JPH07302949A

JPH07302949A - 波長安定化装置

Info

Publication number: JPH07302949A
Application number: JP9323194A
Authority: JP
Inventors: Yukio Eda; 幸夫江田; Naoko Hisada; 菜穂子久田; Hiroshi Yugawa; 浩湯川; Hirohisa Fujimoto; 洋久藤本
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-05-02
Filing date: 1994-05-02
Publication date: 1995-11-14

Abstract

(57)【要約】【目的】環境温度の変化によるＬＤの温度変化を少なく
してＬＤの発振波長を安定化させることができ、小型な
波長安定化装置を提供する。【構成】本発明の波長安定化装置は、半導体レーザ２０
と、半導体レーザ２０を保持する半導体レーザ保持部材
２２と、半導体レーザ２０のレーザ光を射出しない側に
配置され、温度センサ２８を具備した温度センサホルダ
２７と、温度センサホルダ２７と半導体レーザ２０との
間に両者を密着させるように介在された密着層２９と、
温度センサホルダ２７に接触し、温度センサ２８からの
検知信号に基づいて半導体レーザ２０を加熱または冷却
させる孔開きペルチェ２６と、を備えている。前記温度
センサホルダ２７と半導体レーザ２０は、密着層２９に
より熱的に近付いた状態で構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ光源から
射出されるレーザ光の波長を安定化させる、波長安定化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体レーザ（以下、単にＬ
Ｄと称する）の発振波長は、僅かな温度変化によって大
きく変動することが知られている。このため、従来か
ら、図２に示すような、ＬＤの温度を安定化することに
より、発振波長を安定させる波長安定化装置が知られて
いる。以下、従来の波長安定化装置について説明する。

【０００３】ペルチェ素子６が設けられたＬＤ４を保持
するＬＤ保持体２は、取付ねじ１４によって取付部１６
に固定されている。ＬＤ４の温度は、ペルチェ素子６に
駆動電流が供給されることによって所定温度に維持され
る。この場合、ＬＤ４の近傍には、ＬＤ４の温度を検知
する温度センサ８が設けられており、このＬＤ温度セン
サ８から出力された温度検知信号に基づいて温度制御部
１２がペルチェ素子６の駆動電流を制御し、これによっ
てＬＤ４を所定温度に維持するように構成されている。
なお、ペルチェ素子６には、ペルチェ素子に発生する熱
を放出する放熱用のフィン１０が取付けられている。ま
た、ＬＤ保持体２は、通常、熱伝導率の低い材料、例え
ば、高分子材料等からなり、周囲の環境温度の変化が伝
わりにくくなるように考慮されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２に
示すように、ＬＤ温度センサ８は、その測定点をＬＤ４
の発光点に一致させることができず、かつ、ＬＤ保持体
２に接触しているために、ＬＤ保持体２の周囲の環境温
度が変化した場合には、以下のような問題が発生してし
まう。

【０００５】図３は、温度制御に際して、ＬＤ温度セン
サ８の位置を基準として、熱抵抗値と温度との関係を示
したグラフである。上記したように、ＬＤ温度センサ８
は、その設置点がＬＤ４の発光点に一致せず、かつ、Ｌ
Ｄ保持体２に接触しているために、これらの間には、あ
る程度の熱抵抗が存在する。また、ＬＤ４は、環境温度
が変化した場合に、取付部１６あるいは取付ねじ１４等
を介して、その熱変化が伝達されるので、環境温度の影
響を受ける位置（グラフの環境温度の位置）とＬＤ温度
センサ８との間にも所定の熱抵抗が存在する。

【０００６】今、図３に示すように、ＬＤ温度センサ８
の温度（Ｔ_A ）は、設定温度（Ｔ_A0）に温度安定化され
ており、そのときのＬＤ４の温度（Ｔ_L ）及び環境温度
（Ｔ_B ）は、図中実線上にあるものと仮定する。この状
態で、環境温度（Ｔ_B ）が上記実線で示される温度より
も低い状態となった場合を考える。この状態で温度制御
を行うと、ＬＤ温度センサ８は、設定温度（Ｔ_A0）に保
持されるが、図中点線で示すように、ＬＤ４は温度（Ｔ
_L ）よりもΔＴ_L だけ上った温度に安定化されてしま
う。すなわち、ＬＤ温度センサ８の設定温度を一定に維
持するように制御しても、ＬＤ温度センサ８とＬＤ４と
の間には、熱抵抗が存在するため、ＬＤ４は所定の温度
に制御されず、ＬＤ４から射出されるレーザ光の発振波
長が安定しないという問題が生じる。本発明は、環境温
度の変化によるＬＤの温度変化を少なくしてＬＤの発振
波長を安定化させることが可能な波長安定化装置を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の波長安定化装置は、半導体レーザと、この
半導体レーザを保持する半導体レーザ保持部材と、半導
体レーザのレーザ光を射出しない側に配置され、温度セ
ンサを具備した温度センサホルダと、この温度センサホ
ルダと半導体レーザとの間に両者を密着させるように介
在された密着層と、前記温度センサホルダに接触し、前
記温度センサからの検知信号に基づいて前記半導体レー
ザを加熱または冷却させる加熱冷却手段と、を備えたこ
とを特徴としている。

