JPS59143933A - 半導体レ−ザの特性測定装置 - 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】 本発明は半導体レーザの特性測定装置に関し、特に光学
的に記録された記録媒体から記録情報を光学的に読取る
ための読取用レーザ光を発生する半導体レーザの出力特
性を測定するに好適な半導体レーザの特性測定装置に関
する。

光学的に記録された記録ディスクから記録情報を読取る
ために、小型軽量を特徴とする半導体レーザを用いてこ
扛を記録ディスクに照射してその反射光若しくは透過光
の強度を検出する方式がある。半導体レーザは一般にガ
スレーザ等に比し光源雑音が多くこの光源雑音が非常に
問題となっている。

ディジタル方−ディオディスクのための読取用光源とし
て半導体レーザを用いた場合には、再生装置側では読取
り情報をディジタル信号として処理するため、再生信号
のＳ／Ｎに対して光源雑音はあまシ大きく影響しない。

しかしながら、ビデオディスクのための読取用光源とし
て用いた場合には、この半導体レーザの出すノイズがそ
のま＼再生画面に現われてＳ／Ｎを著しく劣化させると
いう問題がある。

この問題を解決するためには光源雑音の少ないレーザダ
イオードを製造することが必要になるが、現在の技術で
は光源雑音が少ない特性の良い素子を安定して多量に作
ることは困難であるのが実状である。そこで、多数のレ
ーザダイオードの中から特性の良好な素子を選別する作
業が必要となっている。この選別のために各素子のノイ
ズ量を測定しようとすると、Ｓ／Ｎは温度や戻り光量等
の諸条件によって大きく変動するために、こｎら諸条件
を種々変化させて測定する必要が生じることになる。こ
れは、量産レベルで考えると実現不可能であり著しいコ
ストアップを招来する。

そこで、良好な素子の選別方法として発射されたレーザ
のスペクトルを測定して分析する方法がある。このスペ
クトルとノイズとの関係について述べれば、一般的にロ
ーノイズタイプのレーザダイオードの出力光は波長が約
３Ａ毎に強度が強くなるようなスペクトル分布を有して
おり（こ扛を縦多モードと称している）、このスペクト
ル線の１本、１本が第１図（４）の如く極めて狭いよう
な素子はＳ／Ｎが悪く、同図（Ｂ）の如く各スペクトル
線の幅が広いものはＳ／Ｎが良好であるという関係にあ
る。か＼る関係は数多くの実験から経験的に結論づけら
れたものである。

そこで、スペクトル分布を測定して特性の良好な素子を
選別する方法が有効となり、例えば回折格子やプリズム
等を用いた分光計が使用される。

しかしながら、各素子のスペクトル分布は第１図囚と（
Ｂ）のもの以外に、これら（５）と（２）の中間分布が
多く見られその良否判断が困難となっている。すなわち
、ノイズとスペクトル分布との相関々係を定量的に正し
く評価することが困難であり問題となっている。更には
、分光計自身の測定精度を上げるためには調整が煩雑で
あり、丑た装置自身も高価となる欠点がある。

本発明は、簡単な構成で容易に精度良く特性の良好なレ
ーザダイオードを選別可能とした半導体レーザ特性測定
装置を提供することを目的とじている。

本発明による半導体レーザ特性測定６置は、半導体レー
ザ光の光路を２つに分割して両光路を経た光を干渉面上
にて光干渉せしめ、この両光路の光路差を変化させつつ
干渉面上の干渉光の強度を光検出器により検出し、この
検出出力の隣接ピーク値間の比を演算して求めるように
してこの比により半導体レーザ特性の良否を判別するよ
うにしたことを特徴としている。

以下に図面を参照しつつ本発明につき説明する。

第２図は本発明の実施例の模式的図であシ、被測定素子
たるレーザダイオード１の発射光はレンズ２により集光
され略平行な光束となってハーフミラ−３へ入射される
。このハーフミラ−３によって光束は２つの光路に分割
されミラー４及び５へ夫々入射される。一方のミラー５
は、このミラー５への入射光軸に平行な方向（矢印Ａに
て示す方向）に移動自在とされておシ、駆動装置６によ
り当該移動がなされる。このミラー５の変位量（→が位
置検出器７により検出可能とされている。

ミラー４及び５によって反射された光は再び）１−７ミ
ラー３を経てスクリーン８上に照射されるが、このとき
光源の性質と２つに分割された光束の光路差（Ｘに相当
）とによってスクリーン８上に干渉縞が生じる。この干
渉縞の明暗の強度を測定するためにこのスクリーン８の
面上に光検出器９が設けられており、この素子９は干渉
縞の間隔よりも小なる大きさのものを使用する。この検
出器９の検出出力と位置検出器７の検出出力とが演算及
び制御機能を有するいわゆるマイクロコンピュータ等を
用いた回路ＩＯへ送られる。この回路ＩＯにおいて検出
結果を後述する所望の演算処理力法に従って処理し、そ
の演算結果が出力されるようになっている。伺、駆動装
置６の制御が制御回路１００指令により行われる。

