(57)【要約】  本発明は、ビーム波長及びレーザの熱を制御する３レベル電流手法を半導体レーザに提供する方法及びシステムである。第１電流が半導体レーザのゲインセクションに供給され、少なくとも１つの他の電流が半導体レーザのＤＢＲセクション及び／又はフェイズセクションにて供給される。この他の電流は、必要な温度値に基づいてパルス幅変調される。供給された第１電流及び供給され且つパルス幅変調された電流に基づいて、半導体レーザは出力ビームを生成する。
2009518859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザの出力ビームの波長を変調する方法であって、
前記半導体レーザのゲインセクションに第１電流を供給するステップと、
前記出力ビームの中心波長を生成する少なくとも１つの「オン」電流と第１及び第２の「オフ」電流との組み合わせによってパルス幅変調された第２パルス電流を前記レーザのＤＢＲセクションに供給するステップと、を含み、
前記第１「オフ」電流は前記中心波長より長い第１「オフ」波長を有する出力ビームを生成し、前記第２「オフ」電流は前記中心波長より短い第２「オフ」波長を有する出力ビームを生成し、前記第１「オフ」電流の振幅は前記「オン」電流の電流振幅より小であり、前記第２「オフ」電流の振幅は前記「オン」電流の電流振幅より大であり、
前記レーザの電流誘起熱負荷が前記レーザの動作中に十分に一定であり前記「オン」電流によって生成された前記中心波長の中心波長ドリフトが実質的に回避されるように、第１「オフ」電流対第２「オフ」電流の組み合わせが選択されることを特徴とする方法。
【請求項２】
「オン」電流と第１及び第２「オフ」電流の前記組み合わせのレベルは、前記熱負荷が各ビット周期の間において実質的に同一となるように選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
「オン」電流と第１及び第２「オフ」電流の前記組み合わせのレベルは、ビット周期あたりの前記熱負荷が変動するように選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１「オフ」電流と前記第２「オフ」電流のうちの一方又は他方のみが複数のビット周期にわたって使用され、前記レーザの温度は選択された制限温度内に維持する特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記半導体レーザの温度が測定され、前記第１「オフ」電流と前記第２「オフ」電流のうちの一方又は他方の使用が周期的に切り替えられ、前記レーザが前記制限温度内に維持されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記温度は電子部品によって間接的に検出されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記温度は、前の複数ビット周期から蓄積された熱的負荷を計算するディジタルプロセッサのプログラムによって間接的に判定されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記判定された温度が選択された温度に満たない場合、前記第１「オフ」電流のみが操作の間に使用され、前記測定された温度が選択された温度を超えている場合、前記第２「オフ」電流のみが使用されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記出力ビームの前記波長を変えるべく第２高調波発生水晶に前記出力ビームを指向させるステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
半導体レーザの出力ビームの波長を変調する方法であって、
前記レーザのゲインセクションに第１電流を供給するステップと、
前記出力ビームの中心波長を生成する「オン」電流と各々が前記出力ビームの異なる波長を生成する第１及び第２「オフ」電流との組合せによってパルス幅変調された第２進パルス電流をレーザのＤＢＲセクションに供給するステップと、を有し、
前記第１及び第２「オフ」電流の振幅は、前記中心波長を生成する前記「オン」電流の電流振幅に対して、より大であり且つより小であり、前記第１及び第２「オフ」電流のうち一方又は他方の使用は複数のビット周期にわたって交互に入れ替えられ、前記レーザの電流誘起熱負荷は前記レーザの動作中において一定であり波長ドリフトが回避されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
半導体レーザの出力ビームの波長を変調する装置であって、
前記レーザのゲインセクションに第１電流を供給する第１電流源と、
前記出力ビームの中心波長を生成する「オン」電流とそれぞれ異なった波長出力ビームを生成する第１及び第２の「オフ」電流との組合せによってパルス幅変調された第２パルス電流を前記レーザのＤＢＲセクションに供給する第２電流源と、
前記レーザの動作中において前記第１及び第２「オフ」電流のうち一方又は他方を選択する制御装置と、を含み、
前記第１及び第２「オフ」電流の振幅は前記「オン」電流の前記電流振幅に対して大であり小であり、
前記レーザの電流誘起熱負荷が十分に一定であり、前記出力ビームの中心波長ドリフトが実質的に回避されることを特徴とする装置。
【請求項１２】
前記制御回路は前記「オン」電流と前記第１及び第２「オフ」電流の組み合わせを選択し、熱負荷が各ビット周期の間において実質的に同一であることを特徴する請求項１１に記載の変調装置。
