JPH10117041A - 半導体レーザ素子の電流対光出力特性の測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザ素子の電流対光出力特性を正確
にかつ短時間で測定でき、しかも小型軽量な測定装置を
提供する。 【解決手段】 本測定装置１０は、レーザ素子を支持す
る熱伝導性の良好な支持体１８、支持体を介してレーザ
素子を加熱又は冷却するペルチエ素子２０、光出力を測
定するフォトダイオード２２、レーザ素子の駆動回路３
４、ペルチエ素子を駆動すると共に支持体の温度を測定
してペルチエ素子に入力する電流を調整し、支持体の温
度を所定温度に維持する温度制御装置３６と、コンピュ
ータ１８に組み込まれた設定・演算装置１６とを備えて
いる。ペルチエ素子の側面に放熱板２６が設けられてい
る。設定・演算装置は、レーザ素子の駆動装置及び温度
制御装置を制御し、レーザ素子への電流値Ｉ及び支持体
の温度Ｔを自在に設定すると共に光出力Ｌの信号を受け
て、温度Ｔの下で電流値Ｉに対する光出力Ｌの電流対光
出力特性を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
の電流対光出力特性の測定装置に関し、更に詳細には半
導体レーザ素子に流入させた電流値と光出力との相関関
係を示す正確な電流対光出力特性を短時間で簡単に測定
できる測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体レーザ素子は、限界値以
下の入力電流では、入力電流Ｉと光出力Ｌとの間でほぼ
線型の電流対光出力特性を示す。電流対光出力特性は、
図２に示すように、半導体レーザ素子に注入する入力電
流Ｉに対応する光出力Ｌを示す特性曲線であって、入力
電流を限界電流値以下で変化させ、その時の光出力Ｌを
測定することにより求められる。半導体レーザ素子の電
流対光出力特性曲線は、半導体レーザ素子の環境温度が
異なると異なる変化を示すので、電流対光出力特性を測
定する際には、半導体レーザ素子の環境温度を一定に維
持することが重要である。

【０００３】そこで、半導体レーザ素子の従来の電流対
光出力特性測定装置では、恒温式収容容器（以下、恒温
槽と言う）を使用し、測定すべき半導体レーザ素子を恒
温槽に入れて、半導体レーザ素子を一定の温度に維持し
つつ電流対光出力特性を測定している。恒温槽は、加温
・降温手段を備え、内部を設定温度に維持できる密閉型
の容器であって、一般に、自立型の嵩の大きい大型なも
のが多く、恒温槽の温度設定は恒温槽の側面などに設け
られた操作盤において行われる。測定者は、半導体レー
ザ素子及び必要な制御回路を一緒に恒温槽に入れ、目標
の環境温度を設定して恒温槽を作動させる。恒温槽の内
部が目標温度に達すると、測定者は、入力電流を設定し
て半導体レーザ素子を駆動し、その時の光出力を測定す
る。測定者は、限界電流値以下で入力電流の電流値を変
化させ、各電流値に対する光出力を測定し特性曲線を求
める。限界電流値を越えて入力電流Ｉを大きくする必要
もなく、また大きくすると、却って半導体レーザ素子に
損傷を与える危険があるので、測定者は入力電流を限界
電流値以下に維持しつつ光出力を測定を行うよう注意す
る必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、恒温槽を使
用した従来の電流対光出力特性測定装置には、次のよう
な問題点があった。第１には、従来の装置では、自己発
熱の影響の少ない正確な電流対光出力特性を求めること
が難しい。それは、長い時間にわたり電流を注入してレ
ーザ発振を継続すると、半導体レーザ素子内で自己発熱
が生じ、光出力が変動して正しい特性曲線を求めること
が出来ないのにもかかわらず、恒温槽を使用しているた
めに光出力の測定が面倒で、半導体レーザ素子を駆動さ
せた後、短時間で光出力を測定することが難しく、半導
体レーザ素子内で自己発熱が生じて、光出力が変動する
からである。第２には、恒温槽の熱容量が大きいため、
短時間で恒温槽の温度調整を行うことが難しく、電流対
光出力特性の測定に時間を要する。第３には、恒温槽が
大型で重量があるために、測定者が測定場所に持ち運ぶ
ことができず、測定する上で不便である。

【０００５】以上の問題に照らして、本発明の目的は、
半導体レーザ素子の電流対光出力特性を正確にかつ短時
間で測定でき、しかも小型軽量な測定装置を提供するこ
とである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、加熱源とし
て制御感応性の良いペルチエ素子に着眼し、ペルチエ素
子の動作を制御することにより、半導体レーザ素子の環
境温度を保持することを着想し、実験を重ねて本発明を
完成するに到った。

