JPH07183621A - 集積レーザ素子および光ビーム走査装置 - Google Patents
集積レーザ素子および光ビーム走査装置Info
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- JPH07183621A JPH07183621A JP27639894A JP27639894A JPH07183621A JP H07183621 A JPH07183621 A JP H07183621A JP 27639894 A JP27639894 A JP 27639894A JP 27639894 A JP27639894 A JP 27639894A JP H07183621 A JPH07183621 A JP H07183621A
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- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】スキャニング方式のパルスレーザ測距装置など
に適用する、電気的な走査が可能な光ビーム走査装置、
および光ビーム走査装置の高出力パルス光源として用い
られる集積レーザ素子を提供する。 【構成】集積レーザ素子１０は、一次元のアレイ状に配
列された複数個のパルスレーザダイオード（ＬＤ）２０
と、ＬＤ２０の出力光を光増幅する単一または複数の光
アンプ３０とを半導体基板上に集積化して構成される。
また、光ビーム走査装置は、上述の集積レーザ素子１０
と、光アンプ３０をパルス駆動する光アンプ駆動回路
と、光アンプ駆動回路と同期して複数個のＬＤを順次パ
ルス駆動するＬＤ駆動回路と、集積レーザ素子１０から
放射されたレーザ高を出射する出射光学系（出射レンズ
４０を含む）とを少なくとも備えている。
に適用する、電気的な走査が可能な光ビーム走査装置、
および光ビーム走査装置の高出力パルス光源として用い
られる集積レーザ素子を提供する。 【構成】集積レーザ素子１０は、一次元のアレイ状に配
列された複数個のパルスレーザダイオード（ＬＤ）２０
と、ＬＤ２０の出力光を光増幅する単一または複数の光
アンプ３０とを半導体基板上に集積化して構成される。
また、光ビーム走査装置は、上述の集積レーザ素子１０
と、光アンプ３０をパルス駆動する光アンプ駆動回路
と、光アンプ駆動回路と同期して複数個のＬＤを順次パ
ルス駆動するＬＤ駆動回路と、集積レーザ素子１０から
放射されたレーザ高を出射する出射光学系（出射レンズ
４０を含む）とを少なくとも備えている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スキャニング方式のパ
ルスレーザ測距装置などに用いる、集積レーザ素子およ
び光ビーム走査装置に関する。
ルスレーザ測距装置などに用いる、集積レーザ素子およ
び光ビーム走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のようにパルスレーザ測距装置は、
高出力光パルスを出射して、対象物までの光パルスの往
復時間から対象物までの距離を測定する装置である。こ
のようなパルスレーザ測距装置は自動車用の衝突警報装
置や土木用の測量装置などへ応用されている。パルスレ
ーザ測距装置では、パルス幅が狭い高出力光パルスを出
射する必要があるので、パルス光源として、固体レーザ
やレーザダイオード（ＬＤ）が用いられている。このう
ちＬＤをパルス光源とした測距装置は、小型で消費電力
が小さいという特長がある。この場合、発光領域のスト
ライプ幅を１００μｍに広げたブロードエリア型ＬＤ
が、通常用いられている。ＬＤの駆動回路としては、容
易に大電流パルスが得られる、コンデンサとサイリスタ
などを組み合わせた回路がよく用いられている。
高出力光パルスを出射して、対象物までの光パルスの往
復時間から対象物までの距離を測定する装置である。こ
のようなパルスレーザ測距装置は自動車用の衝突警報装
置や土木用の測量装置などへ応用されている。パルスレ
ーザ測距装置では、パルス幅が狭い高出力光パルスを出
射する必要があるので、パルス光源として、固体レーザ
やレーザダイオード（ＬＤ）が用いられている。このう
ちＬＤをパルス光源とした測距装置は、小型で消費電力
が小さいという特長がある。この場合、発光領域のスト
ライプ幅を１００μｍに広げたブロードエリア型ＬＤ
が、通常用いられている。ＬＤの駆動回路としては、容
易に大電流パルスが得られる、コンデンサとサイリスタ
などを組み合わせた回路がよく用いられている。
【０００３】このパルスレーザ測距装置に、放射角の狭
い光ビームを空間的に走査する光ビーム走査装置を付加
しすることによりスキャンニング方式の測距装置が得ら
れる。このスキャンニング方式の測距装置では、対象物
の距離情報とともに角度情報をも同時に得ることができ
る。すなわち、スキャンニング方式の測距装置は、出射
光ビームを一次元また二次元に走査する事で、対象物の
