(57)【要約】  半導体レーザによって発生された出力ビームの強度を変調するためのシステム及び方法がともに提供される。例示的システムは、パルスレーザ光ビームを発生するレーザに接続されたパルス電流源及び、パルスビームを受け取る入力及び制御パルス信号で制御された出力を有する、外部変調器を備え、外部変調器出力によって送り出される出力ビームはレーザにエネルギーを供給するパルス電流と外部変調器の制御信号の間の相対位相角を時間に関して変えることによって変調される。外部変調器は定位相を有するゲート信号で出力が制御される強度型変調器とすることができ、レーザにエネルギーを供給するパルス電流源は、簡易な構造を有する外部変調器により出力ビームを変調するために、位相可変とすることができる。システム及び方法はいずれもＤＦＢレーザに適合できる点で有利であり、定デューティサイクルを有するパルス電流でレーザにエネルギーを供給することにより波長ドリフト及びその結果生じる熱誘起パターン発生効果を回避する。
2009518858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザによって発生される出力ビームの強度を変調するためのシステムにおいて、
パルスレーザ光ビームを発生する前記レーザに接続されたパルス電流源、及び
制御パルス信号によって制御される外部変調器であって、（ｉ）前記パルスビームを受け取る入力及び（ii）変調された出力ビームを供給する出力を有する、外部変調器、
を備え、
前記出力ビームが前記パルス電流と前記制御信号の間の相対位相角を時間に関して変えることによって変調されることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記パルス電流及び前記制御信号がともに定デューティサイクルを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記パルス電流と前記制御信号の間の前記相対位相角が時間に関して変化して前記出力ビームを変調することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
（ｉ）前記パルス電流の位相角が時間に関して変化して前記出力ビームを変調し、及び／または（ii）前記制御信号の位相角が時間に関して変化して前記出力ビームを変調することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記パルスビームが、（ｉ）二次高調波発生器を介して間接的に前記外部変調器に送られるか、あるいは（ii）前記外部変調器に直接送られ、前記変調出力ビームが二次高調波発生器に結合されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記パルス電流が定５０％デューティサイクルで動作することを特徴とする請求項１または１１に記載のシステム。
【請求項７】
前記制御信号が定５０％デューティサイクルで動作することを特徴とする請求項１または１１に記載のシステム。
【請求項８】
前記レーザがＤＦＢ固体レーザ及びＤＢＲ固体レーザの内の１つであることを特徴とする請求項１または１１に記載のシステム。
【請求項９】
前記外部変調器が強度変調器及び波長変調器の内の１つ、ビデオコンポーネントまたは電界吸収型変調器であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記パルス電流及び前記ゲート信号に対するビット期間が５００ｎｓより短いことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
半導体レーザによって発生される出力ビームの強度を変調するためのシステムにおいて、
パルスレーザ光ビームを発生する前記レーザに接続された可変位相パルス電流源、及び
（ｉ）前記パルスレーザ光ビームを受け取る入力及び（ii）出力ビームを供給する、定位相を有するゲートパルス信号によって制御される出力を有する、外部強度変調器、
を備え、
前記出力ビームが前記ゲート信号の前記定位相に対する前記パルス電流の位相角を時間に関して変えることによって変調されることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
