(57)【要約】【課題】何らかの不具合によりレーザダイオードに過大な電流が流れた場合であっても光出力上限値を超えないように制限可能なレーザダイオードモジュールを提供する。【解決手段】所定波長のレーザを出射するレーザダイオード１０と、複数の偏光子とファラデー回転子が前記レーザを一方向にのみ透過させてレーザダイオード１０に対する戻り光を遮断する位置関係で配置された光アイソレータ２０とを備えるレーザダイオードモジュール１において、光アイソレータ２０は、レーザダイオード１０の最大光出力値と予め設定した光出力上限値からレーザダイオード１０側にある入射側偏光子２１の回転角（θ）を算出し、この算出した回転角（θ）に基づいて入射側偏光子２１が回転調整されている。【選択図】図２
2009064898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長のレーザを出射するレーザダイオード（１０）と、複数の偏光子とファラデー回転子が前記レーザを一方向にのみ透過させて前記レーザダイオードに対する戻り光を遮断する位置関係で配置された光アイソレータ（２０）とを備えるレーザダイオードモジュール（１）において、
前記光アイソレータは、前記レーザダイオードの最大光出力値と予め設定した光出力上限値から前記レーザダイオード側にある入射側偏光子（２１）の回転角（θ）を算出し、この算出した前記回転角（θ）に基づいて前記入射側偏光子が回転調整されてい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】
所定波長のレーザを出射するレーザダイオード（１０）と、複数の偏光子とファラデー回転子により前記レーザを一方向にのみ透過させて前記レーザダイオードに対する戻り光を遮断するアイソレーション特性を有する光アイソレータ（２０）とを備えるレーザダイオードモジュール（１）を用いた光出力制限方法において、
前記レーザダイオードモジュールの最大光出力値と、該最大光出力値に基づいて予め設定された光出力上限値から前記レーザダイオードモジュールの光減衰比を算出するステップと、
前記算出された光減衰比から前記レーザダイオード側にある入射側偏光子の回転角（θ）を算出するステップと、
該算出された回転角（θ）に基づいて前記入射側偏光子を回転調整するステップと、
を含むことを特徴とする光出力制限方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定出力のレーザを出射するレーザダイオードを搭載したレーザダイオードモジュールに係り、特に何らかの不具合によりレーザダイオードに対して過大な電流が流れた場合でも、レーザダイオードの最大光出力値以下でレーザ出力を制御することのできるレーザダイオードモジュール及び光出力制限方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光通信技術や測定技術等の各種分野において、その目的に応じた所定出力のレーザを出射するレーザダイオード（Laser Diode ）を搭載したレーザダイオードモジュールが用いられている。このレーザダイオードモジュールは、出射対象から反射してきた反射光や外乱光等の散乱光が光源である半導体レーザに戻る、所謂戻り光によりノイズが増加してレーザの発振が不安定になってしまうという問題を防止するため、レーザダイオードの出射側に光アイソレータを設けている。
【０００３】
この光アイソレータは、「ファラデー効果」を応用してレーザダイオードから出射されたレーザを一方向にのみ透過させる性質を持つ素子を備えた光アイソレータによって、レーザダイオードに対する戻り光の遮断を行っている。光アイソレータの構成としては、例えば図３（ａ）に示すように、偏光子１０１を透過し順方向へ進む直線偏光が、ファラデー回転子１０２によりその偏光方向を４５度回転され、偏光子１０１と透過偏光方向が４５度の傾きを持つ偏光子１０３を透過する。そして、逆方向に進む光（戻り光）については、図３（ｂ）に示すように、偏光子１０３を透過した直線偏光が回転子１０２によりその偏光方向を順方向へ進んだ場合と同方向に４５度回転させられ、偏光子１０１の透過偏光方向と９０度の角度を持つようになるため遮断される。
なお、このような一般的な光アイソレータとしては、例えば下記特許文献１に開示されるようなものが公知である。
【特許文献１】特開２００４−３１７８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、爆発の危険のある可燃性ガスや蒸気等の危険雰囲気が存在する危険場所で使用される電気機器は、労働安全衛生法により防爆構造（可燃性ガスや蒸気が存在する危険雰囲気において、電気機器に起因する爆発を抑制・防止する構造）が義務化されており、その機器の使用によって危険場所での爆発の危険性を極力排除するように設計されている。これは、爆発を引き起こす要因として「可燃性ガス・蒸気が存在する」以外に「空気（酸素）」、「点火源」があり、これらの要素を共存させないことが防爆の基本となるからである。
【０００５】