形状を測定できる。このため、スキャンニング方式の測
距装置は、さらに広範囲な応用分野が考えられている。
い光ビームを空間的に走査する光ビーム走査装置を付加
しすることによりスキャンニング方式の測距装置が得ら
れる。このスキャンニング方式の測距装置では、対象物
の距離情報とともに角度情報をも同時に得ることができ
る。すなわち、スキャンニング方式の測距装置は、出射
光ビームを一次元また二次元に走査する事で、対象物の
形状を測定できる。このため、スキャンニング方式の測
距装置は、さらに広範囲な応用分野が考えられている。
【０００４】従来のスキャンニング方式のパルスレーザ
測距装置では、出射光ビームを走査する方法として、通
常、出射レンズの後に反射鏡を設置し、この反射鏡を機
械的に動かす方法が用いられている。
測距装置では、出射光ビームを走査する方法として、通
常、出射レンズの後に反射鏡を設置し、この反射鏡を機
械的に動かす方法が用いられている。
【０００５】これとは別に、ＬＤ素子自体に光ビーム走
査機能をもたせようとする試みもある。その１つが、ム
カイ他による、１９８６年の日本国、神奈川県での“第
１０回半導体レーザ会議の会報”のＦ−１、第７４〜第
７５頁（Ｓ．Ｍｕｋａｉ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃｅｅ
ｄｉｎｇｓ ｏｆ １０ｔｈ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔ
ｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｆ−１，ｐ
ｐ．７４−７５，１９８６，Ｋａｎａｇａｗａ，Ｊａｐ
ａｎ）に報告されている。この会議に報告されている集
積レーザ素子は、ＬＤの出力端面付近に光ビーム変更機
能を付加し、電気的に光ビームの出射方向を制御してい
る。
査機能をもたせようとする試みもある。その１つが、ム
カイ他による、１９８６年の日本国、神奈川県での“第
１０回半導体レーザ会議の会報”のＦ−１、第７４〜第
７５頁（Ｓ．Ｍｕｋａｉ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃｅｅ
ｄｉｎｇｓ ｏｆ １０ｔｈ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔ
ｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｆ−１，ｐ
ｐ．７４−７５，１９８６，Ｋａｎａｇａｗａ，Ｊａｐ
ａｎ）に報告されている。この会議に報告されている集
積レーザ素子は、ＬＤの出力端面付近に光ビーム変更機
能を付加し、電気的に光ビームの出射方向を制御してい
る。
【０００６】また、本発明と関連した技術が、アール・
ラルケ他による、１９９３年の“アイ・イー・イー・イ
ー ホトニクス テクノロジー レターズ”の第５巻の
第２９７〜３００頁（Ｒ．Ｒａｒｋｅ ｅｔ ａｌ．，
ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．５，ｐｐ．２９７−３０
０，１９９３）に開示されている。これには、ＬＤとブ
ロードエリア型半導体アンプとをモノリシック集積化し
た集積レーザ素子が報告されている。この報告された集
積レーザ素子はＬＤの出力光を光アンプで光増幅して出
力する素子である。この素子は、必ずしも測距装置用の
光源として開発された訳ではないが、パルスレーザ測距
装置に適用すれば、高速のスイッチングが容易になり、
幅の狭い高出力光パルスを出力する事が容易になる。こ
の理由は、ＬＤ駆動回路と光アンプ駆動回路とを別にす
ることができることにある。つまり、ＬＤは比較的低出
力の光パルスを出力し、それを光アンプで光増幅して高
出力光パルスにすれば良いため、ＬＤ駆動回路は比較的
小さな電源でＬＤを駆動すればよい。このために、高速
のトランジスタなどを用いて高速のスイッチングが可能
である。一方、光アンプの電流パルス幅は広くてもかま
わないため、光アンプ駆動回路を容易に構成できる。こ
れは、光パルスのパルス幅はもとのＬＤから出力される
光パルスの幅で決まるからである。
ラルケ他による、１９９３年の“アイ・イー・イー・イ
ー ホトニクス テクノロジー レターズ”の第５巻の
第２９７〜３００頁（Ｒ．Ｒａｒｋｅ ｅｔ ａｌ．，
ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．５，ｐｐ．２９７−３０
０，１９９３）に開示されている。これには、ＬＤとブ
ロードエリア型半導体アンプとをモノリシック集積化し
た集積レーザ素子が報告されている。この報告された集
積レーザ素子はＬＤの出力光を光アンプで光増幅して出
力する素子である。この素子は、必ずしも測距装置用の
光源として開発された訳ではないが、パルスレーザ測距
装置に適用すれば、高速のスイッチングが容易になり、
幅の狭い高出力光パルスを出力する事が容易になる。こ
の理由は、ＬＤ駆動回路と光アンプ駆動回路とを別にす
