(57)【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し、取付部に固定される半導体レーザの保持体と、
前記半導体レーザの近傍に配置された半導体レーザ温度センサと、
この半導体レーザ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又は冷却する加熱冷却手段とを備え、
前記保持体には、
保持された半導体レーザの周囲に、熱の伝達を遮断する空気層を形成する溝が、半導体レーザの光軸方向に延びるように形成されていることを特徴とする波長安定化装置。
【請求項２】
レーザ光を射出する半導体レーザと、
半導体レーザからのレーザ光が入射するエタロンと、
このエタロンを保持し、取付部に固定されるエタロンの保持体と、
前記エタロンの近傍に配置されたエタロン温度センサと、
このエタロン温度センサからの検知信号に基づいて前記エタロンを加熱又は冷却する加熱冷却手段と、
エタロンを透過したレーザ光をモニタする光検出器と、
この光検出器によるモニタ結果に基づいて前記半導体レーザの注入電流を制御して射出されるレーザ光の波長制御を行う波長制御手段とを備え、
前記保持体には、
保持されたエタロンの周囲に、熱の伝達を遮断する空気層を形成する溝が、半導体レーザの光軸方向に延びるように形成されていることを特徴とする波長安定化装置。
【請求項３】
前記加熱冷却手段に取付けられると共に、熱伝導率の低いスペーサを介して前記保持体に固定され、熱を放出する放熱フインをさらに備えたことを特徴とする請求項１もしくは２記載の波長安定化装置。
【請求項４】
前記保持体は、
前記溝の外側を前記スペーサの保持体への固定位置にしたことを特徴とする請求項３記載の波長安定化装置。
【請求項５】
前記保持体は、
熱伝導率が小さい材料により形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１記載の波長安定化装置。
【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ＬＤ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３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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３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ないために、ＬＤ保持体２の周囲の環境温度が変化した場合には、取付部１６の温度が変化し、取付ねじ１４付近からの熱伝導により、以下のような問題が発生してしまう。
【０００５】
図４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の発光点に一致していないため、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、前記したように、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ＬＤ４との間にも所定の熱抵抗が存在する。
【０００６】
今、図４に示すように、ＬＤ温度センサ８の温度（ＴA ）は、設定温度（ＴA0）に温度安定化されており、そのときのＬＤ４の温度（ＴL ）及び環境温度（ＴB ）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（ＴB ）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（ＴA0）に保持されるが、図中点線で示すように、ＬＤ４は温度（ＴL ）よりもΔＴL 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。
【０００７】
実開平２−１５７６１号公報には、ＬＤ保持体２を、高分子材料のような比較的熱抵抗の大きい材質で構成することにより、図４のグラフで示すＬＤ４と環境温度の間隔を広げることにより、ΔＴL をできるだけ小さくする構成が示されている。
【０００８】
しかしながら、僅かな温度変化で波長が大きく変動してしまうＬＤ４を安定化するには不十分であり、また、更に熱抵抗を大きくするためにＬＤ保持体２を大きくすると、装置全体が大型化してしまう。
【０００９】
本発明は、環境温度の変化によるＬＤの温度変化（ΔＴL ）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ことを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係わる波長安定化装置は、  半導体レーザと、
この半導体レーザを保持し、取付部に固定される半導体レーザの保持体と、
前記半導体レーザの近傍に配置された半導体レーザ温度センサと、
この半導体レーザ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又は冷却する加熱冷却手段とを備え、
前記保持体には、
