JPH11251681A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スペックルノイズが大幅に低減され、かつ小型
化され、動作が安定した半導体レーザ装置を提供する。 【解決手段】基台１上に一体に形成された半導体レーザ
２と、半導体レーザ１の端面２ａから所定の距離Ｓ離間
した基台１上の所定の位置に設けられた、半導体レーザ
２の端面２ａと平行な反射面を有する少なくとも一の外
部ミラー４と、外部ミラー４を半導体レーザ２のストラ
イプ電極２ｃに略平行な方向に所定の周波数で振動させ
る振動手段とを有するものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザは、たとえばガスレーザ、
発光ダイオード等の他の光出力装置と比較して、寸法が
小さく、軽量であり、寿命が長く、動作電圧および動作
電流が低く、高効率、高輝度である等の特徴を有する。
このような半導体レーザは、たとえば、多モード光ファ
イバ伝送系や、ディスプレイ装置や、種々の光計測装置
への利用が図られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
レーザは、時間的および空間的コヒーレンスが高すぎる
ためスペックルノイズが多く、上述の多モード光ファイ
バ伝送系や、ディスプレイ装置や、種々の光計測装置へ
の利用が難しい。従来において、上述の半導体レーザの
スペックルノイズを低減する技術がいくつか提案されて
いる。たとえば、特開昭56-46589号公報や特開昭57-124
493 号公報には、半導体レーザの出射光の一部を半導体
レーザの外部に設置した所定の周波数で振動する反射ミ
ラーによって半導体レーザの活性層に戻す技術が開示さ
れている。上記構成では、振動する反射ミラーにより縦
モードが複数立つことで、スペックルノイズが低減され
る。

【０００４】しかし、上述の技術では、反射ミラーを駆
動する駆動源に超音波トランスデューサが使用されてお
り、駆動周波数を数１０ｋＨｚ程度までしかあげること
ができなかった。また、超音波トランスデューサを使用
することから半導体レーザ装置のサイズが大きくなると
いう不利益もあった。さらに、超音波トランスデューサ
によって駆動される反射ミラーと半導体レーザとのアラ
イメント精度に高い精度が要求されることから、動作を
安定させることが難しく、また組立コストが高くなると
いう不利益も存在した。

【０００５】また、半導体レーザのスペックルノイズを
低減する他の技術としては、たとえば、電流変調を利用
した周波数変調法（Caesar Saloma et.al.,Appl.Opt.Vo
l.29,No.6,p.741(1990) 参照) や、高周波重畳法や、セ
ルフパルセーション法などが知られているが、これらの
方法では、実質的な波長の拡がりは、たとえば、１〜数
ｎｍであり、たとえば、ディスプレイ装置への利用は難
しい。

【０００６】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
のであって、スペックルノイズが大幅に低減され、かつ
小型化され、動作が安定した半導体レーザ装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、基台上に一体
に形成された二つの共振器端面を有する半導体レーザ
と、前記半導体レーザの一方端面から所定の距離離間し
た前記基台上の所定の位置に設けられた、前記半導体レ
ーザの一方の端面と略平行な反射面を有する少なくとも
一の外部ミラーと、前記外部ミラーを前記半導体レーザ
の共振器長方向に略平行な方向に所定の周波数で振動さ
せる振動手段とを有する。

【０００８】本発明では、半導体レーザから外部ミラー
に向けて出射されたレーザ光は、外部ミラーに入射し、
外部ミラーは振動しているため、半導体レーザの端面と
外部ミラーとの距離は変化する。したがって、外部ミラ
ーによって反射されて半導体レーザの活性層に戻る光の
位相は、外部ミラーの振動周波数で周期的に変化し、発
振波長は大きく変化することになる。この結果、時間的
コヒーレンスが大幅に低減され、スペックルノズルが大
幅に抑制される。また、同一基台上に半導体レーザおよ
び外部ミラーを設けることにより、半導体レーザと外部
ミラーとのアライメント精度の向上が容易となり、半導
体レーザ装置の動作を安定させることができ、また、半
導体レーザ装置の小型化が可能となる。

