JPH0718755B2

JPH0718755B2 - マルチビーム型ｌｄの発光特性測定装置

Info

Publication number: JPH0718755B2
Application number: JP27527889A
Authority: JP
Inventors: 卓谷細田
Original assignee: 安藤電気株式会社
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: JPH03137525A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、マルチビーム型LD（レーザダイオード）の
直流発光特性とパルス発光特性とを測定する装置につい
てのものである。

［従来の技術］次に、マルチビーム型LDの外観図を第12図ににより説明
する。

第12図の2Aはレーザチップ、2Bはヒートシンク、1E〜1H
はレーザチップ内の独立したレーザ発振部の電極端子、
1Kはそれぞれのレーザ発振部に共通な電極端子、2E〜2H
はそれぞれレーザビームである。

ヒートシンク2Bはレーザチップ2Aの電流発熱を吸収する
ためのものである。

第12図の端子1E〜1Hにそれぞれ順方向の電流を流すと、
電流に比例したレーザビーム2E〜2Hが独立して放射され
る。

次に、レーザチップ2Aの部分外観図を第13図により説明
する。

レーザビーム2E〜2Hはチップ端面に100μｍ間隔で形成
された活性層2K〜2Nから放射される。

活性層2K〜2Nは厚みが0.3〜0.5μｍ、幅が２〜３μｍ程
度の微少なスポットサイズであり、活性層2K〜2Nから放
射されるレーザビーム2E〜2Hは回折効果で広がる。

次に、レーザビーム2E〜2Hによる放射パターンを第14図
により説明する。

第14図はレーザビーム2E〜2Hによる放射パターンの遠視
野像（Far Field patern）の測定例である。

第14図のθ_Ｔは活性層に対して垂直方向（厚み方向）の
ビームの広がり強度を示し、θ_Ｈは活性層に対して平行
方向（幅方向）のビームの広がり強度を示している。

次に、従来技術によるマルチビーム型LDの発光特性測定
装置の構成図を第15図により説明する。

第15図の1A〜1Dは可変直流電流源、２はLD、４は増幅
器、５は測定器、11はレンズ、12A〜12Dはホトダイオー
ドである。

LD2は、第12図のマルチビーム型LDであり、可変直流電
流源1A〜1Dの出力は、第12図の電極端子1E〜1Hに接続さ
れる。

レンズ11は、LD2から放射されるレーザビーム2E〜2Hの
照射スポット間隔を十分に拡大するためのもので、一列
に配列したホトダイオード12A〜12Dに対してレーザビー
ム2E〜2Hが一対一で対応して照射されるようにLD2側に
接近して固定される。

例えば、レンズ11の像倍率を100程度、ホトダイオード1
2A〜12Dのそれぞれの受光面積を5mm角程度、LD2からホ
トダイオード12A〜12Dまでの光路長を0.5〜1m程度にす
る。

レーザビーム2E〜2Hの光出力レベルは、それぞれホトダ
イオード12A〜12Dで検出され、スイッチ13を切換えるこ
とにより、増幅器４で増幅され、測定器５で測定され
る。

ホトダイオード12A〜12Dに到達したレーザビーム2E〜2H
は広がりをもっているので、隣り合うレーザビームの１
部をホトダイオード12A〜12Dが互いに受光しないように
するため、ホトダイオード間の境界に30mm角程度の図示
を省略したしきり板を設けている。

［発明が解決しようとする課題］ LD2のレーザビーム2E〜2Hは第14図に示すような広がり
をもつているので、レンズ11に照射した光ビームの一部
は反射されるという問題がある。

また、レーザビーム2E〜2Hの放射パターンは正規関数的
な強度分布であることに加えて、レンズ11を仲介したこ
とによる収差が付加されて、ビームの広がりはいっそう
大きくなる。