保持された半導体レーザの周囲に、熱の伝達を遮断する空気層を形成する溝が、半導体レーザの光軸方向に延びるように形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第２の態様に係わる波長安定化装置は、レーザ光を射出する半導体レーザと、
半導体レーザからのレーザ光が入射するエタロンと、
このエタロンを保持し、取付部に固定されるエタロンの保持体と、
前記エタロンの近傍に配置されたエタロン温度センサと、
このエタロン温度センサからの検知信号に基づいて前記エタロンを加熱又は冷却する加熱冷却手段と、
エタロンを透過したレーザ光をモニタする光検出器と、
この光検出器によるモニタ結果に基づいて前記半導体レーザの注入電流を制御して射出されるレーザ光の波長制御を行う波長制御手段とを備え、
前記保持体には、
保持されたエタロンの周囲に、熱の伝達を遮断する空気層を形成する溝が、半導体レーザの光軸方向に延びるように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
第１の態様に係わる波長安定化装置によれば、半導体レーザを保持し、取付部に固定される半導体レーザの保持体には、半導体レーザの周囲に、熱の伝達を遮断する空気層を形成する溝が、半導体レーザの光軸方向に延びるように形成されている。この結果、環境温度等の変化が、保持体を通って半導体レーザに伝わるのが、空気層を形成する溝によって防止される。このため、装置全体を大型化すること無く、簡単な構成で、この装置から射出されるレーザ光の発振波長を安定させることができる。
【００１３】
また、本発明の第２の態様に係われば、半導体レーザからのレーザ光が入射するエタロンを保持し、取付部に固定されるエタロンの保持体には、エタロンの周囲に、熱の伝達を遮断する空気層を形成する溝が、エタロンの光軸方向に延びるように形成されている。この結果、環境温度等の変化が、保持体を通ってエタロンに伝わるのが、空気層を形成する溝によって防止される。このため、装置全体を大型化すること無く、簡単な構成で、この装置から射出されるレーザ光の発振波長を安定させることができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明に係る波長安定化装置の好適な実施例を説明する。
図１（ａ）に示すように、本実施例の波長安定化装置は、取付ねじ３４によって取付部３６に固定されたＬＤ保持体２２を有している。このＬＤ保持体２２内には、ペルチェ素子２６が固定され、所定の波長のレーザ光を射出するＬＤ２４が保持されている。ＬＤ２４の近傍には、ＬＤ２４の温度を検知する温度センサ２８が設けられており、この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がペルチェ素子２６の駆動電流を制御し、ＬＤ２４を設定温度に維持する。ペルチェ素子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。このようにペルチェ素子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。
【００１５】
ＬＤ保持体２２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、ＬＤ２４よりも熱伝導率が低くなっている。このＬＤ保持体２２には、ＬＤ２４の周囲に溝３８が形成されており、環境温度等の変化による温度変化を取付部３６、取付ねじ３４を介してＬＤ２４に伝えないように構成されている。すなわち、溝３８を形成することによって、熱伝導率が更に低い空気層が形成され、ＬＤ２４に温度変化の影響が伝わりにくくなる。
【００１６】
また、放熱用のフィン３０についても、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、ＬＤ２４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、本実施例では、さらに、放熱用のフィン３０を、所定間隔をおいて配される熱伝導率の低い材料、例えば高分子材料で構成されたスペーサ３９によって、ＬＤ保持体２２に固定している。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、ＬＤ２４に温度変化の影響が伝わりにくくなる。
【００１７】
図１（ｂ）は、（ａ）図を光軸方向から見た図であって、溝３８及びスペーサ３９の構成を示している。図から明らかなように、溝３８は、ＬＤ２４を取り囲むように、円周上に所定間隔をおいて形成されている。また、放熱用のフィン３０は、溝３８が形成されていない位置の外側で所定間隔をおいた４つのスペーサ３９を介してＬＤ保持体２２に接続されている。もちろん、この溝３８及びスペーサ３９の構成は、一例であり、種々変形することができる。例えば、溝３８を所定間隔をおかずに円周状に構成すれば、さらに熱抵抗を高めることができる。また、この場合、スペーサ３９のＬＤ保持体２２への取付け位置を、溝３８の外側に構成すれば、ＬＤ２４は、さらに熱変化の影響を受けにくくなる。もちろん、このスペーサ３９の位置、数等についても適宜変形することができる。
【００１８】
