JP6741034B2

JP6741034B2 - 半導体レーザ装置

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Publication number: JP6741034B2
Application number: JP2018038979A
Authority: JP
Inventors: 進吾宇野; 東條　公資; 公資東條; 直也石垣; 次郎齊川; 廣木　知之; 知之廣木; 一郎福士; 章之門谷; 隼規坂本; 一馬渡辺
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2034-04-10
Also published as: JP2018093231A

Description

本発明は、複数の半導体レーザを駆動する半導体レーザ駆動回路に関する。

複数の半導体レーザを駆動する半導体レーザ駆動回路において、特許文献１は、各々の半導体レーザに対してＡＰＣ（オートパワーコントロール）回路を設け、このＡＰＣ回路により、各々の半導体レーザの出力を所定値に制御することにより独立に安定化させている。

特開２００７−４９０５１号公報

しかしながら、特許文献１では、ＡＰＣ回路が半導体レーザと同数だけ必要となり、構成が複雑化する。また、複数の半導体レーザを直列に接続した場合には、駆動電流が共通となるため、上述した手法を用いることはできない。１つの半導体レーザの出力に基づきＡＰＣ回路で光量調整を行うと、その他の半導体レーザの出力を安定化することはできない。

また、全ての半導体レーザの合成出力に対してＡＰＣ制御することはできるが、直列に接続された半導体レーザは、駆動回路の浮遊成分（例えば浮遊容量）が大きくなるため、高周波成分が減衰して、高速にＡＰＣ制御できない。

また、並列に接続された半導体レーザにおいても、例えば浮遊成分が並列に接続されて大きくなるため、高周波成分が減衰し、高速にＡＰＣ制御できない。

本発明の課題は、高速にＡＰＣ制御することができる半導体レーザ駆動回路を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る半導体レーザ駆動装置は、直列に接続され
た複数の半導体レーザと、前記複数の半導体レーザに直列に接続され、前記複数の半導体レーザに電流を流す電流源と、前記電流源を駆動して前記電流源の電流を制御する電流源駆動回路と、前記複数の半導体レーザからのレーザ光を検出する検出手段と、前記複数の半導体レーザの内の最後の半導体レーザから最後の半導体レーザ１個以上の半導体レーザに接続された電流制御素子と、前記検出手段の出力に基づきが所定値になるように前記電流制御素子を制御することにより前記直列に接続された複数の半導体レーザに流れる電流を前記１個以上最後の半導体レーザへの電流と前記電流制御素子への電流とに分岐するように制御する、前記電流源駆動回路よりも高速に処理する電流量制御回路と、を備えることを特徴とする。

また、半導体レーザ駆動回路は、並列に接続された複数の半導体レーザと、前記複数の半導体レーザに接続される電圧源と、前記複数の半導体レーザに対応して設けられ、前記半導体レーザに直列に接続された複数の電流制御素子と、前記複数の半導体レーザからのレーザ光を検出する検出手段と、前記検出手段の出力に基づき前記複数の電流制御素子の内の１つの電流制御素子を除く残りの電流制御素子を駆動することにより前記残りの半導体レーザに電流を流す駆動回路と、前記検出手段の出力に基づき前記１つの電流制御素子
を制御することにより前記検出手段の出力を所定値に制御するパワー制御回路とを備えることを特徴とする。

本発明に係る半導体レーザ駆動回路によれば、電流量制御回路が直列に接続された複数の半導体レーザに流れる電流を１個以上の半導体レーザへの電流と電流制御素子への電流とに分岐するように制御する。電流量制御回路による制御対象は、１個以上の半導体レーザへの電流と電流制御素子とによる小さな閉回路で閉じており、閉回路の一端は、基準電位に固定されているので、浮遊成分が小さいため、複数の半導体レーザを直列に接続した場合でも高速にＡＰＣ制御することができる半導体レーザ駆動回路を提供できる。

