JPH0818145A - 波長安定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な構成によって、ＬＤの発振波長及び出射
パワーを高精度に安定化させることが可能な波長安定化
装置を提供する。 【構成】ＬＤ２４と、ＬＤ２４近傍に配置され、ＬＤ２
４近傍の温度を検出する温度検出器２６と、ＬＤ２４を
加熱又は冷却する加熱冷却手段３２と、温度検出器２６
の出力が設定温度になるように、加熱冷却手段３２を制
御するＬＤ温度制御部２８と、ＬＤ２４の出射光を透過
又は反射する波長弁別手段３８と、波長弁別手段３８を
透過又は反射した出射光の光量を検出する光検出器（Ｐ
Ｄ）４０と、ＰＤ４０の出力が所定状態に維持されるよ
うに、ＬＤ２４の注入電流を制御する電流制御部４２と
を有しており、注入電流が予め定められた電流範囲を外
れた場合、外れた電流方向に基づいて、設定温度を変更
する設定温度変更手段３０を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばレーザー測長機
等の光源に用いられる波長安定化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から半導体レーザ（以下、ＬＤと称
する）の発振波長を測長基準として、物体の移動変位を
計測するレーザー測長機が知られている。このようなＬ
Ｄにおいて、図７（ａ）に示すように、その発振波長
（λ）は、注入電流（ｉ）とＬＤの温度（Ｔ）とに依存
している。従って、測長基準である発振波長（λ）を安
定化するためには、注入電流（ｉ）と温度（Ｔ）とを制
御すればよいことになる。

【０００３】図９には、従来の波長安定化装置の構成が
概略的に示されている。即ち、ＬＤ保持体２内には、Ｌ
Ｄ４と、このＬＤ４近傍の温度を検出するＬＤ温度セン
サ６とが設けられており、このＬＤ温度センサ６の出力
は、ＬＤ温度制御部８に入力される。そして、ＬＤ温度
制御部８は、ＬＤ温度センサ６の出力を所定の設定温度
に維持させるように、ペルチェ素子１０の駆動電流を制
御する。なお、ペルチェ素子１０には、放熱用のフィン
１２が取り付けられている。

【０００４】ＬＤ４からの出射光は、ビームスプリッタ
１４によって分岐され、その一方の出射光は、測長光と
して用いられ、その他方の出射光は、波長基準となるエ
タロン１６を透過した後、その透過光がフォトダイオー
ド（以下、ＰＤと称する）１８によって検出され、その
出力が電流制御部２０に入力される。この電流制御部２
０は、ＰＤ１８の出力が所定の出力に維持されるよう
に、ＬＤ４の注入電流を制御する。

【０００５】また、図８に示すように、エタロン１６
は、周期的な波長を透過する特性を有しており、例えば
ＬＤ４の発振波長をλ1 に安定化させるためには、ＰＤ
１８の出力が常にピーク値（同図ｃ点の値）となるよう
に注入電流を制御すればよい。このとき、ＬＤ４の温度
安定化は、注入電流掃引範囲が同図符号λ1 近傍になる
ように行われる。この結果、ＬＤ４の発振波長を所定の
波長に安定化させることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＬＤ温
度センサ６は、ＬＤ４近傍の温度を検出しているに過ぎ
ないため、正常な温度制御が行われている場合でも、環
境温度が変化すれば、ＬＤ４の温度も変動してしまう。
このときも、エタロン１６を波長基準として注入電流を
制御しているため、ＬＤ４の発振波長は安定化するが、
ＬＤ４の温度変化に伴い、注入電流が大きく変動し、Ｌ
Ｄ４の出射パワーが変動してしまう。

【０００７】つまり、図７（ａ）に示すように、ＬＤ４
の発振波長（λ）をλ1 に安定化させるためには、ＬＤ
４の温度（Ｔ）がＴ1 からＴ2 に変化したとき、注入電
流（ｉ）をｉ1 からｉ2 に制御しなければならない。と
ころが、ＬＤ４の出射パワー（Ｐ）は、図７（ｂ）に示
すように、ＬＤ４の温度（Ｔ）と注入電流（ｉ）によっ
て変動するため、注入電流（ｉ）がｉ1 からｉ2 に変わ
ると、その出射パワー（Ｐ）もＰ1 からＰ2 に大きく変
動してしまう。

【０００８】また、図７（ａ），（ｂ）に示すＬＤ４の
特性は、経時的に変化することが知られている。このた
め、環境温度が常に一定であったとしても、その出射パ
ワー（Ｐ）は、経時的に変動してしまう。

【０００９】このようにＬＤ４の出射パワー（Ｐ）が変
動すると、ＰＤ１８の出力信号も変動する。特に、出射
パワー（Ｐ）が小さくなると、ＰＤ１８の出力信号のＳ
Ｎ比が悪くなり、波長安定性に影響を与える。

【００１０】更に、図８及び図９に示すように、上記ピ
ーク値（図８ｃ点の値）への制御は、検出信号の変化が
ほとんどないため、元来検出精度が上がらない。そこ
で、ピーク値に対して１／２の検出信号（図８ｄ点に対
応した検出信号）が得られる波長λ3 に安定化制御を行
う場合を考える。このとき、電流制御部２０は、ＰＤ１
８の検出信号が常にＶd になるように、注入電流（ｉ）
を制御するが、ＬＤ４の出射パワー（Ｐ）が変動する
と、ＰＤ１８の検出信号が常にＶd で一定であったとし
ても、ＬＤ４の発振波長がゆらいでしまうといった問題
が発生する。

【００１１】また、上述したような波長安定化装置を例
えばレーザー測長機の光源として用いる場合、光源のパ
ワー変動を充分に許容するためには、干渉光を検出する
検出回路（図示しない）が複雑化して回路規模が大きく
なってしまう。このため、カウンタ回路（図示しない）
ではパワー変動がカウントエラーに影響する。

