JP4651471B2 - Semiconductor laser device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体レーザ素子を用いて、対象物にレーザ光を照射する半導体レーザ装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor laser device that irradiates an object with laser light using a semiconductor laser element.

半導体レーザ素子を利用した半導体レーザ装置は、小型で軽量であるため、様々な産業分野で利用されている。また、他の発振方式、例えばダイレーザでは、性能を維持するために、ダイ(色素)を定期的に交換する必要があるが、半導体レーザ装置ではその必要がなくメンテナンスが容易である。   Semiconductor laser devices using semiconductor laser elements are small and light, and are used in various industrial fields. In another oscillation system, for example, a die laser, the die (dye) needs to be replaced periodically in order to maintain the performance. However, in the semiconductor laser device, this is not necessary and maintenance is easy.

一方、半導体レーザ素子は、使用時間とともに発振効率が低下し、同一の駆動電流に対して得られる光出力が低下するという性質がある。半導体レーザ素子の出力低下を検出する方法としては、半導体レーザ装置の出力を計測するという直接的な方法がある。この方法は、光出力計(以下、光パワーメータと称す)を用いて、半導体レーザ装置からの出力を計測し、光出力が初期設定時より低下したか否かを判定する。   On the other hand, the semiconductor laser element has the property that the oscillation efficiency decreases with the use time, and the optical output obtained for the same drive current decreases. As a method for detecting a decrease in the output of the semiconductor laser element, there is a direct method of measuring the output of the semiconductor laser device. In this method, an output from a semiconductor laser device is measured using an optical output meter (hereinafter referred to as an optical power meter), and it is determined whether or not the optical output has decreased from the initial setting.

また、半導体レーザ装置の出力低下を検出する別の方法としては、光検出器を半導体レーザ素子内に設け、半導体レーザ素子のレーザ光をモニタリングする構成の半導体レーザ装置がある(例えば特許文献1参照)。図5は、特許文献1に記載されている半導体レーザ素子のレーザ光をモニタリングする半導体レーザ装置の劣化判定回路の構成を示す回路図である。   As another method for detecting a decrease in the output of the semiconductor laser device, there is a semiconductor laser device having a configuration in which a photodetector is provided in the semiconductor laser element and the laser beam of the semiconductor laser element is monitored (for example, see Patent Document 1). ). FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a deterioration determination circuit of a semiconductor laser device that monitors laser light of a semiconductor laser element described in Patent Document 1.

半導体レーザモジュール101は、半導体レーザ素子(LD)と、半導体レーザ素子からのレーザ光をモニタ電流に変換する光検出器(PD)を、1つの筐体にパッケージしたモジュールである。半導体レーザ駆動回路102は、トランジスタにより構成され、半導体レーザ素子を駆動する駆動電流のスイッチングを行う。電流検出回路103は、オペアンプOP1および抵抗R1〜R5で構成され、半導体レーザ素子の駆動電流をR1により電圧に変換し、オペアンプOP1および抵抗R2〜R5による増幅回路により平均化し、増幅した電圧を出力する。   The semiconductor laser module 101 is a module in which a semiconductor laser element (LD) and a photodetector (PD) that converts laser light from the semiconductor laser element into a monitor current are packaged in one housing. The semiconductor laser driving circuit 102 is constituted by a transistor and performs switching of a driving current for driving the semiconductor laser element. The current detection circuit 103 is composed of an operational amplifier OP1 and resistors R1 to R5, converts the drive current of the semiconductor laser element into a voltage by R1, averages it by an amplifier circuit by the operational amplifier OP1 and resistors R2 to R5, and outputs the amplified voltage To do.

光検出器電流検出回路104は、オペアンプOP2と可変抵抗器VRで構成され、オペアンプOP2と可変抵抗器VRにより、光検出器において変換されたモニタ電流を電圧に変換するトランスインピーダンス・アンプを形成する。作動増幅回路105は、オペアンプOP3および抵抗R6〜R9で構成され、電流検出回路103と光検出器電流検出回路104からの出力電圧の差の電圧を増幅する。つまり(LDの駆動電流値)−(PDの出力電流値)×定数で表わされる電圧を増幅する。コンパレータ106は、オペアンプOP4で構成され、作動増幅回路105からの差電圧を基準電圧値Vrefと比較し、差電圧が基準電圧値Vrefを越えると、アラーム信号ALMを発生する。このアラーム信号ALMは、出力端子107から出力される。   The photodetector current detection circuit 104 includes an operational amplifier OP2 and a variable resistor VR. The operational amplifier OP2 and the variable resistor VR form a transimpedance amplifier that converts a monitor current converted by the photodetector into a voltage. . The operational amplifier circuit 105 includes an operational amplifier OP3 and resistors R6 to R9, and amplifies the voltage difference between the output voltages from the current detection circuit 103 and the photodetector current detection circuit 104. That is, the voltage expressed by (LD drive current value) − (PD output current value) × constant is amplified. The comparator 106 includes an operational amplifier OP4, compares the difference voltage from the operational amplifier circuit 105 with the reference voltage value Vref, and generates an alarm signal ALM when the difference voltage exceeds the reference voltage value Vref. This alarm signal ALM is output from the output terminal 107.

