JP2006324334A - レーザ発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安定したレーザ光を出射でき且つ装置の小型化及び省コスト化を同時に図ることができるレーザ発光装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子の出力光が入射され、内部にファイバブラッググレーチングが形成される光ファイバと、該光ファイバの出射光を高調波へ変換する波長変換素子と、前記半導体レーザを温度調整する温調手段とを備えるレーザ発光装置において、前記ファイバブラッググレーチングは、前記光ファイバの長さ方向における途中位置に形成され、前記温調手段から前記ファイバブラッググレーチングまでの熱伝達経路の距離が、前記温調手段から半導体レーザ素子までの熱伝達経路の距離とほぼ均等になるように前記ファイバブラッググレーチングが配置され、前記温調手段によって前記ファイバブラッググレーチングも温度調節されることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体レーザ素子（Semiconductor Laser Diode：ＬＤ）と、該ＬＤの出力光を入射する光ファイバと、該光ファイバの出射光から高調波を生成する波長変換素子とを備えたレーザ発光装置に関する。

近年、デジタルカメラで撮像した画像データやスキャナで読み込んだ画像データを用い、感光材料上に画像を形成する写真処理装置が実用化されている。この種の写真処理装置では、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）のそれぞれレーザ光の強度を画像データを用いて変調し、各レーザ光をポリゴンミラーやｆθレンズを用いて感光材料上でその搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に走査することにより、感光材料上に画像を形成するようになっている。具体的には、ポリゴンミラーの回転に同期してレーザ光がパルス状に照射され、ポリゴンミラーの反射面によりレーザ光が所定方向に反射され、感光材料の表面上を一定速度でレーザ光が走査される。

赤色のレーザ光（例えば、波長６８０ｎｍ）を出力するＬＤは、比較的安価であり、装置の光源としてそのまま用いることができる。一方、緑色や青色のレーザ光を出力するＬＤは高価である等の理由から、近赤外帯域のレーザ光（例えば、波長１０６０ｎｍ）を出力するＬＤを用い、該ＬＤの出力光を光ファイバを介して波長変換素子の光導波路に入射させ、その入射光の約１／２波長の第２高調波（例えば、緑色であれば５３０ｎｍ、青色であれば４７０ｎｍ）を生成するようにしている（特許文献１）。

これら緑色用や青色用のレーザ発光装置は、図９（イ）に基づき簡単に説明すると、ＬＤ部１００と、波長変換部１０５とから構成され、両者がガラスファイバやプラスチックファイバといった光ファイバ１０４にて光学的に接続されている。ＬＤ部１００は、ＬＤ１０２と、該ＬＤ１０２を温度調整するための第１温調手段（主としてペルチェ素子とサーミスタを組み合わせたペルチェモジュールの形態を採る）１０３とを備える。一方、波長変換部１０５は、波長変換素子１０６と、該波長変換素子１０６を温度調整するための第２温調手段（同じくペルチェモジュールの形態を採る）１０７とを備える。

波長変換素子としては、光導波路型、主としてＱＰＭ（Quasi-Phase Matching：疑似位相整合）−ＳＨＧ（Second-Harmonic Generation）素子が用いられる。このＱＰＭ−ＳＨＧ素子は、周期分極反転ニオブ酸リチウム結晶（Periodically Poled LiNbO₃：ＰＰＬＮ）やマグネシウム添加周期分極反転ニオブ酸リチウム結晶（Periodically Poled MgO-doped LiNbO₃：ＰＰＭｇＬＮ）といった非線形光学結晶で構成され、ＬＤから出力されたレーザ光を疑似位相整合させて第２高調波を生成する。疑似位相整合とは、結晶中での屈折率の違いにより、赤外光と可視光とが干渉して消滅するのを防止すべく、結晶に電界をかけて光の位相を反転させることをいい、これにより、ＱＰＭ−ＳＨＧ素子内部での第２高調波同士の打ち消し合いが防止されて変換効率が高まる結果、ＳＨＧ素子からハイパワーのレーザ光が出力される。

各部１００，１０５にそれぞれ温調手段を設け、ＬＤ１０２及びＳＨＧ素子１０６をそれぞれ独立して温度調整できるようにしたのは、各素子の最適温度が異なるからである。また、両部１００，１０５を光ファイバ１０４で接続するようにしたのは、両部１００，１０５間の結合強度を維持しつつ、両部１００，１０５間の相対的な位置関係の自由度を高めることができるからであり、また、ＬＤ１０２と第２温調手段１０７との間の熱的な干渉及びＳＨＧ素子１０６と第１温調手段１０３との間の熱的な干渉が小さくなるからである。これにより、ＬＤ１０２から出力されるレーザ光のパワーが安定化され、最終段階としてＳＨＧ素子１０６から出力されるレーザ光のパワーも安定化される。

