JPH0770777B2 - 半導体レーザの波長安定化方法及び波長安定化光源 - Google Patents
半導体レーザの波長安定化方法及び波長安定化光源Info
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- JPH0770777B2 JPH0770777B2 JP7139893A JP7139893A JPH0770777B2 JP H0770777 B2 JPH0770777 B2 JP H0770777B2 JP 7139893 A JP7139893 A JP 7139893A JP 7139893 A JP7139893 A JP 7139893A JP H0770777 B2 JPH0770777 B2 JP H0770777B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザの波長を
安定化させる波長安定化方法と光源に関する。
安定化させる波長安定化方法と光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザの波長安定化方法に関して
は、例えば、アイトリプルイー・ジャーナル・オブ・ク
アンタム・エレクトロニクス（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａ
ｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ），２８巻，１号，７５頁に記載のアセチレンの吸収
線を用いた波長安定化方法がある。
は、例えば、アイトリプルイー・ジャーナル・オブ・ク
アンタム・エレクトロニクス（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａ
ｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ），２８巻，１号，７５頁に記載のアセチレンの吸収
線を用いた波長安定化方法がある。
【０００３】図２は、この第１の従来例を説明するため
のブロック図である。
のブロック図である。
【０００４】図２において、半導体レーザ２０１の周囲
温度は、温度制御装置２０２により一定に保たれる。ま
た、半導体レーザ２０１の電流は、発振器２０３により
微小に変調され、これにより出力光の波長も微小に変調
されている。半導体レーザ２０１の出力光は、アセチレ
ンセル２０４を透過し、光検出器２０５により光電変換
され、同期検波器２０６により、発振器２０３の発振周
波数で同期検波される。
温度は、温度制御装置２０２により一定に保たれる。ま
た、半導体レーザ２０１の電流は、発振器２０３により
微小に変調され、これにより出力光の波長も微小に変調
されている。半導体レーザ２０１の出力光は、アセチレ
ンセル２０４を透過し、光検出器２０５により光電変換
され、同期検波器２０６により、発振器２０３の発振周
波数で同期検波される。
【０００５】同期検波器２０６の出力は、半導体レーザ
２０１の波長とアセチレンの吸収線のピークの波長の差
に比例した波長誤差信号となるので、同期検波器２０６
の出力を誤差信号として、ＰＩＤ制御方式などを用いた
制御装置２０７により、半導体レーザ２０１の電流に帰
還することにより、半導体レーザ２０１の波長をアセチ
レンの吸収線のピークの波長に制御する。アセチレンの
吸収線の波長は、非常に安定なので、半導体レーザ２０
１の波長も高安定化される。
２０１の波長とアセチレンの吸収線のピークの波長の差
に比例した波長誤差信号となるので、同期検波器２０６
の出力を誤差信号として、ＰＩＤ制御方式などを用いた
制御装置２０７により、半導体レーザ２０１の電流に帰
還することにより、半導体レーザ２０１の波長をアセチ
レンの吸収線のピークの波長に制御する。アセチレンの
吸収線の波長は、非常に安定なので、半導体レーザ２０
１の波長も高安定化される。
【０００６】半導体レーザの波長安定化方法に関するこ
の他の従来例としては、例えば、特開昭６４−７４７８
０号公報に記載の半導体レーザの端子電圧から温度を検
出し、半導体レーザを温度制御することにより波長安定
化する方法がある。
の他の従来例としては、例えば、特開昭６４−７４７８
０号公報に記載の半導体レーザの端子電圧から温度を検
出し、半導体レーザを温度制御することにより波長安定
化する方法がある。
【０００７】図３は、この第２の従来例を説明するため
のブロック図である。
のブロック図である。
【０００８】図３において、半導体レーザ３０３は、恒
温層３０１内に置かれ、定電流源３０４により駆動され
る。半導体レーザの順方向電圧降下Vfは、（１）式で表
される。
温層３０１内に置かれ、定電流源３０４により駆動され
る。半導体レーザの順方向電圧降下Vfは、（１）式で表
される。
【０００９】 Ｖf ＝ｋ・ｌｎ（１＋Ｉf ／Ｉo ）／ｅ・Ｔ （１） ただし、Ｉo ：順方向飽和電流 Ｉf ：励起電流 ｅ：電子の電荷 ｋ：ボルツマン定数 Ｔ：絶対温度。
【００１０】このように、半導体レーザの順方向電圧降
