JPH01238083A - 半導体レーザの発振波長安定方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は半導体レーザの発振波長を精度良く安定させ
る発振波長安定方法に関する。

［従来の技術］ 半導体レーザを利用したｎ測方法として例えば半導体レ
ーザを気体に照射して気体の吸収能を測定することによ
り、気体の濃度等を検出する方法が開示されている（雑
誌センサ技術第２９頁〜第３１頁１９８６年２月号）。

この計測方法は気体分子の吸収係数がレーザ光の波長に
より異なることを利用したものである。

一方、半導体レーザの発振モードは投入電流によって変
化し一般に多数存在する。それらの発振スペクトル幅は
０．０１〜０．２ｎｏ＋程度である。この半導体レーザ
を上記計測方法に利用する場合は半導体レーザの発振波
長が気体の吸収波長に合うように制御する必要がある。

第４図は従来の半導体レーザの発振波長を一定にするた
めの制御方法を示すブロック図である。

第４図に示すように半導体レーザの発振波長の設定値１
に応じて電°流設定値２と温度設定値３を定め、この電
流設定値２と温度設定値３になるように電流コントロー
ラ４と温度コントローラ５で半導体レーザ装置６の投入
電流と温度をそれぞれ独立に制御して、半導体レーザ装
置６から出射するレーザ光７の発振波長を一定にしてい
る。なお、第４図において８は温度検出器９で検出した
半導体レーザ装置６の温度と温度設定値３との差を求め
る減算器である。

［発明が解決しようとする課題］ 半導体レーザの発振波長に対する電流と温度の関係は、
例えば第５図の電流と発振波長の特性図及び第６図の温
度と発振波長の特性図に示すように、電流変化が発振波
長の変動に影響するよりも、温度変化が発振波長の変動
に影響する度合いが大きい。また、第４図に示した電流
と温度の制御においては、温度制御の整定時間は一般に
電流制御の整定時間に比べると長くなる。

したがって、外乱を受けて半導体レーザ装置６の温度が
変化したときの温度制御の過渡時には半導体レーザの発
振波長がずれて、発振波長が例えば気体の吸収帯から外
れてしまい、かつ発振波長を設定値にするのに時間を要
するという問題点があった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
であり、温度制御の過渡時においても半導体レーザの発
振波長を精度良く制御することができる半導体レーザの
発振波長安定方法を得ることを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る半導体レーザの発振波長安定方法は半導
体レーザ装置の半導体レーザ素子の温度と電流を一定に
保つことにより半導体レーザの発振波長を安定させる方
法において、半導体レーザ素子の温度を検出し、検出し
た温度とあらかじめ設定した温度との差を求め、求めた
温度差によりあらかじめ設定した電流値を変化させ半導
体レーザ素子の温度を補正することを特徴とする。

［作　用］ この発明においては、半導体レーザの発振波長が温度変
化より投入電流の変化によってはあまり大きく影響され
ないことを利用し、温度変化の過渡時における半導体レ
ーザ素子の温度を電流制御系に取り込み、半導体レーザ
素子の温度を補正するような電流を半導体レーザ素子に
投入し、投入電流によっても半導体レーザ素子の温度を
変化させる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例に係る制御装置の構成図で
ある。第１図において、ｌＯは発振波長制御装置であり
、この発振波長制御装置ｌＯは半導体レーザ装置６から
出射するレーザ光７の発振波長に応じて半導体レーザ装
置６に投入する電流と半導体レーザ装置６の温度とを設
定し、設定した電流値と温度をそれぞれ電流コントロー
ラ４と温度コントローラ５に送り出す。

半導体レーザ装置６は第２図に示すように半導体素子１
１と例えばサーミスタからなる温度検出器９とを例えば
銅ブロック１２に固定し、この銅ブロック１２の温度を
例えばベルチェ素子からなる吸発熱装置１３により可変
できるように構成されている。

１４はレーザ光７の一部を反射する半透明平面鏡であり
、半透明平面鏡で反射したレーザ光７はガスセル１５を
通して光検出器１Ｂに送られる。ガスセル１５には発振
波長制御装置ｌＯで設定したレーザ光７の発振波長と合
った吸収波長を有する気体が封入されており、このガス
セル１５と光検出器１６により光導体レーザ装置６から
出射するレーザ光７の発振波長と発振波長制御装置１０
で設定した設定発振波長の比較器１７を構成している。