【請求項１３】
前記制御装置は複数のビット周期の間において前記第１及び第２「オフ」電流の一方又は他方の選択を交互に入れ替え、熱負荷が前記レーザの動作中において実質的に一定であることを特徴とする請求項１１に記載の変調装置。
【請求項１４】
半導体レーザの出力ビームの波長を変調する方法であって、
前記レーザのゲインセクションに第１電流を供給するステップと、
前記レーザのＤＢＲセクションに第２パルス電流を供給するステップと、
前記出力ビームの中心波長を生成する少なくとも１つの「オン」電流と各々が前記中心波長とは異なった波長出力ビームを生成する第１及び第２の「オフ」電流との組合せによってパルス幅変調された第３パルス電流を前記レーザのフェイズセクションに供給するステップと、を含み、
前記第１及び第２「オフ」電流の振幅は前記「オン」電流の前記電流振幅に対して大であり小であり、
前記レーザの電流誘起熱負荷が前記レーザの動作中に十分に一定であり前記「オン」電流によって生成された前記中心波長の中心波長ドリフトが実質的に回避されるように、第１「オフ」電流対第２「オフ」電流との組み合わせが選択されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
「オン」電流と第１及び第２「オフ」電流の前記組合せは、前記熱負荷が各ビット周期の間において実質的に同一となるように選択されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
「オン」電流と第１及び第２「オフ」電流の前記組合せは、ビット周期あたりの熱負荷が異なるように、選択されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１「オフ」電流と前記第２「オフ」電流のうちの一方又は他方のみが複数のビット周期にわたって使用され、前記レーザの温度が選択された制限温度内に留まることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
半導体レーザの出力ビームの波長を変調する装置であって、
前記レーザのゲインセクションに第１電流を供給する第１電流源と、
前記レーザのＤＢＲセクションに第２パルス電流を供給する第２電流源と、
前記出力ビームの中心波長を生成する「オン」電流と各々が前記中心波長とは異なった波長出力ビームを生成する第１及び第２の「オフ」電流との組合せによってパルス幅変調された第３パルス電流を前記レーザのフェイズセクションに供給する第３電流源と、
前記レーザの動作中において前記第１及び第２「オフ」電流のうち一方又は他方を選択する制御装置と、を含み、
前記第１及び第２「オフ」電流の振幅は前記「オン」電流の前記電流振幅に対して大であり小であり、
前記レーザの電流誘起熱負荷が十分に一定であり、前記出力ビームの中心波長ドリフトが実質的に回避されることを特徴とする装置。
【請求項１９】
前記制御回路は前記「オン」電流と前記第１及び第２「オフ」電流の組み合わせを選択し、熱負荷は各ビット周期の間において実質的に同一であることを特徴する請求項１８に記載の変調装置。
【請求項２０】
前記制御装置は複数のビット周期の間において前記第１及び第２「オフ」電流の一方又は他方の選択を交互に入れ替え、熱負荷が前記レーザの動作中において実質的に一定であることを特徴とする請求項１８に記載の変調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変調する方法及び装置に関し、分布反射型（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）半導体レーザへの電流注入を制御して波長変調する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザは長年ディスプレイ技術において活用されている。コンピューターディスプレイ、テレビ等のディスプレイにおいては、三原色である赤、青、及び緑色の重畳によって、色度が生成される。レーザベースのディスプレイのうち、複数レーザが、三原色を与えるのに使用されている。レーザの各々は、スクリーンに亘ってラスタ走査され、又は静止せしめられて、例えば、動画フィルム等の画像を含む光変調器を照射する。従来の映画劇場で使用される白熱電球の明度特性と比べる場合、優れた明度特性を有するビームを与えるレーザによって、レーザベースの光学投影装置内において効率的で高性能なレーザがもたらせられる。
【０００３】
レーザベースの光学投影装置は、単一波長レーザ又は多波長レーザを用いている。分布反射型（ＤＢＲ）レーザ等の単一波長半導体レーザは、非線型光学効果を使用する波長変換の光源であり得る。例えば、非線型水晶等の２次高調波発生（ＳＨＧ：ｓｅｃｏｎｄ−ｈａｒｍｏｎｉｃｓ−ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）装置のスペクトル中心に波長変調された１０６０ｎｍＤＢＲ半導体レーザを、ＤＢＲ半導体レーザの波長出力を５３０ｎｍのビームに変換するのに使用することができる。これにより、安価であり、コンパクトで、且つ効率的な緑色光線の非線型光源が与えられる。
【０００４】
