发光设备和控制发光设备的方法技术

本发明专利技术涉及发光设备和控制发光设备的方法。该发光设备包括：半导体激光器，该半导体激光器以单一纵向模式振荡，形成于半导体衬底之上；第一加热器，该第一加热器控制半导体激光器的温度，提供在半导体激光器附近；增益单元，该增益单元放大从半导体激光器输出的束并输出放大的束，形成于半导体衬底之上；第二加热器，该第二加热器控制增益单元的温度，提供在增益单元附近；以及二次谐波生成元件，该二次谐波生成元件将从增益单元输出的放大的束转变为二次谐波光并输出该二次谐波光。

【技术实现步骤摘要】

这里描述的实施例涉及通过采用半导体激光器和二次谐波生成元件输出多频率激光束的发光设备以及控制发光设备的方法。
技术介绍
半导体激光器被广泛用于各种波长频段，但近来，对530nm频段的绿色激光的需求随着微投影仪和高亮度因子激光指示器而增长。输出绿光的半导体激光器被以两种模式研发，这两种模式为:530nm频段的激光束被直接振荡，以及在1060nm频段振荡的红外激光束通过二次谐波生成(SHG)被变为530nm频段的激光束。特别是在操作电压和插接效率(WPE)方面，采用SHG的后一种模式被认为更有利。使用SHG的设备要求单一纵向模式振荡的激光源作为1060nm频段的主光源，例如提出了分布反馈(DFB)激光器+SHG元件、分布布拉格反射(DBR)激光器+SHG元件等。在这些结构的任意一个结构中，半导体激光器的振荡波长和SHG元件的准相位匹配(QPM)波长需精确匹配，并且针对波长控制，通常使用诸如帕尔贴(Peltier)元件之类的热电冷却器(TEC)0但是，取决于所采用的环境温度，TEC的功耗会达到大约几瓦，这已成为WPE改进的障碍。通过调制半导体激光器的输出，即通过调制驱动电流，来进行输出强度的调制，这经常使振荡波长偏尚SHG兀件的QPM波长。提出了 SHG元件与包括DFB激光器或DBR激光器以及半导体光放大器(SOA)在内的主振荡功率放大器(MOPA)结构组合的结构，以对抗振荡波长和QPM波长之间的差异。在MOPA结构中，半导体激光器被以恒定电流操作，且SOA调制和调节强度，由此可通过抑制从SHG元件的QPM波长的偏离来抑制半导体激光器的振荡波长的波动。下面是相关的示例:日本特许公开N0.2000-228556 ;和日本特许公开N0.2009-164443。但是，由于SHG元件的QPM的波长频谱非常窄，即使由DFB激光器和SOA之间轻微的热干扰带来的影响也不能被忽略。例如，一种类型的模式(pattern)效应,即半导体激光器的振荡波长偏离且由SOA的驱动信号引起功率变化，经常引起SHG元件输出中的波形失真。即使在MOPA结构中，在没有TEC的情况下，半导体激光器的振荡波长和SHG元件的QPM波长之间的差异也由环境温度变化引起。这是由SHG元件的QPM波长与决定DFB激光器或DBR激光器振荡波长的衍射光栅的布拉格波长之间的温度依赖性差异引起的。此外，在MOPA结构中，半导体激光器的振荡波长与SOA的增益频谱之间的温度依赖性差异大是一个问题。在没有TEC来提高WPE的操作中，优选地设计在输出特性极大降低的较高温度条件下的半导体激光器的振荡波长和增益峰值波长之间的失谐。但是，由于上述的半导体激光器振荡波长和SOA增益峰值波长之间的不同的温度依赖性，在较低温度下失谐变得过大。结果，法布里-珀罗(Fabry-Perot)模式经常在较低温度时振荡，即使在MOPA结构中，这也已经成为在没有TEC的情况下实现低功耗的绿色激光器模块时的问题。因此，实施例的一个方面中的目的是提供一种，通过采用半导体激光器和谐波生成元件输出多频率的激光束，这可以抑制输出特性的降级。
技术实现思路