【０００９】前記振動手段は、前記外部ミラーを設けた
弾性板と、前記弾性板に静電気力によって所定周期の弾
性変形を生じさせる静電気手段とを有する。

【００１０】前記静電気手段は、前記弾性板の有する共
振周波数と略一致する周期の弾性変形を生じさせる。こ
のような構成により、弾性板の共振周波数（固有周波
数）を所望の値に設計すれば、任意の周波数で外部ミラ
ーを振動させることができ、非常に高い周波数とするこ
とも可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。第１実施形態 図１は、本発明の半導体レーザ装置の一実施形態を示す
斜視図である。図１に示す半導体レーザ装置は、マウン
ト基台１と、マウント基台１上に一体に形成された半導
体レーザ２と、マウント基台１上に半導体レーザ２の一
端面２ａに略平行に距離Ｓをおいて設けられた外部ミラ
ー４と、図示しない振動手段とを有する。

【００１２】半導体レーザ２は、たとえば、波長０．８
μｍで発振するＡｌＧａＡｓ系からなるストライプ構造
の半導体レーザであり、一方の端面２ａおよび他方の端
面２ｂからレーザ光Ｌを出射する。半導体レーザ２の一
方の端面２ａはノンコート状態にあり、半導体レーザ２
の共振器長は約２５０μｍである。また、半導体レーザ
２の他方の端面は、所定の反射率のへき開反射面となっ
ている。

【００１３】外部ミラー４は、半導体レーザ２の一方の
端面２ａから距離Ｓの位置に端面２ａに略平行に配置さ
れる。距離Ｓは、好ましくは、１０μｍの範囲内の何れ
かの値とするが、本実施形態では約２μｍとした。外部
ミラー４は、半導体レーザ２の一方の端面２ａ側に反射
面４ａが形成されており、反射面４ａは半導体レーザ２
の一方の端面２ａから出射されるレーザ光Ｌを反射し
て、半導体レーザ２の活性層に入射する。また、外部ミ
ラー４の反射面４ａは、概略で１μｍ² 〜１０μｍ² の
面積を有する。また、外部ミラー４は、可能なかぎりコ
ンパクト化および軽量化されている。これは、外部ミラ
ー４を振動させる際に、外部ミラー４の慣性を小さくし
て、できるだけ高周波数の振動を可能にするためであ
る。

【００１４】図示しない振動手段は、外部ミラー４を微
小な振幅Ａ₀ ，所定の周波数ｆ1 で、半導体レーザのレ
ーザストライプ２ｃと略平行な方向( 矢印Ｂ1 およびＢ
2 の方向) に振動させる。なお、振動手段については後
述する。外部ミラー４の振動振幅Ａ₀ は、たとえば、レ
ーザ光Ｌの波長の半分程度の±０．４μｍ〜±０．５μ
ｍ程度とする。また駆動する周波数ｆ1 は、特に限定さ
れないが、１００ｋＨｚ以上とすることができる。

【００１５】上記構成の半導体レーザ装置では、半導体
レーザ２から外部ミラー４に向けて出射されたレーザ光
Ｌは、外部ミラー４の反射面４ａに入射する。外部ミラ
ー４は、周波数ｆ1 、振幅Ａ₀ で振動しているため、半
導体レーザ２の端面２ａと外部ミラー４の反射面４ａと
の距離Ｓは変化する。したがって、外部ミラー４の反射
面４ａによって反射されて半導体レーザ２の活性層に戻
る光の光量と位相は、周波数ｆ1 で周期的に変化する。
したがって、半導体レーザ２の他方の端面２ｂと外部ミ
ラー４の反射面４ａとの間で発振する発振波長は大きく
変化することになる。発振波長の変化量は、半導体レー
ザの構造にもよるが、本実施形態では、たとえば、約５
０ｎｍ以上の幅で変化する。この変化量は、たとえば、
高周波重畳法やセルフパルセーション法による場合に比
較して、はるかに大きい値である。

【００１６】本実施形態では、発振波長が変化する結
果、半導体レーザ２の端面２ｂから出力されるレーザ光
Ｌの時間的コヒーレンスを大幅に低減することが可能と
なり、周波数ｆ1 よりも低い周波数帯域でのスペックル
ノズルを大幅に抑制することが可能となる。また、本実
施形態の半導体レーザ装置では、発振波長が変化する際
には、ある程度のレーザ出力の変化を伴うため、これが
問題となることも考えられるが、本実施形態の半導体レ
ーザ装置から出射されたレーザ光を検出する光検出器の
応答速度よりも周波数ｆ1 を十分に高くすれば問題とな
ることはない。

【００１７】また、本実施形態では、マウント基台１に
形成された半導体レーザ２のレーザストライプ２ｃと略
平行に振動可能な外部ミラー４をマウント基台１に形成
することにより、半導体レーザ２とのアライメント精度
の向上が容易となり、半導体レーザ装置の動作を安定さ
せることができ、また、半導体レーザ装置の小型化が可
能となる。

