(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザの光出力に関する情報を取得する第１受光部と、
前記半導体レーザの発振しない状態での発光パターンの強度分布に関する情報を取得する第２受光部と、
第１の時刻における前記光出力に関する情報と、前記第１の時刻とは異なる第２の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報と、を保持する保持部と、
前記半導体レーザの劣化の状態を判定する判定部と、
前記判定部からの信号を出力する出力部と、を有し、
前記判定部は、前記第１受光部で取得された、前記第１の時刻と前記第２の時刻より後の第３の時刻における前記光出力に関する情報と、前記保持部で保持された、前記第１の時刻における前記光出力に関する情報と、を比較し、かつ、
前記第２受光部で取得された、前記第１の時刻と前記第２の時刻より後の、前記第３の時刻と異なる第４の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報と、前記保持部で保持された、前記第２の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報と、を比較する
ことにより、前記半導体レーザの劣化の状態を判定することを特徴とする半導体レーザの劣化兆候検出装置。
【請求項２】
前記半導体レーザと前記第２受光部との間に、特定の波長帯域のみを透過する波長フィルタが設置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザの劣化兆候検出装置。
【請求項３】
前記波長フィルタは、前記半導体レーザを構成している反射鏡の反射率が９０％以下である波長を透過するフィルタであることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザの劣化兆候検出装置。
【請求項４】
前記第３の時刻における前記光出力に関する情報と前記第１の時刻における前記光出力に関する情報とに大きな変化があり、前記第４の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報と前記第２の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報とに大きな変化がある場合に、
前記出力部は、前記半導体レーザが故障していることを示す信号、前記半導体レーザが劣化していることを示す信号、又は前記半導体レーザの交換を勧める信号を出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体レーザの劣化兆候検出装置。
【請求項５】
前記第３の時刻における前記光出力に関する情報と前記第１の時刻における前記光出力に関する情報とに大きな変化がなく、前記第４の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報と前記第２の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報とに大きな変化がある場合に、
前記出力部は、前記半導体レーザの劣化が近いことを示す信号、又は前記半導体レーザの交換を勧める信号を出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体レーザの劣化兆候検出装置。
【請求項６】
前記第３の時刻における前記光出力に関する情報と前記第１の時刻における前記光出力に関する情報とに大きな変化がなく、前記第４の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報と前記第２の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報とに大きな変化がない場合に、
前記出力部は、前記半導体レーザの劣化が無いことを示す信号を出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体レーザの劣化兆候検出装置。
【請求項７】
前記第３の時刻における前記光出力に関する情報と前記第１の時刻における前記光出力に関する情報とに大きな変化があり、前記第４の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報と前記第２の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報とに大きな変化がない場合に、