根据实施例的一个方面，提供一种发光设备，该发光设备包括:半导体激光器，该半导体激光器形成在半导体衬底之上，以单一纵向模式振荡；第一加热器，该第一加热器提供在该半导体激光器附近，控制半导体激光器的温度；增益单元，该增益单元形成在半导体衬底之上，放大从半导体激光器输出的束并输出放大的束；第二加热器，该第二加热器提供在增益单元附近，控制增益单元的温度；以及二次谐波生成元件，该二次谐波生成元件将从增益单元输出的放大的束转变为二次谐波光并输出该二次谐波光。根据实施例的另一方面，提供一种控制发光设备的方法，该发光设备包括以单一纵向模式振荡的半导体激光器、控制该半导体激光器的温度的第一加热器、放大从该半导体激光器输出的束并输出放大束的增益单元、控制增益单元的温度的第二加热器、将从增益单元输出的放大束转变成二次谐波光并输出该二次谐波光的二次谐波生成元件以及测量环境温度的温度监视器，该方法包括:由温度监视器测量环境温度；基于由温度监视器测量的环境温度，生成第一加热器的第一驱动信号，该第一驱动信号用于在该环境温度下将半导体激光器的振荡波长与二次谐波生成元件的准相位匹配波长匹配；基于用于驱动增益单元的输入信号，生成第一加热器的第二驱动信号，该第二驱动信号用于依据至增益单兀的输入信号补偿半导体激光器的温度升高；以及基于第一驱动信号和第二驱动信号来驱动第一加热器，并控制半导体激光器的温度。附图说明图1为图示根据第一实施例的发光设备的发光元件的结构的图解视图；图2为图示根据第一实施例的发光设备的半导体光源单元的结构的平面图；图3和图4为图示根据第一实施例的发光设备的半导体光源单元的结构的图解剖面图；图5为图示根据第一实施例的发光设备的驱动单元的结构的框图；图6为解释由DFB激光器的振荡波长的波动引起的输出波形失真的时序图；图7为图示SHG元件的QPM波长、DFB激光器的振荡波长和SOA的增益峰值波长的温度依赖性的曲线图；图8为图示由环境温度变化引起的DFB激光器振荡波长和SOA增益频谱的变化的一个例子的曲线图；图9为图示根据第一实施例的发光设备的操作的时序图；图10、图11、图12、图13、图14、图16、图17、图18、图20、图21、图22、图23和图24为图示根据第一实施例的发光设备的半导体光源单元的制造方法的剖面图；图15、图19、图25和图26为图不根据第一实施例的发光设备的半导体光源单兀的制造方法的平面图27为图示根据第二实施例的发光设备的发光元件的结构的图解视图；以及图28为图示根据第三实施例的发光设备的发光元件的结构的图解视图。具体实施例方式第一实施例将参考图1至图26描述根据第一实施例的发光设备和控制该发光设备的方法。图1为图示根据本实施例的发光设备的发光元件的结构的图解视图。图2为图示根据本实施例的发光设备的半导体光源单元的结构的平面图。图3和图4为图示根据本实施例的发光设备的半导体光源单元的结构的图解剖面图。图5为图示根据本实施例的发光设备的驱动单元的结构的框图。图6为解释由DFB激光器的振荡波长的波动引起的输出波形失真的时序图。图7为图示SHG元件的QPM波长、DFB激光器的振荡波长和SOA的增益峰值波长的温度依赖性的曲线图。图8为图示由环境温度变化引起的DFB激光器振荡波长和SOA增益频谱的变化的一个例子的曲线图。图9为图示根据本实施例的发光设备的操作的时序图。图10至图26为图示根据本实施例的发光设备的半导体光源单元的制造方法的视图。首先，将参照图1至图5描述根据本实施例的发光设备的结构。根据本实施例的发光设备包括发光元件100以及控制发光元件100的控制单元200。如图1所示，发光元件100包括作为主光源的半导体光源单元110以及从半导体光源单元110的输出光生成二次谐波的SHG单元120。半导体光源单元110和SHG单元120通过透镜130相互光耦合。半导体光源单元110被安装在壳体140中提供的散热器142上，并且包括集成在半导体衬底上的SOA (增益单元)114和DFB激光器(半导体激光器)112。DFB激光器112和SOA 114附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光设备，包括：半导体激光器，所述半导体激光器形成于半导体衬底之上，以单一纵向模式振荡；第一加热器，所述第一加热器提供在所述半导体激光器附近，控制所述半导体激光器的温度；增益单元，所述增益单元形成于所述半导体衬底之上，放大从所述半导体激光器输出的束并输出放大的束；第二加热器，所述第二加热器提供在所述增益单元附近，控制所述增益单元的温度；以及二次谐波生成元件，所述二次谐波生成元件将从所述增益单元输出的所述放大的束转变为二次谐波光并输出所述二次谐波光。

