(57)【要約】【課題】簡単な構造で、高いレベルの温度安定性を達成できるレーザモジュール。【解決手段】台座１ａを有するレーザ素子１と、レーザ素子を組み込み且つ台座の外周部と接触し、台座が周囲環境に晒されるように開口部２ｂが形成されたＬＤブロック２と、ＬＤブロック内に設けられ、レーザ素子からの光をコリメートするコリメートレンズ４を接着したレンズホルダ５と、ＬＤブロック２の温度を調整するサーモモジュール６と、ＬＤブロックに設けられ、一部が周囲環境に晒されるように配置され、ＬＤブロックの温度を検出するサーミスタ８とを備える。【選択図】図１
2017220553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
台座を有するレーザ素子と、
前記レーザ素子を組み込み且つ前記台座の外周部と接触し、前記台座が周囲環境に晒されるように開口部が形成されたレーザ素子ブロックと、
前記レーザ素子ブロック内に設けられ、前記レーザ素子からの光をコリメートするコリメートレンズを接着したレンズホルダと、
前記レーザ素子ブロックの温度を調整する温度調整素子と、
前記レーザ素子ブロックに設けられ、一部が周囲環境に晒されるように配置され、前記レーザ素子ブロックの温度を検出する温度センサと、
を備えることを特徴とするレーザダイオードモジュール。
【請求項２】
前記レーザ素子は、フーリエ変換赤外分光光度計の基準光源であることを特徴とする請求項１記載のレーザダイオードモジュール。  
【請求項３】
前記レーザ素子は、垂直共振器面発光レーザからなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザダイオードモジュール。
【請求項４】
前記レーザ素子は、端面発光レーザからなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザダイオードモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直共振器面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER、略してＶＣＳＥＬと呼ぶ。）等のレーザダイオードを用いたレーザダイオードモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）の小型化及び低価格化に伴って、基準光源であるＨｅＮｅレーザの代替えとして、垂直共振器面発光レーザを使用したレーザダイオードモジュール（以下、ＬＤモジュール）が採用されている。
【０００３】
垂直共振器面発光レーザは、レーザダイオードからなり、半導体基板に対して垂直方向に反射鏡があり、この反射鏡に光が出射する。垂直共振器面発光レーザは、低価格で低消費電力であるため、用いられている。
【０００４】
しかし、垂直共振器面発光レーザは、温度に対する発振波長の変動量が大きく、この変動量は、フーリエ変換赤外分光光度計に設けられた赤外検出器で取得したスペクトルの横軸（波数）が変動することを意味する。このため、Ｓ（信号）／Ｎ（雑音）が劣化したり、スペクトルの定性分析が困難となる。その結果、装置内部の温度変動を抑制しあるいは垂直共振器面発光レーザの温度調整、波数校正を逐次行う等の対策が必要になる。
【０００５】
フーリエ変換赤外分光光度計においては、ＩＲ光源の光量を増加させ、信号Ｓを増大させることで、Ｓ／Ｎを向上させることができる。但し、ＩＲ光源自体が発熱するため、装置内部の温度が上昇する。すると、ＬＤモジュールの垂直共振器面発光レーザチップの温度が周囲温度に振られて上昇し、発振波長が変動する。このため、発振波長を安定させるために、一般的には、ＬＤモジュールをサーモモジュールで温度制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許６６５４１２５Ｂ２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＬＤチップと温度センサ間の熱抵抗の影響により、ＬＤチップの温度を正確にモニタできず、周囲温度の影響を受けていた。
【０００８】
さらに、既知のサンプルのスペクトルを取得し、そのスペクトルピークの変動量をフィードバックしてレーザ光の波長を補正する方法が知られている（特許文献１）。しかし、ある時間間隔でレーザの波長を監視しなければならない。また、既知のサンプルを自動で切り替える機能も必要となり、装置が高価になっていた。
【０００９】
