their small size, high output, and low cost. However, blue-violet lasers have been put into practical use only in recent years, but semiconductor lasers in the wavelength band of green or lower than the ultraviolet region have not yet been commercialized. Expectations are high for green, which is one of the three primary colors, and for small lasers with short wavelengths and high powers that are applied to laser processing machines and high-density optical memories.

この様な背景のもと、短波長レーザ光源を得る方法として、これまでに第2高調波発生(SHG; Second Harmonic Generation)を用いた方式が種々提案されている。光波長変換素子(SHG素子)として一般的には、周期分極反転ニオブ酸リチウム(PPLN;
Periodically Poled Lithium Niobate)が用いられる。また、SHG素子の波長選択幅は通常1nm以下と狭いので、基本波光源としては、シングルモード性と波長安定性の良いDFB(Distributed
Feedback)レーザやDBR(Distributed Bragg Reflector)レーザが用いられる。
Against this background, various methods using second harmonic generation (SHG) have been proposed as methods for obtaining a short wavelength laser light source. Generally as a light wavelength conversion element (SHG element), periodically poled lithium niobate (PPLN;
Periodically Poled Lithium Niobate) is used. In addition, since the wavelength selection width of SHG elements is usually as narrow as 1 nm or less, DFB (Distributed) has good single-mode characteristics and wavelength stability as the fundamental light source.
Feedback) laser and DBR (Distributed Bragg Reflector) laser are used.

この様な半導体レーザに変調電流を注入した場合、その変調パターンに依存した熱履歴によって発振波長が変動し、その結果としてSHG光の出力も変動してしまうという問題が知られている。そのため、その問題を考慮したSHGレーザ光源が開示されている(特許文献1参照)。図16はその構成を示す図である。このSHGレーザ光源は、図16に示される様に、DBR領域813、位相調整領域812、活性領域811を有するDBR半導体レーザ810と、SHG素子820と、駆動回路830を備えている。駆動回路830は、活性領域811からDBR領域813に伝達する熱量と位相領域812からDBR領域813に伝達する熱量の和が一定になる様に、活性領域811への注入電流量と位相領域812への注入電流量を制御している。これにより、DBR半導体レーザ810からの基本波光の波長を安定化させて、SHG素子820からのSHG光(第2高調波光)の変調パターン依存を低減している。 When a modulation current is injected into such a semiconductor laser, there is a problem that the oscillation wavelength varies due to the thermal history depending on the modulation pattern, and as a result, the output of the SHG light also varies. For this reason, an SHG laser light source considering the problem has been disclosed (see Patent Document 1). FIG. 16 is a diagram showing the configuration. As shown in FIG. 16, the SHG laser light source includes a DBR semiconductor laser 810 having a DBR region 813, a phase adjustment region 812, and an active region 811; an SHG element 820; and a drive circuit 830. The drive circuit 830 supplies the amount of current injected into the active region 811 and the phase region 812 so that the sum of the amount of heat transferred from the active region 811 to the DBR region 813 and the amount of heat transferred from the phase region 812 to the DBR region 813 is constant. The amount of injected current is controlled. As a result, the wavelength of the fundamental light from the DBR semiconductor laser 810 is stabilized, and the dependency of the SHG light (second harmonic light) from the SHG element 820 on the modulation pattern is reduced.

また、DBR半導体レーザと光波長変換素子を備えたSHGレーザ光源において、所望の高調波出力を得、且つ、出力安定化を図るために、DBR領域、活性領域、位相領域の夫々の電流値を制御する方法についても、提案がある(特許文献2参照)。
特開2002-43698号公報 特許第3329446号公報
In addition, in an SHG laser light source equipped with a DBR semiconductor laser and an optical wavelength conversion element, the current values of the DBR region, active region, and phase region are set to obtain a desired harmonic output and to stabilize the output. There is also a proposal for a control method (see Patent Document 2).
JP 2002-43698 A Japanese Patent No. 3329446

前記特許文献1に開示される方法によれば、変調電流パターンによるDBR領域813の温度変化は或る程度小さくなる。しかしながら、活性領域811に変調電流を入力して基本波光を変調しているので、SHG素子820に入力される光エネルギーが変動する。そのため、SHG素子820の温度が変動し、その位相整合波長が安定化しないことになる。その結果、SHG素子820からのSHG光の出力が不安定となってしまう。 According to the method disclosed in Patent Document 1, the temperature change of the DBR region 813 due to the modulation current pattern is reduced to some extent. However, since the fundamental light is modulated by inputting a modulation current to the active region 811, the light energy input to the SHG element 820 varies. For this reason, the temperature of the SHG element 820 varies, and the phase matching wavelength is not stabilized. As a result, the output of SHG light from the SHG element 820 becomes unstable.

また、前記特許文献2に開示される方法は、連続発振状態の光出力安定化についてのみの技術であり、変調時の光出力安定化については考慮されていない。 The method disclosed in Patent Document 2 is only a technique for stabilizing the light output in the continuous oscillation state, and does not consider the light output stabilization during modulation.

上記課題に鑑み、本発明の光波長変換装置は、DBRレーザと、DBRレーザから発せられた基本波光を入射して、その第2高調波光を出力する光波長変換素子と、DBRレーザを制御する制御手段を含む。ここで、DBRレーザは、活性領域と位相領域と分布ブラック反射器(DBR)が形成されたDBR領域とを有する。そして、前記制御手段は、次の条件を満たす様に、駆動電流の電流値及び注入時間を調整する。即ち、1つの条件は、駆動電流の一周期を時間の等しい2つの時間領域に分けたとき、活性領域とDBR領域のいずれか一方に、2つの時間領域で夫々異なる一定の駆動電流を注入し、他方に2つの時間領域夫々で2値の駆動電流を注入することである。もう1つの条件は、前記他方の領域に注入する駆動電流によって一周期内に発生する熱量の和が各周期ごとに概略一定となる様にすることである。ここにおいて、前記制御手段を、既存のパルス幅変調回路を含む構成として簡素化することもできる。 In view of the above problems, the optical wavelength conversion device of the present invention controls the DBR laser, the optical wavelength conversion element that receives the fundamental light emitted from the DBR laser, and outputs the second harmonic light, and the DBR laser. Including control means. Here, the DBR laser has an active region, a phase region, and a DBR region in which a distributed black reflector (DBR) is formed. The control means adjusts the current value of the drive current and the injection time so as to satisfy the following condition. That is, one condition is that when one cycle of the drive current is divided into two time regions having the same time, constant drive currents that are different in the two time regions are injected into either the active region or the DBR region. On the other hand, a binary drive current is injected in each of the two time regions. Another condition is that the sum of heat generated in one cycle by the drive current injected into the other region is approximately constant for each cycle. Here, the control means can be simplified as a configuration including an existing pulse width modulation circuit.

より詳細には、本発明の光波長変換装置は、上記の如きDBRレーザと、上記の如き光波長変換素子と、変調信号に応じてDBRレーザへの注入電流を周期ごとに制御してその発振波長と光出力を制御する制御手段を含む。そして、DBRレーザに注入される駆動電流の一周期が第1の時間領域t1と第2の時間領域t2に分かれて次の様に電流注入が制御手段によってなされる。即ち、第1の時間領域t1において、活性領域とDBR領域の一方の領域には一定の電流I1、他方の領域には、ある時間t3において電流I3、前記第1の時間領域の残りの時間t4において電流I4の電流が注入される。また、第2の時間領域t2において、一方の領域には一定の電流I2、他方の領域には、ある時間t5において電流I5、第2の時間領域の残りの時間t6において電流I6の電流が注入される。更に、t1=t2であって、かつ、他方の領域に注入する駆動電流によって一周期内に発生する熱量の和が各周期ごとに概略一定となる様に、制御手段が駆動電流の電流値及び注入時間を調整する。加えて、制御手段は、電流I 3 、I 4 、I 5 、I 6 のときの他方の領域の駆動電圧が夫々V 3 、V 4 、V 5 、V 6 で表される場合、|I 3 ×V 3 −I 4 ×V 4 |=|I 5 ×V 5 −I 6 ×V 6 |かつt 3 +t 5 が一定となる様に駆動電流を調整するMore specifically, the optical wavelength conversion device of the present invention controls the oscillation of the DBR laser as described above, the optical wavelength conversion element as described above, and the injection current to the DBR laser according to the modulation signal for each period. Control means for controlling the wavelength and light output is included. Then, one cycle of the drive current injected into the DBR laser is divided into the first time region t 1 and the second time region t 2 , and current injection is performed by the control means as follows. That is, in the first time domain t 1, one current I 1 constant in the region of the active region and the DBR region, the other region, the current I 3 at a certain time t 3, the first time domain The current I 4 is injected at the remaining time t 4 . Also, in the second time region t 2 , the constant current I 2 in one region, the current I 5 in one region at a certain time t 5 , and the current in the remaining time t 6 in the second time region. I 6 current is injected. Further, t 1 = t 2 and the control means controls the current of the drive current so that the sum of heat generated in one cycle by the drive current injected into the other region becomes substantially constant for each cycle. Adjust the value and injection time. In addition, the control means, when represented by the current I 3, I 4, I 5 , the other area of the driving voltage is respectively V 3 when the I 6, V 4, V 5 , V 6, | I 3 × V 3 −I 4 × V 4 | = | I 5 × V 5 −I 6 × V 6 | and adjust the drive current so that t 3 + t 5 is constant .