図１は、従来のＤＢＲ半導体レーザ１００及び第２調波発生（ＳＨＧ）装置１５０を模式的に示している。ＤＢＲ半導体レーザ１００は、ＤＢＲセクション、すなわちセクション１１０と、フェイズセクション、すなわちセクション１２０と、ゲインセクション、すなわちセクション１３０と、を含んでいる。ゲインセクション１３０は連続波（ＣＷ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ）電流が注入されると、レーザに対して連続した光出力を生成する。ＤＢＲセクション１１０に注入された電流によって、レーザからの波長出力は大きく変化する。フェイズセクション１２０に注入された電流によって、レーザのビーム出力波長は小さく変化する。ＳＨＧ装置１５０は半導体レーザ１００によって生成されたビームを受信する。変換された波長（例えば、緑色）の出力強度は、ＤＢＲレーザ波長のアライメント及びＳＨＧ装置のスペクトル中心に依存している。そして、ＳＨＧ装置１５０からのビーム出力は、ディスプレイ画面等の出力に向けられる。
【０００５】
一般的に、ビデオディスプレイを含む技術に対して、例えば緑色光線強度を生成するのに使用される光出力は、１０から１００ＭＨｚの基本周波数に亘って変調すなわち調整され、且つ約４０ｄＢの消光比で変調される必要がある。消光比は、低光学出力レベルに対する高光学出力レベルの割合である。高い変調スピード及びより大きい消光比を共に達成するには、困難な課題が残っている。
【０００６】
高速変調と大きい消光比を有するＤＢＲレーザ１００及びＳＨＧ１５０ベースの光源を得る１つの方法として、ＤＢＲ半導体レーザ１００の出力波長を急速に変調する方法がある。その結果、必要な強度変調をするべく、ＤＢＲ半導体レーザ光は、非線形ＳＨＧ装置１５０（例えば、非線形結晶）の狭いスペクトル幅を急速に走査する。例えば、最大である緑色光線出力が必要である場合、ＤＢＲ波長は非線型水晶のスペクトル中心に変調され、ゼロの緑色光出力が特定の時点経過後に必要である場合、ＤＢＲ波長は、暗い画像を生成するべく非線型水晶のスペクトル幅の外に変調される。
【０００７】
ビデオに使用する１つの変調方式は、パルス幅波長変調である。この場合、ＤＢＲレーザ１００のゲインセクション１３０に注入される電流は定数値に維持されるので、ＤＢＲレーザ１００の出力強度はほとんど一定に保たれ、ＤＢＲセクション１１０に注入される電流は、２つ取り得る値を有し、一方はＳＨＧ中心波長に合致する「オン」波長に対応し、他方はＳＨＧ中心波長より短い又は長い「オフ」波長に対応している。各ビット周期若しくはピクセルにおける、人間の目に対する緑色光線の強度若しくは明度は、ＤＢＲセクション１１０に注入される電流の継続時間によって決定され、ＤＢＲセクション１１０に注入される電流は、人間の目の感度は応答が遅いので、「オン」波長に対応する。したがって、目は単に平均した明度を感じている。したがって、各周期における、緑色光線の明度を変調するために、「オン」波長に対応するＤＢＲセクション１１０に注入される電流の継続時間（すなわち、パルス幅）が、調整すなわち変調される。これは「パルス幅変調」と称されている。
【０００８】
ＤＢＲレーザ１００に対して、キャリヤープラズマ効果が、ＤＢＲセクション１１０に電流を注入することによって波長を動的にシフトさせるのに使用されている。ＤＢＲセクション１１０に注入する電流を増大すると、レーザ光線を発する波長は短波長端にシフトする。これは青色シフトと称されている。ＤＢＲセクション１１０に注入する電流を減少させると、レーザ波長は、より長い波長端にシフトする。これは赤色シフトと称されている。
【０００９】
しかしながら、先に説明したキャリヤープラズマ効果は、レーザへの電流注入が引き起こす不利となる熱的効果、すなわち熱的悪影響を考慮していない。また、ＤＢＲセクション１１０への電流注入によって、ＤＢＲセクション１１０において温度変化が生ずる。例えば、「オフ」波長に対応する電流が「オン」波長に対応する電流より大きい場合、長「オフ」ビットによって、ＤＢＲセクション温度は上昇し、レーザ光線を発する波長がより長波長にシフトし、必要とされる波長の青色シフトが低減又は完全に反転されてしまう。あるいは、「オフ」波長に対応する電流が「オン」波長に対応する電流より小さい場合、長「オフ」ビットによって、ＤＢＲセクション温度は下がり、レーザ光線を発している波長がより短波長にシフトし、必要とされる波長の赤色光シフトは低減又は完全に反転されてしまう。両方の場合において、「オン」電流において、レーザ光線を発する波長はＳＨＧ中心波長から離れ、変換効率が低減してしまう。
【００１０】
ビデオディスプレイ技術では、特定の時点におけるＤＢＲセクション１１０の温度は、前のビットの履歴に依存している。前のビットにおける「オン」波長及び「オフ」波長の電流注入で引き起こされた加熱が、最新のビットでの波長に影響する。したがって、特定のいずれの時点において、「オン」波長が供給された場合であっても、熱的影響によって、レーザ波長はＳＨＧ１５０の中心波長から離れてしまい、ＳＨＧ１５０の変換効果が低下される。図２は、熱誘起されたパターン効果として知られているこの効果を示している。図２では、一定の「オン」電流が供給されているとき、ＤＢＲセクション１１０の温度は上昇し、時間がたつにつれて、実際の波長がより長波長となり、且つＳＨＧ出力強度が低減される。同様に、一定の低「オフ」電流が供給されているとき、ＤＢＲセクション１１０の温度は下降し、時間がたつにつれて、実際の波長がより短波長となる。
【発明の開示】
【００１１】
従って、必要とされているのは、適切な波長を変調中にＤＢＲ半導体レーザのＤＢＲセクションへの電流注入に関連した熱的影響を最小にする装置である。
