JPH07193336A - レーザダイオード後面放射モニタリング装置及びレーザダイオードアレイ構成方法 - Google Patents

レーザダイオード後面放射モニタリング装置及びレーザダイオードアレイ構成方法

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JPH07193336A
JPH07193336A JP6278042A JP27804294A JPH07193336A JP H07193336 A JPH07193336 A JP H07193336A JP 6278042 A JP6278042 A JP 6278042A JP 27804294 A JP27804294 A JP 27804294A JP H07193336 A JPH07193336 A JP H07193336A
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laser diode
laser
submount
rear surface
diodes
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JP6278042A
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Gregory J Kovacs
ジェイ．コヴァクス グレゴリー
Jr Donald R Yingling
ユィングリング，ジュニア アール．ドナルド
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Xerox Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザダイオードの出力をモニタリン
グする。 【構成】 レーザダイオードアレイ５０は、サブマウン
ト５５上に置かれる２つのレイジング素子６１及び６２
を含む。サブマウント５５は、基部６５と、Ｔ形状分離
バー７０とを含む。後面プレート９０をサブマウント５
５に固着すると、後面検出器８１及び８２が、分離バー
７０の両側に存在するとともに、検出器８１及び８２が
それぞれ、レイジング素子６１及び６２の後面放射を受
け取るように、検出器８１及び８２を後面プレート９０
上に配置する。次に、検出器を有する後面プレートを、
伝導性のエポキシ樹脂によりサブマウントの端に接着す
る。後面検出器よりサブマウント及び分離バーを延出さ
せることにより、個々のレーザダイオードのモニタリン
グが可能になるとともに、所定の検出器に直接達する１
つのダイオードを除く全てのダイオードからの光が除外
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に、半導体レーザダ
イオードの出力のモニタリング（監視）に関し、詳細に
は、密接的に離間された複数のレーザダイオードの後面
のモニタリングに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】レーザ
プリンタ及び光学メモリのように、レーザ光を使用する
デバイスの設計者は、次第に、密接的に離間されたレー
ザダイオードのアレイをレーザ光源として使用すること
に利点を見出した。密接的に離間されたダイオードは、
多重ビームの処理が可能であるので、連続波の単一ビー
ムガスレーザを使用する古いシステムに比べて、データ
処理能力（スループット）が向上する。
【０００３】現在では、２つのアレイ構成が、多様なア
プリケーション（適用）、即ちモノリシックレーザダイ
オードアレイ及び非モノリシックレーザダイオードアレ
イでの使用のために用いられてきた。一般に、モノリシ
ックダイオードアレイは、一体的なアレイユニットとし
て製造される。その結果、ユニットを含むダイオードは
通常、波長及び偏光等の同じ光特性を有する。
【０００４】それとは対称的に、非モノリシックアレイ
は通常、支持体上に取り付けられた複数の個別のレーザ
ダイオードからなる。個別的に製造されたダイオード
は、ビーム特性が多様であるという利点を有する。例え
ば、アレイにおける各ダイオードは、様々な波長又は偏
光でレーザ光を放射する。この多様性は、１９９２年９
月７日にティボー・フィスリ（Tibor Fisli ）に対して
発行された「マルチステーションゼログラフィック印刷
システムのためのラスタ出力スキャナ（A RasterOutput
Scanner for a Multistation Xerographic Printing S