【００１８】さらに、本実施形態では、半導体レーザ２
の一方の端面２ａに近接する位置に外部ミラー４を配置
して振動させるため、レーザ光の波長程度の微小振幅変
調でもスペックルノイズを十分抑制できるレーザ波長変
化が得られる。

【００１９】また、本実施形態に係る半導体レーザ装置
は、波長約０．６３５μｍの赤色半導体レーザ、波長約
０．５２５μｍの緑色半導体レーザ、波長約０．４７μ
ｍの青色半導体レーザに対しても適用可能であり、たと
えば、スペックルが実質上見えないフルカラーレーザデ
ィスプレイ装置への適用が可能である。

【００２０】第２実施形態 図２は、本発明に係る半導体レーザ装置の他の実施形態
を示す斜視図である。本実施形態に係る半導体レーザ装
置は、図２に示すように、第１実施形態において説明し
た半導体レーザ２および外部ミラー４との組合せが、マ
ウント基台１上に所定の方向に等間隔で集積されてい
る。このような構成とすることにより、各半導体レーザ
２から出射されるレーザ光の間の干渉が低減され、空間
的コヒーレンスが低減される。このため、スペックルノ
イズを一層低減することができる。また、半導体レーザ
２の配列や外部ミラー４の位置および変調方法を最適化
することにより、たとえば、レーザディスプレイ装置の
光源として使用可能なスペックルノイズの低減された高
出力の半導体レーザ装置とすることができる。

【００２１】第３実施形態 図３は、本発明に係る半導体レーザ装置のさらに他の実
施形態を示す斜視図である。本実施形態に係る半導体レ
ーザ装置は、図３に示すように、ストライプ２ｃの幅の
広いワイドストライプ型の半導体レーザ２がマウント基
台１上に設けられ、また、第１実施形態において説明し
たと同様の外部ミラー４が、マウント基台１上に設置さ
れている。ワイドストライプ型の半導体レーザ２は、レ
ーザ出力が比較的大きいという特徴を有している。各外
部ミラー４は、図示しない振動手段によって、第１およ
び第２実施形態と同様に振動させる。

【００２２】上記構成の半導体レーザ装置では、各外部
ミラー４を振動させながら、半導体レーザ２の端面２ａ
からのレーザ光を半導体レーザ２の活性層２ｄに戻すこ
とにより、半導体レーザ２の端面２ｄから出力されるレ
ーザ光Ｌの時間的コヒーレンスおよび空間的コヒーレン
スは同時に低減されることになる。この結果、スペック
ルノイズの低減された高出力の半導体レーザ装置とな
る。

【００２３】第４実施形態 図４は、本発明に係る半導体レーザ装置のさらに他の実
施形態における外部ミラー４の駆動方法の他の例を説明
するための図である。本実施形態では、図４に示すよう
に、マウント基台１上に設けられた半導体レーザ２の端
面２ａから距離Ｓの位置に配置された外部ミラー４の静
止位置からそれぞれ異なる振幅Ａ₁ およびＡ₂ で振動さ
せる。すなわち、外部ミラー４の振動の中心位置を調整
し、外部ミラー４の振動を静止位置（距離Ｓの位置）に
関して非対称に行なう。なお、振幅Ａ₁ およびＡ₂ は適
宜調整する。

【００２４】このような振動を外部ミラー４に与えるこ
とによって、半導体レーザ２の発振波長の変化の中心波
長は、振幅Ａ₁ およびＡ₂ に応じて変化することにな
る。このことから、半導体レーザ２の発振波長を調整す
ることができ、レーザ光の色の調整が可能となり、特
に、本実施形態の半導体レーザ装置をディスプレイ装置
に適用した場合に、色調整が可能になる。

【００２５】第５実施形態 図５および図６は、上述した半導体レーザ装置の外部ミ
ラー４を振動させる振動手段の具体的構成例を示す図で
あって、図５は平面図であり、図６は斜視図である。図
５および図６において、マウント基台１上には、半導体
レーザ２と、第１〜第３の電極１１，１２および１３
と、一方面に外部ミラー４が形成された弾性板１５と、
ストッパ１７とが設けられている。

