JP2746401B2 - 半導体レーザ制御装置 - Google Patents
半導体レーザ制御装置Info
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- JP2746401B2 JP2746401B2 JP1024924A JP2492489A JP2746401B2 JP 2746401 B2 JP2746401 B2 JP 2746401B2 JP 1024924 A JP1024924 A JP 1024924A JP 2492489 A JP2492489 A JP 2492489A JP 2746401 B2 JP2746401 B2 JP 2746401B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザプリンタ，光ディスク装置，光通信装
置等で光源として用いられる半導体レーザを制御する半
導体レーザ制御装置に関する。
置等で光源として用いられる半導体レーザを制御する半
導体レーザ制御装置に関する。
半導体レーザは極めて小型であって、かつ駆動電流に
より高速に直接変調を行うことができるので、近年光デ
ィスク装置，レーザプリンタ等の光源として広く使用さ
れている。
より高速に直接変調を行うことができるので、近年光デ
ィスク装置，レーザプリンタ等の光源として広く使用さ
れている。
しかしながら、半導体レーザの駆動電流・光出力特性
は温度により著しく変化し、これは半導体レーザの光強
度を所望の値に設定しようとする場合に問題となる。こ
の問題を解決して半導体レーザの利点を活かす為にさま
ざまなAPC（Automatic Power Control）回路が提案され
ている。
は温度により著しく変化し、これは半導体レーザの光強
度を所望の値に設定しようとする場合に問題となる。こ
の問題を解決して半導体レーザの利点を活かす為にさま
ざまなAPC（Automatic Power Control）回路が提案され
ている。
このAPC回路は次の３つの方式に分けられる。
（１）半導体レーザの光出力を受光素子によりモニター
し、この受光素子に発生する受光電流（半導体レーザの
光出力に比例する）に比例する信号と，発光レベル指令
信号とが等しくなるように常時半導体レーザの順方向電
流を制御する光・電気負帰還ループを設け、この光・電
気負帰還ループにより半導体レーザの光出力を所望の値
に制御する方式。
し、この受光素子に発生する受光電流（半導体レーザの
光出力に比例する）に比例する信号と，発光レベル指令
信号とが等しくなるように常時半導体レーザの順方向電
流を制御する光・電気負帰還ループを設け、この光・電
気負帰還ループにより半導体レーザの光出力を所望の値
に制御する方式。
（２）パワー設定期間には半導体レーザの光出力を受光
素子によりモニターしてこの受光素子に発生する受光電
流（半導体レーザの光出力に比例する）に比例する信号
と，発光レベル指令信号とが等しくなるように半導体レ
ーザの順方向電流を制御し、パワー設定期間外にはパワ
ー設定期間で設定した半導体レーザの順方向電流の値を
保持することによって半導体レーザの光出力を所望の値
に制御する。そしてパワー設定期間外にはパワー設定期
間で設定した半導体レーザの順方向電流の値を基準とし
て半導体レーザの順方向電流を情報で変調することによ
り半導体レーザの光出力に情報を載せる方式。
素子によりモニターしてこの受光素子に発生する受光電
流（半導体レーザの光出力に比例する）に比例する信号
と，発光レベル指令信号とが等しくなるように半導体レ
ーザの順方向電流を制御し、パワー設定期間外にはパワ
ー設定期間で設定した半導体レーザの順方向電流の値を
保持することによって半導体レーザの光出力を所望の値
に制御する。そしてパワー設定期間外にはパワー設定期
間で設定した半導体レーザの順方向電流の値を基準とし
て半導体レーザの順方向電流を情報で変調することによ
り半導体レーザの光出力に情報を載せる方式。
（３）半導体レーザの温度を測定し、その測定した温度
によって半導体レーザの順方向電流を制御したり、又は
半導体レーザの温度を一定になるように制御したりして
半導体レーザの光出力を所望の値に制御する方式。
によって半導体レーザの順方向電流を制御したり、又は
半導体レーザの温度を一定になるように制御したりして
半導体レーザの光出力を所望の値に制御する方式。
半導体レーザの光出力を所望の値とするためには
（１）の方式が望ましいが、受光素子の動作速度，光・