ystem）」と題された米国特許第５，２４３，３５９号
に述べられているように、カラーレーザ印刷の分野にお
いて望ましい。
【０００５】一般に、モノリシックレーザアレイと非モ
ノリシックレーザアレイの両方におけるレイジング素子
は、個別的にアドレス可能である。個別的にアドレス可
能であるということは一般に、各レイジング素子が、レ
イジング素子を駆動又は変調する別個の電流源を有する
ことを必要とする。動作上、各ドライバ（駆動装置）
は、レーザ光を発射させるのに十分な電流をダイオード
を通して送る。ドライバが生成する電流量は、部分的に
は、その特定のレイジング素子を駆動するデジタルデー
タにより決定される。
【０００６】しかしながら、異なるレーザダイオード
は、所定駆動電流に応答して異なる出力特性を有するの
で、各レーザダイオードからの出力の量をモニタリング
することが望ましい。あるダイオードが所定の電流レベ
ルで大きすぎたり小さすぎたりする出力を行うというこ
とが判明した場合には、出力差を修正するように電流を
調整する必要がある。
【０００７】ダイオードは一般に、適度にドープされた
半導体材料のエピタキシャル付着（デポジション）から
層毎に構成される。次に前面及び後面を劈開（切断）
し、レーザキャビティの前境界及び後境界を規定する反
射面を作る。前面は、後面より透過性があるように設計
され、後面は前面より反射性があるように設計される。
このように、前面はレーザ光の大部分が放射される側で
ある。
【０００８】上述したように、後面は反射性の高い面で
あるように設計される。しかしながら、最終的にいくら
かの光がダイオードの後面を通って漏れる。後面を通る
漏光の量は一般に、前面から放射される光の量に比例す
るということが知られている。後面からの放射と前面か
らの放射とのこのような関係により、前面からの出力の
量をモニタリングする機会が生じる。
【０００９】ダイオードのアレイの後面からの光の量を
測定するために、単一レーザダイオードの後面に対向す
るように検出器を配置するのが一般的である。単一レー
ザダイオード形態の場合には、１つの後面検出器が、そ
のダイオードの前面から発射する放射量に関する完全な
情報を提供する。複数ダイオード形態の場合には、同時
放射の合流した多重ビームにより、あらゆる特定ダイオ
ードに関する情報が提供されない。
【００１０】図１は、周知のレーザダイオードアレイデ
ザイン１０を示す。レーザダイオード２０は、それら各
々の前面からの出力ビーム３０が密接的に離間されるこ
とを維持するように支持体２５上に配置される。レーザ
光の大部分は前面から出ていくが、いくらかの放射３５
がダイオードの後面から漏出する。
【００１１】図１からわかるように、前面及び後面の両
方からの光は、円錐形となって広がり、面から少し距離
をおいた所で重なり合う。このように、密接的に離間さ
れたダイオードの後面から発射する放射ビームは、識別
するのが困難である。この問題は、ダイオード同士の離
間される度合がより密接になるにつれて、一層深刻にな
る。
【００１２】個々のダイオードからの光を分けて検出す
ることは、個々のダイオードからの出力をモニタリング
し且つ最終的に制御するという点から見て重要である。
密接的に離間されたレーザダイオードアレイの場合、単
一の後面検出器では（個々のダイオードからの光を分け
て検出することが）一般的に不可能である。
【００１３】全セットのダイオードに対向する単一後面
検出器による問題は、２つ以上のビームが同時に検出器
に当たる場合に、あらゆる１つのレーザダイオードの出
力に関する識別可能な情報を入手できないということで
ある。個々のダイオードに関する情報なくしては、出力
における個々の変化を修正することが不可能である。
【００１４】よって、個々の後面から発射する光の量が
検出されるように、アレイ構造を構成する必要がある。
さらに、出力に関するこのような情報を提供するため
に、連続的閉ループで個々のダイオードの出力を調整す
る必要がある。この調整は、高い印刷品質を確かなもの
にするために必要である。
【００１５】よって本発明の目的は、レーザダイオード
の個々の後面からの出力の量を、連続的に個々にモニタ
リングすることができるようなアレイ構造を提供するこ
とである。
【００１６】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、異な
るダイオードからの光を光学的に分離するような構造を
用いるための、新規の複数レーザダイオードの構造及び
