JP5076694B2 - Semiconductor laser device - Google Patents
Semiconductor laser device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5076694B2 JP5076694B2 JP2007183430A JP2007183430A JP5076694B2 JP 5076694 B2 JP5076694 B2 JP 5076694B2 JP 2007183430 A JP2007183430 A JP 2007183430A JP 2007183430 A JP2007183430 A JP 2007183430A JP 5076694 B2 JP5076694 B2 JP 5076694B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light receiving
- output
- receiving element
- semiconductor laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 63
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 22
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910016525 CuMo Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000220317 Rosa Species 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
本発明は、受光素子が内在する半導体レーザ装置に係り、特に、光ディスク用光源や医療用光源、照明用光源、ディスプレイ用光源等で、シングルモードやマルチモードのレーザにおいて出力を一定に保つ必要のある用途の光源として用いられる半導体レーザ装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device including a light receiving element, and in particular, for an optical disk light source, a medical light source, an illumination light source, a display light source, etc., it is necessary to keep the output constant in a single mode or multimode laser. The present invention relates to a semiconductor laser device used as a light source for a certain application.
従来、レーザダイオード(LD)と、LDがリア側に出力するレーザ光(LD光)をモニタするフォトダイオード(PD)などの受光素子が内在する半導体レーザ装置が利用されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。なお、LDはLD光のほかに自然放出光(LED光)も出力する。 2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor laser device in which a light receiving element such as a laser diode (LD) and a photodiode (PD) for monitoring laser light (LD light) output to the rear side of the LD is used has been used (for example, Patent Documents). 1 and Patent Document 2). The LD outputs spontaneous emission light (LED light) in addition to LD light.
特許文献1に記載された半導体レーザ装置は、LDのリア側の光軸からずれた位置にPDを備えると共に、LDの前方に単レンズと光ファイバ端部等の光学素子とを含む結合光学系を備える。この半導体レーザ装置では、正確なモニタ出力を実現するために、PDが、LDのリア側から出力されるレーザ光を回避し、代わりに、フロント側に出力されたレーザ光が光学素子により反射された反射光としてPDに入射できるように配置されている。 A semiconductor laser device described in Patent Literature 1 includes a PD at a position shifted from the optical axis on the rear side of the LD, and includes a single lens and an optical element such as an optical fiber end in front of the LD. Is provided. In this semiconductor laser device, in order to realize accurate monitor output, the PD avoids laser light output from the rear side of the LD, and instead, the laser light output to the front side is reflected by the optical element. It is arranged so that it can enter the PD as reflected light.
特許文献2に記載された半導体レーザ装置は、光ピックアップとして使う場合に、装置内の内部PDと装置外の外部PDとの受光量の違いから光出力を正確に制御できない問題を解決するために、PD(内部PD)の受光面をLDの端面に対向する形でステム上に内部PDをマウントし、LDの内部PDに対向した端面の面積を減らしたものである。
現在、低出力時のみならず、高出力時においてもLD光が安定して出力されるようにモニタ電流値を測定できる技術が要望されている。LD光の出力が上がれば上がるほど、LD光をモニタするためには、より高い精度が要求される。しかしながら、従来の半導体レーザ装置は、LDが出力するLD光をPDで検知することでLD光をモニタしているために精度が低いという問題がある。その理由として、LD光は、LED光よりも光密度が大きいことが挙げられる。このため、フロント側に出力されるLD光が僅かな変動をするだけで、受光素子が光を受けて流れる電流値(以後、Im値と示す)が大きく変化してしまうこととなる。その結果、LD光が一定で出力されるように制御することが困難である。つまり、LD光は光密度が大きいためにモニタ側で容易に検出することは可能であるが、LD光の出力を一定に調整するために利用する光としては適していない。 Currently, there is a demand for a technique capable of measuring a monitor current value so that LD light is stably output not only at a low output but also at a high output. As the output of LD light increases, higher accuracy is required to monitor LD light. However, the conventional semiconductor laser device has a problem that the accuracy is low because the LD light is monitored by detecting the LD light output from the LD with the PD. The reason is that LD light has a higher light density than LED light. For this reason, even if the LD light output to the front side slightly fluctuates, a current value (hereinafter referred to as an Im value) that flows when the light receiving element receives the light greatly changes. As a result, it is difficult to control so that the LD light is output at a constant level. That is, since the LD light has a high light density, it can be easily detected on the monitor side, but it is not suitable as light used for adjusting the output of the LD light to be constant.
本発明は、前記した問題に鑑み創案されたものであり、Im値を検出しながら、LD光の出力を精度よく調整できる半導体レーザ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a semiconductor laser device capable of accurately adjusting the output of LD light while detecting an Im value.
前記課題を解決するために、本発明の半導体レーザ装置は、フロント側およびリア側にレーザ光を出力するレーザダイオードと、前記レーザダイオードから出力される光を受光する受光素子とを備え、前記受光素子で受光した光をモニタすることで前記レーザダイオードからフロント側に出力されるレーザ光を調整する半導体レーザ装置であって、前記受光素子は、前記レーザダイオードから出力されるレーザ光及び自然放出光を受光し、前記受光素子で受光する光のうちレーザダイオードから出力されるレーザ光の占める割合が自然放出光の占める割合よりも小さくなるように前記受光素子を設置したことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a semiconductor laser device of the present invention includes a laser diode that outputs laser light to a front side and a rear side, and a light receiving element that receives light output from the laser diode, and A semiconductor laser device that adjusts laser light output from the laser diode to the front side by monitoring light received by an element , wherein the light receiving element includes laser light and spontaneous emission light output from the laser diode. receives, wherein the proportion of the laser light output from the light received sac Chile over the diodes in the light receiving element is placed the light receiving element to be smaller than the ratio of the natural emission light .