電気負帰還ループを構成している増幅素子の動作速度等
の限界により制御速度に限界が生ずる。例えばこの制御
速度の目安として光・電気負帰還ループの開ループでの
交叉周波数を考慮した場合この交叉周波数をf0としたと
き半導体レーザの光出力のステップ応答特性は次のよう
に近似できる。
（１）の方式が望ましいが、受光素子の動作速度，光・
電気負帰還ループを構成している増幅素子の動作速度等
の限界により制御速度に限界が生ずる。例えばこの制御
速度の目安として光・電気負帰還ループの開ループでの
交叉周波数を考慮した場合この交叉周波数をf0としたと
き半導体レーザの光出力のステップ応答特性は次のよう
に近似できる。
Pout＝P0｛１−exp（−２πf0t）｝ Pout:半導体レーザの光出力 P0:半導体レーザの設定された光強度 t:時間 半導体レーザの多くの使用目的では半導体レーザの光
出力を変化させた直後から、設定された時間τ０が経過
するまでの全光量（光出力の積分値∫Pout）が所定の値
となることが必要とされ、 となる。仮に、τ０＝50ns,誤差の許容範囲を0.4％とし
た場合f0＞800MHZとしなければならず、これは極めて困
難である。
出力を変化させた直後から、設定された時間τ０が経過
するまでの全光量（光出力の積分値∫Pout）が所定の値
となることが必要とされ、 となる。仮に、τ０＝50ns,誤差の許容範囲を0.4％とし
た場合f0＞800MHZとしなければならず、これは極めて困
難である。
また（２）の方式では（１）の方式の上記問題は発生
せず、半導体レーザを高速に変調することが可能である
ので、多く使用されている。しかしながらこの（２）の
方式では半導体レーザの光出力を常時制御しているわけ
ではないので、外乱等により容易に半導体レーザの光量
変動が生ずる。外乱としては例えば半導体レーザのドウ
ループ特性があり、半導体レーザの光量はこのドウルー
プ特性により容易に数％程度の誤差が生じてしまう。半
導体レーザのドウループ特性を抑制する試みとして、半
導体レーザの熱時定数に半導体レーザ駆動電流の周波数
特性を合わせ補償する方法などが提案されているが、半
導体レーザの熱時定数は各半導体レーザ毎に個別にバラ
ツキがあり、また半導体レーザの周囲環境により異なる
等の問題がある。
せず、半導体レーザを高速に変調することが可能である
ので、多く使用されている。しかしながらこの（２）の
方式では半導体レーザの光出力を常時制御しているわけ
ではないので、外乱等により容易に半導体レーザの光量
変動が生ずる。外乱としては例えば半導体レーザのドウ
ループ特性があり、半導体レーザの光量はこのドウルー
プ特性により容易に数％程度の誤差が生じてしまう。半
導体レーザのドウループ特性を抑制する試みとして、半
導体レーザの熱時定数に半導体レーザ駆動電流の周波数
特性を合わせ補償する方法などが提案されているが、半
導体レーザの熱時定数は各半導体レーザ毎に個別にバラ
ツキがあり、また半導体レーザの周囲環境により異なる
等の問題がある。
また光ディスク装置などにおいて問題とされる半導体
レーザの戻り光の影響による光量変動などの問題があ
る。
レーザの戻り光の影響による光量変動などの問題があ
る。
本発明は上記欠点を改善し、高速，高精度，高分解能
な半導体レーザ制御装置を提供することを目的とする。
な半導体レーザ制御装置を提供することを目的とする。
請求項１記載の発明は、半導体レーザの光出力を受光
部により検知し、この受光部によって検知した前記半導
体レーザの光出力に比例した受光信号と発光レベル指令
信号とが等しくなるように前記半導体レーザの順方向電
流を制御する光・電気負帰還ループと、前記半導体レー
ザの光出力・順方向電流特性、前記受光部と前記半導体
レーザとの結合係数、前記受光部の光入力・受光信号特
性に基づいて前記受光信号と前記発光レベル指令信号と
が等しくなるように前記発光レベル指令信号を前記半導
体レーザの順方向電流に変換する変換手段とを有し、前
記半導体レーザの順方向電流を、前記光・電気負帰還ル
ープによって制御される電流と、前記変換手段により生
成される電流との和または差の電流とするものである。
部により検知し、この受光部によって検知した前記半導
体レーザの光出力に比例した受光信号と発光レベル指令
信号とが等しくなるように前記半導体レーザの順方向電
流を制御する光・電気負帰還ループと、前記半導体レー
ザの光出力・順方向電流特性、前記受光部と前記半導体
レーザとの結合係数、前記受光部の光入力・受光信号特