下Ｖf は、半導体レーザの温度Ｔに比例するので、順方
向電圧降下Vfを差動アンプ３０５により検出することに
より、半導体レーザ３０３の温度を正確に検出すること
ができ、制御装置３０６により、ペルチェ素子３０２を
用いて、半導体レーザ３０３の温度を一定に保つことが
出来る。半導体レーザの波長は、温度と電流により決ま
るので、両者を一定に保つことにより、半導体レーザ３
０３の波長が安定化される。
下Ｖf は、半導体レーザの温度Ｔに比例するので、順方
向電圧降下Vfを差動アンプ３０５により検出することに
より、半導体レーザ３０３の温度を正確に検出すること
ができ、制御装置３０６により、ペルチェ素子３０２を
用いて、半導体レーザ３０３の温度を一定に保つことが
出来る。半導体レーザの波長は、温度と電流により決ま
るので、両者を一定に保つことにより、半導体レーザ３
０３の波長が安定化される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】第１の従来例において
は、波長誤差を検出するためにアセチレンセルや同期検
波器などを必要とするため、装置が大型化し、高価にな
る。
は、波長誤差を検出するためにアセチレンセルや同期検
波器などを必要とするため、装置が大型化し、高価にな
る。
【００１２】第２の従来例においては、半導体レーザの
経時変化によるリーク電流の増加，非発光再結合電流の
増加により、半導体レーザの温度が正確に検出できなく
なり、半導体レーザの温度，励起電流が変化し、結果的
に、半導体レーザの出力光パワーと波長が変化してしま
う。
経時変化によるリーク電流の増加，非発光再結合電流の
増加により、半導体レーザの温度が正確に検出できなく
なり、半導体レーザの温度，励起電流が変化し、結果的
に、半導体レーザの出力光パワーと波長が変化してしま
う。
【００１３】本発明の目的は、吸収セルや同期検波器を
用いない簡単な構成で、半導体レーザの経時変化によ
り、リーク電流，非発光再結合電流が増加しても、出力
光パワーと波長を一定に保つことのできる波長安定化光
源を提供することにある。
用いない簡単な構成で、半導体レーザの経時変化によ
り、リーク電流，非発光再結合電流が増加しても、出力
光パワーと波長を一定に保つことのできる波長安定化光
源を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】第１の発明の半導体レー
ザの波長安定化方法は、半導体レーザの駆動電流と端子
電圧と出力光パワーを検出し、半導体レーザの発光に寄
与する電流と活性層の温度が一定になるように半導体レ
ーザの駆動電流とヒートシンクの温度を制御することを
特徴とする。
ザの波長安定化方法は、半導体レーザの駆動電流と端子
電圧と出力光パワーを検出し、半導体レーザの発光に寄
与する電流と活性層の温度が一定になるように半導体レ
ーザの駆動電流とヒートシンクの温度を制御することを
特徴とする。
【００１５】第２の発明の波長安定化光源は、半導体レ
ーザと、前記半導体レーザの出力光パワーを検出し、前
記半導体レーザの出力光パワーを前記半導体レーザの駆
動電流を制御することにより一定に保つ第１の制御装置
と、前記半導体レーザの駆動電流と端子電圧を検出し、
前記半導体レーザの経時変化による消費電力の増加によ
る温度変化を打ち消すように前記半導体レーザのヒート
シンクの設定温度を制御する第２の制御装置と、前記ヒ
ートシンクの温度を検出し、電熱変換器により前記ヒー
トシンクの温度を前記第２の制御装置の設定値に制御す
る第３の制御装置とから構成されることを特徴とする。
ーザと、前記半導体レーザの出力光パワーを検出し、前
記半導体レーザの出力光パワーを前記半導体レーザの駆
動電流を制御することにより一定に保つ第１の制御装置
と、前記半導体レーザの駆動電流と端子電圧を検出し、
前記半導体レーザの経時変化による消費電力の増加によ
る温度変化を打ち消すように前記半導体レーザのヒート
シンクの設定温度を制御する第２の制御装置と、前記ヒ
ートシンクの温度を検出し、電熱変換器により前記ヒー
トシンクの温度を前記第２の制御装置の設定値に制御す
る第３の制御装置とから構成されることを特徴とする。
【００１６】
【作用】第１の発明では、半導体レーザの駆動電流と端
子電圧と出力光パワーを検出するので、半導体レーザの
消費電力と出力光パワーの関係が測定出来る。従って、
出力光パワーを一定にするように半導体レーザの駆動電
流を制御すると同時に、半導体レーザの経時変化による
同一出力光パワーを得るための消費電力の増加による活
性層の温度上昇を打ち消すようにヒートシンクの温度を
制御することが出来る。
子電圧と出力光パワーを検出するので、半導体レーザの
消費電力と出力光パワーの関係が測定出来る。従って、
出力光パワーを一定にするように半導体レーザの駆動電
流を制御すると同時に、半導体レーザの経時変化による
同一出力光パワーを得るための消費電力の増加による活
性層の温度上昇を打ち消すようにヒートシンクの温度を
制御することが出来る。
【００１７】第２の発明では、第１の制御装置で半導体
レーザの出力光パワーを半導体レーザの駆動電流を制御