【０００７】本発明の目的を達成するために、本発明に
係る半導体レーザ素子の電流対光出力特性の測定装置
は、半導体レーザ素子に流入させた入力電流と、半導体
レーザ素子から発生する光出力との関係を測定するため
の半導体レーザ素子の電流対光出力特性の測定装置であ
って、半導体レーザ素子の駆動回路と、半導体レーザ素
子を支持する熱伝導性の良好な支持体と、支持体に接し
て設けられ、支持体を介して半導体レーザ素子を加熱又
は冷却するペルチエ素子と、半導体レーザ素子の光出力
を測定する受光素子とペルチエ素子を駆動する駆動回路
を有し、かつ支持体に設けられた温度検出素子から得た
支持体の測定温度に基づいてペルチエ素子に入力する電
流値を調整し、支持体の温度を目標温度に維持する温度
制御装置とを備えていることを特徴としている。

【０００８】本発明で使用する支持体は、熱伝導性の良
好な材料、例えば、銀、銅、アルミニウム等の金属板で
形成され、支持機能に加えて、半導体レーザ素子に比べ
て大きな熱容量を備えたヒートシンクの機能も有する。
熱容量の差により、半導体レーザ素子の環境温度は、支
持体の温度とほぼ同じになり、しかも半導体レーザ素子
の温度を浮動させることなく、目標温度に維持すること
ができる。また、半導体レーザ素子の光出力を測定でき
る限り、半導体レーザ素子の支持方法は、特に限定はな
く、例えば支持体の上面に半導体レーザ素子の取り付け
座及びそこから支持体を貫通して下面に達する貫通孔を
それぞれ設け、貫通孔の下端開口又は下端開口直下に受
光素子を装着して、半導体レーザ素子から出て貫通孔を
通過したレーザ光を受光素子で受光するようにしても良
い。また、貫通孔に代えて光透過性材料で導波路を形成
しても良い。

【０００９】ペルチエ素子とは、ペルチエ効果を奏する
小型の素子である。ペルチエ効果は、相互に異なる２種
類の金属の接合部、例えばｐ型及びｎ型の半導体の接合
部に一の方向に電流を流すとき、その接合部に熱が発生
して温度が上昇し、また逆の方向に電流を流すとき、そ
の接合部から熱が吸収され、温度が低下する現象であ
る。電流の強さに比例して、熱の発生、吸収が生じるの
で、ペルチエ素子を熱源として使用すると、電流値を調
整することにより、支持体、従って半導体レーザ素子の
温度を容易に制御することができる。受光素子は、受光
したレーザ光を電流に変換できる素子であって、例えば
フォトダイオードである。温度制御装置は、支持体の温
度を測定し、目標温度との差からペルチエ素子に流す電
流値を調整するフィードバック制御回路を備えた制御装
置であって、目標温度を自在に設定できるようになって
いる。

【００１０】本発明に係る好適な実施態様では、支持体
とは反対側のペルチエ素子の側面に放熱板が設けられて
いる。これにより、不要の熱エネルギーを外部に放熱し
て、支持体の温度を短時間で目標温度に設定することが
できる。

【００１１】本発明に係る更に好適な実施態様は、半導
体レーザ素子の駆動回路及び温度制御装置を制御して、
半導体レーザ素子への目標電流値Ｉ及び支持体の目標温
度Ｔを自在に設定すると共に、受光素子から出力された
光出力Ｌの信号を受け取り、温度Ｔの下で電流値Ｉに対
する光出力Ｌの相関関係からなる半導体レーザ素子の電
流対光出力特性を算出する設定・演算装置を備えてい
る。設定・演算装置としてパーソナル・コンピュータを
使用できる。半導体レーザ素子に流入させる電流値を限
界電流値以下の値で連続的に又は断続的に増大又は減少
するように設定し、かつ電流の入力時間を設定し、更に
支持体の温度、従って半導体レーザ素子の温度を設定す
ることにより、自動的に半導体レーザ素子の電流対光出
力特性を測定することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、実施例を挙げ、添付図面
を参照して、本発明の実施の形態を具体的、且つ詳細に
説明する。実施例 本実施例は、本発明に係る半導体レーザ素子の電流対光
出力特性の測定装置の実施例であって、図１はその構成
を示すブロック図である。本実施例の半導体レーザ素子
の電流対光出力特性の測定装置１０（以下、簡単に測定
装置１０と言う）は、図１に示すように、半導体レーザ
素子ＬＤの光出力を計測する計測部１２と、計測部１２
を制御する制御部１４と、制御部１４で設定すべき目標
値を制御部１４に入力し、かつ計測された光出力に基づ
いて電流対光出力特性を求める設定・演算装置１６（実
際は、設定・演算装置１６を組み込んだコンピュータ１
８）とから構成されている。

