JPH02165684A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JPH02165684A
JPH02165684A JP63319581A JP31958188A JPH02165684A JP H02165684 A JPH02165684 A JP H02165684A JP 63319581 A JP63319581 A JP 63319581A JP 31958188 A JP31958188 A JP 31958188A JP H02165684 A JPH02165684 A JP H02165684A
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light
semiconductor laser
laser chip
diffraction grating
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JP63319581A
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Koichi Nitta
康一 新田
Genichi Hatagoshi
玄一 波多腰
Yukio Watanabe
幸雄 渡辺
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
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    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters

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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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、モニタ用受光素子を備えた半導体レーザ装置
に係わり、特に受光素子へのモニタ光導入手段の改良を
はかった半導体レーザ装置に関する。
（従来の技術） 近年、半導体レーザは、小型・高効率・直接変調の容易
さといったと特徴のため、光通信や光情報処理用の光源
として注目されている。また、より広い分野への応用を
目的として、大きな光出力が取出せること、低い雑音レ
ベルが要求されている。
第９図は、光学式ピックアップヘッド等に用いられる従
来の半導体レーザ装置（例えば、特開昭６３−８４１８
４号公報）の概略構成を示す断面図である。図中９１は
ステム、９２はヒートシンク、９３はシリコンサブマウ
ント、９４は半導体レーザチップ、９５はＰＩＮフォト
ダイオード、９６はキャップ、９７はガラス窓、９８は
レーザ端子、９９はダイオード端子である。レーザチッ
プ９４の前端面から出射した光は、ガラス窓９７に当た
り、大部分は前方向出射光となって外部に放出される。
一部は、反射光としてフォトダイオード９５に入射し、
モニタ電流を発生する。
この従来の半導体レーザ装置では、後端面の反射率が低
い高出力のレーザチップ９４でも十分なモニタ電流が得
られる。そして、レーザチップ９４の前方向への出射光
の一部をフォトダイオード９５で受け、その信号をレー
ザチップ９４に電気的に帰還し、負帰還系を構成して雑
音を低減させる光・電気負帰還法の構成が容易とな９て
いる。
しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、先ディスクシステム等に使用した場合
、光デイスク面からの戻り光により半導体レーザチップ
の動作が不安定となり、前方向の出射光が空間的に一様
でなくなる。また、フォトダイオード等の受光素子は反
射光の全てを受光しているのではなく、その−部を受光
しているのみであり、レーザチップからの出射光の分布
が空間的に一様でなくなると、トータルの光出力は変わ
らなくてもモニタ出力が変動することになる。つまり、
ガラス窓で反射した光では、レーザチップの不安定性を
十分にモニタできず、雑音の低減化がはかれない問題を
有している。また、ガラス窓からの反射光を凸レンズに
より集光して受光素子に入射させることが考えられるが
