(57)【要約】【課題】半導体レーザを備えるレーザ走査型システムにおける半導体レーザの波長変動を制御する。【解決手段】レーザはコード化データ光を発光するように構成される。発光の少なくとも１つのパラメータは半導体レーザ（１０）の利得区画（１６）に注入される駆動電流Ｉ利得及び１つ以上の別の駆動電流Ｉ位相，ＩＤＢＲの関数である。目標発光期間にわたり半導体レーザ（１０）において複数の異なる発光モードが選択されるように半導体レーザ（１０）におけるモード選択を変更するために摂動信号Ｉ摂動で別の駆動電流Ｉ位相，ＩＤＢＲの内の少なくとも１つに摂動を与えることによって、半導体レーザにおけるモード選択が変更される。このようにすれば、レーザの波長または強度プロファイルにおけるパターン化変動を中絶させて、そうしなければレーザの出力に容易に認められ得るであろう、パターン化欠陥を隠蔽することができる。
2010507250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光源を備えるレーザ映写システムの制御方法において、前記可視光源が半導体レーザを有し、前記方法が、
コード化画像データ光を発光するように前記半導体レーザを構成し、複数の画素にかけて、またはコード化データ期間にわたり、前記可視光源の出力ビームをスキャンさせる工程であって、前記発光の少なくとも１つのパラメータは前記半導体レーザの利得区画に注入される駆動電流Ｉ利得及び１つ以上の別の駆動信号Ｉ/Ｖ位相，Ｉ/ＶＤＢＲの関数であり、前記別の駆動信号Ｉ/Ｖ位相は前記半導体レーザの位相区画に印加され、前記別の駆動信号Ｉ/ＶＤＢＲは前記半導体レーザの波長選択区画に印加される工程、及び
摂動信号Ｉ/Ｖ摂動で前記別の駆動信号Ｉ/Ｖ位相，Ｉ/ＶＤＢＲの内の少なくとも１つに摂動を与えることによって、前記複数の画素にかけて、または前記コード化データ期間にわたり、前記出力ビームをスキャンさせているときに前記半導体レーザのモード選択を変更する工程であって、前記摂動信号Ｉ/Ｖ摂動は、前記複数の画素にかけて、または前記コード化データ期間にわたり、前記出力ビームをスキャンさせているときに前記半導体レーザにおいて複数の異なる発光モードが選択されるように前記半導体レーザのモード選択を変更するに有意に十分に時間の経過とともに変化する振幅プロファイルを有する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記レーザが、前記コード化データ光が複数のデータ部分及び時間的な対応するデータ部分の間に挿入された対応する波長回生部分を含むように、制御され、
前記データ部分がそれぞれの駆動振幅ＩＤ及び駆動継続時間ｔＤを有し、
前記波長回生部分が前記データ部分の前記駆動振幅ＩＤと異なる回生振幅ＩＲ及び前記データ部分の前記駆動継続時間ｔＤより短い回生継続時間ｔＲを有し、
前記摂動信号Ｉ/Ｖ摂動の前記振幅プロファイルが、複数の、異なる、時間的に隔てられた摂動信号振幅を有し、
前記複数の、異なる、時間的に隔てられた摂動信号振幅のそれぞれ１つが前記波長回生部分の１つから対応するデータ部分への前記コード化データにおける遷移と時間的に対応するようにタイミングが合せられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記摂動信号Ｉ/Ｖ摂動の前記振幅プロファイルが、目標発光期間の少なくとも一部分にわたり前記半導体レーザにおいて複数の異なる発光モードが選択されるように前記半導体レーザにおけるモードホッピングを強制するためにレーザ発振キャビティモードの波長をシフトさせるに十分な大きさまで変わる複数の振幅変調部分を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記摂動が、乗算、除算、加減算またはこれらの組合せを用いて前記摂動信号Ｉ/Ｖ摂動で前記別の駆動信号Ｉ/Ｖ位相，Ｉ/ＶＤＢＲを改変することによって実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記半導体レーザにおける前記モード選択が、前記摂動信号Ｉ/Ｖ摂動で前記別の駆動信号Ｉ/Ｖ位相に摂動を与えることによって変更されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記半導体レーザにおける前記モード選択が、前記摂動信号Ｉ/Ｖ摂動で前記別の駆動信号Ｉ/ＶＤＢＲに摂動を与えることによって変更されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記摂動信号Ｉ/Ｖ摂動が前記半導体レーザの前記発光における系統的波長変動を中絶させるように選ばれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記出力ビームが、複数のコード化データ期間を特徴とする画像信号で変調され、
前記摂動信号Ｉ/Ｖ摂動が、前記コード化データ期間ｔＰのそれぞれにわたり前記異なる発光モードの内の少なくとも１つが選択されるように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記出力ビームが、複数のコード化データ期間を特徴とする画像信号で変調され、
前記摂動信号Ｉ/Ｖ摂動が、前記コード化データ期間ｔＰのそれぞれ１つにわたり前記異なる発光モードの内の１つより多くが選択されるように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
可視光源及びコントローラを備えるレーザ映写システムにおいて、前記可視光源が少なくとも１つの半導体レーザを有し、前記コントローラが、
コード化画像データ光を発光するように前記半導体レーザを動作させ、複数の画素にかけて、またはコード化データ期間にわたり、前記可視光源の出力ビームをスキャンさせることによってスキャン化レーザ画像の少なくとも一部分を生成するようにプログラムされる、ここで、前記発光の少なくとも１つのパラメータは前記半導体レーザの利得区画に注入される駆動電流Ｉ利得及び１つ以上の別の駆動信号Ｉ/Ｖ位相，Ｉ/ＶＤＢＲの関数であり、前記別の駆動信号Ｉ/Ｖ位相は前記半導体レーザの位相区画に印加され、前記別の駆動信号Ｉ/ＶＤＢＲは前記半導体レーザの波長選択区画に印加される、及び
摂動信号Ｉ/Ｖ摂動で前記別の駆動信号Ｉ/Ｖ位相，Ｉ/ＶＤＢＲの内の少なくとも１つに摂動を与えることによって、前記複数の画素にかけて、または前記コード化データ期間にわたり、前記出力ビームをスキャンさせているときに前記半導体レーザのモード選択を変更するようにプログラムされる、ここで、前記摂動信号Ｉ/Ｖ摂動は、前記複数の画素にかけて、または前記コード化データ期間にわたり、前記出力ビームをスキャンさせているときに前記半導体レーザにおいて複数の異なる発光モードが選択されるように前記半導体レーザのモード選択を変更するに有意に十分に時間の経過とともに変化する振幅プロファイルを有する、
