(57)【要約】  【課題】  複数の半導体レーザを備え、それらから出射したレーザ光を合波するようにした半導体レーザ光源において、高周波重畳駆動した際に生じる光出力の変動を防止する。  【解決手段】  複数の半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４から発せられたレーザ光Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を１本のレーザ光Ｂに合波する半導体レーザ光源において、複数の半導体レーザの駆動電流Ｉd1，Ｉd2，Ｉd3およびＩd4に、該複数の半導体レーザをＮ群（２≦Ｎ）に分けて各群の間で互いに位相が異なる状態にして、周期が共通の高周波電流ＲＦ１，ＲＦ２を重畳する。そのような高周波重畳を行う手段は、例えば高周波電流ＲＦ１を生成する高周波発振器50および、その高周波電流ＲＦ１の位相を反転させて高周波電流ＲＦ２とする位相反転部51等から構成する。【選択図】          図２
2007049051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体レーザと、
これらの半導体レーザから出射したレーザ光を合波する合波光学系とを備えてなる半導体レーザ光源において、
前記複数の半導体レーザの駆動電流に、該複数の半導体レーザをＮ群（２≦Ｎ）に分けて各群の間で互いに位相が異なる状態にして、周期が共通の高周波電流を重畳する高周波重畳手段が設けられたことを特徴とする半導体レーザ光源。
【請求項２】
前記Ｎ群の間で、前記高周波電流の位相が順次２π／Ｎずつず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。
【請求項３】
前記Ｎの値が半導体レーザの個数と一致していることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ光源。
【請求項４】
前記群をなす半導体レーザの数が、各群間で一致していることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の半導体レーザ光源。
【請求項５】
前記高周波重畳手段が、単一の高周波発振器、この高周波発振器から発せられた高周波電流をＮ系統に分岐してＮ群の半導体レーザの駆動電流にそれぞれ重畳させる手段、および、分岐された高周波に対して互いに分岐系統毎に異なる量の遅延を与える遅延回路から構成されていることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の半導体レーザ光源。
【請求項６】
前記高周波重畳手段が、単一の高周波発振器、この高周波発振器から発せられた高周波電流を２系統に分岐して２群の半導体レーザの駆動電流にそれぞれ重畳させる手段、および、分岐された一方の高周波を逆位相に変換する手段から構成されていることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の半導体レーザ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザ光源、特に詳細には、複数の半導体レーザを備え、それらから出射したレーザ光を合波するようにした半導体レーザ光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体レーザが多くの分野において実用に供されており、特許文献１には、複数の半導体レーザを備え、それらから出射したレーザ光を合波して高出力のレーザを得るようにした合波レーザ光源が示されている。
【０００３】
ところで、半導体レーザにおいては、周囲温度の変化等によって発振波長が変動する、いわゆるモードホッピングという現象が生じることがある。このモードホッピングが生じると、半導体レーザの光出力が変動する。したがって、例えば半導体レーザから出射したレーザ光を利用して画像露光を行う装置においてこのモードホッピングが生じると、露光画像に濃度ムラが生じる等の問題が発生する。
【０００４】
従来、このモードホッピングの発生を抑制するために、例えば特許文献２に示されているように、半導体レーザの駆動電流に高周波電流を重畳させる手法が知られている。このように半導体レーザの駆動電流に高周波電流を重畳させると、半導体レーザが多重縦モード発振するので、モードホッピングの発生が防止される。
【特許文献１】特開２００４−７７７７９号公報
【特許文献２】特開平５−１６７１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上述のように半導体レーザを高周波重畳駆動すると、半導体レーザが発するレーザ光が高周波により変調されるので、その光出力が変動することになる。この光出力変動は高周波であるため、特に問題にならないことも多いが、例えば半導体レーザからのレーザ光を用いて極めて高精細の画像を露光する等の場合には、露光画像の画質を損なうといった問題を招くことがある。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、高周波重畳による光出力変動の影響を防止することができる半導体レーザ光源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】