性に基づいて前記受光信号と前記発光レベル指令信号と
が等しくなるように前記発光レベル指令信号を前記半導
体レーザの順方向電流に変換する変換手段とを有し、前
記半導体レーザの順方向電流を、前記光・電気負帰還ル
ープによって制御される電流と、前記変換手段により生
成される電流との和または差の電流とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体レーザ
制御装置において、スイッチング信号によりオフセット
電流をオン・オフする回路を備え、前記和または差の電
流に前記オフセット電流を加算した電流によって前記半
導体レーザを制御するものである。
制御装置において、スイッチング信号によりオフセット
電流をオン・オフする回路を備え、前記和または差の電
流に前記オフセット電流を加算した電流によって前記半
導体レーザを制御するものである。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の半導体レーザ
制御装置において、前記光・電記負帰還ループの制御電
流を検出することにより前記変換手段の変換誤差を検出
する検出手段を備えたものである。
制御装置において、前記光・電記負帰還ループの制御電
流を検出することにより前記変換手段の変換誤差を検出
する検出手段を備えたものである。
請求項４記載の発明は、請求項３記載の半導体レーザ
制御装置において、スイッチング信号によりオフセット
電流をオン・オフする回路を備え、前記和または差の電
流に前記オフセット電流を加算した電流によって前記半
導体レーザを制御するものである。
制御装置において、スイッチング信号によりオフセット
電流をオン・オフする回路を備え、前記和または差の電
流に前記オフセット電流を加算した電流によって前記半
導体レーザを制御するものである。
請求項１記載の発明では、光・電気負帰還ループは、
半導体レーザの光出力を受光部により検知し、この受光
部によって検知した前記半導体レーザの光出力に比例し
た受光信号と発光レベル指令信号とが等しくなるように
前記半導体レーザの順方向電流を制御する。変換手段は
前記半導体レーザの光出力・順方向電流特性、前記受光
部と前記半導体レーザとの結合係数、前記受光部の光入
力・受光信号特性に基づいて前記受光信号と前記発光レ
ベル指令信号とが等しくなるように前記発光レベル指令
信号を前記半導体レーザの順方向電流に変換し、前記光
・電気負帰還ループによって制御される電流と、前記変
換手段により生成される電流との和または差の電流が前
記半導体レーザの順方向電流となる。
半導体レーザの光出力を受光部により検知し、この受光
部によって検知した前記半導体レーザの光出力に比例し
た受光信号と発光レベル指令信号とが等しくなるように
前記半導体レーザの順方向電流を制御する。変換手段は
前記半導体レーザの光出力・順方向電流特性、前記受光
部と前記半導体レーザとの結合係数、前記受光部の光入
力・受光信号特性に基づいて前記受光信号と前記発光レ
ベル指令信号とが等しくなるように前記発光レベル指令
信号を前記半導体レーザの順方向電流に変換し、前記光
・電気負帰還ループによって制御される電流と、前記変
換手段により生成される電流との和または差の電流が前
記半導体レーザの順方向電流となる。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の半導体レー
ザ制御装置において、前記回路がスイッチング信号によ
りオフセット電流をオン・オフし、前記和または差の電
流に前記オフセット電流を加算した電流によって前記半
導体レーザが制御される。
ザ制御装置において、前記回路がスイッチング信号によ
りオフセット電流をオン・オフし、前記和または差の電
流に前記オフセット電流を加算した電流によって前記半
導体レーザが制御される。
請求項３記載の発明では、請求項１記載の半導体レー
ザ制御装置において、検出手段が前記光・電気負帰還ル
ープの制御電流を検出することにより前記変換手段の変
換誤差を検出する。
ザ制御装置において、検出手段が前記光・電気負帰還ル
ープの制御電流を検出することにより前記変換手段の変
換誤差を検出する。
請求項４記載の発明では、請求項３記載の半導体レー
ザ制御装置において、前記回路がスイッチング信号によ
りオフセット電流をオン・オフし、前記和または差の電
流に前記オフセット電流を加算した電流によって前記半
導体レーザが制御される。
ザ制御装置において、前記回路がスイッチング信号によ