【技术特征摘要】
2011.11.01 JP 2011-2400471.一种发光设备，包括: 半导体激光器，所述半导体激光器形成于半导体衬底之上，以单一纵向模式振荡； 第一加热器，所述第一加热器提供在所述半导体激光器附近，控制所述半导体激光器的温度； 增益单元，所述增益单元形成于所述半导体衬底之上，放大从所述半导体激光器输出的束并输出放大的束； 第二加热器，所述第二加热器提供在所述增益单元附近，控制所述增益单元的温度；以及 二次谐波生成元件，所述二次谐波生成元件将从所述增益单元输出的所述放大的束转变为二次谐波光并输出所述二次谐波光。2.根据权利要求1所述的发光设备，还包括: 温度监视器，所述温度监视器测量环境温度；以及 控制单元，所述控制单元基于由所述温度监视器测量的所述环境温度和用于驱动所述增益单元的输入信号来控制所述第一加热器。3.根据权利要求2所述的发光设备，其中 所述控制单元基于第一驱动信号和第二驱动信号来控制所述第一加热器，所述第一驱动信号用于在所述环境温度下将所述半导体激光器的振荡波长与所述二次谐波生成元件的准相位匹配波长进行匹配；所述第二驱动信号用于基于至所述增益单元的所述输入信号来补偿所述半导体激光器的温 度升高。4.根据权利要求3所述的发光设备，还包括: 存储器，所述存储器存储第一查找表和第二查找表，所述第一查找表描述在所述环境温度和用于匹配所述半导体激光器的振荡波长与所述二次谐波生成元件的准相位匹配波长的所述第一加热器的驱动信号之间的关系；所述第二查找表描述在至所述增益单元的所述输入信号和用于依据至所述增益单元的所述输入信号补偿所述半导体激光器的温度升高的所述第一加热器的驱动信号之间的关系，其中 所述控制单元基于所述第一查找表生成所述第一驱动信号，并基于所述第二查找表生成所述第二驱动信号。5.根据权利要求4所述的发光设备，其中 所述控制单元对至所述增益单元的所述输入信号进行时间平均处理，并基于平均的输入信号值生成所述第二驱动信号。6.根据权利要求4或5所述的发光设备，其中 所述控制单元生成添加有延迟时间的所述第二驱动信号，其中所添加的延迟时间对应于在所述增益单元中的输入信号的变化和所述半导体激光器的温度变化之间的时延。7.根据权利要求2至5的任意一个所述的发光设备，其中 所述控制单元基于由所述温度监视器测量的所述环境温度来控制所述第二加热器。8.根据权利要求7所述的发光设备，其中 所述控制单元基于第三驱动信号控制所述第二加热器，其中所述第三驱动信号用于使得在所述环境温度下的所述二次谐波生成元件的准相位匹配波长和所述增益单元的增益峰值波长之间的失谐低于预设值。9.根据权利要求7所述的发光设备，还包括: 存储器，所述存储器存储第三查找表，所述第三查找表描述在所述环境温度和用于使得所述二次谐波生成元件的准相...

【专利技术属性】
技术研发人员：早川明宪，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：