【０００７】
本発明による半導体レーザ光源は、特に複数のレーザ光を前述のように合波する構成に着目し、合波前の複数のレーザ光間で互いに高周波変調の位相がずれるようにして、この変調による光出力変動を合波によって相互に打ち消し合うようにしたものである。
【０００８】
すなわち、より具体的に本発明による半導体レーザ光源は、
複数の半導体レーザと、
これらの半導体レーザから出射したレーザ光を合波する合波光学系とを備えてなる半導体レーザ光源において、
前記複数の半導体レーザの駆動電流に、該複数の半導体レーザをＮ群（２≦Ｎ）に分けて各群の間で互いに位相が異なる状態にして、周期が共通の高周波電流を重畳する高周波重畳手段が設けられたことを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、上記構成を有する本発明の半導体レーザ光源においては、前記Ｎ群の間で、高周波電流の位相が順次２π／Ｎずつずれていることが特に望ましい。その場合、Ｎの値は半導体レーザの個数と一致していることが好ましい。
【００１０】
また上記の群をなす半導体レーザの数は、各群間で一致していることが望ましい。
【００１１】
またなお上記の高周波重畳手段は、例えば、単一の高周波発振器、この高周波発振器から発せられた高周波電流をＮ系統に分岐してＮ群の半導体レーザの駆動電流にそれぞれ重畳させる手段、および、分岐された高周波に対して互いに分岐系統毎に異なる量の遅延を与える遅延回路から構成することができる。
【００１２】
あるいは、特にＮ＝２とするのであれば上記高周波重畳手段は、単一の高周波発振器、この高周波発振器から発せられた高周波電流を２系統に分岐して２群の半導体レーザの駆動電流にそれぞれ重畳させる手段、および、分岐された一方の高周波を逆位相に変換する手段から構成することもできる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による半導体レーザ光源においては、合波されるレーザ光を発する複数の半導体レーザの駆動電流に、該複数の半導体レーザをＮ群（２≦Ｎ）に分けて各群の間で互いに位相が異なる状態にして、周期が共通の高周波電流を重畳する高周波重畳手段が設けられているので、合波後のレーザ光において、上記各群の半導体レーザからのレーザ光の高周波変調成分が互いに打ち消し合うようになり、よって出力変動の少ない安定した合波レーザ光が得られるようになる。
【００１４】
なお上記Ｎ群の間で、高周波電流の位相が順次２π／Ｎずつずれている場合には、各群の半導体レーザからのレーザ光の高周波変調による光出力変動がより良好に打ち消し合うので、出力変動が極めて少ない合波レーザ光が得られる。その場合、特に上記Ｎの数が半導体レーザの数と一致しているならば、レーザ光を合波した際に高周波電流による変調成分が複数互いに同位相で重畳することを回避できるから、合波レーザ光の出力ピーク値が低く抑えられるようになる。
【００１５】
また上記の群をなす半導体レーザの数が、各群間で一致している場合にも、各群の半導体レーザからのレーザ光の高周波変調による光出力変動がより良好に打ち消し合うので、出力変動が極めて少ない合波レーザ光が得られる。
【００１６】
特に、Ｎ群の間で高周波電流の位相が順次２π／Ｎずつずれていて、しかも各群間で半導体レーザの数が一致している場合には、原理上、各群の半導体レーザからのレーザ光の高周波変調による光出力変動が完全に打ち消し合うので、出力変動が極限まで抑制された合波レーザ光を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態による半導体レーザ光源を示す概略平面図である。図示の通りこの半導体レーザ光源は、一例として４個のチップ状レーザダイオード（半導体レーザ）ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３およびＬＤ４と、これらのレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３およびＬＤ４をそれぞれ固定したサブマウント11，12，13および14と、これらのサブマウント11〜14を固定して所定温度に温度調節されるヒートブロック10と、各レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３およびＬＤ４から発散光状態で発せられたレーザ光Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３およびＢ４を平行光化するコリメーターレンズ21，22，23および24と、以上の要素を内部に収容した気密パッケージ30とを有している。
【００１９】