【００１２】本発明は、このような課題を解決するため
になされており、その目的は、簡単な構成によって、Ｌ
Ｄの発振波長及び出射パワーを高精度に安定化させるこ
とが可能な波長安定化装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１に係る発明は、半導体レーザと、前
記半導体レーザ近傍に配置され、前記半導体レーザ近傍
の温度を検出する温度検出器と、前記半導体レーザを加
熱又は冷却する加熱冷却手段と、前記温度検出器の出力
が設定温度になるように、前記加熱冷却手段を制御する
温度制御部と、前記半導体レーザの出射光を透過又は反
射する波長弁別手段と、前記波長弁別手段を透過又は反
射した前記出射光の光量を検出する光検出器と、前記光
検出器の出力が所定状態に維持されるように、前記半導
体レーザの注入電流を制御する電流制御部とを有する波
長安定化装置において、前記注入電流が予め定められた
電流範囲を外れた場合、外れた電流方向に基づいて、前
記設定温度を変更する設定温度変更手段を具備する。

【００１４】請求項２に係る発明は、半導体レーザと、
前記半導体レーザ近傍に配置され、前記半導体レーザ近
傍の温度を検出する温度検出器と、前記半導体レーザを
加熱又は冷却する加熱冷却手段と、前記温度検出器の出
力が設定温度になるように、前記加熱冷却手段を制御す
る温度制御部と、前記半導体レーザの出射光を透過又は
反射する波長弁別手段と、前記波長弁別手段を透過又は
反射した前記出射光の光量を検出する光検出器と、前記
光検出器の出力が所定状態に維持されるように、前記半
導体レーザの注入電流を制御する電流制御部とを有する
波長安定化装置において、前記光検出器の出力が所定状
態に制御された後、前記光検出器の出力が一定に維持さ
れるように、前記設定温度を変更する設定温度変更手段
を具備する。

【００１５】請求項３に係る発明において、前記設定温
度変更手段は、前記光検出器の出力が所定状態に制御さ
れた後にのみ設定温度を変更する。請求項４に係る発明
は、半導体レーザと、前記半導体レーザ近傍に配置さ
れ、前記半導体レーザ近傍の温度を検出する温度検出器
と、前記半導体レーザを加熱又は冷却する加熱冷却手段
と、前記温度検出器の出力が設定温度になるように、前
記加熱冷却手段を制御する温度制御部と、前記半導体レ
ーザの出射光を透過又は反射する波長弁別手段とを有す
る波長安定化装置において、前記半導体レーザの出射光
の光量，前記波長弁別手段からの透過光の光量，前記波
長弁別手段からの反射光の光量のうち、少なくとも２つ
の光量を検出可能な複数の光検出器と、これら光検出器
からの信号に基づいて、前記半導体レーザの発振波長を
前記波長弁別手段の所定モードに安定化させる波長制御
ユニットと、前記光検出器からの信号に基づいて、前記
半導体レーザの出射パワーを所定レベルに安定化させる
パワー制御ユニットとを具備する。

【００１６】請求項５に係る発明において、前記波長制
御ユニットは、前記波長弁別手段からの透過光の光量を
検出する前記光検出器の出力が所定状態に維持されるよ
うに、前記半導体レーザの注入電流を制御する電流制御
部を備えており、前記パワー制御ユニットは、前記半導
体レーザの出射光の光量を検出する前記光検出器を前記
半導体レーザに内蔵して構成されていると共に、前記半
導体レーザの出射光の光量を検出する光検出器の出力が
一定に維持されるように、前記設定温度を変更する設定
温度変更手段を備えている。

【００１７】請求項６に係る発明において、前記波長制
御ユニットは、前記波長弁別手段からの透過光の光量を
検出する前記光検出器の出力が所定状態に維持されるよ
うに、前記半導体レーザの注入電流を制御する電流制御
部と、前記波長弁別手段からの透過光の光量を検出する
前記光検出器の出力に基づいて、前記電流制御部を駆動
制御する波長制御手段とを備えており、前記パワー制御
ユニットは、前記半導体レーザの出射光の光量を検出す
る前記光検出器の出力が一定に維持されるように、前記
設定温度を変更する設定温度変更手段と、前記半導体レ
ーザの出射光の光量を検出する前記光検出器の出力に基
づいて、前記設定温度変更手段を駆動制御するパワー制
御手段とを備えている。

【００１８】請求項７に係る発明において、前記波長制
御ユニットは、前記波長弁別手段からの透過光の光量を
検出する前記光検出器の出力信号と前記波長弁別手段か
らの反射光の光量を検出する前記光検出器の出力信号に
対して所定の演算を施す演算器と、前記半導体レーザの
発振波長を前記波長弁別手段の所定モードに安定化させ
るように、前記半導体レーザの注入電流を制御する電流
制御部と、前記演算器の演算結果に基づいて、前記電流
制御部を駆動制御する波長制御手段とを備えており、前
記パワー制御ユニットは、前記波長弁別手段からの反射
光の光量を検出する前記光検出器の出力が一定に維持さ
れるように、前記設定温度を変更する設定温度変更手段
と、前記波長弁別手段からの反射光の光量を検出する前
記光検出器の出力に基づいて、前記設定温度変更手段を
駆動制御するパワー制御手段とを備えている。

【００１９】

【作用】請求項１に係る波長安定化装置において、温度
制御部は、温度検出器で検出された半導体レーザ近傍の
温度が設定温度になるように加熱冷却手段を制御する。
半導体レーザの出射光は、波長弁別手段を透過又は反射
し、その透過光又は反射光の光量が、光検出器によって
検出される。電流制御部は、光検出器の出力が所定状態
に維持されるように、半導体レーザの注入電流を制御す
る。ここで、注入電流が予め定められた電流範囲から外
れた場合、設定温度変更手段は、外れた電流方向に基づ
いて、設定温度の変更方向を決定し、徐々に設定温度を
変更する。