あるソースで発生され、前記パルスレーザ光ビームがパルス状に変動する強度及び一定波長を有し、前記出力ビーム変調の結果、特定の波長の出力強度のパルス幅の変調が得られることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、フー（HU）等によって２００４年１２月３日に出願され、コーニング社（Corning, Inc.）に譲渡された、米国特許出願第１１/００２９７８号の一部継続出願である。
【技術分野】
【０００２】
本発明は全般的には半導体レーザの変調に関し、さらに詳しくは、望ましくない熱誘起波長ドリフトがない、分布帰還型（ＤＦＢ）または分布ブラッグ反射器型（ＤＢＲ）の半導体レーザを変調するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザには、コンピュータスクリーン及びテレビジョン等のような、ディスプレイ技術において特に実用性がある。そのようなディスプレイにおいて、レーザは、様々な組合せで混合されてカラー映像を提供する３原色（赤、青、緑）を発生する。それぞれのレーザの出力ビームは、スクリーン面内でラスタースキャンさせることができ、あるいは静止していることができて、映像（例えば、映画フィルムまたは画像を含む空間光変調器）を形成するピクセルを光照射するために用いることができる。優れた輝度特性を有するビームを供給できるレーザの能力は、白熱電球を利用するプロジェクタに比較して、より効率が高く、優れた性能を示すプロジェクタをもたらす。
【０００４】
ＤＢＲレーザ及びＤＦＢレーザのような半導体レーザは、それらの出力ビームを有用な原色波長に高効率で変換できるので、レーザベースディスプレイに特に有用である。例えば、非線形結晶のような二次高調波発生（ＳＨＧ）デバイスのスペクトル中心に同調させた１０６０ｎｍＤＢＲまたはＤＦＢ半導体レーザは、５３０ｎｍビームの発生に用いることができる。これは、低コストで、小型であり高効率の非線形緑色光源を提供する。
【０００５】
一般に、ビデオディスプレイにかかわる技術について、高強度原色の発生に用いられる光パワーには、ほぼ５０ＭＨｚの基本周波数において変調され、消光比（すなわち、最高光パワーと最低光パワーの比）がほぼ４０ｄＢであることが必要である。そのような高変調速度と大消光比の組合せの実用的で経済的な達成は従来技術では困難であることがわかっている。
【０００６】
半導体レーザと二次高調波発生器（ＳＨＧ）の組合せで高速変調及び大消光比を達成するための従来技術の一手法は、半導体レーザの出力ビームの波長を高速で変調することである。そのような変調手法は、非線形ＳＨＧデバイスは一般に非常に狭い入りレーザ波長範囲だけを長波長光に変換できるという事実を利用する。動作において、半導体レーザビームの波長は非線形ＳＨＧデバイスの狭いスペクトル範囲をスキャンして、必要な強度変調を生じる。例えば、最大緑色パワーが必要であれば波長は非線形結晶の中心波長に同調されるが、１０ｎｓ後にゼロ緑色パワーが必要であれば波長はＳＨＧデバイスのスペクトル範囲の一方の外側または他方の外側にある中心波長に同調される。
【０００７】
図１Ａは従来のＤＢＲ半導体レーザ１００及び二次高調波発生（ＳＨＧ）デバイス１５０を簡略に示す。ＤＢＲ半導体レーザ１００は、ＤＢＲ部１１０，位相部１２０及び利得部１３０を有する。利得部１３０は、連続波（ＣＷ）電流が注入されると、レーザのための連続光パワーを発生する。ＤＢＲ部１１０に注入される電流はレーザから出力される波長を大きく変化させ、位相部１２０に注入される電流はレーザのビーム出力の波長を小さく変化させる。ＳＨＧデバイス１５０は半導体レーザ１００でつくられたビームを受け取り、ＳＨＧデバイス１５０の変換された波長（例えば緑）の出力強度はＤＢＲレーザ波長とＳＨＧデバイスのスペクトル中心のアライメントに依存する。ＳＨＧデバイス１５０からのビーム出力は次いでディスプレイスクリーンのような出力に導かれる。
【０００８】
図１Ｂは従来のＤＦＢ半導体レーザレーザ１６０及びＳＨＧデバイス１７０を簡略に示す。ＤＦＢ半導体レーザ１６０への電流注入によってレーザからの出力強度が制御され、ＳＨＧデバイス１７０が半導体レーザ１６０でつくられたビームを受け取る。変換された波長（例えば緑）の出力強度はＤＦＢ半導体レーザ１６０への電流入力に依存する。ＳＨＧデバイス１７０からのビーム出力は次いでディスプレイスクリーンのような出力に導かれる。
【０００９】
