(57)【要約】【課題】比較的低出力の半導体レーザ用の電源を用いて、比較的高出力の半導体レーザを駆動できる半導体レーザ装置を得る。【解決手段】Ｎ個（２≦Ｎ）の電源２１，２２，２３，２４と、Ｍ個（Ｍ＜Ｎ）の半導体レーザ１５，１６とを設け、該半導体レーザ１５，１６と前記電源２１，２２，２３，２４との間には、それらに対して着脱自在にして、Ｎ個の電源２１，２２，２３，２４が供給する電流によってＭ個の半導体レーザ１５，１６を駆動する中継部５０を介設する。【選択図】図２
2007250614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ個（２≦Ｎ）の電源と、これらの電源の各々によって１個ずつが駆動されるＮ個の半導体レーザとからなる半導体レーザ装置において、前記Ｎ個の半導体レーザをそれよりも高出力のＭ個（Ｍ＜Ｎ）の半導体レーザと置き換え、該Ｍ個の半導体レーザを前記Ｎ個の電源から供給される電流によって駆動することを特徴とする半導体レーザ装置の駆動方法。
【請求項２】
前記Ｍ個の半導体レーザから射出されたレーザ光を、１本に合波することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置の駆動方法。
【請求項３】
Ｎ個（２≦Ｎ）の電源と、
Ｍ個（Ｍ＜Ｎ）の半導体レーザと、
該半導体レーザと前記電源との間において、それらに対して着脱自在に介設されて、Ｎ個の電源が供給する電流によってＭ個の半導体レーザを駆動する中継部とからなる半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記中継部が、
Ｎ個の電源の出力ラインにおいてそれぞれ１つずつ設けられた合計Ｎ個の抵抗と、
該抵抗と互いに直列に接続された合計Ｎ個のダイオードと、
このダイオードおよび抵抗の直列接続の後段側に配されてＮ個の出力ラインを互いに並列接続する回路とから構成されていることを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記Ｍ個の半導体レーザから射出されたレーザ光を１本に合波する合波手段を有することを特徴とする請求項３または４記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記半導体レーザが、マルチモード発振するものであることを特徴とする請求項３から５いずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザ装置の駆動方法、特に詳細には、比較的低出力の半導体レーザ用の電源を用いて比較的高出力の半導体レーザを駆動可能とした駆動方法に関するものである。
【０００２】
また本発明は、上述のような駆動方法を実現できる半導体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、例えば特許文献１に示されるように、複数の半導体レーザから射出されたレーザビームを１本に合波して、より高出力の１本のレーザビームを得るようにした半導体レーザ装置が提案されている。このような構成は、ＧａＡｓ系半導体レーザ等と比較して高出力化が難しい短波長ＧａＮ系半導体レーザから、高出力のレーザビームを得るために適用されることが多い。
【０００４】
このような合波半導体レーザ装置においては、通常、１個の半導体レーザ毎に専用の１つの駆動電源が適用されている。他方、上述のような合波半導体レーザ装置に使用されるものではないが、複数の電源の電流を加算した電流によって１個の半導体レーザを駆動するようにした半導体レーザ駆動装置も提案されている（例えば特許文献２，３等）。
【０００５】
ところで、近時、ＧａＮ系半導体レーザにおいても技術の進歩は著しく、単体でより高出力のレーザビームを発するＧａＮ系半導体レーザが開発されつつある。上述のような合波半導体レーザ装置においては、求められる光出力が一定であるならば、単体出力がより高い半導体レーザを用いるほど、当然、使用する半導体レーザの数を少なくすることができる。そこで、合波半導体レーザ装置において使用されている既存の半導体レーザに代えて、新しく開発されたより高出力の半導体レーザを使用することにより、装置構成を簡素化することも考えられる。
【特許文献１】特開２００２−２０２４４２号公報