前記出力部は、前記半導体レーザの設置環境のチェックや故障のチェックを勧める信号を出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体レーザの劣化兆候検出装置。
【請求項８】
前記第３の時刻における前記光出力に関する情報と前記第１の時刻における前記光出力に関する情報とに大きな変化がないとは、使用環境温度の変化範囲内で光出力が変化することを意味することを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体レーザの劣化兆候検出装置。
【請求項９】
前記第３の時刻における前記光出力に関する情報と前記第１の時刻における前記光出力に関する情報とに大きな変化がないとは、光出力の変化が１０％以内であることを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体レーザの劣化兆候検出装置。
【請求項１０】
前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報とは、前記半導体レーザの発振しない状態での発光強度プロファイルの半値幅であり、
前記第４の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報と前記第２の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報とに大きな変化があるとは、前記半値幅が規定値を下回ることであることを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体レーザの劣化兆候検出装置。
【請求項１１】
前記半導体レーザは、表面に反射率分布を有している半導体レーザであり、
前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報とは、表面反射率が低い領域の前記半導体レーザの発振しない状態での発光強度プロファイルの積分値であり、
前記第４の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報と前記第２の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報とに大きな変化があるとは、前記積分値が規定値を下回ることであることを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体レーザの劣化兆候検出装置。
【請求項１２】
前記半導体レーザは、傾斜基板上に形成された半導体レーザであって、
前記第２検出部が取得する、前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布の方向は、少なくとも前記傾斜基板の傾斜している方向を含んでいることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の半導体レーザの劣化兆候検出装置。
【請求項１３】
前記第４の時刻は、前記第３の時刻より前の時刻であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の半導体レーザの劣化兆候検出装置。
【請求項１４】
前記第２の時刻は、前記第１の時刻より前の時刻であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の半導体レーザの劣化兆候検出装置。
【請求項１５】
第３の時刻における半導体レーザの光出力に関する情報を取得する工程と、
前記第３の時刻とは異なる第４の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での発光パターンの強度分布に関する情報を取得する工程と、
前記第３の時刻における前記光出力に関する情報と、前記第３の時刻と前記第４の時刻より前の第１の時刻における前記光出力に関する情報と、を比較する第１比較工程と、
前記第４の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報と、前記第３の時刻と前記第４の時刻より前で、前記第１の時刻と異なる第２の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報と、を比較する第２比較工程と、
前記第１比較工程と前記第２比較工程の結果に基づいて、前記半導体レーザの劣化の状態を判定する工程と、