上記構成においては、次の2つの条件を満たしつつ、変調信号に応じてDBRレーザへの注入電流を制御してその発振波長と光出力を制御し、光波長変換素子からの第2高調波光の光量を変調信号に応じて変調することができる。1つは、光波長変換素子に入力される各周期における光エネルギーが一定となる様にDBRレーザの光出力態様を制御する条件(これは、図2に示す様な光波長変換素子のSHG光出力の波長依存性を変化させないための条件である)である。もう1つは、DBR領域の注入電流対発振波長特性が一定となる様に(すなわち、DBR領域への注入電流とDBRレーザの発振波長の関係が変化しない様に)活性領域と位相領域とDBR領域の夫々へ各周期において発生熱量一定態様で電流を注入する条件である。なお、上記構成の説明における「一定」は、厳密に一定である場合は勿論であるが、一定程度の効果を奏する限り概略一定である場合も含む意味で用いている。また、発生熱量一定態様とは、DBRレーザから光波長変換素子の位相整合波長に最近の波長の光が発せられる時間を少なくとも含む一周期内の時間では電流が一定で、一周期に渡る注入電流により発生する熱量が各周期ごとに一定となる態様を意味する。 In the above configuration, while satisfying the following two conditions, the oscillation current and the optical output are controlled by controlling the injection current to the DBR laser according to the modulation signal, and the second harmonic light from the optical wavelength conversion element is controlled. The amount of light can be modulated according to the modulation signal. One is the condition for controlling the optical output mode of the DBR laser so that the optical energy in each period input to the optical wavelength conversion element is constant (this is the SHG light of the optical wavelength conversion element as shown in FIG. 2). This is a condition for not changing the wavelength dependency of the output). The other is to make the injection current vs. oscillation wavelength characteristics in the DBR region constant (that is, so that the relationship between the injection current into the DBR region and the oscillation wavelength of the DBR laser does not change), the active region, the phase region, and the DBR. This is a condition in which current is injected into each region in a manner in which the amount of generated heat is constant in each cycle. Note that “constant” in the description of the above configuration is used in a sense including not only when it is strictly constant, but also when it is approximately constant as long as it exhibits a certain degree of effect. In addition, the constant amount of generated heat means that the current is constant in a period within at least one period including the time when light of the latest wavelength is emitted from the DBR laser to the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element, and the injected current over one period. Means that the amount of heat generated by is constant for each period.

また、上記構成において、t1=t2の条件下で、発生熱量一定態様を満たすために電流I3、電流I4、電流I5、電流I6は図1(b)に示す様に夫々異なる場合もあるが、2値にすることもできる(図3、図4参照)。 In the above structure, under the condition of t 1 = t 2, the current I 3 in order to satisfy the heat generation amount constant aspect, current I 4, current I 5, current I 6 are each as shown in FIG. 1 (b) s It may be different, but it can also be binary (see Figure 3 and Figure 4).

また、上記課題に鑑み、本発明の光波長変換方法は、上記の如きDBRレーザから発せられる基本波光を光波長変換素子に入射させてその第2高調波光を出力させ、変調信号に応じてDBRレーザへの注入電流を周期ごとに制御してその発振波長と光出力を制御する。そして、DBRレーザに注入される駆動電流の一周期を第1の時間領域t1と第2の時間領域t2に分けて、次の様に、電流注入をなす。即ち、第1の時間領域t1において、活性領域とDBR領域の一方の領域には一定の電流I1、他方の領域には、ある時間t3において電流I3、前記第1の時間領域の残りの時間t4において電流I4の電流を注入する。また、第2の時間領域t2において、一方の領域には一定の電流I2、他方の領域には、ある時間t5において電流I5、第2の時間領域の残りの時間t6において電流I6の電流を注入する。更に、t1=t2であって、かつ、他方の領域に注入する駆動電流によって一周期内に発生する熱量の和が各周期ごとに概略一定となる様に、駆動電流の電流値及び注入時間を調整する。加えて、電流I 3 、I 4 、I 5 、I 6 のときの他方の領域の駆動電圧が夫々V 3 、V 4 、V 5 、V 6 で表される場合、|I 3 ×V 3 −I 4 ×V 4 |=|I 5 ×V 5 −I 6 ×V 6 |かつt 3 +t 5 が一定となる様に駆動電流を調整する。 Further, in view of the above problems, the optical wavelength conversion method of the present invention causes the fundamental wave light emitted from the DBR laser as described above to enter the optical wavelength conversion element and output the second harmonic light, and DBR according to the modulation signal. The oscillation current and the optical output are controlled by controlling the injection current to the laser for each period. Then, one cycle of the drive current injected into the DBR laser is divided into the first time region t 1 and the second time region t 2 , and current injection is performed as follows. That is, in the first time domain t 1, one current I 1 constant in the region of the active region and the DBR region, the other region, the current I 3 at a certain time t 3, the first time domain injecting current of the current I 4 in the remainder of the time t 4. Also, in the second time region t 2 , the constant current I 2 in one region, the current I 5 in one region at a certain time t 5 , and the current in the remaining time t 6 in the second time region. Inject I 6 current. Further, the current value of the drive current and the injection are such that t 1 = t 2 and the sum of the amount of heat generated in one cycle by the drive current injected into the other region is approximately constant for each cycle. Adjust the time. In addition, if the driving voltages of the other region at currents I 3 , I 4 , I 5 , and I 6 are represented by V 3 , V 4 , V 5 , and V 6 , respectively, | I 3 × V 3 − I 4 × V 4 | = | I 5 × V 5 −I 6 × V 6 | and adjust the drive current so that t 3 + t 5 is constant.

また、上記課題に鑑み、本発明の光波長変換装置の制御方法は、次に述べる第1の工程と、第2の工程と、第3の工程と、第4の工程を含み、これらの第1から第4の工程を用いてDBRレーザのDBR領域、位相領域、活性領域の注入電流を決定する。ここで、第1の工程では、変調時の光波長変換素子からの第2高調波光の出力または変換効率が概ね極大になる条件を抽出する。第2の工程では、DBRレーザでモードホップが起きにくい条件を抽出する。第3の工程では、光波長変換素子からの第2高調波光の出力または変換効率を極大にする条件を抽出する。第4の工程では、光波長変換素子からの第2高調波光の出力を所望の値にする条件を抽出する。更に、所望の階調を実現可能な様にDBR領域の変調電流を設定する第5の工程を含んでもよい。 Further, in view of the above problems, the method for controlling an optical wavelength conversion device of the present invention includes a first step, a second step, a third step, and a fourth step described below. The injection currents in the DBR region, phase region, and active region of the DBR laser are determined using the first to fourth steps. Here, in the first step, a condition is extracted in which the output of the second harmonic light from the optical wavelength conversion element during modulation or the conversion efficiency is substantially maximized. In the second step, a condition where mode hops are unlikely to occur with the DBR laser is extracted. In the third step, a condition for maximizing the output of the second harmonic light from the optical wavelength conversion element or the conversion efficiency is extracted. In the fourth step, a condition for making the output of the second harmonic light from the optical wavelength conversion element a desired value is extracted. Furthermore, a fifth step of setting a modulation current in the DBR region so as to realize a desired gradation may be included.

また、上記課題に鑑み、本発明のレーザーディスプレイ、レーザービームプリンタなどの画像形成装置は、上記光波長変換装置及び少なくとも1つの光走査素子を有する。ここでは、光波長変換装置によって発せられた光を光走査素子で走査し、かつ変調信号ないし画像データに応じて第2高調波光の光量を調整することで、画像が形成される。また、上記光波長変換装置の制御方法を用いた制御が行なわれてもよい。 In view of the above problems, an image forming apparatus such as a laser display or a laser beam printer according to the present invention includes the light wavelength conversion device and at least one light scanning element. Here, an image is formed by scanning light emitted by the optical wavelength conversion device with an optical scanning element and adjusting the amount of second harmonic light according to the modulation signal or image data. Control using the control method of the optical wavelength conversion device may be performed.

本発明によれば、比較的簡便な制御方法で、DBRレーザ及び光波長変換素子の熱的安定性を確保でき、変調信号パターンに依存せずに安定した高階調の制御も可能な光波長変換装置ないし方法、更には光波長変換装置の制御方法を実現できる。また、本発明による光波長変換装置或いは制御方法を用いて、高精細の階調表現を有する画像も形成可能な画像形成装置を実現できる。また、前記制御手段を、既存のパルス幅変調回路を含む構成として簡素化した場合、比較的低コストにもできる。 According to the present invention, with a relatively simple control method, the thermal stability of the DBR laser and the optical wavelength conversion element can be ensured, and the optical wavelength conversion capable of stable high gradation control without depending on the modulation signal pattern. An apparatus or method, and a control method for the optical wavelength converter can be realized. In addition, an image forming apparatus capable of forming an image having a high-definition gradation expression can be realized by using the optical wavelength conversion apparatus or the control method according to the present invention. Further, when the control means is simplified as a configuration including an existing pulse width modulation circuit, the cost can be relatively low.

発明の実施するための最良の形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

以下に、本発明による光波長変換装置ないし方法の一実施形態を説明する。本実施形態に係る光波長変換装置は、DBRレーザと、このDBRレーザから発せられた基本波光を入射してその第2高調波光を出力する光波長変換素子(SHG素子)と、何らかの変調信号に応じてDBRレーザを制御する制御手段を含む。DBRレーザは、活性領域と位相領域と分布ブラッグ反射器(DBR)が形成されたDBR領域を有する。ここでは、駆動電流の一周期を時間の等しい2つの時間領域に分けたとき、前記活性領域と前記DBR領域のいずれか一方に、前記2つの時間領域の夫々の領域で異なる一定の駆動電流を注入する。したがって、この領域に注入する駆動電流によって一周期内で発生する熱量の和は、当然、各周期ごとに一定となる。そして、他方に前記2つの時間領域の夫々で2値の駆動電流を注入し、かつ前記他方の領域に注入する駆動電流によって一周期内に発生する熱量の和が各周期ごとに概略一定となる様に駆動電流の電流値及び注入時間が調整されている。さらに、前記制御手段が既存のパルス幅変調回路を含む構成で簡素化されていることを特徴とする。 Hereinafter, an embodiment of an optical wavelength conversion apparatus or method according to the present invention will be described. The optical wavelength conversion device according to the present embodiment includes a DBR laser, an optical wavelength conversion element (SHG element) that receives the fundamental wave light emitted from the DBR laser and outputs the second harmonic light, and generates a modulated signal. A control means for controlling the DBR laser is included. The DBR laser has a DBR region in which an active region, a phase region, and a distributed Bragg reflector (DBR) are formed. Here, when one cycle of the drive current is divided into two time regions having the same time, a constant drive current different in each of the two time regions is applied to one of the active region and the DBR region. inject. Therefore, the sum of heat generated within one period by the drive current injected into this region is naturally constant for each period. In addition, a binary driving current is injected into each of the two time regions on the other side, and the sum of heat generated in one cycle by the driving current injected into the other region is approximately constant for each cycle. In this way, the current value of the drive current and the injection time are adjusted. Furthermore, the control means is simplified by a configuration including an existing pulse width modulation circuit.

DBRレーザから光波長変換素子の位相整合波長に最近の波長の光が発せられるときに光波長変換素子から高光量(明レベル)のSHG光が発せられる。そして、このときのDBRレーザからの基本波長光の波長の安定性が、安定した変調及び充分大きい消光比の確保のためにも、最も要求されるが、上記構成はこの要求を満たしている。 When light having a recent wavelength is emitted from the DBR laser to the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element, a high amount of light (bright level) SHG light is emitted from the optical wavelength conversion element. The wavelength stability of the fundamental wavelength light from the DBR laser at this time is most required to ensure stable modulation and a sufficiently large extinction ratio, but the above configuration satisfies this requirement.