【００１２】
本発明の例示的な実施例によれば、３レベルのパルス幅変調された電流を半導体レーザに与える方法が開示されている。第１電流は半導体レーザのゲインセクションに供給され、第２電流は半導体レーザのＤＢＲセクションに供給され、第３電流は半導体レーザのフェイズセクションに供給される。第２及び第３電流は必要な温度値に基づいて３つの値の間で変調される。出力ビームは、供給された第１、第２、及び第３電流に基づいて半導体レーザによって生成される。
【００１３】
本発明の別の例示的な実施例によれば、レーザによって生成されたビームの波長変調を制御するために半導体レーザに３レベルのパルス幅変調された電流を与えるシステムを提供する。制御装置は必要な強度値を得て、電流源は、第１電流を半導体レーザのゲインセクションに注入し且つ第２電流を半導体レーザのＤＢＲセクションに注入する。第２の電流は必要とされる強度値と必要とされる温度値に基づく３つの値の間でパルス幅変調されており、レーザは出力ビームを生成する。また、第３電流は半導体レーザのフェイズセクションに注入される。第３電流は、必要とされる強度値と必要とされる温度値に基づく３つの値の間でパルス幅変調されている。
【００１４】
付加的な特徴と本発明の利点は詳細な説明において詳しく説明され、部分的には、説明から当業者にとって直ちに明確であるか、又は、本願の詳細な説明及び請求の範囲に並びに添付図面に記載されているように本発明を実施することによって認識されるであろう。
【００１５】
上記の概説と以下の詳細な説明の両方が、本発明の単なる例示であり、クレームされているように本発明の特性と特徴を理解するための概観または構成を与えることを意図していることを理解すべきである。添付図面は、本発明の更なる理解を与え、本明細書の一部に組み込まれ且つ本明細書の一部を構成している。図面は、本発明の１以上の実施例を示しており、説明と共に本発明の原理と作用について説明するのに役立つ。
【発明の詳細な説明】
【００１６】
本発明の上記態様並びに他の態様、特徴、及び利点について、次ぎの図面に関して説明する。図面は異なる図面において同一の部分には同一の参照番号が参照されている。
【００１７】
本発明の例示的な実施例は、ＤＢＲ半導体レーザを効率的に動作させ、且つ半導体レーザに関連する熱的影響を低減する方法及び関連システムに関する。熱誘起された波長変化を低減するためにＤＢＲ半導体レーザに注入される電流を制御することに関して、特定の実施例が本明細書に例示され且つ記載されている。電流注入によって不利な熱的影響が生ずる半導体レーザ素子の用途において、そのようなシステム及び方法は有利であることを、当業者は認識するべきである。
【００１８】
さらに、本発明のＤＢＲ半導体レーザはビデオ信号処理及びディスプレイの用途に用いられるが、この開示が、一般に半導体レーザに関連する本発明のいかなる適応物又は変形物を対象としていることを意図している。例えば、光学データ蓄積、画像再生、光通信、並びに検知装置等の分野においても、本発明を用いることができる。
【００１９】
以下に詳細に説明する例示的な実施例においては、本明細書の部分を形成する添付図面を参照し、添付図面においては、例示、本発明が実施される特定の例示的な実施例によって示されている。当業者が本発明を実施できる程度に、これらの実施例について詳細に説明する。そして、他の実施例が利用されること、並びに本発明の趣旨と範囲から逸脱しないで、論理上の変更、機械的な変更、そして／又は電気的な変更を行うことができるということを理解すべきである。したがって、以下の詳細な説明を、限定的な意味で理解すべきではない。
【００２０】
本発明の例示的な実施例によると、ＤＢＲ半導体レーザは、既知の半導体レーザ、例えば、図３に例示的に示されているように、１０６０ｎｍのＤＢＲ半導体レーザである。ビデオプロセッサ３１０はビデオ信号を受信し、制御装置３２０に処理信号を送る。制御装置３２０はＤＢＲ半導体レーザ３４０に供給される電流源３３０を制御する。ＤＢＲ半導体レーザ３４０は、３つの個々のセクションまたは部分を有する、すなわち、ＤＢＲセクション、すなわち部分３４２、フェイズセクション、すなわち部分３４４、及びゲインセクション、すなわち部分３４６である。パルス幅変調された電流をフェイズセクション３４４に注入することによって、単一スペクトルモードを維持して、ＤＢＲ半導体レーザ３４０により生成された出力ビーム３４８のレーザ光線を発する波長は、パルス幅変調された電流をＤＢＲセクション３４２に注入することによって、変調される。そして、ＤＢＲ半導体レーザ３４０により生成された出力ビーム３４８のレーザ光線波長は、第２高調波発生器（ＳＨＧ：Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）装置３５０のスペクトル中心となるように微変調される。ＳＨＧ装置３５０は、ＤＢＲ半導体レーザ３４０乃至５３０ｎｍの波長出力３４８を２分の１に低減する（周波数を２倍にする）のに使用されるので、ディスプレイ３６０用の緑色光線３５５に対して、低コストであり、コンパクトであり、且つ効率的な光源が与えられる。
【００２１】
