JPH06260722A - モノリシックマルチビームレーザーダイオード及びそれの制御方法 - Google Patents

モノリシックマルチビームレーザーダイオード及びそれの制御方法

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JPH06260722A
JPH06260722A JP7297493A JP7297493A JPH06260722A JP H06260722 A JPH06260722 A JP H06260722A JP 7297493 A JP7297493 A JP 7297493A JP 7297493 A JP7297493 A JP 7297493A JP H06260722 A JPH06260722 A JP H06260722A
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JP
Japan
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semiconductor chip
laser
laser diode
cooling
cooling means
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JP7297493A
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Jun Koide
小出  純
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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
    • H01S5/02208Mountings; 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
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    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024Arrangements for thermal management
    • H01S5/02407Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling
    • H01S5/02415Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling by using a thermo-electric cooler [TEC], e.g. Peltier element
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    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数のレーザー発振領域を設けた半導体チッ
プを冷却手段で適切に冷却することにより熱的クロスト
ークを抑え、変調精度の高い光出力が容易に得られるモ
ノリシックマルチビームレーザーダイオード及びそれの
制御方法を提供すること。 【構成】 レーザー光を発振放射するレーザー発振領域
を複数設けた半導体チップと、該半導体チップを冷却す
る冷却手段とを設けたこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一つの半導体チップに複
数のレーザー発振領域を設けたモノリシックマルチビー
ムレーザーダイオード及びそれの制御方法に関し、該モ
ノリシックマルチビームレーザーダイオードを冷却手段
で冷却し、変調精度の高い光出力が得られるようにし
た、例えば光ディスクメモリ装置や、光走査装置、そし
てレーザービームプリンターに好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、モノリシックマルチビームレ
ーザーダイオードは光ディスクメモリー装置の情報書き
込みや、読み出し用の光ヘッドとして、またマルチビー
ムの光走査装置等に用いられている。
【0003】該モノリシックマルチビームレーザーダイ
オードの光出力を安定化して得るために、従来は光出力
の変動をフォトダイオードで検出し、該ダイオードへの
印加電流量を所要量、変動制御して光出力を一定量に保
つように制御していた。
【0004】
【発明が解決しようとしている課題】図2は半導体レー
ザーにおけるレーザー発振領域の温度が異なる場合の印
加電流と光出力との特性を示した説明図である。
【0005】一般に、レーザー発振領域に印加する電流
量を変調すると、レーザー発振の量子効率が100%で
はない為、フォノン発生による発熱量も同時に変調さ
れ、温度変動が生じてしまう。
【0006】また、レーザー発振領域の温度が変動した
場合、図2に示すように一定電流を印加したとしても、
光出力が変動してしまう。
【0007】モノリシックマルチビームレーザーダイオ
ードは同一の半導体チップから複数のレーザー光を発振
する為、片方のレーザー発振領域で光出力の強度変調を
行なう際、該強度変調に伴って生じる熱が他方のレーザ
ー発振領域へ伝搬し、光出力に影響を与えるという問題
点があった。
【0008】図4は同一の半導体チップに設けた2つの
レーザー発振領域のうち一方のレーザー発振領域に一定
電流量を印加した場合の出力を実線、そして他方のレー
ザー発振領域に印加電流を変化させて光出力の強度変調
を行なった場合の出力を点線で示した説明図である。
【0009】同図より明らかなように実線で示したレー
ザー発振領域の光出力が点線で示したレーザー発振領域
の強度変調に影響されて変動している。以後この光出力