【００２６】弾性板１５の半導体レーザ２側の面には、
外部ミラー４が形成されており、弾性板１５が弾性変形
することによって、外部ミラー４に振動を与える。弾性
板１５は、第１の電極１１と第３の電極１３とに両端部
が接合されることによって、第１の電極１１と第３の電
極１３との間で保持されており、半導体レーザ２の一方
端面２ａに略平行に配置されている。弾性板１５の半導
体レーザ２の反対側方には、第２の電極１２が所定の距
離をおいて配置されている。弾性板１５は、たとえば、
ポリシリコンから形成することができる。弾性板１５の
復元力は、弾性板１５を構成する材料のヤング率および
弾性板１５の形状から決定することができる。

【００２７】弾性板１５と第２の電極１２との間には、
ピン状のストッパ１７が弾性板１５から所定の距離をお
いて設けられている。このストッパ１７は、弾性板１５
が第２の電極１２側に弾性変形したときに、弾性板１５
と当接し、弾性板１５の変形量を規制し、弾性板１５が
第２の電極１２と接触するのを防止する役割を果たす。

【００２８】上記の構成の半導体レーザ装置では、第１
の電極１１および第３の電極１３と第２の電極１２との
間に電圧を印加すると、弾性板１５と第２の電極１２と
の間には静電力が発生する。弾性板１５と第２の電極１
２との間に静電力が発生すると、弾性板１５は第２の電
極１２側に引き付けられ、弾性板１５は第２の電極１２
側にたわむ。これによって、外部ミラー４と半導体レー
ザ２の端面２ａとの距離は変化する。

【００２９】第１の電極１１および第３の電極１３と第
２の電極１２との間に印加する電圧が大きくなるにした
がって、弾性板１５が第２の電極１２側に引き付けられ
る力（静電力）は大きくなり、弾性板１５の変形は大き
くなり、外部ミラー４の変位も大きくなる。弾性板１５
の変形がある大きさになると、弾性板１５はストッパ１
７に当接し、変形が規制されて弾性板１５と第２の電極
１２が電気的に短絡することが防止される。

【００３０】弾性板１５を振動させるには、弾性板１５
の有する力学的な共振周波数を利用する。すなわち、第
１の電極１１および第３の電極１３と第２の電極１２と
の間に印加する電圧の周波数を弾性板１５の有する力学
的な共振周波数と略一致させることによって、弾性板１
５は自励的に振動する。弾性板１５の共振周波数は、弾
性板１５の実効的なバネ定数および質量から求めること
ができる。たとえば、弾性板１５の材質をポリシリコ
ン、長さ３００μｍ、幅５μｍ、高さ１０μｍとした場
合には、共振周波数は約２００ｋＨｚとなる。したがっ
て、第１の電極１１および第３の電極１３と第２の電極
１２との間に印加する電圧の周波数を２００ｋＨｚ程度
とすれば、外部ミラー４を２００ｋＨｚの周波数で振動
させることができる。また、外部ミラー４の振動振幅
は、印加電圧の大きさによって調整することができる。

【００３１】以上のように、本実施形態によれば、弾性
板１５の形状を適宜変更すれば、任意の周波数および振
幅で外部ミラー４を振動させることができる。

【００３２】図７および図８は、上述した半導体レーザ
装置の外部ミラー４を振動させる振動手段の他の具体的
構成例を示す図であって、図７は平面図であり、図８は
斜視図である。図７および図８において、マウント基台
１上には、半導体レーザ２と、第１〜第３の電極２１〜
２３と、一端部にミラー４が形成された弾性板２５と、
弾性板２５を間に挟む状態で設けられた２つのストッパ
２７とが設けられている。

【００３３】弾性板２５の一端部２５ａは屈曲されてお
り、この一端部２５ａが半導体レーザ２の端面２ａに略
平行になるように配置されている。弾性板２５の一端部
２５ａの半導体レーザ２側の面には、外部ミラー４が形
成されている。弾性板２５の他端部は、第２の電極２２
に接合され、弾性板２５は第２の電極２２に保持されて
いる。

【００３４】２つのストッパ２７は、弾性板２５の両側
面に所定の距離をおいて配置されている。２つのストッ
パ２７は、弾性板２５の弾性変形によって、弾性板２５
が第１および第３の電極２１，２３と電気的に短絡する
のを防止するために設けられている。