以下、さらに詳細に説明する。図1(a)は、本実施形態に係る光波長変換装置の構成を示す模式図である。図1(a)において、101は半導体DBRレーザ、101a、101b、101cは夫々活性領域、位相領域、DBR領域である。また、102はコリメータレンズ、103は集光レンズ、104はSHG素子、105は分極反転領域、106は光導波路、107は波長フィルタ、108はSHG光である。更に、109は、変調信号に応じてDBRレーザ101への注入電流を制御してその発振波長と光出力を制御する制御手段、110はパルス幅決定手段である。制御手段109が、入力されたデータをパルス幅のデータに変換して出力するパルス幅決定手段110を含んでいる。 This will be described in more detail below. FIG. 1 (a) is a schematic diagram showing a configuration of an optical wavelength conversion device according to the present embodiment. In FIG. 1A, 101 is a semiconductor DBR laser, and 101a, 101b, and 101c are an active region, a phase region, and a DBR region, respectively. Further, 102 is a collimator lens, 103 is a condenser lens, 104 is an SHG element, 105 is a polarization inversion region, 106 is an optical waveguide, 107 is a wavelength filter, and 108 is SHG light. Further, 109 is a control means for controlling the injection current to the DBR laser 101 according to the modulation signal to control its oscillation wavelength and optical output, and 110 is a pulse width determination means. The control means 109 includes pulse width determining means 110 that converts input data into pulse width data and outputs the data.

図1(b)は活性領域101aとDBR領域101cに注入している駆動電流を模式的に示したものである。一周期Tが時間tの2つの時間領域に分かれており、活性領域には、第1の時間領域のときI1、第2の時間領域のときI2の電流が注入されている。このときI1>I2を満たす様に設定されている。 FIG. 1 (b) schematically shows drive currents injected into the active region 101a and the DBR region 101c. One cycle T is divided into two time regions of time t, and currents I 1 in the first time region and I 2 in the second time region are injected into the active region. At this time, it is set so as to satisfy I 1 > I 2 .

一方、DBR領域に対しては、変調信号に応じて、一周期ごとに駆動電流の電流値と時間を制御している。ここで、第1の時間領域におけるDBR領域の電流値をI3n、I4n、第2の時間領域におけるDBR領域の電流値をI5n、I6nとする。そして、各電流のときのDBR領域の駆動電圧を夫々V3n、V4n、V5n、V6n、各電流が注入される時間を夫々t3n、t4n、t5n、t6n
(nは変調信号の周期の順番を表す任意の数)とする。このとき、次の関係を満たす様に各電流値及び時間が各周期ごとに決定されている。
I3n×V3n×t3n+I4n×V4n×t4n+I5n×V5n×t5n+I6n×V6n×t6n=一定 (式1)
|I3n×V3n−I4n×V4n|=|I5n×V5n−I6n×V6n| (式2)
t3n+t5n=t (式3)
上記式の様な関係を満たす様にすれば、t1=t2の条件の下での変調信号に応じる駆動電流の制御が行い易くなる。
On the other hand, for the DBR region, the current value and time of the drive current are controlled for each cycle in accordance with the modulation signal. Here, the current values in the DBR region in the first time region are I 3n and I 4n , and the current values in the DBR region in the second time region are I 5n and I 6n . The driving voltage of the DBR region at each current is V 3n , V 4n , V 5n , V 6n , and the time when each current is injected is t 3n , t 4n , t 5n , t 6n, respectively.
(N is an arbitrary number indicating the order of the period of the modulation signal). At this time, each current value and time is determined for each period so as to satisfy the following relationship.
I 3n × V 3n × t 3n + I 4n × V 4n × t 4n + I 5n × V 5n × t 5n + I 6n × V 6n × t 6n = constant (Formula 1)
| I 3n × V 3n −I 4n × V 4n | = | I 5n × V 5n −I 6n × V 6n | (Formula 2)
t 3n + t 5n = t (Formula 3)
If the relationship such as the above equation is satisfied, it becomes easy to control the drive current according to the modulation signal under the condition of t 1 = t 2 .

ここでは、式1、式2、式3の全てを満たす様に制御したが、式1のみを満足させる様に制御することも可能である。 Here, control is performed so as to satisfy all of Formula 1, Formula 2, and Formula 3, but control is also possible so that only Formula 1 is satisfied.

このとき、DBR領域に注入されるエネルギー(I・Vの時間積分)は各周期ごとに一定となるため、DBR領域で一周期内に発生する熱量は変調信号によらず概ね一定となる。勿論、活性領域101a及び位相領域101bからDBR領域101cに伝わる熱量の和も一定になる様に、活性領域への注入電流と位相領域への注入電流も制御されている。したがって、DBRレーザ101の発振波長とDBR領域101cへの注入電流値の関係を一定にでき、変調信号に応じて発振波長を安定的に制御できる。これにより、光波長変換素子の位相整合波長に最近の波長の光とこの波長からずれた波長の光を制御性良くSHG素子104へ入力できる。この際、各周期において、入力光の波長は変化するとしても、SHG素子104へ入力される光エネルギーは一定であり、SHG素子104の温度は一定に保たれる。その結果、SHG素子104の波長変換効率も一定になることから、変調信号に応じた安定したSHG光108の変調を実現できる。 At this time, the energy (I · V time integration) injected into the DBR region is constant for each period, so the amount of heat generated in one period in the DBR region is substantially constant regardless of the modulation signal. Of course, the injection current into the active region and the injection current into the phase region are also controlled so that the sum of the amounts of heat transferred from the active region 101a and the phase region 101b to the DBR region 101c is constant. Therefore, the relationship between the oscillation wavelength of the DBR laser 101 and the injection current value into the DBR region 101c can be made constant, and the oscillation wavelength can be stably controlled according to the modulation signal. As a result, light having a wavelength that is recent to the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element and light having a wavelength shifted from this wavelength can be input to the SHG element 104 with good controllability. At this time, even if the wavelength of the input light changes in each period, the light energy input to the SHG element 104 is constant, and the temperature of the SHG element 104 is kept constant. As a result, since the wavelength conversion efficiency of the SHG element 104 becomes constant, stable modulation of the SHG light 108 according to the modulation signal can be realized.

この様に、制御手段109は、駆動電流ないし注入電流を構成する多値の電流値は一周期ごとに一定であり、その電流を注入する時間は変調信号に応じて一周期ごとに可変であり、その注入時間を制御することで周期ごとの第2高調波光の光量を調整する。 In this way, the control means 109 is such that the multi-value current value constituting the drive current or injection current is constant for each cycle, and the time for injecting the current is variable for each cycle according to the modulation signal. By controlling the injection time, the amount of second harmonic light for each period is adjusted.

上記構成において、DBR領域101cの電流値I3、I4、I5、I6のいずれの電流値のときの発振波長でも、光波長変換素子104の分極反転周期や素子温度を変えることにより、位相整合波長に合わせることが可能である。ただし、図1(b)の様にI1>I2の場合には、電流I3またはI4のときに位相整合させると、最も第2高調波光の出力が大きくなる。このとき、電流I3とI4を調整することによってDBRレーザ101の発振波長を光波長変換素子104の位相整合波長に合わせたり、それから外したりして、第2高調波出力の明レベルと暗レベルの比(消光比)を調整することができる。消光比は大きいほど望ましいことは言うまでもない。消光比が10倍以上あるとディスプレイといった表示デバイスなどには特に有効である。これには、半導体レーザのDBR領域への注入電流と発振波長の関係が安定していて発振波長が制御性良く変調信号により変調されることと、SHG素子の温度が安定していてその位相整合波長を規定するSHG光出力の波長依存性が安定していることが重要である。本発明の構成はこうした条件を満たすものである。また、パルス幅決定手段110によって、式3の条件のもとでt3nを変えることにより、各周期ごとに第2高調波光の光量を変えることができる。この様に、より具体的には、第2高調波出力を所望の最大階調で調整することができる様にして、ある一周期において所望の階調を出力する場合に、パルス幅決定手段110が所望の階調の値に応じてt3の時間幅及びt5の時間幅を決定する。 In the above configuration, by changing the polarization inversion period and the element temperature of the optical wavelength conversion element 104 at any oscillation wavelength at the current value I 3 , I 4 , I 5 , I 6 of the DBR region 101c, It is possible to match the phase matching wavelength. However, in the case of I 1 > I 2 as shown in FIG. 1B, the output of the second harmonic light becomes the largest when phase matching is performed when the current is I 3 or I 4 . At this time, by adjusting the currents I 3 and I 4 , the oscillation wavelength of the DBR laser 101 is matched with or removed from the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element 104, and the light level and darkness of the second harmonic output are adjusted. The level ratio (extinction ratio) can be adjusted. Needless to say, a larger extinction ratio is desirable. An extinction ratio of 10 times or more is particularly effective for a display device such as a display. This is because the relationship between the injection current into the DBR region of the semiconductor laser and the oscillation wavelength is stable and the oscillation wavelength is modulated by the modulation signal with good controllability, and the temperature of the SHG element is stable and its phase matching. It is important that the wavelength dependence of the SHG optical output that defines the wavelength is stable. The configuration of the present invention satisfies these conditions. Further, by changing t 3n under the condition of Equation 3 by the pulse width determining means 110, the amount of the second harmonic light can be changed for each period. In this way, more specifically, the pulse width determining means 110 is used when a desired gradation is output in a certain cycle so that the second harmonic output can be adjusted at a desired maximum gradation. Determines a time width of t 3 and a time width of t 5 according to a desired gradation value.

上記の如く、制御手段109は、例えば、電流I3を注入しているときのDBRレーザの発振波長が、電流I4、I5、I6を注入しているときのDBRレーザの発振波長に比べて、光波長変換素子の位相整合波長に近くなる様にする。そして、活性領域への駆動電流、位相領域への注入電流、及びDBR領域への駆動電流を調整する。このとき、制御手段109は、好適には、電流I3を注入しているときの第2高調波光の出力が、電流I4、I5、I6を注入しているときの第2高調波光の出力に比べて10倍以上大きくなる様に、各駆動電流を調整する。 As described above, the control means 109, for example, changes the oscillation wavelength of the DBR laser when the current I 3 is injected into the oscillation wavelength of the DBR laser when the currents I 4 , I 5 , and I 6 are injected. Compared to the phase-matching wavelength of the optical wavelength conversion element. Then, the drive current to the active region, the injection current to the phase region, and the drive current to the DBR region are adjusted. At this time, the control means 109 is preferably configured such that the output of the second harmonic light when the current I 3 is injected is the second harmonic light when the currents I 4 , I 5 , and I 6 are injected. Each drive current is adjusted so that it is more than 10 times larger than the output.

