JPH01235390A - 半導体レーザの温度制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体レーザの発揚波長を所定波長付近で釦用させるた
めに、半導体レーザの素子温度をｌ＋１Ｉｔｌｌする温
度制御方式に関し、 環境温度が大きく変化しても半導体レーザの素子温度を
高ｆｉｆｌｌｔに制御１１することを目的とし、半導体
レーザの放熱用ヒートシンクの温度を温度検出素子で検
出し、その検出信号を該ヒートシンクの加熱用ヒータに
供給してヒートシンクの温度をｆｔ１１１１ｉ１１１す
ることにより、該半導体レーザの温度を一定に１Ｉｌｌ
Ｉｌ］する半導体レーザの温度１ｊｌｌｉ１方式におい
て、所定の環境温度に対して異なる複数の環境温度の夫
々における該半導体レーザの発振波長の変化分を予め測
定して得たデータが格納されているメモリを有し、該メ
モリから読み出されたデータに基づき該半導体レーザの
発振波長の変化を打消すべきＩＩＩＩＩＩ］信号を発生
する補正回路と、環境温度を検出し、その検出信号を生
成して該補止回路に供給し、検出された環境温度に対応
するデータを該メモリから読み出させる環境温度検出手
段と、該補正回路の出力１１ＪＩＯ信号ど前記温度検出
素子よりの検出信号とに基づいて前記ヒートシンクの温
度を制御する湿度コントローラとを具備するよう構成す
る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体レーザの温度ｔｌｌ　ｗＪ方式に係り、
特に半導体レーザの発振波長を所定波長付近で掃引させ
るために、半導体レーザの素子温度を制御ターる温度υ
１１１１方式に関する。

半導体レーザの発揚波長は駆ｖＪ電流やその素子温度に
よって変化する。従って、波長が順次可変されるレーザ
光を被測定ガス雰囲気中に透過させ、その透過光の光強
度の変化分に基づいて被測定ガスのガスＩＩを測定する
レーデ方式ガスセンサなどのような、半導体レーザの発
振波長可変性を利用する装置においては、通常、駆動電
流の鮪により発振波長を可変しているので、素子温度が
所定の一定範囲内に収まるようにする温度制御方式が必
要となる（因みに、レーザ方式ガスヒンリでは目標のガ
ススペクトル吸収線付近でレーザ光の波長を掃引するた
めに、半導体レーザの集子温度を数千ミリケルビン（ｍ
Ｋ）の精度で制御する必要がある）。

〔従来の技術〕

第６図は従来の半導体レーザのｆｆｌ　Ｉｆ　ｉｌＪ　
Ｉ１１１００一例の構成図を示す。同図中、１は半導体
レーザ、２はヒートシンク、３はダイオードセンサ、４
はダイオードセンサ３に接続されたリード線、５は加熱
用ヒータである。

半導体レー”ｆ　１はヒートシンク２上に設けられ、ま
たダイオードセンサ３は接着剤６によりヒートシンク２
上に固定され、更に加熱用ヒータ５はヒートシンク２の
実測に設けられている。ヒートシンク２の一端は冷［７
と接触せしめられている。

ヒートシンク２は半導体レーザ１の駆！ｌｌ電流通電に
より発生したジュール熱の放熱用であり、又ダイオード
セン＋Ｊ３は通常のシリコンダイオードで、ヒートシン
ク２の温度検出用センサである。

次に、この従来方式の構成の動作につき説明するに、ダ
イオードセンサ２の一定電流での順方向降下電圧ＶＦが
リード線４を介して検出回路（図示せず）に供給され、
その値が検出される。すなわち、ダイオードセンサ２の
順方向降下電圧ＶＦはヒートシンク２の温度に応じて変
化するので、上記検出回路によりＶＦの値を検出するこ
とによってヒートシンク２の温度を検出できることにな
る。

