JPH04264785A - 半導体レーザ駆動装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザの駆動装置
に係り、特に精度の高い温度制御を要求される大出力半
導体レーザの駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に大出力半導体レーザ駆動装置の従
来例を示す。レーザ光取出用の光ファイバ１ａをもつ半
導体レーザモジュール１ｂは、これをパルス駆動する半
導体レーザ駆動回路の搭載された回路基板２ａに密着し
て取り付けられる。そして全体を熱伝導性のよい樹脂３
でモールドしてある。樹脂３内には半導体レーザモジュ
ール１ｂの温度を検出するための温度センサ９が埋め込
まれ、樹脂３の前面には前記した光ファイバ１ａが取り
出される。

【０００３】また、樹脂３の背面には樹脂３内の駆動回
路及び半導体レーザの温度を制御するペルチェ素子４ａ
が密着して取り付けられる。このペルチェ素子４ａには
放熱用ヒートシンク５ａが取り付けられ、さらに、この
ヒートシンク５ａの放熱用ファン６が取り付けられる。 ペルチェ素子４ａには温度制御器８が接続され、この温
度制御器８は、温度センサ９で検出された温度に基づい
てペルチェ素子４ａに流す電流を制御する。

【０００４】なお、回路基板２ａには、半導体レーザ駆
動回路に高電圧を与えるための高圧電源７と、同期信号
を与える同期信号発生部２ｂとが樹脂３の外部より接続
される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな大出力装置では、半導体レーザ駆動回路で発生する
パルス信号は〜数百ＭＨｚと非常に高周波であるため、
信号伝送上、半導体レーザを効率良く駆動するためには
、回路基板２ａと半導体レーザモジュール１ｂを密着接
続させることが好ましい。ところが密着させると、回路
基板２ａ上の電子部品の発熱が半導体レーザモジュール
１ｂに伝わり、半導体レーザ光出力の発振波長、出力等
に大幅な変動を引き起こす。

【０００６】このため従来装置では、回路基板２ａと半
導体レーザモジュール１ｂとを樹脂モールドし、これを
一括して温度制御することにより半導体レーザ光出力の
安定化を図るようにしている。

【０００７】しかし、一括して温度制御することで、本
来制御する必要のある半導体レーザモジュールに加えて
、これよりも発熱量の大きな回路基板２ａを制御するこ
とになるため、制御装置が大掛かりになるという欠点が
あった。

【０００８】また、温度制御する部分がモールド樹脂全
体と広いため微妙な温度制御が出来ず、光出力の発振波
長、出力等の変動を有効に抑えることが困難であった。

【０００９】また、温度センサ９が発熱体のメインであ
る半導体レーザモジュール１ｂから離れているために、
温度制御すべき半導体レーザの瞬時の温度変化を検知す
ることができなかった。

【００１０】特に、これらの欠点は半導体レーザが大出
力になるほど顕著になっており、その解決が切に望まれ
ていた。

【００１１】本発明の目的は、半導体レーザの温度を単
独制御することによって、前記した従来技術の欠点を解
消し、半導体レーザの微妙な温度制御を容易にでき、半
導体レーザ光出力の安定化を図ることができる半導体レ
ーザ駆動装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ駆
動装置は、発熱体となる半導体レーザと、同じく発熱体
となる半導体レーザ駆動回路とを空間的に分離する。半
導体レーザと、これを駆動する半導体レーザ駆動回路と
を半導体レーザのインピーダンス相当の特性インピーダ
ンスをもつ線路で電気的に接続する。そして、半導体レ
ーザの温度を独立して制御するようにしたものである。 一般的に、半導体レーザは半導体レーザモジュールとし
て、また、半導体レーザ駆動回路は、パルス駆動回路等
の電子部品を搭載した回路基板として取り扱われる。

【００１３】ここで、特性インピーダンス線路を同軸ケ
ーブルとすると最も簡易且つ安価に構成することができ
る。そして、同軸ケーブルを複数本並列接続してインピ
ーダンスを整合させてもよい。

【００１４】また、特性インピーダンス線路の特性イン
ピーダンスが、半導体レーザのインピーダンスあるいは
駆動回路の出力インピーダンスと一致しないときは、特
性インピーダンス線路の入出力端の一端部あるいは両端
部に、適正なインピーダンス素子、例えば抵抗素子を直
列、並列あるいは両者を組合せて挿入し、特性インピー
ダンス線路の一端部あるいは両端部におけるインピーダ
ンスを整合させることが望ましい。

【００１５】また、半導体レーザの温度を正確に検出し
てその温度制御を高精度に行うために、半導体レーザを
収納しているモジュールに温度センサ、例えばサーミス
タを内蔵することが望ましい。