DBRレーザの波長は、DBRレーザとして発振可能であり光波長変換素子の非線形効果がある波長帯であれば任意に選択可能である。また、光波長変換素子としては、LiNbO3(LN)、KNbO3(KN)、KTiOPO4(KTP)、LiTaO3(LT)などの非線形光学結晶を用いることができる。 The wavelength of the DBR laser can be arbitrarily selected as long as it can oscillate as a DBR laser and has a non-linear effect of the optical wavelength conversion element. Further, as the optical wavelength conversion element, a nonlinear optical crystal such as LiNbO 3 (LN), KNbO 3 (KN), KTiOPO 4 (KTP), LiTaO 3 (LT) can be used.

以下に、図面に沿って本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施例1)
図1(a)に本発明による実施例1の構成図を示す。半導体DBRレーザ101は、活性領域101a、位相領域101b、及び回折格子構造を有するDBR領域101cからなる。位相領域101b及びDBR領域101cは、pn接合に垂直に電流を流すことにより活性層の屈折率を変化させることで発振波長を変化させることができる。
(Example 1)
FIG. 1 (a) shows a configuration diagram of Embodiment 1 according to the present invention. The semiconductor DBR laser 101 includes an active region 101a, a phase region 101b, and a DBR region 101c having a diffraction grating structure. The phase region 101b and the DBR region 101c can change the oscillation wavelength by changing the refractive index of the active layer by passing a current perpendicular to the pn junction.

制御手段109により活性領域101a、位相領域101b、DBR領域101cに電流を流すことによってこの半導体DBRレーザ101より発生された基本波レーザ光は、コリメータレンズ102、集光レンズ103を通じて 光波長変換素子104に集光される。光波長変換素子104は、素子長12mmのニオブ酸リチウム(LiNbO3)からなり、分極反転領域105が周期的に作られた光導波路106を有する導波路型擬似位相整合素子であり、基本波レーザ光を半分の波長の第2高調波光108に変換することができる。光波長変換素子からは基本波レーザ光、第2高調波光ともに出力されるため、波長フィルタ107を用いて基本波レーザ光をカットしている。 The fundamental laser beam generated from the semiconductor DBR laser 101 by flowing current through the active region 101a, the phase region 101b, and the DBR region 101c by the control means 109 is transmitted through the collimator lens 102 and the condensing lens 103 to the light wavelength conversion element 104. It is condensed to. The optical wavelength conversion element 104 is a waveguide type quasi-phase matching element having an optical waveguide 106 made of lithium niobate (LiNbO 3 ) having an element length of 12 mm and periodically formed with domain-inverted regions 105, and is a fundamental laser. The light can be converted to second harmonic light 108 of half wavelength. Since both the fundamental laser beam and the second harmonic light are output from the optical wavelength conversion element, the fundamental laser beam is cut using the wavelength filter 107.

図2に第2高調波光出力の波長依存性を示す。この光波長変換素子は、分極反転周期を調整することにより位相整合波長を1064.0nmに合わせている。また、図2の縦軸は第2高調波光出力の最大値を1として規格化している。 Figure 2 shows the wavelength dependence of the second harmonic light output. In this optical wavelength conversion element, the phase matching wavelength is adjusted to 1064.0 nm by adjusting the polarization inversion period. The vertical axis in FIG. 2 is normalized with the maximum value of the second harmonic light output as 1.

本実施例では、DBRレーザ101の制御手段109には、クロック50MHz、64階調に対応したパルス幅変調LSI(パルス幅決定手段)110を含んでおり、周期20nsの入力クロックに同期して20ns/64=312.5psのステップでパルス幅を変化させることができる。このLSIはレーザービームプリンタなどに使われている一般的なものである。 In this embodiment, the control means 109 of the DBR laser 101 includes a pulse width modulation LSI (pulse width determination means) 110 corresponding to a clock of 50 MHz and 64 gradations, and is synchronized with an input clock having a period of 20 ns for 20 ns. The pulse width can be changed in steps of /64=312.5ps. This LSI is a common one used in laser beam printers.

位相領域101bには一定の電流10mAを注入し、図3に示す様に、活性領域101aの電流をI1=250mA、I2=20mA、パルス幅t=20nsとする。I2=20mAはここで用いているDBRレーザの発振波長以下の電流であるので、第2の時間領域での光出力はゼロである。また、DBR領域101cの電流値はI3=I5=60mA、I4=I6=20mAとする。このとき、t3n+t5n=20nsを保つことで式1、式2の関係を満たすことができ、DBR領域101cで発生する熱量が略一定になる。DBR領域の電流が増加するとキャリア効果によりDBR領域の屈折率が低下して発振波長が低下し、逆に電流が減少するとDBR領域の屈折率が増加して発振波長が増加する。よって、このときの発振波長はI3=60mAのとき1064.0nm、I4=20mAのとき1065.2nmであった。 A constant current of 10 mA is injected into the phase region 101b, and as shown in FIG. 3, the current of the active region 101a is set to I 1 = 250 mA, I 2 = 20 mA, and the pulse width t = 20 ns. Since I 2 = 20 mA is a current not longer than the oscillation wavelength of the DBR laser used here, the optical output in the second time domain is zero. In addition, the current values of the DBR region 101c are I 3 = I 5 = 60 mA and I 4 = I 6 = 20 mA. At this time, by maintaining t 3n + t 5n = 20 ns, the relationship of Equations 1 and 2 can be satisfied, and the amount of heat generated in the DBR region 101c becomes substantially constant. When the current in the DBR region increases, the refractive index of the DBR region decreases due to the carrier effect and the oscillation wavelength decreases. Conversely, when the current decreases, the refractive index of the DBR region increases and the oscillation wavelength increases. Therefore, the oscillation wavelength at this time was 1064.0 nm when I 3 = 60 mA, and 1065.2 nm when I 4 = 20 mA.

ここで、データ列{64、48、16、32、0}を入力して、夫々の数字に対応する階調出力を測定する。データ列のクロックは前記パルス幅変調LSI(パルス幅決定手段)110の2倍の40nsである。本実施例の制御手段109においては、入力されたデータnに対して、{n、64-n}というデータ列を生成し、前記パルス幅変調LSIに入力する回路をASICにて組み込んでいる。したがって、前記パルス幅変調LSIには20nsのクロックでデータ列{64、0、48、16、16、48、32、32、0、64}が入力される。ここで前記パルス幅変調LSIより、データNの入力に対して20ns÷64×Nのパルス幅を前寄せで出力するよう指示する。よって、DBR領域101cの駆動電流の時間は図3の様に、(t3n、t5n)=(20ns、0ns)、(15ns、5ns)、(5ns、15ns)、(10ns、10ns)、(0ns、20ns)となる。このときの第2高調波出力は、{4.30、3.20、1.10、2.10、0.12}(mW)であり、略パルス幅に比例した光出力を得ることができた。また、消光比は1:36であった。 Here, the data string {64, 48, 16, 32, 0} is input, and the gradation output corresponding to each number is measured. The clock of the data string is 40 ns, twice that of the pulse width modulation LSI (pulse width determining means) 110. In the control means 109 of this embodiment, a data string {n, 64-n} is generated for the input data n, and a circuit for inputting to the pulse width modulation LSI is incorporated in the ASIC. Therefore, a data string {64, 0, 48, 16, 16, 48, 32, 32, 0, 64} is input to the pulse width modulation LSI with a clock of 20 ns. Here, the pulse width modulation LSI instructs the input of data N to output a pulse width of 20 ns ÷ 64 × N in a forward-aligned manner. Therefore, the drive current time of the DBR region 101c is (t 3n , t 5n ) = (20ns, 0ns), (15ns, 5ns), (5ns, 15ns), (10ns, 10ns), ( 0ns, 20ns). The second harmonic output at this time was {4.30, 3.20, 1.10, 2.10, 0.12} (mW), and an optical output substantially proportional to the pulse width could be obtained. The extinction ratio was 1:36.

このことから本実施例によって、パルス幅変調LSIを用いてパルス幅を制御することで光出力を制御可能であること、すなわち変調信号に応じて短波長(532nm)のSHG光出力を変調可能であることが分かる。 Therefore, according to this embodiment, the optical output can be controlled by controlling the pulse width using the pulse width modulation LSI, that is, the SHG optical output of a short wavelength (532 nm) can be modulated according to the modulation signal. I understand that there is.

(実施例2)
本実施例では、DBRレーザ101の制御手段109において、データ列を生成する方法が実施例1と異なる例を示す。本実施例の構成及び設定電流値は実施例1と同様なので説明は割愛する。
(Example 2)
In the present embodiment, an example in which the control means 109 of the DBR laser 101 generates a data string is different from that in the first embodiment. Since the configuration and set current value of the present embodiment are the same as those of the first embodiment, the description thereof is omitted.

ここで、データ列{64、48、16、32、0}を入力して、夫々の数字に対応する階調出力を測定する。データ列のクロックは前記パルス幅変調LSI(パルス幅決定手段)110の2倍の40nsである。本実施例の制御手段109においては、データnの入力に対して、始めに20ns÷64×nのパルスを前寄せで、次の20nsで20ns-(20ns÷64×n)のパルスを後寄せで出力する様に前記パルス幅変調LSIより指示する。したがって、DBR領域101cの駆動電流は図4に示される様な波形になる。第1の時間領域においては実施例1と同様の波形であるが、第2の時間領域では時間反転した形になる。このときの第2高調波出力は、{4.29、3.21、1.12、2.21、0.13}(mW)であり、略パルス幅に比例した光出力を得ることができた。また、消光比は1:33であった。 Here, the data string {64, 48, 16, 32, 0} is input, and the gradation output corresponding to each number is measured. The clock of the data string is 40 ns, twice that of the pulse width modulation LSI (pulse width determining means) 110. In the control means 109 of this embodiment, for the input of data n, the pulse of 20 ns / 64 × n is first moved forward, and the pulse of 20 ns− (20 ns / 64 × n) is moved forward in the next 20 ns. Is output from the pulse width modulation LSI. Therefore, the drive current of the DBR region 101c has a waveform as shown in FIG. In the first time domain, the waveform is the same as that of the first embodiment, but in the second time domain, the time is inverted. The second harmonic output at this time was {4.29, 3.21, 1.12, 2.21, 0.13} (mW), and an optical output substantially proportional to the pulse width could be obtained. The extinction ratio was 1:33.