ることができることにある。つまり、ＬＤは比較的低出
力の光パルスを出力し、それを光アンプで光増幅して高
出力光パルスにすれば良いため、ＬＤ駆動回路は比較的
小さな電源でＬＤを駆動すればよい。このために、高速
のトランジスタなどを用いて高速のスイッチングが可能
である。一方、光アンプの電流パルス幅は広くてもかま
わないため、光アンプ駆動回路を容易に構成できる。こ
れは、光パルスのパルス幅はもとのＬＤから出力される
光パルスの幅で決まるからである。
【０００７】また、本発明に近い先行技術として次のも
のが知られている。特開平２−５９６９２号公報（以
下、専攻技術１と呼ぶ）には、機体速度に応じて監視す
べき領域、即ちビーム拡がり角に対応する最大距離探知
と監視視野角とを制御することにより、監視すべき領域
を航空機の飛行可能な領域に一致させることができるよ
うにした「レーザレーダ」が開示されている。この先行
技術１では、レーザ送信部から出射されたレーザ光はハ
ーフミラーを介してビームエキスパンダに提供され、所
定のビーム拡がり角を付与されて走査光学系に受光され
る。また、特開平１−２１００４号公報（以下、先行技
術２と呼ぶ）には、電子捜査方式の「光制御型フェーズ
ドアレーアンテナ」が開示されている。さらに、特開平
３−６５１２号公報（以下、先行技術３と呼ぶ）には、
レーザビームを案内する案内手段と、複数の半導体レー
ザのうちいずれか１つを動作させるように駆動を順次切
り換える駆動切換手段とを備えることにより、安定した
波長のレーザビームで連続的な光走査を可能とした「光
ビーム走査装置」が開示されている。
のが知られている。特開平２−５９６９２号公報（以
下、専攻技術１と呼ぶ）には、機体速度に応じて監視す
べき領域、即ちビーム拡がり角に対応する最大距離探知
と監視視野角とを制御することにより、監視すべき領域
を航空機の飛行可能な領域に一致させることができるよ
うにした「レーザレーダ」が開示されている。この先行
技術１では、レーザ送信部から出射されたレーザ光はハ
ーフミラーを介してビームエキスパンダに提供され、所
定のビーム拡がり角を付与されて走査光学系に受光され
る。また、特開平１−２１００４号公報（以下、先行技
術２と呼ぶ）には、電子捜査方式の「光制御型フェーズ
ドアレーアンテナ」が開示されている。さらに、特開平
３−６５１２号公報（以下、先行技術３と呼ぶ）には、
レーザビームを案内する案内手段と、複数の半導体レー
ザのうちいずれか１つを動作させるように駆動を順次切
り換える駆動切換手段とを備えることにより、安定した
波長のレーザビームで連続的な光走査を可能とした「光
ビーム走査装置」が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来例には以
下のような問題点がある。スキャンニング方式のパルス
レーザ測距装置において、反射鏡を機械的に動かすこと
で光ビームを走査する場合は、必然的に装置が大きく安
定性にも十分な注意が必要となる。また、二次元に光ビ
ームを捜査する場合には光学系が複雑になり、高速に走
査することは困難である。電気的に光ビームを走査する
光ビーム走査装置によって、これらの問題に解決する。
下のような問題点がある。スキャンニング方式のパルス
レーザ測距装置において、反射鏡を機械的に動かすこと
で光ビームを走査する場合は、必然的に装置が大きく安
定性にも十分な注意が必要となる。また、二次元に光ビ
ームを捜査する場合には光学系が複雑になり、高速に走
査することは困難である。電気的に光ビームを走査する
光ビーム走査装置によって、これらの問題に解決する。
【０００９】高出力パルス光源に関しては、従来例で述
べたようにＬＤと光アンプの集積素子が開発されてはい
るが、本発明で対象としているようなスキャンニング方
式のパルスレーザ測距装置に適用するような、高出力光
ビームを走査するための集積レーザ素子は存在しない。
また、従来例で述べた光ビーム偏向機能を付加した集積
レーザ素子に関しては、また初期的な開発段階にあり、
光出力も小さく十分な特性が得られていないのが現状で
ある。
べたようにＬＤと光アンプの集積素子が開発されてはい
るが、本発明で対象としているようなスキャンニング方
式のパルスレーザ測距装置に適用するような、高出力光
ビームを走査するための集積レーザ素子は存在しない。
また、従来例で述べた光ビーム偏向機能を付加した集積
レーザ素子に関しては、また初期的な開発段階にあり、
光出力も小さく十分な特性が得られていないのが現状で
ある。
【００１０】本発明の目的は、スキャンニング方式のパ
ルスレーザ測距装置などに適用する、電気的な走査が可
能な光ビーム走査装置、およびこの光ビーム走査装置の
高出力パルス光源として用いられる。集積レーザ素子を
提供することにある。
ルスレーザ測距装置などに適用する、電気的な走査が可
能な光ビーム走査装置、およびこの光ビーム走査装置の
高出力パルス光源として用いられる。集積レーザ素子を
提供することにある。