することにより一定に保ち、第２の制御装置で半導体レ
ーザの経時変化による消費電力の増加による温度変化を
打ち消すように半導体レーザのヒートシンクの設定温度
を制御するので、第１の発明の波長安定化方法が容易に
実現出来る。
レーザの出力光パワーを半導体レーザの駆動電流を制御
することにより一定に保ち、第２の制御装置で半導体レ
ーザの経時変化による消費電力の増加による温度変化を
打ち消すように半導体レーザのヒートシンクの設定温度
を制御するので、第１の発明の波長安定化方法が容易に
実現出来る。
【００１８】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳しく説明す
る。
る。
【００１９】半導体レーザは、定光出力，定温動作時
（出力光パワーが一定となるように駆動電流を制御する
と同時に、ヒートシンクが一定温度になるようにペルチ
ェ素子などを用いた電熱変換器の電流を制御した状態）
において、長期的に波長変動を示す。この波長変動の原
因は、電流ブロック層の劣化によるリーク電流の増加と
活性層の劣化による非発光再結合電流の増加により、半
導体レーザに注入された全電流の内のレーザ発振に寄与
する割合が変化したことにあると考えられる。例えば、
定光出力，定温度動作時には、劣化により全電流に対す
る発光に寄与する電流の割合が減少するので、それを補
うために全電流が増加し、活性層の温度が上昇するの
で、発振波長は長波長側へドリフトする。
（出力光パワーが一定となるように駆動電流を制御する
と同時に、ヒートシンクが一定温度になるようにペルチ
ェ素子などを用いた電熱変換器の電流を制御した状態）
において、長期的に波長変動を示す。この波長変動の原
因は、電流ブロック層の劣化によるリーク電流の増加と
活性層の劣化による非発光再結合電流の増加により、半
導体レーザに注入された全電流の内のレーザ発振に寄与
する割合が変化したことにあると考えられる。例えば、
定光出力，定温度動作時には、劣化により全電流に対す
る発光に寄与する電流の割合が減少するので、それを補
うために全電流が増加し、活性層の温度が上昇するの
で、発振波長は長波長側へドリフトする。
【００２０】以下、数式を用いて第１の発明を説明す
る。
る。
【００２１】半導体レーザの光共振器内の光学的損出
は、ほとんど変化しないと考えられるので、発振中のキ
ャリア密度はほぼ一定値に保たれ、波長変化に寄与しな
いと考えられる。従って、波長変化Δλは、活性層温度
の変化ΔＴに起因すると考えられ、一次近似を用いる
と、（２）式で表される。
は、ほとんど変化しないと考えられるので、発振中のキ
ャリア密度はほぼ一定値に保たれ、波長変化に寄与しな
いと考えられる。従って、波長変化Δλは、活性層温度
の変化ΔＴに起因すると考えられ、一次近似を用いる
と、（２）式で表される。
【００２２】
【数１】
【００２３】（２）式は、活性層の真の温度が一定なら
ば、波長変化が無いことを示している。通常、半導体レ
ーザモジュールは、温調されているが、温度センサと活
性層間の熱抵抗のために、一定温度制御では、消費電力
の変化により活性層の真の温度が変化してしまう。活性
層温度の変化ΔＴは、活性層の消費電力変化ΔＷ，熱抵
抗θ，定温側温度変化（設定温度変化）ΔＴc を用い
て、（３）式で表される。
ば、波長変化が無いことを示している。通常、半導体レ
ーザモジュールは、温調されているが、温度センサと活
性層間の熱抵抗のために、一定温度制御では、消費電力
の変化により活性層の真の温度が変化してしまう。活性
層温度の変化ΔＴは、活性層の消費電力変化ΔＷ，熱抵
抗θ，定温側温度変化（設定温度変化）ΔＴc を用い
て、（３）式で表される。
【００２４】 ΔＴ＝θΔＷ＋ΔＴc （３） 従って、 ΔＴc ＝−θΔＷ （４） とすれば、活性層の温度変化を無くす（ΔＴ＝０）こと
ができ、波長が一定に保たれる。ここで、全電流it，端
子間電圧v は、初期全電流ｉｔ0 ，初期端子間電圧
ｖ0 ，全電流変化Δｉt ，端子間電圧変化Δｖを用い
て、それぞれ（５ａ）式、（５ｂ）式で表される。
ができ、波長が一定に保たれる。ここで、全電流it，端
子間電圧v は、初期全電流ｉｔ0 ，初期端子間電圧
ｖ0 ，全電流変化Δｉt ，端子間電圧変化Δｖを用い
て、それぞれ（５ａ）式、（５ｂ）式で表される。
【００２５】 ｉt ＝ｉt o ＋Δｉt （５ａ） ｖ＝ｖ0 ＋Δｖ （５ｂ） これを用いると活性層の消費電力変化ΔＷは、（６）式
となる。 ΔＷ＝Ｗ−Ｗ0 ＝ｉt ｖ−ｉt 0 ｖ0 ＝Δｉt ｖ0 ＋ｉt 0 Δｖ＋Δｉt Δｖ （６） 図１は、第２の発明を適用した波長安定化光源の１実施
例を説明するためのブロック図である。
となる。 ΔＷ＝Ｗ−Ｗ0 ＝ｉt ｖ−ｉt 0 ｖ0 ＝Δｉt ｖ0 ＋ｉt 0 Δｖ＋Δｉt Δｖ （６） 図１は、第２の発明を適用した波長安定化光源の１実施
例を説明するためのブロック図である。
【００２６】図１において、半導体レーザ１０１の出力
光パワーは、光検出器によりモニタされ、制御装置１０
２により、一定値Ｐ0 に安定化される。また、ヒートシ
