JPS62243383A - 半導体レ−ザの波長制御方式 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザがら出射するレーザ光の波長制
御方式に係り、特にフォトケミカルホールバーニング現
象を応用した波長多重記録光メモリにおいて使用するの
に好適な、かかるレーザ光の波長制御方式に関する。

〔従来の技術〕

光ディスク、光カード等光メモリの記録密度は、信号の
記録・再生に用いる微少に絞ったレーザ光のスポット径
により決まり、現在得られているスポット径約１μｍは
レーザ波長の短波長化、対物レンズの開口数向上を考慮
しても実用上の限界に近い値である。このためスポット
径のより微少化による高記録密度化はほとんど望めない
状況にある。

かかる現状を打破して、より一層の高密度記録を実現す
る手段として、米国特許第４，１０、９７６号明細書に
記載されている如き、フォトケミカルホールバーニング
現象を利用した波長多重メモリが提案されている。

この波長多重メモリは、要するに、特定波長のみを透過
させるように前述のフォトケミカルホールバーニング現
象を利用して加工された記憶媒体であり、透過可能な波
長の種類が記憶された情報ということになる。

従って、かかる波長多重メモリを読み出すには、光源と
しての半導体レーザから出射するレーザ光の波長を精密
に制御することのできる制御方式が必要であるが、従来
は、かかるレーザ光の波長の精密な制御方式については
配慮されていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したように、フォトケミカルホールバーニング現象
を利用して加工され、多重波長として情報を記憶せしめ
られた光メモリを読み出すためのレーザ光源は、その発
するレーザ光の波長を０．１ｎｍ以下の精度で制御可能
にする必要があるが、従来技術においてはレーザ光の波
長制御の具体的な方式については配慮がされていなかっ
たので、本発明はこの点の解決を図ろうとするものであ
る。

本発明の目的は、小形で高効率な半導体レーザから出射
するレーザ光の波長を高精度に制御可能とし、フォトケ
ミカルホールバーニング現象を利用して加工された光メ
モリ等の読み出し用に好適に使用しうる半導体レーザの
波長制御方式を捉供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記した目的は、波長制御電極を有し、該電極に注入す
る電流を変えることにより、その発振波長を可変できる
半導体レーザと、光検出器と、前記レーザと光検出器の
間に配置された特定波長の光のみを透過する波長フィル
タと、前記光検出器の出力が最大になるように前記半導
体レーザの波長制御電極に注入する電流を制御する手段
と、により達せられる。

〔作用〕

波長制御電極を有する半導体レーザの発するレーザ光を
、特定の波長の光のみを透過する波長フィルタを介して
光検出器により受光し、光検出器の出力電流が最大とな
るように波長制御電極に注入する電流値を制御する。

ここで波長フィルタに、フォトケミカルホールバーニン
グ現象を利用して、特定の波長のみを透過する特性を、
ホールとして持たせ、このようにして出来上った波長フ
ィルタを、上述の特定の波長の光を透過するフィルタと
して用いると、半導体レーザの発するレーザ光の波長を
Ｑ、ｌｎｍ以下の精度で制御することができる。

〔実施例〕

以下、図を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。同
図において、１は波長制御電極りを備えた、それ自体は
公知の半導体レーザ、２はレーザ光、３は特定波長のみ
を透過させる波長フィルタ、４は光検出器、５は増幅器
、６は包路線検波器、７は同期検波器、８は発振器、９
は加算器、１０はローパスフィルタ（ＬＰＦ）　、１１
は増Ｉｇ器、１２は加算器、１３はスイッチ回路、１４
は増幅器、１５はオートマチイック・パワ・コントロー
ル回路、１６は基準電圧源、１７は動作開始信号、１８
はフリップフロップ、１９はランプ電圧発生回路、２０
は比較器、２１は電圧源、である。

次に回路動作の概要を説明する。半導体レーザ１からの
レーザ光２を波長フィルタ３を介して入力された光検出
器４の出力信号は、増幅器５により増幅された後、包絡
線検波器６により包絡線検波され、その出力信号は同期
検波器７に入力される。

一方交流信号の発振器８の出力信号は同期検波器７．加
算器９．増幅器１１に入力される。包絡線検波器６の出
力信号と発振器８の出力信号は同期検波器７により同期
検波され、同期検波器７の出力信号と発振器８の出力信
号は加算器９により加算される。加算器９の出力信号は
ローパスフィルタ１０により不要な高周波成分を除去さ
れてスイッチ回路１３の端子１３ａに入力される。

