JP6331416B2 - Optical fiber output type laser module - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバからレーザ光を出射する光ファイバ出力型レーザモジュールに関する。 The present invention relates to an optical fiber output type laser module that emits laser light from an optical fiber.
レーザ光を用いた生体分析や画像診断などのアプリケーションでは、レーザ光に含まれるノイズ成分が測定結果のノイズとして現れるため、低ノイズのレーザ光源が望まれる。この光ノイズを低減する方法としては、例えば、特許文献1、特許文献2に記載された技術が知られている。
In applications such as bioanalysis and image diagnosis using laser light, a noise component included in the laser light appears as noise in the measurement result, so a low noise laser light source is desired. As a method for reducing this optical noise, for example, techniques described in Patent Document 1 and
特許文献1は、高周波重畳法とAPC(Auto Power Control)との両方を採用してレーザダイオードの電流を制御することにより、光ノイズを低減することができる。 Patent Document 1 can reduce optical noise by adopting both a high frequency superposition method and APC (Auto Power Control) to control the current of a laser diode.
特許文献2は、非線形駆動部によって半導体レーザの光量による非線形なゲインの変化を補償して、半導体レーザ駆動回路のループゲインを半導体レーザの光量の影響を受けずに安定させることができる。即ち、高速APCにより光ノイズを低減することができる。
According to
また、レーザモジュールからの出射光に含まれる光ノイズの要因としては、レーザ光源に由来するものとレーザを駆動する電気回路からの電気的ノイズが考えられ、前者は、量子ノイズやモード競合ノイズ,戻り光ノイズなどが知られており、後者としては、デバイス自体で発生するジョンソンノイズ(熱雑音)、ショットノイズ、フリッカノイズや回路動作として発生するスイッチングノイズ、グランドバウンスなどが知られている。 In addition, the optical noise included in the light emitted from the laser module can be attributed to the laser light source and the electrical noise from the electric circuit that drives the laser. The former includes quantum noise, mode competition noise, Return light noise and the like are known. As the latter, Johnson noise (thermal noise) generated in the device itself, shot noise, flicker noise, switching noise generated as a circuit operation, ground bounce, and the like are known.
ここで、レーザ光源の定格出力に比べて十分に小さい光出力で使用する、もしくはこの様な領域まで光出力を可変するような用途では、レーザ光源の光出力が閾値に近づくため、量子ノイズが増加する傾向がある。また、この様な低出力領域では、発振縦モードが不安定になり、モード競合ノイズの影響も大きくなる。また、電気回路にも上記ノイズが一定の大きさで存在するため、これらのノイズ成分がレーザの駆動ラインに回り込んだ場合、光出力が小さくなると、駆動信号レベルに対するノイズレベルが相対的に大きくなり、電気的なノイズの影響が大きく現われてしまう。 Here, in applications where the light output is sufficiently small compared to the rated output of the laser light source or the light output is variable up to such an area, the light output of the laser light source approaches the threshold value, so that the quantum noise There is a tendency to increase. Further, in such a low output region, the oscillation longitudinal mode becomes unstable, and the influence of mode competition noise increases. In addition, since the noise is present in the electric circuit at a certain level, when these noise components wrap around the laser drive line, the noise level relative to the drive signal level becomes relatively large when the optical output is reduced. Thus, the effect of electrical noise appears greatly.
特許文献1の高周波重畳法では、戻り光ノイズなどには効果を示すが、レーザの光出力を低出力領域から可変して使用する用途では、低出力領域での光ノイズが増加まで改善することはできない。また、アプリケーションで要求される周波数が広帯域の場合に、高周波成分が光ノイズとして現われてしまう。 The high-frequency superimposition method of Patent Document 1 shows an effect on return light noise, but in applications where the laser light output is varied from the low output region, the optical noise in the low output region can be improved to an increase. I can't. In addition, when the frequency required by the application is a wide band, a high frequency component appears as optical noise.
また、特許文献2に記載された高速APCでは、高速APCの応答速度は、概ね10MHz以下であるため、光ノイズにおいて、さらに高域成分の強度を低減することができない。
Further, in the high-speed APC described in
本発明の課題は、光出力を可変した場合でも、レーザ光源の光出力が安定した領域で動作でき、光ノイズの増加を抑制することができる光ファイバ出力型レーザモジュールを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical fiber output type laser module capable of operating in a region where the light output of a laser light source is stable even when the light output is varied, and suppressing an increase in optical noise.