上記パッケージ30には、平行光化されたレーザ光Ｂ１〜Ｂ４を透過させる透明な窓ガラス31が設けられている。またこのパッケージ30の外には、窓ガラス31を透過したレーザ光Ｂ１〜Ｂ４を集光する集光レンズ32と、光ファイバ33とが設けられている。この光ファイバ33は、入射端面となるその一端面33ａが、集光レンズ32によるレーザ光Ｂ１〜Ｂ４の収束位置に有る状態に配されている。
【００２０】
上記光ファイバ33の他端面（出射端面）33ｂからは、後述の通りにしてレーザ光Ｂ１〜Ｂ４が１本に合波されてなるレーザ光Ｂが発散光状態で出射するが、このレーザ光Ｂが入射する位置には該レーザ光Ｂを平行光化するコリメーターレンズ34が配設されている。そしてさらに、平行光となったレーザ光Ｂの一部を分岐させるハーフミラー35および、このハーフミラー35で反射した一部のレーザ光Ｂを検出する光検出器36が設けられている。
【００２１】
次に、上記構成の半導体レーザ光源の作用について説明する。４個のレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ４は後述のようにして駆動され、それらから発せられたレーザ光Ｂ１〜Ｂ４はコリメーターレンズ21〜24により平行光化されて、窓ガラス31から気密パッケージ30外に出射する。これらのレーザ光Ｂ１〜Ｂ４は集光レンズ32により、光ファイバ33の入射端面33ａ上で収束するように集光され、該端面33ａから光ファイバ33のコア33ｃ内に入射し、そこを導波して１本のレーザ光Ｂに合波される。
【００２２】
合波されたレーザ光Ｂは、光ファイバ33の出射端面33ｂから発散光状態で出射した後、コリメーターレンズ34によって平行光化され、所定の用途に使用される。このとき、平行光化されたレーザ光Ｂの一部がハーフミラー35において反射して分岐され、この分岐された一部のレーザ光Ｂが光検出器36によって検出される。
【００２３】
次に図２を参照して、レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ４の駆動について説明する。図２は、レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ４を駆動する電気回路を示すものであり、図示の通りレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３およびＬＤ４は、それぞれ定電流源41，42，43および44から供給される駆動電流Ｉd1，Ｉd2，Ｉd3およびＩd4によって駆動される。なお本実施形態では、合波後のレーザ光Ｂの一部が光検出器36によって検出され、該レーザ光Ｂの光出力を示す光検出器36の出力信号Ｓ１がＡＰＣ（Automatic Power Control）回路40に入力される。ＡＰＣ回路40はこの信号Ｓ１に基づいて定電流源41，42，43および44の作動を制御し、それにより駆動電流Ｉd1，Ｉd2，Ｉd3およびＩd4の値が増減されて、レーザ光Ｂの出力が所定の目標値に維持される。
【００２４】
ここで上記駆動電流Ｉd1およびＩd3には、高周波発振器50から発せられた高周波電流ＲＦ１が重畳されるとともに、駆動電流Ｉd2およびＩd4には、高周波発振器50から発せられた後に位相反転部51で位相が反転された高周波電流ＲＦ２が重畳される。このようにレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ４の駆動電流Ｉd1〜Ｉd4に高周波電流を重畳することにより、レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ４が多重縦モード発振するので、それらにおけるモードホッピングの発生が防止される。
【００２５】
また本実施形態では、上述の通り高周波電流ＲＦ１およびＲＦ２は互いに位相が反転したものとなっているので、高周波重畳後の駆動電流Ｉd1およびＩd3と、駆動電流Ｉd2およびＩd4とは、前者の波形を図３の（Ａ）に、後者の波形を同図の（Ｂ）に示す通り、変調の位相が互いに２π／２＝πだけずれたものとなっている。したがって、レーザダイオードＬＤ１およびＬＤ３から発せられたレーザ光Ｂ１およびＢ３と、レーザダイオードＬＤ２およびＬＤ４から発せられたレーザ光Ｂ２およびＢ４も、高周波重畳による変調の位相が互いに同様にずれたものとなる。そこでこれら４本のレーザ光Ｂ１〜Ｂ４を合波したレーザ光Ｂにおいては、レーザ光Ｂ１およびＢ３と、レーザ光Ｂ２およびＢ４との間で、高周波重畳による変調成分が互いに打ち消し合って、高周波重畳による微細な光出力変動が抑制される。
【００２６】
以上のようにして、合波レーザ光Ｂにおいて高周波重畳による微細な光出力変動が抑制されるのであれば、従来考慮されて来たように、この光出力変動を目立たなくするために、高周波電流の周波数を極めて高く設定することは不要となる。具体的に従来装置では、高周波電流の周波数はおおよそ１００ＭＨｚ以上に設定されているが、本発明の半導体レーザ光源においては、１〜１００ＭＨｚ程度の周波数の高周波電流を適用することも十分可能である。
【００２７】