スイッチ回路１３の端子１３ａと１３ｃとが導通状態で
あれば、ローパスフィルタ１０の出力信号は増幅器１４
で増幅されて加算器１２に入力される。増幅器１１で増
幅された発振器８の出力信号も加算器１２に入力される
。加算器１２の出力信号ＩＬは半導体レーザ１の波長制
御電極りに入力され、その発振波長を制御する。

一方増幅器５の出力信号はオートマチイック・パワ・コ
ントロール（Ａ　Ｐ　Ｃ）回路１５に入力される。ＡＰ
Ｃ回路１５は増幅器５の出力信号を外部基準電圧源１６
の電圧と比較して、半導体レーザ１の発するレーザ光２
の光強度が常に一定となるように半導体レーザ１のアノ
ードＡに注入する電流Ｉを制御するものである。

以上の回路構成によるレーザ光の発振波長制御方式は、
所謂ウオブリング法と言われるものであり、光検出器４
の出力信号が最大となるように波長制御電極りに注入す
る電流ＩＬを制御する。レーザ光２は波長フィルタ３を
透過して光検出器４に入射するため、レーザ光２の波長
は波長フィルタ３を透過する特定の波長λ、に常に制御
される。

次にウオブリング法によるかかる制御回路の動作開始方
法について説明する。

動作開始信号１７がフリップフロップ回路１８に入力さ
れると、フリップフロップ回路１８はリセットされその
出力はローレベルになる。このときスイッチ回路１３は
端子１３ｂと１３ｃとが導通状態となるように制御され
る。フリップフロップ回路１８の出力はランプ電圧発生
回路１９の入力端子１９ａに入力される。ランプ電圧発
生回路１９の構成は後に述べる。

このとき、ランプ電圧発生回路１９からスイッチ回路１
３、増幅器１４、加算器１２を介して半導体レーザ１の
波長制御電極りに流れ込む電流ＩＬは、ランプ電圧の特
性に従い、０から次第に増加し、従ってレーザ光２の波
長λも次第に減少し、λ。からλ。′まで減少するもの
とする。

ここでレーザ光２の波長の可変範囲λ。〜λ。′の間に
波長フィルタ３を透過する特定の波長λ、。

を設定すると、レーザ光２の波長が波長λ、に近ずくに
つれ光検出器４の出力信号が増加する。光検出器４の出
力信号を増幅する増幅器５の出力信号は比較器２０に入
力されて電圧源２１０発生する電圧と比較される。その
結果、増幅器５からの出力信号が電圧源２１の発生する
電圧よりも大きくなると比較器２０の出力はハイレベル
となり、フリップフロップ回路１８がセットされてその
出力はハイレベルとなる。

このときスイッチ回路１３は端子１３ａと１３Ｃとが導
通状態となるように制御され、前述したウオブリング法
による制御に引き込まれ、レーザ光２０波長はλ、に保
持される。

第２図は、第１図におけるランプ電圧発生回路１９の具
体例を示す回路図である。

第２図において、入力端子１９ａに入力される制御信号
のレベルがローレベルで、トランジスタＴ、のベース電
圧がローレベルにあると、コンデンサＣに電圧源Ｅから
の電荷が充電されて出力端子１９ｂの出力電圧は、第３
図のグラフに示すように時間とともに増加する。

これによってランプ電圧が出力端子１９ｂから出力され
ることが認められるであろう。入力端子１９ａに入力さ
れる制御信号のレベルがハイになり、トランジスタＴ、
がオンすると、コンデンサＣに蓄積されていた電荷は該
トランジスタＴ、を介して放電する。

第４図は、第１図における波長制御電極を備えた半導体
レーザの構造例を示す斜視図、第５図はその特性図、で
ある。

第４図において、半導体レーザ１は、アノードＡ、カソ
ードＣの２つの電極の他に波長制御電極りを備えており
、波長制御電極りに注入する電流■１を可変することに
より、発するレーザ光２の波長を可変することができる
。

更に具体的に説明すると、半導体レーザ１はＤ！５ｔｒ
ｉｂｕｔｅｄ　　Ｂｒａｇｇ　　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ（
ＤＢＲ）を用いたＧａＡβＡ　ｓ　／　Ｉ　ｎ　Ｐ集積
形レーザであり、ＤＢＲｗ４域、レーザ領域、及び制御
領域とで構成されている。

