(57)【要約】【課題】駆動電流が変動しても安定した出力パワーを得ることができる外部共振器型半導体レーザ装置。【解決手段】駆動電流が流れることにより光を増幅する半導体光増幅素子１と、半導体光増幅素子１からの出力光を受けるレンズ２と、レンズ２を介する半導体光増幅素子１からの光の波長の内の所定の波長を決定し決定された波長の光を半導体光増幅素子１の端面にフォーカスさせて、駆動電流と出力パワーとの特性に平坦な領域又はボトム領域を形成する波長安定化素子３と、平坦な領域又はボトム領域に駆動電流を設定する平坦領域電流設定部１０とを備える。【選択図】図１
2014116442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電流が流れることにより光を増幅する半導体光増幅素子と、
前記半導体光増幅素子からの出力光を受けるレンズと、
前記レンズを介する前記半導体光増幅素子からの光の波長の内の所定の波長を決定し決定された波長の光を前記半導体光増幅素子の端面にフォーカスさせて、前記駆動電流と出力パワーとの特性に平坦な領域又はボトム領域を形成する波長安定化素子と、
前記平坦な領域又は前記ボトム領域に前記駆動電流を設定する平坦領域電流設定部と、
を備えることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記半導体光増幅素子と前記レンズと前記波長安定化素子のいずかれ１つを加熱する加熱／冷却部と、
前記加熱／冷却部の温度を各温度値に調整する温度調整機構部とを備え、
前記平坦領域電流設定部は、前記温度調整機構部で調整された各温度値毎の各駆動電流における平均パワーに基づき前記平坦な領域又は前記ボトム領域が所定の平均パワーとなる温度を設定し、設定された温度で且つ平坦な領域又はボトム領域における駆動電流を設定することを特徴とする請求項１記載の外部共振器型半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記半導体光増幅素子と前記波長安定化素子の少なくとも１つを移動させることにより前記半導体光増幅素子及び前記波長安定化素子間の共振器長を変化させる移動機構部とを備え、
前記平坦領域電流設定部は、前記移動機構部により変化された各共振器長毎の各駆動電流における平均パワーに基づき前記平坦な領域又は前記ボトム領域が所定の平均パワーとなる共振器長を設定し、設定された共振器長で且つ平坦な領域又はボトム領域における駆動電流を設定することを特徴とする請求項１記載の外部共振器型半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力パワーの安定化を図る外部共振器型半導体レーザ装置に関し、特に、半導体光増幅素子への戻り光を制御することにより駆動電流−出力パワー特性（Ｉ−Ｌ特性）を調整し、安定した特性を得ることができる外部共振器型半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の外部共振器型半導体レーザ装置としては、例えば特許文献１に記載された光発生装置が知られている。この光発生装置は、半導体光増幅素子とコリメートレンズと回折格子とからなる構成において、コリメートレンズをデフォーカス状態にすることで半導体レーザの縦モードをマルチ状態にし、固体レーザや分極反転導波路素子の励起光とすることで、安定なグリーンやブルーの短波長レーザ光を可能としたものである。
【０００３】
即ち、半導体光増幅素子への戻り光をデフォーカスすることにより、光学系全体を振動や膨張に対して安定した、即ちリニアリティの優れたＩ−Ｌ特性のレーザ光を実現し、励起光源等として利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２４４５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、半導体光増幅素子を高速パルス駆動する場合、制御電気信号のリンギングや温度特性変化等の影響により、半導体光増幅素子を駆動するためのパルス電流を常に一定値にすることが困難であった。また、リニアリティの優れたＩ−Ｌ特性では、駆動電流の変動によって出力パワーが変動してしまう。
【０００６】