を有することを特徴とする半導体レーザの劣化兆候検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザが使用条件を満たさなくなる前に、その劣化の兆候を検出する半導体レーザの劣化兆候検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信・記録・センサ・電子写真露光等様々な分野で半導体レーザデバイスが使用されている。また、今後は特に医用分野への応用も多くなると予想される。
このような状況の中で、寿命が長期間にわたり安定しているデバイスがますます求められる。
また、万が一故障したとしても、デバイスを迅速に交換できるシステム、更にはロスタイムのない機器の使用が可能であることが要求される。このため、デバイスが故障する前にその状況を検知可能な装置が求められる。
そこで、デバイスが使用条件に満たなくなる前に、それを予兆する必要が生じる。
【０００３】
デバイスが使用条件を満たさなくなる変化を検出する方法として、特許文献１では光出力の値をモニタし、ある基準値を超えたら対応をとるようにした光通信用光源が提案されている。
図９に、特許文献１で開示されている１つの構成を示す。
特許文献１の方法によると、各面発光レーザからの出力光を常時モニタし、その出力低下が予め設定されている閾値を下回った時点を制御回路１９において判断し、切換回路２０の作動により別の面発光レーザを駆動する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７８６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが上記光出力の変化だけを元にした方法によると、特に光出力が環境温度に敏感な変化を示す場合には、劣化を検出することができず、また、劣化していないのに劣化と判断してしまう可能性がある。
また、全ての適用に対して切換素子を近くに用意しておくことは、デバイス配置のスペースやコストの観点等から困難な場合がある。
【０００６】
以下に、これらの課題について図を用いて更に具体的に説明する。
図４は、ある半導体レーザデバイスの環境温度に対する光出力の電流値依存性の初期特性を示した図である。
図４によると、デバイスが劣化していない初期特性であっても、周囲の環境が例えば５０℃から６０℃に変化すると、電流値Ａでの光出力はおよそ１０％低下する。
従って、光出力の値をモニタし、ある基準値を超えたら対応を取る、例えばデバイスを交換する、とすると、デバイスは劣化しておらず、まだ使用が可能な状況にも関わらず交換をすることになり、コストや小型化の面で好ましくない。
一方、デバイスが劣化しており、光出力が急激に落ちている過程であっても、例えば環境温度が５０℃から４０℃に変化すると、図４より電流値Ａでの光出力はおよそ１０％増加する。
ここで、実際の増加量は劣化状態での温度特性となり、劣化状態での温度特性が初期特性から変化している場合には、図４からは正確には算出されるものではないため、この値は参考値となる。
劣化過程のデバイスの温度特性が、この増加分より少なかった場合は、劣化が検知できないことになり、そのためデバイスの交換時期が遅れ、結果的に装置が使用できないロスタイムが生じてしまう可能性が高くなる。
【０００７】
ここで図３に、一定温度環境下における電流値一定の駆動条件での半導体レーザデバイスの光出力変化を示す。
図３の実線１０１は、一定電流値で駆動した際の光出力の時間変化を示している。
図３によると、光出力の変化は使用開始初期から長い間安定しているが、ある時期が来ると光出力が緩やかに減少し、更に時間が経過するに従い光出力が急激に減少する。
図３において一点鎖線１０２で示した光出力が急激に低下する期間を、本明細書中では光出力急激低下時期と呼ぶ。
この時期はデバイスが急激に劣化している時期でもある。
デバイス使用条件の光出力値が１０４であった場合、時刻Ｔｌ’以降は装置が使用できない条件となってしまう。
そこで、１０４より高い光出力値である１０３を、デバイス劣化の閾値とすると、従来の方法では、光出力が１０３を切った時刻Ｔｌとなった際に、デバイス劣化を検出する。
この時期は既に光出力急激低下時期に入っているため、劣化対応の時間的余裕が非常に少ない。デバイス劣化を検出してから対応までの時間が（Ｔｌ’−Ｔｌ）よりも長くなってしまうと、装置が作動できない期間が生じてしまう。
【０００８】
一方、より早期に劣化を検出するため、劣化を検知する基準値１０３を、初期の安定している光出力に近付けた場合、検知すべき光出力の差分は、上述のように温度変化などの劣化以外の要因による光出力変動より小さくなる。