りオフセット電流をオン・オフし、前記和または差の電
流に前記オフセット電流を加算した電流によって前記半
導体レーザが制御される。
第１図は請求項１記載の発明の一実施例を示す。
発光レベル指令信号は比較増幅器１及び変換手段とし
ての電流変換器２に入力され、被駆動半導体レーザ３の
光出力の一部が受光素子４によりモニターされる。比較
増幅器１と半導体レーザ3,受光素子４は光・電気負帰還
ループを形成し、比較増幅器１は受光素子４に誘起され
た光起電流（半導体レーザ３の光出力に比例する）に比
例する受光信号と発光レーザ指令信号とを比較してその
結果により半導体レーザ３の順方向電流を受光信号と発
光レベル指令信号とが等しくなるように制御する。また
電流変換器２は前記受光信号と発光レベル指令信号とが
等しくなるように発光レベル指令信号に従って予め設定
された電流（半導体レーザ３の光出力・順方向電流特性
及び受光素子４と半導体レーザ３との結合係数，受光素
子４の光入力・受光信号特性に基づいて予め設定された
電流）を出力する。この電流変換器２の出力電流と，比
較増幅器１より出力される制御電流との和の電流が半導
体レーザ３の順方向電流となる。
ての電流変換器２に入力され、被駆動半導体レーザ３の
光出力の一部が受光素子４によりモニターされる。比較
増幅器１と半導体レーザ3,受光素子４は光・電気負帰還
ループを形成し、比較増幅器１は受光素子４に誘起され
た光起電流（半導体レーザ３の光出力に比例する）に比
例する受光信号と発光レーザ指令信号とを比較してその
結果により半導体レーザ３の順方向電流を受光信号と発
光レベル指令信号とが等しくなるように制御する。また
電流変換器２は前記受光信号と発光レベル指令信号とが
等しくなるように発光レベル指令信号に従って予め設定
された電流（半導体レーザ３の光出力・順方向電流特性
及び受光素子４と半導体レーザ３との結合係数，受光素
子４の光入力・受光信号特性に基づいて予め設定された
電流）を出力する。この電流変換器２の出力電流と，比
較増幅器１より出力される制御電流との和の電流が半導
体レーザ３の順方向電流となる。
ここで、前記光・電気負帰還ループの開ループでの交
叉周波数をf0とし、DCゲインを10000とした場合、半導
体レーザ３の光出力Poutのステップ応答特性は次のよう
に近似できる。
叉周波数をf0とし、DCゲインを10000とした場合、半導
体レーザ３の光出力Poutのステップ応答特性は次のよう
に近似できる。
Pout＝ＰL＋（ＰS−ＰL）exp（−２πf0t） ＰL:t＝∞における光出力 ＰS：電流変換器２により設定された光量 光・電気負帰還ループの開ループでのDCゲインを1000
0としているので、設定誤差の許容範囲を0.1％以下とし
た場合には、ＰLは設定した光量に等しいと考えられ
る。
0としているので、設定誤差の許容範囲を0.1％以下とし
た場合には、ＰLは設定した光量に等しいと考えられ
る。
したがって、仮に電流変換器２により設定された光量
ＰSがＰLに等しければ、瞬時に半導体レーザ３の光出力
がＰLに等しくなる。また、外乱等によりＰSが５％変動
したとしてもf0＝40MHZ程度であれば、10ns後には半導
体レーザ３の光出力は設定値に対する誤差が0.4％以下
になる。
ＰSがＰLに等しければ、瞬時に半導体レーザ３の光出力
がＰLに等しくなる。また、外乱等によりＰSが５％変動
したとしてもf0＝40MHZ程度であれば、10ns後には半導
体レーザ３の光出力は設定値に対する誤差が0.4％以下
になる。
また半導体レーザ３の光出力を変化させた直後から設
定された時間τ０が経過するまでの全光量（光出力の積
分値∫Pout）の誤差が0.4％以下になるための光・電気
負帰還ループの交叉周波数は、τ０＝50nsとした場合40
MHZ以上であればよく、この程度の交差周波数ならば容
易に実現できる。
定された時間τ０が経過するまでの全光量（光出力の積
分値∫Pout）の誤差が0.4％以下になるための光・電気
負帰還ループの交叉周波数は、τ０＝50nsとした場合40
MHZ以上であればよく、この程度の交差周波数ならば容
易に実現できる。
さらに、この実施例では電流変換器２の出力電流を光
・電還負帰還ループの制御電流に加算する構成である
が、半導体レーザ３と並列に電流変換器２を接続する構
成とすれば電流変換器２の出力電流と光・電気負帰還ル
ープの制御電流との差の電流により半導体レーザ３を制
御する構成が実現できる。
・電還負帰還ループの制御電流に加算する構成である