特に、半導体レーザ装置は、前記受光素子で受光する光のうち前記レーザダイオードから出力される自然放出光の占める割合が60%以上であることが好ましく、また、前記受光素子で受光する光のうち前記レーザダイオードから出力されるレーザ光の占める割合が40%未満であることが好ましい。この範囲の割合であれば、半導体レーザ装置の精度がより向上するからである。 In particular, in the semiconductor laser device, it is preferable that the proportion of the spontaneous emission light output from the laser diode in the light received by the light receiving element is 60% or more, and the light received by the light receiving element is It is preferable that the ratio of the laser light output from the laser diode is less than 40%. This is because the accuracy of the semiconductor laser device is further improved when the ratio is within this range.
かかる構成によれば、半導体レーザ装置は、レーザダイオードから出力された自然放出光を受光素子で受光し、モニタすることでレーザダイオードからフロント側に出力されるレーザ光を調整する。ここで、受光素子は、フォトダイオード(PD)である。レーザダイオードから出力される自然放出光(LED光)は、レーザダイオードから出力されるレーザ光(LD光)よりも光密度が小さい。したがって、モニタされる電流値、すなわち、受光素子が光を受けて流れる電流値(Im値)の絶対値が小さくなることから、フロント側に出力されるLD光が変動したときに、Im値の変動は、LD光をモニタした場合と比較して小さくなる。これにより、LD光が一定で出力されるように制御することが容易になり、出力が50mW以下の低出力のレーザのみならず、出力が50mWより高いレーザ、更には100mW以上の高出力のレーザにも対応することが可能となる。ここで、上記一定とは、Im値の変動率が5%未満のものを意味する。 According to this configuration, the semiconductor laser device adjusts the laser light output from the laser diode to the front side by receiving the spontaneous emission light output from the laser diode by the light receiving element and monitoring it. Here, the light receiving element is a photodiode (PD). The spontaneous emission light (LED light) output from the laser diode has a light density lower than the laser light (LD light) output from the laser diode. Therefore, the current value to be monitored, that is, the absolute value of the current value (Im value) that flows when the light receiving element receives light decreases, so that when the LD light output to the front side fluctuates, The fluctuation is smaller than when the LD light is monitored. This makes it easy to control so that the LD light is output at a constant level, and not only a low-power laser with an output of 50 mW or less, but also a laser with an output higher than 50 mW, or a high-power laser with 100 mW or more. It becomes possible to cope with. Here, the above-mentioned constant means that the fluctuation rate of the Im value is less than 5%.
また、半導体レーザ装置は、前記レーザダイオードから出力される自然放出光が前記受光素子の受光面に当たる位置に、前記受光素子の受光面が向くように前記受光素子を設置し、前記レーザダイオードが、アイレットの上に設けられたヒートシンク上のLDマウント面に、そのリア側を前記アイレットに向けて配設され、前記受光素子が、前記ヒートシンク上において前記アイレットから所定角度傾斜して前記LDマウント面に接続された傾斜面に配設され、前記受光素子の受光面が、前記レーザダイオードのリア側の端面から出力されるレーザ光の広がり角で定められる光線が照射される照射領域の外側に位置するように、前記受光素子を設置することが好ましい。 Further, the semiconductor laser device is provided with the light receiving element such that the spontaneous emission light output from the laser diode hits the light receiving surface of the light receiving element so that the light receiving surface of the light receiving element faces , and the laser diode includes: An LD mount surface on a heat sink provided on the eyelet is disposed with its rear side facing the eyelet, and the light receiving element is inclined at a predetermined angle on the LD mount surface from the eyelet on the heat sink. The light receiving surface of the light receiving element is disposed outside the irradiation region irradiated with the light beam determined by the spread angle of the laser light output from the rear end surface of the laser diode. Thus, it is preferable to install the light receiving element .
かかる構成によれば、半導体レーザ装置は、例えば、レーザダイオードからリア側に受光素子を備えることで、レーザダイオードからフロント側に出力されるレーザ光を受光素子が受けることを避け易くすることができると共に、装置のサイズを効果的に縮小することができる。 According to this configuration, for example, the semiconductor laser device includes the light receiving element on the rear side from the laser diode, so that the light receiving element can easily avoid receiving the laser light output from the laser diode to the front side. At the same time, the size of the apparatus can be effectively reduced.
かかる構成によれば、半導体レーザ装置は、受光素子の配設される面が傾斜しているために受光素子とレーザダイオードとの距離を効果的に縮小することができる。また、かかる構成によれば、半導体レーザ装置は、レーザダイオードの受光素子に近い端面から出力されるレーザ光が受光素子の受光面に入射することを防止し、自然放出光(LED光)を効果的に受光することができる。 According to such a configuration, the semiconductor laser device can effectively reduce the distance between the light receiving element and the laser diode because the surface on which the light receiving element is disposed is inclined. In addition, according to such a configuration, the semiconductor laser device prevents the laser light output from the end face close to the light receiving element of the laser diode from entering the light receiving surface of the light receiving element, and the spontaneous emission light (LED light) is effective. Light can be received.