ＤＢＲ半導体レーザの出力波長を高速同調させるための最も簡単な手法は、ＤＢＲ半導体レーザ１００の利得部電流を連続かつ一定に維持しながら、ＤＢＲ部及び位相部に変調電流を注入することである。図２Ａに与えられる線図に示されるように、ビデオ信号には、信号のそれぞれのビット期間内で強度が１００％までの緑色光が必要になり得る。ビット期間幅はシステム周波数の逆数であり、例えば、ディスプレイスクリーン上のラスタースキャンの各ピクセル滞留時間である。図２Ａに示される例については、１００％の強度が可能な最高輝度の信号であり、０％の信号は無光である。すなわち、図２Ａに示されるように、第１ビット期間に必要なビデオ強度は１００％であり、強度は、第２ビット期間に対しては減じて０％になり、第３ビット期間に対しては高められて４０％になる。
【００１０】
従来のシステムでは、それぞれのビット期間において必要な強度に基づいて、ＤＢＲ部１１０に注入される電流がパルス幅変調される。すなわち、１ビット期間内で電流が「オン」である持続時間は、（図２Ａの最も上の波形に示される）そのビット期間におけるビデオ信号の強度に比例する。理想的には、（図２Ａの上から２番目の波形に示される）ＤＢＲ半導体レーザの出力の波長がキャリア誘起効果に基づいてシフトされて、ＳＨＧデバイス１５０に出力される。ＳＨＧデバイス１５０は、受け取ったビームに基づいて、図２Ａに示されるように、ディスプレイにとって理想的な強度の信号を有する変換されたビームを出力する。しかし、上述した単純な構図は、レーザへの電流注入によって生じる可能性がある、有害な熱効果を無視している。
【００１１】
同様に、ＤＦＢレーザについては、ＤＦＢレーザ１６０に注入される電流が、図２Ｂに示されるように、それぞれのビット期間に必要な強度に基づいてパルス幅変調される。理想的には、ＤＦＢ半導体レーザの波長は一定である。しかし、図２Ｂに示されるように、波長は温度にしたがって変化する。
【００１２】
一般に、ＤＢＲ半導体レーザのＤＢＲ部への電流注入はＤＢＲ半導体レーザ内に２つの効果を生じさせる。第１に、ＤＢＲ部により多くのキャリアを供給してキャリア密度を高め、レーザ内の屈折率を低める、キャリア効果が生じる。この結果、より短波長のビームが発生される。電流注入はＤＢＲ半導体レーザデバイスの温度を上昇させる加熱効果も生じさせる。さらに詳しくは、ゼロより大きい電流はＤＢＲ半導体レーザの温度を上昇させ、よって屈折率を高め、これはより長波長のビームの発生に寄与する。組み合せられたキャリア効果と熱効果によって合同波長シフトが生じる。大きな波長シフトを達成するに必要な大きな電流値に対しては、温度上昇はキャリア誘起波長シフトを減少させ、時には完全に逆転させるに十分に激しい。ＤＦＢレーザの場合には、電流注入がＤＦＢレーザ温度を変化させ、したがって波長を赤方シフトさせる（すなわち、より長い波長にシフトさせる）。
【００１３】
電流誘起熱効果の別の特徴は緩慢な波長変調プロセスをもたらすことである。レーザの温度を上昇させる熱効果は、ｎｓの応答時間を有するキャリア効果に対し、μｓ〜ｍｓの応答時間を有する。熱効果の度合いは、電流振幅及び、レーザにともなう、ヒートシンク条件にも依存する。熱効果の緩慢な応答は、１μｓよりかなり狭い、例えば２０ｎｓのパルス幅に対して波長が変化しないことを意味する。緩慢な熱効果の結果、平均加熱がパルスの幅に依存し、したがってビデオ信号のパターンに依存するため、望ましくないパターン発生効果が生じる。言い換えれば、ビデオ信号の特定のビットにおけるＤＢＲ半導体レーザまたはＤＦＢ半導体レーザの波長はそれより前のデータビットの履歴に依存する。
【００１４】
図２Ａ及び２Ｂは電流注入及びその結果の温度上昇がレーザの動作に有し得る効果を示す。レーザの温度上昇の結果生じる有害な効果も図２Ａ及び２Ｂの線図に示されている。特に、図２Ａにおいて、注入電流がＤＢＲ半導体レーザ１００のＤＢＲ部１１０に印加され、電流が定常的にオンである場合、ＤＢＲ温度は図２ＡのＤＢＲ温度波形によって示されるように上昇する。この結果、レーザからＳＨＧデバイス１５０に供給される実ＤＢＲ波長波形は歪められ、ＳＨＧデバイス１５０から得られる出力も歪められて、ＳＨＧデバイス１５０の出力において元のビデオ信号の所要強度は達成されないであろう。同じ有害な効果が、図２Ｂに示されるように、ＤＦＢ半導体レーザの動作にともなう。レーザ１６０からＳＨＧデバイス１７０に供給される実ＤＦＢ波長波形は歪められ、ＳＨＧデバイスから得られる出力も歪められるであろう。