レーザ光線（例えば、赤外光線）の出力波長変調を、ＳＨＧ装置３５０によって生成された光（例えば、青信号）の輝度変調に変換することができる。ＳＨＧ装置３５０は、０．１から０．２ｎｍの非常に狭いバンド幅を有する。従って、ＤＢＲセクションへの電流が「オフ」電流に変更された場合、かかる変更によって、レーザからの波長光ビームがＳＨＧ装置３５０の狭いバンド幅の外へ（中心波長から別の波長へ）シフトしてしまう。従って、「オフ」電流に変わることによって、ＳＨＧ装置３５０から緑色光線３５５の出力ビームの強度が減少又は消去される。そうではなくて、電流が「オフ」電流から「オン」電流に変更された場合、レーザ出力がＳＨＧ装置３５０のバンド幅への中心波長に戻り、ＳＨＧ装置３５０から緑色信号３５５の出力ビームの強度が増大又は最大になるように、ＳＨＧ装置３５０を設定することができる。当業者であれば、１つのＤＢＲ半導体レーザのみが図３の実施例に示されているが、（異なった波長出力のための）多数のＤＢＲ半導体レーザを使用し、且つ同様にディスプレイの出力を制御できることを理解できるであろう。
【００２２】
さらに、例示的な実施例に係るＨＧ装置３５０について議論するが、出力を与えるべく他のタイプの波長選択可能である装置を用いることができる。例えば、受動光学フィルタを用いることができる。受動光学フィルタは、レーザからの出力波長を変換せずに、同様の強度を有するビームを出力する。
【００２３】
本発明によれば、制御装置３２０は、レーザに供給された注入電流ＩＤＢＲ、ＩＧ、及びＩｐを制御する制御方式を用いているので、レーザによって生成されたビームの波長シフトは、熱的影響による影響を受けない。ＤＢＲセクション電流は、３電流システムを使用して変調される。第１電流レベルは「オン」波長に対応している。２つの異なった「オフ」電流レベルは、一方が「オン」波長よりも高い「オフ」波長に対応し、もう一方が「オン」波長よりも低い「オフ」波長に対応している。当業者は、３つのレベルのパルス電流を発生させるように、電流はパルス幅変調されることを理解するであろう。増幅電流は、当技術分野で知られているように、一般的には一定である。しかしながら、位相電流は、ＤＢＲセクション電流の変調と同様に、パルス幅変調されてもよい。
【００２４】
温度モニタ３４３は、ＤＢＲセクション温度を記録し、且つ電流を一方の「オフ」電流からもう一方の「オフ」電流にいつ変えるかを判定するのに使用される。各「オン」波長の継続期間中は、ＤＢＲセクション３４２への電流は単一で一定であるので、ＤＢＲレーザ３４０のＤＢＲセクション３４２への熱負荷は一定である。各「オフ」波長の継続期間中は、ＤＢＲセクション３４２への電流は高「オフ」値と低「オフ」値との間において切り換えられるので、ＤＢＲセクション３４２への熱負荷はほぼ一定である。レーザ波長を、「オン」波長から離れて、すなわち、ＳＨＧ中心波長から離れて、切り換える必要があるときは、「オン」電流が停止され、且つ低「オフ」電流がＤＢＲセクション３４２に供給される。温度モニタ３４３はリアルタイムで、温度を測定する。以下の特定時刻では、レーザ波長がＳＨＧ中心波長に切り換えられる必要がある場合、「オン」波長が供給される。レーザ波長がＳＨＧ中心波長から継続して離れている必要がある場合、温度モニタ３４３は測定されたＤＢＲ温度を閾値温度値と比較をし、ＤＢＲ温度が閾値より低い場合、高「オフ」電流が供給される。閾値温度価値は、ＤＢＲ温度であるときは、「オン」電流が供給された場合に、レーザ光線を発する波長がＳＨＧ中心波長から許容量だけ離れているときである。しかしながら、ＤＢＲ温度が閾値温度価値より高い場合、低「オフ」電流はまだ供給されている。同様に、高「オフ」電流が供給される場合、温度モニタは、いつ低「オフ」電流に変えるべきかを判定するために、測定したＤＢＲ温度を閾値温度価値に比較するのに用いられる。したがって、ＤＢＲ温度の温度変化に依存して、１ビット周期に一度に又はそれよりも低頻度で、低「オフ」電流から高「オフ」電流に、電流を変えてもよい。同様に、１ビット周期よりも長い間において、温度が閾値温度値よりも外、すなわち、閾値温度値よりも高温であるか若しくは低温である場合、温度モニタは低「オフ」電流又は高「オフ」電流を示すだろう。
【００２５】
先に説明した電流と同様に判定をしつつ、温度モニタ３４３は、フェイズセクションの温度を測定し、フェイズセクションに対する電流を制御してもよい。ＤＢＲレーザ３４４のフェイズセクションがＤＢＲレーザの波長を微変調するように用いられる場合、フェイズセクション３４４によって、レーザの熱負荷が助長され、波長がゆがめられてしまう。したがって、レーザの温度を一定に保つために、フェイズセクション３４４に注入された電流は、「オン」波長から低「オフ」波長に切り替えられて、高「オフ」波長に切り替えられる。温度を一定に保ち且つ熱負荷を一定に保った状態で、各セクションへの電流を段階的することによって、ＤＢＲセクション３４２及びフェイズセクション３４４における熱負荷を一定に保つことができる。簡単のため、レーザのＤＢＲセクション３４２における熱負荷のみ、以下に説明する。
【００２６】
温度モニタは、直接または間接的にＤＢＲセクションの温度を測定する装置であってもよい。例えば、温度モニタは、ＤＢＲレーザ３４０のＤＢＲセクション３４２に搭載されたサーミスター若しくは温度依存性接合電圧を測定する電圧測定器若しくは他の装置であってもよい。また、温度モニタは、前のビット間に蓄積された熱負荷によってＤＢＲセクション温度を計算するソフトウェアプログラムであってもよい。熱負荷を、ＤＢＲセクションの供給された電流と電圧値との積によって見積もることができる。
【００２７】