本発明によれば、半導体レーザ装置は、主としてLD光ではなく自然放出光(LED光)によりIm値を検出し、フロントLD光の出力を精度よく調整できる。 According to the present invention, the semiconductor laser device can detect the Im value mainly by spontaneous emission light (LED light) instead of LD light, and can accurately adjust the output of the front LD light.
以下、図面を参照して本発明の半導体レーザ装置を実施するための最良の形態(以下「実施形態」という)について詳細に説明する。
(第1実施形態)
[半導体レーザ装置の構成]
図1は本発明の第1実施形態に係る半導体レーザ装置を模式的に示す斜視図であり、図2は図1の半導体レーザ装置の平面図である。また、図3は図1の半導体レーザ装置をX軸方向から視た側面図であり、図4は図1の半導体レーザ装置をY軸方向から視た側面図である。
The best mode for carrying out the semiconductor laser device of the present invention (hereinafter referred to as “embodiment”) will be described below in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
[Configuration of semiconductor laser device]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the semiconductor laser device of FIG. 3 is a side view of the semiconductor laser device of FIG. 1 viewed from the X-axis direction, and FIG. 4 is a side view of the semiconductor laser device of FIG. 1 viewed from the Y-axis direction.
本実施形態に係る半導体レーザ装置1は、図1に示すように、主として、ヒートシンク2と、レーザダイオード(以下、LDと表記する)3と、フォトダイオード(受光素子,以下、PDと表記する)4と、アイレット5と、アウターリード6とを備え、PD4で受光した光をモニタすることでLD3からフロント側に出力されるレーザ光(誘導放出光、以下、LD光という)の出力を調整するものである。
As shown in FIG. 1, the semiconductor laser device 1 according to this embodiment mainly includes a heat sink 2, a laser diode (hereinafter referred to as LD) 3, and a photodiode (light receiving element, hereinafter referred to as PD). 4, an eyelet 5, and an
ヒートシンク2は、アイレット(eyelet)5の上に設けられ、アイレット5と共にステム(stem)を構成している。ヒートシンク2には、LD3やPD4等が配設されている。ヒートシンク2は、例えば、Cu、Fe、CuW、CuMo、AlN、AlNにAuメッキを施したもの等から構成される。ヒートシンク2は、アイレット5から立設した部分にLDマウント面2aを有し、アイレット5から所定角度γ(図3参照)傾斜してLDマウント面2aに接続された傾斜面2bを有している。ここで、半導体レーザ装置1を小型化するために、所定角度γは、例えば、5〜25°であり、好ましくは5〜15°である。
The heat sink 2 is provided on an eyelet 5 and constitutes a stem together with the eyelet 5. The heat sink 2 is provided with an
なお、ヒートシンク2上には、LD3やPD4の内部配線であるワイヤや導電部材が適宜配置されているが説明の都合上、図示を省略している。また、ヒートシンク2は、窒素ガス雰囲気中で図示しないキャップにより封止され、このキャップはLD3の直上部分がガラス等の透明な部材で構成されている。
Note that wires and conductive members, which are internal wirings of the
アイレット5は、LD3やPD4等の外部配線であるアウターリード6を貫通する孔を複数備えた円板であり、例えばFe等の金属から構成される。アウターリード6は、例えば、Cu、Al、Ta、Cr等の金属や合金等からなる一般的な電極用金属材料から構成される。
The eyelet 5 is a disc having a plurality of holes penetrating the
レーザダイオード(LD)は、特に限定されないが、例えばIII−V族化合物半導体からなるものである。具体的には、GaNやGaAs、GaP、InP等の化合物半導体からなるものである。LD3は、フロント側Fおよびリア側RにLD光を出力するものである。なお、フロント側Fとリア側Rに出力されるLD光の割合は、フロント側Fの光出力の割合を70%以上とする。そのため、フロント側Fとリア側Rに出力されるLD光の割合は、7:3や8:2、9:1等である。このフロント側Fの光出力の中で、LD光の割合は90%以上である。LD3は、サブマウント7を介してLDマウント面2aにリア側Rをアイレット5に向けて配設されている。フロント側のLD光が反射される割合は、特に限定されるものではないが、フロント側のLD光の出力に対して10%未満とするのが好ましい。
Although a laser diode (LD) is not specifically limited, For example, it consists of a III-V group compound semiconductor. Specifically, it is made of a compound semiconductor such as GaN, GaAs, GaP, or InP. The
サブマウント7は、例えば、基板上にTi/Pt/Au、Ni/Au等の薄膜を積層した薄膜回路から構成される。なお、サブマウント7の基板は、例えば、セラミックスや、放熱のために熱伝導性の高い部材(AlN,CuW,ダイヤモンド,SiC)を用いることができる。
For example, the
PD4は、LD3から出力される光を受光するものであり、例えば、シリコンを用いたPINフォトダイオードやPNフォトダイオードなどから構成される。
本実施形態では、PD4で受光する光のうちLD3から出力されるLD光の占める割合がPD4で受光する光のうちLED光の占める割合よりも小さくなるようにPD4の受光面4aを調整してPD4を設置した。
このPD4は、LD3からリア側Rに出力されるLD光が受光面4aに実質的に当たらずに、かつ、LD3からリア側Rに出力されるLED光(自然放出光)が受光面4aに当たる位置に、受光面4aが向くようにステム2上の傾斜面2bに設置されている。ここで、「LD3からリア側Rに出力されるLD光が受光面4aに実質的に当たらない」とは、以下の3つの観点の少なくともいずれかを指す。