しかしながら、ＬＤ１０２とＳＨＧ素子１０６とを光ファイバ１０４で接続すると、ＳＨＧ素子１０６端面からの反射光が光ファイバ１０４を介してＬＤ１０２に入射されてしまい、この反射光には複数の波長成分が含まれているため、ＬＤ１０２の波長特性は不安定となり、その結果、実際のところは、ＳＨＧ素子１０６から出力されるレーザ光のパワーが安定しにくいという現象が起こり得る。

そこで、光ファイバ１０４に回折格子としてのファイバブラッググレーチング（Fiber Bragg Grating ：ＦＢＧ）を設ける技術が提供されている（特許文献２，３）。これにより、ＬＤ１０２には縦モードのレーザ光のみが入射され、ＦＢＧが外部共振器的に作用して縦モードのレーザ光のみが増幅され、ＳＨＧ素子１０６へと導かれる。そのため、縦モードのレーザ光が他のモードに比して大きく増幅され、ＬＤ１０２の波長特性が安定する結果、ＳＨＧ素子１０６から高安定なレーザ光が出力されるようになる。
特開２００３−２１８４４１号公報 特開２００５−５０８４３号公報 特開２００５−５０８４７号公報

ところで、上述の如く、ＦＢＧは、光ファイバ中をレーザ光が伝播されているとき、ある特定の波長（ブラッグ波長）のレーザ光を反射する機能を持ち、この機能により、反射したレーザ光がＬＤの光反射面でさらに反射され、またさらにＦＢＧによって反射されるといった反射が繰り返されて共振することが知られている。

この複数回の反射によってレーザ光に光路差が生じることで干渉をおこし、ＦＢＧからＳＨＧ素子に伝播されるレーザ光は不安定となる。従って、この光路差がコヒーレント長以上になるように設定すれば、このような干渉が起こらなくなり、安定したレーザ光をＳＨＧ素子へと伝播することができるようになる。

ここで、コヒーレント長とは、例えばビームスプリッタで２つに分けた光を異なる光路を通った後で重ね合わせたときに、干渉縞を生じうる最大の光路差のことである。即ち、光路差を０から大きくしていくと、はじめは干渉縞を生じるが、やがて干渉縞を生じなくなる。この干渉縞を生じうる最大の光路差のことである。

上述の特許文献２，３においては、ＦＢＧはＬＤ部の中あるいはＬＤ部の近傍でフレーム等へ固定して配置される。このようにＦＢＧをＬＤ部の近傍で固定しておくのは、ＦＢＧが非常に細く、少しの曲げや衝撃により折れるおそれがあり、また曲げや圧力等といった光の反射率や波長を変動させるといった外部要因から保護する目的であるが、上述したようなＳＨＧ素子への安定したレーザ光を得るためにコヒーレント長を考慮すれば、ＬＤからＦＢＧまでの距離は、一般的なＬＤと光ファイバを使用した場合、少なくとも３０ｃｍ以上であるのが好ましい。

しかし、そうなると、図９（ロ）に示す如く、光ファイバ１０４を長くし、該光ファイバ１０４の途中にＦＢＧ（符号１０４ａが形成領域部）を設ける必要が生じてくるが、上述のように折れによる破損や、反射率等の変動が起こりやすくなるという問題が生じる。

また、ＦＢＧのブラッグ波長も温度によって変化する性質を有することから、ＳＨＧ素子へ伝播するレーザ光の波長を所望の波長とするためには、ＬＤ同様に高度の温度調整を行う必要がある。その場合、ＬＤとＦＢＧとの距離が大きくなると、ＬＤとは別にＦＢＧを温度調整する温調手段をさらに設置しなければならない。

そうすると、温調手段を構成する部品点数が増加し、それに伴う設置スペースの拡大によるレーザ発光装置の大型化及びコスト増大という問題も生じる。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、レーザ光が安定すると共に、装置の小型化及び省コスト化を同時に図ることができるレーザ発光装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決すべく、本発明に係るレーザ発光装置は、半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子の出力光が入射され、内部にファイバブラッググレーチングが形成される光ファイバと、該光ファイバの出射光を高調波へ変換する波長変換素子と、前記半導体レーザを温度調整する温調手段とを備えるレーザ発光装置において、前記ファイバブラッググレーチングは、前記光ファイバの長さ方向における途中位置に形成され、前記温調手段から前記ファイバブラッググレーチングまでの熱伝達経路の距離が、前記温調手段から半導体レーザ素子までの熱伝達経路の距離とほぼ均等になるように前記ファイバブラッググレーチングが配置され、前記温調手段によって前記ファイバブラッググレーチングも温度調整されることを特徴とする。

上記構成によれば、ファイバブラッググレーチングが光ファイバの途中に形成されることから、半導体レーザ素子の光反射面とファイバブラッググレーチングとの距離が大きくなる。従って、この半導体レーザー素子の光反射面とファイバブラッググレーチングとの間で共振することによって生じるレーザ光の光路差が前記コヒーレント長以上になるため、半導体レーザー素子の光反射面とファイバブラッググレーチングと間で共振するレーザ光同士の干渉を防止することができ、光ファイバから出射されるレーザ光は安定する。