そのため、実際には劣化による小さな光出力を早期に検出して劣化の兆候をとらえることは非常に難しくなる。
このように光出力の変化だけを元にした方法では、劣化が検知できるタイミングは光出力急激低下時期に入ってしまうため、劣化デバイスを交換する時期において装置が動かせず、タイムラグが生じてしまう。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑み、半導体レーザが使用条件を満たさなくなる前に、該半導体レーザの劣化の兆候を検出するに当たり、光出力が急激に低下する期間よりも前に、その劣化の兆候の検出が可能となる半導体レーザの劣化兆候検出装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体レーザ装置は、半導体レーザの光出力に関する情報を取得する第１受光部と、前記半導体レーザの発振しない状態での発光パターンの強度分布に関する情報を取得する第２受光部と、第１の時刻における前記光出力に関する情報と、前記第１の時刻とは異なる第２の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報と、を保持する保持部と、前記半導体レーザの劣化の状態を判定する判定部と、前記判定部からの信号を出力する出力部と、を有し、前記判定部は、前記第１受光部で取得された、前記第１の時刻と前記第２の時刻より後の第３の時刻における前記光出力に関する情報と、前記保持部で保持された、前記第１の時刻における前記光出力に関する情報と、を比較し、かつ、前記第２受光部で取得された、前記第１の時刻と前記第２の時刻より後の、前記第３の時刻と異なる第４の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報と、前記保持部で保持された、前記第２の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報と、を比較することにより、前記半導体レーザの劣化の状態を判定することを特徴とする。
また、本発明の半導体レーザの劣化兆候検出方法は、第３の時刻における半導体レーザの光出力に関する情報を取得する工程と、前記第３の時刻とは異なる第４の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での発光パターンの強度分布に関する情報を取得する工程と、前記第３の時刻における前記光出力に関する情報と、前記第３の時刻と前記第４の時刻より前の第１の時刻における前記光出力に関する情報と、を比較する第１比較工程と、前記第４の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報と、前記第３の時刻と前記第４の時刻より前で、前記第１の時刻と異なる第２の時刻における前記半導体レーザの発振しない状態での前記発光パターンの強度分布に関する情報と、を比較する第２比較工程と、前記第１比較工程と前記第２比較工程の結果に基づいて、前記半導体レーザの劣化の状態を判定する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、半導体レーザが使用条件を満たさなくなる前に、該半導体レーザの劣化の兆候を検出するに当たり、光出力が急激に低下する期間よりも前に、その劣化の兆候の検出が可能となる半導体レーザの劣化兆候検出装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明における発振しない状態での発光パターンの強度分布に関する情報を元に、光出力急激低下時期より前に、デバイスの急速劣化を予測する判断の手順を説明する図。
【図２】本発明の実施例１における構成例を説明する図。
【図３】本発明の課題を説明するための、一定温度環境下における電流値一定の駆動条件での半導体レーザデバイスの光出力変化を示す図。
【図４】本発明の課題を説明するための、ある半導体レーザデバイスの環境温度に対する光出力の電流値依存性の初期特性を示した図。
【図５】本発明を説明するための、発振しない状態の発光パターンのプロファイル変化と光出力変化とのタイミングの違いを示す図。
【図６】本発明における、光出力に関する情報と発光プロファイルに関する情報との比較判断を、４つの場合に分けて説明する図。
【図７】本発明における、光出力変化が小さく、発光プロファイル変化も小さい場合の一例について説明する図。