このため、ホトダイオード12A〜12Dの受光面に照射され
たレーザビーム2E〜2Hの周囲がはみ出すことがある。

また、倍率を大きくするためには、レンズ11とLD2との
距離を短かくするが、そのためにレンズ11の表面からLD
2の発振部への戻り光が増え、測定中に光出力が変動す
ることがある。

さらに、LD2とレンズ11、ホトダイオード12A〜12Dの相
対的な位置決めを極めて精密に、かつ安定的に固定しな
ければならないという問題がある。

この発明は、第14図のレンズ11とホトダイオード12A〜1
2Dの代わりに、１個のホトダイオードを採用し、増幅器
４の出力にハイパスフィルタを接続し、可変直流電流源
の１つに可変パルス電流源を採用し、LD2の直流発光特
性とパルス発光特性とを測定し、また、直流発光特性と
パルス発光特性によるしきい値電流を測定し、LD2の接
合部温度を知ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］この目的を達成するために、この発明では、LD2を駆動
する複数の可変直流電流源と、LD2を駆動する可変パル
ス電流源と、LD2の発光ビームを受光するホトダイオー
ド３と、ホトダイオード３の光出力を増幅する増幅器４
と、増幅器４の出力に接続されるハイパスフィルタ６を
備える。

次に、この発明によるマルチビーム型LDの発光特性測定
装置の構成を第１図により説明する。

第１図の1Pは可変パルス電流源、３はホトダイオード、
3Aはバイアス電源、６はハイパスフィルタであり、その
他は第15図と同じものである。ハイパスフィルタ６は、
コンデンサ6Aと抵抗6Bで構成されている。

第１図では、第15図のレンズ11とホトダイオード12A〜1
2Dの代わりに１個のホトダイオード３を採用し、増幅器
４の出力にハイパスフィルタ６を接続している。また、
可変直流電流源1Bを可変パルス電流源1Pにしている。

第１図のホトダイオード３には、例えば受光面積10mm角
のSiピンホトダイオードなどを使用することができる。

なお、第１図のLD2はレーザビーム2E〜2Hを４個出す場
合を示しているが、４個以外の個数でもよい。

次に、可変直流電流源1Aの構成図を第２図ににより説明
する。

第２図の21は可変電圧源、22〜24は増幅器、25はダイオ
ードである。

次に、可変パルス電流源1Pの構成図を第３図により説明
する。

第３図の31は可変電圧源、32はアステーブルマルチバイ
ブレータ、33はアナログスイッチ、34〜37は増幅器、38
はダイオードである。

次に、第３図のアステーブルマルチバイブレータの構成
図を第４図により説明する。

第４図の41は発振器、42はシュミット回路、43はANDゲ
ートである。

次に、第４図のタイミングチャートを第５図により説明
する。

第５図の44〜46は第４図に記入された同じ番号の箇所の
波形図である。

第５図では、パルス幅が0.4μｓ、パルス周期が0.4msの
パルスを可変パルス電流源1Pの出力として使用する。

次に、可変電圧源21・31の回路構成図を第６図により説
明する。

第６図の51は電源、52はスイッチ、53は増幅器である。

第７図は第６図の他の実施例の回路図であり、54は可変
抵抗器である。

次に、第２図の出力波形図を第８図により説明する。

第８図は第２図の可変電圧源21に第６図の回路を使用し
た場合の波形図であり、第６図のスイッチ52の接点を電
源51側に接続したときに得られる波形図である。

第８図の直流出力は、時間とともに電流が増えていく。

次に、第３図の出力波形図を第９図により説明する。

第９図は第３図の可変電圧源31に第６図の回路を使用
し、第３図のアステーブルマルチバイブレータ32に第４
図の回路を使用した場合の波形図であり、第６図のスイ
ッチ52の接点を電源51側に接続したときに得られる波形
図である。