【００１５】
半導体レーザ出力の変調の別の例は、先の段落で論じた波長の代りに出力強度を変調することである。変調電流がＤＦＢレーザの全長またはＤＢＲレーザの利得部に印加される。変調電流の高レベル振幅では高出力強度が得られ、振幅が小さくなると得られる出力強度は低下する。レーザ波長は理想的には一定に維持される。ＤＢＲレーザまたはＤＦＢレーザ及びＳＨＧを備える光システムの場合については、レーザ出力波長が一定であり、ＳＨＧのスペクトル中心に合せられていることが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
したがって、必要とされていることは、半導体レーザの出力またはそのようなレーザとＳＨＧの組合せの出力を、望ましくない熱パターン発生効果を続いて生じさせる温度ドリフトを生じさせずに、変調するための手法である。理想的には、そのような手法は、高ビットレートの情報を伝送できるように、１０ｎｓオーダーの挟パルス幅及び４０ｄＢの消光比に適合すべきである。最後に、そのような変調手法は、実施が容易かつ低費用であって、ＤＢＲレーザだけでなく、よりコストの低いＤＦＢレーザにも適合すべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、従来技術にともなう上述した欠点を克服する、半導体レーザで発生された出力ビームの強度を変調するためのシステム及び方法の両者である。この目的のため、本システムは一般に、パルスビームを発生するレーザに接続されたパルス電流源、並びにパルスビームを受け取る入力及び、出力ビームを送り出す、制御パルス信号によって制御される出力を有する外部変調器を備え、出力ビームはパルス電流と制御信号の間の相対位相角を時間に関して変えることによって変調される。比較的簡易で低費用の外部変調器を用いることができるように、パルス電流は位相可変であり、外部変調器の制御信号は定位相であることが好ましい。外部変調器は強度変調器または波長変調器とすることができるが、同じく簡易性及びコストの理由のため、強度型変調器が好ましい。
【００１８】
本発明のいくつかの実施形態にしたがえば、パルス電流及び制御パルス信号はいずれも一定の５０％デューティサイクルで動作することができる。さらに、パルス電流及び制御パルス信号のパルス幅は等しくすることができるが、変調された出力ビームの消光比を向上させるため、パルス電流のパルス幅は制御信号のパルス幅より若干狭くすることができる。
【００１９】
強度型外部変調器が用いられる場合、制御信号はゲート信号とすることができ、外部変調器は、反射ホイールまたは、光を反射するかまたは光を吸収する面を有する、定ｒｐｍで回転するプリズムのようなビデオコンポーネントとすることができることが利点である。
【００２０】
本発明はさらに、半導体レーザによって発生されるパルスビームの強度を外部変調器を用いて変調するための、（１）レーザにパルス電流を供給する工程、（２）制御パルス信号によって制御される出力を有する外部変調器の入力にパルスビームを受け取る工程、及び（３）外部変調器の出力によって送り出されるレーザ光を変調するためにパルス電流と制御パルス信号の間の相対位相角を変える工程を含む、方法を包含する。
【００２１】
システム及び方法はいずれも波長ドリフト及び、先に説明した、熱誘起パターン発生効果を排除し、比較的低コストのＤＦＢ半導体レーザに適合できることが利点である。
【００２２】
本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、当業者には、ある程度は説明から容易に明らかであろうし、あるいは記述及び添付される特許請求の範囲に説明され、添付図面にも示されるように、本発明を実施することによって認められるであろう。
【００２３】
上述の全般的説明及び以下の詳細な説明が本発明の例示に過ぎず、特許請求されるような本発明の本質及び特質の理解への概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は本発明のさらなる理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて、本明細書の一部をなす。図面は本発明の１つないしさらに多くの実施形態を示し、記述とともに本発明の原理及び動作の説明に役立つ。
【００２４】