【００２０】請求項２に係る波長安定化装置において、
温度制御部は、温度検出器で検出された半導体レーザ近
傍の温度が設定温度になるように加熱冷却手段を制御す
る。半導体レーザの出射光は、波長弁別手段を透過又は
反射し、その透過光又は反射光の光量が、光検出器によ
って検出される。電流制御部は、光検出器の出力が所定
状態に維持されるように、半導体レーザの注入電流を制
御する。そして、光検出器の出力が所定状態に維持され
た後、光検出器の出力が一定に維持されるように、設定
温度変更手段が設定温度を変更する。

【００２１】請求項３に係る波長安定化装置において、
温度制御部は、温度検出器で検出された半導体レーザ近
傍の温度が設定温度になるように加熱冷却手段を制御す
る。半導体レーザの出射光は、波長弁別手段を透過又は
反射し、その透過光又は反射光の光量が、光検出器によ
って検出される。電流制御部は、光検出器の出力が所定
状態に維持されるように、半導体レーザの注入電流を制
御する。そして、光検出器の出力が所定状態に制御され
た後にのみ、設定温度変更手段が設定温度を変更する。

【００２２】請求項４に係る波長安定化装置において、
温度制御部は、温度検出器で検出された半導体レーザ近
傍の温度が設定温度になるように加熱冷却手段を制御す
る。このとき、半導体レーザの出射光の光量，波長弁別
手段からの透過光の光量，波長弁別手段からの反射光の
光量のうち、少なくとも２つの光量が複数の光検出器に
よって検出される。そして、これら光検出器からの信号
に基づいて、波長制御ユニットは、半導体レーザの発振
波長を波長弁別手段の所定モードに安定化させると共
に、パワー制御ユニットは、半導体レーザの出射パワー
を所定レベルに安定化させる。

【００２３】請求項５に係る波長安定化装置において、
波長制御ユニットは、電流制御部を備えており、この電
流制御部が半導体レーザの注入電流を制御することによ
って、波長弁別手段からの透過光の光量を検出する光検
出器の出力が所定状態に維持される。また、パワー制御
ユニットは、半導体レーザの出射光の光量を検出する光
検出器を半導体レーザに内蔵して構成されていると共
に、設定温度変更手段を備えており、この設定温度変更
手段が設定温度を変更することによって、半導体レーザ
の出射光の光量を検出する光検出器の出力が一定に維持
される。

【００２４】請求項６に係る波長安定化装置において、
波長制御ユニットは、電流制御部と波長制御手段とを備
えており、波長弁別手段からの透過光の光量を検出する
光検出器の出力に基づいて、波長制御手段が電流制御部
を駆動制御する。このとき、電流制御部が半導体レーザ
の注入電流を制御することによって、波長弁別手段から
の透過光の光量を検出する光検出器の出力が所定状態に
維持される。また、パワー制御ユニットは、設定温度変
更手段とパワー制御手段とを備えており、半導体レーザ
の出射光の光量を検出する前記光検出器の出力に基づい
て、パワー制御手段が設定温度変更手段を駆動制御す
る。このとき、設定温度変更手段が設定温度を変更する
ことによって、半導体レーザの出射光の光量を検出する
光検出器の出力が一定に維持される。

【００２５】請求項７に係る波長安定化装置において、
波長制御ユニットは、演算器と電流制御部と波長制御部
とを備えており、演算器は、波長弁別手段からの透過光
の光量を検出する光検出器の出力信号と波長弁別手段か
らの反射光の光量を検出する光検出器の出力信号に対し
て所定の演算を施す。この演算器の演算結果に基づい
て、波長制御手段が電流制御部を駆動制御する。このと
き、電流制御部が半導体レーザの注入電流を制御するこ
とによって、半導体レーザの発振波長が波長弁別手段の
所定モードに安定化する。また、パワー制御ユニット
は、設定温度変更手段とパワー制御手段とを備えてお
り、半導体レーザの出射光の光量を検出する光検出器の
出力に基づいて、パワー制御手段が設定温度変更手段を
駆動制御する。このとき、設定温度変更手段が設定温度
を変更することによって、半導体レーザの出射光の光量
を検出する光検出器の出力が一定に維持される。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例に係る波長安定
化装置について、図１を参照して説明する。なお、下記
の各実施例において、半導体レーザは、ＬＤと称する。
図１（ａ）に示すように、本実施例の波長安定化装置に
は、ＬＤ保持体２２内に設けられたＬＤ２４の温度を安
定化させるために、ＬＤ２４近傍には、このＬＤ２４近
傍の温度を検出する温度検出器２６が設けられている。
この温度検出器２６は、ＬＤ温度制御部２８に電気的に
接続されており、温度検出器２６から出力された温度検
出信号はＬＤ温度制御部２８に入力される。

【００２７】ＬＤ温度制御部２８には、設定温度を変更
する設定温度変更手段３０が電気的に接続されており、
ＬＤ温度制御部２８は、上記温度検出信号及び設定温度
に基づいて、ＬＤ２４の温度が設定温度に等しくなるよ
うに、加熱冷却手段３２の駆動電流を制御して、ＬＤ２
４の温度安定化を行う。なお、加熱冷却手段３２には、
放熱用のフィン３４が取り付けられている。

【００２８】ＬＤ２４の出射光は、分岐用光学素子３６
によって２つに分岐され、その一方の出射光は、測長光
として用いられ、その他方の出射光は、波長弁別手段３
８に入射される。

【００２９】波長弁別手段３８は、入射光を透過又は反
射する機能を有するが、本実施例に適用された波長弁別
手段３８は、入射光を透過するように構成されている。
この結果、分岐用光学素子３６によって分岐された他方
の出射光は、波長弁別手段３８を透過し、その透過光量
が光検出器（以下、ＰＤと称する）４０によって検出さ
れる。