、パッケージ内でガラス窓と受光素子との間に凸レンズ
を配置することは実質的に困難である。
（発明が解決しようとする課題） このよう従来、半導体レーザチップからの出射光の分布
が空間的に変動すると、光透過窓からの反射光を受光素
子でモニタしても、半導体レーザチップの光出力を正確
に検出することは困難であり、この種の変動に関しては
低雑音化をはかることができなかった。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、凸レンズ等を用いることなく光透過
窓での反射光の全てを受光素子で検出することができ、
半導体レーザチップの出射光の空間的分布に拘りなくそ
の光出力を正確に検出することができ、レーザ出力の低
雑音化に寄与し得る半導体レーザ装置を提供することに
ある。
［発明の構成コ （発明が解決しようとする課題） 本発明の骨子は、平面上に微細なピッチの凹凸や濃淡の
縞を構成させ、光波の回折現象を利用してレンズ作用を
生じさせる回折格子型レンズを用い、光透過窓での反射
光をモニタ用受光素子に集光することにある。
即ち本発明は、パッケージ内に収容され、該パッケージ
に設けられた光透過窓からレーザ光を外部に放出する半
導体レーザチップと、前記パッケージ内に収容され前記
光透過窓にょるレザ光の反射光を検出する受光素子とを
備えた半導体レーザ装置において、前記光透過窓の一主
面に、前記半導体レーザチップからのレーザ光の反射光
が前記受光素子の受光面近傍に集光するよう回折格子を
設けるようにしたものである。
（作　用） 本発明によれば、光透過窓に設けられたレンズ作用を有
する回折格子によって、光透過窓で反射された半導体レ
ーザチップからのレーザ光は、回折格子の形状に応じた
位置に回折され且つ集光される。この集光位置近傍に受
光素子を設けることによって、反射光の全てを検出する
ことができる。つまり、モニタ光の空間的な分布を問題
とすることなく、良好に光出力をモニタすることができ
る。従って、光・電気負帰還法を用いて半導体レーザの
低雑音化をはかることが可能となる。
（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第１図は本発明の第１の実施例に係わる半導体レーザ装
置の概略構成を示す断面図である。
図中１１は平板状のステムであり、このステム１１上に
はヒートシンク１２が載置されている。
ヒートシンク１２の上面には四部が設けられ、この凹部
にシリコンサブマウント１３を介して半導体レーザチッ
プ１４がマウントされている。
レーザチップ１４は、例えばＩｎＧａＡＩＰ系の可視光
レーザである。また、ヒートシンク１２上には、後述す
るモニタ光を受光するための受光素子、例えばＰＩＮフ
ォトダイオード１５が固定されている。
一方、ステム１１上には、前記ヒートシンク１２、レー
ザチップ１４及びフォトダイオード１５等を覆うように
キャップ１６が取付けられている。キャップ１６の上面
の一部には開口が設けられており、この開口を塞ぐよう
にガラス板（光透過窓）１７が取付けられている。この
ガラス板１７の下面には第２図に示す如き回折格子１８
が形成されている。そして、レーザチップ１４からの出
射レーザ光２１はガラス板１７を通して外部に放出され
、さらにガラス板１７で反射回折した光はフォトダイオ
ード１５に集光されて検出されるものとなっている。
なお、図中１９レーザ端子、２０はダイオード端子、２
２は前方向出射光、２３は反射回折光（モニタ光）を示
している。
このような構成において、半導体レーザチップ１４の前
端面から出射されたレーザ光２１は、回折格子型レンズ
を有するガラス板１７に当たり、大部分は前方出射光２
２となって様々な用途に利用される。一部は反射光２３
として、フォトダイオード１５に入射し、モニタ電流を
発生させる。このモニタ電流を必要十分なだけ得るため
に、回折格子１８には例えば重クロム酸ゼラチン等を感
光材料としたホログラフィックグレーティング或いはプ
ラスチックレプリカによるブレーズ型回折格子を用いる
。さらに、回折格子型レンズの内側には、非常に薄くア
ルミニウム若しくは銀といった金属或いは誘電体が蒸着
され、これによりレーザチップ１４の前端面からの全出
射光の約ｌＯ〜３０％が反射光２３となり、残りが前方