本発明の上記及びその他の態様、特徴及び利点は、様々な図面を通して同様の参照数字が同じ要素を指す、添付図面に関して説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の例示的実施形態は、ＤＢＲ半導体レーザまたはＤＦＢ半導体レーザの高効率動作を可能にするため及び半導体レーザにともなう熱効果を軽減するための方法及び付随システムに関する。本明細書ではＤＢＲ半導体レーザまたはＤＦＢ半導体レーザに注入される電流と外部変調器への（本明細書ではゲートパルス信号とも称される）制御信号の相対位相角の制御に関して特定の実施形態が示され、説明されるが、そのようなシステム及び方法は、例えば、電流注入が有害な熱効果を生じさせ得るいかなる半導体レーザデバイスに対して適用しても有益であろうことが、当業者には当然である。
【００２６】
さらに、本発明のＤＢＲ半導体レーザ及びＤＦＢ半導体レーザはビデオ信号処理及びディスプレイに向けられる応用の範囲内で用いられるが、本開示は全般的に半導体レーザに関係する本発明のいかなる適合形または変形も包含することが目的とされている。例えば、本発明は、光データ記憶、映像再生、光通信、またセンシング機器等のような分野に用いることもできる。
【００２７】
以下の例示的実施形態の詳細な説明において、本明細書の一部をなし、本発明を実施することができる特定の例示的実施形態を例として示している、添付図面が参照される。これらの実施形態は当業者による本発明の実施を可能にするに十分に詳細に説明される。また、その他の実施形態を利用できること並びに本発明の精神及び範囲を逸脱せずに、論理的、機械的及び／または電気的な変更がなされ得ることは当然である。したがって、以下の詳細な説明は限定の意味にとられるべきではない。
【００２８】
本発明の例示的実施形態にしたがえば、図３Ａ及び３Ｂに全般的に示されるように、ビデオディスプレイシステム内でＤＢＲ半導体レーザまたはＤＦＢ半導体レーザへの位相変調電流注入を有効に用いることができる。
【００２９】
図３Ａにおいて、コントローラ３３０に信号を送るビデオプロセッサ３２０にビデオ信号３１０が入る。コントローラ３３０は、半導体ＤＢＲレーザまたは半導体ＤＦＢレーザ３５０に電流ＩＧを送り、外部変調器３６０（例えば音響光学変調器）に制御（ゲート）信号ＩＭ（例えば、変調電圧または変調電流）を送る、アナログドライバ回路３４０とインターフェースする。半導体レーザ３５０の出力は同様に外部変調器３６０を通してＳＨＧデバイス３７０に送られ、次いでディスプレイ３８０に表示される。同様に、図３Ｂにおいて、コントローラ３３０に信号を送るビデオプロセッサ３２０にビデオ信号３１０が入る。コントローラ３３０は、外部変調器３６０に電流ＩＭを送り、半導体ＤＢＲレーザまたは半導体ＤＦＢレーザ３５０に電流ＩＧを送る、アナログドライバ回路３４０とインターフェースする。半導体レーザ３５０の出力は初めにＳＨＧデバイス３７０に送られ、次いで外部変調器３６０を通り、次いでディスプレイ３８０に表示される。
【００３０】
さらに、例示的実施形態にしたがってＳＨＧデバイスが論じられるが、出力を供給するために別のタイプの波長選択デバイスを用いることができるであろう。例えば、受動光フィルタを用いることもできるであろう。受動光フィルタがレーザからの出力の波長を変換することはない。
【００３１】
図４ＡはＤＦＢレーザ（またはＤＢＲレーザの利得部）への電流及び外部変調器への制御信号（すなわちゲートパルス信号）の特徴を示す。図に示されるように、ＤＦＢレーザ（またはＤＢＲレーザの利得部）への電流パルスのデューティサイクルは固定されている。デューティサイクルはビット期間の総時間に対する電流が「オン」である時間の比（「オン」時間/[「オン」時間＋「オフ」時間]）である。ＤＦＢレーザへの熱負荷はそれぞれのビット期間について一定であり、この結果、ＤＦＢレーザ出力の波長は一定である。それぞれのビット期間におけるシステムの正味の出力強度は、ＤＦＢレーザへの電流パルスと外部変調器へのゲートパルス信号（すなわち制御パルス信号）の間の位相角差、すなわち次の図５に示されるように重なり積分によって決定される。外部強度変調器はＤＦＢ出力の波長を変えないから、システムの波長は一定であり、パターン発生効果を生じずに、ＳＨＧデバイスの中心波長に合せられる。ＳＨＧによる最大変換効率が常に実現される。
【００３２】