なお本実施形態では、４個のレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ４を２個ずつ２群（Ｎ＝２）に分けて、２群のレーザダイオードの駆動電流に重畳する各高周波電流ＲＦ１およびＲＦ２を、互いに位相が２π／２＝πだけずれたものとしているが、４個のレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ４を１個ずつ４群（Ｎ＝４）に分けて、４群のレーザダイオードの駆動電流に重畳する各高周波電流を、互いに位相が順次２π／４＝π／２ずつずれたものとしてもよい。
【００２８】
４個のレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ３を２群に分けても、あるいは４群に分けても、合波されたレーザ光Ｂの平均光出力は共通となる。しかし２群に分けた場合は、合波レーザ光Ｂにおいて、高周波電流による変調成分が２つ互いに同位相で重畳するので、合波レーザ光の出力ピーク値が高くなるが、４群に分けた場合はそのようなことがなく、合波レーザ光の出力ピーク値を低く抑える上で有利である。
【００２９】
また上記実施形態は、４個のレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ４をＡＰＣ駆動する半導体レーザ光源に本発明を適用したものであるが、本発明は、このようなＡＰＣ駆動は行わない半導体レーザ光源に適用することも勿論可能である。ただし、ＡＰＣ駆動を行う場合に本発明を適用すれば、高周波重畳に起因する合波レーザ光の光出力変動を防止できることから、ＡＰＣ用の光検出器36として、高速応答可能なものを適用可能となる。それに対して、合波レーザ光に高周波重畳に起因する光出力変動が残っている場合は、この光出力変動を拾わないように、ＡＰＣ用の光検出器36として応答が遅いものを使用せざるを得ない。
【００３０】
さらに上記実施形態では、位相反転部51を用いて高周波電流ＲＦ１の位相を反転させることにより、それとは位相がπだけずれた高周波電流ＲＦ２を生成しているが、このような位相反転部51を用いる代わりに、高周波電流ＲＦ１に遅延を与える遅延回路を用いることにより、該高周波電流ＲＦ１とは位相がπだけずれた高周波電流ＲＦ２を生成することも可能である。
【００３１】
また上記実施形態では、正弦波状の高周波電流ＲＦ１およびＲＦ２をレーザダイオード駆動電流に重畳するようにしているが、図４の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、レーザダイオードを高周波パルス状の駆動電流で駆動する場合は、その駆動電流自体を互いに位相がずれたものとしておけばよい。例えばこの図４の例ならば、３種の高周波パルス状の駆動電流を、互いに位相が２π／３ずつずれたものとすればよい。
【００３２】
なお以上は、Ｎ個の各群における半導体レーザの数が各群間で一致している場合について説明したが、本発明の半導体レーザ光源においては、Ｎ個の各群における半導体レーザの数が互いに異なっていても、高周波重畳に起因する合波レーザ光の光出力変動を抑えることができる。しかし、半導体レーザの数が各群間で一致している場合には、各群の半導体レーザからのレーザ光の高周波変調による光出力変動がより良好に打ち消し合うので、出力変動が極めて少ない合波レーザ光を得ることができる。
【００３３】
また、Ｎ群の間における高周波電流の位相ずれ量を２π／Ｎとすることは必ずしも必要ではなく、それ以外の位相ずれ量としても、高周波重畳に起因する合波レーザ光の光出力変動を抑える効果を得ることができる。しかし、Ｎ群の間における高周波電流の位相ずれ量が２π／Ｎとなっている場合には、各群の半導体レーザからのレーザ光の高周波変調による光出力変動がより良好に打ち消し合うので、出力変動が極めて少ない合波レーザ光を得ることができる。
【００３４】
さらに、本発明の半導体レーザ光源において使用する半導体レーザの数も、以上例示した数に限られるものではなく、その他の数の半導体レーザを用いる場合にも本発明は適用可能で、その場合にもレーザ光の高周波変調による光出力変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態による半導体レーザ光源を示す概略平面図
【図２】図１の半導体レーザ光源の電気的構成を示すブロック図
【図３】図１の半導体レーザ光源における高周波電流の波形を示すグラフ
【図４】本発明において適用され得る、別の高周波電流の波形を示すグラフ
【符号の説明】
【００３６】
ＬＤ１〜ＬＤ４    レーザダイオード（半導体レーザ）
Ｂ１〜Ｂ４    レーザ光
Ｂ    合波後のレーザ光
21，22，23，24    コリメーターレンズ
32    集光レンズ
33    光ファイバ
35    ハーフミラー
36    光検出器
40    ＡＰＣ回路
41，42，43，44    定電流源
50    高周波発振器
51    位相反転部
【図１】
2007049051.tif 000003
【図２】
2007049051.tif 000004
【図３】
2007049051.tif 000005
【図４】
2007049051.tif 000006