【００１１】尚、先行技術１にはレーザ送信部とビーム
エキスパンダの内容の開示がないので、それらの詳細は
不明である。また、先行技術２および先行技術３には、
本発明のようなＬＤと光アンプとの組み合わせについて
の言及がない。
エキスパンダの内容の開示がないので、それらの詳細は
不明である。また、先行技術２および先行技術３には、
本発明のようなＬＤと光アンプとの組み合わせについて
の言及がない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の集積レーザ素子
は、一次元のアレイ状に配列された複数のパルスレーザ
ダイオードと、これらパルスレーザダイオードの出力光
を光増幅する単一または複数の半導体光アンプとを半導
体基板上に集積化したことを特徴とする。
は、一次元のアレイ状に配列された複数のパルスレーザ
ダイオードと、これらパルスレーザダイオードの出力光
を光増幅する単一または複数の半導体光アンプとを半導
体基板上に集積化したことを特徴とする。
【００１３】また、光ビーム走査装置は、上述の集積レ
ーザ素子と、半導体光アンプをパルス駆動する光アンプ
駆動回路と、光アンプ駆動回路と同期して前記複数のパ
ルスレーザダイオードを順次パルス駆動するレーザダイ
オード駆動回路と、集積レーザ素子から放射されたレー
ザ光を出射する出射光学系とを含むことを特徴とする。
ーザ素子と、半導体光アンプをパルス駆動する光アンプ
駆動回路と、光アンプ駆動回路と同期して前記複数のパ
ルスレーザダイオードを順次パルス駆動するレーザダイ
オード駆動回路と、集積レーザ素子から放射されたレー
ザ光を出射する出射光学系とを含むことを特徴とする。
【００１４】
【作用】次に、本発明の作用について図面を参照して説
明する。
明する。
【００１５】図１は本発明の作用を説明するための図で
ある。集積レーザ素子１０は、半導体基板状にモノリシ
ック集積化された一次元のアレイ状に配列したｎ個（ｎ
≧２）のＬＤ２０と、ＬＤ２０の出力光を光増幅する一
つの半導体光アンプ３０とから構成されている。光アン
プ３０の構造はブロードエリア型である。ｎ個のＬＤ２
０は順にパルス電流で駆動され、光パルスを順に出力す
る。この出力された光パルスは、光アンプ３０で順番に
光増幅され、出射レンズ４０を通して出射される。ＬＤ
２０は出射レンズ４０の焦点付近に配置されているた
め、レーザ光の出射方向（角度）は個々のＬＤ２０ごと
に異なる。この方向は、ＬＤ２０の間隔と出射レンズ４
０の焦点距離で決まる。例えば、ＬＤ２０の間隔を２０
０μｍ、出射レンズの焦点距離を４０ｍｍとすると、隣
接するＬＤ２０のレーザ光の出射角度は約５ｍｒａｄず
つ異なる。したがって、ＬＤ２０に順番にパルス電流を
流して発光させることで、レーザ光の出射角度を５ｍｒ
ａｄずつ電気的に走査する事ができる。
ある。集積レーザ素子１０は、半導体基板状にモノリシ
ック集積化された一次元のアレイ状に配列したｎ個（ｎ
≧２）のＬＤ２０と、ＬＤ２０の出力光を光増幅する一
つの半導体光アンプ３０とから構成されている。光アン
プ３０の構造はブロードエリア型である。ｎ個のＬＤ２
０は順にパルス電流で駆動され、光パルスを順に出力す
る。この出力された光パルスは、光アンプ３０で順番に
光増幅され、出射レンズ４０を通して出射される。ＬＤ
２０は出射レンズ４０の焦点付近に配置されているた
め、レーザ光の出射方向（角度）は個々のＬＤ２０ごと
に異なる。この方向は、ＬＤ２０の間隔と出射レンズ４
０の焦点距離で決まる。例えば、ＬＤ２０の間隔を２０
０μｍ、出射レンズの焦点距離を４０ｍｍとすると、隣
接するＬＤ２０のレーザ光の出射角度は約５ｍｒａｄず
つ異なる。したがって、ＬＤ２０に順番にパルス電流を
流して発光させることで、レーザ光の出射角度を５ｍｒ
ａｄずつ電気的に走査する事ができる。
【００１６】図２に個々のＬＤ２０と光アンプ３０の駆
動電流のタイミングを示す。光アンプ３０は、一定の周
期（例えば１０ＫＨｚ）でピーク値の大きな（例えば１
００Ａ程度）パルス電流Ｉamp で駆動する。この例にお
いて、光アンプ駆動回路（図示せず）は一つであり、パ
ルス電流の幅は比較的広く（数１００ｎｓ程度）ても良
いので、大電流の駆動は容易である。一方、ｎ個のＬＤ
２０はパルス幅の狭い（１０ｎｓ程度）パルス電流Ｉ1
〜Ｉn で順番に駆動される。ＬＤ２０駆動用のパルス電
流Ｉ1 〜Ｉn は、光アンプ３０駆動用のパルス電流Ｉ
amp のタイミングに同期している。ＬＤ駆動回路（図示
せず）はｎ個必要だが、個々のＬＤ駆動回路は比較的小
さな電流でＬＤ２０を駆動すれば良いので小型化でき
る。
動電流のタイミングを示す。光アンプ３０は、一定の周
期（例えば１０ＫＨｚ）でピーク値の大きな（例えば１
００Ａ程度）パルス電流Ｉamp で駆動する。この例にお
いて、光アンプ駆動回路（図示せず）は一つであり、パ
ルス電流の幅は比較的広く（数１００ｎｓ程度）ても良
いので、大電流の駆動は容易である。一方、ｎ個のＬＤ
２０はパルス幅の狭い（１０ｎｓ程度）パルス電流Ｉ1