への影響を熱的クロストークと呼ぶ。
【0010】近年半導体レーザーでは特に、集積化、微
細化、高出力化、高速化が要求される状況の中で、発振
ビーム間隔が狭くなり、また発振光出力が増大化し、変
調が速くなってきている。これより熱的クロストークが
更に増大し、光出力が変動することとなり、より深刻な
問題点となってきている。
【0011】本発明は、複数のレーザー発振領域を設け
た半導体チップを冷却手段で適切に冷却することにより
熱的クロストークを抑え、変調精度の高い光出力が容易
に得られるモノリシックマルチビームレーザーダイオー
ド及びそれの制御方法の提供を目的とする。
【0012】
【課題を解決する為の手段】本発明のモノリシックマル
チビームレーザーダイオードは、レーザー光を発振放射
するレーザー発振領域を複数設けた半導体チップと、該
半導体チップを冷却する冷却手段とを設けたことを特徴
としている。
【0013】特に、前記冷却手段はペルチェ素子によっ
て熱移動し、冷却することを特徴としている。
【0014】また、本発明のモノリシックマルチビーム
レーザーダイオードの制御方法は、 (イ)レーザー光を発振放射するレーザー発振領域を複
数設けた1つの半導体チップと、該半導体チップを冷却
する冷却手段とを有し、レーザー発振時には該半導体チ
ップをレーザー非発振時の該半導体チップの環境温度以
下に冷却すること。 (ロ)レーザー光を発振放射するレーザー発振領域を複
数設けた1つの半導体チップと、該半導体チップを冷却
する冷却手段とを有し、該レーザー発振領域からのレー
ザー光を検出手段で検出して、レーザーダイオードに印
加する電流を制御して該レーザー光の出力を制御するこ
とを特徴としている。
【0015】特に、前記冷却手段は前記半導体チップ
を、該半導体チップをレーザー非発振時に取り囲む環境
温度以下の温度に制御することや、前記冷却手段は前記
半導体チップを環境温度以下の特定温度に制御するこ
と、更に、前記冷却手段は前記半導体チップを制御温度
Tに制御する際、モノリシックマルチビームレーザーダ
イオードの特性温度をTo、レーザー非発振時に該半導
体チップを取り囲む環境温度をT′としたとき、
【0016】
【数2】 を満足すること、前記冷却手段はペルチェ素子によって
熱移動し、冷却すること等を特徴としている。
【0017】
【実施例】図1は本発明の一実施例の要部概略図であ
る。図中、1は2ビームA,Bを放射するモノリシック
マルチビームレーザーダイオード(本体)であり、半導
体チップ12に2つのレーザー発振領域を設けている。
14は保護キャップであり、その内部に保持部材(不図
示)及びコモン端子2で保持された半導体チップ12を
収納し、窓ガラス11で内部を密閉している。3,4は
アノード端子(電流印加素子)、そして5,6はボンデ
ィングワイヤーである。
【0018】13は冷却手段であり、ペルチェ素子7、
サーミスタ8、温度コントローラ9を有している。
【0019】冷却手段13はペルチェ素子7を保護キャ
ップ14及びコモン端子2に熱的に密着させており、保
護キャップ14及びコモン端子2を介して間接的に半導
体チップ12を冷却している。またサーミスタ8を保護
キャップ14に熱的に密着させており、半導体チップ1
2の周囲の温度をサーミスタ8の特性変化(抵抗値の変
化)により検出している。
【0020】そしてサーミスタ8で検出した温度に基づ
き温度コントローラ9でペルチェ素子7を駆動制御し、
半導体チップ12を所定温度に保っている。尚、ペルチ
ェ素子7より生じた熱は不図示のヒートシンク等の、他
の部材へ接触させて放熱している。
【0021】10はレーザー駆動用の変調ドライバであ
り、コモン端子2とアノード端子3又は4との間に動作
電流を印加することで、レーザー光A,レーザー光Bを
それぞれ独立駆動可能にしている。
【0022】次に本実施例の制御動作の技術的意味につ
いて説明する。
【0023】図3は半導体チップ12の温度変化と閾値
電流変動率との変化との関係を示す図である。
【0024】モノリシックマルチビームレーザーダイオ
ードにおいて半導体チップ12の温度変動量に対する光
出力の変動はスロープ効率(印加電流変動に対する光出
力の変動の比率)ηとレーザー発振閾値電流Ithの温度
変化ΔTによる変動率Ith−αとによって決定される。
【0025】そして、半導体チップ12の温度をTと
し、モノリシックマルチビームレーザーダイオードの特
性温度をToとしたとき、閾値電流変動率Ith−αは図
3に示した様に特性温度Toと温度Tの比T/Toの指
数関数に比例する。
【0026】
【数3】 となる。
【0027】従って、半導体チップ12の温度Tを低く
すれば指数関数的に光出力の変動量ΔPが少なくなる。
即ち、モノリシックマルチビームレーザーダイオード1
の温度を下げる(半導体チップ12を冷却する)ことに
よって、一方のレーザー発振領域からの温度変化ΔTが
他方のレーザー発振領域へ伝搬しても光出力の変動量Δ
Pを小さく抑えることができる。
【0028】本実施例においてはレーザー非発振時に半
導体チップ12を取り囲む環境温度T′をサーミスタ8
及び温度コントローラ9で検出し、ペルチェ素子7で
(1)式を満たす様に半導体チップ12を冷却してい
る。
【0029】これより、複数のレーザー発振領域間の熱
的クロストークによる影響を抑えて、光出力の変調制御
に忠実な発振が行なえるようにしている。例えば光ディ
スクメモリー装置の光ヘッドや光走査装置に用いること
により、精度の高い装置を供給することができる。
【0030】次に具体例をあげて示す。一般に、波長6
70nm,780nm,830nmのレーザーダイオー
ドの特性温度は略100〜150〔k〕であり、このレ
ーザーダイオードを50℃の環境温度で駆動した場合と
0℃の環境温度で駆動した場合との出力変動ΔPの比を