向出射光２２となる。また、モニタ用フォトダイオード
１５は、回折格子型レンズの焦点から外れるが、モニタ
光を全部入射できる位置にあり、且つ光軸に対して斜め
に傾いて位置するため、モニタ用フォトダイオード１５
から半導体レーザチップ１４に戻る光を低減することが
可能となっている。
第１の実施例の回折格子型レンズの製法の一例を第３図
に示す。これは、ホログラフィック干渉露光による回折
格子形成方法である。
Ｈｅ−Ｎｅレーザ３１から出射された光ビームは、レン
ズ３２．３３からなるビーム拡大器により所定の大きさ
の平行光に変換され、ビームスプリッタ３４により分岐
される。一方は、モニタ用フォトダイオードの位置を決
める照明光Ｂとなり、他方は半導体レーザの位置を決め
る参照光Ａとなる。参照光Ａはレンズ３５により集光さ
れてホログラム乾板３６に照射され、照明光Ｂはミラー
３７．３８により反射されレンズ３９により集光されて
ホログラム乾板３６に照射される。そして、レンズ３５
により集光された参照光Ａとレンズ３９により集光され
た照明光Ｂとの干渉パターンが、ホログラム乾板３６に
記録される。
このようにして作成されたホログラムの再生を第４図に
示す。前記第３図において、ホログラム作成時に参照光
Ａが集光された位置に半導体レーザチップ１４、例えば
Ｈｅ−Ｎｅレーザの波長に近い発振波長を有するＩｎＧ
ａＡＩＰ系可視光半導体レーザチップを置くと、レーザ
チップ１４から出射した出力光２１は、回折格子１８に
より反射回折され且つ集光されて進行方向に対してθだ
け傾いた反射光２３となり、モニタ用フォトダイオード
１５に入射する。このとき、角度θは前記第３図におい
て、ホログラムを記録したときの際の照明光Ｂと同じ角
度である。
前記第３図において、照明光Ｂの入射角度θを変えれば
、フォトダイオード１５の位置を任意に設定でき、また
ホログラム乾板３６を傾けても、上記と同様に回折格子
型レンズが作成できる。この回折格子は、例えば重クロ
ム酸ゼラチンを感光材料としたホログラフィックグレー
ティング、或いはプラスチックレプリカによるブレーズ
型回折格子等を用いることにより、高い回折効率のもの
が得られる。
また、ホログラム製作時の記録波長とホログラムを再生
するときの波長が異なる場合、レンズの色収差が問題と
なるが、製作時はＩｔ　ｅ　−Ｎ　ｅレーザ、再生時は
ＩｎＧａＡＩＰ系可視光半導体レーザを使用するため、
実使用においては色収差は殆ど問題とならない。Ａｒレ
ーザ等の短波長で記録する場合でも、焦点位置の補正を
行うことにより使用可能である。
次に、光ピツクアップで問題となる戻り光による動作を
、第４図を参照して説明する。半導体レーザチップ１４
から出射した光２１は、回折格子１８で回折反射光２３
１回折透過光２４及び透過光２２に分離される。回折透
過光２４は、回折反射光２３と回折格子１８に対して対
象の位置に集光されるが、透過光２２を集光するコリメ
ートレンズの開口数が小さいので、問題とはならない。
また、光ディスク等で反射されて戻ってきた光は、透過
光２２と逆の方向に戻り、回折格子１８で回折光２３．
２４と逆の方向に回折されるので、半導体レーザチ・ツ
ブ１４には戻らないことが判る。
かくして本実施例によれば、後端面の反射率の高い半導
体レーザチップ１４を用いても十分なモニタ電流が取出
せ、且つモニタ光を集光させてＰＩＮフォトダイオード
１５に入射させるため、モニタ光の空間的な分布を問題
にすることなく、レーザチップ１４の光出力を常に正確
に検出することができる。従って、光・電気負帰還法を
用いることにより、レーザ出力の低雑音化をはかること
ができる。また、回折格子１８の存在により光ディスク
等で反射された戻り光がレーザチップ１４に入射するの
を防止でき、これにより戻り光による影響を効果的に低
減することができる。さらに、従来装置のガラス窓１７
の内面に回折格子１８を設けるのみの簡易な構成で実現
し得る等の利点もある。
第５図は本発明の第２の実施例の概略構成を示す断面図
である。なお、第１図と同一部分には同一符号を付して
、その詳しい説明は省略する。この実施例が先の実施例
と異なる点は、回折格子としてフレネルゾーンプレート
を用いたことにある。
即ち、ガラス板１７はレーザチップ１４からの出射レー
ザ光２１の光軸とは傾いて設置され、ガラス板１７の下
面には第６図に示す如きフレネルゾーンプレート（回折