図５はＤＦＢ半導体レーザへの電流パルスと外部変調器へのゲートパルスの間の、重なり積分としても表される、位相差のグラフである。図５は半導体レーザ（例えばＤＦＢ半導体レーザ）の波長が１０６０ｎｍに一定に保たれ、位相差値が変化し、その結果、光ビーム強度の変化（変調）が生じることを示す。
【００３３】
図４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、ＤＢＲレーザまたはＤＦＢレーザ及び、位相差を生じさせ、その結果、最終出力の光強度変調を生じさせるための、外部変調器を用いる、本発明の様々な実施形態を示す。それぞれの実施形態において、外部変調器への制御信号（すなわちゲートパルス信号）は一定のデューティサイクルを有し、強度または波長を変調する。ＤＢＲレーザまたはＤＦＢレーザの強度または波長は、レーザ変調に対して位相角を変化させることは外部変調器への制御信号の位相角を変化させることよりも容易に実施されるかまたは費用がかからないから、位相差の調節を可能にする、ビット期間における時間遅延が可変の電流によって変調される。
【００３４】
レーザプロジェクションディスプレイのような、高速動作が必要な用途に対し、ＤＢＲレーザまたはＤＦＢレーザへの電流パルスはそれぞれのビット期間において位相が調節された高速ビデオ信号を搬送する。一定速度で単にオン／オフさせるために低コストで簡易な外部変調器が用いられる。ビデオディスプレイ用途に対しては、僅かな別コストしか総システムコストに付加されないように、第２の強度変調器を映像システムの一部とすることがおそらくできる。例えば、多くのレーザプロジェクションシステムに普及している多面体走査ミラーのそれぞれのファセットは、「良」（または「オン」）面及び「不良」（または「オフ」）面として作成することができる。「良」面に入射すると、光ビームは目標のディスプレイスクリーン上に向けられる。「不良」面に入射すると、光ビームは散乱、吸収、回折または反射によって失われる。別の例において、レーザビームの反射を５０％またはそれより低いデューティサイクルでオン／オフするために走査ミラーシステムに２位置ミラーを組み込むことができる。それぞれのビット期間において、所望の光強度を達成するためにＤＢＲレーザまたはＤＦＢレーザへの電流パルスの位相角が調節される。
【００３５】
図４Ａは本発明の一実施形態にしたがう差分変調方式にともなう特徴を示す。この実施形態においては、半導体レーザ及びＳＨＧデバイスがいずれも強度変調される（すなわち、これらのデバイスからの光ビームが強度変調される）。さらに詳しくは、この実施形態においてはＤＦＢ半導体レーザまたはＤＢＲ半導体レーザの利得部が電流パルスで変調される。ＤＦＢレーザまたはＤＢＲレーザの利得部への電流パルスのデューティサイクルは固定であるが、位相角は可変である。デューティサイクルが固定である結果、ＤＦＢレーザまたはＤＢＲレーザへの熱負荷が一定になり、出力波長が一定になる。デューティサイクルが固定で位相角が一定の制御（ゲート）パルス信号を用いて外部変調器（例えば音響変調器）が変調される結果、強度変調がおこる。ＤＦＢレーザまたはＤＢＲレーザの利得部の強度変調と外部変調器の強度変調の間の位相角差が最終ビーム出力の強度を決定する（すなわち、システムはレーザ、外部変調器及びＳＨＧデバイスとなるか、またはシステムはレーザ、ＳＨＧデバイス及び外部変調器となる）。位相角差が０°のとき、ＳＨＧ出力のパルス幅は、最大強度の１００％に対応する、ビット期間の５０％である。同様に、位相角差が９０°のとき、ＳＨＧ出力のパルス幅は、最大強度の５０％に対応する、ビット期間の２５％であり、位相角差が１８０°のとき、ＳＨＧ出力のパルス幅は、最大強度の０％に対応する、ビット期間の０％である。
【００３６】
図４Ｂは本発明の別の実施形態にしたがう差分変調方式にともなう特徴を示す。この実施形態においては、ＤＢＲ半導体レーザが波長変調され、外部変調器が強度変調される（すなわち、レーザによって供給される光ビームは変化する波長を有し、外部変調器は強度変調された光ビームを供給する）。さらに詳しくは、この実施形態において、用いられる半導体レーザはＤＢＲ半導体レーザである。ＤＢＲ半導体レーザにおいては、強度変調しかできないＤＦＢレーザと異なり、ＤＢＲレーザの波長及び強度は、それぞれレーザのＤＢＲ部への電流を変えること及びレーザの利得部への電流を変えることで、いずれも変調することができる。この実施形態において、ＤＢＲレーザの波長はデューティサイクルが固定され、位相角が可変の電流パルスを用いて変調される。