第９図の出力波形は第８図の出力と同じように、時間と
ともに増えていく。

次に、第１図による測定データと第15図による測定デー
タを第16図により説明する。

第16図の実線の曲線は従来技術の第15図による直流発光
特性であり、第16図の破線の曲線はこの発明の第１図に
よる直流発光特性である。

第１図では、第15図に比べ、レンズ11を介さずに例えば
受光面が10×10mmの大口径のホトダイオード３で直接受
光できるので、LD2からの放射光を効率よく受光するこ
とができる。

また、LD2のレーザ発振部からホトダイオード３の受光
面までを7mmにするなど、LD2から離れた位置にホトダイ
オード３の位置を設定できるので、ホトダイオード３か
らLD2の発振部への戻り光も小さくなる。これらの結
果、再現性に優れた安定な測定と、より正確な発光出力
を測定することができる。

［作用］次に、第１図の作用を説明する。

第１図のLD2は、可変直流電流源1A・1C・1Dと可変パル
ス電流源1Pで駆動される。

LD2のレーザビーム2E〜2Hは、合成されたビーム状態で
ホトダイオード３に照射される。

したがって、可変直流電流源1A・1C・1Dで駆動された直
流光出力のレーザビームと、可変パルス電流源1Pで駆動
され、直流光出力中に合成されるパルス光出力のレーザ
ビームが得られ、直流光出力のレーザビームとパルス光
出力のレーザビームが測定器５で測定される。

２種類の測定出力が得られるので、指定した１本のレー
ザビームだけに対する光出力特性の測定はもちろん、LD
2の内部に集積されたレーザ発振部を複数の直流電流源
で駆動させた状態で、内部の発熱状態を測定することが
できる。

次に、第１図によるデータを第10図により説明する。

第10図の実線カーブは第１図の可変直流電流源1Aなどを
LD2に接続したときの特性曲線であり、第10図の破線カ
ーブは可変パルス電流源1PをLD2に接続したときの特性
曲線である。

第10図の一点鎖線は、第１図で可変直流電流源1A・1Cを
LD2に接続し、例えば20mWの一定出力でLD2を発光させて
いる状態で、LD2を可変パルス電流源1Pで走査したとき
の特性曲線である。

第10図に示すように、LD2を駆動する順方向電流を増し
ていくと、急激に光出力が増大する電流値のことをしき
い値電流というが、このしきい値は温度依存性が大き
く、 I_th2＝I_th1exp^{（△Ti/To）} ……（１）の関係にある。ここで、Toは特性温度定数といい、短波
長または可視光のLDで100〜180K、長波長LDで50〜70K、
この値が小さいほど温度依存性が大きくなり、温度変化
の影響が大きくなる。

I_th1、I_th2はしきい値電流で、I_th1が温度上昇前、I_th2
が温度上昇後の値、△Tiは昇温前後のレーザ発振部の接
合部の温度差である。

式（１）はしきい値電流変化がLD2の接合部温度変化に
指数関数的に比例することを示すが、式（１）の比例関
係が成立するのは、例えば可視光、短波長LDの場合で一
般的には接合部温度が60℃程度以下の場合である。。

さらに温度が高くなる場合は、特性温度の変化が伴い、
しきい値電流変化はさらに大きく、LDが劣化することに
なる。１個のレーザチップ内に複数のレーザ発振部が集
積されている場合は、指定レーザ発振部への電流駆動に
よる自己発熱のほかに、隣り合うレーザ発振部を発光さ
せたときのチップ内層での熱伝導が加わり、レーザ発振
部の接合部温度上昇はいっそう大きくなる。

この発明によれば、このようなLDの内部発熱状態、とく
に重要な接合部での温度上昇をパルス電流法とDC電流法
を組み合わせることで測定することができる。

第10図と第11図はレーザ発振部を４個集積されたToが約
120゜ＫのLD2について測定したデータである。

第10図から、同じレーザ発振部を可変直流電流源で発光
させたときの自己温度上昇と、隣り合うレーザ発振部を
発光させたときの内部熱伝達による加熱上昇が求まる。

例えば第10図の破線データによるしきい値は、40mA、実
線データによるしきい値は41.5mAである。

式（１）を変形し、 △Ti＝TolnI_th2/_Ith1 ＝120ln41.5/40≒4.4℃ これは可変直流電流源で発光させたときの第12図の電極
端子1Fに接続されたレーザ発信部の自己温度上昇分であ
る。

