(57)【要約】【課題】コリメータレンズで取り込まれないレーザ光部分を自動光量安定化制御のための光強度信号を得るのに利用するようにして、高効率で出力レーザ光を取り出せる半導体レーザ光源装置。【解決手段】少なくとも、半導体レーザ１と、それから発振されたレーザ光の光路中に配置されそのレーザ光をコリメートするコリメータ光学系５と、レーザ光の発振強度を検出する光検出器７とを備えた半導体レーザ光源装置であり、コリメータ光学系５に取り込まれないレーザ光部分１６１　、１６２　の光路中の少なくとも一部に反射鏡８１　、８２　が配置され、その反射鏡８１　、８２　に入射したレーザ光部分を光検出器７に向けて反射させることにより、レーザ光の発振強度を検出する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、半導体レーザと、それから発振されたレーザ光の光路中に配置され前記レーザ光をコリメートするコリメータ光学系と、前記レーザ光の発振強度を検出する光検出器とを備えた半導体レーザ光源装置において、
前記コリメータ光学系に取り込まれないレーザ光部分の光路中の少なくとも一部に反射鏡が配置され、前記反射鏡に入射したレーザ光部分を前記光検出器に向けて反射させることにより、前記レーザ光の発振強度を検出することを特徴とする半導体レーザ光源装置。
【請求項２】
少なくとも、前記コリメータ光学系の光軸を挟んで前記半導体レーザの接合面に垂直な方向の両側に前記反射鏡が配置されていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ光源装置。
【請求項３】
前記反射鏡は、１枚の凹面鏡からなり、前記半導体レーザの出射端と前記光検出器の受光面と略共役になるように配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ光源装置。
【請求項４】
前記光検出器は、前記半導体レーザが収容され前記半導体レーザから発振されたレーザ光を外部に放射する窓を持つ容器内に共に封入固定され、前記反射鏡で反射されたレーザ光部分はその窓を透過して前記光検出器の受光面に入射するように構成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の半導体レーザ光源装置。
【請求項５】
前記光検出器は、前記半導体レーザから後方へ出る発振レーザ光を検出するための光検出器が兼ねており、その後方へ出る発振レーザ光と同時に、前記反射鏡で反射されたレーザ光部分が前記光検出器の受光面に入射するように構成されていることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ光源装置。
【請求項６】
前記半導体レーザがＡｌＩｎＧａＮ系半導体レーザであることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の半導体レーザ光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ光源装置に関し、特に、高効率でかつ安定した出力レーザ光を取り出せる半導体レーザ光源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動光量安定化制御（ＡＰＣ）を行う半導体レーザ光源装置は、図４に示すような構成をとっている。すなわち、半導体レーザ１の出射端から出た発散レーザ光はコリメータレンズ５で平行光１１に変換され、ビームスプリッター６でその一部が反射されて分割され、反射された一部のレーザ光１３は自動光量安定化制御のためのフィードバック信号を得るためのフォトダイオード等の光検出器７へ導かれる。また、ビームスプリッター６を透過したレーザ光は出力レーザ光１２となって出射する。
【０００３】
ここで、コリメータレンズ５により取り込まれる発散レーザ光は全放射（発振）光の一部、例えば８０％であり、残りのレーザ光１４は利用されない。そして、その取り込まれた例えば８０％の光の中、例えばその１０％がビームスプリッター６で分割され、残りの９０％が出力レーザ光１２となるので、最終的に利用できる光量は、全放射光の例えば８０×９０＝７２％である。
【０００４】