そして、半導体レーザー素子とファイバブラッググレーチングとが一つの温調手段から熱伝達経路の距離がほぼ均等になる位置に配置されることから、一つの温調手段のみを制御することで両方の温度をほぼ均等に保ちつつ温度調整できるようになるため温度調整が簡素化される。尚、熱伝達経路がほぼ均等になる位置とは、ある熱源から一定時間に伝達される熱量がほぼ均等になる位置をいう。

また、前記熱伝達経路は、前記温調手段に接触状態で配置され且つ前記半導体レーザ素子及び前記ファイバブラッググレーチングを支持する支持部材である構成とすることが好ましい。

上記構成とすることで、半導体レーザー素子とファイバブラッググレーチングとが一つの支持部材のみによって支持されることから、伝達される単位時間あたりの熱量が等しくなる位置に半導体レーザー素子及びファイバブラッググレーディングを配置し易くなる。これは、一つの均質な物質内を伝達する熱量は、予測し易いからである。さらに、部品点数の削減、省スペース化によるレーザ発光装置自体の小型化及び省コスト化も図ることができるようになる。

また、前記支持部材に溝が形成され、該溝内に前記ファイバブラッググレーチングが熱伝導性接着剤により封止される構成とすることが好ましい。

上記構成とすることで、前記支持部材に溝さえ形成しておけば、該溝にファイバブラッググレーチングを入れた後に熱伝導性接着剤を流し込むだけで隙間無く封止することができるので、支持部材へファイバブラッググレーチングを強固且つ容易に取り付けることができるようになる。

また、前記支持部材は、前記半導体レーザ素子からの熱伝達経路の距離と前記ファイバブラッググレーチングからの熱伝達経路の距離とがほぼ均等になる位置に温度測定手段をさらに備える構成とすることが好ましい。

上記構成とすることで、前記半導体レーザ素子と前記ファイバブラッググレーチングとの温度を測定しつつ温調手段を操作して温度調整ができるようになることから温度調整が行いやすくなる。さらに、一つの温度測定手段によって両方の温度を同時に測定することができるようになるため、別の温度測定手段をそれぞれ設ける必要がなく、品点数の削減、省スペース化によるレーザ発光装置自体の小型化及び省コスト化を図ることもできるようになる。

以上の如く、本発明は、ファイバブラッググレーチングを光ファイバの途中に形成し、半導体レーザー素子とファイバブラッググレーチングとを一つの温調手段を備えた一つの支持部材で支持して温度調整することにより、レーザ発光装置から出射されるレーザ光が安定すると共に、装置の小型及び省コスト化を同時に図ることができる。

本発明の一実施形態に係るレーザ発光装置は、ＬＤ及び第１温調手段を備えたＬＤ部と、光導波路型ＳＨＧ素子及び第２温調手段を備えた波長変換部と、両部を光学的に接続し且つ途中に回折格子としてのＦＢＧを備えた光ファイバとを基本構成とする点で、図９（ロ）の構成と同様である。以下に説明する本実施形態に係るレーザ発光装置は、該装置の外観を上面側から見た図１及び下面側から見た図２に示す如く、これら基本構成をベース１とカバー２とで形成される内部空間に収容するアッセンブリの形態を採る。

ベース１は、方形状の板部材からなり、四隅位置にボルト３を挿通するための孔が形成されている。これらボルト３，…は、アッセンブリの形態を採るレーザ発光装置を写真処理装置の内部に固定するためのものである。尚、写真処理装置（現像処理機能が無いものもあるので、その場合は画像形成装置（プリンタ装置））の構成は、特許文献１や特許文献２にもあるように周知であるので、詳細な説明は割愛する。

一方、カバー２は、直方形状からなって内部が中空で、一面（下面）が方形状に開口された部材からなり、該開口にベース１が取り付けられる。即ち、カバー２の四隅位置に形成された孔に挿通されたビス４，…をベース１の四隅位置に形成された雌ねじに螺入して締め付けることにより、カバー２がベース１に固定されて内部空間が形成される。

内部空間に収容されない構成要素としては、カバー２（の上面）に取り付けられる主基板５と、ベース１（の下面）に取り付けられ、複数の端子７，…を備える中継基板６と、カバー２の側面に位置するようにベース１（の上面）に取り付けられる支持ブラケット８と、該支持ブラケット８に支持されるレンズホルダー９とが挙げられる。

主基板５は、互いに間隔を有した二段構造からなり、後述するＬＤ用基板、第１温調手段用基板、第２温調手段用基板及びフォトダイオード（Photo diode ：ＰＤ）用基板といった前記内部空間に収容される各副基板と接続され、ＬＤ、第１及び第２温調手段の制御並びに出力一定制御であるＡＰＣ（Auto Power Control）制御を統括的に行う。