ことを特徴とするレーザ映写システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、半導体レーザの波長選択、位相及び利得領域における波長制御（WAVELENGTH CONTROL IN THE WAVELENGTH SELECTIVE, PHASE, AND GAIN REGIONS OF SEMICONDUCTOR LASERS）について、２００６年１０月１６日に出願された米国仮特許出願第６０/８２９６３１号及び２００７年１月５日に出願された米国仮特許出願第６０/８８３６４８号の恩典を主張する。本出願は、半導体レーザにおける波長制御（WAVELENGTH CONTROL IN SEMICONDUCTOR LASERS）について、２００６年１０月１６日に出願された、同時係属で共通に譲渡された、米国特許出願第１１/５４９８５６号にも関するが、その優先権は主張しない。
【技術分野】
【０００２】
本発明は全般的には、半導体レーザ、レーザコントローラ、レーザ映写システム及び半導体レーザを組み込んでいるその他の光システムに関する。さらに詳しくは、本発明のいくつかの実施形態は半導体レーザにおけるレーザ波長変動に対処するための方式に関する。本発明の別の実施形態は半導体レーザの温度変遷表現パターンを中絶させるための方式及び半導体レーザに光結合された波長変換デバイスの出力における系統的波長変動を最小限に抑えるための方式に関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、半導体レーザを組み込んでいる光システムにおける波長変動を制御するための方式を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は全般的には、様々な態様で構成することができる、半導体レーザに関する。限定ではなく、例示及び説明として、分布帰還（ＤＦＢ）レーザ、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザまたはファブリ・ペロレーザのような単一波長半導体レーザを二次高調波発生（ＳＨＧ）結晶のような光波長変換デバイスと組み合わせることで高速変調のための短波長源を構成することができる。ＳＨＧ結晶は、例えば１０６０ｎｍのＤＢＲレーザまたはＤＦＢレーザを、その波長を５３０ｎｍに変換する、ＳＨＧ結晶のスペクトル中心に同調させることにより、基本レーザ信号の高次高調波を発生するように構成することができる。しかし、ＭｇＯドープ周期分極化ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）のような、ＳＨＧ結晶の波長変換効率はレーザダイオードとＳＨＧデバイスの間の波長整合に強く依存する。レーザ設計に堪能な技術者には当然であろうように、ＤＦＢレーザは、反射媒体として半導体材料にエッチングでつくり込まれた格子または同様の構造を用いる、共振キャビティレーザである。ＤＢＲレーザは、エッチングでつくり込まれた格子が半導体レーザの電子ポンピング領域から物理的に隔てられているレーザである。ＳＨＧ結晶は非線形結晶の二次高調波発生特性を用いてレーザ光の周波数を２逓倍する。
【０００５】
ＰＰＬＮ ＳＨＧデバイスの帯域幅は非常に狭いことが多く−代表的なＰＰＬＮ ＳＨＧ波長変換デバイスについて、半値全幅（ＦＷＨＭ）波長変換帯域幅は、０.１６〜０.２ｎｍの範囲でしかなく、結晶の長さにほぼ依存する。レーザキャビティ内のモードホッピング及び制御されない大波長変動により、動作中、この許容帯域幅の外への半導体レーザの出力波長のシフトがおこり得る。半導体レーザ波長がＰＰＬＮ ＳＨＧデバイスの波長変換帯域幅の外側にずれてしまうと、目標波長における変換デバイスの出力パワーは激烈に低下する。レーザ映写システムにおいて、例えば、モードホッピングは、画像の特定の位置における欠陥として容易に目につくであろうパワーの瞬時変化を生じさせ得るから、特に問題となる。そのような可視欠陥は一般に、生じた像は単にレーザの様々な区画の温度変遷の表現パターンであるから、画像にかかる組織的パターン化画像欠陥として現れる。
【０００６】
半導体レーザ源開発における波長の整合及び安定化にともなう課題を与えられて、本発明の発明者等は、半導体レーザにおけるレーザ波長変動に対処するための有益な方式を認識していた。発明者等はレーザの好ましくない温度変遷表現パターンを中絶させることによる、半導体レーザに光結合された波長変換デバイスの出力における系統的波長変動に対処するための有益な方式も認識していた。
【０００７】
発明者等は、本発明の概念は主にＤＢＲレーザに関して説明されるが、本明細書に論じられる制御方式は、ＤＦＢレーザ、ファブリ・ペロレーザ及び多くのタイプの外部キャビティレーザを含むがこれらには限定されない、様々なタイプの半導体レーザにも有用であろうと考えられることを認識していた。二次高調波発生がレーザ源に用いられるか否かに関わらず、本発明の特定の実施形態は全般的にレーザ源の波長安定化に関することにも注意されたい。
【０００８】
本発明の一実施形態にしたがえば、半導体レーザの制御方法が提供される。本方法にしたがえば、半導体レーザの区画の少なくとも１つが画像データを提供するために変調される。限定としてではなく、例として、レーザ映写の場合、映写画像におけるグレイレベルを生成するために利得電流Ｉ利得を変調することができる。この変調によりレーザ波長に若干の変動が生じ、この変動は映写光の変動を生じさせる。比較的静的な画像の場合、波長変動はフレーム毎に反復し、人間の眼で容易に検出され得る、系統的かつ組織的な画像偏移をおこさせる。本発明のいくつかの実施形態は、画像偏移が離散され、したがって人間の眼による検出がかなり困難になるような態様で、１つまたは複数の付加信号をレーザに用いることによってこの問題に対処する。
【０００９】
本発明の別の実施形態にしたがえば、半導体レーザを組み込んだレーザ映写システムの制御方法及びそのような方法を実行するようにプログラムされたレーザコントローラが考えられる。さらに詳しくは、本発明の一実施形態にしたがえばレーザ映写システムの制御方法が提供される。本方法は、（ｉ）コード化画像データ光を発光するように半導体レーザを構成して、複数の画素にかけて、またはコード化データ期間にわたり、可視光源の出力ビームをスキャンすることにより、スキャンレーザ画像の少なくとも一部分を生成する工程、及び（ii）駆動信号Ｉ/Ｖ位相，Ｉ/ＶＤＢＲの内の少なくとも１つに摂動信号Ｉ/Ｖ摂動で摂動を与えることにより、複数の画素にかけて、またはコード化データ期間にわたって、出力ビームがスキャンされているときに、半導体レーザのモード選択を変更する工程を含む。摂動信号Ｉ/Ｖ摂動は、複数の画素にかけて、またはコード化データ期間にわたって、出力ビームがスキャンされているときに半導体レーザにおいて複数の異なる発光モードが選択されるように、半導体レーザにおけるモード選択を変更するに有意に十分に、時間の経過とともに変化する振幅プロファイルを有する。
【００１０】
本発明の別の態様にしたがえば、（ｉ）コード化画像データ光を発光するように半導体レーザを動作させて、複数の画素にかけて、またはコード化データ期間にわたり、可視光源の出力ビームをスキャンすることによってスキャンレーザ画像の少なくとも一部分を生成し、（ii）駆動信号Ｉ/Ｖ位相，Ｉ/ＶＤＢＲの内の少なくとも１つに摂動信号Ｉ/Ｖ摂動で摂動を与えることによって、複数の画素にかけて、またはコード化データ期間にわたって、出力ビームがスキャンされているときに半導体レーザのモード選択を変更するようにプログラムされたコントローラを備えるレーザ映写システムが提供される。
【００１１】