ところで、図５に半導体レーザ１の出射端Ａから放射されるレーザ光の放射パターン２を示す。図５に示すように、放射されるレーザ光の中心軸をＺ軸とし、半導体レーザ１の接合面１０に平行にＸ−Ｚ面を設定し、そのＸ−Ｚ面に直交する方向をＹ軸とするとき、レーザ光の放射パターン２は、Ｙ軸方向に長軸を有し、Ｘ軸方向に短軸を有する楕円形状になる。例えば、放射パターン２の放射角はＹ軸方向で±３０°程度、Ｘ軸方向で±１５°程度である。このような発散レーザ光を外形が円形のコリメータレンズ５に取り込んで平行光１１に変換しようとするとき、コリメータレンズ５の直径を放射パターン２の短軸径と略同じ設定しても、図５の斜線で示す放射光部分はコリメータレンズ５に取り込まれず、無駄になる。この部分が図４の利用されないレーザ光１４に対応する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、半導体レーザからの発振レーザ光を平行光に変換するコリメータレンズと、その平行光の一部を分割してレーザ光の強度を検出して自動光量安定化制御のためのフィードバック信号を得るためのビームスプリッターとを備えた半導体レーザ光源装置においては、コリメータレンズ、ビームスプリッターの２段でレーザ光をロスしてしまい、必ずしも高効率で出力レーザ光を得ることができない。
【０００６】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コリメータレンズで取り込まれないレーザ光部分を自動光量安定化制御のための光強度信号を得るのに利用するようにして、高効率で出力レーザ光を取り出すことができる半導体レーザ光源装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の半導体レーザ光源装置は、少なくとも、半導体レーザと、それから発振されたレーザ光の光路中に配置され前記レーザ光をコリメートするコリメータ光学系と、前記レーザ光の発振強度を検出する光検出器とを備えた半導体レーザ光源装置において、
前記コリメータ光学系に取り込まれないレーザ光部分の光路中の少なくとも一部に反射鏡が配置され、前記反射鏡に入射したレーザ光部分を前記光検出器に向けて反射させることにより、前記レーザ光の発振強度を検出することを特徴とするものである。
【０００８】
この場合、少なくとも、コリメータ光学系の光軸を挟んで半導体レーザの接合面に垂直な方向の両側にその反射鏡が配置されていることが望ましい。
【０００９】
また、その反射鏡は、１枚の凹面鏡からなり、半導体レーザの出射端と光検出器の受光面と略共役になるように配置されているものとすることが望ましい。
【００１０】
また、光検出器は、半導体レーザが収容され半導体レーザから発振されたレーザ光を外部に放射する窓を持つ容器内に共に封入固定され、反射鏡で反射されたレーザ光部分はその窓を透過して光検出器の受光面に入射するように構成されているものとすることもできる。
【００１１】
その場合に、光検出器は、半導体レーザから後方へ出る発振レーザ光を検出するための光検出器が兼ねており、その後方へ出る発振レーザ光と同時に、反射鏡で反射されたレーザ光部分がその光検出器の受光面に入射するように構成されているものとすることもできる。
【００１２】
なお、半導体レーザとしてＡｌＩｎＧａＮ系半導体レーザ等を適用することが望ましい。
【００１３】
本発明においては、コリメータ光学系に取り込まれないレーザ光部分の光路中の少なくとも一部に反射鏡が配置され、その反射鏡に入射したレーザ光部分を光検出器に向けて反射させることにより、レーザ光の発振強度を検出するので、利用可能に出力される出力レーザ光の割合が高まり、高効率で出力レーザ光を取り出すことができる。また、出力レーザ光からその強度を検出するために一部分割して取り出すためのビームスプリッターが必要でなくなる点も有利である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の半導体レーザ光源装置を実施例に基づいて説明する。
【００１５】
図１に、本発明の１実施例の半導体レーザ光源装置の模式的断面図を示す。ＡｌＩｎＧａＮ系青色半導体レーザ（例えば、特開２００１−４４５７０、特開２００１−２３７４５７参照）のような半導体レーザ１の接合面１０がＸ−Ｚ面に平行に配置され、Ｙ軸方向が接合面１０に垂直に向き、接合面１０の出射端からＺ軸方向に発散レーザ光が出射するように、半導体レーザ１が配置されているとして、コリメータレンズ５が、その半導体レーザ１の接合面１０の出射端から出た発散レーザ光を平行光に変換して出力レーザ光１２とするように、半導体レーザ１の出射光路中に配置されている。ここで、コリメータレンズ５が発散レーザ光から取り込む発散レーザ光の部分１５は、放射パターン２とコリメータレンズ５の形状の関係によって決まる（図５）。