ここでは、制御手段109は、前記t3の時間幅が第1の時間領域の前側の端に位置し前記t5の時間幅が第2の時間領域の後ろ側の端に位置する様に制御を行っている。しかしながら、前記t3の時間幅が第1の時間領域の後ろ側の端に位置し前記t5の時間幅が第2の時間領域の前側の端に位置する様に制御を行うことも可能である。 Here, the control unit 109, controlled so that the time width of the t 3 is the time width of the position and the t 5 to the front end of the first time region is located behind the end of the second time domain It is carried out. However, it is also possible to perform control so as to duration of the t 3 is the time width of the t 5 located behind the end of the first time region is located in front of the end of the second time domain is there.

このことから本実施例によっても、パルス幅変調LSIを用いてパルス幅を制御することで光出力を制御可能であること、すなわち変調信号に応じて短波長(532nm)のSHG光出力を変調可能であることが分かる。 Therefore, even in this embodiment, the optical output can be controlled by controlling the pulse width using the pulse width modulation LSI, that is, the SHG optical output with a short wavelength (532 nm) can be modulated according to the modulation signal. It turns out that it is.

本実施例の駆動波形は実施例1の駆動波形に比べて、立上り/立下りの回数が少なくなるので、より高周波で駆動する場合は本実施例のほうが有利であることもある。 Since the drive waveform of the present embodiment has fewer rising / falling times than the drive waveform of the first embodiment, this embodiment may be more advantageous when driving at a higher frequency.

ところで、逆にDBR領域の駆動電流波形を固定し、活性領域の駆動電流をパルス幅変調することも可能である。この方法の利点は、変調周波数を速くできることである。活性領域の電流変調による光強度変調時間はDBR電流変調による波長変調時間より短いことが知られおり、変調周波数を速くできる。本実施例では20MHzの周波数での実施例を示したが、活性領域の駆動電流をパルス幅変調することで100MHz程度の変調も可能である。 On the other hand, it is also possible to fix the drive current waveform in the DBR region and perform pulse width modulation on the drive current in the active region. The advantage of this method is that the modulation frequency can be increased. It is known that the light intensity modulation time by current modulation in the active region is shorter than the wavelength modulation time by DBR current modulation, and the modulation frequency can be increased. In the present embodiment, an example with a frequency of 20 MHz is shown, but modulation of about 100 MHz is possible by pulse width modulation of the drive current in the active region.

この場合、例えば、前記電流I4、I6がDBRレーザの発振閾値以下の値である様にできる。そして、制御手段は、例えば、前記電流I3を注入しているときのDBRレーザの発振波長が、前記電流I5を注入しているときのDBRレーザの発振波長に比べて、光波長変換素子の位相整合波長に近くなる様に、駆動電流ないし注入電流を調整することができる。また、制御手段は、前記電流I3を注入しているときの第2高調波光の出力が、前記電流I5を注入しているときの第2高調波光の出力に比べて10倍以上大きくなる様に、駆動電流ないし注入電流を調整することができる。 In this case, for example, the currents I 4 and I 6 can be set to values equal to or less than the oscillation threshold of the DBR laser. The control means may, for example, the oscillation wavelength of the DBR laser while injecting the current I 3 is the current as compared with the oscillation wavelength of the DBR laser while injecting I 5, the optical wavelength converting element The drive current or injection current can be adjusted so as to be close to the phase matching wavelength. In addition, in the control means, the output of the second harmonic light when the current I 3 is injected is 10 times or more larger than the output of the second harmonic light when the current I 5 is injected. Similarly, the drive current or injection current can be adjusted.

また、上記実施例において位相領域には一定の電流を注入しているが、DBR領域の駆動電流と同期した駆動電流を入力し、位相領域において同様に式1、式2、式3を満たす様に設定することも可能である。この場合、位相領域の電流値を調整することによって共振器のレーザ発振条件が正確に満たされるので、レーザ発振スペクトルがシングルモードで安定し、より高出力の第2高調波出力を得ることができる。この様に、制御手段は、位相領域にDBR領域の駆動電流と同期した駆動電流を注入して、位相領域に一周期内に発生する熱量の和が各周期ごとに概略一定となる様に駆動電流の電流値及び注入時間を調整することができる。 In the above embodiment, a constant current is injected into the phase region. However, a driving current synchronized with the driving current in the DBR region is input, and the equations 1, 2, and 3 are similarly satisfied in the phase region. It is also possible to set to. In this case, the laser oscillation condition of the resonator is accurately satisfied by adjusting the current value in the phase region, so that the laser oscillation spectrum is stabilized in a single mode, and a higher output second harmonic output can be obtained. . In this way, the control means injects a drive current synchronized with the drive current of the DBR region into the phase region, and drives the phase region so that the sum of heat generated within one cycle is approximately constant for each cycle. The current value of the current and the injection time can be adjusted.

以上に説明した実施例によって、パルス幅変調LSIを用いてパルス幅を制御することで安定に第2高調波光出力を制御可能であることが分かる。この変調方式は、パルス幅変調(PWM)である。PWMでは、駆動電流を構成する多値の電流値は周期ごとに一定であり、その電流を注入する時間は変調信号に応じて周期ごとに可変であり、その注入時間を制御手段109のパルス幅変調回路が制御することで周期ごとの第2高調波光の光量を調整する。この方式によれば、変調信号に応じてパルス時間幅のみを変化させればよいので、制御手段109の変調回路の構成を比較的簡単にできる。この様にして、設定された一方及び他方の領域の電流値を維持し、他方の領域の電流注入時間を、t3+t5を一定に保ったままで階調ごとに変化させることにより所望の階調を表現することができる。 From the embodiment described above, it can be seen that the second harmonic light output can be stably controlled by controlling the pulse width using the pulse width modulation LSI. This modulation method is pulse width modulation (PWM). In PWM, the multi-value current value that constitutes the drive current is constant for each period, the time for injecting the current is variable for each period according to the modulation signal, and the injection time is determined by the pulse width of the control means 109. The amount of second harmonic light for each period is adjusted by controlling the modulation circuit. According to this method, since only the pulse time width needs to be changed according to the modulation signal, the configuration of the modulation circuit of the control means 109 can be made relatively simple. In this way, the current value of the set one and other regions is maintained, and the current injection time of the other region is changed for each gradation while keeping t 3 + t 5 constant. The key can be expressed.

(実施例3)
図5に本発明による実施例3の構成図を示す。本実施例では、実施例1の図1(a)の構成に、ペルチェ素子401及び光検出器402を加えている。半導体DBRレーザ101は、ペルチェ素子401によって温度調節可能な基板上に搭載されており、ペルチェ素子401に流す電流を制御することによって半導体DBRレーザ101の温度を制御できる。また、第2高調波光108を測定する光検出器402を設け、この光検出器402の出力を制御手段109に入力している。この測定データをもとに、半導体レーザ101の活性領域101a、位相領域101b、DBR領域101c、及びペルチェ素子401の駆動電流を制御する。
(Example 3)
FIG. 5 shows a configuration diagram of Embodiment 3 according to the present invention. In the present embodiment, a Peltier element 401 and a photodetector 402 are added to the configuration of FIG. The semiconductor DBR laser 101 is mounted on a substrate whose temperature can be adjusted by the Peltier element 401, and the temperature of the semiconductor DBR laser 101 can be controlled by controlling the current flowing through the Peltier element 401. Further, a photodetector 402 for measuring the second harmonic light 108 is provided, and the output of the photodetector 402 is input to the control means 109. Based on this measurement data, the drive currents of the active region 101a, phase region 101b, DBR region 101c, and Peltier element 401 of the semiconductor laser 101 are controlled.

この構成において、図6に示す手順にしたがって第2高調波出力の調整を行う。各工程の詳細手順は図7〜図12に示す。 In this configuration, the second harmonic output is adjusted according to the procedure shown in FIG. Detailed procedures of each step are shown in FIGS.

まず、第1の工程:初期調整を図7の手順にて行う。予め設定していた初期設定値を参照し、図13に示す様に、活性領域101aの電流をI1=500mA、I2=35mA、パルス幅をt1=t2=500nsとする。I2=35mAは、ここで用いているDBRレーザ101の発振閾値以下の電流であるので、第2の時間領域t2での光出力はゼロである。位相領域101bには一定の電流25mAを注入し、DBR領域101cの電流値はI3=60mA、I6=10mAとする。ここにおいて、t3=t6、t4=t5=0である(図13参照)。このとき、ペルチェ素子401の温度を調整し、35℃とすることで、第2高調波光の出力は略極大値27.6mWであった。この様に、第1の工程は、階調レベルが最大になる様に予め仮設定された所望のパルス幅及び変調電流を活性領域とDBR領域に注入する工程を含んでいる。そして、このときの第2高調波光の出力または変換効率が概ね極大になる様に、活性領域の注入電流、もしくはDBRレーザまたは光波長変換素子の温度を調整する工程も含んでいる。ただし、本実施例ではDBRレーザの温度を調整している。 First, the first step: initial adjustment is performed according to the procedure shown in FIG. Referring to the initial setting values set in advance, as shown in FIG. 13, the current in the active region 101a is set to I 1 = 500 mA, I 2 = 35 mA, and the pulse width is set to t 1 = t 2 = 500 ns. Since I 2 = 35 mA is a current equal to or less than the oscillation threshold of the DBR laser 101 used here, the light output in the second time domain t 2 is zero. A constant current of 25 mA is injected into the phase region 101b, and the current values of the DBR region 101c are I 3 = 60 mA and I 6 = 10 mA. Here, t 3 = t 6 and t 4 = t 5 = 0 (see FIG. 13). At this time, by adjusting the temperature of the Peltier element 401 to 35 ° C., the output of the second harmonic light was approximately a maximum value of 27.6 mW. As described above, the first step includes a step of injecting a desired pulse width and a modulation current, which are temporarily set so as to maximize the gradation level, into the active region and the DBR region. In addition, a step of adjusting the injection current of the active region or the temperature of the DBR laser or the optical wavelength conversion element is included so that the output of the second harmonic light or the conversion efficiency at this time is substantially maximized. However, in this embodiment, the temperature of the DBR laser is adjusted.