【図８】本発明における、光出力変化が小さく、発光プロファイル変化が大きい場合について説明する図。
【図９】従来例である特許文献１におけるレーザの駆動方法を説明する図。
【図１０】本発明の実施例２における発光プロファイル像と表面反射率を示す図。
【図１１】本発明の実施例１における光出力の時間変化を示す図。
【図１２】本発明の実施例１における光出力急激低下時期直前の各種フィルタを通した発光パターン像を示す図。
【図１３】本発明の実施例１における光出力急激低下時期直前の各種フィルタを通した発光パターン像を示す図。
【図１４】本発明の実施例１における光出力急激低下時期直前の各種フィルタを通した発光パターン像を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上記した従来例の課題を解決するため、我々は鋭意検討した結果、光出力の変化よりも、発振しない状態での発光パターンのプロファイルの方が、デバイスの光出力急激低下時期に関連した変化が早く生じることを見出した。
本発明は、上記知見に基づき、半導体レーザが使用条件を満たさなくなる前に、その劣化の兆候を検出する半導体レーザの劣化兆候検出装置をつぎのように構成したものである。すなわち、使用条件での光出力に関する情報に加え、発振しない状態での発光パターンの強度分布に関する情報を元に、光出力急激低下時期より前に、デバイスの急速劣化を予測するように構成した。
ここで、本発明における発光パターンには、遠視野像ではなく、近視野像が用いられる。
【００１４】
図５に、発振しない状態の発光パターンのプロファイル変化と光出力変化とのタイミングの違いを示す。
それぞれ、劣化を検出する基準値を、初期の値からの一定の割合とし、それを１０３とすると、光出力が基準値１０３を下回るのは、時刻Ｔｌであるのに対し、発光パターンのプロファイル変化１１０は、時刻Ｔｐとなる。
この差分Ｔｌ−Ｔｐだけ、デバイスの劣化に対する検知を早く行うことが可能となる。
【００１５】
発振しない状態の発光パターンのプロファイル変化が、光出力変化よりも早く生じる正確な理由は明らかではないが、次のように考えている。
半導体レーザデバイスが発振している状態と比べ、発振しない状態での発光パターンは、共振している際のモードの影響を考えることなく、活性層中の電流注入部分の発光状態を光強度分布としてより簡便に把握することが可能である。
劣化の開始場所の候補の一つとして、電流注入領域の端が挙げられる。特に、電流狭窄型レーザの場合は、電流注入領域の端に電流が集中するため、デバイス劣化の開始点となることが予想される。
また、電流狭窄のため、周囲に異なる組成の物質を配置する、歪を発生させる等のプロセスを行っており、電流注入領域周辺の物性が不連続であるため、劣化開始点が発生しやすいことが考えられる。
このように、電流注入領域の端が劣化の開始点となる場合、発振状態では、特に基本モードが支配的な場合は影響が起こりにくく、見えにくい。
一方、電流注入領域全体の状態が把握しやすい発振しない状態での発光パターンプロファイルでは、電流注入領域の端の状態も見えやすいため、光出力急激低下時期より前に変化の兆候が現れると考えている。
【００１６】
つぎに、発振しない状態での発光パターンの強度分布に関する情報を元に、光出力急激低下時期より前に、デバイスの急速劣化を予測する判断の手順を、図１を用いて説明する。まず、基準となる所定の時刻Ｔ１において、半導体レーザ２０１からの光出力を光出力受光部２０３で検出する。
また、発振しない状態での発光プロファイルを発光プロファイル受光部２０２で検出する。光出力と発光プロファイルの検出はどちらが先でも後でも良いが、発光プロファイルはレーザ２０１の発振しない状態で取得するため、先に光出力を測定し、その際に発振閾値を検出しておくと効率がよい。
時刻Ｔ１での光出力に関する情報と、発光プロファイルに関する情報を、Ｔ１データ保持部２０４にて保持しておく。
【００１７】
ここで、時刻Ｔ１とは、デバイスの基準となるデータが取得できる時刻であればいつでも良い。デバイス使用開始からしばらく通電し特性が安定した初期の時刻であることが好ましい。
また、光出力に関する情報としては、つぎのような値を選択できる。
すなわち、レーザ２０１への供給電流値を一定としたときの光出力の値、レーザ２０１へ供給する電流値を変化させそれに伴い変化する光出力の値、レーザ２０１からの光出力が一定になるよう駆動電流値を調整するときの駆動電流値、等が選択できる。
ここで、駆動電流値を光出力に関する情報とする場合には、図１の構成の他、光出力受光部２０３からのデータによりレーザ２０１への供給電力を調整する駆動回路が必要となる。
