JPS6384184A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents

半導体レ−ザ装置

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JPS6384184A
JPS6384184A JP61230349A JP23034986A JPS6384184A JP S6384184 A JPS6384184 A JP S6384184A JP 61230349 A JP61230349 A JP 61230349A JP 23034986 A JP23034986 A JP 23034986A JP S6384184 A JPS6384184 A JP S6384184A
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JP
Japan
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semiconductor laser
light
laser device
chip
glass window
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Pending
Application number
JP61230349A
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English (en)
Inventor
Noriyuki Yoshikawa
則之 吉川
Kunio Ito
国雄 伊藤
Yuichi Shimizu
裕一 清水
Masahiro Kume
雅博 粂
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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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】 産業上の利用分野 本発明は光デイスクシステム等の光情報処理および光通
信で用いられる半導体レーザ装置に関するものである。
従来の技術 近年、半導体レーザは小型、高効率、直接変調の容易さ
といった特徴のため、光通信や、光情報処理用の光源と
して注目され、広い分野に利用されつつある。そしてさ
らに広い分野への応用を目的として大きな光出力がとり
出せることと、低い雑音レベルが要求されている。一般
に大きな光出ザ装置においては、半導体レーザテップの
前方向のキャビテイ面は反射率を下げ、逆に後方向のキ
ャビテイ面の反射率は上げて、半導体レーザチップ内部
の電流密度の低減及び前方向キャビテイ面の光パワー密
度を下げるという工夫がなされる。
ところがこうすることによって光デイスク面等からの反
射光いわゆる戻り光に対する結合が強くなるため、雑音
が増大する。現在では、このような雑音を低減するため
に高周波電流を半導体レーザの駆動電流に重畳すること
がよく行なわれる。また最近では、半導体レーザの前方
向への出射光の一部を受光素子で受け、その信号を半導
体レーザに電気的に帰還し、負帰還系を構成して雑音を
低減する電気的負帰還法が注目されている。また、この
電気的負帰還法と、高周波重畳法を併用することにより
、非常に大きな雑音低減効果が得られることが確認され
ている。
以下、図面を参照しながら、上述したような従来の半導
体レーザ装置について説明する。
第4図は従来の半導体レーザ装置の斜視図である。
1は半導体レーザチップ、2はシリコンサブマウント、
3は銅製ヒートシンク、4ばPINフォトダイオードで
ある。半導体レーザテップ1は、前後両方向にレーザ光
を出射するため、後方向に出射された光をPINフォト
ダイオード4で受けて、光出力をモニターしている。尚
PINフォトダイオードは、反射した光がレーザに戻ら
ない様に角度をつけてマウントしである。このPINフ
ォトダイオード4からのモニター出力を利用して、半導
体レーザチップからの出射光量をコントロールすること
ができる。一般的には第5図のように、レーザ光の出射
口となるガラス窓7を持ったキャップ6で内部の半導体
レーザチップ1等を保護する構造を有することによって
一個の半導体レーザ装置を構成している。このとき通常
、ガラス窓下のガラスは半導体レーザチップのキャビテ
イ面とほぼ平行になる様に構成されており、ガラス面に
はガラス面から反射したレーザ光が半導体レーザチップ
のキャビテイ面に戻らない様に無反射コーティングが行
なわれている。
このような従来の半導体レーザ装置を、実際に光デイス
クシステム等に応用し、さらに高周波重畳と電気的負帰
還を行なって低雑音化するために必要な光学系及び電子
回路系の構成図を第6図に示す。第6図は光ディスク2
0の記録信号を信号検出用フォトダイオード23で読み
出している状態を示している。従来の半導体レーザ装置
8は半導体レーザテップ1の後方向の出射光を内蔵PI
Nフォトダイオード4でモニタした信号を用いて定光出
力動回路14によって直流的に定光出力動作している。
この駆動電流にシールドケース22に収められた高周波
重畳用発振回路11によって高周波が重畳される。高周
波電流はLCフィルタ12によって外部に漏れない。こ
の状態からさらに低雑音化するために、前方への出射光
の一部がビームスプリッタ17によって外部PINフォ
トダイオード21に導入され、これによって得られた信
号を電気的負帰還用増幅回路13で増幅し、半導体レー
ザ装置8に電気的に負帰還をかけて、雑音を低減してい
る。このとき後方向への出射光を内蔵PINフォトダイ
オード10で受け、それを用いて負帰還をかける方法も