【００１６】
半導体レーザ１の接合面１０から出射する発散レーザ光の中、コリメータレンズ５に取り込まれない部分１６１　、１６２　の光路中に、その部分１６１　、１６２　の光の全部あるいは一部を反射して光軸外に配置したフォトダイオード等の光検出器７の受光面へ導く形状、配置の反射鏡８１　、８２　が配置されている。図１の場合は、光軸（Ｚ軸）を挟んで−Ｙ軸方向と＋Ｙ軸方向に２枚の反射鏡８１　、８２　が配置されているが、何れか一方でもよいし、＋Ｘ軸方向と−Ｘ軸方向に配置してもよく、さらには、コリメータレンズ５に取り込まれる光束１５の周囲全周に連続的に１枚の反射鏡を配置してもよい。ただし、図５の説明から明らかなように、コリメータレンズ５に取り込まれない発散レーザ光部分は光軸（Ｚ軸）を挟んだ±Ｙ軸方向部分が大部分であるので、図１のように、光軸（Ｚ軸）を挟んで−Ｙ軸方向と＋Ｙ軸方向に２枚の反射鏡８１　、８２　を配置すれば、略十分である。
【００１７】
また、反射鏡８１　、８２　の形状としては、光検出器７の受光面が十分に大きなものであれば平面鏡でよく、あるいは光検出器７の受光面への集光率を上げるために、凹面鏡（球面鏡、非球面鏡、回転楕円鏡、回転放物面鏡）、コーン状反射鏡等を用いるようにしてもよい。そして、半導体レーザ１の接合面１０の出射端と光検出器７の受光面がこれらの反射鏡８１　、８２　に対して略共役になるように配置する。
【００１８】
そして、光検出器７からの出力信号はフィードバック回路２１に入力され、そのフィードバック回路２１からのフィードバック信号は半導体レーザ駆動回路２２に入力され、半導体レーザ駆動回路２２からの駆動信号によって半導体レーザ１が駆動制御されるようになっており、光検出器７からの出力信号が常に一定になるように、すなわち、出力レーザ光１２が安定するようにフィードバック制御されるようになっている。
【００１９】
以上のような構成であるので、出力レーザ光１２を安定化させるために半導体レーザ１から発振されたレーザ光の強度を検出する部分として、コリメータレンズ５に取り込まれない発散レーザ光部分１６１　、１６２　を反射鏡８１　、８２　で光検出器７へ反射させて検出するようにしているため、利用可能に出力される出力レーザ光１２の割合が高まり、高効率で出力レーザ光を取り出すことができる。また、従来のように、出力レーザ光からその強度を検出するために一部分割して取り出すためのビームスプリッターが必要でなくなる。ビームスプリッターは、本発明で用いる反射鏡に比較して高精度が要求されるため、この点も本発明の大きなメリットとなる。
【００２０】
なお、上記したように、図１の配置の場合、コリメータレンズ５に取り込まれない発散レーザ光部分１６１　、１６２　の中、反射鏡８１　、８２　で光検出器７に入射させるのは、＋Ｙ軸方向と−Ｙ軸方向の何れか一方、すなわち、反射鏡８１　、８２　の何れか一方のみでもよいと説明したが、半導体レーザ１から放射されるレーザ光の放射パターン２（図５）は、温度変化、経時変化等によってＹ軸方向に変動することがあるので、光軸（Ｚ軸）を挟んで−Ｙ軸方向と＋Ｙ軸方向の両側に配置してその両側に発散されたレーザ光を光検出器７に入射させるようにした方が、光検出器７からの検出信号が半導体レーザ１から放射されるレーザ光強度をより正確に反映するので、より望ましい。
【００２１】
次に、図２に、本発明の第２の実施例の半導体レーザ光源装置の模式的断面図を示す。この実施例は、コリメータレンズ５に取り込まれない発散レーザ光部分１６１　、１６２　の強度を検出する光検出器７が半導体レーザ１の容器（キャン）３０中に半導体レーザ１と共に収納されている点で、第１の実施例と異なるものである。すなわち、ＡｌＩｎＧａＮ系青色半導体レーザのような半導体レーザ１は、ステム３２上に取り付けられ、容器３０中に封入固定され、その前面の窓３１を介して外部へ発散レーザ光を放射するように構成されている。そして、半導体レーザ１の例えばＹ軸方向上方位置の容器３０内に、光検出器７が封入固定されている。このような配置で、第１の実施例と同様に、半導体レーザ１の接合面１０の出射端から出た発散レーザ光を平行光に変換して出力レーザ光１２とするコリメータレンズ５が半導体レーザ１の出射光路中に配置される。そして、このコリメータレンズ５の周囲あるいはその前後の、半導体レーザ１の接合面１０から出射する発散レーザ光の中でコリメータレンズ５に取り込まれない部分１６１　、１６２　の光路中に、反射鏡８１　、８２　が配置される。この場合、容器３０の大きさが小さく、その窓３１の径も小さく、さらには、容器３０内に収容されている光検出器７も小さいので、反射鏡８１　、８２　としては、コリメータレンズ５に取り込まれる発散レーザ光の部分１５を通過させる窓を中央に持つ集光性の１枚の凹面鏡（球面鏡、回転楕円鏡、回転放物面鏡）から構成するのが望ましい。