【特許文献２】特開平６−７６４０３号公報
【特許文献３】特開平８−６９６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、既存の各半導体レーザに対して専用に設けられた電源は、その半導体レーザを駆動する上で必要十分に設計されていて、それよりも高出力の半導体レーザを駆動可能であることは少ないので、半導体レーザを新規のものと交換するだけで合波半導体レーザ装置の高出力化を実現することは不可能、あるいは困難である。
【０００７】
また、前述の特許文献２，３に記載されている、複数の電源を利用して１つの半導体レーザを駆動するようにした装置においても、複数の電源は、その１つの半導体レーザを駆動する上で必要十分に設計されるのが通常であるので、その１つの半導体レーザをより高出力の新規のものに代えた場合、その新規の半導体レーザが駆動され得る可能性は極めて低い。その可能性は、当然、新規の半導体レーザがより高出力のものであるほど、より低くなる。さらにこの特許文献２，３に記載された装置においては、各半導体レーザとそれ用の複数の電源とは普通の電気回路によって接続されているので、その半導体レーザを取り外して別の半導体レーザに代えること自体、困難である。
【０００８】
以上、複数の半導体レーザから発せられたレーザビームを１本に合波するようにした半導体レーザ装置における問題について説明したが、特にそのような合波を行う場合に限らず、複数の半導体レーザの各々をより高出力のものに代える場合には、同じ問題が起こり得る。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、比較的低出力の半導体レーザ用の電源を用いて、比較的高出力の半導体レーザを駆動できる半導体レーザ装置、およびその駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による半導体レーザ装置の駆動方法は、
Ｎ個（２≦Ｎ）の電源と、これらの電源の各々によって１個ずつが駆動されるＮ個の半導体レーザとからなる半導体レーザ装置において、前記Ｎ個の半導体レーザをそれよりも高出力のＭ個（Ｍ＜Ｎ）の半導体レーザと置き換え、該Ｍ個の半導体レーザを前記Ｎ個の電源から供給される電流によって駆動することを特徴とするものである。
【００１１】
なお、本発明による半導体レーザ装置の駆動方法は、前記Ｍ個の半導体レーザから射出されたレーザ光を、１本に合波するようにした半導体レーザ装置に適用されることが望ましい。
【００１２】
一方、本発明による半導体レーザ装置は、
Ｎ個（２≦Ｎ）の電源と、
Ｍ個（Ｍ＜Ｎ）の半導体レーザと、
該半導体レーザと前記電源との間において、それらに対して着脱自在に介設されて、Ｎ個の電源が供給する電流によってＭ個の半導体レーザを駆動する中継部とからなることを特徴とするものである。
【００１３】
なお上記の中継部は、
Ｎ個の電源の出力ラインにおいてそれぞれ１つずつ設けられた合計Ｎ個の抵抗と、
該抵抗と互いに直列に接続された合計Ｎ個のダイオードと、
このダイオードおよび抵抗の直列接続の後段側に配されてＮ個の出力ラインを互いに並列接続する回路とから構成されることが望ましい。
【００１４】
また、本発明による半導体レーザ装置は、前記Ｍ個の半導体レーザから射出されたレーザ光を１本に合波する合波手段を備えていることが望ましい。
【００１５】
また、本発明による半導体レーザ装置は、マルチモード半導体レーザを用いることを前提として構成されることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による半導体レーザ装置の駆動方法は、Ｎ個（２≦Ｎ）の半導体レーザをそれよりも高出力のＭ個（Ｍ＜Ｎ）の半導体レーザと置き換え、該Ｍ個の半導体レーザを、本来Ｎ個の半導体レーザを１個ずつ駆動する電源から供給される電流によって駆動するようにしたので、各半導体レーザには、Ｎ個の半導体レーザをＮ個の電源で駆動する場合よりも高電流が供給され得ることになる。したがってこの駆動方法によれば、比較的低出力の半導体レーザ用の電源を用いて、比較的高出力の半導体レーザを駆動できるようになる。
【００１７】