この駆動回路からの駆動電流値が、光出力に関するデータとしてＴ１データ保持部２０４に保持される。
【００１８】
発光プロファイルは、レーザ２０１に対し、発振閾値未満の電流値を注入した状態でプロファイル受光部２０２にて発光プロファイルを測定する。
プロファイル受光部２０２は、レーザ２０１における発光領域の２次元或いは１次元の強度が取得できる受光機構であり、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等のセンサや、フォトディテクタアレイ等を選択することができる。
発光プロファイルに関する情報としては、つぎのようなものを選択できる。
すなわち、レーザ２０１の発光領域全体の光強度プロファイル、レーザ２０１の発光領域中心を通る光出力断面強度分布、レーザ２０１の発光領域中心を通る光出力断面強度分布の半値幅、レーザ２０１の発光領域において外側部分の強度の積分値、等を選択できる。この際、断面強度分布を選択する場合は、発光プロファイル変化が見えやすい方向を選択する。
例えば、傾斜基板を用いたレーザの場合、傾斜方向と平行な方向から変化が生じるため、断面の方向を傾斜方向に関連して決定することが好ましい。方向に関しての詳細は後述する。
【００１９】
次に、Ｔ１＜Ｔｎである時刻Ｔｎにおいて、レーザ２０１からの光出力と発光プロファイルを、光出力受光部２０３、プロファイル受光部２０２により検出する。
Ｔ１、Ｔｎデータ比較部２０５に、少なくとも１回以上の時刻Ｔｎにおける光出力に関する情報と発光プロファイルに関する情報、Ｔ１データ保持部２０４から時刻Ｔ１における情報が送られる。これらの情報を比較することにより、時刻Ｔｎでのレーザ２０１の状態を判断する。
判断結果が信号出力部２０６に送られ、適切な信号を出力する。
【００２０】
ここで、情報の比較判断の方法を、図６を用いて説明する。
まず、光出力に関する情報において、時刻Ｔ１、Ｔｎの比較を行う。それにより、変化が大きい場合、小さい場合に判断が分けられる。
ここで、デバイスの初期特性において使用環境での温度変化範囲での変化内であれば変化が小さい、それ以上であれば変化が大きいと判断する。
例えば、図４で示した特性のデバイスの場合、使用環境温度が５０℃〜６０℃の範囲内であれば、電流値Ａでの光出力変化が１０％以内であれば変化が小さい、それより大きければ変化が大きいと判断する。
【００２１】
次に、発光プロファイルに関する情報において、時刻Ｔ１、Ｔｎの比較を行う。それにより、変化が大きい場合、小さい場合に判断が分けられる。
光出力変化が小さく、発光プロファイル変化も小さい場合の一例を、図７に示す。
図７（ａ）には時刻Ｔ１とＴｎでのデバイスの注入電流に対する光出力の特性を、図７（ｂ）には時刻Ｔ１とＴｎでのデバイス発光プロファイルの断面データを示す。
図７（ａ）から、使用条件である電流値Ｂでの光出力変化は、殆どないことが分かる。
図７（ｂ）より、発光プロファイルの変化も殆どないことが分かる。この場合、素子は正常な状態である。
光出力急激低下時期はまだ先のため、そのままの状態で使用し続けることが可能である。この際、信号出力部は、「正常」、「劣化なし」等の信号を出力する、或いは信号を出さない処理を行う。
【００２２】
光出力変化が小さく、発光プロファイル変化が大きい場合の一例を、図７と同様図８に示す。
図８（ａ）からは、図７と同様、使用条件である電流値Ｃでの光出力変化は殆どないことが分かる。
一方、図８（ｂ）より、発光プロファイルの断面データが大きく異なっていることが分かる。
この例では、時刻Ｔ１と時刻Ｔｎでは、断面データの半値幅は２３％減少している。この場合は、光出力急激低下時期が迫っている状態である。この際、信号出力部は「劣化近い」、「素子交換必要」、「そろそろ劣化」等、適切な信号を適切な場所へ送信する。
【００２３】
光出力変化が大きいが、発光プロファイル変化が小さい場合、素子は光出力急激低下時期にはまだなっていない。環境温度が想定よりも大きく変化したため、光出力変化が大きくなってしまったことが想定される。
この場合には、設置環境やレーザデバイス搭載装置内他の部品に故障がないかをチェックする。
また、レーザデバイスへの注入電流値を調整することで、使用光出力を得ることができる。この際、信号出力部は「内部環境チェック」、「内部温度チェック」等の信号を送信する。
【００２４】
光出力変化が大きく、発光プロファイル変化も大きい場合、デバイスは既に図３で示した光出力急激低下時期１０２の状態となっている。