すなわち、この半導体レーザ装置における半導体レーザ素子の劣化検出は、半導体レーザ素子の駆動電流に対応した駆動電圧と光検出器からの出力電流に対応する出力電圧をそれぞれ検出し、駆動電圧と出力電圧の定数倍との差を求め、その差が基準電圧値Vrefを越えたときに、アラーム信号ALMを発生する。   That is, the deterioration detection of the semiconductor laser element in this semiconductor laser device is performed by detecting the driving voltage corresponding to the driving current of the semiconductor laser element and the output voltage corresponding to the output current from the photodetector, respectively. A difference from the constant multiple is obtained, and when the difference exceeds the reference voltage value Vref, an alarm signal ALM is generated.

図6は、横軸を半導体レーザ素子の駆動電流値とし、縦軸を光検出器により検出された出力電流としたグラフである。aは半導体レーザ素子の初期状態における出力電流、bは半導体レーザ素子の劣化後の出力電流を示す。cは半導体レーザ素子の駆動電流を示す。   FIG. 6 is a graph in which the horizontal axis represents the driving current value of the semiconductor laser element, and the vertical axis represents the output current detected by the photodetector. a represents an output current in the initial state of the semiconductor laser element, and b represents an output current after deterioration of the semiconductor laser element. c represents the drive current of the semiconductor laser element.

半導体レーザ素子の駆動電流が閾値Ithを越えると、半導体レーザ素子の出力は半導体レーザ素子の駆動電流に概ね比例して増加する。半導体レーザ素子の劣化が進むと、閾値Ithが増大し、かつ比例定数が小さくなり、半導体レーザ素子の駆動電流に対する半導体レーザ素子の出力の増加率が小さくなる。   When the driving current of the semiconductor laser element exceeds the threshold value Ith, the output of the semiconductor laser element increases approximately in proportion to the driving current of the semiconductor laser element. As the deterioration of the semiconductor laser element proceeds, the threshold value Ith increases and the proportionality constant decreases, and the increase rate of the output of the semiconductor laser element with respect to the drive current of the semiconductor laser element decreases.

一方、光検出器の出力電流は半導体レーザ素子の出力に比例するので、「(LDの駆動電流値)−(PDの出力電流値)×定数」(図6のaとcの差)は、図6に示すように、定数の値を適当に選ぶことによって、半導体レーザ素子の駆動電流が変化しても一定にすることができる。半導体レーザ素子が劣化すると、閾値電流Ithが増加し、効率が低下するために、同一の半導体レーザ素子の駆動電流に対する光検出器の出力電流は小さくなり、「(LDの駆動電流値)−(PDの出力電流値)×定数」(図6のbとcの差)の値は増大する。従って、半導体レーザ素子の劣化を検出できる。
特開平9−83051号公報
On the other hand, since the output current of the photodetector is proportional to the output of the semiconductor laser element, “(LD drive current value) − (PD output current value) × constant” (difference between a and c in FIG. 6) is: As shown in FIG. 6, by appropriately selecting a constant value, it can be made constant even if the drive current of the semiconductor laser element changes. When the semiconductor laser element deteriorates, the threshold current Ith increases and the efficiency decreases. Therefore, the output current of the photodetector with respect to the driving current of the same semiconductor laser element decreases, and “(LD driving current value) − ( The value of “PD output current value) × constant” (difference between b and c in FIG. 6) increases. Therefore, deterioration of the semiconductor laser element can be detected.
JP-A-9-83051

しかしながら、半導体レーザ装置の出力低下は、半導体レーザ素子に起因するものだけではない。例えば、レーザ光を導光するプローブを構成する光ファイバは、傷、汚れなどのため劣化し、透過率が低下する。そのため半導体レーザ装置の出力は低下する。これに対して上記従来の構成では、半導体レーザ素子の劣化を検出するだけであり、プローブが劣化した場合を検出することができない。また、半導体レーザ装置の光出力を直接検出する場合も、半導体レーザ素子が劣化したのかプローブが劣化したのかを判定することができない。   However, the output reduction of the semiconductor laser device is not only due to the semiconductor laser element. For example, an optical fiber constituting a probe that guides laser light is deteriorated due to scratches, dirt, etc., and the transmittance is reduced. Therefore, the output of the semiconductor laser device is reduced. On the other hand, in the conventional configuration, only the deterioration of the semiconductor laser element is detected, and the case where the probe is deteriorated cannot be detected. Further, when the optical output of the semiconductor laser device is directly detected, it cannot be determined whether the semiconductor laser element has deteriorated or the probe has deteriorated.