上記のように構成した制御装置により半導体レーザの発
振波長を一定値に制御する場合の動作を第３図に示した
制御ブロック図に基いて説明する。

発振波長制御装置１０はあらかじめ定めた発振波長設定
値１に対応した電流設定値２と温度設定値３を定めて、
それぞれ電流コントローラ４と温度コントローラ５に送
る。電流コントローラ４は半導体レーザ装置６の半導体
素子１１に投入される電流が電流設定値２に追従するよ
うに動作し、温度コントローラ５は半導体素子１１の温
度が温度設定値３に追従するように動作してレーザ光７
の発振波長を発振波長設定値１と一致させている。した
がって定常状態においてはレーザ光７の発振波長とガス
セル１５に封入しである気体の吸収帯とが一致している
のでガスセル１５と光検出器１６からなる比較器１７か
らの光検出信号は安定状態を示している。

この状態で温度の外乱を受けて半導体レーザ装置６の温
度が変化すると、半導体レーザ装置６から出射するレー
ザ光７の発振波長が発振波長設定値１からずれてしまう
。このとき温度コントローラ５は半導体レーザ装置６の
温度を補正する動きを行なう。しかし、この温度制御は
半導体レーザ装置６の銅ブロツク１２等の容量があるた
め系の時定数が大きく過渡状態の時間が長くなる。この
過渡時間の間比較器１７からは光検出信号としてレーザ
光７の発振波長が発振波長設定値１からずれたという波
長ずれ検出信号を出力して発振波長制御装置１０の電流
補正器１８に送る。電流補正器１８は波長ずれ検出信号
を受けとると、減算器８で求めた温度設定値３と温度検
出器９で検出した半導体レーザ装置６の温度との差を取
り込み、半導体レーザ装置６の過渡状態の温度を補正す
るように電流設定値２を補正し、補正した電流値を電流
コントローラ４に送る。電流コントローラ４は半導体素
子１１の投入電流が補正した電流値になるように制御す
る。この電流制御の系の時定数は温度制御系の時定数よ
りも小さいため、半導体レーザ装置６から出射するレー
ザ光７の発振波長のずれを温度制御系のみで補正するよ
りも電流制御系をも用いて制御することにより早く補正
することができる。

したがって温度の外乱により生じた過渡状態の時間を短
かくすることができ、レーザ光７の発振波長をいち速く
定常状態とすることができる。

レーザ光７の発振波長が定常状態になると、比較器１７
から出力される光検出信号はもとの安定状態に復帰し、
電流補正器Ｉ８の電流補正動作は停止し、電流コントロ
ーラ４には電流設定値２が送られ電流制御系と温度制御
系は安定する。

［発明の効果］ この発明は以上説明したように、温度制御の過渡時に生
じる半導体レーザの発振波長のずれを電流制御系にも帰
還し、発振波長のずれを電流制御系でも補正するように
したので、発振波長のずれを速く補正することができる
。したがって半導体レーザの発振波長を精度よく制御す
ることができ、波長が安定したレーザ光源を得ることが
できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る制御装置を示す構成図
、第２図は上記実施例の半導体レーザー装置を示す側面
図、第３図は上記実施例の制御ブロック図、第４図は従
来例の制御ブロック図、第５図は電流と発振波長の特性
図、第６図は温度と発振波長の特性図である。 １・・・発振波長設定値、２・・・電流設定値、３・・
・温度設定値、４・・・電流コントローラ、５・・・温
度コントローラ、６・・・半導体レーザ装置、７・・・
レーザ光、８・・・減算器、９・・・温度検出器、１０
・・・発振波長制御装置、１１・・・半導体レーザ素子
、１５・・・ガスセル、１６・・・光検出器、１７・・
・比較器、１８・・・電流補正器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体素子の温度と投入電流を各々一定値に保つことに
   より半導体レーザの発振波長を安定させる方法において
   、 半導体素子の温度を検出し、あらかじめ設定した温度と
   検出した温度との差を求め、求めた温度差によりあらか
   じめ設定した電流値を変化させ半導体素子の温度による
   波長のずれを補正することを特徴とする半導体レーザの
   発振波長安定方法。