しかしながら、特許文献１を含む一般的な光アイソレータを備えたレーザダイオードモジュールは、何らかの原因によりトランジスタ等の駆動回路上の電子部品がショートしてしまうと、レーザダイオードに対して過大な電流が流れることでレーザダイオードから光出力上限値を超えたレーザが出射されてしまう。その結果、この種のレーザダイオードモジュールは、危険場所において可燃性ガスや蒸気等の危険雰囲気を引火させる「点火源」となり得る可能性があったため、防爆機器に具備することができなかった。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、何らかの不具合によりレーザダイオードに過大な電流が流れた場合であっても、光出力上限値を超えないように制限することのできるレーザダイオードモジュール及び光出力制限方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、請求項１記載のレーザダイオードモジュールは、所定波長のレーザを出射するレーザダイオード１０と、複数の偏光子とファラデー回転子により前記レーザを一方向にのみ透過させて前記レーザダイオードに対する戻り光を遮断するアイソレーション特性を有する光アイソレータ２０とを備えるレーザダイオードモジュール１において、
前記光アイソレータは、前記レーザダイオードの最大光出力値と予め設定した光出力上限値から前記レーザダイオード側にある入射側偏光子２１の回転角（θ）を算出し、この算出した前記回転角（θ）に基づいて前記入射側偏光子が回転調整されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の光出力制限方法は、所定波長のレーザを出射するレーザダイオード１０と、複数の偏光子とファラデー回転子により前記レーザを一方向にのみ透過させて前記レーザダイオードに対する戻り光を遮断するアイソレーション特性を有する光アイソレータ２０とを備えるレーザダイオードモジュール１を用いた光出力制限方法において、
前記レーザダイオードモジュールの最大光出力値と、該最大光出力値に基づいて予め設定された光出力上限値から前記レーザダイオードモジュールの光減衰比を算出するステップと、
前記算出された光減衰比から前記レーザダイオード側にある入射側偏光子の回転角（θ）を算出するステップと、
該算出された回転角（θ）に基づいて前記入射側偏光子を回転調整するステップと、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のレーザダイオードモジュールは、レーザダイオードの最大光出力値と予め設定した光出力上限値から入射側偏光子の回転角（θ）を算出し、この算出した回転角（θ）に基づいて入射側偏光子及び出射側偏光子が回転調整された状態の光アイソレータを搭載しているので、何らかの不具合により過大な電流がレーザダイオードに供給された場合でも、アイソレーション特性を保ちつつ、予め設定された光出力上限値を超えないようにレーザの光出力値を制限することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付した図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係るレーザダイオードモジュールの構成を示す概略構成図であり、図２は同モジュールに設けられる光アイソレータの構成を示す概略説明図である。
【００１１】
本例のレーザダイオードモジュールは、例えばガスの有無を検出するガス検知装置等の爆発性を有するガス雰囲気や蒸気が存在する危険場所で使用可能な電気機器である防爆機器に具備され、何らかの不具合により過大な電流がレーザダイオードに供給された場合であっても、予め設定された光出力上限値を超えないようにレーザの光出力値を制限するものである。
【００１２】
図１に示すように、本例のレーザダイオードモジュール１は、レーザダイオード１０と、光アイソレータ２０とを備えて構成されている。
【００１３】
レーザダイオード１０は、半導体レーザで構成され、例えば一定電流が流れるように組まれたレーザダイオード駆動回路等から供給される駆動電流によって発振することで、所定波長のレーザを出射している。
【００１４】
光アイソレータ２０は、レーザダイオード１０から出射されたレーザを一方向にのみ透過させてレーザダイオード１０に対する戻り光を遮断するアイソレーション特性を有している。図２に示すように、光アイソレータ２０は、レーザダイオード１０から出射されたレーザのうち透過光軸と同一方向に振動している光成分を透過させる入射側偏光子２１と、入射側偏光子２１を透過するレーザの偏光方向を４５°回転させるファラデー回転子２２と、透過偏光方向がファラデー回転子２２の回転方向に透過光軸が合うように回転調整された出射側偏光子２３と、前記のファラデー回転子２２が磁気光学効果により透過する光の偏光方向を所定角度（図中では４５°）変化させるよう作用するマグネット２４とを備え、各偏光子２１、２３とファラデー回転子２２とがレーザダイオード１０から出射されたレーザを一方向にのみ透過させてレーザダイオード１０に対する戻り光を遮断する位置関係で配置されて構成されている。
【００１５】
この光アイソレータ２０は、レーザダイオード１０から出射されたレーザが予め設定された光出力上限値を超えないように入射側偏光子２１の回転角（θ）を算出し、入射側偏光子２１の透過光軸がこの回転角（θ）と合うように回転調整されている。
【００１６】
ここで、入射側偏光子２１を回転調整する際に用いられる回転角（θ）の算出方法について説明する。
回転角（θ）の算出方法としては、まず下記式（１）を用いてレーザダイオードモジュール１０の最大光出力値とこの最大光出力値に基づいて予め設定された光出力上限値からレーザダイオードモジュール１０の光減衰比〔ｄＢ〕を算出する。