本発明の課題は、駆動電流が変動しても安定した出力パワーを得ることができる外部共振器型半導体レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る外部共振器型半導体レーザ装置は、駆動電流が流れることにより光を増幅する半導体光増幅素子と、前記半導体光増幅素子からの出力光を受けるレンズと、前記レンズを介する前記半導体光増幅素子からの光の波長の内の所定の波長を決定し決定された波長の光を前記半導体光増幅素子の端面にフォーカスさせて、前記駆動電流と出力パワーとの特性に平坦な領域又はボトム領域を形成する波長安定化素子と、前記平坦な領域又は前記ボトム領域に前記駆動電流を設定する平坦領域電流設定部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る外部共振器型半導体レーザ装置によれば、半導体光増幅素子への戻り光をフォーカスさせ、モードを変化させることで、Ｉ−Ｌ特性にボトム又は平坦な領域を形成し、形成されたボトム又は平坦な領域に駆動電流を設定したので、駆動電流が変動しても安定した出力パワーを得ることができる外部共振器型半導体レーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１に係る外部共振器型半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】従来の外部共振器型半導体レーザ装置において半導体光増幅素子への戻り光をデフォーカスさせることによりリニアリティを形成したＩ−Ｌ特性を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係る外部共振器型半導体レーザ装置において半導体光増幅素子への戻り光をフォーカスさせてボトム又は平坦な領域を形成したＩ−Ｌ特性を示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係る外部共振器型半導体レーザ装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の実施例２に係る外部共振器型半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施例３に係る外部共振器型半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施例４に係る外部共振器型半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の外部共振器型半導体レーザ装置のいくつかの実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の実施例１に係る外部共振器型半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。この外部共振器型半導体レーザ装置は、半導体光増幅素子１、ビーム整形レンズ２、波長安定化素子３、ペルチェ素子５、ＣＰＵ（中央処理装置）６、スプリッタ１１、及びフォトダイオード１２を備えている。
【００１２】
ＣＰＵ６は、温度調整機構部７、駆動電流可変部８、メモリ９、平坦領域電流設定部１０とを有している。なお、半導体光増幅素子１、ビーム整形レンズ２、波長安定化素子３から構成される部分を共振器と呼ぶ。
【００１３】
半導体光増幅素子１は、駆動電流が流れることによりレーザ光を増幅する。ビーム整形レンズ２は、半導体光増幅素子１で発生されたレーザ光を平行光にして波長安定化素子３に導く。
【００１４】
波長安定化素子３は、回折格子（反射型、透過型、体積型等問わない。）からなり、半導体光増幅素子１からの光の波長の内の所定の波長のみを決定し、決定された波長の光を半導体光増幅素子１の端面にフォーカスさせてＩ−Ｌ特性にボトム領域又は平坦な領域を発生させ、回折光を出力する。
【００１５】
ペルチェ素子５は、波長安定化素子３に取り付けられ、波長安定化素子３を加熱／冷却する。温度調整機構部７は、ペルチェ素子５の温度を下限温度値から上限温度値まで調整する。駆動電流可変部８は、半導体光増幅素子１に流す駆動電流を下限電流値から上限電流まで可変（スイープ）させる。
【００１６】
スプリッタ１１は、波長安定化素子３から出力される平均パワー（出力パワー）を分配し、フォトダイオード１２は、スプリッタ１１から出力される各温度毎の各駆動電流における平均パワーを検出する。メモリ９は、フォトダイオード１２で検出された各温度毎の各駆動電流における平均パワーを順次記憶する。
【００１７】