が、半導体レーザ３と並列に電流変換器２を接続する構
成とすれば電流変換器２の出力電流と光・電気負帰還ル
ープの制御電流との差の電流により半導体レーザ３を制
御する構成が実現できる。
このように、請求項１記載の発明の実施例によれば高
速・高精度，高分解能な半導体レーザ装置が実現でき
る。
速・高精度，高分解能な半導体レーザ装置が実現でき
る。
すなわち、光・電気負帰還ループとは別に、発光レベ
ル指令信号を半導体レーザ３の順方向に直接変換する電
流変換器２を設け、この電流変換器２にて半導体レーザ
３の光出力・順方向電流特性、受光素子４と半導体レー
ザ３との結合係数、受光素子４の光入力・受光信号特性
に基づいて受光素子４の受光信号と発光レベル指令信号
とが等しくなるように発光レベル指令信号を半導体レー
ザ３の順方向電流に変換するので、発光レベル指令信号
と半導体レーザ３の光出力とが広い周波数帯域で高い線
形性を得ることができ、光・電気負帰還ループのみから
なる半導体レーザ制御装置に比べてより高速応答特性が
得られて高速変調が可能となり、高・電気負帰還ループ
のみからなる半導体レーザ制御装置では実験できなかっ
た高速性を常時半導体レーザの光出力を制御しながら実
現できる。
ル指令信号を半導体レーザ３の順方向に直接変換する電
流変換器２を設け、この電流変換器２にて半導体レーザ
３の光出力・順方向電流特性、受光素子４と半導体レー
ザ３との結合係数、受光素子４の光入力・受光信号特性
に基づいて受光素子４の受光信号と発光レベル指令信号
とが等しくなるように発光レベル指令信号を半導体レー
ザ３の順方向電流に変換するので、発光レベル指令信号
と半導体レーザ３の光出力とが広い周波数帯域で高い線
形性を得ることができ、光・電気負帰還ループのみから
なる半導体レーザ制御装置に比べてより高速応答特性が
得られて高速変調が可能となり、高・電気負帰還ループ
のみからなる半導体レーザ制御装置では実験できなかっ
た高速性を常時半導体レーザの光出力を制御しながら実
現できる。
第４図は請求項２記載の発明の一実施例を示す。
発光レベル指令信号は比較増幅器１及び電流変換器２
に入力され、被駆動半導体レーザ３の光出力の一部が受
光素子４によりモニターされる。比較増幅器１と半導体
レーザ3,受光素子４は光・電気負帰還ループを形成し、
比較増幅器１は受光素子４に誘起された光起電流（半導
体レーザ３の光出力に比例する）に比例する受光信号と
発光レベル指令信号とを比較してその結果により半導体
レーザ３の順方向電流を受光信号と発光レベル指令信号
とが等しくなるように制御する。また電流変換器２は前
記受光信号と発光レベル指令信号とが等しくなるように
発光レベル指令信号に従って予め設定された電流（半導
体レーザ３の光出力・順方向電流特性及び受光素子４と
半導体レーザ３との結合係数，受光素子４の光入力・受
光信号特性に基づいて予め設定された電流）を出力す
る。トランジスタ5,6、電流源７及びバイアス電源８は
スイッチング回路を構成し、半導体レーザ３を発光させ
るタイミングでスィッチング信号がトランジスタ５のベ
ースに入力される。このスイッチング信号が入力されて
いないときにはバイアス電源８のバイアス電圧によりト
ランジスタ６がオンしてトランジスタ５がオフし、電流
源７からの電流（オフセット電流）が半導体レーザ３に
供給されなくて半導体レーザ３が発光しない。スィッチ
ング信号がトランジスタ５のベースに入力されると、ト
ランジスタ５がオンしてトランジスタ６がオフし、電流
源７からの電流が半導体レーザ３に供給されて半導体レ
ーザ３が発光する。この場合半導体レーザ３はスィッチ
ング回路による駆動電流と，電流変換器２の出力電流
と、光・電気負帰還ループの制御電流との和の電流によ
り制御される。
に入力され、被駆動半導体レーザ３の光出力の一部が受
光素子４によりモニターされる。比較増幅器１と半導体
レーザ3,受光素子４は光・電気負帰還ループを形成し、
比較増幅器１は受光素子４に誘起された光起電流（半導
体レーザ３の光出力に比例する）に比例する受光信号と
発光レベル指令信号とを比較してその結果により半導体
レーザ３の順方向電流を受光信号と発光レベル指令信号
とが等しくなるように制御する。また電流変換器２は前
記受光信号と発光レベル指令信号とが等しくなるように
発光レベル指令信号に従って予め設定された電流（半導
体レーザ３の光出力・順方向電流特性及び受光素子４と
半導体レーザ３との結合係数，受光素子４の光入力・受
光信号特性に基づいて予め設定された電流）を出力す