本発明の課題は、簡単な構造で、高いレベルの温度安定性を達成することができるレーザダイオードモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るレーザダイオードモジュールは、上記課題を解決するために、台座を有するレーザ素子と、前記レーザ素子を組み込み且つ前記台座の外周部と接触し、前記台座が周囲環境に晒されるように開口部が形成されたレーザ素子ブロックと、前記レーザ素子ブロック内に設けられ、前記レーザ素子からの光をコリメートするコリメートレンズを接着したレンズホルダと、前記レーザ素子ブロックの温度を調整する温度調整素子と、前記レーザ素子ブロックに設けられ、一部が周囲環境に晒されるように配置され、前記レーザ素子ブロックの温度を検出する温度センサを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、レーザ素子の台座の外周がレーザ素子ブロックに接触し、台座が周囲環境に晒されるように開口部を形成し、サーミスタの一部が周囲環境に晒されるように構成したので、レーザ素子とサーミスタとがともに外部温度変動の影響を受け、その影響度合いを制御することができる。従って、簡単な構造で、高いレベルの温度安定性を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１のレーザダイオードモジュールの断面図である。
【図２】実施例１のレーザダイオードモジュールの温度変化に対する波長の安定性を示す図である。
【図３】実施例１のレーザダイオードモジュールを備えたフーリエ変換赤外分光光度計の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のレーザダイオードモジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
（実施例１）
まず、垂直共振器面発光レーザで許容される発振波長の変動は、０．０２ｎｍ以下であり、レーザダイオードチップの温度係数は、０．０６ｎｍ／℃とすると、レーザダイオード温度は０．３℃程度の温度変動となる。ＩＲ光源の光量を上げて使用する場合、装置内部の温度は室温（約２０℃）から最大で６０℃程度まで上昇する。
【００１５】
また、ポータブルＦＴＩＲの場合、室外環境を想定するため、使用温度範囲は０℃から４０℃付近となる。以上のことから、周囲の温度変動が約４０℃でレーザダイオード温度は０．３℃、即ち温度係数が０．７５％以下の温度安定性が必要となる。この温度安定性を達成するための実施例の構成を以下に説明する。
【００１６】
図１は、レーザダイオードモジュールの断面図である。図１に示すレーザダイオードモジュールは、レーザ素子１、ＬＤブロック２、リングネジ３、コリメートレンズ４、レンズホルダ５、サーモモジュール６、放熱板７、サーミスタ８、ネジ９，１０を備えて構成されている。
【００１７】
レーザ素子１は、８５０ｎｍ縦型シングルモードのＣＡＮタイプのレーザダイオードからなる垂直共振器面発光レーザであり、基板に対して垂直方向に反射鏡があり、この反射鏡に光が出射する。レーザ素子１は、基台である台座１ａと３つのピン１ｂとを有する。台座１ａの外周は、本発明のレーザ素子ブロックに対応するＬＤブロック２に接触している。
【００１８】
ＬＤブロック２には、台座１ａの中央部が周囲環境に晒されるように開口部２ｂが形成されている。３つのピン１ｂは、正極用ピン、負極用ピン、グランド用ピンからなる。
【００１９】
ＬＤブロック２には、開口部２ｂよりも大径の穴部２ａが形成され、穴部２ａの外周には、ネジ溝２ｃが形成されている。穴部２ａには、レーザ素子１の本体が組み込まれ、レーザ素子１の３つのピン１ｂは、開口部２ｂを挿通して周囲環境に晒されている。
【００２０】
リングネジ３は、ネジ溝２ｃに螺合しており、リングネジ３をネジ溝２ｃに螺合させることで、レーザ素子１と台座１ａとをＬＤブロック２に締結させることができる。
【００２１】
コリメートレンズ４は、穴部２ａに設けられており、レーザ素子１からのレーザ光をコリメートする。レンズホルダ５は、コリメートレンズ４を接着し、図示しないネジ溝が形成され、このネジ溝がネジ溝２ｃに螺合している。ネジ溝２ｃを用いて、レーザ素子１との光軸を調整する。レーザ素子１とＬＤブロック２とレンズホルダ５とにより囲まれた空間Ａが形成される。
【００２２】
サーモモジュール６は、本発明の温度調整素子に対応し、ＬＤブロック２の下部に配置され、ＬＤブロック２の温度を調整する。放熱板７は、サーモモジュール６の下部に配置され、サーモモジュール６の熱を外部に放熱する。
【００２３】