本発明の実施例１に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。本発明の実施例１の変形例に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。本発明の実施例２に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。本発明の実施例２の変形例に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。本発明の実施例３に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の半導体レーザ駆動回路の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示す回路図である。この半導体レーザ駆動回路は、定電流源２、電流源駆動回路３、複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤＮ、ＭＯＳＦＥＴ４、フォトダイオード（ＰＤ）５、電流量制御回路６ａを有している。

複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤＮは、直列に接続され、最初の半導体レーザのＬＤ１のアノード（一端）に電流源２が接続されている。電流源２は、複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤＮに定電流を流す。

電流源駆動回路３は、電流源２を駆動して電流源２の電流を制御する。フォトダイオード５は、本発明の検出手段に対応し、複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤＮからの合成レーザ光を検出する。

ＭＯＳＦＥＴ４は、本発明の電流制御素子に対応し、複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤＮの内の最後の半導体レーザＬＤＮのアノードにドレインが接続されている。ＭＯＳＦＥＴ４のソースは基準電位、例えばグランドに接続される。ＭＯＳＦＥＴ４のゲートは電流量制御回路６ａに接続される。

電流量制御回路６ａは、フォトダイオード５の出力に基づきＭＯＳＦＥＴ４を制御することにより半導体レーザＬＤＮの電流量を制御する。また、電流量制御回路６ａは、フォトダイオード５の出力が所定値になるように制御することにより半導体レーザＬＤＮの電流量を制御する。

次にこのように構成された実施例１の半導体レーザ駆動回路の動作を図１を参照しながら説明する。

まず、複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤＮには、電流源２からの電流Ｉ２が流れる。この電流Ｉ２は、並列に接続されたＭＯＳＦＥＴ４と半導体レーザＬＤＮとに分岐する。ＭＯＳＦＥＴ４に電流Ｉ４が流れ、半導体レーザＬＤＮに電流（Ｉ２−Ｉ４）が流れる。

電流Ｉ４は、フォトダイオード５からの出力に基づき、電流量制御回路６ａによりＭＯＳＦＥＴ４を制御することにより決定される。電流源２の電流値制御は、全ての半導体レーザＬＤ１〜ＬＤＮや配線の浮遊成分が影響するため、高速に制御することはできない。

これに対して、電流量制御回路６ａによる制御対象は、半導体レーザＬＤＮとＭＯＳＦＥＴ４とによる小さな回路で閉じており、浮遊成分は小さいため、高速なＡＰＣ制御が可能となる。

このように実施例１の半導体レーザ駆動回路によれば、複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤＮの全体の出力は電流源２を用いて制御することができる。また、直列に接続された複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤＮの浮遊成分の影響を受けず、半導体レーザＬＤＮとＭＯＳＦＥＴ４とによる小さい回路でＡＰＣ回路が閉じているため、浮遊成分は小さくなり、高速にＡＰＣ制御が可能となる。また、１つの半導体レーザＬＤＮ分の光量の範囲で、ＡＰＣ制御することができる。

さらに、フォトダイオード５から電流量制御回路６ａに高速でフィードバックがかかるため、低速なノイズを除去することができる。

図２は、本発明の実施例１の変形例に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。図１に示す実施例１では、半導体レーザＬＤＮのみＭＯＳＦＥＴ４を用いて光量を調整した。

これに対して、実施例１の変形例は、最後の半導体レーザＬＤＮから最後の半導体レーザＬＤＮを含む２個目の半導体レーザＬＤＮ−１のアノードにＭＯＳＦＥＴ４のドレインを接続したものである。

実施例１の変形例によれば、複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤＮ−２に電流Ｉ２が流れ、ＭＯＳＦＥＴ４に電流Ｉ４が流れ、半導体レーザＬＤＮ−１，ＬＤＮに電流（Ｉ２−Ｉ４）が流れる。これにより、半導体レーザＬＤＮ−１，ＬＤＮの２個分の光量範囲で高速にＡＰＣ制御が可能となる。

また、電流源２からの電流を分岐させるポイントにより、電流量制御回路６ｂによる制御対象の浮遊成分が変わってくる。このため、所望の帯域でＡＰＣ制御が実現できる分岐ポイントを選ぶことにより、最大の光量調整幅でＡＰＣ制御することが可能となる。