次に、第2の工程:発振モード安定化を図8の手順にて行う。DBR領域101cの電流値I6=10mAは固定したまま、I3を上下に変化させたところ、56mA及び66mAを超えたときに第2高調波出力が大きく低下した。そのため、その平均値である61.0mAに電流値I3を設定した。この様に、第2の工程は、DBR領域の変調電流を仮設定値から前後にずらした場合に第2高調波光の出力もしくは基本波光の出力が大きく変化する電流値を検出して、出力の変動が小さい電流値に変調電流を設定する工程を含んでいる。ただし、本実施例では、第2高調波光の出力が大きく変化する電流値を検出している。 Next, the second step: oscillation mode stabilization is performed according to the procedure shown in FIG. When I 3 was changed up and down while the current value I 6 = 10 mA in the DBR region 101c was fixed, the second harmonic output greatly decreased when exceeding 56 mA and 66 mA. Therefore, the current value I 3 was set to 61.0 mA which is the average value. In this way, the second step detects the current value at which the output of the second harmonic light or the output of the fundamental wave light changes greatly when the modulation current in the DBR region is shifted back and forth from the temporary setting value, and the output A step of setting the modulation current to a current value with small fluctuations. However, in this embodiment, a current value at which the output of the second harmonic light changes greatly is detected.

次に、第3の工程:光出力最大化を図9の手順にて行う。この工程では、モードホップが起きない条件のもと、DBR領域の電流I3及び位相領域の電流IPを調整し、光出力を最大化する。この様に、第3の工程は、モードホップしない関係を維持して位相領域の注入電流とDBR領域の変調電流を調整して第2高調波光の出力または変換効率が極大になる様に位相領域の注入電流とDBR領域の変調電流を設定する工程を含んでいる。ただし、本実施例では、第2高調波光の出力が極大になる様に位相領域の注入電流とDBR領域の変調電流を設定している。 Next, the third step: light output maximization is performed according to the procedure shown in FIG. In this step, under the conditions mode hopping does not occur, to adjust the current I P of the current I 3 and the phase region of the DBR region, to maximize the light output. In this way, the third step maintains the non-mode hop relationship and adjusts the injection current in the phase region and the modulation current in the DBR region to maximize the output or conversion efficiency of the second harmonic light. The step of setting the injection current and the modulation current in the DBR region is included. However, in this embodiment, the injection current in the phase region and the modulation current in the DBR region are set so that the output of the second harmonic light is maximized.

モードホップが起きない条件について説明する。
DBR領域の屈折率がΔnDだけ変化したときのブラッグ波長(λBRAGG)の変化ΔλBRAGGは、次の式で表される。
ΔλBRAGGBRAGG=ΔnD/n (式4)
ここで、DBRレーザの各領域の屈折率はほぼ等しいと仮定してnで表現している。
The conditions under which no mode hop occurs will be described.
The change Δλ BRAGG of the Bragg wavelength (λ BRAGG ) when the refractive index of the DBR region changes by Δn D is expressed by the following equation.
Δλ BRAGG / λ BRAGG = Δn D / n (Formula 4)
Here, the refractive index of each region of the DBR laser is expressed by n on the assumption that they are substantially equal.

また、DBR領域の屈折率がΔnD、位相領域の屈折率がΔnP、だけ変化したときの共振器波長(λCAVITY)の変化ΔλCAVITYは、次の式で表される。
ΔλCAVITYCAVITY=(ΔnD・LDeff+ΔnP・LP)/n(LDeff+LP+LG) (式5)
ここで、LGは活性領域の長さ、LPは位相領域の長さ、LDeffはDBR領域の実効的な長さである。
The change Δλ CAVITY of the resonator wavelength (λ CAVITY ) when the refractive index of the DBR region changes by Δn D and the refractive index of the phase region by Δn P is expressed by the following equation.
Δλ CAVITY / λ CAVITY = (Δn D · L Deff + Δn P · L P ) / n (L Deff + L P + L G ) (Formula 5)
Here, L G is the length of the active region, L P is the length of the phase region, and L Deff is the effective length of the DBR region.

モードホップが起きない条件とは、式4、式5における波長変化率が等しい場合であるので、式4、式5の右辺同士が等しいとして、解くと、次の関係を得る。
(LG+LP)ΔnD=LP・ΔnP (式6)
Since the condition that the mode hop does not occur is the case where the wavelength change rates in Equation 4 and Equation 5 are equal, solving the assumption that the right sides of Equation 4 and Equation 5 are equal, the following relationship is obtained.
(L G + L P ) Δn D = L P · Δn P (Formula 6)

各領域の屈折率変化量は投入パワーの単位長さあたりの変化量に比例する。そこで、DBR領域、位相領域の投入パワーの変化量を夫々ΔPDBR、ΔPPhaseとすると、式6は、次の様に書き直せる。
(LG+LP)ΔPDBR/LD=ΔPPhase (式7)
ここで、LDはDBR領域の長さである。
The amount of change in refractive index in each region is proportional to the amount of change per unit length of input power. Therefore, if the amount of change in input power in the DBR region and the phase region is ΔP DBR and ΔP Phase , respectively, Equation 6 can be rewritten as follows.
(L G + L P ) ΔP DBR / L D = ΔP Phase (Formula 7)
Here, L D is the length of the DBR region.

従って、式7(DBR変調電流vs位相電流の関数)を満たす様にDBR領域の電流値I3及び位相領域の電流IPを調整することでモードホップを生じさせることなく発振波長を連続して変化させることができる。各領域の投入パワー量は、予め電流と電圧の関係を把握しておくことで算出することができる。すなわち、前記モードホップしない関係は予め求められている。本工程では式7の関係を保ったままでSHG光の光出力が最大になる様に調整して、DBR領域の電流値I3及び位相領域の電流IPを設定する。 Therefore, continuous oscillation wavelength without causing mode hops by adjusting the current I P of the current value I 3 and the phase region of the DBR region so as to satisfy the formula 7 (a function of the DBR modulation current vs phase current) Can be changed. The input power amount in each region can be calculated by grasping the relationship between current and voltage in advance. That is, the relationship not to hop the mode is obtained in advance. In this step it is adjusted so that the light output of the SHG light is maximized while maintaining the relationship of Equation 7, setting the current I P of the current value I 3 and the phase region of the DBR region.

式7の関係を保ったままでSHG光の光出力が最大になる様に調整を行った結果、Ip=42.7mA、I3=62.0mAとなり、第2高調波出力は29.0mWであった。 As a result of adjusting so that the optical output of SHG light was maximized while maintaining the relationship of Equation 7, I p = 42.7 mA, I 3 = 62.0 mA, and the second harmonic output was 29.0 mW.

次に、第4の工程:光出力調整を図10の手順にて行う。ここでは所望の光出力に合わせるために、発振波長を変えずに活性領域の変調電流と、位相領域の電流値を決定する。発振波長を変えずにDBRレーザ出力のみ変化させるためには、共振器波長を一定に保てばよい。すなわち、次の関係を満足すればよい。
ΔnG・LG+ΔnP・LP=0 (式8)
ここで、ΔnGは活性領域の屈折率変化量である。
Next, the fourth step: light output adjustment is performed according to the procedure shown in FIG. Here, in order to match the desired optical output, the modulation current in the active region and the current value in the phase region are determined without changing the oscillation wavelength. In order to change only the DBR laser output without changing the oscillation wavelength, the resonator wavelength should be kept constant. That is, the following relationship may be satisfied.
Δn G · L G + Δn P · L P = 0 (Formula 8)
Here, Δn G is the amount of change in the refractive index of the active region.

各領域の屈折率変化量は投入パワーの単位長さあたりの変化量に比例する。そこで、活性領域の投入パワーの変化量をΔPGainとすると、式8は、次の様に書き直せる。
ΔPGain+ΔPPhase=0 (式9)
The amount of change in refractive index in each region is proportional to the amount of change per unit length of input power. Therefore, if the change amount of the input power in the active region is ΔP Gain , Equation 8 can be rewritten as follows.
ΔP Gain + ΔP Phase = 0 (Formula 9)

従って、式9(活性領域電流vs位相電流の関数)を満たす様に活性領域の電流IG及び位相領域の電流IPを調整することで発振波長を維持したままで、DBRレーザの光出力を変化させることができる。各領域の投入パワー量は、予め電流と電圧の関係を把握しておくことで算出することができる。すなわち、前記共振器波長が変化しない関係は予め求められている。本工程では式9の関係を保ったままでSHG光の光出力が所望の値になる様に調整して、活性領域の電流IG及び位相領域の電流IPを設定する。このSHG光の光出力の所望の値は、例えば、フルカラーの画像表示を行なう場合に、赤や青などの他の色の光出力強度などとの関係で要求されるものである。この条件のもと、調整を行い、第2高調波出力30.0mWを得た。この様に、第4の工程は、DBRレーザの共振器波長が変化しない関係を維持した状態で活性領域の注入電流と位相領域の注入電流を制御して第2高調波光の出力が目的の値になる様に活性領域の注入電流と位相領域の注入電流を設定する工程を含んでいる。 Accordingly, while maintaining the oscillation wavelength by adjusting the current I P of the current I G and the phase region of the active region so as to satisfy equation 9 (a function of the active region current vs phase current), the light output of the DBR laser Can be changed. The input power amount in each region can be calculated by grasping the relationship between current and voltage in advance. That is, the relationship in which the resonator wavelength does not change is obtained in advance. In this step is adjusted so that the light output of the SHG light while maintaining the relationship of equation 9 becomes a desired value to set the current I P of the current I G and the phase region of the active region. The desired value of the light output of the SHG light is required in relation to the light output intensity of other colors such as red and blue when, for example, full color image display is performed. Adjustments were made under these conditions to obtain a second harmonic output of 30.0 mW. In this way, the fourth step is to control the injection current in the active region and the injection current in the phase region while maintaining the relationship that the resonator wavelength of the DBR laser does not change, and the output of the second harmonic light is the target value. The step of setting the injection current in the active region and the injection current in the phase region is included.

以上で、光出力の調整が完了した。以上の様な工程を行った結果、I1=505mA、I2=35mAとなった。 The light output adjustment is now complete. As a result of performing the above steps, I 1 = 505 mA and I 2 = 35 mA.

この第2高調波光出力を初期出力として維持したまま、階調出力を行う。まず、パルスパターンを最大階調のパターンに合わせ、光検出器402にて光出力を検出し、初期出力の5%以内であるか否かを判定する。このときは光出力変動が初期出力の5%以内であったため、調整は行わなかった(第5の工程)。この工程の手順は図11に示されている。 Gradation output is performed while maintaining the second harmonic light output as the initial output. First, the pulse pattern is matched with the pattern of the maximum gradation, the light output is detected by the photodetector 402, and it is determined whether or not it is within 5% of the initial output. At this time, since the light output fluctuation was within 5% of the initial output, no adjustment was made (fifth step). The procedure for this step is shown in FIG.