但し、主基板５と各副基板とは直接的に接続されるのではなく、中継基板６を介して間接的に接続される。即ち、主基板５が中継基板６の端子７，…とケーブル（図示しない）を介して電気的に接続され、また、中継基板６の各端子７が対応する副基板とケーブル（図示しない）を介して電気的に接続される。そのため、中継基板６は、各端子７の一端側が主基板５と接続可能なように外部に位置する一方、各端子７の他端側は各副基板と接続可能なように内部に位置する配置となっている。

中継基板６は、ベース１の下面に形成された凹部に取り付けられる。そして、端子７と中継基板６との間の微細な隙間等を埋めるべく、ベース１の凹部内にモールド剤を流し込み、中継基板６の全面をモールド剤で覆うようにしている。

図３は、カバー２を取り外したベース１を示す。尚、図３では、レンズホルダー９を支持する支持ブラケット８は表現されておらず、レンズホルダー９が宙に浮いた形となっている。ここで、ベース１の上面のうちの外周領域には、カバー２を取り付けた際の密閉性を実現すべくシール部材（Ｏリング）１０が配置される。Ｏリング１０は、ベース１に形成された周回溝に装着されるが、この周回溝の内側領域に、上述したＬＤ部（符号１１で示される）、光ファイバ（符号１５で示される）、波長変換部（符号３１で示される）が設けられ、さらに、後述する出力測定部３８が設けられる。

ＬＤ部１１は、ＬＤ（図示しない）が保持部材としてのベース部材１３に取り付けられたシステム（図示しない）で支持され、一方、光ファイバ１５の端部（光入射端部）がベース部材１３に取り付けられたファイバフォルダ１４で支持されており、光ファイバ１５がＬＤと結合されて、いわゆるピグテール構造をなす（以下、ＬＤと光ファイバ１５との結合体を「ＬＤピグテール１２」という）。

ＬＤピグテール１２は、円盤状の操作部材１６の中心部を貫通して固着されており、しかも、ベース１に取り付けられた支持ブラケット１７に挿通され、且つ該支持ブラケット１７に回転可能に支持されている。より詳しくは、支持ブラケット１７には、ＬＤピグテール１２が挿通可能な回転中心孔と、該回転中心孔を中心とした孔回りの円弧溝とが形成されており、支持ブラケット１７の外面側からＬＤピグテール１２を回転中心孔に挿通すると共に、支持ブラケット１７の内面側から円弧溝に挿通されたビス１８を操作部材１６に形成された雌ねじに螺入した状態とした上で、操作部材１６を回転操作することにより、ビス１８が円弧溝に倣いつつＬＤピグテール１２を回転させることができ、しかも、ビス１８を締め付ければ、ＬＤピグテール１２をその角度位置で固定することができる。

支持ブラケット１７は、ベース１の上面と平行な基部及びベース１の上面と直交する起立部とを一体化して側面視略Ｌ字状に形成され、起立部にＬＤピグテール１２が取り付けられるが、基部はベース１の上面と間隔を有して取り付けられる。より詳しくは、基部に形成された孔に挿通されたビス１９をスペーサ２０を挿通させた状態でベース１に形成された雌ねじに螺入して締め付けることにより、支持ブラケット１７は、ベース１と間隔を有して取り付けられる。

前記第１温調手段（符号２１で示される）は、この支持ブラケット１７とベース１との間の空間に配置される。第１温調手段２１は、上述の如く、ペルチェ素子とサーミスタを組み合わせたペルチェモジュールであり、ＬＤの駆動に伴う温度上昇を防止することを目的とする。図示はしないが、ペルチェモジュールは、前記第１温調手段用基板を備え、該基板は、中継基板６の対応する端子７の他端側とケーブルを介して電気的に接続される。

一方、前記操作部材１６には、前記ＬＤ用基板（符号２２で示される）が取り付けられている。図示はしないが、該基板２２は、中継基板６の対応する端子７の他端側とケーブルを介して電気的に接続される。

次に、光ファイバ１５は、そのコア部の一部の屈折率を周期的に変化させたＦＢＧを組み込んでおり、ＬＤから出力された光の縦モードをシングルにし、且つ特定波長に固定させた状態でその光を反射する機能をもつ。これにより、ＬＤ自身の発振波長の中心波長λｃが基本波としての９４０ｎｍや１０６０ｎｍから多少離れた波長であっても、ＦＢＧで作成した設計波長（特定波長）に引き込み、安定させることができる。尚、光ファイバ１５にＦＢＧを組み込むことには、紫外線等によって非接触で干渉縞を作成することのほか、機械的に組み込むものも含まれる。

また、光ファイバ１５は、例えばコア径５〜１０μｍのシングルモードファイバとされ、約１ｍ程度の長さのものが用いられており、これをベース１の上面であって周回溝（即ち、シール部材１０）の内側に沿って複数回巻回させた状態にしてから波長変換部３１に接続するようにしている。