図４Ａ、４Ｂ、及び４Ｃは、本発明に係る「オン」波長及び「オフ」波長の各々に対する波長と電流を示している。各図は、ＤＢＲセクション３４２に供給された電流とＤＢＲレーザ３４０によって生成された波長３４８との関係を示している。前図は、本発明の３レベル電流システムの波長に対する影響を示している。
【００２８】
図４Ａに示されているように、ＳＨＧに対する中央波長での波長は、ＤＢＲ半導体レーザ３４０のＤＢＲセクション３４２に注入された電流ＩＤＢＲによって誘起される。図４Ａに示されているスペクトルのグラフは、１ビット周期の間においてＤＢＲ半導体レーザ３４０によって生成されるスペクトルの密度を示している。
【００２９】
図４Ｂに示されているように、１ビット周期において、当該ビット周期の半周期に対して「オン」波長となることが必要とされる場合、ビット周期の前半に、一定電流がＤＢＲセクション３４２に供給されて、その後、低「オフ」電流及び高「オフ」電流が供給される。２つの反対の「オフ」電流によって、ＳＨＧ中心波長から離れた２つの波長のレーザが発せられる。すなわち、２つのレーザ光線を発している波長が、ＳＨＧ中心波長よりより長いか若しくは短くなっている。また、２つの反対の「オフ」電流は、あたかも一定の「オン」電流が供給されるように、同一ネットの熱的負荷を有する。明確に示されていないが、他の多数の波長は、供給されたビデオ信号の必要なビデオ信号強度に基づいて、同様の３レベル電流方式を使用することで生成される。
【００３０】
図４Ｃに示されているように、１つのビット周期において、全ビット周期に対して「オフ」波長となるように必要とされる場合、低「オフ」電流と高「オフ」電流が供給される。２つの対照的な「オフ」電流によって、２つのレーザ光線を発する波長がＳＨＧ中心波長よりより長いか若しくは短くなっている。低「オフ」電流に起因する波長変化と高「オフ」電流に起因する波長変化は、ＳＨＧ装置３５０の変換効率がほぼゼロである程度に十分大きいはずである。２つの「オフ」電流を交替することによって、一定の「オン」電流と同一のネット熱的負荷が、確実に供給される。
【００３１】
２つの「オフ」電流は、「オン」電流に関して非対称である。これは、電流と共に減少するキャリヤー誘起された波長変化の効率に起因し、この場合、同一の効果を有する２つの「オフ」電流に起因して、高「オフ」電流に対する継続時間は「低」オフ電流の継続時間より短い。
【００３２】
図５Ａ、５Ｂ、および５Ｃは、本発明の電流変調方式を用いた試験の結果を示している。図５Ａ及び５Ｂは、ＤＢＲレーザ３４０のＤＢＲセクション３４２に供給された入力電流レベルを示している。図５Ａは、ＳＨＧ中心波長において部分的にオン波長を生成する３レベルの電流入力を示している。３つの電流は、１００ｍＡ、５０ｍＡ、及び１５５ｍＡである。図５Ｂは、「オフ」波長を示しており、入力電流は５０ｍＡと１５５ｍＡとの間で切り換えられる。
【００３３】
図５Ｃは、図５Ａ及び図５Ｂの電流入力によるＤＢＲレーザの周波数応答を示す３つの曲線を示している。図５Ｃの上部の波長カーブは、１００ｍＡの一定電流入力による「オン」波長を示している（電流入力は図示されていない）。中間の波長カーブは、「オン」波長の一方の側における２つの「オフ」波長を示しており、３つの入力電流の各々に対応しており、３つの入力電流は、１つの「オン」入力電流及び２つの「オフ」入力電流である。底部の波長曲線は、低「オフ」電流入力及び高「オフ」電流入力である２つの入力電流に対応する２つの「オフ」波長を示している。
【００３４】
図４Ａ、４Ｂ、及び４Ｃ並びに図５Ａ、５Ｂ、及び５Ｃに示された実施例では、１つのビット周期期間においてＤＢＲレーザ３４０の熱負荷を一定に保つために、ＤＢＲセクション３４２の電流変調を考慮している。前記実施例は、ＳＨＧ中心波長から離れたレーザ波長を切り換えるべく、ＤＢＲセクション３４２に注入する２つの異なった電流、すなわち低「オフ」電流及び高「オフ」電流の使用方法を示している。低「オフ」電流の低熱負荷は、高「オフ」電流によって補償されるので、１周期における全熱負荷は、一定の「オン」電流がそのビット周期間中に供給される場合と同一である。したがって、ＤＢＲレーザ３４０のＤＢＲセクション３４２の温度は一定のままである。「オン」電流がＤＢＲレーザ３４０のＤＢＲセクションに供給されるときに生成されたレーザ光線を発する波長は、熱誘起されたパターン効果なしで、ＳＨＧ中心波長に配置される。ＤＢＲレーザの温度変化速度がアプリケーションの各ビット周期より遅い場合、複数のビットにわたって、一定に熱負荷を維持することができる。
【００３５】
このように、本発明によれば、ＤＢＲ半導体レーザ波長出力を変調する方法は、図６のフローチャートに与えられる。ステップ６１０では、（図３に示された）システムは、ビデオ信号を受信し且つビデオ信号を処理する。ビデオ信号に関連している必要な光強度（ビデオ強度）は、ステップ６２０において１ビット周期の間に得られる。ステップ６３０では、制御装置３２０は、受信されたビデオ信号に関連している必要な光強度を受信して、供給すべき「オン」電流と「オフ」電流の割合を判定する（例えば、図４Ｂに示すように）。
【００３６】