方法である。新規の構造は、個々のレイジング素子が搭
載されるサブマウント（補助取付け台）と、該サブマウ
ントに連結される後面モニタリングプレートとを含む。
後面モニタリングプレートは、後面から発射するレーザ
光の量をモニタリングする複数の光感知検出器を含む。
各レイジング素子の後面に対して１つの検出器を対向さ
せて取り付けるのが理想的である。
【００１７】個々のレイジング素子を光学的に分離する
ように、サブマウントを設計する。各検出器によりこの
ように検出される放射は、単一のレイジング素子の後面
から発射されたものである。検出器がとらえる後面放射
量は、レイジング素子の前面から発射する放射量に比例
する。この情報により、システムが、連続的閉ループで
レイジング素子のスポット出力（spot power）を個別に
モニタリングし且つ継続的に制御することが可能にな
る。
【００１８】本発明の１つの利点は、単一レイジング素
子のスポット出力を連続的に制御する能力である。ユー
ザとシステムは双方共、受光体（例えば感光体）表面上
にあたる画像形成スポット出力が正確に制御されること
を要求する。スポット出力をモニタリングすることから
収集される情報を使用して、出力を正確に制御すること
ができる。
【００１９】本発明の別の利点は、製造の容易さであ
る。個々のダイオードを取り付けるために使用されるサ
ブマウントを用いて、後面放射を光学的に分離すること
も可能である。
【００２０】本発明のまた別の利点は、互換性である。
本発明のデザインは、レーザダイオードの既存する市販
の取付パッケージ（ユニット完成品）を組み立てる方法
と互換性がある。
【００２１】本発明の請求項１の態様によれば、前面及
び後面を有するレーザダイオードアレイにおいて、個々
のレーザダイオードの後面放射をモニタリングする装置
であって、レーザダイオードが配置されるサブマウント
であり、前記サブマウントが、基部と、基部上に外向け
に配置される複数のバーとを含み、各前記バーの両側に
配置された隣接するレーザダイオードから発射される光
が前記バーにより分離される、前記サブマウントと、レ
ーザダイオードアレイの後面に対向するようにサブマウ
ント上に配置される後面プレートと、所定の検出器にあ
たる光がレーザダイオードの１つから来るように、後面
プレート上に取り付けられる後面検出器と、を含む。
【００２２】本発明の請求項２の態様によれば、請求項
１の態様において、分離バーが、サブマウントの基部上
に一体的に形成される。
【００２３】本発明の請求項３の態様によれば、複数の
ダイオードが配置されるサブマウントを有するレーザダ
イオードアレイにおいて、各ダイオードが前面及び後面
を有し、個々のレーザダイオードの後面モニタリングを
有する前記レーザダイオードアレイを構成する方法であ
って、Ａ）各ダイオードからの光を分離するように、隣
接するレーザダイオード間に分離バーを配置するステッ
プと、Ｂ）検出器によって検出される放射が、分離バー
によって分離される単一のダイオードからの光であるよ
うに、ダイオードの各後面に対向するように後面検出器
を配置するステップと、を含む。
【００２４】
【実施例】当業者が本発明を製造し且つ使用することを
可能にするために、そして特定のアプリケーションとそ
れに必要なものとの関係において、以下の説明をなす。
好適実施例に対する種々の変更は、当業者には容易に明
らかになるであろうし、また、請求項により定義される
本発明の趣旨及び範囲から逸脱することがなければ、本
文中で定義される包括的な原理を、その他の具体化及び
アプリケーション（適用）に適用することが可能であ
る。よって本発明は、本文中で示す実施例に限定される
ものではなく、ここで開示する原理及び特徴と一貫する
最も広い範囲を包含するものである。
【００２５】図２では、２つのレーザダイオードを有す
る本発明の第１実施例を示す。本発明の原理に従って製
作された後面検出器プレート９０とともに２つのレーザ
ダイオード６１及び６２を含むアレイ５０を斜視図で示
す。ここで好ましいとするアレイ５０は、サブマウント
５５上に置かれる２つのレイジング素子６１及び６２を
含む。サブマウント５５はさらに、基部６５と、基部か
ら外向けに配置されるＴ形状分離バー７０とを含む。
【００２６】レイジング素子６１及び６２を、Ｔ形状分
離バー７０の両側に配置する。分離バー７０は、個々の
レイジング素子を光学的に分離するように、光を通さな
い材料からなる。
【００２７】分離バー７０はまた、個々のレイジング素
子を熱的に分離するように設計される。よってバーは、