格子）５８が形成されている。また、ガラス板１７を傾
けて設置するため、キャップ５６は開口を形成すべき上
面に傾斜が設けられている。さらに、ヒートシンク５２
の上面の一部には傾斜が設けられ、この傾斜部にＰＩＮ
フォトダイオード１５が設置されている。
この場合、レーザチップ１４から出射された光２１はフ
レネルゾーンプレート５８で回折反射光２３１回折透過
光２４．透過光２２に分離される。回折反射光２３はＰ
ＩＮフォトダイオード１５に集光されて入射する。一方
、回折透過光２４は、回折反射光２３とフレネルゾーン
プレート５８に対して対象の位置に集光されるが、その
焦点位置はレーザチップ１４から十分に離れており、ま
た光量も透過光２２に比べ□て小さいため問題とはなら
ない。
ここで、フレネルゾーンプレート５８は同心円であるた
め、ＮＣ旋盤等による機械的加工が容易であり、プラス
チックによるレプリカ等で作成が容易である。また、こ
の種の回折格子型レンズの作成には、ルーリングエンジ
ンやＮＣ旋盤等による機械的加工法やホログラフィ−の
手法を用いて干渉縞をフォトレジストに記録することに
よって現像後、レリーフ回折構造又はブレーズ回折構造
を得ることができる。以上のように作成した原板からプ
ラスチックコピーを量産できる。
この第２の実施例においては、先の実施例と同様に半導
体レーザチップ１４からの出射レーザ光の一部をフレネ
ルゾーンプレート５８で反射回折させ、且つ集光させて
フォトダイオード１５で検出することができる。従って
、先の実施例同様の効果が得られる。
第７図は本発明の第３の実施例の概略構成を示す断面図
である。なお、第５図と同一部分には同一符号を付して
、その詳しい説明は省略する。
この実施例が先の第１及び第２の実施例と異なる点は、
回折格子を有するガラス板の代わりに球面状のガラス板
７７を用いたことにある。
即ち、ガラス板７７はレーザチップ１４からのレーザ光
が反射してフォトダイオード１５に集光するように球面
状に形成され、且つその内側（レーザチップ側）が凹部
となっている。また、回折格子は形成されていない。
なお、モニタ光を必要十分なだけ得るために、ガラス板
７７の内面にはアルミニウムや銀等の金属或いは誘電体
が極めて薄く蒸着されている。
この場合、レーザチップ１４の前端面からの全出射光２
１の約１０〜３０％が反射光２３となり、残りのが前方
出射光２２となる。また、フォトダイオード１５は球面
状のガラス面の焦点から僅かに外れた位置に設置される
が、モニタ光を全部入射できる位置にあり、且つ光軸に
対して斜めに傾いて位置するため、フォトダイオード１
５からレーザチップ１４に戻る光を低減できる構成とな
っている。
このような構成であっても、ガラス板７７での反射光２
３をフォトダイオード１５に集光して入射させることが
できる。従って、先の第１及び第２の実施例と同様の効
果が得られる。
第８図は本発明の第４の実施例の概略構成を示す断面図
である。なお、第１図と同一部分には同一符号を付して
、その詳しい説明は省略する。この実施例は、ビームス
プリッタを用いてレーザチップからのレーザ光を分離す
るようにしたものである。
第８図において、８１は内部に空洞を設けたヒートシン
クであり、このヒートシンク８１内には半導体レーザチ
ップ１４及びＰＩＮフォトダイオード１５と共に、集光
レンズ（コリメイトレンズ）８２．ビームスプリッタ８
３１反射ｖＬ８４及び集光レンズ（フォーカスレンズ）
８５等が収容されている。そして、レーザチップ１４か
らの出射レーザ光は大部分がビームスプリッタ８３を通
して外部に放出され、残りがフォトダイオード１５に入
射するものとなっている。
このような構成において、レーザチップ１４の前端面か
ら出射したレーザ光はレンズ８２により平行光となり、
ビームスプリッタ８３により大部分はモジュールの出力
光８６となって外部に放出され、様々な用途に利用され
る。一部は、レーザチップ１４のモニタ光８７となり、
反射鏡８４で反射されレンズ８５で集光されて、フォト
ダイオード１５に入射し、モニタ電流を発生する。この
モニタ電流を必要十分なだけ得るために、ビームスプリ
ッタ８３では、レーザチップ１４の前端面からの全出射
光の１０〜３０％がモニタ光８７となり、残りがモジュ
ールの出力光８６となるよう反射率が制御されている。