同じように、一点鎖線データによるしきい値は、45.7mA
から、 △Ti＝120ln45.7/40≒16.0℃ これは隣り合うレーザ発振部を可変直流電流源で発光さ
せたことによる第12図の電極端子1Fに接続されたレーザ
発信部に対する伝導加熱温度上昇分である。

同じようにして求めたデータを第11図により説明する。

第11図のデータは各電流源を第１図のとおり各レーザ発
振部に接続し、レーザ発振部をDC発光させたときの第12
図の電極端子1Fに接続されたレーザ発振部に対する内部
熱伝導による加熱状態を表している。

第11図アは片側に隣接するレーザ発振部をDC発光させた
状態でのしきい値電流変化と温度上昇のデータであり、
第11図イは両側に隣接するレーザ発振部をDC発光させた
状態のデータである。また、第11図ウは第12図の電極端
子1E、1G、1Hに接続されたレーザ発振部をすべてDC発光
させた状態でのしきい値電流変化と温度上昇のデータで
ある。

次に、可変パルス電流源1Pの出力タイミングは第５図の
46であるが、この出力タイミングの目的はLD2の発光特
性測定時に電流加熱による自己温度上昇を小さくするこ
とにある。

第６図のスチッチ52は中立の位置した状態で出力電流が
一定値に固定される。スイッチ52を増幅器53側に接続す
ると、出力電流は０になる。

スイッチ52を電源51側に接続した場合は、50mA/秒の割
合で出力電流は時間とともに増え、第９図のようにな
る。

［発明の効果］この発明によれば、次のような効果がある。

（ア）従来装置のレンズと複数のホトダイオードが不要
になるので、位置調節作業が不要になり、測定作業が簡
単になる。

（イ）測定するLDに近接した位置に固定するレンズがな
いので、従来装置に比べ、戻り光が減り、測定の信頼度
が向上する。

（ウ）大口径のホトダイオードを使用することができる
ので、LDから放射される光ビームを効率よく受光でき
る。

（エ）パルス電流による発光特性測定と直流電流による
発光特性を組み合わせることにより、LD内部の発熱状態
を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるマルチビーム型LDの発光特性測
定装置の構成図、第２図は可変直流電流源1Aの構成図、
第３図は可変パルス電流源1Pの構成図、第４図は第３図
のアステーブルマルチバイブレータの構成図、第５図は
第４図のタイミングチャート、第６図は可変電圧源21・
31の回路構成図、第７図は第６図の他の実施例の回路
図、第８図は第２図の出力波形図、第９図は第３図の出
力波形図、第10図と第11図は第１図による測定データ、
第12図はマルチビーム型LDの外観図、第13図はレーザチ
ップ2Aの部分外観図、第14図はレーザビーム2E〜2Hによ
る放射パターンを示す図、第15図は従来技術によるマル
チビーム型LDの発光特性測定装置の構成図、第16図は第
１図と第15図による測定データである。 1A・1C・1D……可変直流電流値、1P……可変パルス電流
源、２……LD、３……ホトダイオード、４……増幅器、
５……測定器、６……ハイパスフィルタ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マルチビーム型LD（２）を駆動する複数の
可変直流電流源と、マルチビーム型LD（２）を駆動する可変パルス電流源
と、マルチビーム型LD（２）を発光ビームを受光するホトダ
イオード（３）と、ホトダイオード（３）の光出力を増幅する増幅器（４）
と、増幅器（４）の出力に接続される高域通過フィルタ
（６）を備えることを特徴とするマルチビーム型LDの発
光特性測定装置。