JPH05226755A - 半導体レーザの制御方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 常に半導体レーザの出力波長を最適値に保つ
ことができ、自動的に注入電流及び温度を制御すること
ができる半導体レーザの制御方法及びその装置を提供す
るにある 【構成】 半導体レーザ１から発振されたレーザビーム
が特定波長を吸収する媒質に通過され、通過されたレー
ザビームが検出される。この検出された検出信号から吸
収される特定波長にピークを有するレーザビームを発生
させるに適する半導体レーザの駆動パラメータが決定さ
れ、この駆動パラメータで半導体レーザが駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、固体レーザを励起さ
せる半導体レーザの発振波長を最適値に制御する半導体
レーザの制御方法及びその装置に係り、特に、特定波長
に吸収帯を有する媒質を用いてより簡便に、しかも自動
的に半導体レーザの注入電流及び作動温度を常に最適値
に制御することができる半導体レーザの最適値設定方法
及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体レーザで固体レーザを励
起してレーザを発生させる装置においては、半導体レー
ザの出力波長が最適値に制御されることが要求されてい
る。即ち、半導体レーザの出力波長が最適値に制御され
る場合には、励起効率及び波長の変換効率が向上され、
固体レーザから最大出力のレーザが発生される。従来の
装置においては、この半導体レーザの波長を最適に制御
するために分光器等で発振波長が測定されるとともに半
導体レーザのパラメータ、例えば、注入電流及び温度が
変化されてその最適のパラメータが予め決定されてい
る。然ながら、半導体レーザ自体の特性が経時的に変化
されると、その発振波長が変化される虞があり、パラメ
ータを変更する必要がある。従って、定期的、或は、連
続的に発振波長を測定して最適値制御パラメータを定め
る必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の装置において
は、半導体レーザ内の熱抵抗が変化された場合、或は、
レーザ端面付近でのキャリアの非放射再結合による熱効
果が生じた場合、半導体レーザからの発振波長に変化が
生じ、その都度その波長を測定して注入電流及び作動温
度の最適値を決定する必要がある。この作業は、煩雑で
あるとともにスペクトルアナライザ、ファブリペロー干
渉計等の高額な機器が必要となり、装置のコストが必然
的に高くなる問題がある。従って、この発明の目的は、
常に半導体レーザの出力波長を最適値に保つことがで
き、自動的に注入電流及び温度を制御することができる
半導体レーザの制御方法及びその装置を提供するにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、半導
体レーザからレーザビームを発振させ、このレーザビー
ムを特定波長を吸収する媒質に通過させ、通過したレー
ザビームを検出し、検出された検出信号から吸収される
特定波長にピークを有するレーザビームを発生させるに
適する半導体レーザの駆動パラメータを決定し、この駆
動パラメータで半導体レーザを駆動することを特徴とす
る半導体レーザの制御方法が提供される。

【０００５】この発明の好ましい実施例によれば、駆動
パラメータは、半導体レーザに注入される注入電流及び
動作温度を含み、決定され注入電流で半導体レーザが駆
動され、決定された動作温度に半導体レーザが維持され
る。

【０００６】また、この発明の好ましい実施例によれ
ば、半導体レーザからのレーザビームが２つに分離さ
れ、その一方が検出されるとともにその他方が前記特定
波長を吸収する媒質で作られた固体レーザ媒質を含む固
体レーザ装置に向けられる。

【０００７】また、この発明によれば、半導体レーザ
と、半導体レーザを駆動信号で駆動してこの半導体レー
ザからレーザビームを発振させる手段と、温度制御信号
に応答して半導体レーザを一定温度に維持する手段と、
半導体レーザからのレーザビームが通過される特定波長
を吸収する媒質部材と、媒質部材を通過したレーザビー
ムを検出して検出信号を発生する手段と、検出信号に基
づいて前記特定波長にピークを有するレーザビームを発
生させる駆動信号及び温度制御信号を決定する手段とを
具備することを特徴とする特徴とする半導体レーザの制
御装置が提供される。

【０００８】この発明の好ましい実施例によれば、前記
特定波長を吸収する媒質で作られた固体レーザ媒質を含
む固体レーザ装置と、半導体レーザからのレーザビーム
を２つに分離し、その一方を検出手段に向け、その他方
を固体レーザ装置に向ける分離手段と、を具備すること
を特徴とする半導体レーザの制御装置が提供される。

【０００９】

【作用】この発明によれば、ある特定の波長に吸収帯を
もつ媒質にレーザ光を透過させピーク値を検出すること
により、常に半導体レーザの出力波長を自動的に最適値
に維持できる。さらに例えばＮｄ：ＹＡＧ結晶を用いれ
ば、光検出器が従来のスペクトルアナライザやファブリ
ペロー干渉計にくらべ小型、軽量、安価に構成できる。