この検出温度に対応した信号は公知のｔｉ１１１１１回
路（図示せず）を経由して加熱用ヒータ５に供給され、
その発熱ｌを制御することにより、ヒートシンク２は常
に一定温度にあるように制御される。

これにより、半導体レーザ１も駆動電流によるジュール
熱が放熱されて、所定の素子温度で駆動されるように濃
度制御が行なわれる。

この方法によれば、相対温度で１０ｍに程度の安定度が
得られる。

（発明が解決しようとする課題〕 しかし、環境温度が約１０’Ｃ程度と大きく変化した場
合、半導体レーザ１やヒートシンク２などがデユワ−内
に収納されて外気温から断熱されていても、デユワ−の
外部に出ているリード線４からの熱侵入でダイオードセ
ンサ３自体の温度が変化し、また接着剤６の熱抵抗も高
いので、ダイオードセンサ３による順方向降下電圧ＶＦ
の変化はヒートシンク２の温度変化に正確に対応したち
のではなくなっていた。

第７図はこのときの環境温度によるヒートシンクの温度
誤差を説明する図で、従来の１度制御方式では温度設定
時の環境温度より環境温度が例えば低温になるほど、ダ
イオードセンサ−３による温度検出指示値が上記熱侵入
によりヒートシンク２の温度（この温度は環境温度より
かなり低く、通常８０〜１００Ｋである）より低い値を
示す。このため、上記の従来の温度ｆｌ、１１＠方式で
はダイオードセンサ３の検出指示値が一定となるように
フィードバック制御するので、ヒートシンク２は設定温
度よりも高い温度に誤って温度制御されてしまい、半導
体レーザ１の温度制御に誤差を生じさせていた。

このような環境ＩＩ変化によるダイオードセンサ３の指
示誤差を少なくするため、リード線４を一度ヒートシン
ク２上に接触させる（ヒートアンカー）等の方法が従来
とられていたが、この方法でも上記の温度１１１１１１
誤差の低減が十分ではなかった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたｂので、環境温度が
大きく変化しても半導体レーザの素子温度を高精度に制
御することができる半導体レーザのｆＡ度制御方式を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理ブロック図を示す。同図中、１は
半導体レーザ、２は半導体レーザ１の放熱用ヒートシン
ク、５はヒートシンク２の加熱用ヒータ、１０はヒート
シンク２の１度検出木子である。ヒートシンク２の温度
が温度検出素子１０により検出され、その検出信号が温
度コントローラ１４を介して加熱用ヒータ５に供給され
、ヒートシンク２の温度が設定温度になるように温度制
御Ｉする。これにより、半導体レーザ１の素子温度も一
定となるようにｔｌｌ＠される。

このような湯度υ制御方式において、本発明では環境温
度検出手段１１．補正回路１２及び温度コントローラ１
４を設けたものである。

補正回路１２はメモリ１３を内蔵しており、このメモリ
１３には所定の環境温度に対して異なる複数の環境温度
の夫々における半導体レーザ１の発振波長の変化分を予
め測定して得たデータが格納されている。

環境温度検出手段１１は環境温度を検出し、その検出信
号を補正回路１２に供給しエメモリ１３から検出環境温
度に対応するデータを読み出させる。

温度コントローラ１４は温度検出素子１０よりの検出信
号と補正回路１２の出力１ｔｌｌｔｌｌ信号とに基づい
て、ヒートシンク２の温度を所定値にするための信号を
出力する。

〔作用〕

環境温度検出手段１１より取り出された環境温度検出信
号は、補正回路１２に供給され、ここで内部のメモリ１
３からその環境温度に対応したデータを読み出させる。

このデータは所定の環境温度における半導体レーザ１の
発振波長からの発振波長変化分を示している。すなわち
、ヒートシンク２及び半導体レーザ１の実際の？ＳＩ度
は、半導体レーザ１の発振波長に対応するので、この発
振波長の変化分により温度検出素子１０の検出誤差を間
接的に知ることができる。

