JPS615590A - 半導体レ−ザ−の温度制御方法 - Google Patents

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】 （技術分野） この発明は、半導体レーザーの温度制御方法に関する。

（従来技術） 半導体レーザーから放射されるレーザー光の波長は、半
導体レーザーの温度に依存して変化する。

また、半導体レーザーを高温で使用すると、熱暴走現象
をおこしたシ、半導体レーザーの寿命が短期化したシす
る。

そこで、半導体レーザーは一般に、所定の温度範囲内で
使用され、このための温度制御が行なわれる。

半導体レーザーは極めて小さく、これを直接に温度制御
することが困難であることから、一般には、半導体レー
ザーを保持する保持体の温度を制御することにより、半
導体レーザーの温度を間接このような間゛接的な温度制
御方法として、保持体の温度を感温素子によって検出し
、感温素子出力を、予め設定された基準値と比較し、感
温素子　−出力が皇準嶺を越える場合と越−えない場合
とで。

異極性の電流を、単一の電源からペルチエ素子に供給し
て保持体を加熱または冷却するようにし。

異極性の電流のそれぞれを、ペルチエ素子に供給する期
間を予め定め・各電流の通電時、間を・１感熱素子出力
と、基準値との差に応じて、上記期間内で制御する方法
が、従来、提案されている（％勤昭５９−２４０９１号
）。

いま、この温度制御方法を、第３図及び第４図を参照し
て簡単に説明する。

第３図において、ランプ波形発生回路ｌＯからは。

第４図（１）に符号りをもって示す丸きランプ波形が出
力され一比較器１２および１８に送られる。

比較器１２には、例えばレファレンス値としてＯ■が印
加されておシ、ランプ波形りは、このレファレンス値と
比較されて、第４図［１［１に示す如きパルス波を出力
する。このパルス波において時間Ｔ　ｓはペルチエ素子
３２に電流Ｉムを供給する期間であり、時間Ｔ２は、電
流工２を供給する期間である。

ペルチエ素子３２に、電流Ｉｌが通ぜられるとき、ペル
チエ素子３２は吸熱し、半導体レーザーを保持する保持
体を冷却する。電流工２と異極性の電流１２が通電され
ると、ペルチエ素子３２は発熱し、保持体を加熱する。

感已素子たるサーミスター４は、半導体レーザーを保持
する保持体の温度を検出するが、その出力すなわち感温
素子出力は増幅器１６により増幅されたのち、比較器］
８においてランプ波形と比較される。

比較器１２の出力は、ナンド回路２４に直接印加される
とともに、インバーター２０を介してナンド回路２６に
印加される。一方、比戦器１８の出力は。

ナンド回路２６に直接送られるとともに、インバーター
２２を介してナンド回路２４に送られる。

さて、今、半導体レーザーを保持する保持体の温度が、
所定の設定温度より高く、比較器１８におけるレベルが
、第４図（ＩＪのレベルＡであったとする。すると、比
較器１８の出力は、第４図［１１１の如きものとなり、
結局インバーター２８から第４図（ｍの如き出力が得ら
れ、期間ＴＩの間に１時間Ｔ３のあいだだけ、ペルチエ
素子３２に、冷却用の電流Ｉ、が通電されて、ペルチエ
素子３２は葆持体を介して半導体レーザーを冷却する。

Ｑ４’ｌ’　３４’ｌ’　ｌであり、保持体の温度が高
くなり、第４図＋１）のレベルＡが、同図で上方へ行く
に従い、通電時間Ｔ３は長くなるが１期間Ｔｌより長く
なることはない。

逆に、保持体の温度が設定温度より低く、比較器ｊ８に
おけるレベルが、第４図（、Ｉ）のレベルＢ７あるとき
は、比較器１８の出力は第４図■）の如きものとなる。

このときは、インバーター３０ｐ）ら、第４図（資）の
如き出力が得られ１期間Ｔｌの間に時間Ｔ４のあいだだ
け加熱用の電流工２が、ペルチェ素子昇に通電され、ペ
ルチエ、素子３２−は発熱して保持体を加熱する。　　
　　　、　　　４ ０くＴ４≦Ｔ２であ、す、レベルＢが第４図山で下方へ
行くほど、すなわち保持体の温度が低くなるほど１時間
Ｔ４は大きくなるが１期間Ｔｌより長くはならない。