【００１３】計測部１２は、計測対象の半導体レーザ素
子ＬＤを支持する支持体２０と、支持体２０の下面に設
けられ、支持体２０を加熱及び／又は冷却し、支持体２
０を介して半導体レーザ素子の温度を調整するペルチエ
素子２２と、半導体レーザ素子ＬＤから出たレーザ光を
光出力として受光し、光出力に比例した電流値に変換し
て出力するフォトダイオード２４と、フォトダイオード
２４から出力された電流値を電圧に変換する電流／電圧
変換回路２６とを備えている。また、ペルチエ素子２２
の下面には、放熱板２８が取り付けられ、ペルチエ素子
２２から不要の熱エネルギーを外部に短時間で放熱する
ようになっている。

【００１４】支持体２０は、板状の金属板で形成され、
半導体レーザ素子ＬＤを取り付ける取り付け座３０を上
面に備え、取り付け座３０から下方のフォトダイオード
２４にレーザ光を伝播させる適切な導波路を有する。導
波路は、貫通孔でも、また光透過性の材料で形成しても
良い。また、支持体２０には、支持体２０の温度を検出
する温度検出素子として、サーミスタ３２が半導体レー
ザ素子ＬＤの取り付け座３０の近傍に設けられている。
これにより、半導体レーザ素子ＬＤの温度を比較的正し
く検出することができる。ペルチエ素子２２は、温度可
変手段として、支持体２０と放熱板２８とによりサンド
イッチ状に挟まれるようにして、シリコングリスなどを
介して固定されている。

【００１５】制御部１４は、半導体レーザ素子ＬＤを駆
動するレーザ素子駆動回路３４と、温度制御回路３６と
から構成されている。レーザ素子駆動回路３４は、半導
体レーザ素子ＬＤに設定電流値Ｉの電流を流入し、半導
体レーザ素子ＬＤにレーザ光を光出力Ｌで発光させる。
温度制御回路３６は、ペルチエ素子２２を駆動する駆動
回路を備え、サーミスタ３２により測定した支持体２０
の測定温度に基づいてペルチエ素子２２に入力する電流
の強さを調整し、支持体２０の温度を設定温度Ｔに維持
する。設定・演算装置１６は、コンピュータ１８に組み
込まれ、半導体レーザ素子の駆動回路３４及び温度制御
回路３６を制御し、半導体レーザ素子ＬＤに流入させる
目標電流値Ｉ及び支持体の目標温度Ｔを自在に設定する
と共に電流／電圧変換回路２６から出力された光出力Ｌ
の電圧信号を入力し、温度Ｔの下で電流値Ｉに対する光
出力Ｌの相関関係からなる半導体レーザ素子ＬＤの電流
対光出力特性を算出する。半導体レーザ素子ＬＤへの目
標電流値Ｉ及び支持体の目標温度Ｔは、コンピュータ１
８のＩ／Ｏ装置から設定・演算装置１６に入力でき、電
流対光出力特性はコンピュータ１８のモニター及びプリ
ンターに出力される。コンピュータ１８は、いわゆるマ
イコン程度の小型コンピュータで十分である。

【００１６】本測定装置１０を使用して、半導体レーザ
素子ＬＤの電流対光出力特性を求めるには、先ず、コン
ピュータ１８から目標温度Ｔを設定・演算装置１６に入
力する。これにより、温度制御回路３６を介して支持体
２０の温度、従って半導体レーザ素子ＬＤを比較的短時
間に目標温度Ｔに設定することができる。次いで、コン
ピュータ１８から目標電流値Ｉ及びその目標印加時間を
設定・演算装置１６に入力する。これにより、レーザ素
子駆動回路３４を介して設定電流値Ｉの電流が目標印加
時間の間だけ半導体レーザ素子ＬＤに流れ、その時の目
標電流値Ｉに対応する光出力Ｌで半導体レーザ素子ＬＤ
がレーザ光を発振する。印加時間の経過後には、半導体
レーザ素子ＬＤには電流が流れず、レーザ光の発光は停
止する。設定する印加時間は、自己発熱を防止するため
に極く短い時間のほうが好ましい。発振したレーザ光の
光出力Ｌをフォトダイオード２４及び電流／電圧変換回
路２６を介して受け取り、設定・演算装置１６及びコン
ピュータ１８により温度Ｔの下で設定電流値Ｉに対応す
る光出力Ｌを求めることができる。次いで、目標電流値
Ｉの値を変更し、その時の光出力Ｌを同様にして求め
る。これを繰り返すことにより、半導体レーザ素子ＬＤ
の電流対光出力特性を求めることができる。