なお、実施例１の変形例では、最後の半導体レーザＬＤＮから２個目の半導体レーザＬＤＮ−１のアノードで電流を分岐させたが、最後の半導体レーザＬＤＮから３個目以上の半導体レーザのアノードで電流を分岐させても良い。

図３は、本発明の実施例２に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示す回路図である。図３に示す半導体レーザ駆動回路は、図１に示す半導体レーザ駆動回路に対して、電流源駆動回路３がフォトダイオード５からのレーザ光に基づき電流源２の電流を制御することを特徴とする。

電流源駆動回路３は、電流源２の電流を低速処理し、光量の範囲を大きくすることが
できる。また、電流量制御回路６ｃにより、１つの半導体レーザＬＤＮ分の光量の範囲で
、高速にＡＰＣ制御することができる。

図４は、本発明の実施例２の変形例に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示す回路図で
ある。図４に示す半導体レーザ駆動回路は、図２に示す半導体レーザ駆動回路に対して、
電流源駆動回路３がフォトダイオード５からのレーザ光に基づき電流源２の電流を制御
することを特徴とする。

電流源駆動回路３は、電流源２の電流を低速処理し、光量の範囲を大きくすることが
できる。また、電流量制御回路６ｄにより、半導体レーザＬＤＮ−１，ＬＤＮの２個分の
光量範囲で高速にＡＰＣ制御が可能となる。

図５は、本発明の実施例３に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示す回路図である。この半導体レーザ駆動回路は、複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤＮ、複数のＭＯＳＦＥＴＱ１〜ＱＮ、ＬＤ駆動回路１０、アンプ１１，１２、ＡＰＣ回路１３、電圧源Ｖｃｃを有している。

複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤＮは、並列に接続され、複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤＮのアノードには、電圧源Ｖｃｃが接続されている。複数のＭＯＳＦＥＴＱ１〜ＱＮは、本発明の電流制御素子に対応し、複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤＮに対応して設けられ、対応する半導体レーザに直列に接続されている。

フォトダイオード５は、本発明の検出手段に対応し、複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤＮからのレーザ光を検出する。ＬＤ駆動回路１０は、フォトダイオード５の出力に基づきアンプ１１を介してＭＯＳＦＥＴＱ１〜ＱＮ−１を駆動することにより複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤＮ−１に電流を流す。

ＡＰＣ回路１３は、フォトダイオード５の出力に基づきアンプ１２を介してＭＯＳＦＥＴＱＮを駆動することによりフォトダイオード５の出力を所定値に制御する。

このように実施例３の半導体レーザ駆動回路によれば、１つのＡＰＣ回路１３により１つのＭＯＳＦＥＴＱＮをオンオフ制御するのみで、高速にＡＰＣ制御が可能となる。

本発明は、レーザ装置、レーザ加工装置などに利用できる。

２定電流源
３電流源駆動回路
４，Ｑ１〜ＱＮＭＯＳＦＥＴ
５フォトダイオード（ＰＤ）
６ａ〜６ｄ電流量制御回路
１０ＬＤ駆動回路
１１，１２アンプ
１３ＡＰＣ回路
Ｖｃｃ電圧源
ＬＤ１〜ＬＤＮ半導体レーザ

Claims

直列に接続された複数の半導体レーザと、
前記複数の半導体レーザに直列に接続され、前記複数の半導体レーザに電流を流す電流源と、
前記電流源を駆動して前記電流源の電流を制御する電流源駆動回路と、
前記複数の半導体レーザからのレーザ光を検出する検出手段と、
前記複数の半導体レーザの内の最後の半導体レーザに接続された電流制御素子と、
前記検出手段の出力が所定値になるように前記電流制御素子を制御することにより前記
直列に接続された複数の半導体レーザに流れる電流を前記最後の半導体レーザへの電流と
前記電流制御素子への電流とに分岐するように制御する、前記電流源駆動回路よりも高速に処理する電流量制御回路と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。