上記の課題を解決するために、本発明に係る光ファイバ出力型レーザモジュールは、所定の光ノイズを有する第1光出力領域に対して、前記所定の光ノイズよりも小さい光ノイズを有し且つ前記第1光出力領域よりも高出力の第2光出力領域を使用してレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源の出射光を伝搬する第1伝搬光学部材と、前記第1伝播光学部材から出射する光を分岐する光分岐素子と、前記光分岐素子で分岐された一方の光を検出して電気信号に変換する光センサと、前記光センサで検出された光出力が所定値になるように前記レーザ光源を駆動するための駆動電流を制御する制御部と、前記光分岐素子で分岐された他方の光をデフォーカスすることによりデフォーカスビームを伝搬する第2伝搬光学部材と、前記第2伝播光学部材から出射されるデフォーカスビームを入射する光ファイバとを備え、前記第2伝搬光学部材は、前記光ファイバへ入射される光出力を所望の出力値に調整することを特徴とする。
In order to solve the above problems, an optical fiber output type laser module according to the present invention has an optical noise smaller than the predetermined optical noise with respect to a first optical output region having the predetermined optical noise, and A laser light source that emits laser light using a second light output region that is higher in output than the first light output region, a first propagation optical member that propagates light emitted from the laser light source, and the first propagation optics A light branching element that branches light emitted from the member, a light sensor that detects one light branched by the light branching element and converts it into an electrical signal, and a light output detected by the light sensor at a predetermined value. A control unit that controls a drive current for driving the laser light source, a second propagation optical member that propagates a defocused beam by defocusing the other light branched by the light branching element, Said And an optical fiber which enters the defocus beam emitted from the propagation optical member, said second propagation optical member, and adjusting the light output to be incident on the optical fiber to a desired output value.
また、本発明に係る光ファイバ出力型レーザモジュールは、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源の出射光を伝搬する第1伝搬光学部材と、前記第1伝播光学部材から出射する光を分岐する光分岐素子と、前記光分岐素子で分岐された一方の光を検出して電気信号に変換する光センサと、前記光センサで検出された光出力が所定値になるように前記レーザ光源を駆動するための駆動電流を制御する制御部と、前記光センサで検出された光出力から光ノイズを検出する光ノイズ検出器と、前記レーザ光源と前記光分岐素子との間に配置され、前記レーザ光源からのレーザ光の光量を可変させる光量可変機構と、前記光ノイズ検出器で検出された光ノイズが最小となるように前記光量可変機構を移動させることにより前記光量を調整するノイズ制御部と、前記光分岐素子で分岐された他方の光を伝搬する第2伝搬光学部材と、前記第2伝播光学部材から出射される光を入射する光ファイバとを備えることを特徴とする。 An optical fiber output type laser module according to the present invention includes a laser light source that emits laser light, a first propagation optical member that propagates light emitted from the laser light source, and light that is emitted from the first propagation optical member. An optical branching element that branches, an optical sensor that detects one of the lights branched by the optical branching element and converts it into an electrical signal, and the laser light source so that the optical output detected by the optical sensor becomes a predetermined value A control unit that controls a drive current for driving the light, an optical noise detector that detects optical noise from the optical output detected by the optical sensor, and the laser light source and the optical branching element, Adjusting the light quantity by moving the light quantity variable mechanism so that the light noise detected by the optical noise detector is minimized, and the light quantity variable mechanism that varies the light quantity of the laser light from the laser light source. A noise control unit, a second propagation optical member that propagates the other light branched by the light branching element, and an optical fiber that receives the light emitted from the second propagation optical member. To do.
本発明によれば、光出力を可変した場合でも、レーザ光源の光出力が安定した領域で動作を行うことができ、光ノイズの増加を抑制することができる光ファイバ出力型レーザモジュールを提供することができる。 According to the present invention, there is provided an optical fiber output type laser module that can operate in a region where the light output of a laser light source is stable even when the light output is varied, and can suppress an increase in optical noise. be able to.
以下、本発明の光ファイバ出力型レーザモジュールの実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the optical fiber output type laser module of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1に係る本発明の実施例1に係る光ファイバ出力型レーザモジュールの構成を示す図である。この光ファイバ出力型レーザモジュールは、レーザ光源1、伝搬光学系2,6、ビームスプリッタ3、フォトダイオード4、APC制御部5、光ファイバ7を備えている。
Example 1
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical fiber output type laser module according to Embodiment 1 of the present invention related to Embodiment 1 of the present invention. This optical fiber output type laser module includes a laser light source 1, propagation
レーザ光源1は、図2に示すように、所定の光ノイズ(実効値RMSが略0.28%〜0.37%)を有する第1光出力領域(低光出力領域で1mW〜7mW)に対して、前記所定の光ノイズよりも小さい光ノイズ(実効値RMSが略0.07%〜0.09%)を有し且つ前記第1光出力領域よりも高出力の第2光出力領域(高光出力領域で8mW〜15mW)を使用してレーザ光を出射する。 As shown in FIG. 2, the laser light source 1 has a first light output region (1 mW to 7 mW in a low light output region) having predetermined optical noise (effective value RMS is approximately 0.28% to 0.37%). On the other hand, a second light output region (having optical noise smaller than the predetermined light noise (effective value RMS is approximately 0.07% to 0.09%) and having a higher output than the first light output region ( The laser light is emitted using 8 mW to 15 mW in the high light output region.