The
In the present embodiment, the light receiving surface 4a of the
In this PD4, the LD light output from the
「実質的に当たらない」ことの第1の観点では、従来ではLD光をモニタするためにLD3からリア側Rに出力されるLD光の広がり角の中にPDを設置していたが、本実施形態では、PD4の受光面4aが、LD3からリア側Rに出力されるLD光の広がり角の中に含まれないように、PD4を設置したことをいう。
In the first aspect of “substantially not hit”, conventionally, a PD is installed within the spread angle of the LD light output from the
具体的には、図3に示すように、PD4の受光面4aの受光面端点201には、LD下端点203から出力されるLD光が入射しない。つまり、LD3のリア側Rの端面から出力されるLD光の広がり角αで定められる照射領域の外側に位置するように、PD4は設置されている。ここで、LD光は、LD3の製造条件にもよるが、Y軸方向(Z−Y平面)において60°〜85°の角度で広がる。例えば、その角度が約80°に広がる場合には、図3に示した広がり角αは、約40°となる。なお、LED光は、Y軸方向(Z−Y平面)において約160°以上、好ましくは約180°に広がる。
Specifically, as shown in FIG. 3, LD light output from the LD
LD光は、X軸方向(Z−X平面)において約40°に広がるので、図4に示した広がり角βは、約20°としている。なお、LED光は、X軸方向(Z−X平面)において約180°に広がる。ここで、図4では、PD4の受光面4aの受光面端点201が、あたかも、LD3からリア側Rに出力されるLD光のX軸方向の広がり角の中に含まれているように示されているが、LD3とPD4との平面位置関係は図2に示す通りなので、受光面端点201には、LD下端点203から出力されるLD光が入射しない。
Since the LD light spreads about 40 ° in the X-axis direction (ZX plane), the spread angle β shown in FIG. 4 is about 20 °. In addition, LED light spreads to about 180 degrees in the X-axis direction (ZX plane). Here, in FIG. 4, the light receiving
また、「実質的に当たらない」ことの第2の観点では、LD3からリア側Rに出力されるLD光を100%としたときに、従来ではLD光をモニタするために90%以上のLD光がPDに当たるように設けていたが、本実施形態では、LED光をモニタするために、リア側Rに出力されるLD光の90%以上、好ましくは95%以上が当たらない位置にPD4を設けたことをいう。
Further, according to the second aspect of “substantially not hit”, when the LD light output from the
また、「実質的に当たらない」ことの第3の観点では、PD4が検出する光に占めるLED光の割合が、フロント側に出力されるLD光を調整するために充分であるときに、PD4が検出する光にLD光が含まれていてもよいことをいう。例えば、PD4で受光する光のうちLD3から出力されるLED光の占める割合が60%以上となる位置にPD4を設けることをいう。また、PD4で受光する光のうちLD3から出力されるレーザ光の占める割合は40%未満となる位置にPD4を設けることをいう。特に、PD4が検出するすべての光のうちLD3から入射するLD光が5%以下、好ましくは3%以下である場合が好ましい。
In a third aspect of “substantially not hit”, when the ratio of the LED light to the light detected by the
また、本実施形態では、LD3が第1レーザ出力値で発振する場合のPD4で受光する光のうち直接受光したLD光の占める割合を示す第1占有率と、LD3が第1レーザ出力値の1〜2倍大きな第2レーザ出力値で発振する場合のPD4で受光する光のうち直接受光したLD光の占める割合を示す第2占有率は、それぞれ5%以下であり、かつ、第1占有率と第2占有率との差が1%以下となる位置にPD4を設置した。
Further, in the present embodiment, the first occupancy ratio indicating the proportion of the LD light directly received in the light received by the
また、本実施形態では、LD3が第1レーザ出力値で発振する場合のPD4で受光する光のうち直接受光したLD光の占める割合を示す第1占有率と、LD3が第1レーザ出力値より50mW大きな第2レーザ出力値で発振する場合のPD4で受光する光のうち直接受光したLD光の占める割合を示す第2占有率は、それぞれ5%以下であり、かつ、第1占有率と第2占有率との差が1%以下となる位置にPD4を設置した。
Further, in the present embodiment, the first occupancy ratio indicating the proportion of the LD light directly received in the light received by the
本実施形態の半導体レーザ装置1によれば、LD3から出力されてモニタ用のPD4で受光したLED光は、LD光よりも光密度が小さいので、フロント側に出力されるLD光が変動したときに、Im値の変動は、LD光をモニタした場合と比較して小さくなる。したがって、Im値を検出しながら、フロント側からのLD光の出力を精度よく調整できる。その結果、高出力時においてもLD光が安定して出力されるように制御することが可能になる。
According to the semiconductor laser device 1 of the present embodiment, the LED light output from the
図3および図8に示すように、LD光の広がり角αで定められる照射領域の外側に位置するように、PD4は設置されている。ここで、ヒートシンク2のLDマウント面2aと傾斜面2bとの交点501(図8参照)から、PD4の上端点202の直下を示す下端点502までの斜辺に沿った長さ(D)は、LD光の広がり角αや上記交点501とサブマウント7の端点503との距離(H)にも依存するが、この長さ(D)は300μm以上とすることが好ましい。また、交点501と、サブマウント7の端点503との距離(H)は、200μm以上とすることが好ましい。
As shown in FIG. 3 and FIG. 8, the
(第2実施形態)
[半導体レーザ装置の構成]