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであり、半導体レーザ装置の出力低下が半導体レーザ素子の劣化によるものか、プローブの劣化によるのものであるかを判定することができる半導体レーザ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and can determine whether the output reduction of the semiconductor laser device is due to the deterioration of the semiconductor laser element or the probe. An object is to provide a semiconductor laser device.

上記問題を解決するために、本発明の半導体レーザ装置は、レーザ光を発生する半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から発生されたレーザ光の出力の強度をモニタリングするレーザ光検出器と、前記レーザ光を照射対象物へ導光するプローブと、前記プローブから出力された光の強度を計測する光パワーメータと、前記半導体レーザ素子及び前記プローブの劣化判定前に、前記半導体レーザ素子を駆動する電流の値、前記半導体レーザ素子から発生されたレーザ光の出力の強度、及び前記プローブから出力された前記レーザ光の出力の強度を予め計測した初期値データとして記憶する記憶部と、前記初期値データと、劣化判定時に計測された前記半導体レーザ素子を駆動する電流の値、前記半導体レーザ素子から発生されたレーザ光の出力の強度、及び前記プローブから出力された前記レーザ光の出力の強度の計測結果とに基づき、前記半導体レーザ素子及び前記プローブの劣化を判定する制御部と、前記プローブが半導体レーザ装置本体に装着されているか否かを検出して前記制御部にその検出信号を送信するプローブ検出部と、を備え、前記制御部は、前記プローブ検出部により前記プローブが前記半導体レーザ装置本体に装着されたことを検出した検出信号を受信した場合に、前記初期値データを取得して前記記憶部へ保存することを特徴とする。この構成によりプローブの劣化の有無を判定することができ、プローブの交換時期を使用者が認識できることにより、半導体レーザ装置の出力パワーを維持することが容易にできる。 In order to solve the above problems, a semiconductor laser device of the present invention includes a semiconductor laser element that generates laser light , a laser light detector that monitors the output intensity of the laser light generated from the semiconductor laser element, and A probe for guiding laser light to an irradiation target, an optical power meter for measuring the intensity of light output from the probe, and driving the semiconductor laser element before determining deterioration of the semiconductor laser element and the probe A storage unit that stores current value, intensity of output of laser light generated from the semiconductor laser element, and initial value data of the intensity of output of laser light output from the probe; and the initial value data and the value of the current for driving the semiconductor laser element which is measured at the time of degradation determination, the laser light the generated from the semiconductor laser element The intensity of the output, and based on the measurement result of the intensity of the output of the laser beam output from the probe, and a control unit for determining the deterioration of the semiconductor laser element and the probe, mounting the probe to the semiconductor laser device main body A probe detection unit that detects whether or not the probe is detected and transmits a detection signal to the control unit, wherein the control unit is configured so that the probe is attached to the semiconductor laser device main body by the probe detection unit. In the case where a detection signal is detected, the initial value data is acquired and stored in the storage unit . With this configuration, it is possible to determine whether or not the probe has deteriorated, and the user can recognize the replacement time of the probe, so that the output power of the semiconductor laser device can be easily maintained.

また、前記制御部は、劣化判定前の前記半導体レーザ素子を駆動する電流の値及び前記半導体レーザ素子から発生されたレーザ光の出力強度と、劣化判定時の前記半導体レーザ素子を駆動する電流の値及び前記半導体レーザ素子から発生されたレーザ光の出力強度とを用いて、前記半導体レーザ素子の劣化の進行を演算する構成にすることができる。 The control unit drives and power level output degradation determination before said semiconductor driving the laser device current value and said semiconductor laser element laser light generated from the semiconductor laser element at the time of degradation determination by using the output strength of the current value and the laser light generated from the semiconductor laser element, it can be configured for calculating the progress of deterioration of the semiconductor laser element.

また、前記制御部は、劣化判定前の前記半導体レーザ素子から発生されたレーザ光の出力強度と及び前記プローブから出力されたレーザ光の出力強度と、劣化判定時の前記半導体レーザ素子から発生されたレーザ光の出力強度と及び前記プローブから出力されたレーザ光の出力強度とを用いて、前記プローブの劣化の進行を演算する構成にすることができる。
また、前記制御部は、劣化判定時の前記半導体レーザ素子の劣化の進行と前記プローブの劣化の進行に対し、予め設定された所定の水準を用いて前記半導体レーザ素子及び前記プローブの劣化を判定する構成にすることもできる。
The control unit includes a left strength of the laser beam outputted from the strength of the and the probe out of the laser beam emitted from the semiconductor laser element before the deterioration determination, the semiconductor laser at the time of degradation determination by using the output strength of the strength of output of the generated laser beam from the element and, and a laser light output from the probe, it is possible to adopt a configuration that calculates the progress of deterioration of the probe.
In addition, the control unit determines deterioration of the semiconductor laser element and the probe using a predetermined level set in advance with respect to the progress of deterioration of the semiconductor laser element and the progress of deterioration of the probe at the time of deterioration determination. It can also be set as the structure to do.