あるが、前方向と後方向で雑音の位相関係が一律でない
ので、雑音を十分低減できない。従ってモニターは必ず
前方向からとる必要がある。このように第6図の様な光
学系及び電子回路系を構成することにより、良好に光デ
ィスク20の信号を読み取ることができる。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記の様な構成では、昨今の高出力レーザ
への要望が強まり、後端面の反射率が増してくる傾向の
中で、後方向への出射光の割合が6ji、減し、後方向
で十分なモニター電流を得ることが困難となる欠点を有
していた。また電気的負帰還による雑音低減を行なう場
合には、前方向からの出射光をモニタするためにビーム
スプリッタ17やフォーカスレンズ16、さらに外部P
INフォトダイオード21を従来の光ピツクアップに追
加する必要があり、光学系を大きく変更する必要があっ
た。また光学系の調整箇所も増加するという欠点を有し
ていた。また様々な光ピツクアップで電気的負帰還を行
なう場合には、前方光のモニターとして外部PINフォ
トダイオード21に入射する光パワーがそれぞれの光ピ
ツクアップで異なるため、電気的負帰還用増幅回路13
の設計をそれぞれに対して最適化する必要があるという
欠点を有していた。
本発明は上記欠点に鑑み、後端面の反射率の高い半導体
レーザチップ1を用いても十分なモニター電流が取り出
すことができ、電気的負帰還を行なって半導体レーザの
低雑音化を図る場合においても何ら従来の光ピツクアッ
プを改造する必要が無く、調整箇所も増加しない、さら
には光ピツクアップの変化に無関係に常に一定の前方向
出射光のモニター出力を得ることのできる半導体レーザ
装置の構造を提供するものである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため、本発明による半導体レーザ
装置は、半導体レーザチップの直前に設けられた傾きを
持つガラス面と、そのガラス面によって一部反射された
半導体レーザチップ1の前方向からの出射光が照射する
位置に設けられたPINフォトダイオードから構成され
ている。
作  用 半導体レーザチップの直前に設けられた傾きを持ったガ
ラス面によって、そこから反射された半導体レーザテッ
プからの前方向からの出射光は、半導体レーザビームの
方向から、ガラスの傾きに対応する分だけずれた位置に
戻ってくる。この位置にPINフォトダイオードを設け
ることによって、有効に半導体レーザテップの前方向か
らの出射光をモニタできる。
実施例 以下本発明の一実施例について図面を参照しながら説明
する。
第1図は本発明の一実施例における半導体レーザ装置の
上面図である。ノ・ツチング部分は断面を示している。
第1図において、1は半導体レーザテップ、2はシリコ
ンサブマウント、3はヒートシンク、4は内蔵PINフ
ォトダイオード、6はステム、6はキャップ、7はガラ
ス窓、9はレーザ端子、10は内蔵P IN7オトダイ
オード端子、24は前方向出射光、25は反射光である
。以上のように構成された半導体レーザ装置にってい以
下にその動作を説明する。
半導体レーザチップ1の前端面から出射された光は、ガ
ラス窓に当り、大部分は前方出射光となって様々に利用
される。一部は反射光25として内蔵PINフォトダイ
オード4に入射し、モニター電流を発生する。このモニ
ター電流を必要十分なだけ得るために、ガラス窓の内側
には、非常に薄くアルミニウムもしくは銀といった金属
あるいは誘電体が蒸着され、半導体レーザチップ1の前
端面からの全出射光の約10〜30%が反射光25とな
り、残りが前方向出射光24となる。この反射率が大き
すぎると、ある一定の前方向出射光を得るために大きな
全出射光が必要となるので半導体レーザ装置としての信
頼性に問題を生じる。−方反射率が小さすぎると、安定
な定光出力駆動が困難となったり、電気的負帰還を行な
う際には電気的負帰還用増幅回路に大きな利得が要求さ
れ、帯域や雑音レベルが犠牲になる。またガラス窓の傾
きと半導体レーザチップとの相対的関係は第1図に示し
た関係が望ましい。即ち半導体レーザテップ1の接合面
に水平な方向のビーム拡がりに対してのみ角度を持つ方
向にガラス窓を傾ける。レーザビームの非点収差が補正
できるからである。
またガラス窓7の傾きは、半導体レーザチップ1の出射
端面と平行な角度からの傾きが20〜45度であること
が望ましい。傾きが小さいと、出射光の一部が半導体レ
ーザチップに戻って雑音を生じる上に、有効に内蔵PI
Nフォトダイオード4に光が取り出せない。逆に傾きが
大きいと外部の光学系において、焦点距離の短いコリメ
ートレンズ16が使用できないという制約が生じるから
である。内蔵PINフォトダイオード4もガラス窓7と
同一方向に傾けて設けである。反射光を有効に受けるた
めと、受光面上の光パワー分布をできるだけ均等にする
ためである。また半導体レーザテップ1とガラス窓の距
離はできるだけ近くなるように設計しである。遠くなる
程ビームが拡がって有効に内蔵PINフォトダイオード
4に入射しないからである。
第2図は前述の実施例における半導体レーザ装置のキャ
ップを除去した状態の斜視図である。この図において内
蔵PINフォトダイオード4は半導体レーザチップ1か
らの出射ビームの楕円率にほぼ等しい縦横比を持った長
方形である。電気的負帰還を行なう場合、受光素子の高
速性が要求される。このためPINフォトダイオードの
接合容量を減少するために受光面積は小さい程良い、受
光Iを確保しつつ受光面積を小さくするために長方形の
PINフォトダイオードを採用している。
黒色塗布部26は後方向への出射光が半導体レーザテッ
プ1への戻り光となるのを防いでいる。
第3図は前述の実施例における半導体レーザ装置を実際