熱伝導性である材料からなる。分離バー７０は、レイジ
ング素子６１及び６２により生成された熱を、吸熱源と
して作用する比較的大きな基部６５に伝える。
【００２８】好適実施例では、材料は、バーが１００μ
ｍ±２μｍの厚さに機械加工又は構成されるようなもの
であるべきとする。レイジング素子との適切な電気的及
び熱的接触のために、分離バーの側壁を、±１μｍ以内
で平滑に仕上げるのが理想的である。上述の寸法及びア
ラインメント（位置合わせ）を異なる構造に対して提供
することは、当業者が本発明を実行する手助けとなると
いうこと、そしてまた本発明はこのような寸法に限定さ
れないということが理解されるであろう。本発明は、個
々のレイジング素子の後面放射を分離し且つ個別にモニ
タリングするあらゆる設計を包含する。
【００２９】図２で示すように、レイジング素子６１及
び６２は、それぞれの前面から放射光７５を発射する。
これらのビームは、デバイス［例えば、レーザプリン
タ、光学メモリ等（図示せず）］の有効な作用を実行す
るために、デバイスの主光路を進む。上述したように、
いくらかの放射の漏出が、レイジング素子の後面から発
生する。このようなビーム８０は、前面からのビームと
は反対の方向に進行する。
【００３０】本発明は、各レイジング素子からの後面放
射を分離し且つ検出する。図２からわかるように、後面
プレート９０を、サブマウントの後方部に固着する。後
面プレート９０をサブマウントに固着すると、後面検出
器８１及び８２が、分離バー７０の両側に存在し、且つ
レイジング素子の後面放射を受け取るように、後面検出
器８１及び８２を後面プレート９０上に配置する。
【００３１】第１実施例の構成について述べてきたが、
その構成（構造体）を製造する好ましい方法についてこ
れから述べることにする。図３及び図４は、図２の構成
を２つの基礎的なサブアセンブリ（小組立部品）として
示しており、図３はサブマウントを、そして図４は後面
検出器プレートを示す。図３は、矢印３の方向から見た
サブマウントの断面図である。図４は、矢印４の方向か
ら見た後面検出器の図である。
【００３２】ここで、サブマウント５５は、高伝導性の
シリコンから製造されるとともに、精密な自動ダイヤモ
ンドカッティングとフライス削りを用いて切削仕様され
ている。後面プレート９０もまた、光伝導性のシリコン
から作られるとともに、同じように切削仕様されてい
る。後面検出器８１及び８２を後面プレート上に取付け
るか、あるいは別法として、シリコンプレート上に予め
製造されていることも可能である。
【００３３】次に、検出器を有する後面プレートを、伝
導性のエポキシ樹脂によりサブマウントの端に接着す
る。後面検出器へサブマウント及び分離バーを延出させ
ることにより、個々のレーザダイオードのモニタリング
が可能になるとともに、所定の検出器に直接達する１つ
のダイオードを除く全てのダイオードからの光が除外さ
れる。サブマウントの基部及び分離バーは、この好適実
施例では一体的に形成されるが、当業者は独立した分離
バーを基部に接着することが可能であるということが理
解されるであろう。
【００３４】レーザダイオードアレイが取付けパッケー
ジの中に組み入れられている場合には、望ましくない迷
光が後面検出器に到達する可能性がわずかながらある。
このような可能性を回避するために、ダイオードを効果
的に取り囲むように、ダイオードの開放側に付加的なプ
レートを配置することが可能である。図５は、頂部プレ
ート１００を有する図２のアレイ構造の斜視図である。
当業者が、図５で示す構造のために頂部プレート１００
に加えて側部プレートを設けることは、よく知られてい
るということがわかるであろう。
【００３５】本発明の別の好適実施例は、レーザダイオ
ードの四重アレイの光学的分離に関する。図６は、４つ
のレーザダイオードのそのようなアレイ１１０を示す。
図６からわかるように、上部ダイオード１０１及び１０
２を下部ダイオード６１及び６２から分離するために、
頂部プレート１００を１対のダイオードの間に配置す
る。さらに、バー７０を、ダイオード１０１及び１０２
を分離させるのに十分な高さで延出させる。後面検出器
プレート９０を、２つの追加検出器１１１及び１１２を
含むようにして同様に延在させる。検出器１１１及び１
１２を、ダイオード１０１及び１０２の後面と対向する
ように配置し、それぞれのダイオードの後面からの放射
を測定し且つモニタリングする。
【００３６】図６は、１つのアレイ中に共に配置される
４つのレーザダイオードを示すが、当業者が基部構造を