一方、本発明による半導体レーザ装置は、Ｎ個（２≦Ｎ）の電源と、Ｍ個（Ｍ＜Ｎ）の半導体レーザと、該半導体レーザと前記電源との間において、それらに対して着脱自在に介設されて、Ｎ個の電源が供給する電流を加算した電流によってＭ個の半導体レーザを駆動する中継部とからなるものであるので、既存のＮ個の電源と、Ｍ個の半導体レーザとの間に上記中継部を設ける形にして、上記本発明による半導体レーザ装置の駆動方法を実施できるものとなる。
【００１８】
なお、特に上記中継部が、Ｎ個の電源の出力ラインにおいてそれぞれ１つずつ設けられた合計Ｎ個の抵抗と、該抵抗と互いに直列に接続された合計Ｎ個のダイオードと、このダイオードおよび抵抗の直列接続の後段側に配されてＮ個の出力ラインを互いに並列接続する回路とから構成されている場合は、各出力ラインにおいて、別の出力ラインからの電流が逆流することがなくなるので、各出力ライン間で干渉が生じて駆動電流が不安定化するようなことを防止可能となる。
【００１９】
また、半導体レーザとして特にマルチモード半導体レーザが用いられる場合、それはシングルモード半導体レーザと比べて一般に高出力であるので、既存の電源では駆動不可能である確率が高い。そこで、マルチモード半導体レーザを用いる半導体レーザ装置に本発明を適用すれば、特に効果的であると言える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２１】
図１と図２はそれぞれ、本発明による駆動方法が適用される前の半導体レーザ装置１および、本発明の一実施形態による半導体レーザ装置１０の概略構成を示すものである。まず図１の半導体レーザ装置１について説明する。この半導体レーザ装置１は一例として４個の半導体レーザ（以下、ＬＤという）１１，１２，１３および１４を有し、これらのＬＤ１１〜１４は、放熱効果の高い例えば銅製のヒートブロック２上に並設されている。なお、これらのＬＤ１１〜１４としては、例えば発振波長が４０５ｎｍ近辺にあるマルチモードＧａＮ系半導体レーザ等が適用される。
【００２２】
上記ＬＤ１１，１２，１３および１４は、それぞれ個別に接続された電源２１，２２，２３および２４から駆動電流を供給されて駆動する。それらのＬＤ１１，１２，１３および１４から各々発せられた発散光状態のレーザビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３およびＢ４は、それぞれコリメートレンズ３１，３２，３３および３４によって平行光化され、平行光となったレーザビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３およびＢ４は、共通の１つの集光レンズ４０に入射する。レーザビームＢ１〜Ｂ４はこの集光レンズ４０により、１点で収束するように集光される。なお電源２１，２２，２３および２４としては、過剰品質とならないように、それぞれＬＤ１１，１２，１３および１４を駆動するのに必要十分なだけの能力を有するものが使用されている。
【００２３】
上記レーザビームＢ１〜Ｂ４の収束位置にはマルチモード光ファイバー４１の一端４１ａが配置されており、レーザビームＢ１〜Ｂ４はこの一端４１ａからマルチモード光ファイバー４１のコア（図示せず）内に入射し、そこを導波した後、該マルチモード光ファイバー４１の他端４１ｂから１本のレーザビームＢとなって出射する。それにより、４本のレーザビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３およびＢ４が１本に合波されて、より高出力のレーザビームＢが得られる。
【００２４】
次に、本発明の一実施形態による半導体レーザ装置１０について、図２を参照して説明する。なおこの図２において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する（以下、同様）。この半導体レーザ装置１０は、図１に示した半導体レーザ装置１の電源２１，２２，２３および２４をそのまま利用し、それらに中継部５０を接続し、該中継部５０によって２個のＬＤ１５および１６を駆動するように構成されたものである。
【００２５】
上述の通りにして駆動するＬＤ１５および１６から各々発せられた発散光状態のレーザビームＢ５およびＢ６は、それぞれコリメートレンズ３５および３６によって平行光化され、平行光となったレーザビームＢ５およびＢ６は、共通の１つの集光レンズ４２に入射する。レーザビームＢ５およびＢ６はこの集光レンズ４２により、１点で収束するように集光される。そしてこの場合も、図１の装置で用いられたマルチモード光ファイバー４１が適用され、２本のレーザビームＢ５およびＢ６が該マルチモード光ファイバー４１により１本に合波されて、より高出力のレーザビームＢが得られるようになっている。