これにより、一方はＢＤＲレーザのＤＢＲ部の「オン」電流に対応し、他方はＲＢＤレーザのＤＢＲ部の「オフ」電流に対応する、２つの異なる波長を発生させることができる。外部変調器の強度は、先の実施形態におけるように、固定デューティサイクル及び固定位相角で変調される。この実施形態は、ＳＨＧデバイスが波長弁別デバイスであって、レーザの「オン」電流に対応する波長を異なる所望の波長（例えば緑色光）に変換し、別のビーム波長に（すなわち「オフ」電流に）対応するレーザビームは変えられずにＳＨＧデバイスを通過するように設定されることを利用する。この結果、ＳＨＧデバイス出力は先の実施形態の結果と同様の光強度をもつ。ＤＢＲレーザの波長変調と外部変調器の強度変調の間の位相角差がＳＨＧデバイス後の出力の強度を決定する。位相角差が０°のとき、ＳＨＧ出力のパルス幅は、最大強度の１００％に対応する、ビット期間の５０％である。同様に、位相角差が９０°のとき、ＳＨＧ出力のパルス幅は、最大強度の５０％に対応する、ビット期間の２５％であり、位相角差が１８０°のとき、ＳＨＧ出力のパルス幅は、最大強度の０％に対応する、ビット期間の０％である。
【００３７】
図４Ｃは本発明のまた別の実施形態にしたがう差分変調方式にともなう特徴を示す。この実施形態においては、ＤＢＲ半導体レーザが強度変調され、外部変調器が波長変調される（すなわち、レーザによって供給される光ビームは変化する強度を有し、ＳＨＧデバイスとすることができる外部変調器は波長が変化する出力ビームを供給する）。さらに詳しくは、この実施形態において、用いられる半導体レーザはＤＦＢレーザまたはＤＢＲレーザである。ＤＦＢ半導体レーザまたはＤＢＲ半導体レーザの利得部は、図４Ａを参照して説明した態様と正確に同じ態様で、強度変調される。ＤＦＢレーザまたはＤＢＲレーザの利得部への電流パルスのデューティサイクルは固定であるが、位相角は可変である。固定デューティサイクルの結果、ＤＦＢレーザまたはＤＢＲレーザに対する熱負荷が一定になり、出力波長が一定になる。しかし、ＳＨＧ自体とすることができる外部変調器は固定デューティサイクル及び固定位相角によりレーザ出力の、強度ではなく、波長を変調する。ＳＨＧデバイス後に得られるレーザ強度は先の実施形態の強度と同じである。この実施形態は、ＳＨＧデバイスが波長弁別デバイスであって、外部変調器の「オン」信号に対応する波長を異なる所望の波長（例えば緑色光）に変換し、別のビーム波長に（すなわち「オフ」信号に）対応するレーザビームは変えられずにＳＨＧデバイスを通過するように設定されることを利用する。ＤＦＢレーザまたはＤＢＲレーザの利得部の強度変調と外部変調器の波長変調の間の位相角差が出力の強度すなわちＳＨＧ出力のパルス幅を決定する。位相角差が０°のとき、ＳＨＧ出力のパルス幅は、最大強度の１００％に対応する、ビット期間の５０％である。同様に、位相角差が９０°のとき、ＳＨＧ出力のパルス幅は、最大強度の５０％に対応する、ビット期間の２５％である。位相角差が１８０°のとき、ＳＨＧ出力のパルス幅は、最大強度の０％に対応する、ビット期間の０％である。
【００３８】
試験において、図６に示されるように、音響光学変調器（ＡＯＭ）７１０を外部強度変調器として用いた。ＤＦＢレーザ７００は、デューティサイクルが固定で位相角が可変の変調パルス電流を受け取る。強度変調された出力はＡＯＭ７１０で受け取られ、ＡＯＭ７１０においてレーザ出力は固定デューティサイクル及び固定位相で強度変調されて、変調出力７２０がつくられる。用いられる手順が図７に示される。初めに、ステップ８１０でビデオ信号が受け取られて処理される。次いで、ステップ８２０でビデオ信号にともなう光パワー、すなわち所要ビデオ強度が得られる。次いで、得られた強度に基づいて、ステップ８３０で位相差が決定される。次に、ステップ８４０でＤＦＢレーザに電流パルスが注入され、ステップ８５０で外部強度変調器に制御パルス信号（ゲート信号）が注入される。最後に、ステップ８６０で光ビームがＳＨＧデバイスを通過し、表示される。
【００３９】