本発明によれば、半導体レーザ装置の出力低下が半導体レーザ素子の劣化によるものか、プローブの劣化によるのものであるかを判定することができる半導体レーザ装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor laser apparatus which can determine whether the output fall of a semiconductor laser apparatus is a thing by deterioration of a semiconductor laser element, or deterioration of a probe can be provided.

以下、本発明の半導体レーザ装置の好適な例について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, preferred examples of the semiconductor laser device of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
まず、第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置の構造について説明する。図1は、本実施の形態に係る半導体レーザ装置の一構成例を示すブロック図である。半導体レーザモジュール2は、半導体レーザ素子(LD)3および光検出器(PD)4を有する。光検出器4は、例えばフォトダイオードで構成され、半導体レーザ素子3からの漏れ光あるいはレーザ光を分配した光を光電変換し、光量を電流量に変換することにより、半導体レーザ素子3のレーザ光をモニタリングする。制御部5は、半導体レーザ装置1の全体を制御する。制御部5は、レーザ照射時には半導体レーザ素子3に対して、レーザ発振用の駆動電流を供給し、光検出器4はレーザ光強度に応じた出力電流を制御部5へ入力する。
(First embodiment)
First, the structure of the semiconductor laser device according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the semiconductor laser device according to the present embodiment. The semiconductor laser module 2 includes a semiconductor laser element (LD) 3 and a photodetector (PD) 4. The photodetector 4 is composed of, for example, a photodiode, photoelectrically converts leakage light from the semiconductor laser element 3 or light distributed from the laser light, and converts the light amount into a current amount, thereby converting the laser light of the semiconductor laser element 3. To monitor. The control unit 5 controls the entire semiconductor laser device 1. The control unit 5 supplies a driving current for laser oscillation to the semiconductor laser element 3 at the time of laser irradiation, and the photodetector 4 inputs an output current corresponding to the laser beam intensity to the control unit 5.

プローブ6は、光ファイバで構成され、半導体レーザモジュール2と接続されて、出力されたレーザ光を照射対象へ導く。光パワーメータ7は、プローブ6により導光されたレーザ光の光強度を検出する。記憶部8は、制御部5が半導体レーザ素子3に供給する電流の値、光検出器4からの電流値および光パワーメータ7からの検出値を記憶する。表示ランプ9は、制御部5によりプローブ6が劣化していることが検出された際に点灯し、半導体レーザ素子3が劣化していることが検出された際は点滅して、使用者にプローブ6の交換もしくは半導体レーザ素子3の交換を促すための表示装置である。初期値データ設定スイッチ10は、制御部5に対して、半導体レーザ素子3およびプローブ6の初期状態の設定を行うためのスイッチである。   The probe 6 is composed of an optical fiber, is connected to the semiconductor laser module 2, and guides the output laser light to the irradiation target. The optical power meter 7 detects the light intensity of the laser light guided by the probe 6. The storage unit 8 stores a current value supplied from the control unit 5 to the semiconductor laser element 3, a current value from the photodetector 4, and a detection value from the optical power meter 7. The display lamp 9 is turned on when the control unit 5 detects that the probe 6 is deteriorated, and flashes when the deterioration of the semiconductor laser element 3 is detected, and prompts the user for the probe. 6 is a display device for urging replacement of semiconductor 6 or replacement of semiconductor laser element 3. The initial value data setting switch 10 is a switch for setting the initial state of the semiconductor laser element 3 and the probe 6 to the control unit 5.

制御部5には、あらかじめ設定された一定の電流値I1で半導体レーザ素子3を駆動したときの光検出器4からの出力電流Ip、光パワーメータ7からの出力パワーPが入力される。初期値データ設定スイッチ10を押しながら半導体レーザ素子3を駆動すると、光検出器4からの出力電流は初期値Ip1として、光パワーメータ7からの出力パワーは初期値P11として制御部5に入力され、記憶部8に保存される。一度、記憶部8に初期値データが保存されると、次に光検出器4からの出力電流Ipおよび光パワーメータ7からの出力パワーPは、それぞれ比較される計測値Ip2およびP22として制御部5に入力される。   The control unit 5 receives an output current Ip from the photodetector 4 and an output power P from the optical power meter 7 when the semiconductor laser element 3 is driven with a predetermined constant current value I1. When the semiconductor laser element 3 is driven while pressing the initial value data setting switch 10, the output current from the photodetector 4 is input to the control unit 5 as the initial value Ip1, and the output power from the optical power meter 7 is input to the control unit 5 as the initial value P11. , Stored in the storage unit 8. Once the initial value data is stored in the storage unit 8, the output current Ip from the photodetector 4 and the output power P from the optical power meter 7 are then compared as measured values Ip2 and P22, respectively, to the control unit. 5 is input.