平坦領域電流設定部１０は、メモリ９から各温度毎に各駆動電流における平均パワーを読み出し、平坦な領域又はボトム領域が所定の平均パワーとなる温度を設定するとともに、設定された温度で且つ平坦な領域又はボトム領域における駆動電流を設定する。
【００１８】
次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係る外部共振器型半導体レーザ装置の動作を、図１乃至図４を参照しながら説明する。
【００１９】
まず、従来の外部共振器型半導体レーザ装置では、半導体光増幅素子１への戻り光をデフォーカスさせることにより、図２に示すように、Ｉ−Ｌ特性がリニアリティを形成していた。
【００２０】
これに対して、本発明の実施例１に係る外部共振器型半導体レーザ装置では、半導体光増幅素子１への戻り光をフォーカスさせることにより、図３に示すように、Ｉ−Ｌ特性にボトム又は平坦な領域が形成されるように制御する。
【００２１】
次に、図４に示す実施例１に係る外部共振器型半導体レーザ装置の動作のフローチャートを参照しながら、各温度、各駆動電流を変化させたときに、ボトム又は平坦な領域が所定の平均パワーになる温度及び駆動電流を設定する方法について説明する。なお、調整されるべき温度は、例えば、２５℃、４０℃と予め決定しておく。  
まず、トリガ信号がＣＰＵ６に入力されると（ステップＳ１１）、ＣＰＵ６では、温度調整機構部７は、波長安定化素子３を加熱／冷却するペルチェ素子５の温度Ｔを初期設定する（ステップＳ１３）。即ち、波長安定化素子３の温度Ｔが下限温度値、例えば図３に示すように２５℃に設定される。
【００２２】
次に、駆動電流可変部８は、下限温度値において、駆動電流を最小電流から最大電流まで可変（スイープ）させながら半導体光増幅素子１に流す（ステップＳ１５）。
【００２３】
フォトダイオード１２は、スプリッタ１１から出力される下限温度値の各駆動電流における平均パワーを検出し、メモリ９は下限温度値の各駆動電流における平均パワーを記憶させる（ステップＳ１７）。即ち、図３の◆（２５℃）でプロットされたデータが得られる。
【００２４】
次に、ＣＰＵ６により全ての温度Ｔを調整したかどうかが判定される（ステップＳ１９）。全ての温度を調整していない場合には、ステップＳ１５の処理に戻り、ステップＳ１５からステップＳ１９までの処理が行われる。
【００２５】
図３に示す例では、温度調整機構部７によりペルチェ素子５の温度を４０℃に調整する。そして、その温度において、駆動電流可変部８は、駆動電流を最小電流から最大電流まで可変（スイープ）させながら半導体光増幅素子１に流す。
【００２６】
フォトダイオード１２は、スプリッタ１１から出力される温度値の各駆動電流における平均パワーを検出し、メモリ９は温度値の各駆動電流における平均パワーを記憶させる。即ち、図３の●（４０℃）でプロットされたデータが得られる。
【００２７】
次に、ステップＳ１９において、全ての温度の調整が完了すると、平坦領域電流設定部１０は、メモリ９から各温度毎に各駆動電流における平均パワーを読み出し、平坦な領域又はボトム領域が所定の平均パワーであるかどうかを判定する（ステップＳ２１）。
【００２８】
例えば、図３に示す例において、所定の平均パワーが０．３ｍＷであれば、平坦な領域又はボトム領域ＶＴ１が所定の平均パワーとなる温度は、２５℃である。このため、平坦領域電流設定部１０は、温度を２５℃と設定するとともに、設定された温度で且つ平坦な領域又はボトム領域ＶＴ１における駆動電流を設定する（ステップＳ２３）。即ち、駆動電流を７００ｍＡに設定する。
【００２９】
このように実施例１の外部共振器型半導体レーザ装置によれば、半導体光増幅素子１への戻り光をフォーカスさせ、モードを変化させることで、Ｉ−Ｌ特性にボトム又は平坦な領域を形成し、形成されたボトム又は平坦な領域に駆動電流を設定したので、駆動電流が変動しても安定した出力パワーを得ることができる。
【実施例２】
【００３０】
図５は、本発明の実施例２に係る外部共振器型半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。図１に示す実施例１に係る外部共振器型半導体レーザ装置は、波長安定化素子３にペルチェ素子５を取り付けたが、図５に示す実施例２に係る外部共振器型半導体レーザ装置は、半導体光増幅素子１にペルチェ素子５を取り付けたことを特徴とする。
【００３１】
図５に示すその他の構成は、図１に示す構成と同一であるので、同一部分については、同一の動作が行われるので、その説明を省略する。
【００３２】