【００３０】ＰＤ４０から出力された光量検出信号は、
電流制御部４２に入力され、電流制御部４２は、上記光
量検出信号が所定状態（例えば、ピーク値）に維持され
るように、ＬＤ２４の注入電流を制御する。

【００３１】このとき、注入電流が予め設定された電流
範囲を越えた場合、設定温度変更手段３０が設定温度を
変更する。ＬＤ温度制御部２８は、変更された設定温度
に基づいて、加熱冷却手段３２の駆動電流を制御して、
温度安定化制御を行う。

【００３２】なお、温度検出器２６には例えば小型化に
最適なサーミスタが、加熱冷却手段３２には例えばペル
チェ素子が、また、分岐用光学素子３６には例えばビー
ムスプリッタや分岐プリズムが、そして、波長弁別手段
３８には例えばソリッドエタロン等が夫々適用され、以
下の説明では、これら具体的な構成を用いた場合の実施
例について説明を加える。

【００３３】一般に、ＬＤ２４の特性として、同じ波長
変動分に対して、ＬＤ温度が出射パワーに寄与する分量
は、注入電流が出射パワーに寄与する分量よりも小さい
ことが知られている。出願人が例えば三菱電機株式会社
製ＭＬ７７４Ａ２Ｆを用いて実験した結果を以下に示
す。

【００３４】

【数１】

【００３５】（１）式は、ＬＤ温度が発振波長に寄与す
る分量を示し、（２）式は、注入電流が発振波長に寄与
する分量を示し、（３）式は、ＬＤ温度が出射パワーに
寄与する分量を示し、（４）式は、注入電流が出射パワ
ーに寄与する分量を示す。なお、（１），（２）式は、
環境温度が２０℃付近での実験値であり、（３），
（４）式は、三菱電機データブックからの計算値（２０
〜２５℃付近）である。

【００３６】このように、同じ波長変化をもたらすＬＤ
温度と注入電流とは、１０倍程度のパワー変化を生じ
る。従って、短期的な波長安定化には、制御性の良い注
入電流を用い、パワー安定化には、波長への影響の少な
いＬＤ温度を用いることが好ましい。

【００３７】図１（ｂ）には、本実施例の波長安定化装
置の動作フローが示されている。なお、この動作フロー
は、ＬＤ２４の発振波長をソリッドエタロン３８の所定
モード（図７及び図８の波長λ1 ）に安定化する場合に
ついて記述する。また、下記の動作フローでは、図７及
び図８を参照している。

【００３８】電源投入後、まず、ＬＤ温度制御部２８が
ペルチェ素子３２を制御して、ＬＤ２４の温度を予め設
定されている初期設定温度に安定化させる（Ｓ１）。Ｌ
Ｄ２４の温度が初期設定温度付近で安定したとき、又
は、安定化するのに充分な時間経過した後、電流制御部
４２により注入電流（ｉ）の掃引が行われる。この後、
ＬＤ温度制御部２８は、設定温度に対する温度制御を続
ける。上記Ｓ１の温度制御工程によって定められた電流
掃引範囲内には、波長λ1 のモードが含まれるため、注
入電流（ｉ）の掃引が行われると、ＰＤ４０の出力は、
ある電流ｉ1 でピークとなる（Ｓ２）。

【００３９】次に、電流制御部４２は、ピーク時の電流
ｉ1 をＬＤ２４に供給し（Ｓ３）、以後、微小電流だけ
変化させて常に山の頂点（波長λ1 ）にロックするよう
に、山登り制御を続ける（Ｓ４）。

【００４０】環境温度が常に一定であれば、注入電流
（ｉ）は、ほぼｉ1 で、また、設定温度も初期値のまま
で良い。しかしながら、サーミスタ２６では、正確にＬ
Ｄ２４の温度を検出することができないため、環境温度
変化によってＬＤ２４の温度が変化した場合、図７
（ａ）に示すように、波長λ1 で発振しようとすると、
注入電流（ｉ）が変化し、この結果、図７（ｂ）に示す
ように、出射パワー（Ｐ）が変動してしまう。

【００４１】そこで、設定温度変更手段３０は、注入電
流（ｉ）がｉ1 近傍であるか否か（即ち、注入電流
（ｉ）が所定の電流幅から外れているか否か）を判断す
る（Ｓ５）。

【００４２】このとき、注入電流（ｉ）がｉ1 から大き
く外れた場合、出射パワー（Ｐ）の変動を抑制する温度
方向を設定して、その設定温度をＬＤ温度制御部２８に
出力する。ＬＤ温度制御部２８は、ペルチェ素子３２を
制御して、ＬＤ２４を上記設定温度に安定化させる。即
ち、注入電流（ｉ）がｉ1 に比べて小さければ、設定温
度を上げ、大きければ設定温度を下げるように制御され
る（Ｓ６）。

【００４３】このように、本実施例によれば、環境温度
変化等に起因する出射パワー（Ｐ）の変動を抑制するこ
とができるため、ＰＤ４０の出力信号のＳＮ比が安定す
ると共に、ＬＤ２４の発振波長（λ）及び出射パワー
（Ｐ）を高精度に安定化させることが可能となる。更
に、ある程度限られた環境温度であれば、電流掃引の
前、つまり、モードロックの前から出射パワー（Ｐ）の
安定化制御を行うことも可能である。

【００４４】次に、本発明の第２の実施例に係る波長安
定化装置について、図２を参照して説明する。図２に示
すように、本実施例の波長安定化装置は、ＰＤ４０から
出力された光量検出信号が、設定温度変更手段３０ａに
直接入力されるように構成されている点に特徴を有して
おり、他の構成は、第１の実施例（図１（ａ）参照）と
同一であるため、同一符号を付して、その説明を省略す
る。なお、本実施例の説明では、図４及び図５が参照さ
れる。