制御部5は、受け取った値から後述するように、演算を行い、あらかじめ設定された水準(例えば透過率が80%に低減)までプローブ6が劣化していると判定すると表示ランプ9を点灯させる。また、半導体レーザ素子3があらかじめ設定された水準(例えば出力が初期値の80%に低減)まで劣化していると判定すると表示ランプ9を点滅させる。このようにして、使用者にプローブ6の劣化もしくは半導体レーザ素子3の劣化を通知する。   The control unit 5 performs an operation from the received value as will be described later, and turns on the display lamp 9 when it is determined that the probe 6 has deteriorated to a preset level (for example, the transmittance is reduced to 80%). . If it is determined that the semiconductor laser element 3 has deteriorated to a preset level (for example, the output is reduced to 80% of the initial value), the display lamp 9 is blinked. In this way, the user is notified of the deterioration of the probe 6 or the deterioration of the semiconductor laser element 3.

次に、半導体レーザ素子3およびプローブ6の劣化判定動作について説明する。一般に、半導体レーザ素子は劣化が進むと、同じ駆動電流であっても、そのレーザ光のパワーが低下することが知られている。図2は、横軸に半導体レーザ素子3を駆動させる駆動電流、縦軸に半導体レーザ素子3の出力を検出する光検出器4からの出力電流を示すグラフである。図2の実線は、半導体レーザ素子3の劣化前(初期状態)の特性を示し、破線は劣化後の特性を示す。半導体レーザ素子3の劣化前の出力パワーは、駆動電流I1において、光検出器4の出力電流Ip1として検出されるP1である。半導体レーザ3が劣化する(劣化判定時)と、出力パワーは駆動電流I1において、出力電流がIp2(Ip1>Ip2)として検出されるP2にまで減少する。ここで、定数kを用いると、P1∝k×Ip1、P2∝k×Ip2の関係が成り立つ。   Next, the deterioration determination operation of the semiconductor laser element 3 and the probe 6 will be described. In general, it is known that when the semiconductor laser element is further deteriorated, the power of the laser beam is reduced even with the same driving current. FIG. 2 is a graph showing the drive current for driving the semiconductor laser element 3 on the horizontal axis and the output current from the photodetector 4 for detecting the output of the semiconductor laser element 3 on the vertical axis. The solid line in FIG. 2 indicates the characteristics of the semiconductor laser element 3 before the deterioration (initial state), and the broken line indicates the characteristics after the deterioration. The output power before deterioration of the semiconductor laser element 3 is P1 detected as the output current Ip1 of the photodetector 4 in the drive current I1. When the semiconductor laser 3 deteriorates (when the deterioration is determined), the output power decreases to P2 at which the output current is detected as Ip2 (Ip1> Ip2) in the drive current I1. Here, when the constant k is used, the relationship of P1∝k × Ip1 and P2∝k × Ip2 is established.

図3は、プローブ6へ入出力されるレーザ光の入力パワーと出力パワーの関係を示すグラフである。横軸が入力パワー、縦軸が出力パワーであり、プローブ6の劣化前(初期状態)の透過率T1(%)の場合を実線で示す。一般にプローブ6を構成する光ファイバは傷や汚れなどの影響により透過率が低下(劣化)する。プローブ6の透過率がT2(%)(T1>T2)に劣化した後(劣化判定時)の入出力パワーの関係を破線で示す。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between the input power and the output power of laser light input to and output from the probe 6. The horizontal axis represents the input power, the vertical axis represents the output power, and the solid line represents the case of the transmittance T1 (%) before the deterioration of the probe 6 (initial state). In general, the transmittance of the optical fiber constituting the probe 6 decreases (deteriorates) due to the influence of scratches and dirt. The relationship between the input and output power after the transmittance of the probe 6 has deteriorated to T2 (%) (T1> T2) (when the deterioration is determined) is indicated by a broken line.

プローブ6の劣化前において、半導体レーザ素子3の劣化前の光パワーメータ7で検出される出力P11は、P11=P1×T1であり、プローブ6は劣化せず、半導体レーザ素子3は劣化した場合の出力P12は、P12=P2×T1である。また、プローブ6は劣化し、半導体レーザ素子3は劣化していない場合の出力P21は、P21=P1×T2であり、半導体レーザ素子3の劣化後の出力P22は、P22=P2×T2である。   The output P11 detected by the optical power meter 7 before the deterioration of the semiconductor laser element 3 before the deterioration of the probe 6 is P11 = P1 × T1, the probe 6 is not deteriorated, and the semiconductor laser element 3 is deteriorated. The output P12 is P12 = P2 × T1. The output P21 when the probe 6 is deteriorated and the semiconductor laser element 3 is not deteriorated is P21 = P1 × T2, and the output P22 after the deterioration of the semiconductor laser element 3 is P22 = P2 × T2. .

