JPS62293792A

JPS62293792A - 半導体レ−ザおよび半導体レ−ザ光源装置

Info

Publication number: JPS62293792A
Application number: JP61137665A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ohara; 大原　祐二
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1986-06-13
Filing date: 1986-06-13
Publication date: 1987-12-21

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】３、発明の詳細な説明（産業上の利用分野）本発明は半導体レーザおよび半導体レーザを用いた光源
装置、特に詳細にはレーザダイオードチップの駆動時の
発熱による光出力変動を防止できるようにした半導体レ
ーザおよび半導体レーザ光源装置に関するものである。

（従来の技術）従来より、光ビームを光偏向器により偏向して感光性記
録材料上を走査させ、該記録材料に記録を行なう光走査
記録装置が広く実用に供されている。また、光信号を光
ファイバーによって伝送する光通信装置も実用化されて
いる。このような光走査記録装置や光通信装置において
光ビームを発生する光源の１つとして、半導体レーザが
従来から用いられている。この半導体レーザは、ガスレ
ーザ等に比べれば小型、安価で消費電力も少なく、また
駆動電流を変えることによって直接変調が可能である等
、数々の長所を有している。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、その反面この半導体レーザは、第７図に
示すように駆動電流に対する光出力特性が、レーザダイ
オードチップ温度に応じて変動してしまうという問題を
有している。したがって、−例として第８図の（１）に
示すように半導体レーザにステップ状に駆動電流を印加
した際には、レーザダイオードチップの温度が第８因の
（２）のように次第に上昇し、そのため半導体レーザの
光出力が結局第８図（３）に示すように次第に低下して
しまうことになる。これは従来より、半導体レーザのド
ループ特性として知られているものである。

上記のような光出力の変動を防止するため従来より、半
導体レーザのケース温度をサーミスタ等で測定し、その
測定温度に応じてケース外の加熱冷却手段を作動制御す
ることにより、半導体レーザのケース温度を一定に維持
することが行なわれてきた。２値画像の記録や光通信に
よる画像伝送等においては、２値の画像信号に対して半
導体レーザの光出力がそれぞれ所定の閾値の上、下の値
をとっさえすれば良いから、上述のような光出力安定化
のための制御は効果的であり、広く実行されている。

ところが最近では、半導体レーザからのレーザビームを
パルス数変調、パルス幅、変調あるいは強度変調丈る等
により、感光材料上に高Ｍ調画像を記録する試みもなさ
れており、このような場合には上述の制御を行なっても
、記録画像の濃度がレーザダイオードチップ温度に応じ
て変動して、画質が損なわれてしまう。すなわち上記の
ような高階調画像の記録にあっては、通常半導体レーザ
は周波数１　Ｍ　ＨＺ以上程度の高速で０Ｎ−ＯＦＦす
るように駆動されるので、レーザダイオードチップが過
渡的に温度変化している間もレーザ光は実際の記録に利
用され、その間の光出力変動がそのまま画像１１度変動
につながるのである。先に述べたケース温度一定化制御
においては、このようなレーザダイオードチップの過渡
的温度変化をも制御できるほどに応答性を高めることは
不可能である。このような問題は高階調画像の記録にお
いてのみならず、前述の光通信による高階調画像の伝送
においても同様に発生する。

そこで本発明は、レーザダイオードチップそのものの温
度を応答性良く制御できる半導体レーザを提供し、また
この半導体レーザを利用して、レーザダイオードチップ
の温度変動による先出ノＪ変動を防止できる半導体レー
ザ光源装置を提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段）本発明の半導体レーザは、ケース内に固定されたレーザ
ダイオードチップに電気絶縁習を介して電熱体を近接あ
るいは密接配置したことを特徴とするものである。

また本発明の半導体レーザ光源装置は、上記のように構
成された半導体レーザを光源として用いた上でさらに、レーザダイオードチップに駆動電流を供給するとともに
、単位時間当り該レーザダイオードチップから発せられ
る熱量と上記電熱体から発せられる熱量との和が一定と
なるように該電熱体に発熱用電流を供給する駆動回路を
設けたことを特徴とするものである。

（作　　用）上述のように、レーザダイオードチップに電熱体が近接
あるいは密接配置されていれば、該電熱体の発熱量を制
御することにより、レーザダイオードチップそのものの
温度を極めて応答性良く制御することが可能となる。

また、レーザダイオードチップに近接あるいは密接配置
された電熱体が単位時間に発する熱屋と、該レーザダイ
オードチップが単位時間に発する熱ｍとの和が一定とな
っていれば、レーザダイオードチップの温度上昇、下降
が電熱体の温度下降、上昇によって補償され、結局レー
ザダイオードチップの温度が略一定に維持される。それ
により、ドループ特性による光出力の変化を小さく抑え
ることができる。

