發光設備和控制發光設備的方法技術

本發明專利技術涉及發光設備和控制發光設備的方法。該發光設備包括：半導體激光器，該半導體激光器以單一縱向模式振蕩，形成于半導體襯底之上；第一加熱器，該第一加熱器控制半導體激光器的溫度，提供在半導體激光器附近；增益單元，該增益單元放大從半導體激光器輸出的束并輸出放大的束，形成于半導體襯底之上；第二加熱器，該第二加熱器控制增益單元的溫度，提供在增益單元附近；以及二次諧波生成元件，該二次諧波生成元件將從增益單元輸出的放大的束轉變為二次諧波光并輸出該二次諧波光。

【技術實現步驟摘要】

這里描述的實施例涉及通過采用半導體激光器和二次諧波生成元件輸出多頻率激光束的發光設備以及控制發光設備的方法。
技術介紹
半導體激光器被廣泛用于各種波長頻段，但近來，對530nm頻段的綠色激光的需求隨著微投影儀和高亮度因子激光指示器而增長。輸出綠光的半導體激光器被以兩種模式研發，這兩種模式為:530nm頻段的激光束被直接振蕩，以及在1060nm頻段振蕩的紅外激光束通過二次諧波生成(SHG)被變為530nm頻段的激光束。特別是在操作電壓和插接效率(WPE)方面，采用SHG的后一種模式被認為更有利。使用SHG的設備要求單一縱向模式振蕩的激光源作為1060nm頻段的主光源，例如提出了分布反饋(DFB)激光器+SHG元件、分布布拉格反射(DBR)激光器+SHG元件等。在這些結構的任意一個結構中，半導體激光器的振蕩波長和SHG元件的準相位匹配(QPM)波長需精確匹配，并且針對波長控制，通常使用諸如帕爾貼(Peltier)元件之類的熱電冷卻器(TEC)0但是，取決于所采用的環境溫度，TEC的功耗會達到大約幾瓦，這已成為WPE改進的障礙。通過調制半導體激光器的輸出，即通過調制驅動電流，來進行輸出強度的調制，這經常使振蕩波長偏尚SHG兀件的QPM波長。提出了 SHG元件與包括DFB激光器或DBR激光器以及半導體光放大器(SOA)在內的主振蕩功率放大器(MOPA)結構組合的結構，以對抗振蕩波長和QPM波長之間的差異。在MOPA結構中，半導體激光器被以恒定電流操作，且SOA調制和調節強度，由此可通過抑制從SHG元件的QPM波長的偏離來抑制半導體激光器的振蕩波長的波動。下面是相關的示例:日本特許公開N0.2000-228556 ;和日本特許公開N0.2009-164443。但是，由于SHG元件的QPM的波長頻譜非常窄，即使由DFB激光器和SOA之間輕微的熱干擾帶來的影響也不能被忽略。例如，一種類型的模式(pattern)效應,即半導體激光器的振蕩波長偏離且由SOA的驅動信號引起功率變化，經常引起SHG元件輸出中的波形失真。即使在MOPA結構中，在沒有TEC的情況下，半導體激光器的振蕩波長和SHG元件的QPM波長之間的差異也由環境溫度變化引起。這是由SHG元件的QPM波長與決定DFB激光器或DBR激光器振蕩波長的衍射光柵的布拉格波長之間的溫度依賴性差異引起的。此外，在MOPA結構中，半導體激光器的振蕩波長與SOA的增益頻譜之間的溫度依賴性差異大是一個問題。在沒有TEC來提高WPE的操作中，優選地設計在輸出特性極大降低的較高溫度條件下的半導體激光器的振蕩波長和增益峰值波長之間的失諧。但是，由于上述的半導體激光器振蕩波長和SOA增益峰值波長之間的不同的溫度依賴性，在較低溫度下失諧變得過大。結果，法布里-珀羅(Fabry-Perot)模式經常在較低溫度時振蕩，即使在MOPA結構中，這也已經成為在沒有TEC的情況下實現低功耗的綠色激光器模塊時的問題。因此，實施例的一個方面中的目的是提供一種，通過采用半導體激光器和諧波生成元件輸出多頻率的激光束，這可以抑制輸出特性的降級。
技術實現思路