〜Ｉn で順番に駆動される。ＬＤ２０駆動用のパルス電
流Ｉ1 〜Ｉn は、光アンプ３０駆動用のパルス電流Ｉ
amp のタイミングに同期している。ＬＤ駆動回路（図示
せず）はｎ個必要だが、個々のＬＤ駆動回路は比較的小
さな電流でＬＤ２０を駆動すれば良いので小型化でき
る。
【００１７】尚、レーザ素子として、光アンプが集積化
されていない、通常のブロードエリア型高出力ＬＤのア
レイを用いても、本発明と同様にレーザ光を電気的に走
査できる。しかしこの場合は、個々のＬＤに順次大きな
パルス電流（１０Ａ以上）を流す必要がある。このため
高速動作は困難であり、小型化することも難しい。また
この場合は、個々のＬＤの発光領域のストライプ幅を大
きくする必要がある。このため、個々のＬＤの間隔を小
さくできず、全体の光学系が大きくなる。
されていない、通常のブロードエリア型高出力ＬＤのア
レイを用いても、本発明と同様にレーザ光を電気的に走
査できる。しかしこの場合は、個々のＬＤに順次大きな
パルス電流（１０Ａ以上）を流す必要がある。このため
高速動作は困難であり、小型化することも難しい。また
この場合は、個々のＬＤの発光領域のストライプ幅を大
きくする必要がある。このため、個々のＬＤの間隔を小
さくできず、全体の光学系が大きくなる。
【００１８】これに対して、本発明のように集積レーザ
素子１０を用いる方式には以下に述べるような利点があ
る。まず、個々のＬＤ２０の駆動電流を小さくできるた
め、ＬＤ駆動回路に通常のトランジスタ回路を用いるこ
とができ、このため集積レーザ素子１０を高速にスイッ
チングすることが可能で、かつ集積レーザ素子１０をア
レイ化した場合でも小型化できる。集積レーザ素子１０
は発光の遅れやジッタも小さい。また、個々のＬＤ２０
の間隔を小さくでき、したがって光学系を小さくでき
る。
素子１０を用いる方式には以下に述べるような利点があ
る。まず、個々のＬＤ２０の駆動電流を小さくできるた
め、ＬＤ駆動回路に通常のトランジスタ回路を用いるこ
とができ、このため集積レーザ素子１０を高速にスイッ
チングすることが可能で、かつ集積レーザ素子１０をア
レイ化した場合でも小型化できる。集積レーザ素子１０
は発光の遅れやジッタも小さい。また、個々のＬＤ２０
の間隔を小さくでき、したがって光学系を小さくでき
る。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００２０】図３に本発明の一実施例による集積レーザ
素子１０の構造を模式的に示す。図示の集積レーザ素子
１０は、一次元のアレイ上に配列した１０個のＬＤ２０
と、１０個のＬＤ２０の出力光を光増幅する１個の半導
体光アンプ３０とから構成されている。１０個のＬＤ２
０は分布帰還型であり、光アンプ３０とのモノリシック
集積化を容易に行える。１０個のＬＤ２０は横モードの
制御のために、リッジガイド構造としている。光アンプ
３０はブロードエリア型であり、１０個のＬＤ２０から
出力される光パルスを光増幅する。ＬＤ２０からの出力
光は光アンプ３０の部分で扇状に広がるため、光アンプ
３０の利得飽和が小さく、高出力のパルス光が得られ
る。
素子１０の構造を模式的に示す。図示の集積レーザ素子
１０は、一次元のアレイ上に配列した１０個のＬＤ２０
と、１０個のＬＤ２０の出力光を光増幅する１個の半導
体光アンプ３０とから構成されている。１０個のＬＤ２
０は分布帰還型であり、光アンプ３０とのモノリシック
集積化を容易に行える。１０個のＬＤ２０は横モードの
制御のために、リッジガイド構造としている。光アンプ
３０はブロードエリア型であり、１０個のＬＤ２０から
出力される光パルスを光増幅する。ＬＤ２０からの出力
光は光アンプ３０の部分で扇状に広がるため、光アンプ
３０の利得飽和が小さく、高出力のパルス光が得られ
る。
【００２１】以下、図３の断面模式図を参照しながら、
本実施例の集積レーザ素子１０の製造方法と構造につい
て簡単に説明する。まず、ｎ型ＩｎＰ基板１のＬＤとな
る部分に、２光束干渉法を用いて回折格子９を形成す
る。次に有機金属気相成長法を用いて、基板１の全面に
ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２、ｎ型ＩｎＰバッファ
層３、ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸活性層４、Ｐ型ＩｎＰク
ラッド層５、Ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６を順次成
長する。ＬＤ２０の活性層と光アンプ３０の層構造は全
く同じである。次に、通常のフォトリソグラフィ技術を
用いて、ＬＤ２０の部分をリッジガイド構造に加工す
る。次に、ＬＤ２０と光アンプ３０の部分に電極７を形
成する。最後に素子を切り出し、ＬＤ２０側と光アンプ
３０側の端面に無反射コート膜８を形成する。
本実施例の集積レーザ素子１０の製造方法と構造につい
て簡単に説明する。まず、ｎ型ＩｎＰ基板１のＬＤとな