か＼る構成において、両光路を経た光はスクリーン８上
で互いに干渉を起して干渉縞を形成する。

この干渉縞の明暗が光検出器９により検出されるが、こ
の検出器９の受光部の大きさを前述した如く干渉縞の間
隔に比し小さくすると、干渉縞の明暗が測定できる乙と
になる。

いま、駆動装置６によってミラー５を矢印Ａ方向に周期
的に連続移動させると、ミラー５の波長精度での移動距
離によシ光検出器９に入射する光は明暗を繰返えすこと
になる。これによって２つの光束の光路差（Ｚ）に対す
る明線、暗線の強度を知ることが可能となる。

こ＼で、光源１を出て、レンズ２．ミラー３゜４、ミラ
ー３及び検出器９という光路の長さをＸとし、レンズ２
．ミラー３，５．ミラー３及び検出器９という光路の長
さをＸ＋ｘとし、夫々の光の振幅は等しくαであるとす
る。特定の波数αについて考える場合には、前者の光路
を経た光の検出器９上での振幅Ｕ１は、 Ｕｌ　−ａｃｏｓ（２παＸ）　　　・・・・・・・・
・・・・・・・（１）となり、後者の光路を経た光のそ
れＵ２は、Ｕ２　＝　ＣＬ　ｃｏｓ　（２ｙｒα（Ｘ＋
ｚ））　　　−−−−−−−−・（２）と表わされる。

従って、光検出器９上の光強度Ｊ　（Ｚ）は、（１）　
、　（２）式の重ね合せよりＪ’Ｋ）：　２ａ”　？ｌ
＋ｃｏｓ　（２παｘ）・・・・・・・・・（３）とな
る。

αとα十ｄαの間の光のエネルギを１（α）ｄａとして
これをスペクトルの全域に亘り積分して、全体の光強度
Ｊ　（Ｚ）を求めると、 Ｊ（ｘ）＝　２．ｆ７．　Ｉ（α）　（１＋ｃｏｓ　（
２πａｚ）　）ｄａ　・・・（４）となる。（４）式を
書き直せば、 Ｊ（ｚ）−２，／’：Ｉ（α）ｄα＝２ｆ７Ｊ■（α）
　ｃｏｓ　（２παｚ）　ｄａ・・・・・・（５） となる。こ＼で、（５）式の右辺の積分はＸ−＋■でＯ
となる（リーマン・ルベーグの補助定理による）。

何となれば、Ｘが太きいとαの変化と共に■ｓ（２πα
Ｘ）は速やかに振動して正負の積分が互いに打ち消し合
ってしまうからである。

故に、 ２１７、Ｉ＜α）ｄ、α＝Ｊ（〜）　　　　・・・・・
・・・・・・・・・・（６）なる式が得られる。この（
６）式を（５）式に代入して得られる式のターリｌＣｏ
５１ｎｅ変換をとれば、■（α）＝（１，／２）、／？
（Ｊ（’ｌ’）　Ｊ（”））ｃｏｓ（２πｃｔｚ）ｄｚ
・・・・・・（７） となる。伺、Ｊ（〜）はＪ　（Ｚ）のＤＣ成分を示して
いる。

（７）式はＪ　（Ｚ）の測定から１（α）が求められる
ことを意味し、換言すれば、第２図における光検出器９
の出力Ｊ（１：）を測定することによって、（７）式を
用いて光源１のスペクトル■（α）が一義的に定まるこ
とになり、Ｊ（”）と１（α）とが１対１の関係を有す
ることが判る。従って、光源のスペクトル■（α）を、
光検出器９の出力Ｊ（Ｚ）を用いてコンピュータ等の演
算手段で（７）式に従い演算処理して求めＣＲＴ表示等
をなすことが可能となるが、前述した如くスペクトルを
見てレーザダイオードのＳ／Ｎの良否を判定することは
困難であることから、本発明ではこの測定結果Ｊ　（Ｚ
）を別の演算処理をしてレーザダイオードの良否を判別
するようにしている。

詳しく述べれば、（７）式から判るように■（α）をフ
ーリエ変換した関数にＪ（〜）を加えたものが、光検出
器９によ力測定さｎ　ｆＣ，Ｊ　（Ｚ）であり、フーリ
エ変換は周波数成分の強さを表わすように変換するもの
であることから、レーザダイオードのスペクトル分布を
３Ａとすると、Ｊ（”）はこの３Ａに対応する光路差Ｘ
毎にピークを有する関数となることが知られている。い
ま、波長λとλ＋Δλとの縦モードがある場合、光路差
がＸ−λ＋λ２／Δλ中λ２／Δλ（°、°λくくλ２
／Δλ）なるところで干渉縞の明暗の変化がピークとな
ることが知られている。