図5は本発明の第2実施形態に係る半導体レーザ装置を模式的に示す斜視図であり、図6は図5の半導体レーザ装置の平面図である。また、図7は図5の半導体レーザ装置をY軸方向から視た側面図である。本実施形態に係る半導体レーザ装置1Aは、図5ないし図7に示すように、フォトダーオード(PD)をX軸方向にずらして設置したものである。したがって、第1実施形態と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。なお、半導体レーザ装置1AをX軸方向から視た側面図は、図3と同様なので図示を省略する。図5に示した半導体レーザ装置1Aは、図1に示した半導体レーザ装置1と比べて、PD4がLD3からより遠くに配設されている。したがって、PD4で受光する光において、LD光の割合が低減すると共にLED光の割合が増加することとなる。これにより、LD光が安定して出力されるように制御することが容易になる。
(Second Embodiment)
[Configuration of semiconductor laser device]
FIG. 5 is a perspective view schematically showing a semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a plan view of the semiconductor laser device of FIG. FIG. 7 is a side view of the semiconductor laser device of FIG. 5 viewed from the Y-axis direction. As shown in FIGS. 5 to 7, the semiconductor laser device 1 </ b> A according to this embodiment is configured such that a photodiode (PD) is shifted in the X-axis direction. Accordingly, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. A side view of the semiconductor laser device 1A viewed from the X-axis direction is the same as FIG. In the semiconductor laser device 1A shown in FIG. 5, the
以上、各実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲でさまざまに実施することができる。例えば、LD光がPD4の受光面4aに当たらずに、かつ、フロント側Fに出力されるLED光が受光面4aに当たる位置に、受光面4aが向くように設置してもよい。このような配置としては、PD4の実装面を図示しないキャップの透明でない部分(側面の上部等)に固定するものが挙げられる。さらに、例えば、LD3のリア側にミラー等の反射面を形成し、リア側Rに出力されるLED光が反射面で反射した反射光が受光面4aに当たる位置にPD4を設置するようにしてもよい。なお、図面に示した構成要素等の厚みや長さは、配置を明確に説明するために誇張して示してあるので、これに限定されるものではない。
As mentioned above, although each embodiment was described, this invention is not limited to these, It can implement variously in the range which does not change the meaning. For example, the light receiving surface 4a may be disposed so that the LD light does not hit the light receiving surface 4a of the
本発明の効果を確認するために本実施形態に係る半導体レーザ装置について実験を行った。具体的には、LD3とPD4とを図8に示すように配置した半導体レーザ装置1(実施例)と、これと比較するために、LD3とPD4とを図9に示すように配置した半導体レーザ装置100(比較例)とについて実験を行った。 In order to confirm the effect of the present invention, an experiment was conducted on the semiconductor laser device according to the present embodiment. Specifically, the semiconductor laser device 1 (Example) in which LD3 and PD4 are arranged as shown in FIG. 8 is compared with the semiconductor laser in which LD3 and PD4 are arranged as shown in FIG. Experiments were performed with the apparatus 100 (comparative example).
図8は実施例の半導体レーザ装置をX軸方向から視た側面図であり、図9は比較例の半導体レーザ装置をX軸方向から視た側面図である。
LD3のサイズは、幅(X方向)200μm×長さ(Z方向)800μm×厚さ(Y方向)85μmであるものとした。なお、サブマウントの厚さ(Y方向)は200μmであるものとした。
PD4のサイズは、本体が横(X方向)680μm×縦(Y方向)680μm×厚さ(Z方向)270μm、受光面4aが(X方向)500μm×縦(Y方向)500μmであるものとした。
ヒートシンク2のLDマウント面2aと傾斜面2bとの交線を示す交点501と、サブマウント7の端点503との距離(H)は、H=416μmとした。
PD4が配設されるステム2の傾斜角は、γ=9°とした。
FIG. 8 is a side view of the semiconductor laser device of the embodiment as viewed from the X-axis direction, and FIG. 9 is a side view of the semiconductor laser device of the comparative example as viewed from the X-axis direction.
The size of the
The size of the
The distance (H) between the
The inclination angle of the stem 2 in which the
実施例と比較例とにおける条件の相違点は、以下の通りである。
実施例では、LD光の広がり角αで定められる照射領域の外側に位置するように、PD4は設置されており、交点501から、PD4の上端点202の直下を示す下端点502までの斜辺に沿った長さ(D)は、D=372μm(Y軸方向の距離は約370μm)とした。
一方、比較例では、LD光の広がり角αで定められる照射領域の内側に位置するように、PD4は設置されており、D=0μmとした。つまり、比較例では、PD4の下端点502と、サブマウント7の端点503とのZ軸方向の距離(L)を、距離Hと等しくした。
尚、LD3にはGaN系LDを使用している。
The difference in conditions between the example and the comparative example is as follows.