次に図14に示す様に、実施例1と同様に制御手段109に階調データ列{64、48、16、32、0}を入力して、夫々の階調データに対応した第2高調波出力を測定した。このときの第2高調波出力は{29.2、21.0、7.5、15.2、0.8}(mW)であり、略パルス幅に比例した光出力を得ることができた(第6の工程)。この工程の手順は図12に示されている。 Next, as shown in FIG. 14, as in the first embodiment, the gradation data string {64, 48, 16, 32, 0} is input to the control means 109, and the second harmonic corresponding to each gradation data is input. Wave output was measured. The second harmonic output at this time was {29.2, 21.0, 7.5, 15.2, 0.8} (mW), and an optical output substantially proportional to the pulse width could be obtained (sixth step). The procedure for this step is shown in FIG.

再び図11に示す第5の工程に戻って、光出力を確認したところ、27.5mWに低下していたため、第4の工程に戻って調整する。再度式9の関係に従って調整したところ、第2高調波光出力は29.8mWになった。以上より、光出力の調整が可能であることが分かった。 Returning again to the fifth step shown in FIG. 11 and checking the light output, it was reduced to 27.5 mW, so the control returns to the fourth step for adjustment. When adjusted again according to the relationship of Equation 9, the second harmonic light output was 29.8 mW. From the above, it was found that the light output can be adjusted.

この様に、常時もしくは一定間隔ごとに光量をモニターして制御を行う工程を加えることで光量を安定化させることができる。その為に、例えば、最大階調時の光量をモニターする。そして、その値が所定値に比べて大きく変動している場合、例えば5%以上の変動がある場合には、第4の工程、第5の工程を再び行うことで光量が所定値になる様に調整する。この作業で所定値に調整できない場合は、第3の工程から第5の工程までを再び実施する。更に、調整不能の場合は、第2の工程から第5の工程、第1の工程から第5の工程、の順の優先度で光量の調整を行う(図11参照)。これにより、環境温度の変化などでSHG光の光量の変動があった場合でも所望の値に制御することができる。 In this way, the light quantity can be stabilized by adding a process for controlling the light quantity at all times or at regular intervals. For this purpose, for example, the amount of light at the maximum gradation is monitored. And when the value fluctuates greatly compared to the predetermined value, for example, when there is a fluctuation of 5% or more, the light amount becomes the predetermined value by performing the fourth step and the fifth step again. Adjust to. If this operation cannot be adjusted to the predetermined value, the third to fifth steps are performed again. Further, when the adjustment is impossible, the light amount is adjusted in the order of priority from the second process to the fifth process and from the first process to the fifth process (see FIG. 11). As a result, even when there is a change in the amount of SHG light due to a change in environmental temperature or the like, it can be controlled to a desired value.

本実施例においては、DBRレーザの温度調整をペルチェ素子401によって行ったが、DBRレーザ101にヒーター電極を集積化して、そのヒーター電流によって調整することも可能である(すなわち、温度調整手段がDBRレーザに集積化されたヒーターからなる)。また、DBRレーザの温度を調整する機構がない場合でも、第1の工程においては活性領域の注入電流で調整することも可能である。 In this embodiment, the temperature adjustment of the DBR laser is performed by the Peltier element 401. However, it is also possible to adjust the heater electrode by integrating the heater electrode in the DBR laser 101 (that is, the temperature adjustment means is a DBR). Consisting of a heater integrated in the laser). Even if there is no mechanism for adjusting the temperature of the DBR laser, it is also possible to adjust with the injection current of the active region in the first step.

また、モードホップを起こさない関係を式7で表したが、この方法以外にも、発熱量は電流の2乗に比例することを考慮して、発振波長をIp及びI3の2次関数で表すなどの方法でも同様の効果が得られる。 In addition, although the relationship that does not cause mode hopping is expressed by Equation 7, in addition to this method, considering that the heat generation amount is proportional to the square of the current, the oscillation wavelength is a quadratic function of I p and I 3. The same effect can be obtained by a method such as

本実施例では、第2高調波光の光量をモニターする光検出器402を用いたが、加えてDBRレーザの基本波光の光量をモニターする別の光検出器を設けてもよい。その場合、第2高調波光への変換効率を把握できるので、上記工程において、この変換効率を極大ないし最大化することで、より高精度な調整が可能になる。 In this embodiment, the photodetector 402 that monitors the light amount of the second harmonic light is used. However, another light detector that monitors the light amount of the fundamental wave light of the DBR laser may be provided. In that case, since the conversion efficiency to the second harmonic light can be grasped, in the above process, the conversion efficiency can be maximized or maximized, so that the adjustment can be performed with higher accuracy.

(実施例4)
実施例4は本発明による光波長変換装置を用いた画像表示装置に係る。図15に本実施例の画像表示装置の模式的構成図を示す。本画像表示装置において、上記実施例で説明した緑色の変調光を発する光波長変換装置301、赤色レーザを発する変調光源302、青色レーザを発する変調光源303より出力されたレーザ光はダイクロイックミラー304によって合波される。合波されたレーザ光は水平走査素子305、垂直走査素子306によって走査され、スクリーン307上に走査線を形成する。フルカラーの画像情報から生成された赤、緑、青各色の階調情報により、各光源301、302、303の出力を変調することにより、スクリーン307上に2次元のフルカラー画像が表示される。ここでは、スクリーン307上の画像の画素に対応した変調信号に応じて画素の周期ごとに変調電流を制御すればよい。
(Example 4)
Example 4 relates to an image display device using an optical wavelength conversion device according to the present invention. FIG. 15 shows a schematic configuration diagram of the image display apparatus of the present embodiment. In this image display device, the laser light output from the light wavelength conversion device 301 that emits the green modulated light, the modulated light source 302 that emits the red laser, and the modulated light source 303 that emits the blue laser described in the above embodiment is transmitted by the dichroic mirror 304. Combined. The combined laser beam is scanned by the horizontal scanning element 305 and the vertical scanning element 306 to form a scanning line on the screen 307. A two-dimensional full-color image is displayed on the screen 307 by modulating the output of each light source 301, 302, 303 with the gradation information of each color of red, green, and blue generated from the full-color image information. Here, the modulation current may be controlled for each pixel period in accordance with the modulation signal corresponding to the pixel of the image on the screen 307.

更に、実施例3で述べた様な制御方法を用いた場合、本実施例の光画像形成装置において、環境温度変化などによる光出力変動を小さくできる。具体的には、電源投入時に第1の工程から第4の工程までを行って初期光出力を決定し、画像を描画していない時間帯に、第5の工程を行って、光出力を一定に保つことができる。すなわち、装置を立ち上げたときに前記第1から第4の工程を行ったり、画像を描画していない時間内に図11に示す工程による第2高調波光出力の調整を行うのである。 Further, when the control method as described in the third embodiment is used, in the optical image forming apparatus of the present embodiment, it is possible to reduce the light output fluctuation due to the environmental temperature change or the like. Specifically, when the power is turned on, the first to fourth steps are performed to determine the initial light output, and the fifth step is performed during a time period when the image is not drawn to keep the light output constant. Can be kept in. That is, when the apparatus is started up, the first to fourth steps are performed, or the second harmonic light output is adjusted by the steps shown in FIG. 11 within the time when the image is not drawn.

本発明による光波長変換装置は、赤色の半導体レーザなどと同等の変調性能を持つので、上記画像表示装置は、高精細の階調表現を有する画像を表示できる。本発明の光波長変換装置ないし方法は、上記レーザーディスプレイの他に、レーザービームプリンタ、複写機などの画像形成装置にも使用できる。 Since the optical wavelength conversion device according to the present invention has a modulation performance equivalent to that of a red semiconductor laser or the like, the image display device can display an image having high-definition gradation expression. The optical wavelength conversion apparatus or method of the present invention can be used for an image forming apparatus such as a laser beam printer and a copying machine in addition to the laser display.

本発明の実施形態及び実施例の光波長変換装置の模式的な構成と動作を説明する図である。It is a figure explaining typical composition and operation of an optical wavelength converter of an embodiment and an example of the present invention. 本発明の実施例1のSHG素子の波長と第2高調波出力の関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the wavelength of the SHG element of Example 1 of the present invention and the second harmonic output. 本発明の実施例1の駆動電流波形及び第2高調波出力を説明する図である。It is a figure explaining the drive current waveform and 2nd harmonic output of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2の駆動電流波形及び第2高調波出力を説明する図である。It is a figure explaining the drive current waveform and 2nd harmonic output of Example 2 of this invention. 本発明の実施例3の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of Example 3 of the present invention. 本発明の実施例3の制御方法の概略を表す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an outline of a control method according to a third embodiment of the present invention. 本発明の実施例3の制御方法の第1の工程を表す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a first step of a control method according to Example 3 of the present invention. 本発明の実施例3の制御方法の第2の工程を表す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a second step in the control method according to the third embodiment of the present invention. 本発明の実施例3の制御方法の第3の工程を表す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a third step in the control method according to the third embodiment of the present invention. 本発明の実施例3の制御方法の第4の工程を表す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a fourth step in the control method according to the third embodiment of the present invention. 本発明の実施例3の制御方法の第5の工程を表す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a fifth step of the control method according to the third embodiment of the present invention. 本発明の実施例3の制御方法の第6の工程を表す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a sixth step in the control method according to the third embodiment of the present invention. 本発明の実施例3の制御方法の第1の工程において活性領域とDBR領域に注入される電流波形を表す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating current waveforms injected into an active region and a DBR region in the first step of the control method according to Example 3 of the present invention. 本発明の実施例3の制御方法の第6の工程において活性領域とDBR領域に注入される電流波形、そのときの第2高調波光出力波形を表す図である。FIG. 10 is a diagram showing a current waveform injected into an active region and a DBR region in the sixth step of the control method of Example 3 of the present invention, and a second harmonic light output waveform at that time. 本発明の実施例4の画像表示装置の模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram of an image display device according to Example 4 of the present invention. 従来例の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