る。トランジスタ5,6、電流源７及びバイアス電源８は
スイッチング回路を構成し、半導体レーザ３を発光させ
るタイミングでスィッチング信号がトランジスタ５のベ
ースに入力される。このスイッチング信号が入力されて
いないときにはバイアス電源８のバイアス電圧によりト
ランジスタ６がオンしてトランジスタ５がオフし、電流
源７からの電流（オフセット電流）が半導体レーザ３に
供給されなくて半導体レーザ３が発光しない。スィッチ
ング信号がトランジスタ５のベースに入力されると、ト
ランジスタ５がオンしてトランジスタ６がオフし、電流
源７からの電流が半導体レーザ３に供給されて半導体レ
ーザ３が発光する。この場合半導体レーザ３はスィッチ
ング回路による駆動電流と，電流変換器２の出力電流
と、光・電気負帰還ループの制御電流との和の電流によ
り制御される。
ここで、前記光・電気負帰還ループの開ループでの交
叉周波数をf0とし、DCゲインを10000とした場合、半導
体レーザ３の光出力Poutのステップ応答特性は次のよう
に近似できる。
叉周波数をf0とし、DCゲインを10000とした場合、半導
体レーザ３の光出力Poutのステップ応答特性は次のよう
に近似できる。
Pout＝ＰL＋（ＰS−ＰL）exp（−２πf0t） ＰL:t＝∞における光出力 ＰS：電流変換器２の出力電流とスィッチング回路の
駆動電流との和の電流により設定された光量 光・電気負帰還ループの開ループでのDCゲインを1000
0としているので、設定誤差の許容範囲を0.1％以下とし
た場合には、ＰLは設定した光量に等しいと考えられ
る。
駆動電流との和の電流により設定された光量 光・電気負帰還ループの開ループでのDCゲインを1000
0としているので、設定誤差の許容範囲を0.1％以下とし
た場合には、ＰLは設定した光量に等しいと考えられ
る。
したがって、仮に電流変換器２により設定された光量
ＰSがＰLに等しければ、半導体レーザ３の光出力が瞬時
にＰLに等しくなり、スィッチング回路による駆動電流
値まではスィッチング回路の動作が高速で行われるため
に電流変換器２の立上り速度に依存しないで高速に立ち
上がる。さらに、一般的に半導体レーザの光出力・電流
特性は第６図に示すようにしきい値電流までは半導体レ
ーザが発振しないので、オフセット電流による消光比の
劣化がほとんど発生しない。また、外乱等によりＰSが
５％変動したとしてもf0＝40MHZ程度であれば、10ns後
には半導体レーザ３の光出力は設定値に対する誤差が0.
4％以下になる。
ＰSがＰLに等しければ、半導体レーザ３の光出力が瞬時
にＰLに等しくなり、スィッチング回路による駆動電流
値まではスィッチング回路の動作が高速で行われるため
に電流変換器２の立上り速度に依存しないで高速に立ち
上がる。さらに、一般的に半導体レーザの光出力・電流
特性は第６図に示すようにしきい値電流までは半導体レ
ーザが発振しないので、オフセット電流による消光比の
劣化がほとんど発生しない。また、外乱等によりＰSが
５％変動したとしてもf0＝40MHZ程度であれば、10ns後
には半導体レーザ３の光出力は設定値に対する誤差が0.
4％以下になる。
また半導体レーザ３の光出力を変化させた直後から設
定された時間τ０が経過するまでの全光量（光出力の積
分値∫Pout）の誤差が0.4％以下になるための光・電気
負帰還ループの交叉周波数は、τ０＝50nsとした場合40
MHZ以上であればよく、この程度の交叉周波数ならば容
易に実現できる。
定された時間τ０が経過するまでの全光量（光出力の積
分値∫Pout）の誤差が0.4％以下になるための光・電気
負帰還ループの交叉周波数は、τ０＝50nsとした場合40
MHZ以上であればよく、この程度の交叉周波数ならば容
易に実現できる。
第２図は請求項３記載の発明の一実施例を示す。
発光レベル指令信号は比較増幅器１及び電流変換器２
に入力され、被駆動半導体レーザ３の光出力の一部が受
光素子４によりモニターされる。比較増幅器１と半導体
レーザ3,受光素子４は光・電気負帰還ループを形成し、
トランジスタ9,10、電流源12及びバイアス電源13は差動
増幅器14を構成している。比較増幅器１は受光素子４に
誘起された光起電流（半導体レーザ３の光出力に比例す
る）に比例する受光信号と発光レベル指令信号とを比較
してその結果により差動増幅器14を介して半導体レーザ
３の順方向電流を受光信号と発光レベル指令信号とが等
しくなるように制御する。また電流変換器２は前記受光