【００２２】
この実施例においても、図示は省いたが、図１の場合と同様に、光検出器７からの出力信号はフィードバック回路２１に入力され、そのフィードバック回路２１からのフィードバック信号は半導体レーザ駆動回路２２に入力され、半導体レーザ駆動回路２２からの駆動信号によって半導体レーザ１が駆動制御されるようになっている。
【００２３】
この構成においても、出力レーザ光１２を安定化させるために半導体レーザ１から発振されたレーザ光の強度を検出する部分として、コリメータレンズ５に取り込まれない発散レーザ光部分１６１　、１６２　を反射鏡８１　、８２　で光検出器７へ反射させて検出するようにしているため、利用可能に出力される出力レーザ光１２の割合が高まり、高効率で出力レーザ光を取り出すことができる。また、従来のように、出力レーザ光からその強度を検出するために一部分割して取り出すためのビームスプリッターが必要でなくなる。さらには、光検出器７を半導体レーザ１の容器３０中に共に収納固定してあるため、その容器３０に対して、コリメータレンズ５と反射鏡８１　、８２　を調整して取り付けるたけの簡単な組み立てで本発明の半導体レーザ光源装置を構成することができる。
【００２４】
次に、図３に、本発明の第３の実施例の半導体レーザ光源装置の模式的断面図を示す。この実施例は、容器（キャン）３０中に、半導体レーザ１から後方に出る放射光を検出して出力レーザ光を安定化させるための後方光モニター用の光検出器７’を元々備えた半導体レーザ１において、その後方光モニター用の光検出器７’に前方へ出る発散レーザ光のコリメータレンズ５に取り込まれない部分１６１　、１６２　を反射鏡８１　、８２　で反射させて同時に入射させるようにしている点で、第２の実施例と異なるものである。この例においても、ＡｌＩｎＧａＮ系青色半導体レーザのような半導体レーザ１は、ステム３２上に取り付けられ、容器３０中に封入固定され、その前面の窓３１を介して外部へ発散レーザ光を放射するように構成されている。また、容器３０内の半導体レーザ１の後方には、後方光モニター用の光検出器７’が斜めに配置されており、半導体レーザ１から後方に出る放射光１７の一部は直接、残りはステム３２の上面で反射されてこの光検出器７’に入射するようになっている。ここで、後方光モニター用の光検出器７’が光軸に対して斜めに取り付けられているのは、光検出器７’の受光面で正反射した光が再び半導体レーザ１に入射してその発振動作に悪影響を与えるのを防止するためにである。
【００２５】
この後方光モニター用の光検出器７’は半導体レーザ１の大きさに対して寸法的に十分大きく、窓３１側から容器３０内を見ると、半導体レーザ１の上側に光検出器７’の受光面の一部が見える。したがって、窓３１側から半導体レーザ１の前方へ出る発散レーザ光のコリメータレンズ５に取り込まれない部分１６１　、１６２　を反射鏡８１　、８２　で反射させて、光検出器７’受光面に入射させるようにすることができる。そのために、第２の実施例と同様に、半導体レーザ１の前方への出射光路中に配置されたコリメータレンズ５の周囲あるいはその前後の、半導体レーザ１の接合面１０から出射する発散レーザ光の中でコリメータレンズ５に取り込まれない部分１６１　、１６２　の光路中に、例えば、コリメータレンズ５に取り込まれる発散レーザ光の部分１５を通過させる窓を中央に持つ集光性の１枚の凹面鏡からなる反射鏡８１　、８２　を配置して、半導体レーザ１の出射端と光検出器７’の窓３１側から見える受光面の一部とを略共役になるように配置する。
【００２６】
この実施例においても、図示は省いたが、図１の場合と同様に、光検出器７’からの出力信号はフィードバック回路２１に入力され、そのフィードバック回路２１からのフィードバック信号は半導体レーザ駆動回路２２に入力され、半導体レーザ駆動回路２２からの駆動信号によって半導体レーザ１が駆動制御されるようになっている。