そこで、補１回路１２はこのデータから発振波長の変化
分を打消す値の制御信号を発生してｆＡＩ！１コントロ
ーラ１４に供給する。この温度コントローラ１４の出力
信号は加熱用ヒータ５をその値に対応する所定の熱片で
動作させる。この結果、ヒートシンク２は温度検出素子
１０の環境温度による検出誤差分が略除去された正しい
温度にυＩＩＸＩされるので、半導体レーザ１も環境温
度の変化による影響を殆ど受けることなく一度制御され
る。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例のブロック図を示す。

同図中、第１図と同一構成部分には同一符号を付しであ
る。第２図において、１５は湿度設定冴、１６は環境温
度センサ、１７はトランスデユーサ、１８はメモリ１３
としてのリード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）、１９はデ
ユワ−である。デユワ−１９の内部には第６図に示した
半導体レーザ１、ヒートシンク２、ダイオードセンサ３
、加熱用ヒータ５、冷媒７などが収納されており、ダイ
オードセンサ３の出力ヒートシンクｍ度検出信号が温度
コントローラ１４へ供給される。

また、補正回路１２内のリード・オンリ・メモリ（ＲＯ
Ｍ）１８には、第３図に示した測定装置により得られた
測定データが格納されている。そこで、第３図に示す測
定装置について説明１゛るに、図中、２１はデユワ−で
、デユワ−１９に相当する。２２は種類、濃度が夫々既
知の基準ガスが充満されているガスセル、２３は光検知
器で、これらは恒温槽２４内に収容されている。

また、第３図中、２５はデユワ−２１内の半導体レーザ
（図示せず）のレーザ用電源、２６は温度］ントＯ−ラ
で、デユワ−２１内のヒートシンク温度検出用ダイオー
ドセンサ（図示せず）からの信号が供給され、それに基
づきデユワ−２１内のヒートシンク加熱用ヒータ（図示
せず）へｔｉｌｌ　ｔｅｌ信号を送出し、ヒートシンク
上の半導体レーザの素子温度を略一定に制御する。更に
２７は恒温槽２４の温度コントローラで、恒温槽２４の
温度を環境温度どして制御する。

ガスヒル２２内は減圧されており、これにより後述する
スペクトル吸収線を細くし、スペクトル吸収線を波長マ
ーカの代りにするようにしている。

次に第３図に示す装置の測定時の動作につき説明するに
、温度コントローラ２７により恒温槽２４の温度、すな
わち環境湿度をＴｏにまず保持する。この状態でアユ１
ノー２１内の半導体レーザから放射されたレーザ光はガ
スセル２２内を通過して光検知器２３に入射され、ここ
で光電変換される。上記のガスセル２２の透過光はガス
セル２２内の基準ガスに特有の波長帯（スペクトル吸収
線）で減表を受けるので、半導体レーザの発揚波長をこ
のスペクトル吸収線付近で掃引することにより、光検知
器２３からは第４図（Ａ）に示す如き信号が得られる。

次に、温度コントローラ２７により環境温度を王＋（＜
Ｔｏ）に変更保持した状態で上記と同様にして光検知４
２３の出力信号を取り出すと、このときの出力信号は第
４図（Ｂ）に示す如くになり、環境温度Ｔ。のときに比
べてスペクトル吸収線が８１だけ長波長方向へ移動する
。

次に、温度コントローラ２７により環境温度をＴ２　　
（＜ＴＩ　）に変更保持した状態で上記と同様にして光
検知器２３の出力信号を測定すると、第４図（Ｃ）に示
す如く環境温度Ｔｏのときに比べてスペクトル吸収線が
ε２だけ長波長方向へ移動する。