か＼るＪ（Ｚ）のカーブを例示すれば、第１図（４）及
び（Ｉ３１に示す如きスペクトル分布を有するレーザダ
イオードの各Ｊ（Ｃ）は、第３図（５）及び（日に夫々
示される如くなる。第１図（４）のようなスペクトル分
布を有するものは、３Ａ毎にするどいスペクトルが発射
されておシ、それだけ３Ａ毎の周期性が強いことになシ
、この■（α）のフーリエ変換したＪ　（Ａのカーブは
、第３図（４）に示すように、ｘ−０で先ず最大のピー
クが現われ、ＸがＺ、＝λ＋λ２ρλ壬λＶΔλ＝λ２
／３Ａのところで次のピークが現われる如きものとなる
。

Ｚ＝Ｑにおけるピーク値Ｊ　（０’）に対するＺ　＝　
Ｚ工におけるピーク値Ｊ（π□）の比γ＝Ｊ（ｚ□）／
Ｊ　（０）を算出すれば、このγはレーザダイオードに
固有の値となり、このγの大小を判別することによって
レーザダイオードのＳ／Ｎの良否が直ちに求められるの
である。例えば、第３図（５）のγに対し同図（１３１
のγはより小であシ、これは同図（Ｂ）（第１図（Ｂ）
に相当）の特性を有するレーザダイオードのＳ／Ｎが同
図（５）のものよりも良好といえることになる。

そこで、第２図の演算回路ｌＯにおいて、このＪ　（Ｚ
）のｚ＝Ｑのときのピーク値に対する隣接する２＝２゜
のときのピーク値の比γを算出するように構成する。そ
の１例として、Ｊ（ｘ）を入力とするサンプルホールド
回路を設け、このホールド出力の最大値と次の最大値と
を選別し両者の比γを算出する演算回路を設けるように
すれば良（ハ。もつとも、マイクロコンビーータ等によ
る演算処理を行っても良いことは勿論である。

このように、本発明によれば、スペクトル分布を測定し
てＳ／Ｎの良否を判別する方法が定性的かつ主観的とな
って正確でないのに対し、スペクトル分布のフーリエ変
換した関数Ｊ　（Ｚ）を測定しこのＪ（Ｚ）値の隣接ピ
ーク値Ｊ　（０）　、Ｊ　（ｚ＋）の比を求めるように
しているので、定量的にかつ客観的に正確な判定が瞬時
に可能となる。

尚、上記第２図の構成はこれに限定されず種々の変形が
可能であり、またＪ　（Ｚ）の隣接ピーク値の比γを直
接求めて出力するようにしているが、ｘ＝０の時のＪ（
０）の値をある値に正規化しておき、直接Ｘに対するＪ
（Ｚ）をオシロスコープ等により表示するようにしても
同様な効果が得られることは明白である。

尚、２つの光路を経た光の振幅が共に等しくαの場合に
ついて述べているが、一般的に両者の振幅比が１：Ｓで
あれば（５）　、　（６）式からＪ　（ｚ）−Ｊ　（”
）−２８，／”：　Ｉ（α）ｃｏｓ（２παｚ）ｄαと
なって、γを（Ｊ　（”ｔ）−Ｊ（〜）　）／　（Ｊ　
（０）−Ｊ　（〜））とすると、Ｓは消える。よって、
２光束の振幅が等しくない場合にも同様に適用され得る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体レーザのスペクトル分布の例を示す図、
第２図は本発明の実施例の装置の模式的図、第３図は第
２図の装置による測定結果を説明する図である。 主要部分の符号の説明 １・・・・・・レーザダイオード　　４．５　・・・・
・・ミラー６・・・・・駆動装置　　　　　８・・・・
・・・・・スクリーン９・・・・・・光検出器　　　　
　１ｏ・・・・・・・・・演算制御回路出願人　パイオ
ニア株式会社 代理人　弁理士藤村元彦

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザの光路を２つに分割して両党路を経
   た光を干渉面上にて光干渉せしめる手段と、前記干渉面
   上における干渉光強度を検出する光検出手段と、前記路
   光路の光路差を変化せしめる手段と、前記光路差の変化
   に応じて得られる前記光検出手段の出力の隣接ピーク値
   間の比を算出する演算手段とを有し、前記比により前記
   半導体レーザの特性の良否を判別するようにしたことを
   特徴とする半導体レーザの特性測定装置。
2. （２）前記光検出手段の出力の隣接ピーク値は、前記光
   路差が零の場合のピーク値と、このピーク値から前記半
   導体レーザの縦モード間隔に対応する光路差距離だけ離
   間した場合のピーク値とであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の測定装置。