【０００８】

【作用】本発明の波長安定化装置によれば、半導体レー
ザ保持部材に保持された半導体レーザの、レーザ光を射
出しない側には、温度センサを具備した温度センサホル
ダが密着層を介在させて配されている。この温度センサ
によって検出される温度が設定温度となるように、加熱
冷却手段であるペルチェ素子に制御電流が供給され、半
導体レーザは設定温度となるように制御される。温度セ
ンサホルダと密着層は、半導体レーザに対して熱的に近
付いた状態、すなわち、熱抵抗が非常に低い状態で構成
されており、半導体レーザと温度センサとの間には温度
差がほとんど生じない。

【０００９】また、請求項２に記載された発明によれ
ば、温度センサとしてサーミスタを用いると、リード線
部分が温度変化を感知するため、このリード線部分も温
度センサホルダ内に内蔵することにより正確な温度制御
を行う。

【００１０】また、請求項３に記載された発明によれ
ば、加熱冷却手段として、孔開きペルチェを用い、波長
制御のためのリード線をこの孔を介して半導体レーザに
接続して高度な波長制御を行う。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係る波長安定化装置の一実施
例を図１を参照して説明する。ＬＤ２０は、ＬＤ保持体
２２に保持されており、ここから射出されたレーザ光
は、ＬＤ保持体２２内に設けられた光アイソレータ２
３，コリメータレンズ２４を介して、後述するハーフミ
ラー８０に向けられる。ＬＤ２０には、レーザ光を射出
しない側にＬＤ温度センサ２８が熱的に近付いた状態で
配置されている。具体的には、このＬＤ温度センサ２８
は、熱伝導率が非常に大きい（熱抵抗が小さい）材質、
例えば、アルミ、銅、金等によって構成された温度セン
サホルダ２７に埋設されており、この温度センサホルダ
２７の一端面は、ＬＤ２０の端面と面接触によって密着
され、これらの間には、電気的に両者を絶縁し、接触熱
抵抗が小さい材質、例えば、シリコングリス等のゲル状
部材が密着層２９として介在されている。なお、この密
着層２９は、熱伝導率が高い接着剤を用いても良い。

【００１２】温度センサホルダ２７の他面には、中央部
に孔２６ａが形成された孔開きペルチェ２６が固定され
ている。すなわち、ＬＤ２０は、熱伝導率が非常に大き
い温度センサホルダ２７を介して孔開きペルチェ２６に
熱的に接続されており、温度センサホルダ２７内に埋設
されたＬＤ温度センサ２８から出力された温度検知信号
に基づいて、温度制御部３２が孔開きペルチェ２６の駆
動電流を制御し、ＬＤ２０を設定温度に維持する。この
孔開きペルチェ２６は、加熱冷却素子であり、片面が加
熱側の場合、他方は冷却面となる。このように孔開きペ
ルチェ２６にはある程度の熱が蓄積するため、放熱用の
フィン３０が取付けられている。

【００１３】この放熱用のフィン３０は、その構成から
環境温度の影響を受けやすくなっている。通常、放熱用
のフィン３０は、ＬＤ保持体２２に熱的に接続された状
態にあるため、ＬＤ２０は、放熱用のフィン３０からの
熱の影響を受けやすい。このため、放熱用のフィン３０
は、所定間隔をおいて配され熱伝導率の小さい材質、例
えば樹脂で構成されたスペーサ３９によってＬＤ保持体
２２に固定されている。このように、熱伝導率の低いス
ペーサ３９を介して放熱用のフィン３０を固定したた
め、ＬＤ２０に、放熱用のフィン３０からの温度変化の
影響が伝わりにくくなる。同様に、ＬＤ保持体２２につ
いても、熱伝導率の低い材料、例えば高分子材料によっ
て構成されており、環境温度等の変化による温度変化を
ＬＤ２０に伝えないように構成されている。

【００１４】このように、ＬＤ温度センサ２８は、熱伝
導率が非常に高い手段によってＬＤ２０に接続されてい
るため、図３で示したＬＤ温度センサ及びＬＤ間の距離
（熱抵抗）が非常に小さくなり、点線で示すように環境
温度が変化しても、ＬＤの温度変化（ΔＴ_L ）を少なく
することができ、ＬＤ２０の発振波長を安定化すること
が可能になる。また、このように、ＬＤ温度センサを熱
伝導率が非常に高い温度センサホルダ２７に埋設し、こ
の温度センサホルダ２７をＬＤ２０に密着させただけで
あるため、装置全体を大型化すること無く、簡単な構成
で発振波長を安定させることができる。さらに、温度セ
ンサとして、サーミスタを用いた場合、サーミスタは、
感温部だけでなく、リード線部分も温度変化を感知する
ことが実験により明かになっている。従って、リード線
も温度センサホルダ２７内に固定すれば、さらにＬＤ２
０の発振波長を安定化することが可能になる。