いくつかの試験の結果が図８Ａ〜８Ｃ及び９Ａ〜９Ｃに示される。図８Ａ，８Ｂ及び８Ｃにおいては、先の図３Ａに示したそれぞれのデューティサイクルと同様に、ＤＦＢデューティサイクルは５０％であり、ＡＯＭデューティサイクルは５０％である。図８Ａにおいて位相角差は０°であり、図８Ｂにおいて位相角差は９０°であり、図８Ｃにおいて位相角差は１８０°である。図８Ｃにおいては、ＡＯＭの立ち上がり時間及び立下がり時間が理想的ではないことから出力光強度はゼロではない。図９Ａ，９Ｂ及び９Ｃにおいては、ＤＦＢレーザの電流パルスデューティサイクルは、消光比を改善するために、＜５０％であり、ＡＯＭデューティサイクルは５０％である。図９Ａにおいて位相角差は０°であり、図９Ｂにおいて位相角差は９０°であり、図９Ｃにおいて位相角差は１８０°である。
【００４０】
本発明は従来システムに優るいくつかの顕著な利点を提供する。本発明を用いることにより、高周波電流パルス注入の下で、ＤＢＲレーザまたはＤＦＢレーザの温度が一定である。レーザへの電流パルスと外部変調器への制御パルス信号の間の位相角差を変えることにより、例えば音響変調器及び／またはＳＨＧのような、外部変調器とともにＤＢＲレーザまたはＤＦＢレーザによって供給される出力ビームの出力強度を、熱誘起パターン発生効果をおこさずに、変えることができる。
【００４１】
したがって、本発明にしたがい、強度変調のための方法及びシステムが提供されたことは明らかである。多くの例示的実施形態とともに本発明を説明したが、多くの別形、改変及び変形が該当する技術の当業者には明らかであろうかまたは明らかであることが明白である。したがって、本開示は本発明の精神及び範囲内にある、そのような別形、改変、等価形及び変形の全てを包含するとされる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】ＳＨＧデバイスをともなう従来の３部構造ＤＢＲ半導体レーザの略図である
【図１Ｂ】ＳＨＧデバイスをともなう従来のＤＦＢ半導体レーザの略図である
【図２Ａ】ＤＦＢ半導体レーザ及びＳＨＧの熱誘起パターン発生効果を示す線図である
【図２Ｂ】ＤＢＲ半導体レーザ及びＳＨＧの熱誘起パターン発生効果を示す線図である
【図３Ａ】本発明の外部光強度変調器を用いる例示的ビデオディスプレイシステムを示す
【図３Ｂ】本発明の外部光強度変調器を用いる例示的ビデオディスプレイシステムを示す
【図４Ａ】本発明の外部位相差波長変調方式の一実施形態にともなう特性を示す
【図４Ｂ】本発明の外部位相差波長変調方式の別の実施形態にともなう特性を示す
【図４Ｃ】本発明の外部位相差波長変調方式のまた別の実施形態にともなう特性を示す
【図５】本発明にしたがうＤＦＢ半導体レーザ及び外部強度変調器を備える光システムのＤＦＢレーザへの電流注入と外部強度変調器へのゲート信号の間の位相の関数としての光強度を示す
【図６】本発明をモデル化して示すために用いられるＤＦＢ半導体レーザ及びＡＯＭを示す
【図７】本発明にしたがう位相差変調の方法を提供するフローチャートである
【図８Ａ】ＤＦＢレーザ及び外部変調器への電流パルスのデューティサイクルが５０％で一定の場合の、本発明の位相差変調方式にともなう特性を示す
【図８Ｂ】ＤＦＢレーザ及び外部変調器への電流パルスのデューティサイクルが５０％で一定の場合の、本発明の位相差変調方式にともなう特性を示す
【図８Ｃ】ＤＦＢレーザ及び外部変調器への電流パルスのデューティサイクルが５０％で一定の場合の、本発明の位相差変調方式にともなう特性を示す
【図９Ａ】ＤＦＢレーザへの電流パルスのデューティサイクルが≦５０％で一定であり、外部変調器への電流パルスへのデューティサイクルが一定で５０％の場合の、本発明の位相差変調方式にともなう特性を示す
【図９Ｂ】ＤＦＢレーザへの電流パルスのデューティサイクルが≦５０％で一定であり、外部変調器への電流パルスへのデューティサイクルが一定で５０％の場合の、本発明の位相差変調方式にともなう特性を示す
【図９Ｃ】ＤＦＢレーザへの電流パルスのデューティサイクルが≦５０％で一定であり、外部変調器への電流パルスへのデューティサイクルが一定で５０％の場合の、本発明の位相差変調方式にともなう特性を示す
【符号の説明】
【００４３】
３１０    ビデオ信号
３２０    ビデオプロセッサ
３３０    コントローラ
３４０    アナログドライバ回路
３５０    半導体レーザ
３６０    外部変調器
３７０    ＳＨＧデバイス
３８０    ディスプレイ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【国際調査報告】
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