αとすると、
【0031】
【数4】 となり、To=100〔k〕のときα=0.61、To
=150〔k〕のときα=0.72となる。
【0032】つまり、0℃の環境温度での駆動の方が熱
的クロストークによる光出力の変動量はTo=100
〔k〕のとき39%、To=150〔k〕のとき28%
軽減される。また図2より、印加電流量は少量で所要の
光出力が得られる為、変調により生じる熱の変動量も少
なくなる為、上記変動量の比α値以上の効果が得られ
る。
【0033】本実施例において冷却手段は、ペルチェ素
子を用いて冷却を行なったが、このほか冷媒(例えば純
水等の液体)で保護キャップ1の周囲を満たして冷却す
るようにしても良い。
【0034】また、本発明のモノリシックマルチビーム
レーザーダイオードの制御方法は半導体チップを冷却す
ると共に光出力の変動を検出し、印加電流にフィードバ
ックする様に構成しても良い。
【0035】例えば半導体チップを冷却手段で室温以下
に冷却し、光出力の変動量を半導体チップの前方又は後
方でフォトダイオードにて検出し、光出力が所要値とな
るように印加電流を制御すれば、より熱的クロストーク
を抑えた光出力を得ることができる。
【0036】
【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を適
切に構成し、半導体チップを冷却することにより熱的ク
ロストークが抑えられ、光出力の変調精度が高いモノリ
シックマルチビームレーザーダイオード及びそれの制御
方法を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の要部概略図
【図2】 モノリシックマルチビームレーザーダイオー
ドの印加電流−光出力特性図
【図3】 モノリシックマルチビームレーザーダイオー
ドのチップ温度−閾値電流変動率特性図
【図4】 モノリシックマルチビームレーザーダイオー
ドの時間−光出力及び印加電流特性図
【符号の説明】
1 モノリシックマルチビームレーザーダイオードデバ
イス 2 コモン端子 3,4 アノード端子 5,6 ボンディングワイヤー 7 ペルチェ素子 8 サーミスター 9 温度コントローラー 10 変調ドライバ 11 窓部 12 半導体チップ 13 冷却手段 14 保護キャップ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザー光を発振放射するレーザー発振
    領域を複数設けた半導体チップと、該半導体チップを冷
    却する冷却手段とを設けたことを特徴としたモノリシッ
    クマルチビームレーザーダイオード。
  2. 【請求項2】 レーザー光を発振放射するレーザー発振
    領域を複数設けた1つの半導体チップと、該半導体チッ
    プを冷却する冷却手段とを有し、レーザー発振時には該
    半導体チップをレーザー非発振時の該半導体チップの環
    境温度以下に冷却することを特徴としたモノリシックマ
    ルチビームレーザーダイオードの制御方法。
  3. 【請求項3】 レーザー光を発振放射するレーザー発振
    領域を複数設けた1つの半導体チップと、該半導体チッ
    プを冷却する冷却手段とを有し、該レーザー発振領域か
    らのレーザー光を検出手段で検出して、レーザーダイオ
    ードに印加する電流を制御して該レーザー光の出力を制
    御することを特徴としたモノリシックマルチビームレー
    ザーダイオードの制御方法。
  4. 【請求項4】 前記冷却手段は前記半導体チップを、該
    半導体チップをレーザー非発振時に取り囲む環境温度以
    下の温度に制御することを特徴とする請求項3のモノリ
    シックマルチビームレーザーダイオードの制御方法。
  5. 【請求項5】 前記冷却手段は前記半導体チップを環境
    温度以下の特定温度に制御することを特徴とする請求項
    4のモノリシックマルチビームレーザーダイオードの制
    御方法。
  6. 【請求項6】 前記冷却手段は前記半導体チップを制御
    温度Tに制御する際、モノリシックマルチビームレーザ
    ーダイオードの特性温度をTo、レーザー非発振時に該
    半導体チップを取り囲む環境温度をT′としたとき、 【数1】 を満足することを特徴とした請求項2又は3のモノリシ
    ックマルチビームレーザーダイオードの制御方法。
  7. 【請求項7】 前記冷却手段はペルチェ素子によって熱
    移動し、冷却することを特徴とする請求項1のモノリシ
    ックマルチビームレーザーダイオード。
  8. 【請求項8】 前記冷却手段はペルチェ素子によって熱
    移動し、冷却することを特徴とする請求項2又は3のモ
    ノリシックマルチビームレーザーダイオードの制御方
    法。
JP7297493A 1993-03-08 1993-03-08 モノリシックマルチビームレーザーダイオード及びそれの制御方法 Pending JPH06260722A (ja)

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JP (1) JPH06260722A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5994679A (en) * 1997-12-19 1999-11-30 Lucent Technologies Inc. Thermal housing for optical circuits
WO2017018496A1 (ja) * 2015-07-30 2017-02-02 プレキシオン株式会社 光音響検出装置および光音響画像化装置

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