【００４５】第１の実施例と同様に、ＬＤ温度制御部２
８は、設定温度に対する温度制御を続け、電流制御部４
２は、ＰＤ４０の出力が波長弁別手段例えばソリッドエ
タロン３８の所定モードにロックするように、注入電流
（ｉ）を制御する。ここで、ＬＤ２４の発振波長（λ）
をソリッドエタロン３８の所定モード（波長λ1 ）に安
定化させる場合、電流制御部４２は、注入電流（ｉ）の
ｉ1 付近で山登り制御を行う。

【００４６】このとき、ＰＤ４０の出力は、電流制御部
４２に入力されると共に、設定温度変更手段３０ａに入
力される。設定温度変更手段３０ａは、ＰＤ４０の出力
が所定値（例えば、ＬＤ２４の温度（Ｔ）がＴ＝Ｔ1 の
ときのＰＤ４０の出力）に比べて小さければ設定温度を
下げ、その信号をＬＤ温度制御部２８に出力する。ＬＤ
温度制御部２８は、入力した信号に基づいて、加熱冷却
手段即ちペルチェ素子３２の駆動電流を制御する。一
方、ＰＤ４０の出力が上記所定値に比べて大きければ設
定温度を上げ、その信号をＬＤ温度制御部２８に出力す
る。ＬＤ温度制御部２８は、入力した信号に基づいて、
ペルチェ素子３２の駆動電流を制御する。この結果、Ｌ
Ｄ２４の発振波長（λ）及び出射パワー（Ｐ）を安定化
させることができる。

【００４７】このように本実施例によれば、ＰＤ４０の
出力を設定温度変換手段３０ａに直接入力するように構
成されているため、更にＰＤ４０の出力信号のＳＮ比が
安定すると共に、ＬＤ２４特性が経時的に変化した場合
でも、ＬＤ２４の発振波長（λ）及び出射パワー（Ｐ）
を高精度に安定化させることが可能となる。

【００４８】次に、本発明の第３の実施例に係る波長安
定化装置について、図３を参照して説明する。図３に示
すように、本実施例の波長安定化装置には、出射光をモ
ニタするモニタ用光検出器（図示しない）が内蔵された
ＬＤ２４ａと、モニタ用光検出器の出力が一定に維持さ
れるように設定温度を変更する設定温度変更手段３０ｂ
とが設けられている点に特徴を有しており、他の構成
は、第１及び第２の実施例（図１（ａ）及び図２参照）
と同一であるため、同一符号を付して、その説明を省略
する。また、本実施例の説明では、図７及び図８を参照
する。なお、モニタ用光検出器は、以下、モニタ用ＰＤ
と称する。

【００４９】第１及び第２の実施例と同様に、ＬＤ温度
制御部２８は、設定温度に対する温度制御を続け、電流
制御部４２は、ＰＤ４０の出力が波長弁別手段例えばソ
リッドエタロン３８の所定モード（波長λ1 ）にロック
するように、注入電流（ｉ）を制御する。ここで、ＬＤ
２４ａの発振波長（λ）が、ソリッドエタロン３８の所
定モードにロックしているとき、つまり、電流制御部４
２が、注入電流（ｉ）のｉ1 付近で山登り制御している
とき、ＬＤ２４ａに内蔵されたモニタ用光検出器の出力
が設定温度変更手段３０ｂに入力される。

【００５０】このとき、ＬＤ２４ａの発振波長（λ）
は、ソリッドエタロン３８の所定モードにロックされて
いるため、ＬＤ２４ａの注入電流（ｉ）は、環境温度の
変化が無い限り、ほぼ一定に維持される。ところが、環
境温度が変化した場合であっても、ソリッドエタロン３
８を波長基準として注入電流（ｉ）を制御しているた
め、ＬＤ２４ａの発振波長（λ）は安定化するが、ＬＤ
２４ａの温度変化に伴って注入電流（ｉ）が大きく変動
するため、ＬＤ２４ａの出射パワー（Ｐ）が変動してし
まう。

【００５１】そこで、モニタ用ＰＤの出力が所定値（例
えば、ＬＤ２４ａの温度（Ｔ）がＴ＝Ｔ1 のときのモニ
タ用ＰＤの出力）に比べて小さければ設定温度を下げ、
その信号をＬＤ温度制御部２８に出力する。ＬＤ温度制
御部２８は、入力した信号に基づいて、加熱冷却手段即
ちペルチェ素子３２の駆動電流を制御する。一方、ＰＤ
４０の出力が上記所定値に比べて大きければ設定温度を
上げ、その信号をＬＤ温度制御部２８に出力する。ＬＤ
温度制御部２８は、入力した信号に基づいて、ペルチェ
素子３２の駆動電流を制御する。この結果、ＬＤ２４ａ
の発振波長（λ）及び出射パワー（Ｐ）を安定化させる
ことができる。

【００５２】このように本実施例によれば、環境温度変
化等に起因するＬＤ２４ａの出射パワー（Ｐ）の変動を
抑制することができるため、ＰＤ４０の出力信号のＳＮ
比が安定すると共に、ＬＤ２４ａ特性が経時的に変化し
た場合でも、ＬＤ２４ａの発振波長（λ）及び出射パワ
ー（Ｐ）を高精度に安定化させることが可能となる。更
に、本実施例では、ＬＤ２４ａの出射パワー（Ｐ）に対
応するモニタ光出力を利用しているため、ピーク値（図
８のｃ点の値）以外の任意の値（例えば、図８のｄ点の
値）へのモードロックに対して特に有効である。

【００５３】次に、本発明の第４の実施例に係る波長安
定化装置について、図４を参照して説明する。図４に示
すように、本実施例の波長安定化装置は、上記第３の実
施例（図３参照）の改良に係り、ＬＤ２４の出射光を２
方向に分岐する分岐用光学素子４４（例えば、ビームス
プリッタ又は分岐プリズム）と、この分岐用光学素子４
４によって分岐された一方の出射光を受光して、その受
光量に対応した信号を出力するパワー制御用ＰＤ４６
と、このパワー制御用ＰＤ４６からの出力信号に基づい
て、設定温度変更手段３０ｂを駆動制御するパワー制御
手段４８と、ＰＤ４０の出力信号に基づいて、電流制御
部４２を駆動制御する波長制御手段５０とを備えてい
る。なお、他の構成は、第３の実施例と同一であるた
め、同一符号を付して、その説明を省略する。また、本
実施例の説明では、図７及び図８を参照する。