かくして、サーミスタ１４の検出する温度に応じて、ペ
ルチエ素子３２には、冷却用電流１２または加熱用電流
工２が通電され、これにょシ保持体は所定の設定温度近
傍の温度に制御され１間接的に半導体レーザーの温度も
設定温度近傍に制御される。

ところで、このような温度制御方法には、以下にのべる
ごとき問題点がある。

半導体レーザーを光源として用いる装置も一般の装置同
様種々の発熱源があシ、長時間使用すると装置内の温度
は、上昇する。このように装置を長時間運転したのち、
運転を停止し、同時に半導体レーザーの温度制御も停止
すると、保持体の温度は１次第に上昇し、次に装置の゛
運転を再開するときに、半導体レーザーを保持する保持
体の温度が、温度制御用の設定温度より３０度以上も高
くなってしまう場合がある。

また、１日の始めに、装置の運転を初めて行なうような
場合、半導体レーザーを保持する保持体の温度は、一般
に室温にまで下ってお！ｌ１％このとき保持体の温度が
、温度制御の設定温度よ９１０度以上も低くなる場合も
ある。

このように、半導体レーザーを保持する保持体の温度が
、所定の設定温度と３０度以上も異なるときは、上述の
温度制御方法は能率が悪く、保持体の温度な、設定温度
までもちきたすのに数分も要する場合がある。

これは、上記温度制御方法では、加熱用の電流Ｉ２を通
電すべき期間Ｔ２と、冷却用の電流Ｉｌを通電すべき期
間Ｔｌとが交互に設定され、電流■１のみ、あるいは電
流工２のみを通電して、冷却のみ。

あるいは加熱のみを行う場合にも、電流の通電が。

断続的にしか行なわれないためである。

（目　　的） 本発明は、かかる問題に着目してなされたものであって
、半導体レーザーの保持体の温度が、温度制御用の設定
温度と大幅に異なるような場合に、保持体の温度を速か
に設定温度近傍へもちきたしうる、半導体レーザーの温
度制御方法の提供を目的とする。

（構　成） 以下１本発明を説明する。

本発明による温度制御方法では、設定゛温度に対応して
設定される基準値のほかに、第１．第２の設定値が、あ
らたに設定される。

感温素子出力が、基準値より大きいとき、換言すれば１
例えば、保持体温度が設定温度より　高いときは、冷却
用の電流がペルチエ素子に通ぜられ。

保持体温度が設定温度より低いときは、加熱用の電流が
ペルチエ素子に通ぜられる。

感温素子出力が、第１．第２゛の設定値の間にあるとき
は、冷却用、加熱用の各電流の供給される期間が予め定
められ、これら電流の通電時間は。

感温素子出力と基準値との差に応じて、上記期′間内で
制御される。゛また。感温素子出力が、第１の設定値（
基準値より低い）より徒いとき、または　　　、第２の
設定値（基準値より高い）より高いときは、　　゛保持
体を加熱するか、冷却するかに応じて、加熱用電流又は
冷却用電流を、デューティ１００％で。

゛；二ニー奪ユ、３．１□、。４４゜。

度が、設定温度の近傍にあるときは、従来の温度制御方
法、すなわち第３図、第４図に即して説明した制御方法
で温度制御を行ない、保持体の温度が、設定温度とある
程度以上具なるときは、冷却用電流又は加熱用電流を・
連続して、すなわちデューティ１００％でペルチエ素子
に通電するのである。

保持体の温度が、設定温度とある程度以上具なるときは
、デユーティｌＯＯ％の通電によって、加熱又は冷却が
行なわれるので、このような場合に、保持体の温度を速
やかに、設定温度近傍までも゛ちきたすことができる。

以下、具体的な例に部して説明する。第１ｉＱにおいて
、混同のおそれのないものｋついては、第３図における
と同じ符号が用いられて因る。第１図にお−て、符号３
４，３６は比較器、符号３８．、．４０はホトカプラー
を、それぞれ示して諭る。