ンク１０３の温度は、温度検出器１０４により検出さ
れ、制御装置１０５により、温度Ｔ0 に安定化される。
このとき、温度Ｔ0 は、半導体レーザの経時変化に伴う
消費電力変化を半導体レーザに流れる全電流と端子電圧
によりモニタし、第１の発明の方法に従って、半導体レ
ーザの活性層の温度が変化しないように、制御装置１０
６により設定される。
光パワーは、光検出器によりモニタされ、制御装置１０
２により、一定値Ｐ0 に安定化される。また、ヒートシ
ンク１０３の温度は、温度検出器１０４により検出さ
れ、制御装置１０５により、温度Ｔ0 に安定化される。
このとき、温度Ｔ0 は、半導体レーザの経時変化に伴う
消費電力変化を半導体レーザに流れる全電流と端子電圧
によりモニタし、第１の発明の方法に従って、半導体レ
ーザの活性層の温度が変化しないように、制御装置１０
６により設定される。
【００２７】以上、実施例をもって本発明を詳細に説明
したが、本発明は、この実施例のみに限定されるもので
はない。例えば、図１において、半導体レーザ１０１の
出力光パワーを一定値に制御する制御装置１０２とヒー
トシンク１０３の温度を制御する制御装置１０５とヒー
トシンク１０３の温度を設定する制御装置１０６を別の
制御装置としたが、１台の制御装置で半導体レーザの電
流とヒートシンクの温度をまとめて制御することもでき
る。
したが、本発明は、この実施例のみに限定されるもので
はない。例えば、図１において、半導体レーザ１０１の
出力光パワーを一定値に制御する制御装置１０２とヒー
トシンク１０３の温度を制御する制御装置１０５とヒー
トシンク１０３の温度を設定する制御装置１０６を別の
制御装置としたが、１台の制御装置で半導体レーザの電
流とヒートシンクの温度をまとめて制御することもでき
る。
【００２８】
【発明の効果】以上、説明した様に、第１の発明を適用
するならば、半導体レーザの駆動電流と端子電圧と出力
光パワーを検出し、出力光パワーを一定にするように半
導体レーザの駆動電流を制御すると同時に、半導体レー
ザの経時変化による同一出力光パワーを得るための消費
電力の増加による活性層の温度上昇を打ち消すようにヒ
ートシンクの温度を制御するので、吸収セルや同期検波
器を用いない簡便な構成で、半導体レーザの経時変化に
よる波長ドリフトを防いで、波長安定化することが出来
る。
するならば、半導体レーザの駆動電流と端子電圧と出力
光パワーを検出し、出力光パワーを一定にするように半
導体レーザの駆動電流を制御すると同時に、半導体レー
ザの経時変化による同一出力光パワーを得るための消費
電力の増加による活性層の温度上昇を打ち消すようにヒ
ートシンクの温度を制御するので、吸収セルや同期検波
器を用いない簡便な構成で、半導体レーザの経時変化に
よる波長ドリフトを防いで、波長安定化することが出来
る。
【００２９】第２の発明を適用するならば、第１の制御
装置で半導体レーザの出力光パワーを半導体レーザの駆
動電流を制御することにより一定に保ち、第２の制御装
置で半導体レーザの経時変化による消費電力の増加によ
る温度変化を打ち消すように半導体レーザのヒートシン
クの設定温度を制御するので、第１の発明の波長安定化
方法が容易に実現出来る。
装置で半導体レーザの出力光パワーを半導体レーザの駆
動電流を制御することにより一定に保ち、第２の制御装
置で半導体レーザの経時変化による消費電力の増加によ
る温度変化を打ち消すように半導体レーザのヒートシン
クの設定温度を制御するので、第１の発明の波長安定化
方法が容易に実現出来る。
【図１】第２の発明を適用した波長安定化光源の１実施
例を説明するためのブロック図である。
例を説明するためのブロック図である。
【図２】第１の従来例を説明するためのブロック図であ
る。
る。
【図３】第２の従来例を説明するためのブロック図であ
る。
る。
１０１，２０１，３０３ 半導体レーザ １０２，１０５，１０６，２０７，３０６ 制御装置 １０３ ヒートシンク １０４ 温度検出器 ２０２ 温度制御装置 ２０３ 発振器 ２０４ アセチレンセル ２０５ 光検出器 ２０６ 同期検波器 ３０１ 恒温層 ３０２ ペルチェ素子 ３０４ 定電流源 ３０５ 差動アンプ
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体レーザの駆動電流と端子電圧と出
力光パワーを検出し、半導体レーザの発光に寄与する電
流と活性層の温度が一定になるように半導体レーザの駆
動電流とヒートシンクの温度を制御することを特徴とす
る半導体レーザの波長安定化方法。 - 【請求項２】 半導体レーザと、前記半導体レーザの出
力光パワーを検出し、前記半導体レーザの出力光パワー
を前記半導体レーザの駆動電流を制御することにより一
定に保つ第１の制御装置と、前記半導体レーザの駆動電
流と端子電圧を検出し、前記半導体レーザの経時変化に
よる消費電力の増加による温度変化を打ち消すように前
記半導体レーザのヒートシンクの設定温度を制御する第
２の制御装置と、前記ヒートシンクの温度を検出し、電
熱変換器により前記ヒートシンクの温度を前記第２の制