る部分に、２光束干渉法を用いて回折格子９を形成す
る。次に有機金属気相成長法を用いて、基板１の全面に
ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２、ｎ型ＩｎＰバッファ
層３、ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸活性層４、Ｐ型ＩｎＰク
ラッド層５、Ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６を順次成
長する。ＬＤ２０の活性層と光アンプ３０の層構造は全
く同じである。次に、通常のフォトリソグラフィ技術を
用いて、ＬＤ２０の部分をリッジガイド構造に加工す
る。次に、ＬＤ２０と光アンプ３０の部分に電極７を形
成する。最後に素子を切り出し、ＬＤ２０側と光アンプ
３０側の端面に無反射コート膜８を形成する。
【００２２】この集積レーザ素子１０の大きさは、全体
の長さが１５００μｍ、幅が１４００μｍ、ＬＤ２０の
共振器長が５００μｍ、ストライプ幅が４μｍ、ＬＤ２
０の間の間隔が１００μｍ、光アンプ３０の流さが１０
００μｍである。集積レーザ素子１０の発振波長は１．
５μｍ帯である。
の長さが１５００μｍ、幅が１４００μｍ、ＬＤ２０の
共振器長が５００μｍ、ストライプ幅が４μｍ、ＬＤ２
０の間の間隔が１００μｍ、光アンプ３０の流さが１０
００μｍである。集積レーザ素子１０の発振波長は１．
５μｍ帯である。
【００２３】ここで集積レーザ素子の実施例に関して補
足説明する。まず、この実施例では、光アンプ３０を１
個とし、単一の光アンプ駆動回路で駆動するものとした
が、場合によっては、一つの光アンプ駆動回路の負担を
軽くするために、光アンプ３０を２個あるいはそれ以上
に分離して、複数の光アンプ駆動回路で駆動できる構造
にしても良い。この場合は、集積レーザ素子１０の光ア
ンプ３０部分の電極７を端に分割すれば良く、層構造や
製造工程は上述した実施例のそれらとほぼ同じで良い。
足説明する。まず、この実施例では、光アンプ３０を１
個とし、単一の光アンプ駆動回路で駆動するものとした
が、場合によっては、一つの光アンプ駆動回路の負担を
軽くするために、光アンプ３０を２個あるいはそれ以上
に分離して、複数の光アンプ駆動回路で駆動できる構造
にしても良い。この場合は、集積レーザ素子１０の光ア
ンプ３０部分の電極７を端に分割すれば良く、層構造や
製造工程は上述した実施例のそれらとほぼ同じで良い。
【００２４】次に、実施例では、個々のＬＤ２０は基本
横モードで発振するような狭ストライプ構造としたが、
必ずしも基本横モードで発振する必要はない。ストライ
プ幅をある程度広くしてマルチ横モードで発振するもの
で良い。
横モードで発振するような狭ストライプ構造としたが、
必ずしも基本横モードで発振する必要はない。ストライ
プ幅をある程度広くしてマルチ横モードで発振するもの
で良い。
【００２５】また、実施例では、個々のＬＤ２０のスト
ライプ方向は互いに平行であるとしたが、場合によって
は、ＬＤ２０ごとに出射光学系の光学軸に対して、あら
かじめ角度をつけても良い。これによって、レーザ光の
出射角度をより広範囲に設定できる。また、ＬＤ２０の
数や間隔は実施例と異なっていてもよい。この場合の製
造方法については、フォトリソグラフィ工程でフォトマ
スクを適当に変更するだけで、その他については実施例
とほぼ同様である。
ライプ方向は互いに平行であるとしたが、場合によって
は、ＬＤ２０ごとに出射光学系の光学軸に対して、あら
かじめ角度をつけても良い。これによって、レーザ光の
出射角度をより広範囲に設定できる。また、ＬＤ２０の
数や間隔は実施例と異なっていてもよい。この場合の製
造方法については、フォトリソグラフィ工程でフォトマ
スクを適当に変更するだけで、その他については実施例
とほぼ同様である。
【００２６】さらに、実施例では、ＬＤの材料をＩｎＰ
系とし、発振波長を１．５μｍ帯としたが、本発明は、
別の材料系、例えばＧａＡｓ系を用いて、発振波長を
０．８μｍ帯とした場合にも適用できる。
系とし、発振波長を１．５μｍ帯としたが、本発明は、
別の材料系、例えばＧａＡｓ系を用いて、発振波長を
０．８μｍ帯とした場合にも適用できる。
【００２７】次に、図４を参照して、本発明の一実施例
による光ビーム走査装置について説明する。図示の光ビ
ーム走査装置は、図３を使用して説明した集積レーザ素
子１０と、光アンプ３０をパルス駆動する光アンプ駆動
回路８０と、光アンプ駆動回路８０と同期して１０個の
ＬＤ２０を順次パルス駆動するＬＤ駆動回路９０と、集
積レーザ素子１０から放射されたレーザ光を出射する出
射光学系６０とを備えている。出射光学系６０は、出射
レンズ４０と、集積レーザ素子１０のビーム整形用の円
筒レンズ５０とから構成される。
による光ビーム走査装置について説明する。図示の光ビ
ーム走査装置は、図３を使用して説明した集積レーザ素
子１０と、光アンプ３０をパルス駆動する光アンプ駆動