信号と発光レベル指令信号とが等しくなるように発光レ
ベル指令信号に従って予め設定された電流（半導体レー
ザ３の光出力・順方向電流特性及び受光素子４と半導体
レーザ３との結合係数，受光素子４の光入力・受光信号
特性に基づいて予め設定された電流）を出力する。この
電流変換器２の出力電流と，差動増幅器14より出力され
る制御電流との和の電流が半導体レーザ３の順方向電流
となる。
に入力され、被駆動半導体レーザ３の光出力の一部が受
光素子４によりモニターされる。比較増幅器１と半導体
レーザ3,受光素子４は光・電気負帰還ループを形成し、
トランジスタ9,10、電流源12及びバイアス電源13は差動
増幅器14を構成している。比較増幅器１は受光素子４に
誘起された光起電流（半導体レーザ３の光出力に比例す
る）に比例する受光信号と発光レベル指令信号とを比較
してその結果により差動増幅器14を介して半導体レーザ
３の順方向電流を受光信号と発光レベル指令信号とが等
しくなるように制御する。また電流変換器２は前記受光
信号と発光レベル指令信号とが等しくなるように発光レ
ベル指令信号に従って予め設定された電流（半導体レー
ザ３の光出力・順方向電流特性及び受光素子４と半導体
レーザ３との結合係数，受光素子４の光入力・受光信号
特性に基づいて予め設定された電流）を出力する。この
電流変換器２の出力電流と，差動増幅器14より出力され
る制御電流との和の電流が半導体レーザ３の順方向電流
となる。
ここで、前記光・電気負帰還ループの開ループでの交
叉周波数をf0とし、DCゲインを10000とした場合、半導
体レーザ３の光出力Poutのステップ応答特性は次のよう
に近似できる。
叉周波数をf0とし、DCゲインを10000とした場合、半導
体レーザ３の光出力Poutのステップ応答特性は次のよう
に近似できる。
Pout＝ＰL＋（ＰS−ＰL）exp（−２πf0t） ＰL:t＝∞における光出力 ＰS：電流変換器２により設定された光量 光・電気負帰還ループの開ループでのDCゲインを1000
0としているので、設定誤差の許容範囲を0.1％以下とし
た場合には、ＰLは設定した光量に等しいと考えられ
る。
0としているので、設定誤差の許容範囲を0.1％以下とし
た場合には、ＰLは設定した光量に等しいと考えられ
る。
したがって、仮に電流変換器２により設定された光量
ＰSがＰLに等しければ、瞬時に半導体レーザ３の光出力
がＰLに等しくなる。この場合にはPout＝ＰLであるの
で、比較増幅器１の出力は変化しない。すなわち、検出
手段としての抵抗11に流れる電流値は変化しないので、
抵抗11の両端間電圧は変化しない。しかしながら外乱等
によりＰSが変動した場合には、電流変換器２による過
不足の電流を比較増幅器１により半導体レーザ３の順方
向に流す。この電流値は、抵抗11を流れる電流を，電流
源12により設定された電流から引いた値となる。したが
って、抵抗11は半導体レーザ３の制御電流を検出するこ
とになり、抵抗11の両端間電圧を測定することにより、
電流変換器２の変換誤差に相当する電流値を検出するこ
とができる。
ＰSがＰLに等しければ、瞬時に半導体レーザ３の光出力
がＰLに等しくなる。この場合にはPout＝ＰLであるの
で、比較増幅器１の出力は変化しない。すなわち、検出
手段としての抵抗11に流れる電流値は変化しないので、
抵抗11の両端間電圧は変化しない。しかしながら外乱等
によりＰSが変動した場合には、電流変換器２による過
不足の電流を比較増幅器１により半導体レーザ３の順方
向に流す。この電流値は、抵抗11を流れる電流を，電流
源12により設定された電流から引いた値となる。したが
って、抵抗11は半導体レーザ３の制御電流を検出するこ
とになり、抵抗11の両端間電圧を測定することにより、
電流変換器２の変換誤差に相当する電流値を検出するこ
とができる。
第３図は請求項３記載の発明の他の実施例を示す。
この実施例は第２図の実施例において、比較増幅器１
の出力電流を検出手段としての電流検出用抵抗15を介し
て半導体レーザ３に供給し、電流検出用抵抗15の両端間
電圧を差動増幅器16により取り出すようにしたものであ
る。したがって、光・電気負帰還ループの制御電流が電
流検出用抵抗15により検出されて差動増幅器16を介して
取り出される。
の出力電流を検出手段としての電流検出用抵抗15を介し
て半導体レーザ３に供給し、電流検出用抵抗15の両端間
電圧を差動増幅器16により取り出すようにしたものであ
る。したがって、光・電気負帰還ループの制御電流が電