以下、上記と同様にして、環境温度を順次異ならせると
共に、そのときのスペクトル吸収線をその都度測定する
ことにより、第５図に示す如き特性が得られる。

ここで、ガスセル２２内の基準ガスは同じであり変更し
ないので、正確に温度！ｌ１１１１１されているならば
、本来スペクトル吸収線の移動はないはずである。この
ことは逆にいうと、上記の波長変化分（変動量）ε１．
ε２．・・・は大々の環境温度のときにおけるデユワ−
２１内のダイオードセンサの検出指示値の誤差に対応し
ていると見做せることになる。従って、環境温度とその
波長変化分の組み合せ（ε＋、Ｔ＋）、（ε２．Ｔ２）
、・・・を補正用データとして前記ＲＯＭ１８に格納す
る。

再び第２図に戻って説明するに、ＲＯＭ１８は補正回路
１２内に組込まれる。環境温度セン９１６により第２図
に示１デユワ−１９を有する機各の外部環境′６ＡＩＩ
が検出され、トランデューサ１７により温度−電気変換
されて検出環境温度に対応したレベルの検出湿度信号と
された後、補正回路１２に供給され、ＲＯＭ１８から検
出環境温度に相当する補正用データを読み出す。

補１回路１２はこの補正用データと一度設定器１５から
のデータとにより、環境温度による波長変化分を打消し
、かつ、ヒートシンクの温度を所定鎮にするための制御
信号を発生し、この制御信号を温度コントローラ１４に
供給する。

温度コントローラ１４はこの制御信号に基づいてデユワ
−１９内のヒートシンク加熱用ヒータの熱量を制御する
ので、デユワ−１９内のヒートシンクは環境温度による
検出誤差が略打消されて所定温度にυＩ１１］される。

これにより、上記ヒートシンク上のデユワ−１９内の半
導体レーザも環境温度による影響を殆ど受けることなく
、所定の素子温度に制御されることになる。

（発明の効果） 上述の如く、本発明によれば、半導体レーデの素子温度
を環境温度が大ぎく変化しても高精度に制御することが
でき、半導体レーザの発振波長の再現性を向上すること
ができる等の特長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、 第２図↓ま本発明の一実施例のブロック図、第３図は本
発明における補■用データを得るための測定装置の一例
の構成図、 第４図は第３図の動作説明用特性図、 第５図は補正データ説明図、 第６図は従来の温度１ｉ１１１１１方式の一例の構成図
、第７図は環境温度によるヒートシンクの温度誤差説明
図である。 図において、 １は半導体レーザ、 ２はヒートシンク、 ５は加熱用ヒータ、 １０は温度検出素子、 １１は環境温度検出手段、 １２は補正回路、 １３はメモリ、 １４は温度コントローラ を示す。 、　　　・・−ン 本発明の一実施例のブロック図 第２図 ｖＡＭ量（ａ：ａ長ｆＭ） η　　賢　　　　ヌ 七ト 錠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体レーザ（１）の放熱用ヒートシンク（２）の温度
   を温度検出素子（１０）で検出し、その検出信号を該ヒ
   ートシンク（２）の加熱用ヒータ（５）に供給してヒー
   トシンク（２）の温度を制御することにより、該半導体
   レーザ（１）の温度を一定に制御する半導体レーザの温
   度制御方式において、 所定の環境温度に対して異なる複数の環境温度の夫々に
   おける該半導体レーザ（１）の発振波長の変化分を予め
   測定して得たデータが格納されているメモリ（１３）を
   有し、該メモリ（１３）から読み出されたデータに基づ
   き該半導体レーザ（１）の発振波長の変化を打消すべき
   制御信号を発生する補正回路（１２）と、 環境温度を検出し、その検出信号を生成して該補正回路
   （１２）に供給し、検出された環境温度に対応するデー
   タを該メモリ（１３）から読み出させる環境濃度検出手
   段（１１）と、 該補正回路（１２）の出力制御信号と前記温度検出素子
   （１０）よりの検出信号とに基づいて前記ヒートシンク
   （２）の温度を制御する温度コントローラ（１４）とを
   具備したことを特徴とする半導体レーザの温度制御方式
   。