光ファイバ１５の途中位置には、加圧力調整部２５が設けられている。該加圧力調整部２５は、光ファイバ１５の一部に対して直交する方向に所定の加圧力を付与するもので、光ファイバ１５を保持する第１部材２６と、該第１部材２６に対して相対的に接離する第２部材２７を備える。

また、加圧力調整部２５は、第１部材２６に形成された孔に挿通されたビス２８をベース１に形成された雌ねじに螺入して締め付けることにより、ベース１に取り付けられる。ガイドブラケット２３は、ＬＤピグテール１２から延びる光ファイバ１５をその方向を変えてＬＤピグテール１２と直交する加圧力調整部２５へ導くための曲面を有し、形成された孔に挿通されたビス２４をベース１に形成された雌ねじに螺入して締め付けることにより、ベース１に取り付けられる。

図４に示す如く、第１部材２６は、上面に光ファイバ１５の一部を保持する保持突起２６ａ，…を備える。該保持突起２６ａ，…は、光ファイバ１５と直交する方向に間隔を有して対峙する一対の保持突起２６ａ，２６ａが光ファイバ１５と平行する方向に間隔を有して二対設けられる。これら保持突起２６ａ，…は、第１部材２６のうち、光ファイバ１５と直交方向に張り出す張出部２６ｂの上面に設けられる。対峙する保持突起２６ａ，２６ａの間隔は、光ファイバ１５の径に相当し、上流側及び下流側のそれぞれ対峙する保持突起２６ａ，２６ａ間に光ファイバ１５が配置される。

また、第１部材２６は、その上面であって保持突起２６ａ，…から離れた位置に（すり鉢状の）凹部２６ｃを備える。該凹部２６ｃは、光ファイバ１５に沿って一対設けられ、一方の凹部２６ｃは、円状であるが、他方の凹部２６ｃは、平面視にて光ファイバ１５の方向を長軸とする長円状に形成されている。そして、保持突起２６ａ，…と凹部２６ｃ，２６ｃとの間には、調整ビス２９を受け入れるための雌ねじ２６ｄが形成されている。

一方、第２部材２７は、上流側の保持突起２６ａ，２６ａと下流側の保持突起２６ａ，２６ａとの間隔に相当する幅を有して光ファイバ１５と直交方向に張り出す張出部２７ａを備える。また、第２部材２７は、その下面であって、凹部２６ｃに対応する位置に（半球状の）凸部２７ｂを備える。該凸部２７ｂは、凹部２６ｃよりも若干小さく形成されているため、凹部２６ｃに凸部２７ｂが係入した状態で、第２部材２７は、凸部２７ｂ（凹部２６ｃ）を支点とし、前後方向（即ち、光ファイバ１５と直交する方向）に傾動可能である。

また、第２部材２７は、張出部２７ａと凸部２７ｂとの間に、前記調整ビス２９を受け入れる通孔２７ｃを備える。該通孔２７ｃは、基端側が大径となる二段孔であり、大径部にスプリング３０が介装されるようになっている。

このような構成からなる加圧力調整部２５は、第１部材２６と第２部材２７とを組み合わせた状態で調整ビス２９を雌ねじ２６ｄに螺入して締め付けると、第２部材２７は、スプリング３０の弾発力により第１部材２６側に付勢され、これにより、凸部２７ｂ（凹部２６ｃ）を支点とし、第１部材２６側へ傾動する。このとき、保持突起２６ａ，２６ａ間に配置される光ファイバ１５は、第２部材２７の下面（より正確には、上流側の保持突起２６ａ，２６ａと下流側の保持突起２６ａ，２６ａとの間に入り込む張出部２７ａの下面）による付勢を受け、加圧力が付与される。

光ファイバ１５に対する加圧力は、調整ビス２９の螺入量を調整することにより調整可能である。即ち、調整ビス２９の螺入量を多くすれば、スプリング３０の弾発力が大きくなり、光ファイバ１５に対する加圧力は増大する一方、調整ビス２９を緩めて螺入量を少なくすれば、スプリング３０の弾発力は小さくなり、光ファイバ１５に対する加圧力は減少する。尚、調整ビス２９のピッチが小さいほど、加圧力の微調整が可能となる。

光ファイバ１５のＦＢＧは、該光ファイバ１５の一部に屈折率が周期的に変化するような加工を施して形成される。例えば、エキシマレーザ等の紫外レーザをビームスプリッタで２光束に分け、異なる光路を通した後、光ファイバ１５上に重ね合わせて照射し、干渉縞を発生させ、紫外線強度に応じて生じる光ファイバ１５のフォトリフラクティブ効果により、干渉縞と同じ間隔で周期的に屈折率を変化させることにより形成される。