本発明の概念は主として画像形成に関して説明されるが、本発明の様々な概念はレーザ波長の反復する低周波数変動が問題になるいかなるレーザ応用にも適用可能とすることができると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は光波長変換デバイスに光結合されたＤＢＲ型または同様のタイプの半導体レーザの略図である。
【図２】図２は本発明の一実施形態にしたがうレーザ映写システムの略図である。
【図３】図３はＤＢＲレーザにおける発光波長の変遷を利得電流の関数として示す。
【図４】図４はＤＢＲレーザにおける発光波長の変遷を利得電流の関数として示す。
【図５】図５は本発明の一実施形態にしたがうレーザ波長を制御するための方式を示す。
【図６】図６は図５に示される制御方式の別の図である。
【図７】図７は本発明の別の実施形態にしたがうレーザ波長を制御するための方式を示す。
【図８】図８は図７の制御方式の別の図である。
【図９】図９は半導体レーザの好ましくない温度変遷表現パターンを中絶させるための方式を示す。
【図１０】図１０は半導体レーザの好ましくない温度変遷表現パターンを中絶させるための別の方式を示す。
【図１１】図１１は図９及び１０に示される方式に用いるための多くの適する摂動信号プロファイルの内の１つを示す。
【図１２】図１２は図９及び１０に示される方式に用いるための多くの適する摂動信号プロファイルの内の１つを示す。
【図１３】図１３は図９及び１０に示される方式に用いるための多くの適する摂動信号プロファイルの内の１つを示す。
【図１４】図１４は図９及び１０に示される方式に用いるための多くの適する摂動信号プロファイルの内の１つを示す。
【図１５】図１５は図９及び１０に示される方式に用いるための多くの適する摂動信号プロファイルの内の１つを示す。
【図１６】図１６は図９及び１０に示される方式に用いるための多くの適する摂動信号プロファイルの内の１つを示す。
【図１７】図１７は図９及び１０に示される方式に用いるための多くの適する摂動信号プロファイルの内の１つを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照数字で示される、添付図面とともに読まれたときに最善に理解され得る。
【００１４】
本発明の特定の実施形態の概念を組み込むことができる様々なタイプの半導体レーザの特定の構造は、容易に入手できる、半導体レーザの設計及び作成に関する技術文献に教示されるが、本発明の特定の実施形態の概念は、図１に簡略に示される３区画ＤＢＲ型半導体レーザ１０を全般的に参照することで、簡便に示すことができる。図１において、ＤＢＲレーザ１０は光波長変換デバイス２０に光結合されている。半導体レーザ１０から放射された光ビームは波長変換デバイス２０の導波路に、直接に結合させることができ、あるいはコリメート／集束光学系または何か別のタイプの適する光学素子または光学系を介して結合させることができる。波長変換デバイス２０は入射光を高次高調波に変換し、変換された信号を出力する。このタイプの構成は、長波長半導体レーザからの短波長レーザビームの発生に特に有用であり、例えば、レーザ映写システムのための可視レーザ源として用いることができる。
【００１５】
図１に簡略に示されているＤＢＲレーザ１０は、波長選択区画１２，位相区画１４及び利得区画１６を有する。レーザ１０のＤＢＲ区画とも称することができる波長選択区画１２は一般にレーザキャビティの活性領域の外部に配置された一次または二次のブラッグ格子を有する。この区画は、その反射係数が波長に依存するミラーとして格子がはたらくから、波長選択を提供する。ＤＢＲレーザ１０の利得区画１６はレーザの光利得の大半を提供し、位相区画１４は利得区画１６の利得材料と波長選択区画１２の反射性材料の間に可調位相シフトを生じさせる。波長選択区画１２は、ブラッグ格子の使用の有無にかかわらない、多くの適する別の構成で提供することができる。
【００１６】
波長選択区画１２，位相区画１４，利得区画１６、またはこれらの組合せに、それぞれの制御電極２，４，６が組み込まれるが、図１には簡略にしか示されていない。電極２，４，６は様々な形態をとり得ると考えられる。例えば、制御電極２，４，６はそれぞれ電極対として図１に示されるが、区画１２，１４，１６の内の１つ以上における単電極素子２，４，６も本発明の特定の実施形態の実施に適するであろうと考えられる。制御電極２，４，６はレーザ１０の対応する区画１２，１４，１６に電流を注入するために用いることができる。注入電流は、例えば、レーザ区画の１つ以上の温度を制御する、レーザ基板に定められる導電性ドープ半導体領域に電流を注入する、レーザ１０の波長選択区画１２及び位相区画１４の屈折率を制御する、レーザの利得区画の光利得を制御する、等によって、レーザの動作特性を変えるために用いることができる。
【００１７】
図１に示される波長変換デバイス２０の波長変換効率は、半導体レーザ１０と波長変換デバイス２０の間の波長整合に依存する。波長変換デバイス２０内で発生する高次高調光波の出力パワーは、レーザ１０の出力波長が波長変換デバイス２０の波長変換帯域幅から外れると、激烈に低下する。例えば、半導体レーザがデータ形成のために変調されると、熱負荷が絶え間なく変化する。この結果のレーザ温度及びレーザ発振波長の変化により、ＳＨＧ結晶２０の効率の変動が生じる。１２ｍｍ長ＰＰＬＮ ＳＨＧデバイスの形態の波長変換デバイス２０の場合、約２℃の半導体レーザ１０の温度変化は一般に半導体レーザ１０の出力を波長変換デバイス２０の０.１６ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）波長変換帯域の外に出すに十分であろう。本発明の特定の実施形態は、レーザ波長変動を許容レベルに制限することによってこの問題に対処する。
【００１８】
発明者等は、半導体レーザは普通、波長ドリフト及び付随するキャビティモードホッピングを受けるから、半導体レーザの発光波長の安定化における難題を認識していた。限定ではなく、例として、図３は、任意単位で示される、発光波長λの変遷をＤＢＲレーザにおける、同じく任意単位で示される、利得電流Ｉの関数として示す。利得電流が増加すると、利得区画の温度も上がる。この結果、キャビティモードは長波長側にシフトする。キャビティモードの波長はＤＢＲ区画の波長より速くシフトする。したがって、レーザは短波長のキャビティモードがＤＢＲ反射率曲線の最大値に近接する時点に達する。この時点において、短波長のモードは確立されたモードより低い損失を有し、レーザ物理の基本原理にしたがいレーザは損失がより低いモードに自動的にジャンプする。この挙動が図３の曲線１００に示されている。図３に示されるように、波長は緩やかに長くなり、その振幅がレーザキャビティの一自走スペクトル範囲に等しい、急激なモードホッピングを含む。
【００１９】
本発明は波長変化及び急激なモードホッピングのいかなる特定の発現形式にも限定されないが、レーザ映写システムの場合、そのような波長変動は滑らかな強度変動を生じさせることができ、モードホッピングはレーザのスキャンによってつくられた画像に比較的急激な強度シフトを生じさせ得る。これらの欠陥によって画像に生じる特定のパターンは、レーザ温度、レーザ自走スペクトル範囲、ＰＰＬＮ結晶通過スペクトル帯域、ＤＢＲレーザのＰＰＬＮ結晶に対するスペクトル位置合せ、等を含むが、これらには限定されない、多くの要因の関数であり得る。欠陥パターンの性向にかかわらず、パターン自体が、容易に認識可能な系統的構造を画像内に表すため、画像における問題を提示し得る。また、準静止画像に対し、そのような欠陥は一般にフレーム毎に反復し、画像内の欠陥の認識を極めて容易にする。