【００５４】本実施例において、波長制御手段５０は、
ＰＤ４０の出力が波長弁別手段例えばソリッドエタロン
３８の所定モード（波長λ1 ）にロックするように、電
流制御部４２を駆動制御する。ここで、ＬＤ２４の発振
波長（λ）が、ソリッドエタロン３８の所定モードにロ
ックしているとき、つまり、電流制御部４２が、注入電
流（ｉ）のｉ1 付近で山登り制御しているとき、パワー
制御用ＰＤ４６の出力が設定温度変更手段３０ｂに入力
される。

【００５５】ＬＤ２４の発振波長（λ）は、ソリッドエ
タロン３８の所定モードにロックされているため、ＬＤ
２４の注入電流（ｉ）は、環境温度の変化が無い限り、
ほぼ一定に維持される。ところが、環境温度が変化した
場合であっても、ソリッドエタロン３８を波長基準とし
て注入電流（ｉ）を制御しているため、ＬＤ２４の発振
波長（λ）は安定化するが、ＬＤ２４の温度変化に伴
い、注入電流（ｉ）が大きく変動し、ＬＤ２４の出射パ
ワー（Ｐ）が変動してしまう。

【００５６】そこで、パワー制御用ＰＤ４６の出力（例
えば、ＬＤ２４の温度（Ｔ）がＴ＝Ｔ1 のときの出力）
が所定値に比べて小さければ設定温度を下げ、その信号
をＬＤ温度制御部２８に出力する。ＬＤ温度制御部２８
は、入力した信号に基づいて、加熱冷却手段即ちペルチ
ェ素子３２の駆動電流を制御する。一方、パワー制御用
ＰＤ４６の出力が上記所定値に比べて大きければ設定温
度を上げ、その信号をＬＤ温度制御部２８に出力する。
ＬＤ温度制御部２８は、入力した信号に基づいて、ペル
チェ素子３２の駆動電流を制御する。この結果、ＬＤ２
４の発振波長（λ）及び出射パワー（Ｐ）を安定化させ
ることができる。

【００５７】このように本実施例によれば、環境温度変
化等に起因するＬＤ２４の出射パワー（Ｐ）の変動を抑
制することができるため、ＰＤ４０の出力信号のＳＮ比
が安定すると共に、ＬＤ２４特性が経時的に変化した場
合でも、ＬＤ２４の発振波長（λ）及び出射パワー
（Ｐ）を高精度に安定化させることが可能となる。

【００５８】なお、本実施例では、山登り制御によって
波長の安定化を図っているが、これ以外において、波長
の安定化を実現する方法としては、例えば、モードロッ
クさせる光量レベルを、ピーク値（図８のｃ点の値）以
外の山の中点（例えば、図８のｄ点の値）に設定するこ
とも有効である。この場合、山登り制御に比べて高い精
度での波長安定化を実現することが可能となる。

【００５９】次に、本発明の第５の実施例に係る波長安
定化装置について、図５及び図６を参照して説明する。
図５に示すように、本実施例の波長安定化装置は、上記
第４の実施例の改良に係り、この波長安定化装置に適用
された波長弁別手段例えばソリッドエタロン３８は、入
射光を透過及び反射するように構成されている。

【００６０】この場合、分岐用光学素子３６によって分
岐された出射光は、その一方は測長光として用いられ、
その他方は、ソリッドエタロン３８を透過した後、ＰＤ
４０によって透過光量が検出される。

【００６１】一方、ソリッドエタロン３８から反射した
反射光は、再び、分岐用光学素子３６に照射された後、
この分岐用光学素子３６から反射してパワー制御用ＰＤ
４６に照射される。

【００６２】このとき、パワー制御用ＰＤ４６から出力
された信号は、上記第４の実施例と同様に、パワー制御
手段４８に入力される。また、本実施例の波長安定化装
置には、ＰＤ４０の出力信号とパワー制御用ＰＤ４６の
出力信号に対して減算処理を施す減算器５２が設けられ
ており、波長制御手段５０は、この減算器５２の出力に
基づいて、電流制御部４２を駆動制御するように構成さ
れている。

【００６３】なお、他の構成は、上記第４の実施例と同
一であるため、同一符号を付して、その説明を省略す
る。また、本実施例の説明では、図７及び図８を参照す
る。本実施例において、ＬＤ温度制御部２８は、設定温
度に対する温度制御を続ける。このとき、波長制御手段
５０は、減算器５０の出力がゼロとなるように、電流制
御部４２を駆動制御して、ＬＤ２４への注入電流（ｉ）
を制御する。

【００６４】具体的には、図６（ａ）に示すように、ソ
リッドエタロン３８を透過した透過光を受光したＰＤ４
０の出力信号は、図中実線で示すような特性を有してお
り、一方、ソリッドエタロン３８から反射した反射光を
受光したパワー制御用ＰＤ４６の出力信号は、図中点線
で示すような特性を有する。

【００６５】これらＰＤ４０及びパワー制御用ＰＤ４６
の出力信号は、減算器５０に入力された後、減算処理が
施されることによって、図６（ｂ）に示すような出力信
号に変換されることになる。

【００６６】このとき、波長制御手段５０は、減算器５
０の出力がゼロとなるように、電流制御部４２を駆動制
御して、ＬＤ２４への注入電流（ｉ）を制御する。この
場合、図６（ｂ）に示すように、波長λ1 のとき、減算
器５０の出力はゼロとなる。