【００１０】

【実施例】以下図面を参照してこの発明の一実施例に係
る半導体レーザの制御方法及びその装置について詳細に
説明する。

【００１１】図１は、この発明の一実施例に係る半導体
レーザの制御装置が概略的に示されている。図１に示さ
れるように半導体レーザの制御装置では、半導体レーザ
１の温度を一定に維持する冷却器２、例えば、ペルチェ
素子が組み込まれている冷却器２に半導体レーザ１が載
置され、この冷却器２は、この冷却器２に供給される電
流を制御する温度制御回路４に接続されている。また、
この半導体レーザ１は、この半導体レーザ１に注入され
る注入電流を制御する注入電流制御回路３に接続されて
いる。従って、半導体レーザ１の作動温度を最適値に維
持し、又、半導体レーザ１への注入電流を最適値に維持
することによって半導体レーザ１からは最適な波長が発
振される。

【００１２】半導体レーザ１から発振されたある第１の
波長を有するレーザビームは、ビームスプリッタ７で２
つのビームに分光され、その一方は、集光レンズ８によ
って反射鏡９を介して固体レーザ装置２０の固体レーザ
媒質１２に集光される。従って、この固体レーザ媒質１
０は、この集光されたレーザビームで励起されて共振空
胴を構成する反射鏡９及び出力鏡１１間に集光された波
長とは異なる第２の波長を有するレーザを発生し、この
レーザは、出力鏡１１から出力される。

【００１３】ビームスプリッタ７から反射された他方の
レーザビームは、固体レーザ媒質１０と同一の媒質で作
られ、ある特定波長に吸収帯を有するフィルター１２を
透過して集光レンズ１３で光検出器６に集光され、測定
される。この光検出器６から連続的に出力される検出信
号は、最小値検出回路５で最小値が検出され、この検出
された最小値信号が注入電流制御回路３及び温度制御回
路４に供給される。フィルター１２を透過したレーザの
最小値が検出され、この最小値がフィードバックされる
ことにより自動的に半導体レーザ１の注入電流及び作動
温度が最適値に制御される。

【００１４】レーザ媒質１０及びフイルター１２は、例
えば、Ｎｄ：ＹＡＧで作られ、いずれも図２に示される
ような波長吸収特性を有している。即ち、Ｎｄ：ＹＡＧ
の媒質は、第１の波長としての８０７nm付近の波長を有
するレーザビームを最も吸収して波長変換された第２の
波長を有するレーザを発生する。レーザ媒質１０及びフ
イルター１２は、同一の媒質で作られていることから、
フィルター１２を透過したレーザビームをモニターする
ことによってレーザ媒質１０に照射されている波長域を
特定することができる。

【００１５】図３に示すように半導体レーザ１は、注入
電流 Ｉ（Ａ）及び作動温度 Ｔ（゜Ｃ）をパラメータ
としてその発振波長が変化し、図４に示すように半導体
レーザ１の作動温度 Ｔ（゜Ｃ）を最適値、例えば、略
２５゜Ｃに維持し、注入電流Ｉ（Ａ）を変化させれば、
Ｎｄ：ＹＡＧの媒質が最も吸収され易い波長域、即ち、
８０７nm付近の波長にピークを有するレーザビームを発
生させることができる。即ち、半導体レーザ１のパラメ
ータとしての注入電流 Ｉ（Ａ）及び作動温度 Ｔ（゜
Ｃ）を変化、即ち、走査して検出器６によってフイルタ
ー１２を透過したレーザビームの透過光量をモニター
し、図５で示されるように検出器６で検出される最小値
Ｓmin を検索することによって半導体レーザ１からのレ
ーザビームを最適波長に設定することができる。

【００１６】図５に示されるように検出器６によって最
小値Ｓmin を検索する際には、最小値検出回路５におい
て検出値が比較される。即ち、検出器６によって検出さ
れたあるパラメータ値Ａ，Ｂ，Ｃに対応する透過光量が
比較される。この比較の結果、透過光量が最小のパラメ
ータ値Ｂが選択される。尚、図５から明かなように媒質
を通る透過レーザビームの透過波長特性は、媒質で吸収
されるレーザビームの吸収特性とは逆の関係にある。

【００１７】上述のようにして検出回路５からの比較結
果に基づいて温度制御回路４及び注入電流制御回路３か
らの温度制御信号及び注入電流によって半導体レーザ１
の作動温度及び注入電流が最適値に維持される。その結
果、固体レーザ媒質１２で最も吸収され易い波長帯域を
有するレーザビームが半導体レーザから発生される。