In the embodiment, the
On the other hand, in the comparative example, the
Note that a GaN-based LD is used for the
<LD光の当たる割合>
前記した「実質的に当たらない」ことの第2の観点として、LD光の当たる割合をシミュレーションにより求めた。シミュレーションの結果、LD3のリア共振面から出射されるLD光を100%としたときに、PD4に入るLD光の割合は、比較例が91.5%であり、実施例は僅かに0.6%であった。
<Ratio of LD light>
As a second aspect of “not substantially hitting” as described above, the ratio of hitting LD light was obtained by simulation. As a result of the simulation, when the LD light emitted from the rear resonance surface of the
<モニタ出力とフロントレーザ出力との関係>
LD3の駆動電流(投入電流)Ifを所定範囲で変化させたときに、PD4で検出されるモニタ出力(Im値)と、LD3からフロント側Fに出力されるLD光の出力(フロントPo)との関係をシミュレーションにより求めた。実施例および比較例のシミュレーションの結果を図10および図11にそれぞれ示す。図10および図11にそれぞれ示すように、実施例も比較例も両方とも、Im値によって、フロントPoを調整することができることがわかる。
<Relationship between monitor output and front laser output>
When the drive current (input current) If of the
比較例の場合には、図11に示すように、フロントPoが100[mW]のとき、Im値が約0.41[μA]である。また、フロントPoが約150[mW]のとき、Im値が約0.57[μA]である。したがって、Im値が約0.16[μA]だけ変動したときに、フロントPoが約50[mW]だけ変動したことが分かる。 In the case of the comparative example, as shown in FIG. 11, when the front Po is 100 [mW], the Im value is about 0.41 [μA]. Further, when the front Po is about 150 [mW], the Im value is about 0.57 [μA]. Therefore, it can be seen that when the Im value fluctuates by about 0.16 [μA], the front Po fluctuates by about 50 [mW].
一方、実施例の場合には、図10に示すように、フロントPoが約100[mW]のとき、Im値が約0.085[μA]である。また、フロントPoが約150[mW]のとき、Im値が約0.102[μA]である。したがって、フロントPoが約50[mW]だけ変動したことを、Im値が約0.017[μA]だけ変動したときに検知できることが分かる。 On the other hand, in the case of the embodiment, as shown in FIG. 10, when the front Po is about 100 [mW], the Im value is about 0.085 [μA]. When the front Po is about 150 [mW], the Im value is about 0.102 [μA]. Therefore, it can be seen that the front Po changes by about 50 [mW] can be detected when the Im value changes by about 0.017 [μA].
さらに詳細に図10および図11のグラフを分析すると、比較例は、PD4がリア側のLD光を積極的に受けているので、図11に示すIm値のグラフから、発振していることが分かる。すなわち、比較例では、Im値は、駆動電流Ifの電流値が約40[mA]よりも増加すると、LED光に加えてLD光の影響が加わり、フロントPoとほぼ同様な傾きで上昇する(なお、グラフの左右軸の数値は異なる)。
Analyzing the graphs of FIG. 10 and FIG. 11 in more detail, in the comparative example, since the
一方、実施例は、図10に示すIm値のグラフから、LD発振していないので、PD4がリア側のLD光を実質的に受けないことがわかる。実施例では、Im値は、駆動電流Ifの電流値が約40[mA]より増加しても、LD光の影響は加わらず、LED光のみによって上昇する。ここで、実施例のIm値上昇の割合は、緩やかになる。このような現象が生じる理由は、以下のように考えられる。すなわち、LD3のチップ全体からLED光は出ているので、駆動電流Ifの増加に伴ってチップ全体から出るLED光の総量も増加する。このチップ全体から出ているLED光は、均一に出ているわけではなく、最も強いLED光は、PD4に最も近い端面リッジ付近(例えば、LD下端点203、図8参照)から出ていると考えられる。そして、駆動電流Ifの増加に伴って、端面リッジ付近から出るLED光は、LD光に変化し、PD4の受光できない方向に照射される。これによって、チップ全体から出ているLED光のうち、端面リッジ付近から出るLED光の分だけ、PD4の受光面4aに入るLED光の量が減少することになる。その結果、図10に示すようなIm値の変化が生じると考えられる。なお、このような変化があったとしても、実施例によれば、Im値によって、フロントPoを調整できることに変わりはない。
On the other hand, in the example, it can be seen from the graph of Im value shown in FIG. 10 that since the LD does not oscillate, the
<PDが検出する光に占めるLD光の割合>
前記した「実質的に当たらない」ことの第3の観点として、PD4で検出する光に占めるLD光の当たる割合をシミュレーションにより求めた。PD4で検出する光を、PD4が検出する電流Im[μA]で評価する。ここでは、フロントPoを60[mW](第1レーザ出力値)とした時(条件1)と、フロントPoを100[mW](第2レーザ出力値)とした時(条件2)とについて、電流Im[μA]に影響するリア側のLD光、リア側のLED光、その他の光の割合をそれぞれ求めた。シミュレーションの結果を表1に示す。なお、その他の光とは、PD4で検出するすべての光から、リア側のLD光およびリア側のLED光を差し引いた残余の光のことであり、例えば、図示しないキャップ等によって反射する光等が含まれる。
<Ratio of LD light to light detected by PD>
As a third aspect of the above-mentioned “not substantially hit”, the ratio of the LD light hit to the light detected by the
表1に示すように、条件1(フロントPo60mW時)の場合には、比較例は、PD4の検出する光のうちIm値に影響する「リア側のLD光」の割合は、「70.6%」であり、「リア側のLED光」の割合は、「17.6%」であった。一方、実施例は、PD4の検出する光のうちIm値に影響する「リア側のLD光」の割合は、「1.8%」であり、「リア側のLED光」の割合は、「70.0%」であった。したがって、実施例は、PD4に対してLD光が実質的に当たっていない。なお、実施例はその他の光の影響が比較例に比べて高くなる。その他の光とは、フロント側のLD光やリア側から放出されるLED光以外のLED光等の反射光である。