回路８０と、光アンプ駆動回路８０と同期して１０個の
ＬＤ２０を順次パルス駆動するＬＤ駆動回路９０と、集
積レーザ素子１０から放射されたレーザ光を出射する出
射光学系６０とを備えている。出射光学系６０は、出射
レンズ４０と、集積レーザ素子１０のビーム整形用の円
筒レンズ５０とから構成される。
【００２８】光アンプ駆動回路８０の模式図を図５に示
す。光アンプ駆動回路８０の主な構成品は、光アンプ３
０に直列に接続された高速スイッチング用サイリスタ８
１と、並列に接続されたコンデンサ８２である。まずコ
ンデンサ８２に高電圧電源部８３から電圧を印加し電荷
を蓄積する。次にトリガ部８４で、ＬＤ駆動回路９０の
クロック信号と同じ周期のトリガ信号を発生し、サイリ
スタ８１をＯＮ状態にさせ、光アンプ３０にパルス電流
を流す。パルス電流のピーク電流値は高電圧電源部８３
の電圧で、パルス幅はコンデンサ８２の容量で調整す
る。通常パルス幅は１００−数１００ｎｓ、ピーク電流
値は数１０−数１００Ａである。光アンプ３０の最大利
得は、パルス電流のピーク電流値で決まる。ＬＤ２０か
らの光パルスが光アンプ３０を通過するタイミングが、
光アンプ３０の最大利得付近（ピーク電流付近）に一致
するように、トリガ信号の遅延時間を調整している。
す。光アンプ駆動回路８０の主な構成品は、光アンプ３
０に直列に接続された高速スイッチング用サイリスタ８
１と、並列に接続されたコンデンサ８２である。まずコ
ンデンサ８２に高電圧電源部８３から電圧を印加し電荷
を蓄積する。次にトリガ部８４で、ＬＤ駆動回路９０の
クロック信号と同じ周期のトリガ信号を発生し、サイリ
スタ８１をＯＮ状態にさせ、光アンプ３０にパルス電流
を流す。パルス電流のピーク電流値は高電圧電源部８３
の電圧で、パルス幅はコンデンサ８２の容量で調整す
る。通常パルス幅は１００−数１００ｎｓ、ピーク電流
値は数１０−数１００Ａである。光アンプ３０の最大利
得は、パルス電流のピーク電流値で決まる。ＬＤ２０か
らの光パルスが光アンプ３０を通過するタイミングが、
光アンプ３０の最大利得付近（ピーク電流付近）に一致
するように、トリガ信号の遅延時間を調整している。
【００２９】ＬＤ駆動回路９０の模式図を図６に示す。
この回路の主な構成品は、制御部９１と１０個のＬＤ２
０の各々に対応した１０個のＬＤ駆動部９２である。制
御部９１は、外部から送られた一定周期のクロック信号
に同期して、ＬＤ駆動回路９２に順番トリガ信号を出
す。例えばクロック信号の周期が１０ｋＨｚの場合に
は、０．１ｍｓずつ位相がずれた周期１ｋＨｚのトリガ
信号を１０個のＬＤ駆動部９２に順に送る。ＬＤ駆動部
９２では、まずトリガ信号に同期してパルス幅５−２０
ｎｓ程度のパルス信号をつくり、次にこれを増幅してピ
ーク値１００−数１００ｍＡのパルス電流を発生し、１
０個のＬＤ２０を順番に駆動する。パルス電流に対応し
て１０個のＬＤ２０から０．１ｍｓの間隔で光パルスが
順次出射される。
この回路の主な構成品は、制御部９１と１０個のＬＤ２
０の各々に対応した１０個のＬＤ駆動部９２である。制
御部９１は、外部から送られた一定周期のクロック信号
に同期して、ＬＤ駆動回路９２に順番トリガ信号を出
す。例えばクロック信号の周期が１０ｋＨｚの場合に
は、０．１ｍｓずつ位相がずれた周期１ｋＨｚのトリガ
信号を１０個のＬＤ駆動部９２に順に送る。ＬＤ駆動部
９２では、まずトリガ信号に同期してパルス幅５−２０
ｎｓ程度のパルス信号をつくり、次にこれを増幅してピ
ーク値１００−数１００ｍＡのパルス電流を発生し、１
０個のＬＤ２０を順番に駆動する。パルス電流に対応し
て１０個のＬＤ２０から０．１ｍｓの間隔で光パルスが
順次出射される。
【００３０】この光ビーム走査装置の動作原理は作用の
ところで述べた通りである。つまり、１０個のＬＤ２０
は順にＬＤ駆動回路９０のパルス電流で駆動され、光パ
ルスを順に出力する。この光パルスは、光アンプ増幅回
路８０で駆動された光アンプ３０で順番に増幅され、円
筒レンズ５０と出射レンズ４０とを通して出射する。前
述したようにＬＤ２０は出射レンズ４０の焦点付近に配
置されているため、レーザ光の出射方向は個々のＬＤ２
０ごとに異なる。本実施例では、ＬＤ２０の間隔が１０
０μｍ、出射レンズの焦点距離が４０ｍｍであり、隣接
するＬＤ２０のレーザ光の出射角度は約２．５ｍｒａｄ
ずつ異なる。したがって、１０個のＬＤ２０の順番に発
光させることで、レーザ光の出射角度を約２．５ｍｒａ
ｄずつ走査し、全体で約２５ｍｒａｄの電気的な走査が
できる。
ところで述べた通りである。つまり、１０個のＬＤ２０
は順にＬＤ駆動回路９０のパルス電流で駆動され、光パ
ルスを順に出力する。この光パルスは、光アンプ増幅回
路８０で駆動された光アンプ３０で順番に増幅され、円
筒レンズ５０と出射レンズ４０とを通して出射する。前
述したようにＬＤ２０は出射レンズ４０の焦点付近に配
置されているため、レーザ光の出射方向は個々のＬＤ２
０ごとに異なる。本実施例では、ＬＤ２０の間隔が１０
０μｍ、出射レンズの焦点距離が４０ｍｍであり、隣接