【００２０】
以下で、図９〜１７を参照して、詳細に説明されるように、この性向をもつ画像欠陥は半導体レーザの位相区画及び／または波長選択区画に異なる種類の制御信号を印加することによって検出をより困難にすることができる。限定ではなく、例として、位相信号が、生成されるそれぞれのフレームに対して一定に保たれるが、フレーム毎ベースでは変えられれば、それぞれの信号フレームは欠陥パターンを有するであろうが、パターンの性向、すなわちパターン内の暗領域及び明領域の位置はフレーム毎に変わることになるであろう。この結果、眼は全ての画像を時間に関して積分し、よっていかなる系統的欠陥も検出が困難になるであろう。別の例として、本発明ではそれぞれの画像走査線または画素に対する位相信号を変えることも考えられる。この結果、組織的な系統的画像欠陥は、人間の眼が認識することはさらに一層困難な、高周波数雑音にさらに一層偽装されるように変換される。
【００２１】
レーザに印加される制御信号を完全にランダムにするか、または何か一層精緻な関数で表すこともできると考えられる。一例として、制御信号を、レーザスペクトル範囲の１/２に対応するように、レーザの位相区画及び／またはＤＢＲ区画に、画像欠陥の形状を実効的に反転して、注入することができる。この反転は、上述したように、フレーム毎、走査線毎または画素毎のベースで導入することができる。
【００２２】
図３をさらに参照すれば、曲線１０１はＤＢＲレーザにおけるかなり異なる発光挙動を示す。詳しくは、曲線１００に関して示されるレーザと同じ全般的製造パラメータを有するレーザが、一レーザ自走スペクトル範囲の振幅でモードホッピングを行う代りに、レーザは６までないしそれ以上の自走スペクトル範囲振幅を有するモードホッピングを示すであろうという意味で、かなり異なる挙動を示し得る。多くの用途に対し、そのような大きく急激な波長変動は許容され得ないであろう。例えば、レーザ映写システムの場合、そのような大きなホッピングは画像において公称グレイスケール値からゼロの近い値までの急激な強度ジャンプをおこさせるであろう。発明者等はこの現象を、レーザにおける波長不安定性及びヒステリシスとともに、研究して、そのようなレーザ発光欠陥が、空間的ホールバーニング、スペクトルホールバーニング、利得プロファイル拡大及び自己誘起ブラッグ格子を含む、様々な要因の１つ以上に帰因させ得ることに気付いた。これらの要因は、レーザキャビティに確立された特定のキャビティモードにレーザ発振をロックすることができ、あるいはより大きなモードホッピングを助長することができると考えられる。実際、あるモードが確立されると、特定の波長においてキャビティ内部にある光子が、特定のエネルギーレベルにおけるキャリア密度を枯渇させるか、またはキャビティ内に自己誘起ブラッグ格子を形成することによって、レーザ自体を妨害するように見える。
【００２３】
図４の曲線１０２は別の場合のスペクトルモードホッピング挙動を示す。図示される場合において、任意単位で示される発光波長λは、外部キャビティ効果と称される現象である、レーザ外部に配置されたコンポーネントに帰因させ得る後方反射を含むため、不安定である。外部キャビティ効果によれば、外部反射が、レーザキャビティを妨害し、振幅が非常に大きなモードホッピングを発生させ得る、寄生ファブリ・ペロキャビティを生じさせる。半導体レーザにおける許容できない波長ドリフトの源にかかわらず、本発明の特定の実施形態はレーザの波長変動の対処に向けられる。
【００２４】
発明者等は、図３及び４に示される大きな波長変動及び付随するモードホッピング効果がレーザキャビティ内の光子密度に少なくともある程度依存し、かなりの外部キャビティ効果がある場合に増幅されることを認識した。発明者等は、レーザ発振波長が１つより多くのモードをジャンプし得ること及びこの多モードジャンプが、スペクトルホールバーニング及び空間的ホールバーニング並びに外部キャビティ効果のような付加レーザ発振現象に、完全にまたはある程度、帰因させ得ることを認識した。
【００２５】
半導体レーザの多モードドリフトの原因にかかわらず、この現象がおこると、レーザ発振波長は通常キャビティモード間隔の倍数に等しい異常波長ジャンプを示す。大モードジャンプがおこる前に、レーザは通常大きな連続波長シフトを示す。大波長ドリフト及び異常波長ジャンプは、レーザ信号に許容できない雑音を生じさせ得る。例えば、その例が図２に簡略に示されるレーザ映写システムにおいてこの現象が系統的におこれば、映写画像内の雑音は人間の眼に容易に見えるであろう。
【００２６】
上述したように、本発明の特定の実施形態は全般的に、半導体レーザ駆動電流が駆動部分及び波長回生部分を含む、制御方式に関する。図５及び６は、半導体レーザの利得区画に電流として注入されるデータ部分を駆動部分が含む、単一モードレーザ信号において波長を制御するための方式を示す。したがって、図示される実施形態において、駆動電流はそれぞれのデータ部分Ａ及び波長回生部分Ｂを含む。特に図５を参照すれば、駆動電流すなわち利得注入電流（ＩＧ）のこれらの部分はレーザデータ信号（ＤＳ）と適するように構成された波長回生信号（ＷＲ）の積をとることによって導入することができる。限定ではなく、例として、レーザデータ信号はレーザ映写システムにおける映写のための画像データを搬送することができる。図６に示されるように、波長回生信号は、利得区画駆動電流、すなわち利得注入電流のデータ部分が比較的長い駆動継続時間ｔＤをもつ比較的高い駆動振幅ＩＤを有し、駆動電流の波長回生部分が比較的短い回生継続時間ｔＲをもつ比較的低い回生振幅ＩＲを有するように、構成される。データ部分の比較的高い駆動振幅ＩＤは、レーザ発振モードλ０におけるレーザキャビティ内のレーザ発振に十分である。駆動電流の波長回生部分の比較的低い回生振幅ＩＲは、駆動振幅ＩＤと異なり、図６には駆動振幅ＩＤよりΔＩ低いとして示される。
【００２７】
利得区画駆動電流のデータ部分の駆動振幅ＩＤ及び継続時間ｔＤは、用いられるべき特定の用途に当然依存する、適切なパワー及び波長をもつ光信号を形成するためにはたらく。回生振幅ＩＲ及び回生継続時間ｔＲはレーザキャビティの少なくとも一部内の光子密度を下げるに十分である。光子密度を低い値まで、多くの場合にはゼロ近くまで、下げることにより、大波長ドリフトをおこす、スペクトルホールバーニング、空間的ホールバーニング、利得プロファイル拡大または自己誘起ブラッグ格子のような、様々な現象が消失する。この結果、回生期間の終りにかなりの電流が利得区画に再注入されると、レーザはＤＢＲ反射率曲線の最大値に最も近くにあるモードの中からモードを自動的に選択する。したがって、波長変動を一レーザ自走スペクトル範囲に制限することができ、多キャビティモードホッピングは排除されるか、あるいは少なくともかなり低減される。得られる、データ部分及び波長回生部分を含む利得区画駆動電流は、波長ドリフトを最小限に抑え、レーザの時間平均レーザ発振光帯域幅を狭めるために用いることができる。
【００２８】