【００１５】上述したＬＤ２０から射出されたレーザ光
は、その光路の途中に配されたハーフミラー８０によっ
て分割され、一方がそのレーザ光を用いるユニットに向
けられ、他方がエタロン保持体４２に保持された波長弁
別器であるエタロン４４に入射するように向けられる。
このエタロン４４は、周期的なスペクトル特性を有す
る。従って、光検出器６０を配して、エタロン４４の透
過光量をモニタして波長制御手段９０を介してＬＤ２０
への注入電流の制御を行い、エタロン４４の目標モード
に安定化すれば、さらに波長変動を生じないレーザ光を
射出することが可能となる。この場合、前記孔開きペル
チェ２６は、回転対象である中央部分に孔２６ａを有し
ており、この孔２６ａを介してリード線をＬＤ２０に接
続したため、高度な制御を行うことが可能になる。

【００１６】前記エタロン４４は、環境温度の変化によ
って屈折率及び熱膨張が変化し、周期的なスペクトル特
性が変化するため、温度を安定化させないと、正確なモ
ニタができず、ＬＤ２０の発振波長が変動する。このた
め、エタロン４４についても放熱用のフィン５０が取付
けられた孔開きペルチェ４６が設けられ、エタロン４４
の温度を一定に維持するように構成されている。エタロ
ン４４には、その温度を検知するエタロン温度センサ４
８が固定されており、このエタロン温度センサ４８から
出力された温度検知信号は、温度制御部５２に入力さ
れ、この検知信号に基づいて温度制御部５２は、孔開き
ペルチェ４６への駆動電流を制御しエタロン４４の温度
を所定の温度に維持させる。エタロン温度センサ４８
は、エタロン４４に直接固定されているため、エタロン
４４の正確な温度の検出が可能になる。この場合、エタ
ロン温度センサ４８にサーミスタを用いる場合は、前記
同様、リード線もエタロンの外周に直接固定しておくの
が好ましい。

【００１７】また、エタロン保持体４２は、熱伝導率の
低い材料、例えば高分子材料によって構成されており、
環境温度等の変化による温度変化をエタロン４４に伝え
ないように構成されている。さらに、放熱用のフィン５
０についても、前記同様、所定間隔をおいて配される熱
伝導率の小さい材質、例えば樹脂で構成されたスペーサ
５９によって、エタロン保持体４２に固定している。こ
のように、熱伝導率の低いスペーサ５９を介して放熱用
のフィン５０を固定したため、エタロン４４に環境温度
変化の影響が伝わりにくくなる。また、前述した光検出
器６０は、装置全体の小型化が図れるように、放熱用の
フィン５０内に固定しておくのが好ましい。

【００１８】このように、レーザ光の波長を弁別するエ
タロン４４にエタロン温度センサ４８を直接固定して、
エタロン４４とエタロン温度センサ４８との間の熱抵抗
を小さくし、また、放熱用のフィン５０を熱伝導率の小
さい材質である樹脂で構成されたスペーサ５９によって
エタロン保持部材４２に固定して両者の間の熱抵抗を大
きくしたため、エタロン４４は、正確な温度制御が行わ
れる。この結果、エタロン４４のスペクトル特性が安定
し、ＬＤ２０への注入電流の制御が正確に行える。すな
わち、ＬＤ２０の発振波長をより安定化することができ
る。

【００１９】以上、本発明に係る波長安定化装置の好ま
しい実施例について説明したが、本発明は上述した実施
例に限らず、種々変形することが可能である。本発明
は、温度センサとＬＤ（エタロン）とを熱的に近付ける
ことを特徴としており、その実際の両者の距離に関係は
ない。また、前述した実施例の材質以外に好ましい材質
があれば利用することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の波長安定
化装置によれば、装置を大型化することなく、簡単な構
造で、環境温度が変化してもＬＤから射出されるレーザ
光の発振波長を安定化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の波長安定化装置の一実施例を示す図。

【図２】従来の波長安定化装置の構成を示す図。

【図３】温度制御に際して、ＬＤ温度センサの位置を基
準として、熱抵抗値と温度との関係を示すグラフ。

【符号の説明】

２４…半導体レーザ、２２…半導体レーザ保持部材、２
６，４６…孔開きペルチェ、２７…温度センサホルダ、
２８，４８…温度センサ、２９…密着層、３０，５０…
放熱用のフィン、３９，５９…スペーサ、４２…エタロ
ン保持部材、４４…エタロン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤本洋久東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザと、この半導体レーザを保持する半導体レーザ保持部材と、前記半導体レーザのレーザ光を射出しない側に配置さ
れ、温度センサを具備した温度センサホルダと、この温度センサホルダと半導体レーザとの間に両者を密
着させるように介在された密着層と、前記温度センサホルダに接触し、前記温度センサからの
検知信号に基づいて前記半導体レーザを加熱または冷却
させる加熱冷却手段と、を有することを特徴とする波長安定化装置。
【請求項２】前記温度センサにサーミスタを用い、こ
のサーミスタの感温度部と共にサーミスタリード線を、
前記温度センサホルダに内蔵したことを特徴とする請求
項１に記載の波長安定化装置。
【請求項３】前記加熱冷却手段は、孔開きペルチェで
あることを特徴とする請求項１または２に記載の波長安
定化装置。