この場合には早急にデバイス交換が必要である。交換までの間は装置が使用できない、または劣化に気付かない場合は本来の性能が出ないまま装置を使うこととなる。
Ｔｎの測定間隔を狭めることにより、このような状況になる前に検出することが可能となる。
この際、信号出力部は「素子故障」、「素子劣化」、「すぐに交換」等の信号を送信する。
【実施例】
【００２５】
以下の実施例により、本発明におけるデバイスの光出力急激低下兆候の有無を判断するための、発振しない状態での発光パターンプロファイル取得、比較方法の具体例について説明する。
【００２６】
［実施例１］
本実施例では発振しない状態での発光プロファイルを取得する方法として、透過波長制限フィルタを通したプロファイルを取得する場合について説明する。
透過波長制限フィルタとは、一定波長領域のみ透過するバンドパスフィルタ、一定波長以上を透過するロングパスフィルタ、一定波長以下を透過するショートパスフィルタ、等の波長フィルタが含まれる。
【００２７】
図２に、本実施例の構成を示す。
半導体レーザ２０１と、プロファイル受光部２０２との間に、フィルタ２１０が設置されている以外は、図１の構成と同じである。
フィルタ２１０の透過波長選択としては、特に活性層の発光波長を除いた波長帯のフィルタを用いることで、光出力急激低下時期より前の発光プロファイルパターン変化をより高いコントラストで検出することができる。
また、共振器の反射鏡としてＤＢＲミラーを利用しているデバイスの場合、活性層の発光強度分布の裾がある波長領域、かつ、このＤＢＲミラーの反射率が９０％以下である波長領域を透過するフィルタを選択する。これにより、光出力急激低下時期より早い段階での変化を検出できる。
例えば、活性層の発光波長を６６８ｎｍと設定すると、フィルタ２１０としては、６６０，６５０，６４０ｎｍを中心波長とし、つぎのようなフィルタを用いることができる。
すなわち、透過波長半値幅１０ｎｍの波長域を透過するバンドパスフィルタ、６６０〜６００ｎｍの各種ショートパスフィルタ、７００ｎｍ以上の各種ロングパスフィルタ、等を用いることができる。
【００２８】
図１２、図１３、図１４に、我々が作製したデバイスにおいて、光出力急激低下時期直前の各種フィルタを通した発光パターン像を示す。
フィルタの種類はそれぞれ、
（ａ）６００ｎｍショートパス、
（ｂ）６４０ｎｍバンドパス、
（ｃ）６５０ｎｍバンドパス、
（ｄ）６５０ｎｍショートパス、
（ｅ）６６０ｎｍバンドパス、
（ｆ）７００ｎｍロングパス、
（ｇ）６８０ｎｍバンドパス、
（ｈ）６９０ｎｍバンドパス、である。
ＤＢＲミラーの反射率が９０％を超えている波長帯での透過像である（ｇ）、（ｈ）と、反射率が９０％以下の波長帯での透過像である（ａ）〜（ｆ）では、像のコントラストや見え方が異なる。
ＤＢＲミラーの反射率が９０％以下である（ａ）〜（ｆ）において、光出力変化よりも早い段階での変化を検出することができる。
【００２９】
フィルタの波長域選択として、ＤＢＲミラーの反射率が９０％以下でかつ活性層の発光波長領域により近い波長を含む波長領域を選択することが、少ない注入電流量で像が取得できるため、より好ましい。
本例の場合は、６５０ｎｍバンドパスフィルタ、ショートパスフィルタを用いることで、注入電流量が５０ｕＡ程度と低くてもプロファイル像取得が可能であるため、測定のための寿命への影響を最小限に抑えることが可能である。
【００３０】
フィルタ２１０を介さず、光出力受光部２０３にて、レーザ２０１の光出力に関する情報を取得する。
次に、発振閾値未満の注入電流において、フィルタ２１０を透過させてプロファイル受光部２０２にて、発光プロファイルパターンを取得する。
時刻Ｔ１でのそれぞれのデータをＴ１データ保持部で保管しておき、時刻ＴｎでのそれぞれのデータとＴ１、Ｔｎデータ比較部２０５にて比較する。
本実施例では、発光パターンプロファイルに関する情報を、発光強度分布（発光強度プロファイル）の半値幅とする。光出力に関する情報においてＴ１とＴｎで大きな変化がないときに、発光パターンプロファイルにおいて時刻Ｔ１での半値幅を基準とし、時刻Ｔｎでの半値幅が２０％以上低下したところを、光出力急激低下兆候が有る、とする。
本実施例では、上記のように発光パターンプロファイル変化が所定の規定値である２０％以上低下したところを光出力急激低下兆候があるとしたが、この値は状況に応じて決定することができる。
劣化素子交換が短時間に可能な場合は、この値をより大きく設定できるし、劣化素子の交換に時間を有する場合はより小さく設定することが可能である。
但し、測定環境や位置の誤差の影響を小さくするためには、１０％以上とすることが好ましい。