根據實施例的一個方面，提供一種發光設備，該發光設備包括:半導體激光器，該半導體激光器形成在半導體襯底之上，以單一縱向模式振蕩；第一加熱器，該第一加熱器提供在該半導體激光器附近，控制半導體激光器的溫度；增益單元，該增益單元形成在半導體襯底之上，放大從半導體激光器輸出的束并輸出放大的束；第二加熱器，該第二加熱器提供在增益單元附近，控制增益單元的溫度；以及二次諧波生成元件，該二次諧波生成元件將從增益單元輸出的放大的束轉變為二次諧波光并輸出該二次諧波光。根據實施例的另一方面，提供一種控制發光設備的方法，該發光設備包括以單一縱向模式振蕩的半導體激光器、控制該半導體激光器的溫度的第一加熱器、放大從該半導體激光器輸出的束并輸出放大束的增益單元、控制增益單元的溫度的第二加熱器、將從增益單元輸出的放大束轉變成二次諧波光并輸出該二次諧波光的二次諧波生成元件以及測量環境溫度的溫度監視器，該方法包括:由溫度監視器測量環境溫度；基于由溫度監視器測量的環境溫度，生成第一加熱器的第一驅動信號，該第一驅動信號用于在該環境溫度下將半導體激光器的振蕩波長與二次諧波生成元件的準相位匹配波長匹配；基于用于驅動增益單元的輸入信號，生成第一加熱器的第二驅動信號，該第二驅動信號用于依據至增益單兀的輸入信號補償半導體激光器的溫度升高；以及基于第一驅動信號和第二驅動信號來驅動第一加熱器，并控制半導體激光器的溫度。附圖說明圖1為圖示根據第一實施例的發光設備的發光元件的結構的圖解視圖；圖2為圖示根據第一實施例的發光設備的半導體光源單元的結構的平面圖；圖3和圖4為圖示根據第一實施例的發光設備的半導體光源單元的結構的圖解剖面圖；圖5為圖示根據第一實施例的發光設備的驅動單元的結構的框圖；圖6為解釋由DFB激光器的振蕩波長的波動引起的輸出波形失真的時序圖；圖7為圖示SHG元件的QPM波長、DFB激光器的振蕩波長和SOA的增益峰值波長的溫度依賴性的曲線圖；圖8為圖示由環境溫度變化引起的DFB激光器振蕩波長和SOA增益頻譜的變化的一個例子的曲線圖；圖9為圖示根據第一實施例的發光設備的操作的時序圖；圖10、圖11、圖12、圖13、圖14、圖16、圖17、圖18、圖20、圖21、圖22、圖23和圖24為圖示根據第一實施例的發光設備的半導體光源單元的制造方法的剖面圖；圖15、圖19、圖25和圖26為圖不根據第一實施例的發光設備的半導體光源單兀的制造方法的平面圖27為圖示根據第二實施例的發光設備的發光元件的結構的圖解視圖；以及圖28為圖示根據第三實施例的發光設備的發光元件的結構的圖解視圖。具體實施例方式第一實施例將參考圖1至圖26描述根據第一實施例的發光設備和控制該發光設備的方法。圖1為圖示根據本實施例的發光設備的發光元件的結構的圖解視圖。圖2為圖示根據本實施例的發光設備的半導體光源單元的結構的平面圖。圖3和圖4為圖示根據本實施例的發光設備的半導體光源單元的結構的圖解剖面圖。圖5為圖示根據本實施例的發光設備的驅動單元的結構的框圖。圖6為解釋由DFB激光器的振蕩波長的波動引起的輸出波形失真的時序圖。圖7為圖示SHG元件的QPM波長、DFB激光器的振蕩波長和SOA的增益峰值波長的溫度依賴性的曲線圖。圖8為圖示由環境溫度變化引起的DFB激光器振蕩波長和SOA增益頻譜的變化的一個例子的曲線圖。圖9為圖示根據本實施例的發光設備的操作的時序圖。圖10至圖26為圖示根據本實施例的發光設備的半導體光源單元的制造方法的視圖。首先，將參照圖1至圖5描述根據本實施例的發光設備的結構。根據本實施例的發光設備包括發光元件100以及控制發光元件100的控制單元200。如圖1所示，發光元件100包括作為主光源的半導體光源單元110以及從半導體光源單元110的輸出光生成二次諧波的SHG單元120。半導體光源單元110和SHG單元120通過透鏡130相互光耦合。半導體光源單元110被安裝在殼體140中提供的散熱器142上，并且包括集成在半導體襯底上的SOA (增益單元)114和DFB激光器(半導體激光器)112。DFB激光器112和SOA 114附本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種發光設備，包括：半導體激光器，所述半導體激光器形成于半導體襯底之上，以單一縱向模式振蕩；第一加熱器，所述第一加熱器提供在所述半導體激光器附近，控制所述半導體激光器的溫度；增益單元，所述增益單元形成于所述半導體襯底之上，放大從所述半導體激光器輸出的束并輸出放大的束；第二加熱器，所述第二加熱器提供在所述增益單元附近，控制所述增益單元的溫度；以及二次諧波生成元件，所述二次諧波生成元件將從所述增益單元輸出的所述放大的束轉變為二次諧波光并輸出所述二次諧波光。