このように形成された光ファイバ１５のＦＢＧは、加圧力調整部２５よりも下流側に設けられ、図５に示す如く、ＬＤピグテール１２を支持する支持ブラケット１７に支持されている。即ち、ＦＢＧはＬＤ近傍に配置されている。より詳しくは、支持ブラケット１７の起立部に溝１７ａが形成され、該溝１７ａ内に光ファイバ１５のＦＢＧ形成領域部が配置されている。溝１７ａは、起立部の背面（即ち、前記操作部材１６が配置される側の面）に形成されるが、該溝１７ａから光ケーブル１５が脱離しないよう、例えば熱伝導性を有する接着剤を溝１７ａ内に流し込んで光ケーブル１５を溝１７ａ内に固定する。また、溝１７ａ内の光ケーブル１５が接着剤で覆われることで、曲げや圧力等といった光の反射率や波長を変動させる外部要因からＦＢＧは保護される。

また、ＦＢＧを光ファイバ１５の途中に位置するように形成したのは、これによって光ファイバ１５から安定したレーザ光を出射できるようになるからである。より詳しくは、ＦＢＧはある特定の波長（ブラッグ波長）のレーザ光を反射する機能を有する。この機能を利用して、ＬＤから出射される種々の波長のレーザ光のうち、ある特定の波長（ブラッグ波長）のレーザ光をＦＢＧによって反射する。この反射された波長のレーザ光がＬＤの光反射面（図示せず）とＦＢＧとの間で反復増幅されて所望の波長（ブラッグ波長）のレーザ光が取り出される。この反復増幅持に生じるレーザ光の光路差がコヒーレント長以下の場合、干渉して出射されるレーザ光は不安定なものとなる。従って、前記光路差をコヒーレント長以上とすべくＦＢＧをＬＤから離れた位置に形成する。一般的なＬＤと光ファイバ１５を使用した場合、ＬＤとＦＢＧとの距離が少なくとも３０ｃｍ以上であるのが好ましく、本実施形態においては１ｍの位置に形成される。

このＦＢＧは、支持ブラケット１７に固定されることにより、該支持ブラケット１７の下面に配置した第１温調手段２１による温度調整作用を受ける。従って、第１温調手段２１によって、ＬＤの温度調整のみならず、ＦＢＧの温度調整も可能となる。ＦＢＧを温度調整するのは、ＦＢＧの反射波長が変化するのを防止するためであるが、第１温調手段２１で二つを温度調整する構成により、ＦＢＧのために別個の温調手段を設けることなく、部品点数削減による省スペース化、小型化及び省コスト化を図ることができる。

ところで、ＦＢＧを支持するための溝１７ａは、熱伝達経路の距離がほぼ等しくなるよう、即ち、第１温調手段２１から支持ブラケット１７を介して溝１７ａに至るまでの熱伝達距離と、第１温調手段２１から支持ブラケット１７を介してＬＤピグテール１２内のＬＤに至るまでの熱伝達距離とがほぼ等しくなるよう、支持ブラケット１７における最適位置が設定される。この結果、ＬＤとＦＢＧは基本的に同じ温度で温度調整される。

図３に戻り、前記波長変換部３１は、光ファイバ１５の端部を支持したファイバフォルダ３２を支持する支持ブラケット３３と、光導波路型ＳＨＧ素子３５を支持する支持ブラケット３４とを備え、光ファイバ１５の端部（光出射端部）をＳＨＧ素子３５に近接させ、両者を接着するようにしている。

支持ブラケット３４は、ベース１の上面と平行な基部及びベース１の上面と直交する起立部とを一体化して側面視略Ｌ字状に形成され、ＳＨＧ素子３５は起立部の上面に取り付けられるが、基部はベース１の上面と間隔を有して取り付けられる。より詳しくは、基部に形成された孔に挿通されたビス３６をスペーサ３７を挿通させた状態でベース１に形成された雌ねじに螺入して締め付けることにより、支持ブラケット３４は、ベース１と間隔を有して取り付けられる。

前記第２温調手段は、この支持ブラケット３４とベース１との間の空間に配置される。第２温調手段は、上述の如く、ペルチェ素子とサーミスタを組み合わせたペルチェモジュールであり、ＳＨＧ素子３５の駆動に伴う温度上昇を防止することを目的とする。図示はしないが、ペルチェモジュールは、前記第２温調手段用基板を備え、該基板は、中継基板６の対応する端子７の他端側とケーブルを介して電気的に接続される。

前記出力測定部３８は、波長変換部３１から出力された光の強度を測定する部分である。赤外光（ＩＲ）カットフィルタ（図示しない）及びビームスプリッタ４０が通常の形態に従って支持ブラケット３９に支持され、該支持ブラケット３９は、形成された孔に挿通されたビス４１をベース１に形成された雌ねじに螺入して締め付けることにより、ＳＨＧ素子３５を支持する支持ブラケット３４に近接してベース１に取り付けられる。