【００３５】上記の構成の半導体レーザ装置では、第１
の電極２１と第２の電極２２との間に電圧を印加する
と、弾性板２５と第１の電極２１との間には静電力が発
生する。これによって、弾性板２５は片持ち梁状態にあ
るためたわむ。したがって、第１の電極２１と第２の電
極２２との間に、弾性板２５の有する共振周波数に略等
しい周波数の電圧を印加すると、弾性板２５は自励的に
振動し、弾性板２５の一端部２５ａに形成した外部ミラ
ー４は振動する。本実施形態の場合にも、弾性板１５の
共振周波数は、弾性板１５の実効的なバネ定数および質
量から求めることができる。たとえば、弾性板２５の材
質をポリシリコン、長さ１５０μｍ、幅５μｍ、高さ１
０μｍとした場合には、共振周波数は約２００ｋＨｚと
なる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、スペックルノイズを大
幅に低減することができ、たとえば、ディスプレイ装置
や種々の光計測装置に好適な半導体レーザ装置が得られ
る。また、本発明によれば、同一の基台上に半導体レー
ザおよび外部ミラーを設けるため、組立が容易であり、
小型化でき、動作の安定した半導体レーザ装置が得られ
る。また、外部ミラーの振動周波数を非常に高くするこ
とができる。また、外部ミラーを超音波トランスデュー
サを使用しないで、弾性板および電極によって駆動する
ことから、半導体レーザ装置のサイズを小さくすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザ装置の一実施形態を示す
斜視図である。

【図２】本発明に係る半導体レーザ装置の他の実施形態
を示す斜視図である。

【図３】本発明に係る半導体レーザ装置のさらに他の実
施形態を示す斜視図である。

【図４】本発明に係る半導体レーザ装置のさらに他の実
施形態における外部ミラー４の駆動方法の他の例を説明
するための図である。

【図５】本実施形態に係る半導体レーザ装置の外部ミラ
ーを振動させる振動手段の具体的構成例を示す平面図で
ある。

【図６】図５に示す半導体レーザ装置の斜視図である。

【図７】本実施形態に係る半導体レーザ装置の外部ミラ
ーを振動させる振動手段の他の具体的構成例を示す平面
図である。

【図８】図７に示す半導体レーザ装置の斜視図である。

【符号の説明】

１…マウント基台、２…半導体レーザ、４…外部ミラ
ー、１１，１２，１３，…電極、１５…弾性板、１７…
ストッパ。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基台上に一体に形成された二つの共振器端
   面を有する半導体レーザと、 前記半導体レーザの一方端面から所定の距離離間した前
   記基台上の所定の位置に設けられた、前記半導体レーザ
   の一方の端面と略平行な反射面を有する少なくとも一の
   外部ミラーと、 前記外部ミラーを前記半導体レーザの共振器長方向に略
   平行な方向に所定の周波数で振動させる振動手段とを有
   する半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】前記半導体レーザは、ワイドストライプ型
   の半導体レーザであり、 複数の前記外部ミラーが前記半導体レーザの一方の端面
   に所定の距離離間して配置されている請求項１に記載の
   半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】前記基台上に二以上の半導体レーザと外部
   ミラーとの組合せを備えた請求項１に記載の半導体レー
   ザ装置。
4. 【請求項４】前記振動手段による振動の振幅は、レーザ
   の有する波長の約半分である請求項１に記載の半導体レ
   ーザ装置。
5. 【請求項５】前記振動手段は、外部ミラーの振動周波数
   を１００ｋＨｚ以上とすることが可能である請求項１に
   記載の半導体レーザ装置。
6. 【請求項６】前記振動手段は、外部ミラーの振動の中心
   位置を変更可能である請求項１に記載の半導体レーザ装
   置。
7. 【請求項７】前記振動手段は、前記外部ミラーを設けた
   弾性板と、 前記弾性板に静電気力によって所定周期の弾性変形を生
   じさせる静電気手段とを有する請求項１に記載の半導体
   レーザ装置。
8. 【請求項８】前記静電気手段は、前記弾性板の両端部を
   それぞれ支持する第１および第２の電極と、 前記前記弾性板の中央部付近に対向配置された第３の電
   極とを有し、 前記第１および第２の電極と前記第３の電極との間に所
   定の周波数の電圧を印加することにより前記弾性板を振
   動させる請求項７に記載の半導体レーザ装置。
9. 【請求項９】前記静電気手段は、前記弾性板の一端部を
   支持する第１の電極と、 前記前記弾性板の少なくとも一方面側に対向配置された
   第２の電極とを有し、 前記第１および第２の電極間に所定の周波数の電圧を印
   加することにより前記弾性板を振動させる請求項７に記
   載の半導体レーザ装置。
10. 【請求項１０】前記静電気手段は、前記弾性板の有する
    共振周波数と略一致する周期の弾性変形を生じさせる請
    求項７に記載の半導体レーザ装置。
11. 【請求項１１】前記弾性板は、ポリシリコンから形成さ
    れる請求項７に記載の半導体レーザ装置。