延出させることによって、あらゆるサイズと数のダイオ
ードアレイを製造することが可能であるということが理
解されるであろう。特別なケースとして、当業者が、分
離バーを有する線形構造を生成することが可能である。
従って、本発明は、ここで開示する特定の実施例に限定
されない。
【００３７】図２及び図５は、好適実施例において分離
バー上に取り付けられるダイオードを示すが、本発明
は、ダイオードがサブマウントのその他の部分に搭載さ
れるあらゆる構成も含むということが理解されるであろ
う。例えば、レーザダイオードは、本発明の目的のため
に分離バーに対向するようにしてサブマウントの基部上
に搭載されることが可能である。実際、本発明は、隣接
するダイオードを光学的に分離する分離バー又はプレー
トのある全ての取付構造を含む。
【００３８】また別の実施例は、モノリシックアレイ構
造における隣接レーザストライプからの後面放射の分離
を含む。図７は基部６５上に取り付けられたモノリシッ
クアレイ１１５を示す。図７からわかるように、レーザ
ストライプ１１６がアレイの全長にわたって走り、スト
ライプの端から、前面（ビーム７５として示される）と
後面（ビーム８０として示される）の両方からレーザ光
が発射する。
【００３９】アレイの後面から発射するビームを分離す
るように、分離バー７０をアレイ１１５の端に配置す
る。これらのストライプからの放射は、サブマウントの
長さの下方向に経路を見出し、個々の後面モニタ８１及
び８２に当たる。モノリシックアレイのその他の取付構
造が可能であるとともに、本発明はこれに限定されない
ということが理解されるであろう。本発明は、分離バー
を隣接ストライプの間に配置することによるあらゆる取
付構造を含む。
【００４０】ここで、現在ある市販の取付パッケージに
本発明をいかにして適応させるかを説明する。図８は、
市販されている取付パッケージ１２０の断面斜視図を示
す。パッケージ１２０は一般に、取付基部１２５、ハウ
ジング１３０、ウインドウ１３１、及びリード線１３５
を含む。レイジング素子６２の前面からの放射７５が、
ウインドウ１３１を通り、素子６２の後面から発射され
る放射８０が後面検出器８２に投射されるように、レイ
ジング素子６２をハウジング１３０の内部に取り付け
る。リード線１３５は、外部の電子回路への電気的接続
を提供する。図８は、一般的な取付けパッケージが、３
つのこのようなリード線、即ち、レイジング素子６２へ
のリード線、後面検出器８２へのリード線、及び共通の
アース導体への第３のリード線、を有することを示す。
【００４１】図９は、ここで好ましいとするパッケージ
１５０において取り付けられる本発明の断面側面図を示
す。ここで好ましいとするパッケージと、既存の市販パ
ッケージとの間の主な差は、リード線の数である。図９
で示すような二重（デュアル）レーザダイオードアレイ
では、電気的接続を行うために５本のリード線を設け
る。リード線１５１及び１５５はそれぞれ、レイジング
素子６２及び６１に対して駆動電流を提供する。リード
線１５２及び１５４はそれぞれ、後面検出器８２及び８
１に対する接続を提供する。リード線１５３は、全体の
パッケージに対して共通のアース導体を提供するととも
に、サブマウント６５に接続される。当業者が二重ダイ
オードアレイ以外のアレイ構造に対しても同様の取付パ
ッケージを構成することが可能である、ということが理
解されるであろう。
【００４２】要するに、本発明は、個々のレーザダイオ
ードからの後面放射をモニタリングするための新規のレ
ーザダイオードアレイ構造及び方法である。本発明は、
検出器がそれぞれ唯一つのダイオードからの放射をモニ
タリングするように、個々の検出器を分離する不光透過
性のバー又はシールドを使用する。この個別のモニタリ
ングにより、個々のレーザダイオードの連続的閉ループ
制御が可能である。このことは特に、多重スポットレー
ザ印刷、又はダイオード源が独立的にアドレス可能であ
るとされる同様物の領域において有益である。
【００４３】
【発明の効果】本発明では、レーザダイオードの個々の
後面からの出力の量を、連続的に個々にモニタリングす
ることができるようなアレイ構造が提供される。
【００４４】また本発明では、単一レイジング素子のス
ポット出力を連続的に制御することができる。ユーザと
システムは双方共、受光体（例えば感光体）表面上に当
たる画像形成スポット出力が正確に制御されることを要
求するが、本発明では、スポット出力をモニタリングす
ることから収集される情報を使用して、出力を正確に制