【００１６】

【作用】同じ発熱体といっても、半導体レーザ駆動回路
よりも半導体レーザの方がはるかに発熱量は小さく、し
かも半導体レーザの温度が光出力の発振波長、出力等の
変動に直接関与することから、半導体レーザのみを温度
制御することが望ましい。そのためには、先ず、半導体
レーザの駆動性を損うことなく、両者を空間的に分離す
る必要がある。

【００１７】本発明のように、発熱体である駆動回路用
回路基板と半導体レーザとを半導体レーザのインピーダ
ンスと同じ特性インピーダンスの線路、例えば同軸ケー
ブルで接続すると、インピーダンス特性の異なる単線や
撚線で接続する場合と異なり、パルス波形の変歪を発生
せずに半導体レーザに伝送できる。特に、同軸ケーブル
を用いた場合には伝送信号が高周波に対応しているので
、その特性インピーダンスを半導体レーザのインピーダ
ンスである数Ωに整合させたとき、伝送信号の損失反射
等の悪影響を最も有効に防止できる。

【００１８】このように半導体レーザの駆動に支障を生
じることがなく、回路基板と半導体レーザとを空間的に
分離できるので、発熱量の小さい半導体レーザのみを分
離して温度制御することができる。その結果、装置の小
型化、低コストが可能となる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図３を用いて
説明する。

【００２０】図１に本実施例の半導体レーザ駆動装置の
構成を示す。レーザ光を取り出す光ファイバ１ａをもつ
半導体レーザモジュール１ｂは、これをパルス駆動する
半導体レーザ駆動回路を搭載した回路基板２ａと空間的
に分離されている。この回路基板２ａと半導体レーザモ
ジュール１ｂとは同軸ケーブル１０で電気的に接続され
、パルス波形の変歪を発生せずに半導体レーザを駆動で
きるようになっている。半導体レーザモジュール１ｂは
半導体レーザの温度を制御する温度制御用ペルチェ素子
４ｂと密着接続され、このペルチェ素子４ｂにはペルチ
ェ素子放熱用ヒートシンク５ｂが取り付けられている。 半導体レーザを冷却するためにペルチェ素子４ｂに要求
される冷却能力は、それほど大きくないため放熱用ファ
ンは不要となる。

【００２１】回路基板２ａには同期信号発生部２ｂと高
圧電源７とが接続され、同期信号発生部２ｂから同期信
号が回路基板２ａに入力したとき半導体レーザ駆動パル
スが発生し、これが同軸ケーブル１０により伝送されて
半導体レーザ１ｂ内の半導体レーザを駆動する。

【００２２】ここで半導体レーザモジュール１ｂとは、
図２の示すように、リードを設けたダイ上に半導体レー
ザチップ１１を取り付け、キャップを被せたものである
。本実施例では、特に、この半導体レーザモジュール１
ｂ内に、レーザチップ１１に近接してサーミスタ１２を
設置してある。これによりレーザチップ１１の温度変化
を直接的に且つ正確に測定できる構成となっている。

【００２３】ペルチェ素子４ｂには温度制御器８が接続
され、モジュール１ｂに内蔵したサーミスタ１２からの
温度情報を温度制御器８に導き、それによりペルチェ素
子４ｂに流す電流を制御することにより半導体レーザモ
ジュール１ｂの温度制御を行っている。

【００２４】ところで、回路基板２ａで発生する高周波
を、パルス波形の変歪を発生させることなく、半導体レ
ーザモジュール１ｂに伝送するには、同軸ケーブル１０
の特性インピーダンスを、半導体レーザモジュール１ｂ
のインピーダンスと等しくする必要がある。半導体レー
ザモジュール１ｂのインピーダンスは通常数Ωである。 もし、このインピーダンスと等しい同軸ケーブル１０が
簡単且つ安価に入手できない場合には、次に述べる様な
変形、あるいは代替品を用いることができる。

【００２５】通常入手できる同軸ケーブルの特性インピ
ーダンスは、半導体レーザのそれよりも数十倍と大きい
が、次式のように同軸ケーブルを複数本並列接続するこ
とでインピーダンスを減少させることができる。

【００２６】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｚ０　
´＝Ｚ０　／ｎ　　　　　　　　　　ただし、Ｚ０　　
　；１本の同軸ケーブルの特性インピーダンス　　　　
　　　　　　　　　　　　　　ｎ　　　　；並列接続本
数　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｚ０　´；並
列接続同軸ケーブルの特性インピーダンス一般の同軸ケ
ーブルの特性インピーダンスは５０又は７５Ωである。 従って、例えば、コンピュータ機器用としてよく使われ
るＺ０　＝５０Ωの同軸フラットケーブルを用いた場合
には、１０本並列に使用すればＺ０　´＝５Ωとなるの
で、インピーダンスの整合が容易に実現できる。