As shown in Table 1, in the case of condition 1 (front Po 60 mW), in the comparative example, the ratio of the “rear LD light” that affects the Im value in the light detected by the
また、表1に示すように、条件2(フロントPo100mW時)の場合には、比較例は、PD4の検出する光のうちIm値に影響する「リア側のLD光」の割合は、「74.7%」であり、「リア側のLED光」の割合は、「13.3%」であった。一方、実施例は、PD4の検出する光のうちIm値に影響する「リア側のLD光」の割合は、「2.2%」であり、「リア側のLED光」の割合は、「62.4%」であった。したがって、実施例は、PD4に対してLD光が実質的に当たっていない。
As shown in Table 1, in the case of condition 2 (
また、条件1と条件2とを比較すると、比較例も実施例も、フロントPoを増加させたときに、PD4の検出する光のうちIm値に影響する「リア側のLD光」の割合は増加し、「リア側のLED光」の割合は減少する。
表1に示すように、条件1から条件2へとフロントPoは1.67倍に増加している。これに対して、比較例では、PD4の検出する光のうちIm値に影響する「リア側のLD光」の割合は、条件1のとき「70.6%」であり、条件2のときに「74.7%」であるので「4.1%」増加している。一方、実施例では、PD4の検出する光のうちIm値に影響する「リア側のLD光」の割合は、条件1のとき「1.8%」であり、条件2のときに「2.2%」であるので「0.4%」だけ増加している。つまり、比較例と比べると、「リア側のLD光」の割合の変動は、1/10以下である。したがって、実施例は、フロントPoが増加したときに、LD光の出力変動に対してIm値の変動を低減することができるという効果を奏する。その結果、フロントPoが増加したときに、Im値の変動が安定であり、高出力時においても、Im値を検出しながら、LD光が安定して出力されるように精度よく調整できる。なお、条件2は条件1と比べて「リア側のLED光」の割合は減少するが、PD4の検出する光の量自体は、条件1の場合よりも条件2の場合の方が多いので、PD4の検出するリア側のLED光の絶対値は、条件1の場合よりも条件2の場合の方が多くなる。
Further, comparing the condition 1 and the condition 2, in both the comparative example and the example, when the front Po is increased, the ratio of the “rear-side LD light” that affects the Im value of the light detected by the
As shown in Table 1, the front Po increases from condition 1 to condition 2 by 1.67 times. On the other hand, in the comparative example, the ratio of the “rear LD light” that affects the Im value in the light detected by the
<経時変化によるIm値の変動>
実施例と比較例について、経時変化によるIm値の変動を確認した。結果を図12に示す。図12はPo出力を連続発振(CW)で20mWとする半導体レーザ装置の経過時間によるモニタ特性を示すグラフである。図12のIm値は、PD4が検出するIm値である。この実験では、300時間連続稼動した場合、実験前のIm値を基準(100%)として、50時間ごとに、Im値の変動を求めた。
<Im value change with time>
About the Example and the comparative example, the fluctuation | variation of Im value by a time-dependent change was confirmed. The results are shown in FIG. FIG. 12 is a graph showing monitor characteristics according to the elapsed time of the semiconductor laser device in which the Po output is 20 mW in continuous oscillation (CW). The Im value in FIG. 12 is an Im value detected by the
比較例では、Im値は、最初の50時間で大幅に低下し、そのまま下がり続けて300時間経過後には、「94.46%」となった。つまり、変動幅は「5.34%」であった。一方、実施例において、Im値は、低下することなく、最も変動したときで「0.72%」上昇し、300時間経過後には、使用前と同じ「100%」となった。つまり、変動幅は「0.72%」であった。したがって、実施例は、比較例と比べて、経時変化によるIm値の変動が小さく、長時間使用したとしても、LED光のモニタによってフロント側のレーザ出力を精度よく調整することができる。 In the comparative example, the Im value significantly decreased in the first 50 hours, and continued to decrease and became “94.46%” after 300 hours had elapsed. That is, the fluctuation range was “5.34%”. On the other hand, in the examples, the Im value did not decrease and rose “0.72%” when it fluctuated the most, and after 300 hours, it reached “100%”, the same as before use. That is, the fluctuation range was “0.72%”. Therefore, compared to the comparative example, the embodiment has a smaller fluctuation of the Im value due to the change with time, and the laser output on the front side can be accurately adjusted by monitoring the LED light even if it is used for a long time.
本発明に係る半導体レーザ装置は、LD光を光源として応用することができるすべての用途、例えば、照明、露光、ディスプレイ、各種分析、CD・MD・DVD等の情報記録・再生録画が可能な光ディスクシステム、医療用光源、レーザプリンタ、光ネットワーク等の種々の分野において利用することができる。 The semiconductor laser device according to the present invention is an optical disc capable of recording / reproducing and recording information such as illumination, exposure, display, various types of analysis, CD / MD / DVD, etc. It can be used in various fields such as systems, medical light sources, laser printers, and optical networks.