出力測定部３８では、波長変換部３１から出力された光は、赤外光カットフィルタで赤外光（基本波）がカットされ、該カットフィルタを透過した可視光がビームスプリッタ４０にて２方向に分離され、一つは出力光として用いられ、残りは前記ＡＰＣ制御を行うための出力光モニタとして用いられる。即ち、出力光は、カバー２の枠外に配置されるレンズホルダー９の集光レンズを通って外部に出力される一方、モニタ用の光は、ＡＰＣ制御のために前記ＰＤ（図示しない）に入射される。

尚、ＰＤは、前記ＰＤ用基板（符号４２で示される）に取り付けられている。図示はしないが、該基板４２は、中継基板６の対応する端子７の他端側とケーブルを介して電気的に接続される。

本実施形態に係るレーザ発光装置は以上の構成からなり、次に、光ファイバ１５の調整方法について説明する。光ファイバ１５の製品としてのバラツキ（例えば、コア部の不均一さ）、製品保管態様のバラツキ（例えば、保管用リールに光ファイバを巻き付ける際の張力の不均一さ）によって、直線偏光であるＬＤの出力光が光ファイバ１５を通ると楕円偏光となってしまうことがある。具体的に説明すると、図６（イ）に示す如く、ＬＤピグテール１２からの出力光は直線偏光であるにも関わらず、光ファイバ１５からの出射光が垂直方向に対して傾き（角度α）、且つ短軸方向に膨れた（幅Ｂ）ものとなって楕円偏光になってしまうことがある。

このとき、ＬＤピグテール１２の角度位置調整と、加圧力調整部２５による加圧力調整とを行う。順番はどちらが先であってもよいが、ＬＤピグテール１２の角度位置調整は、偏光角度の調整に関与し、加圧力調整部２５による光ファイバ１５に対する加圧力調整は、偏光消光比の調整に関与する。但し、ＬＤピグテール１２の角度位置を変更すれば、光ファイバ１５にねじりモーメントが作用して光ファイバ１５のコア部内に応力が発生するわけであるから、偏光消光比を調整できることもある。一方、加圧力調整部２５によって光ファイバ１５に対する加圧力を変更すれば、コア部内に発生する応力の関係によっては、偏光角度を調整できることもある。従って、ＬＤピグテール１２の角度位置調整と加圧力調整部２５による加圧力調整とを相互に行うのが精度の高い調整の条件となる。尚、調整は、実際の出力光の強度を測定しながら行う。

図７は、ＬＤピグテール１２の角度位置及び加圧力調整部２５による光ファイバ１５に対する加圧力を変化させたときの偏光状態のモニタ結果を示す。詳しくは、図７（イ）は、横軸にＬＤの回転角、縦軸に偏光角度としてモニタ結果をプロットしたもの（凡例は調整ビス２９の回転角）であり、図７（ロ）は、横軸にＬＤの回転角、縦軸に偏光消光比としてモニタ結果をプロットしたもの（凡例は調整ビス２９の回転角）である。因みに、ＬＤの回転角及び調整ビス２９の回転角は、測定時の初期位置を０度とする相対値である。

この図より、偏光角度はＬＤ回転角に対して２００〜２２０度の周期を持っていることがわかり、偏光消光比はＬＤ回転角に対して１００〜１１０度の周期を持っていることがわかる。また、光ファイバ１５に対する加圧力を変えることで、これらの位相が変化することがわかる。そこで、この結果を利用すれば、調整結果としての直線偏光を迅速且つ確実に得ることができる。尚、厳密には直線偏光とは偏光消光比が∞であるが、実用的には２０ｄＢであれば、直線偏光と見なすことができる。

以上、本実施形態に係るレーザ発光装置によれば、ＬＤピグテール１２の角度位置調整や加圧力調整部２５による光ファイバ１５に対する加圧力調整を行うことにより、ＳＨＧ素子３５からレーザ光を直線偏光状態で出力させることができ、簡単な構成にしてハイパワーの出力光を確実に得ることができる。

次に、ＬＤとＦＢＧとを一つの温調手段２１で温度調整することの効果検証を行った。図８は、横軸にＬＤの駆動電流、縦軸にレーザ光の出力強度としてモニタ結果をプロットしたもの（凡例は本実施形態に係るレーザ発光装置が取り付けられる写真処理装置の内部温度（＝雰囲気温度））である。

波長−電流特性はＦＢＧの温度に依存してＦＢＧの温度１℃あたり１５ｍＡシフトすることがわかっているが、ＦＢＧが雰囲気温度によって温度変化をおこすことなく安定していることは図８から理解できる。即ち、図８において雰囲気温度毎の線間に大きなシフトが見られないことから、ＬＤは第１温調手段により、また、ＳＨＧ素子は第２温調手段により、それぞれ好適に温度調整されることは明らかであるとして、ＦＢＧも第１温調手段により好適に温度調整されていることがわかる。