ステップ６４０では、パルス電流は、判定された「オン」電流値及び「オフ」電流値を有するＤＢＲ半導体レーザのＤＢＲセクションに注入される。ビット周期において、「オン」電流がビット周期の１００％で供給されている場合、一定の「オン」電流が供給される。ビット周期において、１「オン」電流がビット周期の１００％未満であるもののビット周期の０％よりも大で、例えば、ビット周期の５０％で供給されている場合、「オン」電流はビット周期の半周期に供給され、低「オフ」電流及び／又は高「オフ」電流はビット周期のもう半周期に供給される。ビット周期において、「オン」電流がビット周期の０％で供給されている場合、低「オフ」電流及び／又は高「オフ」電流は供給される。どちらの「オフ」電流が使用されるべきかは、温度を一定に保つべく、前のビットにおける熱負荷に関する履歴によって判定される。ステップ６５０では、ＤＢＲ半導体レーザは、必要なビデオ強度に基づいた光強度を有する変調された波長において、ビームを生成する。ステップ６６０では、ビームは、ＳＨＧ装置３５０によって原色（例えば、緑色）に変換されて、ディスプレイ３６０に対して必要な光強度を与える。
【００３７】
本発明は従来のシステムに対していくつかの特徴のある利点を与える。本発明を使用することによって、３レベルの電流方式において、ＤＢＲ半導体レーザのネット熱負荷は一定である。ＤＢＲレーザのＤＢＲセクションの温度が閾値温度値から外れて変化するとき、「オフ」電流を低「オフ」電流から高「オフ」電流に変えることによって、温度モニタによって測定されるように、各ビット周期の間において機械的というよりも、駆動エレクトロニクスに関する厳しい要求が軽減されとＤＢＲレーザの応答時間は短縮される。
【００３８】
ビデオ信号処理における使用のための３セクションＤＢＲ半導体レーザを用いて、本発明を例示したが、サンプルグレイティングＤＢＲ（ＳＧ−ＤＢＲ：Ｓａｍｐｌｅｄ−Ｇｒａｔｉｎｇ  ＤＢＲ）レーザ及びグレーティングアシスト両方向カプラーリアサンプルグレイティング反射（ＧＣＳＲ：Ｇｒａｔｉｎｇ−ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｃｏｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｃｏｕｐｌｅｒ  ｗｉｔｈ  ｒｅａｒ  Ｓａｍｐｌｅｄ−ｇｒａｔｉｎｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）レーザ等のＤＢＲ半導体レーザの他の変形物も用いることができる。
【００３９】
したがって、本発明に係る電流変調の方法及びシステムが提供されていることは明らかである。例示したいくつかの実施例と共に、本発明について説明したが、多くの代替物、変更、および変形、または、適切な従来技術における当業者に明らかであろうことは明白である。従って、本開示は、本発明の趣旨と範囲内における代替物、変更物、等価物および変形物等のすべてを包含するように、意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、従来の３セクションＤＢＲ半導体レーザとＳＨＧ装置の概要図である。
【図２】図２は、熱誘発されたパターン効果及びＤＢＲ半導体レーザのＤＢＲパルス幅の関数とした付随する波長変化を示す。
【図３】図３は、本発明の３レベル電流方式を用いた例示的なビデオディスプレイシステムを示している。
【図４Ａ−Ｃ】図４Ａ―Ｃは、本発明の３レベル電流スキームに関連した電流と波長特性を示す。
【図５Ａ−Ｃ】図５Ａ―Ｃは、本発明の３レベル電流方式に関連している電流と波長特性を示す試験結果を示している。
【図６】図６は、本発明に係る電流変調の方法のフローチャートを示している。
【符号の説明】
【００４１】
１００  ＤＢＲ半導体レーザ
１１０  ＤＢＲセクション
１２０  フェイズセクション
１３０  ゲインセクション
１５０  ＳＨＧ装置
３１０  ビデオプロセッサ
３２０  制御装置
３３０  電流源
３４０  ＤＢＲ半導体レーザ
３４２  ＤＢＲセクション
３４３  温度モニタ
３４４  フェイズセクション
３４６  ゲインセクション
３４８  出力ビーム
３５０  ＳＨＧ装置
３５５  緑色光線
３６０  ディスプレイ
【図１】
2009518859.tif 000003
【図２】
2009518859.tif 000004
【図３】
2009518859.tif 000005
【図４Ａ−Ｃ】
2009518859.tif 000006
【図５Ａ−Ｃ】
2009518859.tif 000007
【図６】
2009518859.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月6日(2008.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザの出力ビームの波長を変調する方法であって、
前記半導体レーザのゲインセクションに第１電流を供給するステップと、
前記出力ビームの中心波長を生成する少なくとも１つの「オン」電流と第１及び第２交替「オフ」電流との組み合わせによってパルス幅変調された第２パルス電流を前記レーザのＤＢＲセクションに供給するステップと、を含み、
前記第１「オフ」電流は前記中心波長より長い第１「オフ」波長を有する出力ビームを生成し、前記第２「オフ」電流は前記中心波長より短い第２「オフ」波長を有する出力ビームを生成し、前記第１「オフ」電流の振幅は前記「オン」電流の電流振幅より小であり、前記第２「オフ」電流の振幅は前記「オン」電流の電流振幅より大であり、
前記ＤＢＲセクションの電流誘起熱負荷が前記レーザの動作中に十分に一定であり前記「オン」電流によって生成された前記中心波長の中心波長ドリフトが実質的に回避されるように、前記ＤＢＲセクションへの第１「オフ」電流対第２「オフ」電流の組み合わせが選択されることを特徴とする方法。
【請求項２】