言い換えれば、利得区画駆動電流のデータ部分の駆動振幅ＩＤと継続時間ｔＤはレーザ発振波長が許容できないドリフト、限定ではなく、例として、０.０５ｎｍをこえる波長の変化、を受けるであろう確率を高める。利得区画駆動電流の波長回生部分の比較的低い回生振幅ＩＲが駆動電流のデータ部分に続き、許容できない波長ドリフトの確率を低める。駆動電流の回生部分の出現頻度が十分高ければ、レーザ発振キャビティモードは波長ドリフトが蓄積されて大きくなって新しいキャビティモードが選択される前に遮断され、よって大きな波長ドリフトは抑制される。
【００２９】
本発明の実施形態にしたがう波長制御が用いられていない、例えば、周波数２逓倍ＰＰＬＮ緑色レーザを備える、レーザ映写システムの場合、画像ディスプレイの一走査線にかけてレーザにより放射される緑色パワーは多キャビティモードホッピングによる急激なパワー変動を示すであろう。この結果、映写画像は、振幅が５０％程度ないしそれより大きい、急激なパワーの低下を示すであろう。しかし、駆動信号が画素毎に、例えば一般に４０ｎｓ毎に、変えられる本発明の特定の実施形態にしたがう波長制御方式を用いれば、望ましくないレーザパワーの減少は大きく緩和されるであろうと考えられる。例えば、回生振幅ＩＲをゼロ、回生継続時間ｔＲを約１０ｎｓ、駆動継続時間ｔＤを約４０ｎｓに設定した、本発明の一実施形態の実行において、画像の残留雑音標準偏差は８％程度であった。画像には、一般に肉眼では容易には見えない、空間周波数が比較的高い欠陥があることも認められた。
【００３０】
回生振幅ＩＲはゼロとすることができるが、多キャビティモードホッピングの源を排除するに十分であるか、そうではなくともレーザの波長挙動を改善するに十分な、いかなる値とすることもできる。利得区画駆動電流の回生振幅ＩＲは駆動振幅ＩＤより低くなれば、ゼロよりかなり大きくすることができる。比較的高い駆動振幅ＩＤは実質的に連続であるが、以下でさらに詳細に説明されるように、半導体レーザが画像映写システムに組み込まれている場合には特に、強度が変動することが多いであろう。
【００３１】
レーザがコード化データ光を発光するように構成されている場合、コード化データを表すデータ信号がレーザに与えられる。限定ではなく、例として、データ信号はレーザの利得区画に注入される駆動信号の強度変調データ部分またはパルス幅変調データ部分として組み入れることができる。本発明の特定の実施形態の波長回生動作はデータ信号内のコード化データとは少なくともある程度独立であるように実行される。例えば、レーザの利得区画に駆動電流が注入される場合に、その駆動部分はデータをコード化するために強度変調することができる。駆動電流の波長回生部分は、コード化データとは独立に、駆動電流に重畳される。同様に、データをコード化するために駆動部分がパルス幅変調される場合も、駆動電流の波長回生部分が駆動電流に重畳されるであろう。
【００３２】
上述した重畳はコード化データと完全に独立とすることができ、あるいは、コード化データを表す駆動電流の強度またはパルス幅の持続時間が閾値に達したときにのみ施すことができる。いずれの場合にも、重畳はコード化データとはある程度独立であろう。しかし、重畳されたときには、波長回生部分の独立度は十分な波長回生が得られることを保証するに十分であることが必要であろう。言い換えれば、駆動電流の波長回生部分は、データ信号がそうでなければ波長回生を妨げるであろう条件の下で駆動電流より優位でなければならない。例えば、パルス幅変調データ信号の場合、比較的短い大振幅パルス幅に対して波長回生は必要にならないと考えられる。しかし、コード化データが比較的長い対振幅パルス幅を含んでいる場合には、駆動動作及び波長回生動作で定められるデューティサイクルは、許容できない波長ドリフトが認められる前に波長回生が達成され得ることを保証するため、大振幅パルス幅の最大持続時間を制限するに十分であるべきである。例えば、駆動動作及び波長回生動作で定められるデューティサイクルの持続時間の約９０％をパルス幅の最大持続時間が上回り得ないことを保証することが好ましいことであり得る。さらに、パルス幅変調データの場合、波長回生部分の回生振幅ＩＲが半導体レーザの閾レーザ発振電流より小さいか、あるいは波長を回生するに十分に小さいことを保証するためにも注意が払われるべきである。
【００３３】
波長回生信号は規則的な周期ベースで実施される必要はないことにも注意されたい。むしろ、回生信号は必要に応じて与えることができる。例えば、許容値をこえる、例えば一キャビティモード間隔より大きい、波長ドリフトが検出された場合に、駆動電流に波長回生信号を重畳して、レーザに新しい波長の選択を強制することによって、波長回生動作を実施することができる。
【００３４】
回生期間の頻度に関しては、一般に、２つの回生期間の間の波長変動を許容できる振幅に制限するに十分に頻繁であることが必要である。理想的な頻度及び手法はレーザが利用される用途にともなう特定の要求に依存する。一例として、レーザ映写に対し、回生期間はランダムに開始されるか、またはデータ内容、すなわち画像と、回生信号の間のいかなるエイリアシング問題も回避するために回生期間を画素生成と同期させることが好ましいことであり得る。また、エレクトロニクス及びレーザ速度と同等な可能な最大の頻度で回生を実施することによって、画像内のいかなる雑音もさらに高い空間周波数で生じ、雑音の検出は一層困難になるであろう。
【００３５】
図７及び８は、半導体レーザ駆動電流の上述した駆動部分が半導体レーザの波長選択区画に注入される波長制御信号（λＳ）を含む、単一モードレーザ信号において波長を制御するための方式を示す。したがって、半導体レーザの波長選択区画に注入される駆動電流は波長制御部分及び波長回生部分を含む。上述したように、この駆動電流は、ＤＢＲレーザの波長選択区画がレーザのＤＢＲ区画と普通称されるから、本明細書ではＤＢＲ注入電流（ＩＤＢＲ）とも称される。
【００３６】
特に図７を参照すれば、ＤＢＲ注入電流の波長制御部分及び波長回生部分は、標準ＤＢＲ波長制御信号と本発明の特定の実施形態にしたがって適切に構成された波長回生信号の積をとることによって導入することができる。図８に示されるように、ＤＢＲ注入電流の波長制御部分は駆動継続時間ｔＤが比較的長い駆動振幅ＩＤを有するが、駆動電流の波長回生部分は回復継続時間ｔＲが比較的短い波長回生部分の回生振幅ＩＲを有するように、波長回生信号が構成される。ＤＢＲ注入電流の波長回生部分の回生振幅ＩＲは、駆動振幅ＩＤと異なり、駆動振幅ＩＤより低くまたは高くすることができ、ΔＩまたはΔＩ'だけ駆動振幅ＩＤと異なるとして図８に示される。
【００３７】
波長制御部分の振幅ＩＤは、周波数２逓倍ＰＰＬＮの場合にレーザが２逓倍結晶の波長で固定されるに十分な波長にＤＢＲ波長を同調させておくに十分である。ＤＢＲ電流が駆動振幅ＩＤとは十分に異なる回生振幅ＩＲに変えられると、ブラッグ波長は異なる波長にシフトされ、新しいキャビティモードでのレーザ発振が開始する。元のレーザ発振キャビティモードは停止される。新しいキャビティモードが元のレーザ発振キャビティモードから十分離れていれば、レーザ公称目標波長における多キャビティモードホッピングの原因となる現象は、消失するか、または実質的に消散するであろう。ＤＢＲ回生パルスが終るとＤＢＲ電流は元のレベルに戻され、ブラッグ波長はシフトして元の位置に戻る。この時点で、新しいキャビティモードは停止され、回生された光利得スペクトルの下で、元のブラッグ波長またはその近傍の回生されたモードでのレーザ発振が再開する。得られる画像は、図５及び６の制御方式に関して上で論じた属性と同様の属性を有するであろうと考えられる。