【００３１】
発光パターンプロファイルの変化は、レーザ２０１の劣化開始部に応じて表れると予想される。
レーザ２０１が傾斜基板を用いている際は、デバイス劣化の開始は傾斜方向に関係する傾向が見られるため、発光パターンプロファイル強度分布の半値幅としては、この方向の強度を使用すると、より変化が早く顕著に表れる。
ここで傾斜基板とは、基板の面方位に対して、指定された方向にある角度傾いた面が表面となっている基板のことを呼ぶ。
例えば、ＧａＡｓ（１００）面に対し、＜１１１Ａ＞方向に１０°傾斜した基板上に形成されたレーザ２０１の場合、この＜１１１Ａ＞方向での断面発光プロファイルを参照することで、光出力急激低下兆候に関する変化がより早く、顕著に表れる。
【００３２】
一例として、我々の作製したレーザデバイスにおける光出力の時間変化を図１１に示す。駆動の条件は、環境温度６０℃、電流値一定駆動である。この電流値条件は、実使用条件のおよそ１００倍の加速条件である。
このデバイスにおいて、実使用条件を１ｍＷとすると、６５０ｎｍショートパスフィルタを通した発光パターンプロファイルの半値幅変化が２０％低下した時点から使用条件を満たさなくなるまではおよそ１００時間である。
つまり、劣化デバイス交換のため、およそ４日の余裕が得られる。従って、発光パターンプロファイル変化により検知した時点で、装置メンテナンス部門に信号出力部２０６から信号を送付する。
これにより、休日を含めても余裕を持った、効率的なデバイス交換日程を組むことが可能となる。
【００３３】
［実施例２］
実施例２では、図１、２における半導体レーザ２０１が、表面に反射率分布を有している構成例について、図１０を用いて説明する。
使用モードとして、基本モードが望まれる場合は、発振モードを基本モードに制限するため、光出力面において高次モードの強度が強い部分の反射率を落とすことにより、高次モードにロスを与える方法が取られることがある。
【００３４】
図１０（ａ）にこのデバイスの発振しない状態での発光プロファイル像を、図１０（ｂ）に対応する表面反射率を示す。
図１０（ａ）では、発光領域を５０１で、反射率境界を５０２で示す。
発振しない状態での発光プロファイル像では、高反射率である中心部分、つまり反射率境界５０２の内側が暗く、低反射率である発光領域内の周囲の部分、つまり発光領域５０１の内側かつ反射率境界５０２の外側が明るく見える。
このようなデバイスにおいては、光出力急激低下の兆候有無を判断する方法として、発光パターンのプロファイルデータとしては、表面反射率が低い領域を参照する。
【００３５】
時刻Ｔ１での基本データを取得した後、時刻Ｔｎにおいて光出力情報、発光プロファイル情報を取得する。本実施例において、発光プロファイル情報とは、上記に記載した表面反射率が低い領域における発光強度の積分値とする。
時刻Ｔ１、時刻Ｔｎでの光出力に大きな変化が認められない場合、時刻Ｔ１に比べて時刻Ｔｎでの発光強度の積分値低下が１０％以内であれば、このデバイスは正常であり、光出力急激低下時期はまだ先である。
一方、積分値低下の割合が大きくなると、光出力急激低下時期が近づいていると判断できる。
【００３６】
半導体レーザ２０１が傾斜基板を用いている場合は、実施例１の記載と同様、この傾斜方向強度の発光プロファイル変化を使用することで、より変化が早く顕著に表れる。図１０（ａ）では、傾斜方向を線５０３で示している。
この線を通る断面のプロファイル変化を参照することで、デバイス光出力急激低下の兆候有無をより早く効果的に検出することができる。
一例として、発光パターンプロファイル積分値の変化は、我々の作製した発光デバイスにおいて、使用条件が６０℃、１ｍＷの場合では、積分値変化が３５％低下した時点から使用条件を満たさなくなるまではおよそ１００時間である。
つまり、劣化素子の交換のため、およそ４日の余裕が得られる。従って、発光パターンプロファイル変化により検知した時点で装置メンテナンス部門に信号出力部２０６から信号を送付することにより、休日を含めても余裕を持った、効率的なデバイス交換日程を組むことが可能となる。
【符号の説明】
【００３７】
２０１：半導体レーザ
２０２：発光プロファイル受光部
２０３：光出力受光部
２０４：Ｔ１データ保持部
２０５：Ｔ１、Ｔｎデータ比較部
２０６：信号出力部
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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