（実　旋　例）以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図は本発明の第１実施例による半導体レーザの構造
を示すものであり、また第２図はこの半導体レーザを用
いた光源装置の電気回路を示している。第１図に示され
るように半導体レーザ１０のケースを構成するステム１
１上にはチップマウント１２が形成されており、該チッ
プマウント１２には公知のレーザダイオードチップ１３
が固定されている。

このレーザダイオードチップ１３は、ｐｎ接合面１３ａ
が上記ステム１１に対して垂直となるように配されてお
り、発光点１３ｂから発せられたレーザ光１４が、キャ
ップ１５の中央部に設けられた窓１６を通ってケース外
に出射するようになっている。上記レーザダイオードチ
ップ１３の図中下側においてチップマウント１２には、
光量モニタ用のフォトダイオード１７が固定されている
。このフォトダイオード１７は、上記発光点１３ｂの反
対側の発光点（図示せず）から発せられるレーザ光１４
′を受光し、その光量を示す出力を生じる。周知の通り
レーザ光１４とレーザ光１４′の光量は互いに比例して
いるので、上記出力は結局レーザ光１４の光量を示すも
のとなり、実際に光走査記録等に利用されるレーザ光１
４の光量制御のために用いられる・上記レーザダイオードチップ１３の側方には、電気絶縁
層１８を介して、該レーザダイオードチップ１３と同じ
構成のレーザダイオードチップ１９が密接配置されてい
る。このレーザダイオードチップ１９はレーザダイオー
ドチップ１３とともにチップマウント１２に固定されて
いるが、その発光点に遮光部材２０が貼着される等して
、該レーザダイオードチップ１９からのレーザ光がケー
ス外に出射したり。

あるいはフォトダイオード１７に受光されたりしないよ
うになっている。チップマウント１２、レーザダイオー
ドチップ１３、フォトダイオード１７およびレーザダイ
オードチップ１９はそれぞれリード２１．２２．２３お
よび２４に接続されている。

第２図に示されるように上記リード２１は接地され、リ
ード２２．２３および２４は駆動回ｒ８２５に接続され
ている。リード２３を介して得られるフォトダイオード
１１の出力は、この駆動回路２５内の公知のＡＰＣ（△
ｕｔｏｍａｔｉｃ　　ｐｏｗｅｒ　　Ｃｏｎｔ　ｒ　ｏ
’ｌ　）回路に送られ、前述したような光量制御に利用
される。またこの光源装置を用いて前述のような高階調
画像を記録したり伝送する際、駆動回路２５には、画像
信号に塁づいて変調されたパルス状の駆動信号Ｓ１が入
力される。駆動回路２５はこの駆動信号Ｓ１を受け、第
３図の（１）に示すようなパルス状の駆ＤＩ！流■１を
レーザダイオードチップ１３に供給する。それによりレ
ーデダイオードチップ１３は、該駆動Ｍｌ流■１に対応
してパルス状にレーザ光１４を発する。高階調画像を記
録あるいは伝送するためにパルス数変調を行なう１１合
、上記パルスの周波数は例えば数Ｍ　ＦＩ　２−数十Ｍ
Ｈ２程度に設定され、１画素当りのパルス数によって階
調が表わされる。すなわち例えば感光材料への画他記録
にあっては、１画素当りの露光量がこのパルス数に比例
するので、各画素の画像濃度が該、パルス数に対応して
制御される。またパルス幅変調を行なう場合には、最も
短いパルス幅が上記周波数のパルスの幅程度とされる。

先に述べた通り、半導体レーザ１０が駆動されている際
にはレーザダイオードチップ１３が発熱するが、上述の
ような高速で半導体レーザ１０の０Ｎ−ＯＦＦが繰り返
される場合には、前述のケース温度一定化制御を行なっ
ても、レーザダイオードチップ１３の過渡的温度変化を
抑えられない。したがってこの過渡的温度変化による光
出力変化がそのまま記録光あるいは伝送光の光ｍ変動と
なり、画質劣下を招いてしまう。以下、このような不具
合を解潰する点について説明する。駆動回路２５は前述
したパルス状の駆動信号Ｓ１を受けると、リード２４を
介してパルス状の発熱用電流Ｉ２をレーザダイオードチ
ップ１９に供給する。このパルス状の発熱用電流Ｉ２は
、第３図の（２）に示すように、レーザダイオードチッ
プ１３に供給される駆動電流Ｉ！とパルス位相が反転し
たものとされる。そして本実施例においては特に、駆動
電流■１と発熱用電流Ｉ２は互いに等しい大きさとされ
る。前述した通り本実施例においては、レーザダイオー
ドチップ１３と１９は互いに同じ構成のものが用いられ
ているので、両者の電熱特性は等しくなっている。