【００３８】
図７及び８に示される本発明の実施形態に対する理論的基礎の１つの考えられる説明は、本方式が基本的に利得圧縮波長における光子定在波をスペクトルホールバーニング領域の外側の別の波長に変えることである。定在波の変化の継続時間は比較的短く、一般に、スペクトルホールバーニングを除去し、元の利得スペクトルを回復するに十分に長いだけである。回生振幅ＩＲの下に誘起される波長シフトは、絶対値は変わり得るが、好ましくは少なくともほぼ２つのレーザ発振モードの波長シフトに等価であることが多いであろうと考えられる。実際上、波長シフトはレーザキャビティによるレーザ発振を停止させ得るほど非常に大きくなり得ると考えられる。図７及び８の制御方式は、キャリアがスペクトルホールを埋めるためにレーザ発振波長を元の位置から一時的に移すように外部フィードバックを変えることによって、外部キャビティ半導体レーザに適用できるとも考えられる。
【００３９】
図２に簡略に示されるレーザ映写システムを参照すれば、本発明の特定の実施形態にしたがう駆動電流制御方式がシステム内において様々な形態で実行され得ることに注意されたい。限定ではなく、例として、駆動電流の波長回生部分は映写ソフトウエア及びエレクトロニクスによるレンダリング中にビデオ信号に回生部分を組み込むことによって実行することができる。この手法において、画像全体にわたって分布する画素は原画像に必要な強度とは独立な波長回生信号により変更されるであろう。この間断の頻度は人間の眼及び知覚される光パワーへの影響を最小限に抑えるように選ばれるべきである。あるいは、駆動信号の波長回生部分はレーザ駆動エレクトロニクスに組み込むことができる。この手法においては、電流スケーリングに先立ち、周期的に画像ストリームから導かれる駆動信号に、波長回生信号が優先する。この場合も、この間断の頻度及びデューティサイクルは人間の眼及び知覚される光パワーへの影響を最小限に抑えるように選ばれるべきである。また別の形態として、所望の強度レベルとは独立に駆動電流を減じるかまたは改変するために、レーザへの駆動電流を周期的にシャントするか、そうではなくとも減じることができるであろう。
【００４０】
図５〜８は単一モードレーザ信号内の雑音を低減するために択一的にまたは合せて用い得るレーザ動作方式を示していると考えられる。さらに、図５〜８の方式は１つ以上の単一モードレーザが組み込まれているシステムに用いることができる。例えば、以下でさらに詳細に説明されるように、図５〜８の方式は１つ以上の単一モードレーザが組み込まれている走査型レーザ画像映写システムに択一的にまたは合せて用いることができると考えられる。単一モードレーザまたは単一モード発光用に構成されたレーザへの本明細書における言及は、本発明の範囲を単一モードで動作するレーザだけに限定するととられるべきではないことにも注意されたい。むしろ、単一モードレーザまたは単一モード発光用に構成されたレーザへの本明細書における言及は、本発明の特定の実施形態にしたがって考えられるレーザは広帯域または挟帯域の単一モードがその中に認められる出力スペクトルあるいは適するフィルタリングまたはその他の手段によって単一モードの弁別をそれから行うことができる出力スペクトルを特徴とするであろうことを意味するに過ぎないととられるべきである。
【００４１】
駆動継続時間ｔＤと回生継続時間ｔＲの相対値は最適度のレーザ効率が維持されると同時に十分な波長回生が保証されるように制御されるべきである。例えば、本発明の一態様にしたがえば、駆動信号のデューティサイクルの少なくとも約８０％が駆動継続時間ｔＤで占められ、駆動信号のデューティサイクルの約２０％未満が回生継続時間ｔＲで占められる。多くの場合に、回生継続時間ｔＲは約１０ｎｓ未満、おそらく約５ｎｓ未満であることを保証すれば十分であろう。さらに、駆動信号のデューティサイクルの少なくとも約９５％が駆動継続時間ｔＤで占められ、駆動信号のデューティサイクルの約５％未満が回生継続時間ｔＲで占められる制御方式が考えられる。駆動信号を制御している電気回路の応答が十分速ければ、駆動信号のデューティサイクルの少なくとも約９７.５％が駆動継続時間ｔＤで占められ、駆動信号のデューティサイクルの約２.５％未満が回生継続時間ｔＲで占められる適切な制御方式が考えられる。
【００４２】
レーザ映写システムの場合において、駆動継続時間ｔＤ及び回生継続時間ｔＲのそれぞれの値を確立する時にはさらに考慮すべき問題がある。限定ではなく、例として、図２に示されるレーザ映写システムは、単色または多色の画像データストリームを発生する画像源（Ｓ），それぞれの原色画像についてレーザ駆動信号を発生するための画像映写ソフトウエア及び付帯エレクトロニクス（Ｓ/Ｅ），それぞれの原色画像を生成するように構成された個々のレーザ（ＬＤ）のためのそれぞれのレーザ駆動電流を発生するためのレーザドライバ（Ｄ）及び画素アレイからなる単色または多色の映写画像（Ｉ）を生成するように動作する走査／映写光学系（Ｏ）を備える。本タイプ及びその他のタイプの走査型レーザ画像映写システムにおける画素のそれぞれの特徴は能動画素継続時間ｔＰである。限定ではなく、例として、画像における画素の能動画素継続時間は４０ｎｓ以下とすることができる。一般に、回生継続時間ｔＲは画素継続時間ｔＰより短いであろう。回生継続時間ｔＲは画素継続時間ｔＰより少なくとも５０％は短いことが好ましい。対照的に、駆動継続時間ｔＤは、システム設計者の好みに応じて、画素継続時間ｔＰより長くまたは短く、あるいは画素継続時間ｔＰと等しく、することができる。
【００４３】
当業者であれば、能動画素継続時間ｔＰが走査速度変化の結果として画像にかけて穏やかに及び周期的に変わり得ることを認めるであろう。したがって、「能動画素継続時間を特徴とする」映写システムという言辞は、画像におけるそれぞれの画素が同じ画素継続時間を有することを表すととられるべきではない。むしろ、ディスプレイ内の個々の画素は、能動画素継続時間ｔＰを特徴とするディスプレイの一般的概念の下にそれぞれがとる、相異なる画素継続時間を有し得ると考えられる。
【００４４】
画素アレイにかけて変化する画素強度を確立するように画像映写エレクトロニクス及び対応するレーザ駆動電流を構成することにより、画像映写システムによって多階調画像を生成することができる。この場合、駆動電流の波長回生部分は変化する画素強度をコード化する信号に重畳される。走査型レーザ画像映写システムの構成及び変化する画素強度が画像にかけて生成される態様に関するさらなる詳細は本発明の範囲をこえ、これらのテーマに関する、様々な容易に利用できる教示から拾集することができる。
【００４５】
発明者等は、半導体レーザは一般にレーザの出力及びレーザに結合された波長変換デバイスの出力に好ましくないパターニングを生じさせ得る温度変遷表現パターンを示すことを認識した。この好ましくないパターニングにより、上述したレーザ映写システムの場合に有意な問題が生じ得る。したがって、本発明では、半導体レーザの温度変遷表現パターンを中絶させるか、そうではなくとも半導体レーザのレーザ発振波長を制御するための、摂動方式も考えられる。
【００４６】