【００６７】従って、波長制御手段５０は、減算器５０
の出力がソリッドエタロン３８の所定モード（即ち、波
長λ1 ）にロックするように、電流制御部４２を駆動制
御して、ＬＤ２４への注入電流（ｉ）を制御することに
なる。

【００６８】ここで、ＬＤ２４の発振波長（λ）が、ソ
リッドエタロン３８の所定モード（即ち、波長λ1 ）に
ロックしているとき、つまり、電流制御部４２が、注入
電流（ｉ）のｉ1 付近に制御されているとき、パワー制
御用ＰＤ４６の出力信号（図６（ａ）の点線で示す出力
信号）がパワー制御手段４８に入力される。

【００６９】このとき、ＬＤ２４の発振波長（λ）は、
ソリッドエタロン３８の所定モードにロックされている
ため、ＬＤ２４への注入電流（ｉ）は、環境温度の変化
が無い限り、ほぼ一定に維持される。しかし、環境温度
が変化した場合であっても、ソリッドエタロン３８を波
長基準として注入電流（ｉ）を制御しているため、ＬＤ
２４の発振波長（λ）は安定化するが、ＬＤ２４の温度
変化に伴って注入電流（ｉ）が大きく変動するため、Ｌ
Ｄ２４の出射パワー（Ｐ）が変動してしまう。

【００７０】そこで、パワー制御用ＰＤ４６の出力が所
定値（図６（ａ）の出力Ｖf （＜ピーク値Ｖe ））に比
べて小さいとき、パワー制御手段４８は、パワー制御用
ＰＤ４６の出力が大きくなるように設定温度を変更する
指令を設定温度変更手段３０ｂに出力する。設定温度変
更手段３０ｂは、上記指令に従ってＬＤ温度制御部２８
に新たな設定温度信号を出力する。このとき、ＬＤ温度
制御部２８は、ＬＤ２４が新たな設定温度になるよう
に、新たな設定温度信号に基づいて、加熱冷却手段即ち
ペルチェ素子３２の駆動電流を制御する。

【００７１】一方、パワー制御用ＰＤ４６の出力が上記
所定値に比べて大きいとき、パワー制御手段４８は、パ
ワー制御用ＰＤ４６の出力が小さくなるように設定温度
を変更する指令を設定温度変更手段３０ｂに出力する。
設定温度変更手段３０ｂは、上記指令に従ってＬＤ温度
制御部２８に新たな設定温度信号を出力する。このと
き、ＬＤ温度制御部２８は、ＬＤ２４が新たな設定温度
になるように、新たな設定温度信号に基づいて、ペルチ
ェ素子３２の駆動電流を制御する。

【００７２】このような制御が実行されることによっ
て、ＬＤ２４の発振波長（λ）及び出射パワー（Ｐ）を
安定化させることが可能となる。このように本実施例に
よれば、環境温度変化等に起因するＬＤ２４の出射パワ
ー（Ｐ）の変動を抑制することができるため、ＰＤ４０
の出力信号のＳＮ比が安定すると共に、ＬＤ２４特性が
経時的に変化した場合でも、ＬＤ２４の発振波長（λ）
及び出射パワー（Ｐ）を高精度に安定化させることが可
能となる。また、本実施例では、ソリッドエタロン３８
の透過光量及び反射光量の双方を検出しているため、所
定モードへの迅速なロック処理が可能となる。更に、減
算器５２と波長制御手段５０とによって、減算器５０の
出力がゼロ（即ち、（透過光量）−（反射光量）＝０）
となるように演算処理制御が行われているため、ＰＤ４
０，４６のいずれか一方の出力信号に基づいて、波長を
安定化制御する方法（例えば、山登り制御方法）に比べ
て、制御精度を向上させることができる。この結果、高
精度な波長安定化処理を実現することが可能となる。な
お、本実施例は、ソリッドエタロン３８からの反射光を
用いてＬＤ２４の出射パワーの安定化を図っているが、
例えば、ソリッドエタロン３８を透過する透過光を用い
てＬＤ２４の出射パワーを安定化させるように構成する
ことも可能である。

【００７３】また、上述した各実施例では、夫々、波長
弁別手段としてソリッドエタロンを用いた場合について
説明したが、例えば吸収セル等を適用しても同様の作用
効果を奏する。また、上記各実施例において、設定温度
が初期値から変化等することによりＬＤ特性が経時変化
することが想定されるため、例えば警報により作業者に
ＬＤの交換時期を告知するように構成することも好まし
い。更に、ＬＤの出射パワーが常に安定しているため、
予めＬＤの寿命を推察することも可能である。

【００７４】また、上記各実施例の波長安定化装置を例
えばレーザー測長機の光源として用いれば、検出側の回
路が簡略化され、リサージュ長の変動を減少させること
ができるため、測長エラー等を抑制することも可能とな
る。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、光検出器の出力が一定
になるように、設定温度を変更する設定温度変更手段を
備えているため、半導体レーザの発振波長及び出射パワ
ーを高精度に安定化させることが可能な波長安定化装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施例に係る波長安
定化装置の構成を概略的に示す図、（ｂ）は、波長安定
化装置の動作を示すフローチャート。

【図２】本発明の第２の実施例に係る波長安定化装置の
構成を概略的に示す図。

【図３】本発明の第３の実施例に係る波長安定化装置の
構成を概略的に示す図。

【図４】本発明の第４の実施例に係る波長安定化装置の
構成を概略的に示す図。

【図５】本発明の第５の実施例に係る波長安定化装置の
構成を概略的に示す図。

【図６】（ａ）は、ソリッドエタロンを透過した透過光
を受光したＰＤの出力信号特性と、ソリッドエタロンか
ら反射した反射光を受光したパワー制御用ＰＤの出力信
号特性との関係を示す図、（ｂ）は、減算器の出力信号
特性を示す図。