【００２６】
次に、ＬＤ１５および１６を駆動する中継部５０について説明する。図１に示した半導体レーザ装置１においては、ＬＤ１１，１２，１３および１４と電源２１，２２，２３および２４とが、それぞれコネクタ部Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３およびＣ４によって切り離し自在に接続されている。一方中継部５０は４本のライン５１，５２，５３および５４を有し、各ラインの上流端には、上記コネクタ部Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３およびＣ４を構成するＬＤ１１〜１４側のコネクタ要素と同じコネクタ要素が取り付けられている。そこで、図１の半導体レーザ装置１において、コネクタ部Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３およびＣ４を開いて電源２１，２２，２３および２４をＬＤ側から切り離し、それらの電源２１〜２４を中継部５０のライン５１〜５４側にコネクタ接続することにより、該電源２１〜２４と中継部５０とが接続される。以上によりライン５１〜５４は、電源２１，２２，２３および２４の出力ラインとなる。
【００２７】
中継部５０の４本のライン５１，５２，５３および５４には、各々抵抗ＲとダイオードＤとが直列接続され、またライン５１と５２、ライン５３と５４は並列接続された上で、各々ＬＤ１５，１６に接続されている。したがってこの構成においては、電源２１および２２からの電流を加算した電流によってＬＤ１５が駆動され、また電源２３および２４からの電流を加算した電流によってＬＤ１６が駆動される。
【００２８】
以上の構成によれば、ＬＤ１１〜１４に代えてそれらより高出力のＬＤ１５および１６を適用しても、ＬＤ１１〜１４を駆動するのに必要十分なだけの能力しか持たない電源２１〜２４を有効利用して、ＬＤ１５および１６を正常に作動させることが可能となる。例えば、分かりやすくＬＤ１５および１６の各々が、ＬＤ１１〜１４の各々と比べて２倍の駆動電流を必要とするものであっても、ＬＤ１１〜１４の各々を駆動させ得るぎりぎりの能力しか持たない電源２１〜２４を利用して、それらのＬＤ１５および１６を正常に駆動することができる。なお以上の説明から明らかな通り、本実施形態ではＭ＝２，Ｎ＝４である。
【００２９】
また特に本実施形態では、中継部５０の４本のライン５１，５２，５３および５４において各々抵抗ＲとダイオードＤとが直列接続されているので、ライン５１および５２が並列接続され、またライン５３および５４が並列接続されていても、それらの並列接続された２本のライン間で電流が逆流することがなくなり、よって、各ライン間で干渉が生じて駆動電流が不安定化することを防止可能となる。
【００３０】
さらに、上述のように並列接続されているライン５１および５２において、電源２１および２２の一方のみをＯＮにした場合、ＬＤ１１および１２の抵抗が低くなり、その結果、電源２１あるいは２２が異常を関知して停止する事態も起こり得るが、上述の抵抗Ｒを挿入しておくことにより、そのような事態を回避することができる。その点は、ライン５３および５４に関しても同様である。
【００３１】
以上、Ｍ＝２，Ｎ＝４である実施形態について説明したが、ＭおよびＮの値はこれらに限定されるものではないことは勿論である。以下、Ｍ＝１，Ｎ＝３である別の実施形態について説明する。
【００３２】
図３と図４はそれぞれ、本発明による駆動方法が適用される前の半導体レーザ装置６０、本発明の別の実施形態による半導体レーザ装置８０の概略構成を示すものである。まず図３の半導体レーザ装置６０について説明する。この半導体レーザ装置６０は一例として３個のＬＤ１１，１２および１３を有し、それらは各々電源２１，２２および２３によって個別に駆動される。ＬＤ１１〜１３から発せられたレーザビームＢ１，Ｂ２およびＢ３は、それぞれ集光レンズ６１，６２および６３で集光されて、マルチモード光ファイバー７１，７２および７３の一端からそのコアに入射する。マルチモード光ファイバー７１，７２および７３は、他端側で合流して１本となるように加工されており、その１本となったマルチモード光ファイバー７５から、合波されたレーザビームＢが出射する。