「オン」電流と第１及び第２「オフ」電流の前記組み合わせのレベルは、前記熱負荷が各ビット周期の間において実質的に同一となるように選択されることを特徴とする請求項１若しくは１０又は１２若しくは１３に記載の方法。
【請求項３】
「オン」電流と第１及び第２「オフ」電流の前記組み合わせのレベルは、ビット周期あたりの前記熱負荷が変動するように選択されることを特徴とする請求項１又は１２又は１３に記載の方法。
【請求項４】
前記第１「オフ」電流と前記第２「オフ」電流のうちの一方又は他方のみが複数のビット周期にわたって使用され、前記レーザの温度は選択された制限温度内に維持されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記半導体レーザの温度が測定され、前記第１「オフ」電流と前記第２「オフ」電流のうちの一方又は他方の使用が周期的に切り替えられ、前記レーザが前記制限温度内に維持されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記温度は、（i）電子部品によって間接的に検出されるか又は（ii）前の複数ビット周期
から蓄積された熱的負荷を計算するディジタルプロセッサのプログラムによって間接的に測定されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
当該判定された温度が選択された温度より低い場合、前記第１「オフ」電流のみが動作の間に使用され、前記測定された温度が選択された温度を超えている場合、前記第２「オフ」電流のみが使用されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記出力ビームの前記波長を変えるべく第２高調波発生水晶に前記出力ビームを指向させるステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１及び第２「オフ」電流の振幅は、前記中心波長を生成する前記「オン」電流の電流振幅に対して、より大であり且つより小であり、
前記第１及び第２「オフ」電流のうち一方又は他方の使用は複数のビット周期にわたって交互に入れ替えられ、前記レーザの電流誘起熱負荷は前記レーザの動作中において十分に一定であり波長ドリフトが実質的に回避されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
半導体レーザの出力ビームの波長を変調する装置であって、
前記レーザのゲインセクションに第１電流を供給する第１電流源と、
前記出力ビームの中心波長を生成する「オン」電流とそれぞれ異なった波長出力ビームを生成する第１及び第２の「オフ」電流との組合せによってパルス幅変調された第２パルス電流を前記レーザのＤＢＲセクションに供給する第２電流源と、
前記レーザの動作中において前記第１及び第２「オフ」電流のうち一方又は他方を選択する制御回路と、を含み、
前記第１及び第２「オフ」電流の振幅は前記「オン」電流の前記電流振幅に対して大であり小であり、
前記レーザの電流誘起熱負荷が十分に一定であり前記出力ビームの中心波長ドリフトが実質的に回避されることを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記制御回路は複数のビット周期の間において前記第１及び第２「オフ」電流の一方又は他方の選択を交互に入れ替え、熱負荷が前記レーザの動作中において実質的に一定であることを特徴とする請求項１０又は１３に記載の変調装置。
【請求項１２】
半導体レーザの出力ビームの波長を変調する方法であって、
前記レーザのゲインセクションに第１電流を供給するステップと、
前記レーザのＤＢＲセクションに第２パルス電流を供給するステップと、
前記出力ビームの中心波長を生成する少なくとも１つの「オン」電流と各々が前記中心波長とは異なった波長出力ビームを生成する第１及び第２の「オフ」電流との組合せによってパルス幅変調された第３パルス電流を前記レーザのフェイズセクションに供給するステップと、を含み、
前記第１及び第２「オフ」電流の振幅は前記「オン」電流の前記電流振幅に対して大であり小であり、
前記レーザの電流誘起熱負荷が前記レーザの動作中には十分に一定であり前記「オン」電流によって生成された前記中心波長の中心波長ドリフトが実質的に回避されるように、第１「オフ」電流対第２「オフ」電流との組み合わせが選択されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
半導体レーザの出力ビームの波長を変調する装置であって、
前記レーザのゲインセクションに第１電流を供給する第１電流源と、
前記レーザのＤＢＲセクションに第２パルス電流を供給する第２電流源と、
前記出力ビームの中心波長を生成する「オン」電流と各々が前記中心波長とは異なった波長出力ビームを生成する第１及び第２の「オフ」電流との組合せによってパルス幅変調された第３パルス電流を前記レーザのフェイズセクションに供給する第３電流源と、
前記レーザの動作中において前記第１及び第２「オフ」電流のうち一方又は他方を選択する制御回路と、を含み、
前記第１及び第２「オフ」電流の振幅は前記「オン」電流の前記電流振幅に対して大であり小であり、
前記レーザの電流誘起熱負荷は十分に一定であり前記出力ビームの中心波長ドリフトが実質的に回避されることを特徴とする装置。
【国際調査報告】
2009518859.tif 000009
2009518859.tif 000010