従って、P11、P22は、
P11=P1×T1∝(k×Ip1)×T1 (式1)
P22=P2×T2∝(k×Ip2)×T2 (式2)
と表わすことができる。P11とP22との比は、式1および式2を用いると、
P22/P11∝(Ip2/Ip1)×(T2/T1) (式3)
となる。ここで、Ip1およびIp2は光検出器4の出力電流であり、P11およびP22は光パワーメータ7で計測されるパワーであるため、検出可能である。従って式3を
(T2/T1)=k’{(P22/P11)/(Ip2/Ip1)} (式4)
ただし、k’は光出力、出力電流の桁を合わせるための定数
に変形することによりプローブ6の透過率の変化を検出することができる。すなわち、k’を適当に選ぶことにより、光検出器4の出力電流の比Ip2/Ip1がプローブ6の入出力パワーの比P22/P11とほぼ等しければ、T2/T1がほぼ1となり、透過率が変化していないことを検出できる。また、光検出器4の出力電流の比Ip2/Ip1がプローブ6の入出力パワーの比P22/P11より大きい場合はT2/T1<1となり、プローブ6が劣化したことを検出できる。
Therefore, P11 and P22 are
P11 = P1 × T1∝ (k × Ip1) × T1 (Formula 1)
P22 = P2 × T2∝ (k × Ip2) × T2 (Formula 2)
Can be expressed as The ratio between P11 and P22 is calculated using Equation 1 and Equation 2,
P22 / P11∝ (Ip2 / Ip1) × (T2 / T1) (Formula 3)
It becomes. Here, since Ip1 and Ip2 are output currents of the photodetector 4, and P11 and P22 are powers measured by the optical power meter 7, they can be detected. Therefore, Equation 3 is expressed as (T2 / T1) = k ′ {(P22 / P11) / (Ip2 / Ip1)} (Equation 4)
However, it is possible to detect a change in the transmittance of the probe 6 by transforming k ′ into a constant for matching the digits of the optical output and the output current. That is, by appropriately selecting k ′, if the output current ratio Ip2 / Ip1 of the photodetector 4 is substantially equal to the input / output power ratio P22 / P11 of the probe 6, T2 / T1 becomes approximately 1, and the transmittance Can be detected. When the output current ratio Ip2 / Ip1 of the photodetector 4 is larger than the input / output power ratio P22 / P11 of the probe 6, T2 / T1 <1, and it can be detected that the probe 6 has deteriorated.

また、従来の半導体レーザ装置と同様に、Ip2/Ip1が1より小さければ半導体レーザ素子3が劣化したことを検出できる。   Similarly to the conventional semiconductor laser device, if Ip2 / Ip1 is smaller than 1, it can be detected that the semiconductor laser element 3 has deteriorated.

以上のように検出された結果に基づいて、プローブ6および半導体レーザ素子3を交換することにより、出力されるレーザ光を高出力に保つことができる。   By exchanging the probe 6 and the semiconductor laser element 3 based on the result detected as described above, the output laser light can be kept at a high output.

なお、表示ランプ9は、ランプである必要はなく、例えばプローブ6劣化の場合と半導体レーザ素子3劣化の場合とでは音色が異なるブザー音あるいは、半導体レーザ装置1が備える表示画面に「プローブ交換」または「半導体レーザ素子交換」などと文字情報あるいはマークとして表示することによって使用者にプローブの交換または半導体レーザ素子の交換を知らしめることができるものであればよい。また、初期値データ設定スイッチ10は、半導体レーザ装置の内部にあってもよく、この場合は例えば工場出荷時に作業員が初期値データ設定スイッチ10を押しながら初期値を設定し、その後装置内部に初期値データ設定スイッチ10を格納する。一般の使用者は初期値の変更を行わず、制御部5は常に工場出荷時の状態と比較して判定を行うことになる。   The display lamp 9 does not have to be a lamp. For example, a buzzer sound having different tone colors between when the probe 6 is deteriorated and when the semiconductor laser element 3 is deteriorated, or “probe replacement” is displayed on the display screen of the semiconductor laser device 1. Alternatively, it may be anything that can inform the user of the replacement of the probe or the replacement of the semiconductor laser element by displaying “semiconductor laser element replacement” or the like as character information or a mark. The initial value data setting switch 10 may be provided inside the semiconductor laser device. In this case, for example, an operator sets an initial value while pressing the initial value data setting switch 10 at the time of shipment from the factory, and then the inside of the device. The initial value data setting switch 10 is stored. A general user does not change the initial value, and the control unit 5 always makes a determination in comparison with the factory-shipped state.

以上のように本実施の形態の半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子およびプローブの劣化の有無を判定することができ、対象物に照射するレーザ光を高出力で維持することができる。   As described above, the semiconductor laser device according to the present embodiment can determine whether or not the semiconductor laser element and the probe are deteriorated, and can maintain the laser beam applied to the object at a high output.