Ｆは、第２の設定値、Ｇは第１の設定値を示す。

第１．第２の設定値Ｇ、Ｆは、この例では、第２図に示
すごとく設定されている。鎖線は基準値を示す。設定値
Ｆ、Ｇは、第２図に示す例に限らず、これらを、より高
・く、あるいはより低（設定してもよい。

さて、サーミスタ１４からの感温素子出力は、増幅され
たのち、比較器１゛８においてランプ波形と比較される
とともに、比較器３４．３６において、それぞれ、設定
値Ｆ、’Ｇと比較される。

上記感温素子出力が、設定値ＦとＧとの間にあるときは
、ホトカプラー３８：４０は結合せず、比較器１２のレ
ファレンス値は０■となる。このとき。

の温度制御は、第３図、第４図を参照して、すでに説明
したのと全く同じである。

感温素子出力が、設定値Ｆより高ぐなると、ホトカプラ
ー３８が結合し、比較器１２のレファレンス値は一■と
なる。このレファレンス値＝　Ｖ　ハランプ波形の最低
値より低く、従って、このとき。

比較器の出力は、常に論理値が１である。一方。

感温素子の出力は、設定値Ｆより高いので、比較器１８
の出力の論理値は常に０となる。すると結局、インバー
ター２８．３０の出力は、それぞれ論理値１、Ｏとなっ
て、ペルチエ素子３２には、冷却用の電流工１が、デユ
ーティ１００％で通電され、半導体レーザーを保持する
保持体は、感温素子出力が設定値Ｆになるまで、連続的
に冷却されることになる。　。

一逆に、感温素子出力が、設定値Ｇより低いと。

ホトカプラー４０が結合し、比較器１２のレファレンス
値Ｅは＋■となる。このレファレンスｆｉ＋Ｖはランプ
波形の最大値より大きい。従って、このときは、比較器
１２．　１８の出力の論理値は、常にそれぞれ０．１で
あシ、インバーター２８．３０の出力の論理値が０．１
となり、ペルチエ素子３２は。

加熱用の電流■２がデユーティ１’ＯＯ％で通電され。

保持体は、感温素子出力が設定値Ｇにいたるまで。

連続的に加熱される。

（効　果） このように１本発明の温度制御方法では、半導体レーザ
ーの使用に先立ち、その温度が、温度制御用の設定温度
から大幅に異なりていると゛き、半導体レーザーを保持
する保持体を、加熱又は冷却するペルチエ素子をデユー
ティ１００％で通電駆動するので、速かに、半導体レー
ザーの温度を、使用上の設定温度近傍の温度にもちきた
す゛ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施するだめの回路構成の１例を示
すプロ、り図、第２図は、第１．第２の設定値を説明す
るだめの図、第３図および第４図は従来技術を説明する
だめの図である。 １４・・・感温素子としてのサーミスタ、Ｇ・・・第１
の設定値、Ｆ・・・第２の設定値、３８．４０・・・ホ
トカブ気　（図 傭　２　図 第す図 凭４図　　　　　　　１ （ＶＩ）　　　　　ＴＩ　　　　　Ｔ４’　　　　Ｔ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体レーザーを保持する保持体の温度を制御すること
   により、上記半導体レーザーの温度を間接的に制御する
   方法であって、 保持体の温度を感温素子により検出し、感温素子出力を
   、予め設定された基準値と比較し、上記感温素子出力が
   上記基準値を越える場合と越えない場合とで、異極性の
   電流を単一電源からペルチエ素子に供給して、上記保持
   体を上記ペルチエ素子により加熱又は冷却するようにし
   、 上記基準値より低い第１の設定値と、上記基準値より高
   い第２の設定値を設定し、 上記感温素子出力が、上記第１、第２の設定値の間にあ
   るときは、上記異極性の電流のそれぞれを上記ペルチエ
   素子に供給する期間を予め定め、各電流の通電時間を、
   感温素子出力と基準値との差に応じて、上記期間内で制
   御するようにし、上記感温素子出力が、上記第１の設定
   値より低いか、または、上記第２の設定値より高いとき
   は、所定極性の電流を、１００％のデューティで、上記
   ペルチエ素子に通電することを特徴とする、半導体レー
   ザーの温度制御方法。