【技術特征摘要】
2011.11.01 JP 2011-2400471.一種發光設備，包括: 半導體激光器，所述半導體激光器形成于半導體襯底之上，以單一縱向模式振蕩； 第一加熱器，所述第一加熱器提供在所述半導體激光器附近，控制所述半導體激光器的溫度； 增益單元，所述增益單元形成于所述半導體襯底之上，放大從所述半導體激光器輸出的束并輸出放大的束； 第二加熱器，所述第二加熱器提供在所述增益單元附近，控制所述增益單元的溫度；以及 二次諧波生成元件，所述二次諧波生成元件將從所述增益單元輸出的所述放大的束轉變為二次諧波光并輸出所述二次諧波光。2.根據權利要求1所述的發光設備，還包括: 溫度監視器，所述溫度監視器測量環境溫度；以及 控制單元，所述控制單元基于由所述溫度監視器測量的所述環境溫度和用于驅動所述增益單元的輸入信號來控制所述第一加熱器。3.根據權利要求2所述的發光設備，其中 所述控制單元基于第一驅動信號和第二驅動信號來控制所述第一加熱器，所述第一驅動信號用于在所述環境溫度下將所述半導體激光器的振蕩波長與所述二次諧波生成元件的準相位匹配波長進行匹配；所述第二驅動信號用于基于至所述增益單元的所述輸入信號來補償所述半導體激光器的溫 度升高。4.根據權利要求3所述的發光設備，還包括: 存儲器，所述存儲器存儲第一查找表和第二查找表，所述第一查找表描述在所述環境溫度和用于匹配所述半導體激光器的振蕩波長與所述二次諧波生成元件的準相位匹配波長的所述第一加熱器的驅動信號之間的關系；所述第二查找表描述在至所述增益單元的所述輸入信號和用于依據至所述增益單元的所述輸入信號補償所述半導體激光器的溫度升高的所述第一加熱器的驅動信號之間的關系，其中 所述控制單元基于所述第一查找表生成所述第一驅動信號，并基于所述第二查找表生成所述第二驅動信號。5.根據權利要求4所述的發光設備，其中 所述控制單元對至所述增益單元的所述輸入信號進行時間平均處理，并基于平均的輸入信號值生成所述第二驅動信號。6.根據權利要求4或5所述的發光設備，其中 所述控制單元生成添加有延遲時間的所述第二驅動信號，其中所添加的延遲時間對應于在所述增益單元中的輸入信號的變化和所述半導體激光器的溫度變化之間的時延。7.根據權利要求2至5的任意一個所述的發光設備，其中 所述控制單元基于由所述溫度監視器測量的所述環境溫度來控制所述第二加熱器。8.根據權利要求7所述的發光設備，其中 所述控制單元基于第三驅動信號控制所述第二加熱器，其中所述第三驅動信號用于使得在所述環境溫度下的所述二次諧波生成元件的準相位匹配波長和所述增益單元的增益峰值波長之間的失諧低于預設值。9.根據權利要求7所述的發光設備，還包括: 存儲器，所述存儲器存儲第三查找表，所述第三查找表描述在所述環境溫度和用于使得所述二次諧波生成元件的準相...

【專利技術屬性】
技術研發人員：早川明憲，
申請(專利權)人：富士通株式會社，
類型：發明
國別省市：