に光デイスクシステム等に応用し、さらに高周波重畳と
電気的負帰還を行なって低雑音化するために必要な光学
系及び電子回路系の構成図である。この図の様に、本発
明による半導体レーザ装置27の内部で半導体レーザチ
ップ1からの前方向の出射光がモニターできるので、従
来からの光ピツクアップに何ら変更を加える必要がない
また前方向への出射光を取り出すために光学的な調整は
不要である。また電気的負帰還用増幅回路13を集積回
路化すれば高周波重畳用発振回路11と同一のシールド
ケース22内に収納することができ、非常に小型化する
ことができると同時に、電気的負帰還用増幅回路13の
出力がLCフィルタ12を介さず半導体レーザ装置27
に直結できるので雑音低減帯域を拡大できる。また電気
的負帰還用増幅回路13の利得は、モニター出力が半導
体レーザ装置によって決っており、外部光学系の影響を
受けないのでほぼ一定値に固定することが可能である。
以上のように本実施例によれば、後端面の反射率の高い
半導体レーザチップ1を用いても十分なモニター電流が
とり出せ、電気的負帰還を行なって半導体レーザの低雑
音化を図る場合においても光ピツクアップを従来通りの
小型のものが利用できる等、電気的負帰還を容易ならし
めることが可能である。
尚本実施例によれば電気的負帰還と高周波重畳を併用す
る場合について述べたが、電気的負帰還のみを行なう場
合についても有効であることは言うまでもない。
発明の効果 以上のように本発明は半導体レーザチップの前方向への
出射光の一部が、斜めに設置されたキャップのガラス窓
によって有効に内蔵PINフォトダイオードに入射して
モニター電流がとり出せることにより、後端面を高反射
率にした半導体レーザチップにも有効に定光出力駆動が
可能となる上に、電気的負帰還を行なって雑音を低減す
ることが非常に容易にかつ有効に行なうことが可能とな
り、その実用的効果は犬なるものがある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における半導体レーザ装置の
上面図、第2図は第1図の半導体レーザ装置の斜視図、
第3図は第1図の半導体レーザ装置を光デイスクシステ
ム等に応用した場合の構成図、第4図は従来の半導体レ
ーザ装置のキャップの内部を示す斜視図、第5図は従来
の半導体レーザ装置の外観の斜視図、第6図は従来の半
導体レーザ装置を光デイスクシステム等に応用した場合
の構成図である。 1・・・・・・半導体レーザチップ、2・・・・・・シ
リコンサブマウント、3・・・・・・ヒートシンク、4
・・・・・−内蔵PINフォトダイオード、6・・・・
・ステム、6・・・・・・キャンプ、7・・・・・・ガ
ラス窓、8・・・・・・従来の半導体レーザ装置、9・
・・・・・レーザ端子、10・・・・・内蔵PINフォ
トダイオード端子、11・・・・・高周波重畳用発振回
路、12・・・・・LCフィルタ、13・・・・・・電
気的負帰還用増幅回路、14・・・・・・定光出力、駆
動回路(APC)、15・・・・・・コリメートレンズ
、16・・・・・フォーカスレンズ、17・・・・・・
ビームスフリソλ り、18・・・・・偏光ビームスプリッタ、19・・・
・・4板、2o・・・・・・光ディスク、21・・・・
・・外部PINフォトダイオード、22・・・・・シー
ルドケース、23・・・・・・信号検出用フォトダイオ
ード、24・・・・・前方同量射光、25・・・・・・
反射光、26・・・・・・黒色塗布部、27・・・・・
・本発明による半導体レーザ装置。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名1−
−÷4体レし−r″テ1,7゛ υ−−ンソコソTデ7ウノL 3−−−t−トシンク 4−1jllシ■ζ;f’lNl料クーイτりド第1図
    5°−P′ 6−−−〒iノア 7°゛−1リス宅 9−一−レーでr肌ト 第 2 図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体レーザチップの直前に、キャップのガラス
    面が、レーザ光の出射方向に対して斜めになるように設
    けられ、半導体レーザチップの前方向への出射光が前記
    ガラス面上で反射した光が入射するように、前記半導体
    レーザチップの近傍にPINフォトダイオードが設けら
    れていることを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. (2)キャップの内側のガラス面上に、アルミニウム、
    銀などの金属あるいは誘電体が薄く蒸着されて、前記ガ
    ラス面の反射率が10%〜30%程度と高くなっている
    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
    ーザ装置。
  3. (3)キャップのガラス面の傾きが20〜45度である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記
    載の半導体レーザ装置。
  4. (4)PINダイオードの受光面の寸法の縦横比が、半
    導体レーザの出射光の遠視野像の楕円率にほぼ等しいこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項または第
    3項記載の半導体レーザ装置。
  5. (5)半導体レーザチップの後側のキャビティ面の反射
    率がほぼ100%であることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項、第2項、第3項または第4項記載の半導体レ
    ーザ装置。
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