このように、ＬＤ２４に至までの熱抵抗が大きくなるため、図４で示したＬＤ４と環境温度間の距離（熱抵抗）が大幅に大きくなり、点線で示すように環境温度が変化しても、ＬＤ２４の温度変化（ΔＴL ）を少なくすることができ、ＬＤ２４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保持体２２に溝３８を形成し、スペーサを設けるだけで良いので、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。
【００１９】
図２は、図１に示したＬＤ２４の波長を安定させる装置に、発振波長を制御する装置を組み込んだ状態を示す図である。ＬＤ２４から射出されたレーザ光は、その光路の途中に配された分岐プリズム７０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、他方が波長制御装置のエタロン４４に入射するように向けられる。
【００２０】
このエタロン４４は、周期的な透過スペクトル特性を有している。従って、光検出器６０を配して、目標モードを透過した光をモニタして波長制御手段８０を介してＬＤ２４への注入電流の制御により、ＬＤ２４の波長制御を行えば、さらに、安定した波長のレーザ光を射出することが可能となる。
【００２１】
この場合、エタロン４４は、環境温度の変化によって屈折率変化及び熱膨張化し、周期的なスペクトル特性が変化するため、エタロンの温度を安定化させないと正確なモニタができず、ＬＤ２４の発振波長が安定しない。このため、エタロン４４についても、環境温度の変化の影響を受けないように構成されている。以下、この構成について説明する。
【００２２】
図２に示すように、エタロン４４は、放熱用のフィン５０が取付けられたペルチェ素子４６に設けられていると共に、取付ねじ５４によって取付部５６に固定されたエタロン保持体４２内に保持されている。エタロン４４の近傍には、エタロン４４の温度を検知するエタロン温度センサ４８が設けられている。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、ペルチェ素子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。
【００２３】
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いる。このエタロン保持体４２には、エタロン４４の周囲に溝５８が形成されており、環境温度等の変化による温度変化を取付部５６、取付ねじ５４を介してエタロン４４に伝えないように構成されている。すなわち、溝５８を形成することによって、熱伝導率が更に低い空気層が形成され、エタロン４４に温度変化の影響が伝わりにくくなる。
【００２４】
また、放熱用のフィン５０についても、前記図１に示した構成同様、所定間隔をおいて配される熱伝導率の低い材料、例えば高分子材料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に温度変化の影響が伝わりにくくなる。なお、図面に示す一構成例では、溝５８は、エタロン４４を取り囲むように、円周上に所定間隔をおいて形成されており、スペーサ５９は、この円周上で溝が形成されていない部分に固定されている。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、図に示すように、放熱用のフィン５０内に固定しておくのが好ましい。
【００２５】
このように、図１に示した構成同様、環境温度の変化等に基づくエタロン４４の温度変化を小さくすることができるので、エタロン４４のスペクトル特性が安定した上で、ＬＤ２４への注入電流の制御が行える。すなわち、ＬＤ２４の発振波長をより安定化することができる。また、前記同様、エタロン保持体４２を熱伝導率の低い材料で構成して溝５８を形成するだけで良いので、装置全体を大型化すること無く、簡単な構成でＬＤ２４の発振波長を安定させることができる。
【００２６】
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。例えば、図２に示されたエタロン４４は、ソリッドタイプであるが、例えば、エアーギャップタイプによって構成することもできる。また、図１及び図２に示された溝３８，５８に、例えば断熱効果がある発泡充填材を注入すれば、ＬＤ２４，エタロン４４と外部との熱的な遮断を十分に行うことが可能となり、さらに、ＬＤ２４の発振波長を安定させることができる。
【００２７】
【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】（ａ）は、本発明の波長安定化装置の一実施例を示す図、（ｂ）は、この実施例におけるＬＤ保持体を光軸方向から見た図。
【図２】図１に示したＬＤの発振波長を安定化する装置に、波長を制御する装置を組み込んだ状態を示す図。
【図３】従来の波長安定化装置の構成を示す図。
【図４】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】
２２…半導体レーザ保持部材、２４…半導体レーザ、
２６，４６…ペルチェ素子、２８，４８…温度センサ、
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。
【図１】
0003678439.tif 000002
【図２】
0003678439.tif 000003
【図３】
0003678439.tif 000004
【図４】
0003678439.tif 000005