伝搬光学系2(第1伝搬光学部材)は、レーザ光源1の出射光を伝搬するもので、レンズ、光ファイバ、導波路、あるいは減光素子などからなる。ビームスプリッタ3(光分岐素子)は、伝播光学系2から出射する光を分岐する。
The propagation optical system 2 (first propagation optical member) propagates the light emitted from the laser light source 1, and includes a lens, an optical fiber, a waveguide, a dimming element, or the like. The beam splitter 3 (light branching element) branches light emitted from the propagation
フォトダイオード4(光センサ)は、ビームスプリッタ3で分岐された一方の光を検出して電気信号に変換する。APC制御部5は、フォトダイオード4で検出された光出力が所定値になるようにレーザ光源1を駆動するための駆動電流を制御する。
The photodiode 4 (light sensor) detects one light branched by the beam splitter 3 and converts it into an electric signal. The
伝搬光学系6(第2伝搬光学部材)は、レンズ、光ファイバ、導波路、あるいは減光素子、減衰器などからなり、ビームスプリッタ3で分岐された他方の光を伝搬する。 The propagation optical system 6 (second propagation optical member) includes a lens, an optical fiber, a waveguide, a dimming element, an attenuator, and the like, and propagates the other light branched by the beam splitter 3.
光ファイバ7は、伝播光学系6から出射される光を入射する。伝搬光学系6は、レンズなどによりビームスプリッタ3からの光をデフォーカスすることによりデフォーカスビームを生成し、光ファイバ7へ入射される光出力を所望の出力値に調整する。
The optical fiber 7 receives light emitted from the propagation
なお、伝搬光学系2と伝搬光学系6との少なくとも一方は、伝搬光学系6から光ファイバやへ入射される光出力を所望の出力値に調整するようにしても良い。
Note that at least one of the propagation
このように実施例1の光ファイバ出力型レーザモジュールによれば、レーザ光源1は、図2に示すように、所定の光ノイズよりも小さい光ノイズ(実効値RMSが略0.07%〜0.09%)を有し且つ高出力の第2光出力領域(高光出力領域で8mW〜15mW)を使用してレーザ光を出射する。 As described above, according to the optical fiber output type laser module of the first embodiment, the laser light source 1 has optical noise smaller than the predetermined optical noise (effective value RMS is approximately 0.07% to 0) as shown in FIG. .09%) and a high output second light output region (8 mW to 15 mW in the high light output region).
このため、レーザ光源1からは、例えば、10mWの高光出力で且つ所定の光ノイズよりも小さい光ノイズ(実効値RMSが略0.07%〜0.09%)が出力され、伝搬光学系2、ビームスプリッタ3、伝搬光学系6に送られる。
For this reason, from the laser light source 1, for example, optical noise having a high optical output of 10 mW and smaller than predetermined optical noise (effective value RMS is approximately 0.07% to 0.09%) is output. To the beam splitter 3 and the propagation
伝搬光学系6は、レンズなどによりビームスプリッタ3からの光をデフォーカスすることによりデフォーカスビームを生成し、光ファイバ7へ入射される光出力を所望の出力値に調整する。即ち、光ファイバ7の出力端で必要とされる所望の光出力、例えば5mWに調整される。また、光ファイバ7には、より小さい光ノイズ(実効値RMSが略0.07%〜0.09%)が入射される。
The propagation
従って、光出力を可変した場合でも、レーザ光源1の光出力が安定した領域で動作でき、光ノイズの増加を抑制することができる。また、複雑な制御機構が不要になる。 Therefore, even when the light output is varied, it is possible to operate in a region where the light output of the laser light source 1 is stable, and an increase in optical noise can be suppressed. Further, a complicated control mechanism is not necessary.