【００２７】
この構成においては、前方へ放射された発散レーザ光の部分１６１　、１６２　を光検出器７’に入射させなくとも、光検出器７’には半導体レーザ１からの後方に出る放射光１７が入射するので、光検出器７’は半導体レーザ１から放射されるレーザ光強度を検出し、その検出信号を半導体レーザ１の駆動回路２２へフィードバックさせて自動光量安定化制御を行うことは可能であるが、後方に出る放射光１７が十分に強くない場合には、光検出器７’の検出感度が良くなく、高感度で自動光量安定化制御を行うことは容易ではない。しかし、この実施例に基づいて、半導体レーザ１の前方への放射されるレーザ光中のコリメータレンズ５に取り込まれない部分１６１　、１６２　も反射鏡８１　、８２　で反射させて同時にこの光検出器７’に入射させているので、光検出器７’に入射するレーザ光の強度は大きくなり、その結果その光検出器７’の検出感度は上がり、簡単な構成で高感度で自動光量安定化制御を行うことが可能になる。
【００２８】
なお、この構成においても、第１、第２のの実施例と同様に、出力レーザ光１２を安定化させるために半導体レーザ１から発振されたレーザ光の強度を検出する部分として、コリメータレンズ５に取り込まれない発散レーザ光部分１６１　、１６２　を反射鏡８１　、８２　で光検出器７’へ反射させて検出するようにしているため、利用可能に出力される出力レーザ光１２の割合が高まり、高効率で出力レーザ光を取り出すことができる。また、従来のように、出力レーザ光からその強度を検出するために一部分割して取り出すためのビームスプリッターが必要でなくなる。さらには、元々半導体レーザ１の容器３０中に共に収納固定してある後方光モニター用の光検出器７’を利用するため、その容器３０に対して、コリメータレンズ５と反射鏡８１　、８２　を調整して取り付けるたけの簡単な組み立てで、このような高感度で自動光量安定化制御を行うことが可能な半導体レーザ光源装置を構成することができる。
【００２９】
以上、本発明の半導体レーザ光源装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の半導体レーザ光源装置によると、コリメータ光学系に取り込まれないレーザ光部分の光路中の少なくとも一部に反射鏡が配置され、その反射鏡に入射したレーザ光部分を光検出器に向けて反射させることにより、レーザ光の発振強度を検出するので、利用可能に出力される出力レーザ光の割合が高まり、高効率で出力レーザ光を取り出すことができる。また、出力レーザ光からその強度を検出するために一部分割して取り出すためのビームスプリッターが必要でなくなる点も有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の半導体レーザ光源装置の模式的断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例の半導体レーザ光源装置の模式的断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例の半導体レーザ光源装置の模式的断面図である。
【図４】従来の１例の半導体レーザ光源装置の構成を説明するための図である。
【図５】半導体レーザの出射端から放射されるレーザ光の放射パターンを示す図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザ
２…レーザ光の放射パターン
５…コリメータレンズ
６…ビームスプリッター
７…光検出器
７’…後方光モニター用の光検出器
８１　、８２　…反射鏡
１０…半導体レーザの接合面
１１…平行光
１２…出力レーザ光
１３…ビームスプリッター反射された一部のレーザ光
１４…利用されないレーザ光
１５…コリメータレンズが取り込む発散レーザ光の部分
１６１　、１６２　…コリメータレンズに取り込まれない発散レーザ光部分
１７…半導体レーザから後方に出る放射光
２１…フィードバック回路
２２…半導体レーザ駆動回路
３０…半導体レーザの容器（キャン）
３１…窓
３２…ステム
【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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