活性層５１の両端にあるＤＢＲガイド５３と外部ガイド
５２とで決まる実効的な共振器長を制御領域の波長制御
電極りに注入する電流夏、により変化させ、レーザ光２
の波長λを精密に制御することができる。

この様子を第５図のグラフに示す。電流Ｉｔを１ｍＡか
ら６ｍＡに変化させると約２ｎｍだけ波長λが短くなる
。一方レーザ光２の強度はレーザ領域のアノードＡに注
入する電流■により制御できる。半導体レーザ１から出
射したレーザ光２は波長フィルタ３を透過して光検出器
４に入射するものであることは既に述べた通りである。

第６図は、第１図における波長フィルタ３のフィルタ特
性の例を示す特性図である。波長フィルタ３は特定の波
長の光のみを透過する特性を有している。

波長フィルタ３はフォトケミカルホールバーニング（Ｐ
ＨＢ）現象を利用して加工され、製造されることができ
る。これは波長選択的な光化学反応により生ずる一種の
漂白作用であると云える。

フタロシアニン（Ｈ，ＰＣ）／ポリメチルメタクリレー
ト（ＰＭＭＡ）等の薄膜の光吸収の波長スペクトル特性
は第６図（ａｌに示すようになっている。

即ち均一幅Δｗｈを持った多数分子からなる系により、
不均一幅ΔＷｉを持つ吸収バンドが形成されている。こ
の膜に、第６図１ｂｌに示すようにスペクトル中の任意
の波長λ、に同調したレーザ光λ、λ２．λ３を照射す
ると各照射光のフォトンエネルギーｈｖ、＝ｈｃ／λ１
の両側Δｗｈの範囲のエネルギーを持つ分子のみが共鳴
的に光を吸収して励起状態になる。

これらの分子が他の分子に影響を及ぼすことなくエネル
ギー的に異なる光生成物に転すると、第６図（Ｃ１に示
すようにλ、λ２．λ３の所に光生成物の安定さて決ま
る寿命を持った幅の狭いホール状の特性が現われる。

この膜でできた波長フィルタ３にレーザ光２の波長を走
査して照射し、その透過光を光検出器４で検出すると、
光検出信号は第６図１ｂｌのように得られる。

ここで第６図（８１の均一幅Δｗｈはおよそ０．１〜Ｑ
、　２ｎ　ｍであり、ｌｎｍの波長域に５個のホール（
ホール状に落ち込んだ特性）を作ることができる。第１
図において波長フィルタ３は上記したＰＨＢ現象を利用
し、特定の波長λ８のホール特性のみを形成したもので
ある。かかる波長フィルタ３の特性を第１１図に示す。

第１１図については改めて説明する必要はないであろう
。

第７図は本発明の第２の実施例の要部を示す斜祖国、第
８図は同実施例の他の要部を示す回路図である。

これらの図において、第１図におけるのと同一の部品に
は同一の番号を付しである。また図示していない部分は
第１図のそれと同一である。

第７図を参照する。波長フィルタ３は４つの領域３ａ〜
３ｄに分割され、それぞれの領域における透過波長はλ
、〜λ６であり、この様子を第１２図に示す。４つの波
長λ８〜λ４はレーザ光２の波長の可変範囲λ。〜λ。

′の中にあることが認められるであろう。

また光検出器４も４つの領域４８〜４４に分割され、°
波長フィルタ３の分割領域と光検出器４の分割領域とは
対応しており、たとえば領域３ａに入射したレーザ光２
は領域４ａで検出される。

光検出器４の領域４ａ〜４ｄはそれぞれ、第９図に見ら
れるように、スイッチ回路３０の４つの入力端子３０ａ
〜３０ｄに接続される。波長選択信号３１がスイッチ回
路３０に入力されると、出力端子３０ｅは入力端子３０
ａ〜３０ｄの中の任意の端子と導通状態となる。すなわ
ち、３０ｅと３０ｂとが導通されると半導体レーザ１の
発するレーザ光２の波長はλ、に制御される。