サーミスタ８は、ＬＤブロック２に形成された穴部２ａ内に挿入され、ピンを含む一部が周囲環境に晒されている。サーミスタ８は、本発明の温度センサに対応し、ＬＤブロック２の温度を検出する。
【００２４】
ネジ９は、ＬＤブロック２に形成された穴部２ａに挿通され、締めることで、レンズホルダ５を固定する。ネジ１０は、ＬＤブロック２に形成された穴部２ａに挿通され、締めることで、リングネジ３を固定する。
【００２５】
このように実施例１のレーザダイオードモジュールによれば、レーザ素子１の台座１ａの外周がＬＤブロック２に接触し、台座１ａの中央部が周囲環境に晒されるように開口部２ｂを形成し、サーミスタ８の一部が周囲環境に晒されるように構成したので、レーザ素子１とサーミスタ８とが外部温度変動の影響を受け、その影響度合いを制御することができる。従って、簡単な構造で、高いレベルの温度安定性を達成することができる。  
【００２６】
図２は、実施例１のレーザダイオードモジュールの温度変化に対する波長の安定性を示す図である。図２に示す例では、環境温度を５℃から６０℃に変化させた際の発振波長の変動量を示している。
【００２７】
図２からもわかるように、発振波長の変動量は０．０１ｎｍ以下となった。ＬＤチップの温度係数は、０．０６ｎｍ／℃であるため、ＬＤ温度に換算すると、０．１６℃以下となり、温度係数が０．３％以下を達成することができた。
【００２８】
図３は、実施例１のレーザダイオードモジュールを備えたフーリエ変換赤外分光光度計の構成図である。フーリエ変換赤外分光光度計は、レーザ素子１、ＩＲ光源２１、固定ミラー２２、可動ミラー２３、ビームスプリッタ２４、サンプル２５、検出器２６、ミラー２７，２８、フォトダイオード２９を備える。
【００２９】
ＩＲ光源２１はミラー２７を介してビームスプリッタ２４に導く。ビームスプリッタ２４は、ミラー２７からの光を一方の光と他方の光とに２分割する。一方の光は固定ミラー２２で反射されてビームスプリッタ２４に戻り、他方の光は、可動ミラー２３で反射されてビームスプリッタ２４に戻り、ビームスプリッタ２４で合成されて第１干渉波を発生させる。
【００３０】
第１干渉波は、ミラー２８とサンプル２５を介して検出器２６に送られる。検出器２６は、第１干渉波に基づきフーリエ変換処理を行う。可動ミラー２３の位置により、異なる干渉波が得られるので、検出器２６は、フーリエ変換処理により、各位置の干渉波の信号強度から各波数成分の光の強度に分離する。
【００３１】
また、図３に示すレーザ素子１は、図１に示すレーザ素子１であり、フーリエ変換赤外分光光度計の基準光源である。レーザ素子１からのレーザ光は、ミラー２７を介してビームスプリッタ２４に導く。ビームスプリッタ２４は、ミラー２７からの光を一方の光と他方の光とに２分割する。一方の光は固定ミラー２２で反射されてビームスプリッタ２４に戻り、他方の光は、可動ミラー２３で反射されてビームスプリッタ２４に戻り、ビームスプリッタ２４で合成されて第２干渉波を発生させる。
【００３２】
第２干渉波は、ミラー２８を介してフォトダイオード２９で検出される。フォトダイオード２９で検出された出力が検出器２６で検出された第１干渉波の解析に用いられる。
【００３３】
このように実施例１のレーザダイオードモジュールのレーザ素子１をフーリエ変換赤外分光光度計に用いることができる。
【００３４】
なお、本発明は、レーザ素子１として、基板に対して垂直方向に反射鏡があり反射鏡に光が出射する垂直共振器面発光レーザを用いたが、これに代えて、半導体基板の端面に反射鏡があり基板に対して平行方向に光を出射するレーザダイオードからなる端面発光レーザを用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係るレーザダイオードモジュールは、フーリエ変換赤外分光光度計、ポータブルフーリエ変換赤外分光光度計に適用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１  レーザ素子
１ｂ，８ａ  ピン
２  ＬＤブロック
２ａ  穴部
２ｂ  開口部
２ｃ  ネジ溝
３  リングネジ
４  コリメートレンズ
５  レンズホルダ
６  サーモモジュール
７  放熱板
８  サーミスタ
９，１０  ネジ
２１  ＩＲ光源
２２  固定ミラー
２３  可動ミラー
２４  ビームスプリッタ
２５  サンプル
２６  検出器
２７，２８  ミラー
２９  フォトダイオード
【図１】
2017220553.tif 000003
【図２】
2017220553.tif 000004
【図３】
2017220553.tif 000005