(第2の実施の形態)
図4は、本発明の第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。第1の実施の形態に対してプローブ検出器12が付加された点が異なり、第1の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention. The point that the probe detector 12 is added to the first embodiment is different, and the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

プローブ検出器12は、半導体レーザ装置11のレーザ光照射口に配置され、プローブ6が装着されているか否かを検出する検出信号を発生する。制御部13は、プローブ検出器12からの検出信号が入力されると、光パワーメータ7が検出した出力パワーP11を初期値データとして保存する。また、制御部13は、その時の駆動電流I1に対する光検出器4の出力電流Ip1を記憶部8に保存する。   The probe detector 12 is arranged at the laser light irradiation port of the semiconductor laser device 11 and generates a detection signal for detecting whether or not the probe 6 is attached. When the detection signal from the probe detector 12 is input, the control unit 13 stores the output power P11 detected by the optical power meter 7 as initial value data. Further, the control unit 13 stores the output current Ip1 of the photodetector 4 with respect to the drive current I1 at that time in the storage unit 8.

一度、記憶部8に初期値データが保存されると、次に光パワーメータ7で検出されるレーザ光の出力は、比較されるP22として制御部13に入力され、同様に光検出器4からIp2が制御部13に入力される。制御部13はIp2/Ip1およびP22/P11を演算し、第1の実施の形態と同様にプローブおよび半導体レーザ素子の劣化を判定する。この動作は、プローブ検出器12からの検出信号が出力されている間継続する。   Once the initial value data is stored in the storage unit 8, the output of the laser beam detected by the optical power meter 7 is input to the control unit 13 as P22 to be compared, and similarly from the photodetector 4. Ip2 is input to the control unit 13. The control unit 13 calculates Ip2 / Ip1 and P22 / P11, and determines the deterioration of the probe and the semiconductor laser element as in the first embodiment. This operation continues while the detection signal from the probe detector 12 is being output.

プローブ6を半導体レーザ装置11から外すとプローブ検出器12からの検出信号が途絶える。このとき、制御部13は、安全のためレーザ光の照射を停止させる。次にプローブ6を装着すると、制御部13はプローブ6が交換されたことを検出し、初期値データとして光パワーメータ7の測定結果および光検出器4からの出力電流値を記憶部8へ保存する。   When the probe 6 is removed from the semiconductor laser device 11, the detection signal from the probe detector 12 is interrupted. At this time, the control unit 13 stops the irradiation of the laser beam for safety. Next, when the probe 6 is mounted, the control unit 13 detects that the probe 6 has been replaced, and saves the measurement result of the optical power meter 7 and the output current value from the photodetector 4 in the storage unit 8 as initial value data. To do.

なお、プローブ検出器12からの検出信号が継続中であっても、初期値データ設定スイッチ10からの信号が検出された際には、制御部13はそのときの光パワーメータからの出力パワーPおよび光検出器4からの出力電流Ipを初期値データP11およびIp1として、記憶部8に保存する。以降はこれまでと同様に、次に光パワーメータ7で検出されたレーザ光出力および光検出器4からの出力電流と初期値データとの比較を行い、プローブおよび半導体レーザ素子の劣化を判定する。   Even when the detection signal from the probe detector 12 is continuing, when the signal from the initial value data setting switch 10 is detected, the control unit 13 outputs the output power P from the optical power meter at that time. The output current Ip from the photodetector 4 is stored in the storage unit 8 as initial value data P11 and Ip1. Thereafter, as in the past, the laser light output detected by the optical power meter 7 and the output current from the photodetector 4 are compared with the initial value data to determine the deterioration of the probe and the semiconductor laser element. .

このようにして、本実施の形態における半導体レーザ装置は、使用者に対してプローブ6および半導体レーザ素子3の交換を知らしめることができる。   In this way, the semiconductor laser device according to the present embodiment can inform the user of the replacement of the probe 6 and the semiconductor laser element 3.

さらに、プローブ6を半導体レーザ装置11の電源を切ることなしに、安全に交換することができる。   Furthermore, the probe 6 can be safely replaced without turning off the power of the semiconductor laser device 11.

本発明は、レーザ光の低下が半導体レーザ素子あるいはプローブのどちらの劣化によるものであるかを判定することができる半導体レーザ装置として、光学分野などにおいて利用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in the optical field or the like as a semiconductor laser device that can determine whether a decrease in laser light is due to deterioration of a semiconductor laser element or a probe.

本発明の第1の実施の形態における半導体レーザ装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the semiconductor laser apparatus in the 1st Embodiment of this invention 半導体レーザの駆動電流と出力電流の関係を示すグラフGraph showing the relationship between semiconductor laser drive current and output current レーザ光に対するプローブの入出力パワーの関係を示すグラフGraph showing the relationship between probe input / output power and laser light 本発明の第2の実施の形態における半導体レーザ装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the semiconductor laser apparatus in the 2nd Embodiment of this invention. 従来の半導体レーザ装置の劣化判定回路の回路図Circuit diagram of degradation judgment circuit of conventional semiconductor laser device 半導体レーザ素子の駆動電流と出力電流の関係を示すグラフGraph showing the relationship between the drive current and output current of a semiconductor laser device