したがってレーザダイオードチップ１３と１９それぞれ
の単位時間当り発熱ｆｆ１Ｊ１、Ｊｚは、それぞれ第３
図の（３）、（４）に示すようなものとなる。

つまりレーザダイオードチップ１３が駆動されて発熱し
ている間はレーザダイオードチップ１９が停止され、レ
ーザダイオードチップ１３が停止されている間はレーザ
ダイオードチップ１９が駆動され、両者から生じる単位
時間当りの熱量の和は一定に維持されている。そしてレ
ーザダイオードチップ１３．１９は電気絶縁ＷＪ１８を
介して密接されているので、雨音間で熱が授受され、結
局両者は一定温度に保たれる。こうしてレーザダイオー
ドチップ１３が一定温度に保たれれば、該レーザダイオ
ードチップ１３の光出力は所定部［を流に対して一定に
保たれ、記録画像や伝送画像のａ度が変動してしまうこ
とがない。

以上、説明のように本光源装置においては、本質的にレ
ーザダイオードチップ１３そのものの温度を一定に維持
するようにしているので、前記ケース温度一定化制御に
おけるような応答遅れの問題がなく、レーザダイオード
チップ１３の光出力は所定駆動電流に対して常に一定に
保たれる。

なお上記のようにレーザダイオードチップ１３そのもの
の温度を一定に維持させるためには、該レーザダイオー
ドチップ１３からレーザダイオードチップ１９に、また
その反対の方向に熱が良好に伝導する必要がある。その
ために、これら両者間に介設される電気絶縁層１８は熱
伝導率の高い材料、例えば酸化アルミニウム等から形成
するのが好ましい。

また上記実施例においては、レーザダイオードチップ１
３と発熱用レーザダイオードチップ１９にそれぞれ、互
いにパルス波形が逆相で大きさが等しい電流１ｔ、Ｉ２
を供給するようにしているが、レーザダイオードチップ
１９への印加電流と発熱ｍとが比例する場合には、特に
このようにせず、双方に供給される電流１＋　、１２の
和が一定となるようにするだけでもよい。例えばレーザ
駆！ＪＪｍ流■１がＯｍＡと６０ｍＡの値をとるように
制御される場合には、発熱用電流Ｉ２を、電流■１＝０
ｍＡ、６０ｍＡのときそれぞれ７０ｍＡ、１ＱｒｎＡの
値をとるように制御してもよい。

次に第４図を省熱して本発明の第２実施例について説明
する。なおこの第４図において、前記第１図中の要素と
同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は
省略する（以下同様）。この第２実施例においては、前
述した発熱用レーザダイオードチップ１９に代えて、抵
抗体３１がチップマウント１２に取り付けられている。

この抵抗体３１は、例えば半導体用ＲｎＨ形成プロセス
によって作成される。この第２実施例の半導体レーザも
第２図図示のように駆動回路２５に接続されて使用され
、上記抵抗体３１にはレーザダイオードチップ１３の駆
＠電流■１とパルス波形が逆相の発熱用電流１２が供給
される。本実施例においては、抵抗体３１とし、てレー
ザダイオードチップ１３よりも電熱特性の高いもの、す
なわち同一電流値に対してより高い熱量を放出するもの
が使用されている。したがってこの場合は第５図の（１
）、（２）に示すように、発熱用電流■２を駆動電流１
１より小さな値としでも、第５図（３）、（４）から分
かるように、単位時間当りのレーザダイオードチップ１
３の発熱量と抵抗体３１の発熱量の和が等しくなる。

以上説明した２つの実施例においては、レーザダイオー
ドチップ１３と電熱体（レーザダイオードチップ１９あ
るいは抵抗体３１）が電気絶縁層１８を介して密接配置
されているが、第６図に示す第３実施例におけるように
、電気絶縁層を空気層として、レーザダイオードチップ
１３と電熱体（抵抗体）４１とを僅かに離して配置して
もよい。この場合はレーザダイオードチップ１３と抵抗
体４１との間の熱伝導性が、両者の間に熱伝導性の＾い
電気絶縁層を介在させた場合よりも劣るので、該第６図
に示されるように、レーザダイオードチップ１３を取り
囲むように抵抗体４１を配置して熱伝導性を高めるのが
好ましい。