【００１８】上述した実施例では、半導体レーザ１は、
連続的にレーザビームを発振する実施例について説明し
たが、半導体レーザ１が間欠的にレーザビームを発振す
る場合においても同様に最適パラメータを定め、半導体
レーザ１から固体レーザ媒質に吸収されるに適する波長
を有するレーザビームを発生させることができる。即
ち、間欠的なレーザビームが検出器６で検出される場合
には、チャープ現象により図６で示されるようなパルス
信号ＰＯ，ＰＡ，ＰＢ，ＰＣが検出器６から発生され
る。パルス信号ＰＯ，ＰＡ，ＰＢ，ＰＣが最小値検出回
路５に供給され、動作温度及び注入電流に関する最適パ
ラメータが決定される。この最小パラメータが決定され
るに際しては、パルス信号ＰＯ，ＰＡ，ＰＢ，ＰＣの夫
々の面積、即ち、透過レーザビームの強度の時間積分
（Ｉ0 ｘＴ0 ）が最小の波長を最適波長として、そのパ
ラメータを決定しても良く、或は、パルス信号ＰＯ，Ｐ
Ａ，ＰＢ，ＰＣの立ち上がりと立ち下がりとを比較し、
両者が等しいパラメータを最適波長としてその最適値を
選択しても良い。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導体レーザ
の制御方法及びその装置によれば、特定波長に強い吸収
帯をもつ媒質を用いることにより、より簡便にピーク値
を検出することができる。さらに、常に半導体レーザ光
の検出結果を注入電流制御回路及び温度制御回路にフィ
ードバックするためにレーザ波長を最適値に維持するこ
とができる。これらの結果、装置の構成が簡略化されコ
ストも低減できる。更に、フィルター部材が半導体レー
ザ装置内の光フィードバック制御用のフォトダイオード
の窓部材に採用する場合には、装置自体もより小型化が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る半導体レーザの制御
装置を示す概略図。

【図２】固体レーザ媒質としてのＮｄ：ＹＡＧの吸収ス
ペクトル特性を示すグラフ。

【図３】半導体レーザのパラメータに対する半導体レー
ザの発振波長の関係を示すグラフ。

【図４】温度一定の際の半導体レーザから発振されるレ
ーザビームと半導体レーザの注入電流との関係を示すグ
ラフ。

【図５】連続的にレーザビームを発振する半導体レーザ
への注入電流及び温度のパラメータを変化させた際の媒
質の波長吸収特性と透過特性を示すグラフ。

【図６】間欠的にレーザビームを発振する半導体レーザ
への注入電流及び温度のパラメータを変化させた際の媒
質の波長吸収特性を示すグラフ。

【符号の説明】

１…半導体レーザ ２…冷却器 ３…注入電流制御回路 ４…温度制御回路 ５…最小値検出回路 ６…光検出器 ７…ビームスプリッタ ８、１３…集光レンズ ９…反射鏡 １１…出力鏡 １０…固体レーザ媒質 １２…フィルター ２０…固体レーザ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 592032692 田中 康夫 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日 新電機株式会社内 (72)発明者 中井 貞雄 大阪府茨木市北春日丘３丁目６番45号 (72)発明者 中塚 正大 奈良県生駒市緑ヶ丘1425番地の78 (72)発明者 山中 正宣 大阪府箕面市石丸３丁目25番Ｅ−205号 (72)発明者 内藤 健太 奈良県生駒市有里町29番地の15 (72)発明者 山中 千代衛 大阪府大阪市西陣本町１丁目８番４号財団 法人レーザー技術総合研究所内 (72)発明者 佐藤 毅 東京都豊島区南池袋１丁目20番１号 金門 電気株式会社内 (72)発明者 小野田 元 東京都豊島区南池袋１丁目20番１号 金門 電気株式会社内 (72)発明者 中里 宏 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日 新電機株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザからレーザビームを発振さ
   せ、 このレーザビームを特定波長を吸収する媒質に通過さ
   せ、 通過したレーザビームを検出し、 検出された検出信号から吸収される特定波長にピークを
   有するレーザビームを発生させるに適する半導体レーザ
   の駆動パラメータを決定し、この駆動パラメータで半導
   体レーザを駆動することを特徴とする半導体レーザの制
   御方法。
2. 【請求項２】駆動パラメータは、半導体レーザに注入さ
   れる注入電流及び動作温度を含み、決定され注入電流で
   半導体レーザを駆動し、決定された動作温度に半導体レ
   ーザを維持することを特徴とする請求項１の半導体レー
   ザの制御方法。
3. 【請求項３】半導体レーザからのレーザビームを２つに
   分離し、その一方を検出するとともにその他方を前記特
   定波長を吸収する媒質で作られた固体レーザ媒質を含む
   固体レーザ装置に向けることを特徴とする請求項１の半
   導体レーザの制御方法。
4. 【請求項４】半導体レーザと、 半導体レーザを駆動信号で駆動してこの半導体レーザか
   らレーザビームを発振させる手段と、 温度制御信号に応答して半導体レーザを一定温度に維持
   する手段と、 半導体レーザからのレーザビームが通過される特定波長
   を吸収する媒質部材と、 媒質部材を通過したレーザビームを検出して検出信号を
   発生する手段と、 検出信号に基づいて前記特定波長にピークを有するレー
   ザビームを発生させる駆動信号及び温度制御信号を決定
   する手段と、 を具備することを特徴とする半導体レーザの制御装置。
5. 【請求項５】前記特定波長を吸収する媒質で作られた固
   体レーザ媒質を含む固体レーザ装置と、 半導体レーザからのレーザビームを２つに分離し、その
   一方を検出手段に向け、その他方を固体レーザ装置に向
   ける分離手段と、 を具備することを特徴とする請求項４の半導体レーザの
   制御装置。