以上、本実施形態に係るレーザ発光装置によれば、ＦＢＧのための温調手段を別個設けずとも、ＳＨＧ素子３５から出力されるレーザ光のパワーを雰囲気温度に関わらずに安定化させることができ、その分、部品点数削減による省スペース化、小型化及び省コスト化を図ることができる。尚、図８からわかるように、本実施形態によれば、モードホップも雰囲気温度に関わらず一致する傾向にあるが、基本的にはこの領域を避けてＬＤを駆動するのが好ましい。

ところで、本実施形態に係るレーザ発光装置は、上述した光ファイバ１５の調整が終われば、ベース１にカバー２を組み付け、最終製品とされるが、組み付けは、乾燥空気雰囲気中あるいは窒素雰囲気中といった乾燥気体中で行う。これにより、装置の内部空間に乾燥気体が充満されることとなる。しかも、ベース１とカバー２の接合部にシール部材１０が介在すると共に、中継基板６はモールド剤で覆われているため、内部空間は完全に気密状態が維持されており、乾燥気体が漏れ出ることはない。

従って、内部温度と外部の雰囲気温度（本実施形態に係るレーザ発光装置が取り付けられる写真処理装置の内部温度）との差が大きくなってもレーザ発光装置内に結露が生じることはない。尚、内部空間の気密性を維持するためには、カバー２にはレーザ光を出射させる部分に透明なガラス板（図示しない）が取り付けられ、ガラス板とカバー本体とは気密にシールされている。

以上、レーザ発光装置の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本実施形態に係るレーザ発光装置の外観斜視図を示す。 同実施形態に係るレーザ発光装置を下面側から見た外観斜視図を示す。 同実施形態に係るレーザ発光装置のカバーを外した状態の外観斜視図を示す。 （イ）は、同実施形態に係る加圧力調整部の分解斜視図、（ロ）は、同加圧力調整部の断面側面図を示す。 同実施形態に係る光ファイバのＦＢＧ形成領域保持機構の外観斜視図を示す。 同実施形態に係る光ファイバの調整方法の説明図であって、（イ）は、調整前の状態、（ロ）は、調整後の状態、をそれぞれ示す。 （イ）は、ＬＤ回転角−偏光角度の相関図、（ロ）は、ＬＤ回転角−偏光消光比の相関図を示す。 ＬＤ駆動電流−出力の相関図を示す。 （イ）は、従来のレーザ発光装置の概念図、（ロ）は、（イ）の光ファイバを延長した形態のレーザ発光装置の概念図、をそれぞれ示す。

符号の説明

１…ベース、２…カバー、３…ボルト、４…ビス、５…主基板、６…中継基板、７…端子、８…支持ブラケット、９…レンズホルダー、１０…シール部材、１１…ＬＤ部、１２…ＬＤピグテール、１３…ベース部材、１４…ファイバフォルダ、１５…光ファイバ、１６…操作部材、１７…支持ブラケット、１７ａ…溝、１８…ビス、１９…ビス、２０…スペーサ、２１…第１温調手段、２２…ＬＤ用基板、２３…ガイドブラケット、２４…ビス、２５…加圧力調整部、２６…第１部材、２６ａ…保持突起、２６ｂ…張出部、２６ｃ…凹部、２６ｄ…雌ねじ、２７…第２部材、２７ａ…張出部、２７ｂ…凸部、２７ｃ…通孔、２８…ビス、２９…調整ビス、３０…スプリング、３１…波長変換部、３２…ファイバフォルダ、３３…支持ブラケット、３４…支持ブラケット、３５…光導波路型ＳＨＧ素子、３６…ビス、３７…スペーサ、３８…出力測定部、３９…支持ブラケット、４０…ビームスプリッタ、４１…ビス、４２…ＰＤ用基板

Claims (4)

1. 半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子の出力光が入射され、内部にファイバブラッググレーチングが形成される光ファイバと、該光ファイバの出射光を高調波へ変換する波長変換素子と、前記半導体レーザを温度調整する温調手段とを備えるレーザ発光装置において、前記ファイバブラッググレーチングは、前記光ファイバの長さ方向における途中位置に形成され、前記温調手段から前記ファイバブラッググレーチングまでの熱伝達経路の距離が前記温調手段から半導体レーザ素子までの熱伝達経路の距離とほぼ均等になるように前記ファイバブラッググレーチングが配置され、前記温調手段によって前記ファイバブラッググレーチングも温度調整されることを特徴とするレーザ発光装置。
2. 前記熱伝達経路は、前記温調手段に接触状態で配置され且つ前記半導体レーザ素子及び前記ファイバブラッググレーチングを支持する支持部材であることを特徴とする請求項１記載のレーザ発光装置。
3. 前記支持部材に溝が形成され、該溝内に前記ファイバブラッググレーチングが熱伝導性接着剤により封止されることを特徴とする請求項２記載のレーザ発光装置。
4. 前記支持部材は、前記半導体レーザ素子からの熱伝達経路の距離と前記ファイバブラッググレーチングからの熱伝達経路の距離とがほぼ均等になる位置に温度測定手段をさらに備えることを特徴とする請求項２又は３記載のレーザ発光装置。

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