符号の説明Explanation of symbols

1、11 半導体レーザ装置
2 半導体レーザモジュール
3 半導体レーザ素子
4 光検出器
5、13 制御部
6 プローブ
7 光パワーメータ
8 記憶部
9 表示ランプ
10 初期値データ設定スイッチ
12 プローブ検出器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 11 Semiconductor laser apparatus 2 Semiconductor laser module 3 Semiconductor laser element 4 Photo detector 5, 13 Control part 6 Probe 7 Optical power meter 8 Memory | storage part 9 Display lamp 10 Initial value data setting switch 12 Probe detector

Claims (4)

レーザ光を発生する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から発生されたレーザ光の出力強度をモニタリングするレーザ光検出器と、
前記レーザ光を照射対象物へ導光するプローブと、
前記プローブから出力された光の強度を計測する光パワーメータと、
前記半導体レーザ素子及び前記プローブの劣化判定前に、前記半導体レーザ素子を駆動する電流の値、前記半導体レーザ素子から発生されたレーザ光の出力強度、及び前記プローブから出力された前記レーザ光の出力強度を予め計測した初期値データとして記憶する記憶部と、
前記初期値データと、劣化判定時に計測された前記半導体レーザ素子を駆動する電流の値、前記半導体レーザ素子から発生されたレーザ光の出力強度、及び前記プローブから出力された前記レーザ光の出力強度の計測結果とに基づき、前記半導体レーザ素子及び前記プローブの劣化を判定する制御部と、
前記プローブが半導体レーザ装置本体に装着されているか否かを検出して前記制御部にその検出信号を送信するプローブ検出部と、を備え、
前記制御部は、前記プローブ検出部により前記プローブが前記半導体レーザ装置本体に装着されたことを検出した検出信号を受信した場合に、前記初期値データを取得して前記記憶部へ保存することを特徴とする半導体レーザ装置。
A semiconductor laser element for generating laser light;
A laser light detector for monitoring the output intensity of the laser light generated from the semiconductor laser element;
A probe for guiding the laser beam to an irradiation object;
An optical power meter for measuring the intensity of light output from the probe;
Before determining the deterioration of the semiconductor laser element and the probe, the value of the current for driving the semiconductor laser element, the output intensity of the laser beam generated from the semiconductor laser element, and the output of the laser beam output from the probe A storage unit for storing the strength as initial value data measured in advance ;
The initial value data, the value of the current for driving the semiconductor laser element measured at the time of deterioration judgment , the output intensity of the laser beam generated from the semiconductor laser element, and the output intensity of the laser beam output from the probe A control unit for determining deterioration of the semiconductor laser element and the probe based on the measurement result of
A probe detection unit that detects whether or not the probe is attached to a semiconductor laser device body and transmits a detection signal to the control unit, and
The control unit obtains the initial value data and stores it in the storage unit when receiving a detection signal that the probe detection unit detects that the probe is attached to the semiconductor laser device body. A semiconductor laser device.
前記制御部は、劣化判定前の前記半導体レーザ素子を駆動する電流の値及び前記半導体レーザ素子から発生されたレーザ光の出力強度と、劣化判定時の前記半導体レーザ素子を駆動する電流の値及び前記半導体レーザ素子から発生されたレーザ光の出力強度とを用いて、前記半導体レーザ素子の劣化の進行を演算する請求項1に記載の半導体レーザ装置。 Wherein the control unit includes a left strength of the values and the semiconductor laser device a laser beam generated from the current for driving the semiconductor laser element before the deterioration determination, the current for driving the semiconductor laser element at the time of degradation determination by using the value and strength of output of the laser light generated from the semiconductor laser element, a semiconductor laser device according to claim 1 for calculating the progress of deterioration of the semiconductor laser element. 前記制御部は、劣化判定前の前記半導体レーザ素子から発生されたレーザ光の出力強度と及び前記プローブから出力されたレーザ光の出力強度と、劣化判定時の前記半導体レーザ素子から発生されたレーザ光の出力強度と及び前記プローブから出力されたレーザ光の出力強度とを用いて、前記プローブの劣化の進行を演算する請求項1又は2に記載の半導体レーザ装置。 Wherein the control unit includes a left strength of the laser beam outputted from the strength of the and the probe out of the laser beam emitted from the semiconductor laser element before the deterioration determination, from said semiconductor laser element at the time of degradation determination by using the output strength of the generated laser beam and the output strength of the laser light output from the probe, the semiconductor laser device according to claim 1 or 2 for calculating the progress of deterioration of the probe . 前記制御部は、劣化判定時の前記半導体レーザ素子の劣化の進行と前記プローブの劣化の進行に対し、予め設定された所定の水準を用いて前記半導体レーザ素子及び前記プローブの劣化を判定する請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体レーザ。   The control unit determines deterioration of the semiconductor laser element and the probe using a predetermined level set in advance with respect to the progress of deterioration of the semiconductor laser element and the progress of deterioration of the probe at the time of deterioration determination. Item 4. The semiconductor laser according to any one of Items 1 to 3.
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