御装置の設定値に制御する第３の制御装置とから構成さ
れることを特徴とする波長安定化光源。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7139893A JPH0770777B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 半導体レーザの波長安定化方法及び波長安定化光源 |
| US08/220,223 US5392303A (en) | 1993-03-30 | 1994-03-30 | Frequency stabilization method of semiconductor laser, frequency-stabilized light source and laser module |
| EP94105059A EP0618653B1 (en) | 1993-03-30 | 1994-03-30 | Frequency stabilization method of semiconductor laser and frequency-stabilized light source |
| DE69404190T DE69404190T2 (de) | 1993-03-30 | 1994-03-30 | Frequenzstabilisationsverfahren für Halbleiterlaser und frequenzstabilisierte Lichtquelle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7139893A JPH0770777B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 半導体レーザの波長安定化方法及び波長安定化光源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06283797A JPH06283797A (ja) | 1994-10-07 |
| JPH0770777B2 true JPH0770777B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=13459374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7139893A Expired - Fee Related JPH0770777B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 半導体レーザの波長安定化方法及び波長安定化光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0770777B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11163462A (ja) * | 1997-11-27 | 1999-06-18 | Hitachi Ltd | 光波長安定制御装置、光送信器、光波長多重送信器 |
| JP3445176B2 (ja) | 1998-12-24 | 2003-09-08 | 富士通株式会社 | 光送信機 |
| JP2006100414A (ja) * | 2004-09-28 | 2006-04-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光送信器 |
| JP2006114774A (ja) * | 2004-10-15 | 2006-04-27 | Mitsubishi Electric Corp | 波長安定化半導体レーザ装置 |
| JP2008166412A (ja) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Koito Mfg Co Ltd | 発光素子駆動回路及び車両用灯具 |
| CN100464473C (zh) * | 2007-05-22 | 2009-02-25 | 南昌航空大学 | 一种半导体激光精密调准及温控装置 |
| JP2013258357A (ja) * | 2012-06-14 | 2013-12-26 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体光源装置 |
| JP2016092146A (ja) * | 2014-10-31 | 2016-05-23 | セイコーエプソン株式会社 | 量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体 |
-
1993
- 1993-03-30 JP JP7139893A patent/JPH0770777B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06283797A (ja) | 1994-10-07 |
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