ORSAのデイリーな技術開発の新鮮な技術情報をこのブログで順次お知らせします。
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温度制御機能付きグリーン・レーザーでなくても結構出力が安定するので、レーザー・ポインターに使用される5mWグリーン・レーザーに偏波面保存シングル・モードファイバー(SMC48P)を取り付けた出力調整式ユニツトを製作しました。
偏向ビームスプリッターを取り付け、それを回転することで出力調整するのですが、このタイプのグリーンレーザーは、残念ながら消光比が2:1ぐらいしかありません。そのために出力調整範囲が、0.5mWから1mWぐらいしか出来ません。また温度によって偏向軸が少し変わるようです。
greenasseblestep1.jpga1dae769.jpeg







レーザー・ポインター用は光軸が傾いているのが困るんです。それも一個一個傾き角が違うのです。その補正が面倒ですね。
532nm1mW042112p1.jpg安定しているかどうか判断が難しいですね。突然出力が変わるのは偏向軸の変動のようです。出力を調整しないタイプだとそのような現象は起きないと思います。
緩やかに変わるのは室温の変化によるものと思われます。
レーザー・ポインター用を使う場合には出力調整式ではなく、出力固定式の方が良さそうです。固定式では出力も、シングル・モードファイバー端で2mWぐらいになります。


 
10数年前にLDモジュールの温度制御は、ペルチェ素子の上にLDモジュールを乗せれば出来ると簡単に考えてそうしたのですが、温度制御無しに比べて出力変動が1/2程度になっただけで期待したほどの安定性は得られませんでした。
室内空気も熱源だということ、そして放熱容量が充分に必要だと分かり、それから四苦八苦の10年以上が過ぎました。これで大丈夫だと思ったら駆動回路が室温の変化や自己の発熱により変化することが分かり、回路も温度制御構成の中に組み込んだり、いろいろ試してみました。
他社の温度制御LDユニットを見ても、私の経験からは、「それで本当に安定するのかな~?」という疑問を持つことが多いですが、各社それぞれノウハウがあるのでしょうから、それは分からないですが。
室温の変化のスピードによっても安定性は異なってきます。
放熱基板や環境温度がどうあろうと、ペルチェ素子とサーミスタによってLDモジュールの温度を一定にすれば出力は安定すると思うのですが、なぜかどうも違うようです。他社ではマイコンを使ったりする別の知恵があるのかも知れませんが。
精密な安定性を得るためには、放熱とのバランスが大事なようです。そのために弊社は駆動回路とLDユニットを分離しました。一体型でも、いろいろ工夫するとそこそこは安定するのですが、弊社の24時間または48時間0.3%以内という目標は得られませんでした。
48時間テストを行いました。4時間、8時間、12時間、48時間と連続してのテストでしたので、トータル72時間の連続運転テストでもありました。目標の0.3%はほぼ達成しましたが、ここまで来るとまた0.3%の変動原因は何かと考えてしまいます。緩やかに出力が低下しているのは、午前中に室温が上昇するときの変化です。これは放熱とのバランスの変化によるものか、駆動電源の温度変化によるものか、今のところ不明ですが、おそらく放熱容量の問題でしょう。
3983a5e5.jpeg
 
やっと出来た感じですね。室温2℃変化に対して、12時間変動約0.1%
青紫LDで出来れば他のLDは同じです。次は48時間テストです。
AOS303405nm10mWp1.jpg


 
LDユニットAOS303-405-10mWと温度制御機能付きLD駆動電源TOS304を組み合わせたセットにおいて4時間の温度特性を測りAOS303406nm10mW041212p1.jpgました。
下の写真はスペクトルを測っているものです。
スペクトルは富士183290e8.jpeg山型になっていますので、出力がパラパラ変動するモード・ホッピングはありません。



  弊社では10数年、LDファイバー・モジュールの温度制御に取り組んでいます。室温±3℃の変化に対して、24時間(または48時間)出力変動0.3%以下を目標にやっていますが、近づきつつありますが今までのところ難しいです。
LDモジュールをペルチェ素子で温度を一定にしても、LD駆動回路の抵抗などの部品が温度が変わると常数が変わる。駆動回路の発熱で駆動回路も変化するし、その熱でモジュールの環境温度も変化する。また放熱の容量が充分大きいとか、放熱のバランスが一定でないと出力が変動する。エアコン制御された室内環境において出力変動1%以下で満足するなら悩むことは何も無いのですが。
最初の頃はパワーメーターも室内温度の変化によって感度が変わっている場合もありました。それでは何を測定しているか分からない。いろいろ長年試行錯誤した結果、今のところ駆動回路の発熱に影響を受けないように駆動回路とLDユニットを分離する方法を選択しました。そうすると一台の駆動電源で回路のないLDユニットを交換することで利用できるのでトータル・コストが安くなるメリットがでます。
10mW程度の出力では、室温の安定した環境で使用する分には温度制御の無いAOS108タイプで充分かも知れません。ただし、縦モード・シングルの可干渉性(コーヒーレンシ)タイプは10mWでも温度制御が必要な場合もあります。
そして弊社は安定度の実測データをこのように公開しています。
青色、青紫色LDは他の可視光LDに比べて駆動電圧が高いので発熱が大きく、他のLDより精密な温度制御が難しい。青色で出来れば他は問題ないと思います。工夫を追加して現在実験中の青紫LDユニットは良さそうです。エアコンOFFの自然室温の中で室温1℃変化の中での4時間で変動0.1%のデータが得られています。
 
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