御することができる。
【００４５】さらに本発明は、製造が容易である。個々
のダイオードを取り付けるために使用されるサブマウン
トを用いて、後面放射を光学的に分離することも可能で
ある。
【００４６】本発明のデザインは、レーザダイオードの
既存する市販の取付パッケージ（ユニット完成品）を組
み立てる方法と互換性があるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】密接的に離間されたレーザダイオードの一般的
なアレイデザインを示す。
【図２】本発明の第１実施例を示す。本発明の原理に従
って作られた後面検出器プレートを有する２つのレーザ
ダイオードのアレイの斜視図である。
【図３】図２で示す実施例の断面図であり、図２を矢印
３の方向から見たものである。
【図４】図２で示した実施例の断面図であり、図２を矢
印４の方向から見たものである。
【図５】２つのレーザダイオードを分離する別の実施例
である。迷光が後面検出器に当たることを防止するため
に、サブマウントアセンブリの頂部にプレートを配置す
る。
【図６】本発明の第２実施例である。４つのレーザダイ
オードからの光を分離するように配置される分離バーを
有する四重パックのレーザダイオードを示す。
【図７】本発明の第３実施例である。モノリシックレー
ザダイオードアレイを基部に取り付けるとともに、基部
上に分離バーを配置して、分離バーが、隣接するレーザ
ストライプからの後面放射を光学的に分離するようにし
ている。
【図８】内部に単一レーザダイオードと後面検出器とを
配された市販の取付けパッケージの断面斜視図である。
【図９】ここで好適とされるパッケージにおいて取り付
けられた本発明の断面側面図である。このパッケージ
は、外部の電気部品への電気的接続を本発明に提供す
る。
【符号の説明】
５０ レーザダイオードアレイ ５５ サブマウント ６５ 基部 ６１、６２ レーザダイオード ７０ 分離バー ８１、８２ 後面検出器 ９０ 後面検出器プレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アール．ドナルド ユィングリング，ジュ ニア アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94117 サン フランシスコ ロイド ス トリート 42

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 前面及び後面を有するレーザダイオード
    アレイにおいて、個々のレーザダイオードの後面放射を
    モニタリングする装置であって、前記装置が、 レーザダイオードが配置されるサブマウントであり、前
    記サブマウントが、基部と、基部上に外向けに配置され
    る複数のバーとを含み、各前記バーの両側に配置された
    隣接するレーザダイオードから発射される光が前記バー
    により分離される、前記サブマウントと、 レーザダイオードアレイの後面に対向するようにサブマ
    ウント上に配置される後面プレートと、 所定の検出器にあたる光がレーザダイオードの１つから
    来るように、後面プレート上に取り付けられる後面検出
    器と、 を含むレーザダイオード後面放射モニタリング装置。
  2. 【請求項２】 分離バーが、サブマウントの基部上に一
    体的に形成される、請求項１のレーザダイオード後面放
    射モニタリング装置。
  3. 【請求項３】 複数のダイオードが配置されるサブマウ
    ントを有するレーザダイオードアレイにおいて、各ダイ
    オードが前面及び後面を有し、個々のレーザダイオード
    の後面モニタリングを有する前記レーザダイオードアレ
    イを構成する方法であって、前記方法が、 Ａ）各ダイオードからの光を分離するように、隣接する
    レーザダイオード間に分離バーを配置するステップと、 Ｂ）検出器によって検出される放射が、分離バーによっ
    て分離される単一のダイオードからの光であるように、
    ダイオードの各後面に対向するように後面検出器を配置
    するステップと、 を含むレーザダイオードアレイ構成方法。
JP6278042A 1993-11-22 1994-11-11 レーザダイオード後面放射モニタリング装置及びレーザダイオードアレイ構成方法 Pending JPH07193336A (ja)

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