1,1A 半導体レーザ装置
2 ヒートシンク
2a LDマウント面
2b 傾斜面
3 LD(レーザダイオード)
4 PD(フォトダイオード;受光素子)
4a 受光面
5 アイレット
6 アウターリード
7 サブマウント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A Semiconductor laser apparatus 2 Heat sink 2a LD mount surface 2b
4 PD (photodiode; light receiving element)
4a Light-receiving surface 5
Claims (4)
前記受光素子は、前記レーザダイオードから出力されるレーザ光及び自然放出光を受光し、
前記受光素子で受光する光のうちレーザダイオードから出力されるレーザ光の占める割合が自然放出光の占める割合よりも小さくなるように前記受光素子を設置したことを特徴とする半導体レーザ装置。 A laser diode that outputs laser light to the front side and the rear side; and a light receiving element that receives light output from the laser diode, and monitors the light received by the light receiving element to thereby move the front side from the laser diode. A semiconductor laser device for adjusting the laser beam output to
The light receiving element receives laser light and spontaneous emission light output from the laser diode,
The semiconductor laser device characterized by the proportion of the laser beam output from the optical sac Chile over The diode is received by the light receiving element is placed the light receiving element to be smaller than the ratio of the natural emission light.
前記レーザダイオードは、アイレットの上に設けられたヒートシンク上のLDマウント面に、そのリア側を前記アイレットに向けて配設され、
前記受光素子は、前記ヒートシンク上において前記アイレットから所定角度傾斜して前記LDマウント面に接続された傾斜面に配設され、
前記受光素子の受光面は、前記レーザダイオードのリア側の端面から出力されるレーザ光の広がり角で定められる光線が照射される照射領域の外側に位置するように、前記受光素子を設置したことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。 The light receiving element is installed so that the light receiving surface of the light receiving element faces the position where the spontaneous emission light output from the laser diode hits the light receiving surface of the light receiving element ,
The laser diode is disposed on the LD mount surface on the heat sink provided on the eyelet with the rear side facing the eyelet.
The light receiving element is disposed on an inclined surface connected to the LD mount surface at a predetermined angle from the eyelet on the heat sink,
The light receiving element is installed such that the light receiving surface of the light receiving element is positioned outside the irradiation region irradiated with the light beam determined by the spread angle of the laser light output from the rear end face of the laser diode . The semiconductor laser device according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007183430A JP5076694B2 (en) | 2007-07-12 | 2007-07-12 | Semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007183430A JP5076694B2 (en) | 2007-07-12 | 2007-07-12 | Semiconductor laser device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009021432A JP2009021432A (en) | 2009-01-29 |
JP5076694B2 true JP5076694B2 (en) | 2012-11-21 |
Family
ID=40360812
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007183430A Active JP5076694B2 (en) | 2007-07-12 | 2007-07-12 | Semiconductor laser device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5076694B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111490441B (en) * | 2020-05-21 | 2022-04-05 | 王志杰 | High-bandwidth laser signal light and backlight separation processing structure |
CN117652064A (en) * | 2021-07-20 | 2024-03-05 | 索尼集团公司 | Light source device and electronic apparatus |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH071815B2 (en) * | 1986-11-19 | 1995-01-11 | 三洋電機株式会社 | Semiconductor laser device |
JPH01293584A (en) * | 1988-05-20 | 1989-11-27 | Nec Corp | Light-amplifying device |
JPH0362983A (en) * | 1989-07-31 | 1991-03-19 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor laser device |
JP3041130B2 (en) * | 1992-03-31 | 2000-05-15 | アンリツ株式会社 | Optical amplifier |
-
2007
- 2007-07-12 JP JP2007183430A patent/JP5076694B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009021432A (en) | 2009-01-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6301279B1 (en) | Semiconductor diode lasers with thermal sensor control of the active region temperature | |
TW552751B (en) | Semiconductor laser device and method of manufacturing the same | |
US8253150B2 (en) | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing it | |
US6449296B1 (en) | Semiconductor laser device | |
JP2009130206A (en) | Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same | |
JP4645008B2 (en) | Semiconductor laser device | |
US20220209499A1 (en) | Laser device | |
US10594107B2 (en) | Semiconductor laser device | |
US6687272B2 (en) | Semiconductor laser device | |
JP5076694B2 (en) | Semiconductor laser device | |
JP6685482B1 (en) | Semiconductor laser device | |
JP4439463B2 (en) | Semiconductor laser device | |
JP2011216583A (en) | Semiconductor laser device and optical pickup device using the same | |
JP2003303975A (en) | Optical module with photodiode for monitoring | |
Leers et al. | Cooling approaches for high power diode laser bars | |
JP2003037328A (en) | Optical semiconductor device | |
JP2010073758A (en) | Semiconductor laser module | |
JP2005026333A (en) | Semiconductor laser equipment | |
JP2006041085A (en) | Semiconductor laser device and optical pickup unit equipped therewith | |
US20210367406A1 (en) | Semiconductor laser, operating method for a semiconductor laser, and method for determining the optimum fill factor of a semiconductor laser | |
JP2008258341A (en) | Semiconductor laser element | |
JP2004047650A (en) | Laser apparatus | |
CN108474918B (en) | Optical coupling structure of optical fiber and semiconductor laser | |
Jandeleit et al. | Fabrication and characterization of high-power diode lasers | |
JPS62143492A (en) | Submount and photoelectron device provided with this submount |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100625 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111125 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111129 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120120 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120731 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120813 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150907 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5076694 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150907 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |