JPS59130495A - 光検出素子を内蔵した半導体レ−ザ−装置 - Google Patents

光検出素子を内蔵した半導体レ−ザ−装置

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JPS59130495A
JPS59130495A JP58209050A JP20905083A JPS59130495A JP S59130495 A JPS59130495 A JP S59130495A JP 58209050 A JP58209050 A JP 58209050A JP 20905083 A JP20905083 A JP 20905083A JP S59130495 A JPS59130495 A JP S59130495A
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JP
Japan
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light
laser
semiconductor laser
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package
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Application number
JP58209050A
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English (en)
Inventor
Kunio Aiki
相木 国男
Yoshimitsu Sasaki
佐々木 義光
Toshio Sugiyama
俊夫 杉山
Takeshi Maeda
武志 前田
Masahiro Oshima
尾島 正啓
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/023Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02325Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/02208Mountings; Housings characterised by the shape of the housings
    • H01S5/02212Can-type, e.g. TO-CAN housings with emission along or parallel to symmetry axis
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters

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】 本発明は、光検出素子を内蔵した半導体レーザー装置に
関するものである。
従来、ビデオディスクや、光PCMオーディオディスク
から、光学的に情報を再生するための光源とし′てHe
 −N eレーザーが用いられていた。この種の光源と
して小型化を図るため半導体レーザーを用いることが考
えられるが、半導体レーザーは温度の変化などにより出
力変動が大きく、その安定度の点で難点がある。そのた
めに、半導体レーザーを収納するパッケージには光取出
し窓を半導体レーザーの発掘両端面に対向して設け、一
方の窓から得られるレーザ光を外部から検出して、これ
を半導体レーザー駆動電流に帰還するといった方法で光
出力が制御されていた(例えば、実公昭51−5230
6号公報参照)。この場合、半導体レーザーの発光両端
面と光取出し窓とをそれぞれ位置合せすることが極めて
困難であること、光検出素子をパッケージ外部に設ける
必要があること、光取出し窓と光検出素子の位置ずれ、
塵芥付着によって光検出素子に入射する光出力が変動し
、レーザーの出力変動を正確に検出できないことなどの
欠点がある。更に、パッケージの側面からレーザー光が
取高される為、外部光学系との結合、位置合せが困難で
あり、光の結合効率が極めて悪いという欠点もある。
また、光検出素子をパッケージ内に設けることも考えら
れるが、この場合でも上述した光の結合効率の問題を解
決することはできないし、半導体レーザーと光検出素子
をどのように配置するのか、半導体レーザーに入力電流
を導入する電極ピンや光検出素子の出力を取出すピンを
どのように配設するかなど種々の問題が生ずる。
また、最近半導体レーザーを光源に用いた超小型の光学
的ピックアップとして5C00P (Self−Cou
pled 0ptical Pick−Up)が提案さ
れている。
この5coopとは光デイスク面で反射したレーザー光
を、光源であるレーザに帰還し、帰還光量に応じて、レ
ーザー出力(あるいはレーザーダイオード端間電圧)が
変化することにより、信号の検出を行なうものである。
5coop方式では、レーザー光の放射と反射光の受光
とを同一端面で行なうため信号をS’/Nよく再生する
上で問題がある。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、コ
ンパクトで外部光学系との結合1位置合せが容易であり
、光結合効率を高め得る光検出素子を内蔵した半導体レ
ーザー装置を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために本発明は両端面からレーザ
ー光を出射する半導体レーザーと、光検出素子と、上端
部に透光部が設けられた環状キャップと、上記透光部、
上記半導体レーザーの両端面及び上記光検出素子ガ受光
面が上記環状キャップの中心を通る軸線の方向に沿って
略−直線上に配列されるように上記半導体レーザーと上
記光検出素子とを支持する支持体とからなり、上記半導
体レーザーはその一方の電極が上記支持体に固定配置さ
れ、上記光検出素子は上記受光面に対向する面が絶縁体
を介して上記支持体に固定配置されると共に、上記環状
キャップの下端部を上記支持体で閉成して内部を気密封
止したことを特徴とする。
以下、5coop方式のピックアップ装置の光源として
用いる場合を例に本発明の詳細な説明する。
第1図は5coop方式によるピックアップ装置の構成
図である。lは半導体レーザー、2は光検出素子、3は
光ディスク、4及び4′は半導体レーザー光を、ディス
ク面上に集光するためのレンズである。本発明は1と2
を一体にしてパッケージに収納されである。
SC○○P方式のピックアップ装置では、明暗縞あるい
は濃淡模様のある光デイスク面で反射したレーザー光を
光源であるレーザーに帰還し、この帰還量に応じてカッ
プリングを起し、レーザー出力が変化する。変化したレ
ーザー出力は他の端面から放射し、光検出素子の表面を
照射する。この照射量も上述のレーザー出力の変化に対
応して変化するから、結局この光検出素子の電気特性を
モニターしておけば、上記ディスク面の明暗縞しこ対応
した信号をピックアップできる。この場合、レーザーの
戻り光によって新しい発光点力1生じないように、また
、僅かな戻り光でも出力が鋭く増加するように予じめレ
ーザーの注入電流値をしきい値附近に設定しておくこと
は云うまでもなし)。
第2図は、本発明による半導体レーザー装置の一実施例
である。1は半導体レーザーで、その大きさは、例えば
0.3mm X 0.3mm X 0.4mmである。
2は光検出素子で1例えば、SiのPIN素子が用いら
れる。その面積は例えばlmmX1mmである。半導体
レーザー1と光検出素子2との距離は、1nlIII以
内でないとビーム拡がり角が10’〜30°である半導
体レー゛ザーの光ビームを、有効に検出できないし、ま
た、0 、1 mm以上でなし1と、レーザー光による
焼き付は損傷を検出素子番こ生じさせてしまうので、0
.5mm前後が適当である。
5はリード端子で半導体レーザーと、光検出素子とに電
流を供給する通路となる。6はリード端子5とパッケー
ジ母体支持体11とを電気的に絶縁する層であり、7は
リード端子5と素子との間を結ぶ、ボンディング線であ
る。8は光検出素子2とパッケージ母体11との間を絶
縁する板、例えばセラミックスでつくられる板で、光検
出素子2がのる表面には導電薄膜がコーティングされて
いる。この導電膜に光検出素子2の受光面に対向する面
が固着され、この導電膜とリード端子とをボンディング
線で結ぶことにより光検出素子の一方の出力が外部に導
出される。9は透光性窓例えばガラス窓、10は9の支
持リングで、9及び10により、パッケージ全体が、気
密封じできるようになっている。このパッケージの特徴
は、透光性窓、半導体レーザーの発光端面、光検出素子
の受光面が環状の支持リングの中心を通る軸線の方向に
沿ってほぼ一直線上に配列されている点にあるが、特に
パッケージ全体が超小型であること、例えば、全体の大
きさは、φ4mmX2.5mmとなることである。第2
の特徴は、光検出素子をパッケージ母体11から電気的
に浮かしてあり、従って、リード端子は合計3本出てい
ることである。
次に第3の特徴として、5C00P効果を大きくする半
導体レーザーを用いていることを説明する。すなわち、
レーザーのディスク側端面に、反射防止膜をコーティン
グし、反射率を低下させた半導体レーザーを用いる。こ
うすることにより。
ディスクからの帰還光量の変化が、レーザー発振に大き
く影響し、レーザー光出力の大きな変化を引き起こす。
具体例を第3図を用いて説明する。
第3図は、レーザーとして、C8P型(Channel
edSubstrate Planer)の半導体レー
ザーを用い、光ディスクとして、λ/4の凹凸をもつ表
面にAQを蒸着してつくられたプラ、スチックス基板の
レプリカディスクを用いた場合の、半導体レーザーの駆
動電流と、レーザー光′出力との関係を示したものであ
る。実線は、情報力のない部分に光スポットが照射され
た場合で、このときレーザーへの帰還光量は最大となる
。破線は、情報穴上に光スポットが照射された場合で、
このとき、レーザーへの帰還光量は最小となる。信号の
検出は、実線と破線の光出力差を検出することによる。
第3図(a)は、半導体レーザーの2つの端面とも、術
開したままのものである。このときの端面反射率は、半
導体の屈折率(例えば、G a A Q A sの場合
、n−1,5)で決まり、約31%である。第3図(b
)は、レーザーのディスク側端面に、SiO2(屈折率
n〜1.45)を1/4の波長の厚さく1〜83011
1mの場合、λ/ 4n= 0 、14 μm)だけ、
スパッタリングによってコーティングした場合である。
このとき、コーティング側端面の反射率は6%にまで低
下している。第3図(a)の場合、ディスク情報による
変調光量は、約11であるのに対し、第3図(b)の場
合は、その約3倍にまで変調光量が増大していることが
わかる。
このように、半導体レーザーのディスク側端面に反射防
止膜をコーティングすることは、半導体レーザーと、デ
ィスクとの結合をより強め、sc。
OP効果を著しく増大させる。上記の効果は、C3P型
の半導体レーザー以外のレーザーについても、同様に得
られる。また、SiOλ以外の材料、例えば、A I2
203 (屈折率n 〜1 、7 )や、その他の透明
な、誘電体薄膜によるコーティングによっても、同様に
5coop効果を増大させることができる。
以上は、半導体レーザーと光検出素子とを一体にしたパ
ッケージを説明した。更に、小型レンズをも一体にした
パッケージの実施例を第4図に示す。第4図は、第2図
に示した実施例において光集束性レンズ(例えば、商品
名、5ELFOCレンズ)12を付は加えたものである
。光集束性レンズ12の長さを適当に選べば、平行光束
として放射することもできるし、径1μm程のスポット
状に集光することもできる。光集束性レンズ12と半導
体レーザー1との位置関係は、重要であり、半導体レー
ザー1は光集束性レンズ12の中心軸の延長線上に位置
し、12の端面から、12のNA(Numerical
 Aparture)と直径とで決まる距離すなわち焦
点距離だけ離れた位置にある必要がある。
光集束性レンズ以外の小型レンズも、同様なタイプのパ
ッケージに組み込めることは言うまでもない。
最後に、半導体レーザーと光検出器とへの電流供給及び
、信号取出しの結線について説明する。
第5図は、その回路図の一例を示したもので、点線で囲
んだ部分が、パッケージ化されている。端子としては、
3つのリード端子と、パッケージ母体との4つの端子が
あることになる。第5図(a)は、半導体レーザー(L
Dと略記)と、光検出素子(Dと略記)と、各々、独立
の電源から、電流を供給した場合である。LDには、C
8P型レーザーの場合には、例えば80〜100mAの
電流を流す。ROを例えば100Ωに選べば、 VLD
〜IOVで、約100mA流れる。一方、Dの感度は、
Slの場合およそ0.5mA/mWであり、Dに照射さ
れるレーザー光強度は、せいぜい10mWであるから、
Dにはほぼ5mA以下の電流が流れる。R1−とじて例
えば100Ωを選べばほぼ500mV以下の信号が得ら
れることになる。
上に説明したように、LDとDとでは流れる電流の大き
さが、通常−桁以上具なるので、第5図(b)に示した
ように、1つの電源で、LDとDと両方とも駆動し、か
つ、LDのDC光出力を一定に保つべく、Vl−Dの値
を、フィールドバック制御により変化させたとしても、
信号検出強度は殆んど変化を受けることはない。この回
路では、電源が1つで済むので有用である。
以上の如く本発明によれば、透光部、レーザー、光検出
素子をほぼ一直線上に配して構成しであるのでレンズ、
プリズムのような光学的光変換素子をレーザーと受光検
出素子との間で一切介さずに超小型でコンパクトにまと
め、かつ配置できる。
また、透光部が1つであり、しかもパッケージの上端部
からパッケージの中心軸線に沿ってレーザー光が放射さ
れるので、外部光学系と容易に結合することができ、そ
の光軸の位置合せも極めて容易である。
本発明の半導体レーザー装置を光源に用いれば、超小型
の光学的ピックアップが容易に実現される。
例えば、L/ンズ及びスポット制御用アクチュエータを
含めたピックアップ全体の大きさはφ1010mmX1
0程度になる。従って軽量になる。小型、軽量の光ピツ
クアップの実現により、光デイスク装置において高速ア
クセスの性能向上、ディスクパックの実現等に寄与する
ところ大である。また、家庭用の光ディスクにおいては
、携帯用のtJs型軽最軽量光デイスク現にも寄与する
ところ大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は5coop方式によるピックアップ装置の構成
図、第2図は本発明の一実施例で(a)は正面図、(b
)はA−A’で切断したときの断面図である。第3図は
半導体レーザーの駆動電流と、光出力との関係を示した
図、第4図は本発明の他の実施例を示す図、第5図は半
導体レーザー(LD)と、光検出素子(D)を動作させ
るための回路図である。 工・・・半導体レーザー、2・・・光検出素子、9・・
・透光朗 l シ ー讃も   2   ’@    (、り)扁 3 ノ 厘初数%−。アA。 4肇え@41″、L(77?A) 垢 、S 甜 (a) (2)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.両端面からレーザー光を出射する半導体レーザーと
    、光検出素子と、上端部に透光部が設けられた環状キャ
    ップと、上記透光部、上記半導体レーザーの両端面及び
    上記光検出素子の受光面が上記環状キャップの中心を通
    る軸線の、方向に沿っズ略−直線上に配列されるように
    上記半導体レーj7と上記光検出素子とを支持する支持
    体とからなり、上記半導体レーザーはその一方の電極が
    上゛記支持体に固定配置され、上記光検出素子は上記受
    光面に対向する面が絶縁体を介して上記支持体に固定配
    置されると共に、上記環状キャップの下端部を上記支持
    体で閉成して内部を気密封止したことを特徴とする光検
    出素子を内蔵した半導体レーザー装置。 2、中心軸が上記軸線と一致する光集束性レンズを上記
    透光部に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    に記載の半導体レーザー装置。
JP58209050A 1983-11-09 1983-11-09 光検出素子を内蔵した半導体レ−ザ−装置 Pending JPS59130495A (ja)

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