上記した構成では波長フィルタ３と光検出器は４つの領
域に分割したが、これは更に多数の領域に分割してもよ
い。

第１０図は本発明の第３の実施例の主要部を示すブロッ
ク図であり、第１図におけるのと同一な部品には同一の
番号を付しである。また図示していない部分は第１図の
それと同一である。

第１０図の波長フィルタ３の特性は第９図に示すように
、レーザ光２の波長の可変範囲λ。〜λ。′の間に収ま
るｎ個の波長λ１〜λ７において透過するように、ＰＨ
Ｂ現象を利用して波長多重記録がされている。

動作開始信号１７によりレーザ光２の波長がλ。

からλ。′に減少していくと、増幅器５の出力信号は第
９図に示すような特性になり、比較器２０の出力にはｎ
個のパルスが出力される。このｎ個のパルスはカウンタ
３３に入力される。カウンタ３３には波長選択信号３２
が入力され、たとえば、波長選択信号３２によりλ、に
相当する数をカウンタ３３にセットすると、カウンタ３
３の出力信号は５番目の入力パルスのときにハイレベル
となってフリップフロップ回路１８をセントする。

このようにしてレーザ光２の波長を波長フィルタ３に波
長多重記録したｎ個の波長の中の任意の波長に制御する
ことができる。

第１３図は本発明を光デイスクメモリに応用した場合の
例を示す説明図である。波長の制御方法は第１図、第８
図、第１０図をそれぞれ参照して説明した方法のうちの
いずれかを用いる。

第１３図において、半導体レーザ１の発するレーザ光２
はコリメータレンズ４１で平行な光束に変換されビーム
スプリッタ４２により２方向に分割される。透過した光
束は対物レンズ４３によりモータ４６で回転する光デイ
スク４４上に集光される。光ディスク４４を透過した光
束は光検出器４５で受光され、この出力から光ディスク
４４に記録された情報信号を検出する。

一方ビームスプリソタ４２により分離された他方の光束
は波長フィルタ３を透過して光検出器４に入射する。

以上の構成で波長フィルタ３と光ディスク４４とは同一
のＰＨＢ現象を利用した材料で形成されており、たとえ
ば波長の制御方式に第１０図の方法を用いれば、光ディ
スク４４にｎ波長の波長多重記録を行なうことができる
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、その注入電流を可変することによりレ
ーザ光の波長を可変できる波長制御電極付き半導体レー
ザと、特定の波長の光のみ透過する波長フィルタを用い
、ウオブリング法により半導体レーザの発するレーザ光
の波長を上記した特定の波長に制御することができるた
め、ＰＨＢ現象を応用した光メモリ等に適したレーザ光
源を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図におけるランプ電圧発生回路の具体側を示す回路
図、第３図は第２図に示したランプ電圧発生回路の出力
電圧を示すグラフ、第４図は第１図における半導体レー
ザの構成例を示す斜視図、第５図は第４図に示した半導
体レーザの波長特性を示すグラフ、第６図は杢□発明に
おいて用いる波長フィルタの特性図、第・４図、第８図
はそれぞれ本発明の第２の実施例の要部を示す説明図、
の特性図、第１０図は本発明の第３の実施例の要部を示
すブロック図、第１１Ｂａ、第１２図はそれぞれ本発明
において用いる。−一フィルタの更に別の特性図、第１
３図は零発＠を光デイスクメモリに応用した例を示す説
明図、である。 ｌ・・・半導体レーザ、３・・・−長フィルタ、４・・
・光検出器、４４・・・光ディスク、：パ代理人　弁理
士　並　木　昭　夫１ １１１４図 第６図 ｆｆ１ｌｌｆＥｆｌｉシ三ａ　　ＩＬ　（Ｔｎ−へ〕館
６図 （α） λを入２　　λ３　　　　　　　　　　　　　町ダ１前
７図 Ａｌ−１ 第８　図 第９図 第１０図 １１１１　図 第１３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、波長制御電極を備え、該電極に注入する電流を変え
   ることにより、その発振波長を可変できる半導体レーザ
   と、該半導体レーザが出射するレーザ光の少なくとも一
   部を或る特定の波長の光のみが透過する波長フィルタを
   介して受光する光検出器と、該光検出器の受光量が最大
   となるように前記半導体レーザの波長制御電極に注入す
   る電流を制御して前記半導体から出射するレーザ光の波
   長が前記特定の波長に維持されるようにする制御手段と
   、から成ることを特徴とする半導体レーザの波長制御方
   式。