（発明の効果）以上詳細に説明した通り本発明の半導体レーザにおいて
は、レーザダイオードチップそのものの温度を応答性良
く制御することが可能になる。また本発明の半導体レー
ザ光源装置においては、レーザダイオードチップそのも
のの温度が過渡的変化も抑えて実質的に一定に保たれる
ので、レーザダイオードチップの温度変動による光出力
変動が防止される。したがってこの光源装置によれば、
′ａ度変動による画質劣下を沼くことなく高階調の画像
を光走査記録したり光伝送することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体レーザの第１実施例を示す一部
破断斜視図、第２図は本発明の半導体レーザ光源装置の電気回路を示
す回路図、第３図は上記半導体レーザ光源装置におけるレーザ駆動
電流と発熱用電流とレーザダイオードチップからの発熱
量と電熱体からの発熱Ｍの変化の様子を−示すグラフ、第４図は本発明の半導体レーザの第２実施例を示す部分
斜視図、第５図は上記第２実施例の半導体レーザにおけるレーザ
駆動電流と発熱用電流とレーザダイオードチップからの
発熱量と電熱体からの発熱層の変化の様子を示すグラフ
、第６図は本発明の半導体レーザの第３実施例を示す部分
斜視図、第７図は本発明に係る半導体レーザの駆動電流と光出力
の関係を示すグラフ、第８図は本発明に係る半導体レーザのドループ特性を説
明するグラフである。１０・・・半導体レーザ　　　１１・・・ステム１２・
・・チップマウント１３・・・レーザダイオードチップ　１４・・・レーザ
光１５・・・キャップ　　　　　１８・・・電気絶縁層
１９・・・発熱用レーザダイオードチップ２０・・・遮
光部材　　　　　２１．２２．２３．２４・・・リード
２５・・・駆動回路　　　　　３１．４１・・・抵抗体
１１・・・レーザ駆動電流　Ｉ２・・・発熱用電流Ｊ１
・・・レーザダイオードチップの単位時間当り発熱量Ｊ２・・・ｔｕ電熱体単位時間当り発熱ｎ第１図拉第２図第３図（１）　、ｙｙｆｒＨ組Ｌｈ　Ｊ＝十−「十−「１−−
−０Ｌ−”ｉ’ （社−ＩｇＪ２−　］１丁下ロー−〇（３）當マ１°；−」］」上ｆＬ−６（４ン　」立９４藺ゴリ　　−　　１１−ニニｎ二二ｎ
二ニニ」−−−。ミλｔ−ｇＬＪ２第４図Ｌ−Ｔ　−−［Ｌ「Ｌ「Ｌ− （１）　　Ａｚ動電也Ｉ＋　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　−。（２）発熟軸３ＬＩ２−　−−　−　−−　−０（３）
　　　＃＆詩ｖトゴリ　　　　　−−−−［Ｕ二ＵＬ−
−化熱を山−−０（自　発）手続ネ市正書特許庁長官　殿　　　　　　　　　　　昭和６１年７月
１８日ｊ１、事件の表示特願昭６１−１３７６６５号２、発明の名称半導体レーザおよび半導体レーザ光源装置３、補正をす
る者事件との関係　　　　　特許出願人柱　所　　　神奈川県南足柄市中沼２１０番地名　称　
　　　富士写真フィルム株式会社４、代理人東京都港区六木木５丁目２番１月９、添付書類

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ケース内に固定されたレーザダイオードチップ、
および電気絶縁層を介してこのレーザダイオードチップ
に近接あるいは密接配置された電熱体を有する半導体レ
ーザ。
（２）前記電熱体が前記レーザダイオードチップと等し
い電熱特性を備えるものであることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の半導体レーザ。
（３）ケース内に固定されたレーザダイオードチップ、
および電気絶縁層を介してこのレーザダイオードチップ
に近接あるいは密接配置された電熱体を有する半導体レ
ーザと、前記レーザダイオードチップに駆動電流を供給するとと
もに、単位時間当り該レーザダイオードチップから発せ
られる熱量と前記電熱体から発せられる熱量との和が一
定となるように該電熱体に発熱用電流を供給する駆動回
路とからなる半導体レーザ光源装置。
（４）前記電熱体が前記レーザダイオードチップと等し
い電熱特性を備えるものであり、前記駆動回路が、前記駆動電流のＯＮ、ＯＦＦ時にそれ
ぞれＦＦ、ＯＮする、該駆動電流と同じ大きさの発熱用
電流を供給するものであることを特徴とする特許請求の
範囲第３項記載の半導体レーザ光源装置。