光減衰比〔ｄＢ〕＝−１０×log （光出力上限値／最大光出力値）…式（１）
【００１７】
次に、上記式（１）で算出された光減衰比〔ｄＢ〕から下記式（２）を用いて入射側偏光子２１の回転角（θ）を算出する。
光減衰比〔ｄＢ〕＝−１０×log ((cos(θ))2 ) …式（２）
【００１８】
なお、算出された回転角（θ）は、光アイソレータ２０を通常の光アイソレータとして使用した場合における最小損失位置（レーザダイオード１０から出射されたレーザが最も損失なく出射されるように設定された位置）からの調整角度である。
【００１９】
また、入射側偏光子２１を回転調整する場合は、算出した回転角（θ）に基づいて光アイソレータ２０を回転調整するため、入射側偏光子２１を回転調整と同時に出射側偏光子２３も回転調整される構成である。すなわち、図２に示すように、例えば入射側偏光子１０の透過光軸を最小損失位置である垂直方向から４５°に回転調整された場合、出射側偏光子２３は入射側偏光子２１よりさらに同方向に４５°回転調整されることとなる。
【００２０】
なお、上記構成において、各偏光子２１、２３とファラデー回転子２２とが密着していない構成とする場合は、両者の間に空気層が存在するため、各偏光子２１、２３とファラデー回転子２２共に屈折率ｎ＝１に対する反射防止膜を施すことが好適である。また、各偏光子２１、２３とファラデー回転子２２とが密着している構成の場合は、中間の空気層は無視できるほどの厚みであるため、ファラデー回転子２２の両面に入射側偏光子２１及び出射側偏光子２３の屈折率に対する反射防止膜を施すことにより、各光学素子端面からの反射を防止することができる。
【００２１】
このように、上述したレーザダイオードモジュール１は、レーザダイオードモジュール１０の最大光出力値とこの最大光出力値に基づいて予め設定された光出力上限値から入射側偏光子２１の回転角（θ）を算出し、この算出した回転角（θ）に基づいて入射側偏光子２１及び出射側偏光子２３が回転調整された光アイソレータ２０を搭載している。
これにより、何らかの不具合により過大な電流がレーザダイオード１０に供給された場合でも、アイソレーション特性を保ちつつ、レーザの光出力が予め設定された光出力上限値を超えないように出力制限することができる。
【００２２】
また、上記レーザダイオードモジュール１を危険場所で使用する防爆機器に搭載した場合でも、予め設定された光出力上限値を超えないようにレーザダイオード１０の光出力値が制限されているので、危険雰囲気において点火源となることなく安全性に優れた防爆機器を提供することができる。
【００２３】
ところで、上述した形態では、入射側偏光子２１と出射側偏光子２３との間にファラデー回転子２２を配置した構成の光アイソレータ２０を具備するレーザダイオードモジュール１について説明したが、複数の偏光子とファラデー回転子がレーザを一方向にのみ透過させてレーザダイオード１０に対する戻り光を遮断する位置関係で配置された構成の光アイソレータ２０であれば、光アイソレータ２０の配置構成等は特に限定されない。
【００２４】
以下、上述した本発明を実施例によって更に具体的に説明する。この実施例では、実施条件としてレーザダイオードモジュール１の最大光出力値を６０ｍＷ、光出力上限値を３０ｍＷとする。
なお、下記の各実施例は、本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００２５】
〔実施例〕
レーザダイオード１０からの最大光出力値が６０ｍＷであるレーザダイオードモジュール１０において光出力上限値を３０ｍＷとした場合、光アイソレータ２０の構成を調整するべく、上記式（１）を用いてレーザダイオードモジュール１の光減衰比〔ｄＢ〕を算出する。
式（１）より、−１０×log （３０／６０）＝３．０１〔ｄＢ〕となり、光減衰比＝３．０１〔ｄＢ〕となる。
【００２６】
次に、上記式（１）で算出された光減衰比３．０１〔ｄＢ〕から、上記式（２）を用いて入射側偏光子２１の回転角（θ）を算出する。
式（２）より、３．０１〔ｄＢ〕＝−１０×log ((cos(θ))2 ) となり、回転角（θ）＝４５°となる。
【００２７】
従って、上記条件の場合、光アイソレータ２０の最小損失位置から入射側偏光子２１及び出射側偏光子２３を４５°、出射側偏光子２３をさらに同方向に４５°回転調整することで、アイソレーション特性を保ちつつ、レーザダイオード１０に過大に電流が供給されても光出力上限値３０ｍＷを超えることなく駆動することができる。
【００２８】
以上、本願発明における最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術等はすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るレーザダイオードモジュールの構成を示す概略構成図である。
【図２】同モジュールに設けられる光アイソレータの構成を示す概略説明図である。
【図３】従来の光アイソレータの構成を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  レーザダイオードモジュール
１０  レーザダイオード
２０  光アイソレータ
２１  入射側偏光子
２２  ファラデー回転子
２３  出射側偏光子
２４  マグネット
【図１】
2009064898.tif 000003
【図２】
2009064898.tif 000004
【図３】
2009064898.tif 000005