(実施例2)
図3は、本発明の実施例2に係る本発明の実施例1に係る光ファイバ出力型レーザモジュールの構成を示す図である。この光ファイバ出力型レーザモジュールは、レーザ光源1a、伝搬光学系2a,6a、ビームスプリッタ3、フォトダイオード4、APC制御部5、光ファイバ7、ノイズ制御部11、ノイズ検出部12、アクチュエータ21、ナイフエッジ22を備える。APC制御部5、ノイズ制御部11は、レーザ制御部10に設けられる。
(Example 2)
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an optical fiber output type laser module according to Embodiment 1 of the present invention related to
ここでは、レーザ光源1a、伝搬光学系2a,6a、ノイズ制御部11、ノイズ検出部12、アクチュエータ21、ナイフエッジ22が実施例1の構成とは異なるので、これらの構成についてのみ説明する。
Here, since the laser light source 1a, the propagation
レーザ光源1aは、レーザ光を出射する。伝搬光学系2aは、レーザ光源1の出射光を伝搬する。
The laser light source 1a emits laser light. The propagation
ノイズ検出部12は、フォトダイオード4で検出された光出力から光ノイズを検出する。アクチュエータ21、ナイフエッジ22は、レーザ光源1とビームスプリッタ3との間に配置され、レーザ光源1からのレーザ光の光量を可変させる光量可変機構を構成する。
The
アクチュエータ21にはナイフエッジ22が取り付けられ、アクチュエータ21が上下に移動することによりナイフエッジ22が伝搬光学系2aに挿入されて、光量が調整されるようになっている。
A knife edge 22 is attached to the actuator 21, and when the actuator 21 moves up and down, the knife edge 22 is inserted into the propagation
ノイズ制御部11は、光ノイズ検出部12で検出された光ノイズが最小となるようにアクチュエータ21を上下に移動させることによりナイフエッジ22を伝搬光学系2aに挿入させて、光量を調整する。
The
なお、光量可変機構としては、アクチュエータ21、ナイフエッジ22に代えて、可変ND(Neutral Density)フィルタや可変ピンホールを用いることもできる。 As the light quantity variable mechanism, a variable ND (Neutral Density) filter or a variable pinhole can be used instead of the actuator 21 and the knife edge 22.
このように構成された実施例2の光ファイバ出力型レーザモジュールによれば、ノイズ制御部11は、光ノイズ検出部12で検出された光ノイズが最小となるようにアクチュエータ21を上下に移動させることによりナイフエッジ22を伝搬光学系2aに挿入させて、光量を調整する。
According to the optical fiber output type laser module of Example 2 configured as described above, the
従って、光出力を可変した場合でも、レーザ光源1の光出力が安定した領域で動作でき、光ノイズの増加を抑制することができる。また、複雑な制御機構が不要になる。 Therefore, even when the light output is varied, it is possible to operate in a region where the light output of the laser light source 1 is stable, and an increase in optical noise can be suppressed. Further, a complicated control mechanism is not necessary.
本発明は、光ファイバ出力型レーザモジュールに利用できる。 The present invention can be used for an optical fiber output type laser module.
1,1a レーザ光源
2,2a,6,6a 伝搬光学系
3 ビームスプリッタ
4 フォトダイオード
5 APC制御部
7 光ファイバ
10 レーザ制御部
11 ノイズ制御部
12 ノイズ検出部
21 アクチュエータ
22 ナイフエッジ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1a Laser
11
22 Knife edge
Claims (1)
前記レーザ光源の出射光を伝搬する第1伝搬光学部材と、
前記第1伝播光学部材から出射する光を分岐する光分岐素子と、
前記光分岐素子で分岐された一方の光を検出して電気信号に変換する光センサと、
前記光センサで検出された光出力が所定値になるように前記レーザ光源を駆動するための駆動電流を制御する制御部と、
前記光分岐素子で分岐された他方の光をデフォーカスすることによりデフォーカスビームを伝搬する第2伝搬光学部材と、
前記第2伝播光学部材から出射されるデフォーカスビームを入射する光ファイバとを備え、
前記第2伝搬光学部材は、前記光ファイバへ入射される光出力を所望の出力値に調整することを特徴とする光ファイバ出力型レーザモジュール。 A laser using a second optical output region having optical noise smaller than the predetermined optical noise and having a higher output than the first optical output region with respect to the first optical output region having the predetermined optical noise. A laser light source that emits light;
A first propagation optical member for propagating light emitted from the laser light source;
A light branching element that branches light emitted from the first propagation optical member;
An optical sensor that detects one light branched by the optical branching element and converts it into an electrical signal;
A control unit for controlling a drive current for driving the laser light source so that a light output detected by the light sensor becomes a predetermined value;
A second propagation optical member that propagates a defocused beam by defocusing the other light branched by the light branching element;
An optical fiber for receiving a defocused beam emitted from the second propagation optical member,
The optical fiber output type laser module, wherein the second propagation optical member adjusts an optical output incident on the optical fiber to a desired output value.
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