図９及び１０は、本発明にしたがう、適する摂動方式の２つの例を示す。初めに図１及び９を参照すれば、本発明の第１の摂動方式では、例えば、波長選択区画１２，位相区画１４及び利得区画１６を有する半導体レーザ１０の、位相区画１４を制御するために用いられる駆動信号Ｉ/Ｖ位相を改変するために摂動信号Ｉ/Ｖ摂動が用いられることに注意されたい。摂動信号Ｉ/Ｖ摂動及び駆動信号Ｉ/Ｖ位相は半導体レーザの構造に依存して電圧ベースまたは電流ベースの制御信号とすることができ、位相区画１４と熱的に結合しているマイクロヒータを使用して位相区画１４に直流電流（Ｉ位相）を注入するか、または位相区画１４への適する電圧を印加することによって、半導体レーザ１０の位相区画１４に印加することができる。
【００４７】
一般に、摂動信号Ｉ/Ｖ摂動は半導体レーザの発光における系統的波長変動を中絶させるように選ばれる。さらに詳しくは、摂動信号Ｉ/Ｖ摂動は、半導体レーザ１０におけるモード選択を変更するに有意に十分に時間の経過とともに変化する振幅プロファイルを導入することによって系統的波長変動を中絶させる。この結果、レーザ発光において発生する組織的偏移を中絶させるために目標発光期間にわたり、半導体レーザ１０において複数の異なる発光モードが選択される。レーザ映写システムの場合、目標発光期間は、単一画素、一組の画素または（上述した空間光変調器ベースシステムのような、非画素ベース映写システムについて）１つ以上の与えられたコード化データ期間に相当することができる。
【００４８】
同様に、図１０を参照すれば、半導体レーザの波長選択区間１２を制御するために用いられる駆動信号Ｉ/ＶＤＢＲを改変することによって半導体レーザにおけるモード選択を変更するために摂動信号Ｉ/Ｖ摂動を用い得ると考えられる。さらに、半導体レーザにおけるモード選択を変更するために位相区画１４の駆動信号Ｉ/Ｖ位相及び波長選択区画１２の駆動信号Ｉ/ＶＤＢＲのいずれをも改変するために摂動信号Ｉ/Ｖ摂動を用い得ると考えられる。いずれの場合も、半導体レーザ１０の位相区画１４に関して上述したように、摂動信号Ｉ/Ｖ摂動は電圧ベースまたは電流ベースの制御信号とすることができ、波長選択区画１２及び／または位相区画１４と熱的に結合しているマイクロヒータを使用して、波長選択区画１２及び／または位相区画１４に直流電流（ＩＤＢＲ）を注入するか、あるいは波長選択区画１２及び／または位相区画１４に適する電圧を印加することによって、半導体レーザ１０におけるモード選択を変更するために印加することができる。
【００４９】
図示される実施形態において、摂動は、乗算、除算、加減算またはこれらの組合せを用いて実行されるが、いずれか適するアルゴリズムまたは改変プロセスを摂動信号Ｉ/Ｖ摂動とともに用い得ると考えられる。波長選択区画１２の駆動信号Ｉ/ＶＤＢＲだけに摂動を与えると、いくつかの場合に、摂動信号Ｉ/Ｖ摂動が位相区画１４の駆動信号Ｉ/Ｖ位相を改変するために用いられる場合に比較して、過剰な雑音を含む画像を生じる結果になり得る。
【００５０】
本明細書に説明されるＲＺ変調法を用いる場合、多くの場合に、レーザキャビティモードはレーザがリセットされる毎に選択され、レーザ波長は２つのリセット動作の間でモードホッピングをおこさずに変化し続ける。したがって、上述した位相摂動法は一般に、フレーム毎、走査線毎または画素毎のベースで実行されるが、位相摂動信号をレーザリセット動作と同期させることも有利であり得ると考えられる。電力節約のため、走査線の終端またはフレームの終端において、あるいはいずれにおいても、位相摂動を停止できると考えられる。さらに、またはあるいは、本明細書に説明されるレーザリセット動作中は摂動を停止できる。これらの設計上考慮すべき事柄は光源の効率に重要な意味を有し得る。
【００５１】
図１１〜１７は、図９及び１０の方式が達成され得る様々な手段を提示する。図１１〜１７は、図５〜８において上述した波長回生動作と同様の波長回生動作が用いられる場合における本発明にしたがう摂動方式を示すが、本発明の様々な摂動方式は、図５〜８に示される波長回生動作とともに、または図５〜８に示される波長回生動作とは独立に、用いられ得ると考えられる。
【００５２】
図１１〜１７を参照すれば、半導体レーザ駆動電流が複数のデータ部分Ａ及び、対応するデータ部分Ａの時間的な間に挿入される、対応する波長回生部分Ｂを含む本発明の摂動方式が、図５〜８を参照して上述した制御方式の場合に関して示される。摂動信号Ｉ/Ｖ摂動の振幅プロファイルは、複数の、異なる、時間的に隔てられた摂動信号振幅Ｃを含む。異なる、時間的に隔てられた摂動信号振幅Ｃのそれぞれは、波長回生部分Ｂの１つから対応するデータ部分Ａへのコード化データにおける遷移と時間的に対応するようにタイミングが合せられる。この結果、利得電流Ｉ利得がＢにおける非レーザ発振／回生振幅からＡにおけるレーザ発振／データ部分に遷移する際に、それぞれの異なる摂動信号振幅Ｃに対して異なるレーザ発振モードが選ばれるであろう。このモード選択の実効的なランダム化が、これがなければ半導体レーザの発光に存在するであろう、系統的波長変動の中絶に役立つ。
【００５３】
図１１の実施形態において、異なる摂動信号振幅Ｃのそれぞれには、摂動信号振幅Ｃが次の摂動信号振幅Ｃが選ばれるまで一定のままの、比較的静的な部分Ｄが続く。上述したように、摂動信号振幅Ｃに対してランダムな値を選ぶことにより、キャビティモードがランダムに選択され、上述した系統的な組織的画像欠陥が排除される。
【００５４】
図１２の実施形態において、異なる、時間的に隔てられた摂動信号振幅Ｃの間に挿入された静的部分Ｄは、レーザリセット動作が終了するとゼロにリセットされる。摂動信号Ｉ/Ｖ摂動の静的部分Ｄは半導体レーザの変更モード選択に寄与しない。図１２の手法では電力節約に関して図１１に示される手法に優る利点がいくつか提供されるが、いくつかの場合には画像欠陥の排除にそれほど有効ではなり得ず、図１１の手法より多くの雑音が導入され得る。電力消費を低減するため、振幅プロファイルの、異なる、時間的に隔てられた摂動信号振幅Ｃは、振幅プロファイルの静的部分Ｄよりかなり短い継続時間にわたって維持されるが、一貫して異なる摂動信号振幅Ｃのそれぞれに対して異なるレーザ発振モードが選択されることを保証するに十分に長い時間にわたって保持される。例えば、動作効率を維持するため、摂動信号振幅Ｃの継続時間を摂動信号Ｉ/Ｖ摂動のデューティサイクルの約５％未満に制限することができることが好ましい。
【００５５】
図１１及び１２の実施形態は静的部分Ｄを用いるが、発明者等は、図１３に示されるように、静的部分Ｄを振幅変調部分で置き換えて、これがなければ半導体レーザにおいて生じる系統的波長変動の中絶をさらに強く達成できることを認識した。図１３に示される摂動信号Ｉ/Ｖ摂動は、異なる、時間的に隔てられた摂動信号振幅Ｃの間に挿入されたそれぞれの振幅変調部分Ｅを含む。振幅変調部分Ｅの変化量はモードを波長上でシフトさせ、摂動信号振幅Ｃの間の半導体レーザにおけるモードホッピングを強制するに十分である。このようにすれば、光信号のデータ部分を生成するためにレーザが駆動される際に半導体レーザにおいて複数の異なる発光モードが選択される。この結果はレーザの光スペクトルの実効帯域幅の拡大である。この動作はレーザの強度プロファイルにおけるパターン化変動をさらに強く隠蔽するに役立つ。
【００５６】
いくつかの用途において、図１３の制御方式は、それぞれの振幅変調部分Ｅのランダム性のため、スキャンレーザ画像に過剰な雑音を導入し得る。さらに詳しくは、スペクトル拡大の大きさが画素毎に比較的に大きい値から比較的小さい値に変化し得るから、画像雑音が過剰になり得る。図１４は、それぞれの摂動信号振幅Ｃが導入される２つのレーザリセット動作の間で摂動信号Ｉ/Ｖ摂動の振幅が一定量ΔＩだけ系統的に変えられる、別の方式を提示する。図１４の方法はそれぞれの像画素に対して間隔が等しい２つの個別レーザモードの発生と等価である。２つのレーザモードの間隔はΔＩの値の関数である。