【００２７】以上述べたように本実施例は、半導体レー
ザモジュールと半導体レーザ駆動回路基板とを空間的に
分離し、これらを半導体レーザのインピーダンス相当の
特性インピーダンスをもつ同軸ケーブルで電気的に接続
して、半導体レーザを独立して温度制御するようにした
ものである。従って、本来制御する必要のある半導体レ
ーザモジュールのみを制御できるため、ヒートシンク放
熱用ファンも不要となり、制御装置を小型化できる。ま
た、半導体レーザモジュールと回路基板とを樹脂でモー
ルドする必要もなく、温度制御する部分も半導体レーザ
モジュールのみと非常に狭いため微妙な温度制御が可能
となり、光出力の発振波長、出力等の変動を有効に抑え
ることが容易になる。さらに、サーミスタ１２が半導体
レーザモジュール１ｂに内蔵され、レーザチップの温度
変化をより正確に測定できるため、温度制御すべき半導
体レーザの瞬時の温度変化を検知することができる。こ
のため、大出力半導体レーザの精度の高い温度制御が可
能になる。なお、本発明は小出力半導体レーザにも適用
できることは勿論である。

【００２８】また、同軸ケーブルを並列、直列、あるい
はこれらを組合せても整合がうまくとれない場合には、
図３に示すように、半導体レーザのインピーダンスと直
列に数Ωのインピーダンス素子、例えば抵抗体１３を接
続する。抵抗体１３の接続箇所は、同図に示すように、
駆動回路基板２ａと接続した同軸ケーブル１０の入力端
と反対側の出力端に接続する。この様にすることで、整
合をとることもできる。特に、このような整合補正をす
ることにより、次の様な２つのメリットがある。（１）
　通常、特性インピーダンスの小さい同軸ケーブル線路
を作ることは、規格外であることもあって容易ではない
。しかし、上述のように整合補正して半導体レーザの入
力インピーダンスを上げるようにすれば、同軸ケーブル
線路（　１本あるいは複数本の並列接続）　の特性イン
ピーダンスを半導体レーザの固有インピーダンスよりも
大きくすることができるため、望む特性の同軸ケーブル
線路が容易に得られる。

【００２９】（２）　半導体レーザのインピーダンスが
素子毎にばらつきをもつ場合であっても、同軸ケーブル
線路の特性インピーダンスを半導体レーザの固有インピ
ーダンスのばらつきの上限より高いものを使えば、半導
体レーザのインピーダンスのばらつきによる同軸ケーブ
ル線路との間のインピーダンスの不整合を、直列に挿入
する素子のインピーダンスを適切に選ぶことにより吸収
することができる。この場合、特に、半導体レーザとイ
ンピーダンス素子の接続方法は、直列接続に限らず、並
列接続あるいはこの両者を併用したものでも構わない。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば次の
効果を発揮する。

【００３１】（１）　半導体レーザとこれを駆動する半
導体レーザ駆動回路とを空間的に分離したので、半導体
レーザのみを効率的に温度制御することができる。

【００３２】（２）　温度制御する部分は、半導体レー
ザだけであるため、装置を小型化でき、低コスト化にも
つながる。

【００３３】（３）　特に、発熱体である半導体レーザ
駆動回路と半導体レーザのインピーダンスとに等しい特
性インピーダンスの同軸ケーブルで接続すれば、波形歪
なしに半導体レーザを駆動できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザ駆動装置の実施例による
構成図。

【図２】半導体レーザモジュールの実施例による断面図
。

【図３】本発明の他の実施例による構成図。

【図４】従来の半導体レーザ駆動装置の構成図。

【符号の説明】

１ａ　　　　光ファイバ １ｂ　　　　半導体レーザモジュール ２ａ　　　　半導体レーザ駆動回路基板２ｂ　　　　同
期信号発生部 ４ａ、４ｂ　　ペルチェ素子 ５ａ、５ｂ　　ヒートシンク ６　　　　ヒートシンク放熱用ファン ７　　　　高圧電源 ８　　　　温度制御器 ９　　　　温度センサ １０　　同軸ケーブル １１　　半導体レーザチップ １２　　サーミスタ １３　　インピーダンス素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体レーザとこれを駆動する半導体
   レーザ駆動回路とを空間的に分離し、前記半導体レーザ
   と半導体レーザ駆動回路とを半導体レーザのインピーダ
   ンス相当の特性インピーダンスをもつ線路で電気的に接
   続して、半導体レーザを独立して温度制御するようにし
   たことを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
2. 【請求項２】　　前記特性インピーダンス線路が同軸ケ
   ーブルであることを特徴とする請求項１に記載の半導体
   レーザ駆動装置。
3. 【請求項３】　　前記特性インピーダンス線路の入出力
   端の少なくとも一端部に、インピーダンス素子を挿入し
   て特性インピーダンス線路の当該端部におけるインピー
   ダンス整合を行うようにしたことを特徴とする請求項１
   または２に記載の半導体レーザ駆動装置。