【００１７】図２は、温度Ｔが２０℃、３０℃、４０
℃、５０℃及び６０℃の下で半導体レーザ素子ＬＤの電
流値Ｉと光出力Ｌとの関係を示す電流対光出力特性を本
測定装置１０により求めたグラフで、横軸に半導体レー
ザ素子ＬＤに入力する電流値Ｉ、縦軸に光出力Ｌを取っ
ている。

【００１８】また、コンピュータ１８から設定・演算装
置１６に限界電流値を入力することにより、限界電流値
以上の目標電流値Ｉを設定できないようにすることも出
来るし、また光出力Ｌが設定最大値を越えた場合には、
警報を出すようにすることもできる。これにより、無用
の測定を防止し、また半導体レーザ素子の損傷を防止す
ることができる。また、本測定装置１０では、コンピュ
ータ１８に設定電流値Ｉの時間的な変化を入力すること
により、その変化に応じた設定電流値Ｉの電流を半導体
レーザ素子ＬＤに印加し、自動的に電流対光出力特性を
求めることもできる。

【００１９】以上のように、本測定装置１０による光出
力Ｌの測定時間は極めて短いので、自己発熱による光出
力の測定誤差は生じない。また、本測定装置１０は、小
型軽量の部品で構成されているので、持ち運びに便利
で、作業性が良い。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、支持体を介して半導体
レーザ素子の温度を比較的短時間で目標温度に調整し、
その温度で一定に維持し、半導体レーザ素子の光出力を
直ちに計測できるので、自己発熱の影響が少なく、正確
な電流対光出力特性を短時間で測定することができる。
また、本発明に係る半導体レーザ素子の電流対光出力特
性測定装置は、従来の恒温槽のような大型の機器を必要
とせず、小型軽量の部品で構成されているので、持ち運
びに便利で、作業性が良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体レーザ素子の電流対光出力
特性測定装置の実施例の構成を示すブロック図である。

【図２】半導体レーザ素子の電流対光出力特性を示す特
性図である。

【符号の説明】

１０……本発明に係る半導体レーザ素子の電流対光出力
特性測定装置の実施例、１２……計測部、１４……制御
部、１６……設定・演算装置、１８……コンピュータ、
２０……支持体、２２……ペルチエ素子、２４……フォ
トダイオード、２６……電流／電圧変換回路、２８……
放熱板、３０……取り付け座、３２……サーミスタ、３
４……レーザ素子駆動回路、３６……温度制御回路、３
８……設定・演算装置。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザ素子に流入させた入力電流
   と、半導体レーザ素子から発生する光出力との関係を測
   定するための半導体レーザ素子の電流対光出力特性の測
   定装置であって、 半導体レーザ素子の駆動回路と、 半導体レーザ素子を支持する熱伝導性の良好な支持体
   と、 支持体に接して設けられ、支持体を介して半導体レーザ
   素子を加熱又は冷却するペルチエ素子と、 半導体レーザ素子の光出力を測定する受光素子とペルチ
   エ素子を駆動する駆動回路を有し、かつ支持体に設けら
   れた温度検出素子から得た支持体の測定温度に基づいて
   ペルチエ素子に入力する電流値を調整し、支持体の温度
   を目標温度に維持する温度制御装置とを備えていること
   を特徴とする半導体レーザ素子の電流対光出力特性の測
   定装置。
2. 【請求項２】 支持体の温度を計測する温度検出素子と
   して、サーミスタが、支持体に設けられた半導体レーザ
   素子支持部の近傍に設けられていることを特徴とする請
   求項１に記載の半導体レーザ素子の電流対光出力特性の
   測定装置。
3. 【請求項３】 支持体とは反対側のペルチエ素子側面に
   放熱板が設けられていることを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の半導体レーザ素子の電流対光出力特性の測定
   装置。
4. 【請求項４】 半導体レーザ素子の駆動回路及び温度制
   御装置を制御して、半導体レーザ素子への目標電流値Ｉ
   及び支持体の目標温度Ｔを自在に設定すると共に、受光
   素子から出力された光出力Ｌの信号を受け取り、温度Ｔ
   の下で電流値Ｉに対する光出力Ｌの相関関係からなる半
   導体レーザ素子の電流対光出力特性を算出する設定・演
   算装置を備えていることを特徴とする請求項１から３の
   うちのいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の電流対
   光出力特性の測定装置。
5. 【請求項５】 前記設定・演算装置としてパーソナル・
   コンピュータを備えていることを特徴とする請求項４に
   記載の半導体レーザ素子の電流対光量特性の測定装置。