【００３３】
図４に示す本発明の実施形態である半導体レーザ装置８０は、電源２１，２２および２３の出力ラインとなる３本のライン５１，５２および５３を有する中継部９０を備え、それらのライン５１，５２および５３には各々抵抗ＲとダイオードＤとが直列接続されている。またライン５１，５２およびライン５３は並列接続された上で、１個のＬＤ１７に接続されている。したがってこの構成においては、電源２１〜２３からの電流を加算した電流によってＬＤ１７が駆動される。
【００３４】
ＬＤ１７から発せられたレーザビームＢは集光レンズ６４によって集光されて、マルチモード光ファイバー８１の一端からそのコアに入射する。マルチモード光ファイバー８１を伝搬したレーザビームＢは、該ファイバー８１の他端から出射する。このマルチモード光ファイバー８１は上記一端側が図示外のケースに収容され、他端側がそのケースから外に引き出されて、いわゆるピグテイル型の光モジュールを構成している。
【００３５】
なお、図３に示す半導体レーザ装置６０から電源２１，２２および２３を切り離して、図４の半導体レーザ装置８０に適用するには、先に説明した実施形態におけるのと同様の手法を採用すればよい。
【００３６】
以上の構成によれば、ＬＤ１１〜１３に代えてそれらより高出力のＬＤ１７を適用しても、ＬＤ１１〜１３を駆動するのに必要十分なだけの能力しか持たない電源２１〜２３を有効利用して、ＬＤ１７を正常に作動させることが可能となる。例えば、分かりやすくＬＤ１７が、ＬＤ１１〜１４の各々と比べて３倍の駆動電流を必要とするものであっても、ＬＤ１１〜１３の各々を駆動させ得るぎりぎりの能力しか持たない電源２１〜２３を利用して、そのＬＤ１７を正常に駆動することができる。
【００３７】
また特に本実施形態でも、中継部９０の３本のライン５１，５２および５３において各々抵抗ＲとダイオードＤとが直列接続されているので、それらのライン５１〜５３が並列接続されていても、それら３本のライン間で電流が逆流することがなくなり、よって、各ライン間で干渉が生じて駆動電流が不安定化することを防止可能となる。
【００３８】
さらに、上述のように並列接続されているライン５１〜５３において、電源２１〜２３の一つのみをＯＮにした場合、ＬＤ１１〜１３の抵抗が低くなり、その結果、電源２１，２２あるいは２３が異常を関知して停止する事態も起こり得るが、上述の抵抗Ｒを挿入しておくことにより、そのような事態を回避することができる。
【００３９】
以上、複数の半導体レーザから発せられたレーザビームを合波する半導体レーザ装置に適用された実施形態について説明したが、本発明はそのような合波は行わない半導体レーザ装置に適用することも可能であり、そうした場合も、先に説明した本発明による効果を同様に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の駆動方法が適用される前の半導体レーザ装置の一例を示す概略平面図
【図２】本発明の一実施形態による半導体レーザ装置を示す概略平面図
【図３】本発明の駆動方法が適用される前の半導体レーザ装置の別の例を示す概略平面図
【図４】本発明の別の実施形態による半導体レーザ装置を示す概略平面図
【符号の説明】
【００４１】
１，１０，６０，８０    半導体レーザ装置
１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７    半導体レーザ
２１，２２，２３，２４    電源
３１，３２，３３，３４    コリメートレンズ
４０，４２，６１，６２，６３，６４    集光レンズ
４１，７１，７２，７３，７５，８１    マルチモード光ファイバー
５０，９０    中継部
５１，５２，５３，５４    電源の出力ライン
Ｂ１〜Ｂ６，Ｂ    レーザビーム
Ｄ    ダイオード
Ｒ    抵抗
【図１】
2007250614.tif 000003
【図２】
2007250614.tif 000004
【図３】
2007250614.tif 000005
【図４】
2007250614.tif 000006