また、モニタ用フォトダイオード１５は、レンズ８５の
焦点から外れるがモニタ光を全部入射できる位置にあり
、且つ光軸に対して斜めに傾いて位置するので、ダイオ
ード１５からレーザチップ１４に戻る光を低減できる構
成となっている。
このような構成であれば、後端面の反射率の高い半導体
レーザチップ１４を用いても、十分なモニタ電流が取出
せ、且つモニタ光を集光させてフォトダイオードに入射
させるため、モニタ光の空間的な分布を問題にすること
なく光出力を正確に検出することができる。従って、先
の第１の実施例と同様の効果が得られる。
なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。例えば、半導体レーザチップはＩｎＧａＡＩＰ系
可視光レーザに限るものではなく、各種の半導体レーザ
を用いることができる。さらに、受光素子としてはＰＩ
Ｎフォトダイオードに限らず、通常のフォトダイオード
或いはフォトトランジスタ等を用いることができる。そ
の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して
実施することができる。
［発明の効果コ 以上詳述したように本発明によれば、平面上に微細なピ
ッチの凹凸や濃淡の縞を構成させ、光波の回折現象を利
用してレンズ作用を生じさせる回折格子型レンズを用い
、光透過窓での反射光をモニタ用受光素子に集光するよ
うにしているので、凸レンズ等を用いることなく光透過
窓での反射光の全てを受光素子で検出することができる
。従って、半導体レーザチップの出射光の空間的分布に
拘りなくその光出力を正確に検出することができ、レー
ザ出力の低雑音化等に寄与することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例に係わる半導体レーザ装
置の概略構成を示す断面図、第２図は上記装置に用いた
回折格子パターンを示す平面図、第３図はホログラフィ
ック干渉法による回折格子形成方法を説明するための模
式図、第４図は回折格子の動作を説明するための模式図
、第５図は本発明の第２の実施例の概略構成を示す断面
図、第６図は上記第２の実施例に用いた口折格子パター
ンを示す平面図、第７図は本発明の第３の実施例の概略
構成を示す断面図、第８図は本発明の第４の実施例の概
略構成を示す断面図、第９図は従来装置の概略構成を示
す断面図である。 １１・・・ステム、１２．５２．８１・・・ヒートシン
ク、１３・・・シリコンサブマウント、１４・・・半導
体レーザチップ、１５・・・ＰＩＮフォトダイオード（
受光素子）、１６．５６・・・キャップ、１７・・・ガ
ラス板（光透過窓）　　１８．５８・・・回折格子、１
９・・・レーザ端子、２０・・・ダイオード端子、２１
・・・出射レーザ光、２２・・・透過光、２３・・・反
射回折光、２４・・・透過回折光、５７・・・球面状ガ
ラス板、８２．８５・・・集光レンズ、８３・・・ビー
ムスプリッタ、８４・・・反射鏡。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第２図 第３図 第４ 図 第 図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）パッケージ内に収容され、該パッケージに設けら
    れた光透過窓からレーザ光を外部に放出する半導体レー
    ザチップと、前記パッケージ内に収容され前記光透過窓
    によるレーザ光の反射光を検出する受光素子とを備えた
    半導体レーザ装置において、 前記光透過窓の一主面に、前記半導体レーザチップから
    のレーザ光の反射光が前記受光素子の受光面近傍に集光
    するよう回折格子を設けてなることを特徴とする半導体
    レーザ装置。
  2. （２）前記光透過窓は前記半導体レーザの光軸と直交す
    る面に対して傾いて設けられ、前記回折格子はフレネル
    ゾーンプレートを構成するものであることを特徴とする
    請求項１記載の半導体レーザ装置。
JP63319581A 1988-12-20 1988-12-20 半導体レーザ装置 Pending JPH02165684A (ja)

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