【図７】（ａ）は、ＬＤ温度に対する注入電流と発振波
長との関係を示す図、（ｂ）は、ＬＤ温度に対する注入
電流と出射パワーとの関係を示す図。

【図８】周期的な波長を透過するエタロンの特性を示す
図。

【図９】従来の波長安定化装置の構成を概略的に示す
図。

【符号の説明】

２４…ＬＤ、２６…温度検出器、２８…ＬＤ温度制御
部、３０…設定温度変更手段、３２…加熱冷却手段、３
８…波長弁別手段、４０…ＰＤ、４２…電流制御部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯川 浩 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 藤本 洋久 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザと、 前記半導体レーザ近傍に配置され、前記半導体レーザ近
   傍の温度を検出する温度検出器と、 前記半導体レーザを加熱又は冷却する加熱冷却手段と、 前記温度検出器の出力が設定温度になるように、前記加
   熱冷却手段を制御する温度制御部と、 前記半導体レーザの出射光を透過又は反射する波長弁別
   手段と、 前記波長弁別手段を透過又は反射した前記出射光の光量
   を検出する光検出器と、 前記光検出器の出力が所定状態に維持されるように、前
   記半導体レーザの注入電流を制御する電流制御部とを有
   する波長安定化装置において、 前記注入電流が予め定められた電流範囲を外れた場合、
   外れた電流方向に基づいて、前記設定温度を変更する設
   定温度変更手段を具備することを特徴とする波長安定化
   装置。
2. 【請求項２】 半導体レーザと、 前記半導体レーザ近傍に配置され、前記半導体レーザ近
   傍の温度を検出する温度検出器と、 前記半導体レーザを加熱又は冷却する加熱冷却手段と、 前記温度検出器の出力が設定温度になるように、前記加
   熱冷却手段を制御する温度制御部と、 前記半導体レーザの出射光を透過又は反射する波長弁別
   手段と、 前記波長弁別手段を透過又は反射した前記出射光の光量
   を検出する光検出器と、 前記光検出器の出力が所定状態に維持されるように、前
   記半導体レーザの注入電流を制御する電流制御部とを有
   する波長安定化装置において、 前記光検出器の出力が所定状態に制御された後、前記光
   検出器の出力が一定に維持されるように、前記設定温度
   を変更する設定温度変更手段を具備することを特徴とす
   る波長安定化装置。
3. 【請求項３】 前記設定温度変更手段は、前記光検出器
   の出力が所定状態に制御された後にのみ設定温度を変更
   する請求項１又は２に記載の波長安定化装置。
4. 【請求項４】 半導体レーザと、 前記半導体レーザ近傍に配置され、前記半導体レーザ近
   傍の温度を検出する温度検出器と、 前記半導体レーザを加熱又は冷却する加熱冷却手段と、 前記温度検出器の出力が設定温度になるように、前記加
   熱冷却手段を制御する温度制御部と、 前記半導体レーザの出射光を透過又は反射する波長弁別
   手段とを有する波長安定化装置において、 前記半導体レーザの出射光の光量，前記波長弁別手段か
   らの透過光の光量，前記波長弁別手段からの反射光の光
   量のうち、少なくとも２つの光量を検出可能な複数の光
   検出器と、 これら光検出器からの信号に基づいて、前記半導体レー
   ザの発振波長を前記波長弁別手段の所定モードに安定化
   させる波長制御ユニットと、 前記光検出器からの信号に基づいて、前記半導体レーザ
   の出射パワーを所定レベルに安定化させるパワー制御ユ
   ニットとを具備することを特徴とする波長安定化装置。
5. 【請求項５】 前記波長制御ユニットは、前記波長弁別
   手段からの透過光の光量を検出する前記光検出器の出力
   が所定状態に維持されるように、前記半導体レーザの注
   入電流を制御する電流制御部を備えており、 前記パワー制御ユニットは、前記半導体レーザの出射光
   の光量を検出する前記光検出器を前記半導体レーザに内
   蔵して構成されていると共に、前記半導体レーザの出射
   光の光量を検出する光検出器の出力が一定に維持される
   ように、前記設定温度を変更する設定温度変更手段を備
   えていることを特徴とする請求項４に記載の波長安定化
   装置。
6. 【請求項６】 前記波長制御ユニットは、前記波長弁別
   手段からの透過光の光量を検出する前記光検出器の出力
   が所定状態に維持されるように、前記半導体レーザの注
   入電流を制御する電流制御部と、前記波長弁別手段から
   の透過光の光量を検出する前記光検出器の出力に基づい
   て、前記電流制御部を駆動制御する波長制御手段とを備
   えており、 前記パワー制御ユニットは、前記半導体レーザの出射光
   の光量を検出する前記光検出器の出力が一定に維持され
   るように、前記設定温度を変更する設定温度変更手段
   と、前記半導体レーザの出射光の光量を検出する前記光
   検出器の出力に基づいて、前記設定温度変更手段を駆動
   制御するパワー制御手段とを備えていることを特徴とす
   る請求項１に記載の波長安定化装置。
7. 【請求項７】 前記波長制御ユニットは、前記波長弁別
   手段からの透過光の光量を検出する前記光検出器の出力
   信号と前記波長弁別手段からの反射光の光量を検出する
   前記光検出器の出力信号に対して所定の演算を施す演算
   器と、前記半導体レーザの発振波長を前記波長弁別手段
   の所定モードに安定化させるように、前記半導体レーザ
   の注入電流を制御する電流制御部と、前記演算器の演算
   結果に基づいて、前記電流制御部を駆動制御する波長制
   御手段とを備えており、 前記パワー制御ユニットは、前記波長弁別手段からの反
   射光の光量を検出する前記光検出器の出力が一定に維持
   されるように、前記設定温度を変更する設定温度変更手
   段と、前記波長弁別手段からの反射光の光量を検出する
   前記光検出器の出力に基づいて、前記設定温度変更手段
   を駆動制御するパワー制御手段とを備えていることを特
   徴とする請求項１に記載の波長安定化装置。