【００５７】
図１５〜１７に示される摂動信号Ｉ摂動は、本発明にしたがう摂動方式における雑音の使用を示す。例えば、図１５を参照すれば、レーザにおけるパターン化モード選択を中絶するために雑音信号の振幅のランダム性を用いることができるから、摂動信号Ｉ/Ｖ摂動における雑音として、複数の、異なる、時間的に隔てられた摂動信号振幅Ｃを提供できると考えられる。同様に、図１６を参照すれば、振幅変調部分Ｅも摂動信号Ｉ/Ｖ摂動における雑音として提供できる。最後に、図１７を参照すれば、複数の、異なる、時間的に隔てられた摂動信号振幅Ｃ及び、異なる、時間的に隔てられた摂動信号振幅Ｃの間に挿入されたそれぞれの変調部分Ｅはいずれも、摂動信号Ｉ/Ｖ摂動の単一連続雑音成分として提供することができると考えられる。いずれの場合にも、本発明の状況において使用するために選ばれる雑音信号は、レーザのモード選択を変更し、レーザ発振モードを波長シフトさせるに有意に十分である、摂動信号Ｉ/Ｖ摂動の振幅変化を定めるように構成されるべきである。
【００５８】
上述したように、本発明の様々な摂動方式は図５〜８に示される波長回生動作とは独立に用いられ得ると考えられる。そのような場合、本発明にしたがう摂動信号Ｉ摂動は、与えられた期間にわたり半導体レーザにおいて複数の異なる発光モードが選択されるようにモード選択を変更するに十分な大きさまで変化する複数の振幅変調部分を含むだけであろう。そのような性質をもつ摂動信号は、摂動信号Ｉ摂動として雑音信号または上述した信号のいずれかを用いることにより、簡便に実施することができる。さらに、正弦波、三角波またはその他のタイプの周期波を摂動信号に組み入れることができる。例えば、ＤＢＲレーザの位相区画に注入される正弦波電流は画像の画素レートより高い周波数でレーザ発振キャビティモードの波長を振動させることができよう。
【００５９】
画素アレイからなる画像にかけて可視光源の出力ビームをスキャンすることによってスキャンレーザ画像が生成される、画素ベースレーザ映写システムの場合、本発明にしたがう摂動信号Ｉ/Ｖ摂動は、与えられた能動画素継続時間ｔＰにわたって１つ以上の異なる発光モードが選択されるように構成することができる。そのようにすれば、摂動が画像のそれぞれの能動画素において、あるいは画素の少なくとも大半において、実行されることを保証するように映写システムを動作させることができる。特定の用途において、それぞれの能動画素に対して、あるいは画素の少なくとも大半に対して、複数の異なる発光モードが選択されるように、摂動信号Ｉ/Ｖ摂動を構成することが好ましいことであり得る。同様に、その他の、空間光変調器ベースシステムのような、非画素ベース映写システムの場合、コード化レーザ信号のコード化データ期間ｔＰのそれぞれにおいて１つ以上の異なる発光モードが選択されるように、摂動信号Ｉ/Ｖ摂動を構成することができると考えられる。
【００６０】
画素ベース映写システムを主に参照して本発明を説明したが、レーザベース光源を組み込んでいる、（デジタル光処理（ＤＬＰ），透過型ＬＣＤ及びシリコン上液晶（ＬＣＯＳ）を含む）空間光変調器ベースシステムのような、その他の映写システムも、本明細書に説明される波長安定化及び摂動手法から恩恵を受け得ると考えられる。そのようなその他のシステムにおいて、レーザに対し外因該当期間は画素期間ではなく、スクリーンリフレッシュレートの逆数、あるいはその分数である。そのような場合、レーザへの入力信号の特徴はコード化データ期間ｔＰであり、駆動電流は波長回生部分の回生継続時間ｔＲがコード化期間ｔＰより短くなるように構成されるであろう。
【００６１】
本出願明細書を通して様々なタイプの（電）流が言及される。本発明を説明し、定める目的のため、そのような（電）流は電流を指すことに注意されたい。さらに、本発明を定め、説明する目的のため、本明細書における電流の「制御」への言及は、電流が能動的に制御されるかまたはいずれかの基準値の関数として制御されることを必ずしも意味しないことに注意されたい。むしろ、電流は電流の大きさを確立するだけで制御され得るであろうと考えられる。
【００６２】
上述した本発明の詳細な説明は、特許請求されるような本発明の性質及び特徴を理解するため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。本発明の精神及び範囲を逸脱せずに本発明に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、添付される特許請求項またはそれらの等価物の範囲内に本発明の改変及び変形が入れば、本発明はそのような改変及び変形を包含するとされる。
【００６３】
例えば、本明細書に説明される制御方式は半導体レーザの利得区画または波長選択ＤＢＲ区画に印加される駆動電流における波長回生部分の組込みに関するが、レーザ動作方式における波長回生動作組込みの方法はレーザのそれらの部分だけに印加される駆動電流に限定されないと考えられる。限定ではなく、例として、レーザは回生信号がレーザに印加されたときに光子を吸収するように構成された回生領域を有することができる。その場合、回生領域は、本明細書に説明される利得区画及びＤＢＲ区画に対して用いられる態様と同様の態様で、必要に応じて光子密度を減少させるために用いることができる。
【００６４】
「好ましい」、「普通に」及び「一般に」のような語句には、本明細書に用いられる場合、特許請求される本発明の範囲を限定する目的はなく、あるいはいくつかの特徴が特許請求される本発明の構造または機能に決定的であるか、肝要であるか、または重要であることさえも意味する意図もない。むしろ、これらの語句には本発明の特定の実施形態に利用されるかもしれず、利用されないかもしれない、別のまたは追加の特徴を強調する意図があるに過ぎない。さらに、別の値、パラメータまたは変数の「関数」である値、パラメータまたは変数への言及は、その値、パラメータまたは変数が唯一無二の値、パラメータまたは変数の関数であることを意味するととられるべきではないことに注意されたい。
【００６５】
本発明を説明し、定める目的のため、語句「実質的に」は本明細書において、いずれかの量的な比較、値、測定値またはその他の表示に帰因させ得る不確定性の本質的な度合いを表すために用いられることに注意されたい。語句「実質的に」は本明細書において、量的表現、例えば、「実質的にゼロより大きい」は言明された基準、例えば「ゼロ」から変化する度合いを表すためにも用いられ、量的表現が言明された基準から容易に認識できる大きさだけ変化することが必要とされると解されるべきである。
【符号の説明】
【００６６】
２    波長選択区画制御電極
４    位相区画制御電極
６    利得区画制御電極
１０    ＤＢＲレーザ
１２    波長選択区画
１４    位相区画
１６    利得区画
２０    光波長変換デバイス
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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