するＬＤ２０のレーザ光の出射角度は約２．５ｍｒａｄ
ずつ異なる。したがって、１０個のＬＤ２０の順番に発
光させることで、レーザ光の出射角度を約２．５ｍｒａ
ｄずつ走査し、全体で約２５ｍｒａｄの電気的な走査が
できる。
【００３１】尚、本発明は上述した実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更／変
形が可能であるのは勿論である。
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更／変
形が可能であるのは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、機
械的なビーム走査方法を用いず電気的な走査が可能な光
ビーム走査装置、およびこの光ビーム走査装置の高出力
パルス光源として用いられる集積レーザ素子が実現でき
る。
械的なビーム走査方法を用いず電気的な走査が可能な光
ビーム走査装置、およびこの光ビーム走査装置の高出力
パルス光源として用いられる集積レーザ素子が実現でき
る。
【図１】本発明の作用を説明するための概略構成図であ
る。
る。
【図２】本発明の作用を説明するためのタイミングチャ
ートである。
ートである。
【図３】本発明の一実施例による集積レーザ素子の構造
を示す模式図である。
を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施例による光ビーム走査装置を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図５】図４の光アンプ駆動回路の構成を示す図。
【図６】図４のＬＤ駆動回路の構成を示す図。
１ 基板 ２ 光バッファ層 ３ バッファ層 ４ 量子井戸活性層 ５ クラッド層 ６ コンタンクト層 ７ 電極 ８ 無反射コート膜 ９ 回折格子 １０ 集積レーザ素子 ２０ レーザダイオード（ＬＤ） ３０ 光アンプ ４０ 出射レンズ ５０ 円筒レンズ ６０ 出射光学系 ８０ 光アンプ駆動回路 ８１ サイリスタ ８２ コンデンサ ８３ 高電圧電源部 ８４ トリガ部 ９０ ＬＤ駆動回路 ９１ 制御部 ９２ ＬＤ駆動部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/25
Claims (2)
- 【請求項１】 一次元のアレイ状に配列された複数のパ
ルスレーザダイオードと、前記複数のパルスレーザダイ
オードの出力光を光増幅する半導体光アンプとを半導体
基板上に集積化した集積レーザ素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載された集積レーザ素子
と、前記半導体光アンプをパルス駆動する光アンプ駆動
回路と、該光アンプ駆動回路と同期して前記複数のパル
スレーザダイオードを順次パルス駆動するレーザダイオ
ード駆動回路と、前記集積レーザ素子から放射されたレ
ーザ光を出射する出射光学系とを含むことを特徴とする
光ビーム走査装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-282919 | 1993-11-12 | ||
| JP28291993 | 1993-11-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07183621A true JPH07183621A (ja) | 1995-07-21 |
| JP2827930B2 JP2827930B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=17658815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6276398A Expired - Lifetime JP2827930B2 (ja) | 1993-11-12 | 1994-11-10 | 集積レーザ素子および光ビーム走査装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0665446A3 (ja) |
| JP (1) | JP2827930B2 (ja) |
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| CN102913817A (zh) * | 2012-09-29 | 2013-02-06 | 西安理工大学 | 一种雷达探测***的光源装置 |
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| JP2018032824A (ja) * | 2016-08-26 | 2018-03-01 | 国立大学法人東北大学 | 光パルス信号生成装置、レーザ加工装置及びバイオイメージング装置 |
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