このように実施例２に係る外部共振器型半導体レーザ装置によれば、温度調整機構部７からの温度値指示によりペルチェ素子５が半導体光増幅素子１を加熱する。その後、図４に示すステップＳ１５〜Ｓ２３の処理が行われるので、実施例１に係る外部共振器型半導体レーザ装置の効果と同様な効果が得られる。
【実施例３】
【００３３】
図６は、本発明の実施例３に係る外部共振器型半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。図６に示す実施例３に係る外部共振器型半導体レーザ装置は、図１に示すペルチェ素子５、温度調整機構部７を用いる代わりに、波長安定化素子３を移動させることにより半導体光増幅素子１及び波長安定化素子３間の共振器長Ｌを変化させる移動機構部１３を備え、平坦領域電流設定部１０は、移動機構部１３により変化された各共振器長毎の各駆動電流における平均パワーに基づき平坦な領域又はボトム領域が所定の平均パワーとなる共振器長を設定し、設定された共振器長で且つ平坦な領域又はボトム領域における駆動電流を設定することを特徴とする。
【００３４】
なお、図６に示すその他の構成は、図１に示す構成と同一構成であるので、同一部分には同一符号を付しその説明は省略する。
【００３５】
このように、実施例３に係る外部共振器型半導体レーザ装置によれば、移動機構部１３により波長安定化素子３を移動させることにより半導体光増幅素子１及び波長安定化素子３間の共振器長Ｌを変化させ、平坦領域電流設定部１０は、移動機構部１３により変化された各共振器長毎の各駆動電流における平均パワーに基づき平坦な領域又はボトム領域が所定の平均パワーとなる共振器長を設定し、設定された共振器長で且つ平坦な領域又はボトム領域における駆動電流を設定することができる。  
【実施例４】
【００３６】
図７は、本発明の実施例４に係る外部共振器型半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。図６に示す実施例３に係る外部共振器型半導体レーザ装置では、移動機構部１３が波長安定化素子３を移動させることにより半導体光増幅素子１及び波長安定化素子３間の共振器長Ｌを変化させたが、図７に示す実施例４に係る外部共振器型半導体レーザ装置では、移動機構部１３が半導体光増幅素子１を移動させることにより半導体光増幅素子１及び波長安定化素子３間の共振器長Ｌを変化させたことを特徴とする。
【００３７】
また、平坦領域電流設定部１０は、移動機構部１３により変化された各共振器長毎の各駆動電流における平均パワーに基づき平坦な領域又はボトム領域が所定の平均パワーとなる共振器長を設定し、設定された共振器長で且つ平坦な領域又はボトム領域における駆動電流を設定することができる。
【００３８】
なお、本発明は前述した実施例１乃至実施例４の外部共振器型半導体レーザ装置に限定されるものではない。図１に示す実施例１では、波長安定化素子３にペルチェ素子５を取り付け、図５に示す実施例２では、半導体光増幅素子１にペルチェ素子５を取り付けたが、例えば、ビーム整形レンズ２にペルチェ素子５を取り付けて、このペルチェ素子５の温度を温度調整機構部７で調整するようにしても良、実施例１に係る外部共振器型半導体レーザ装置の効果と同様の効果が得られる。
【００３９】
また、実施例３に係る外部共振器型半導体レーザ装置では、移動機構部１３が波長安定化素子３を移動させ、実施例４に係る外部共振器型半導体レーザ装置では、移動機構部１３が半導体光増幅素子１を移動させたが、例えば、移動機構部１３が半導体光増幅素子１及び波長安定化素子３の両方を移動させても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、外部共振器型半導体レーザ装置に利用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１  半導体光増幅素子
２  ビーム整形レンズ
３  波長安定化素子
５  ペルチェ素子
６  ＣＰＵ（中央処理装置）
７  温度調整機構部
８  駆動電流可変部
９  メモリ
１０  平坦領域電流設定部
１１  スプリッタ
１２  フォトダイオード
１３  移動機構部
【図１】
2014116442.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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