101 …DBRレーザ
101a …DBRレーザの活性領域
101b …DBRレーザの位相領域
101c …DBRレーザのDBR領域
104 …光波長変換素子(SHG素子)
108 …第2高調波光(SHG光)
109 …半導体DBRレーザの制御手段
110 …パルス幅決定手段(パルス幅変調LSI)
301 …本発明の光波長変換装置(緑色変調光源)
302 …赤色変調光源
303 …青色変調光源
305 …光走査素子(水平走査素子)
306 …光走査素子(垂直走査素子)
307 …スクリーン
401 …温度調整手段(ペルチェ素子)
402 …光検出器
101… DBR laser
101a ... Active region of DBR laser
101b… DBR laser phase region
101c… DBR region of DBR laser
104 ... Optical wavelength conversion element (SHG element)
108… Second harmonic light (SHG light)
109 ... Semiconductor DBR laser control means
110 ... Pulse width determination means (pulse width modulation LSI)
301 ... Optical wavelength converter of the present invention (green modulated light source)
302… Red modulated light source
303… Blue modulated light source
305 ... Optical scanning element (horizontal scanning element)
306 ... Optical scanning element (vertical scanning element)
307… screen
401… Temperature adjustment means (Peltier element)
402… Photodetector

Claims (12)

活性領域と位相領域と分布ブラック反射器(DBR)が形成されたDBR領域とを有するDBRレーザと、DBRレーザから発せられる基本波光を入射して、その第2高調波光を出力する光波長変換素子と、変調信号に応じてDBRレーザへの注入電流を周期ごとに制御してその発振波長と光出力を制御する制御手段を含む光波長変換装置であって、
DBRレーザに注入される駆動電流の一周期が第1の時間領域t1と第2の時間領域t2に分かれ、
前記第1の時間領域t1において、
前記活性領域と前記DBR領域のうち一方の領域には一定の電流I1、他方の領域には、ある時間t3において電流I3、前記第1の時間領域の残りの時間t4において電流I4の電流が注入され、
前記第2の時間領域t2において、
前記一方の領域には一定の電流I2、前記他方の領域には、ある時間t5において電流I5、前記第2の時間領域の残りの時間t6において電流I6の電流が注入され、
t1=t2 であって、かつ、前記他方の領域に注入する駆動電流によって一周期内に発生する熱量の和が各周期ごとに一定となる様に、前記制御手段が駆動電流の電流値及び注入時間を調整し、
更に、前記制御手段は、前記電流I 3 、I 4 、I 5 、I 6 のときの前記他方の領域の駆動電圧が夫々V 3 、V 4 、V 5 、V 6 で表される場合、|I 3 ×V 3 −I 4 ×V 4 |=|I 5 ×V 5 −I 6 ×V 6 |かつt 3 +t 5 が一定となる様に前記駆動電流を調整することを特徴とする光波長変換装置。
A DBR laser having an active region, a phase region, and a DBR region in which a distributed black reflector (DBR) is formed, and an optical wavelength conversion element that receives the fundamental light emitted from the DBR laser and outputs the second harmonic light And an optical wavelength converter including control means for controlling the oscillation wavelength and the optical output by controlling the injection current to the DBR laser according to the modulation signal for each period,
One period of drive current injected into the DBR laser is divided into a first time region t 1 and a second time region t 2 ,
In the first time domain t 1
One of the active region and the DBR region has a constant current I 1 , the other region has a current I 3 at a certain time t 3 , and a current I 3 at the remaining time t 4 of the first time region. 4 currents are injected,
In the second time domain t 2,
A constant current I 2 is injected into the one region, a current I 5 is injected into the other region at a certain time t 5 , and a current I 6 is injected at the remaining time t 6 of the second time region,
t 1 = t 2 and the control means controls the current value of the drive current so that the sum of heat generated in one cycle by the drive current injected into the other region is constant for each cycle. And adjust the injection time ,
Further, the control means may be configured such that when the driving voltages of the other regions at the currents I 3 , I 4 , I 5 , I 6 are represented by V 3 , V 4 , V 5 , V 6 , I 3 × V 3 −I 4 × V 4 | = | I 5 × V 5 −I 6 × V 6 | and the drive current is adjusted so that t 3 + t 5 is constant. Conversion device.
前記制御手段は、入力されたデータをパルス幅のデータに変換して出力するパルス幅決定手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の光波長変換装置。 2. The optical wavelength converter according to claim 1, wherein the control means includes pulse width determining means for converting input data into pulse width data and outputting the converted data. 前記制御手段はI3×V3×t3+I4×V4×t4+I5×V5×t5+I6×V6×t6 が一定である様に前記駆動電流を調整することを特徴とする請求項1または2に記載の光波長変換装置。 The control means, the I 3 × V 3 × t 3 + I 4 × V 4 × t 4 + I 5 × V 5 × t 5 + I 6 × V 6 × t 6 to adjust the drive current as is constant The optical wavelength converter according to claim 1 or 2, wherein 前記一方の領域が活性領域であり、前記他方の領域がDBR領域であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の光波長変換装置。 The one region is an active region, the optical wavelength conversion device according to any one of claims 1 to 3 wherein the other region is characterized in that it is a DBR region. 前記制御手段は、前記電流I3を注入しているときの前記DBRレーザの発振波長が、前記電流I4、I5、I6を注入しているときの前記DBRレーザの発振波長に比べて、前記光波長変換素子の位相整合波長に近くなる様に、前記活性領域への駆動電流、前記位相領域への注入電流、及び前記DBR領域への駆動電流を調整することを特徴とする請求項4に記載の光波長変換装置。 The control means is configured such that the oscillation wavelength of the DBR laser when the current I 3 is injected is compared with the oscillation wavelength of the DBR laser when the currents I 4 , I 5 , and I 6 are injected. The drive current to the active region, the injection current to the phase region, and the drive current to the DBR region are adjusted so as to be close to the phase matching wavelength of the optical wavelength conversion element. 4. The optical wavelength converter according to 4 . 前記一方の領域がDBR領域であり、前記他方の領域が活性領域であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の光波長変換装置。 The one region is DBR region, the optical wavelength conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the other region is the active region. 前記制御手段は、前記電流I3を注入しているときの前記DBRレーザの発振波長が、前記電流I5を注入しているときの前記DBRレーザの発振波長に比べて、前記光波長変換素子の位相整合波長に近くなる様に、前記活性領域への駆動電流、前記位相領域への注入電流、及び前記DBR領域への駆動電流を調整することを特徴とする請求項6に記載の光波長変換装置。 The control means is configured such that the oscillation wavelength of the DBR laser when the current I 3 is injected is greater than the oscillation wavelength of the DBR laser when the current I 5 is injected. The optical wavelength according to claim 6 , wherein the drive current to the active region, the injection current to the phase region, and the drive current to the DBR region are adjusted so as to be close to the phase matching wavelength of Conversion device. 前記第2高調波光の出力をモニターする第1の光検出器が設けられていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の光波長変換装置。 Optical wavelength conversion device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the first photodetector to monitor the output of the second harmonic light is provided. 前記基本波光出力をモニターする第2の光検出器が設けられていることを特徴とする請求項8に記載の光波長変換装置。 9. The optical wavelength converter according to claim 8 , wherein a second photodetector for monitoring the fundamental light output is provided. 前記DBRレーザと前記光波長変換素子のうち少なくとも一方に温度調整手段が設けられていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の光波長変換装置。 Optical wavelength conversion device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the temperature adjusting means is provided on at least one of the DBR laser and the light wavelength converting element. 活性領域と位相領域と分布ブラッグ反射器(DBR)が形成されたDBR領域とを有するDBRレーザから発せられる基本波光を光波長変換素子に入射させてその第2高調波光を出力させ、変調信号に応じてDBRレーザへの注入電流を周期ごとに制御してその発振波長と光出力を制御する光波長変換方法であって、
DBRレーザに注入される駆動電流の一周期が第1の時間領域t1と第2の時間領域t2に分かれ、
前記第1の時間領域t1において、
前記活性領域と前記DBR領域のうち一方の領域には一定の電流I1、他方の領域には、ある時間t3において電流I3、前記第1の時間領域の残りの時間t4において電流I4の電流を注入し、
前記第2の時間領域t2において、
前記一方の領域には一定の電流I2、前記他方の領域には、ある時間t5において電流I5、前記第2の時間領域の残りの時間t6において電流I6の電流を注入し、
t1=t2あって、かつ、前記他方の領域に注入する駆動電流によって一周期内に発生する熱量の和が各周期ごとに一定となる様に、駆動電流の電流値及び注入時間を調整し、
更に、電流I 3 、I 4 、I 5 、I 6 のときの前記他方の領域の駆動電圧が夫々V 3 、V 4 、V 5 、V 6 で表される場合、|I 3 ×V 3 −I 4 ×V 4 |=|I 5 ×V 5 −I 6 ×V 6 |かつt 3 +t 5 が一定となる様に駆動電流を調整することを特徴とする光波長変換方法。
The fundamental wave light emitted from the DBR laser having the active region, the phase region, and the DBR region where the distributed Bragg reflector (DBR) is formed is incident on the optical wavelength conversion element, and the second harmonic light is output to the modulated signal. In response to this, an optical wavelength conversion method for controlling the oscillation wavelength and optical output by controlling the injection current to the DBR laser for each period,
One period of drive current injected into the DBR laser is divided into a first time region t 1 and a second time region t 2 ,
In the first time domain t 1
One of the active region and the DBR region has a constant current I 1 , the other region has a current I 3 at a certain time t 3 , and a current I 3 at the remaining time t 4 of the first time region. Inject 4 currents,
In the second time domain t 2,
A constant current I 2 is injected into the one region, a current I 5 is injected into the other region at a certain time t 5 , and a current I 6 is injected at the remaining time t 6 of the second time region,
t 1 = t 2 and the current value and injection time of the drive current are adjusted so that the sum of the heat generated in one cycle by the drive current injected into the other region is constant for each cycle. And
Further, when the driving voltages of the other region at currents I 3 , I 4 , I 5 , and I 6 are represented by V 3 , V 4 , V 5 , and V 6 , respectively, | I 3 × V 3 An optical wavelength conversion method characterized by adjusting the drive current so that I 4 × V 4 | = | I 5 × V 5 −I 6 × V 6 | and t 3 + t 5 is constant .
請求項1乃至10のいずれかに記載の光波長変換装置及び少なくとも1つの光走査素子を有し、前記光波長変換装置によって発せられた光を前記光走査素子で走査し、かつ変調信号に応じて第2高調波光の光量を調整することで画像が形成されることを特徴とする画像形成装置。 Claim 1 has an optical wavelength conversion device and the at least one optical scanning device according to any one of 10 to scan the light emitted by the light wavelength conversion device in the optical scanning device, and according to the modulation signal An image is formed by adjusting the amount of the second harmonic light.
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