流検出用抵抗15により検出されて差動増幅器16を介して
取り出される。
第５図は請求項４記載の発明の一実施例を示す。
発光レベル指令信号は比較増幅器１及び電流変換器２
に入力され、被駆動半導体レーザ３の光出力の一部が受
光素子４によりモニターされる。比較増幅器１と半導体
レーザ3,受光素子４は光・電気負帰還ループを形成し、
トランジスタ17,18、電流源20及びバイアス電源21は差
動増幅器22を構成している。比較増幅器１は受光素子４
に誘起された光起電流（半導体レーザ３の光出力に比例
する）に比例する受光信号と発光レベル指令信号とを比
較してその結果により差動増幅器22を介して半導体レー
ザ３の順方向電流を受光信号と発光レベル指令信号とが
等しくなるように制御する。またトランジスタ23,24、
電流源25及びバイアス電源26はスィッチング回路を構成
し、電流変換器２は前記受光信号と発光レベル指令信号
とが等しくなるように発光レベル指令信号に従って予め
設定された電流（半導体レーザ３の光出力・順方向電流
特性多び受光素子４と半導体レーザ３との結合係数，受
光素子４の光入力・受光信号特性に基づいて予め設定さ
れた電流）から，電流源25により設定された電流値（オ
フセット電流値）だけ少ない電流を出力する。
に入力され、被駆動半導体レーザ３の光出力の一部が受
光素子４によりモニターされる。比較増幅器１と半導体
レーザ3,受光素子４は光・電気負帰還ループを形成し、
トランジスタ17,18、電流源20及びバイアス電源21は差
動増幅器22を構成している。比較増幅器１は受光素子４
に誘起された光起電流（半導体レーザ３の光出力に比例
する）に比例する受光信号と発光レベル指令信号とを比
較してその結果により差動増幅器22を介して半導体レー
ザ３の順方向電流を受光信号と発光レベル指令信号とが
等しくなるように制御する。またトランジスタ23,24、
電流源25及びバイアス電源26はスィッチング回路を構成
し、電流変換器２は前記受光信号と発光レベル指令信号
とが等しくなるように発光レベル指令信号に従って予め
設定された電流（半導体レーザ３の光出力・順方向電流
特性多び受光素子４と半導体レーザ３との結合係数，受
光素子４の光入力・受光信号特性に基づいて予め設定さ
れた電流）から，電流源25により設定された電流値（オ
フセット電流値）だけ少ない電流を出力する。
トランジスタ23のベースには半導体レーザ３を発光さ
せるタイミングでスィッチング信号が入力される。この
スィッチング信号が入力されていないときにはバイアス
電源26のバイアス電圧によりトランジスタ24がオンして
トランジスタ23がオフし、電流源25からの電流が半導体
レーザ３に供給されなくて半導体レーザ３が発光しな
い。スィッチング信号がトランジスタ23のベースに入力
されると、トランジスタ23がオンしてトランジスタ24が
オフし、電流源25からの電流が半導体レーザ３に供給さ
れて半導体レーザ３が発光する。この場合半導体レーザ
３はスィッチング回路による駆動電流と，電流変換器２
の出力電流と，光・電気負帰還ループの制御電流との和
の電流により制御される。
せるタイミングでスィッチング信号が入力される。この
スィッチング信号が入力されていないときにはバイアス
電源26のバイアス電圧によりトランジスタ24がオンして
トランジスタ23がオフし、電流源25からの電流が半導体
レーザ３に供給されなくて半導体レーザ３が発光しな
い。スィッチング信号がトランジスタ23のベースに入力
されると、トランジスタ23がオンしてトランジスタ24が
オフし、電流源25からの電流が半導体レーザ３に供給さ
れて半導体レーザ３が発光する。この場合半導体レーザ
３はスィッチング回路による駆動電流と，電流変換器２
の出力電流と，光・電気負帰還ループの制御電流との和
の電流により制御される。
ここで、前記光・電記負帰還ループの開ループでの交
叉周波数をf0とし、DCゲインを10000とした場合、半導
体レーザ３の光出力Poutのステップ応答特性は次のよう
に近似できる。
叉周波数をf0とし、DCゲインを10000とした場合、半導
体レーザ３の光出力Poutのステップ応答特性は次のよう
に近似できる。
Pout＝ＰL＋（ＰS−ＰL）exp（−２πf0t） ＰL:t＝∞におる光出力 ＰS：電流変換器２の出力電流とスィッチング回路の
駆動電流との和の電流により設定された光量 光・電気負帰還ループの開ループでのDCゲインを1000
0としているので、設定誤差の許容範囲を0.1％以下とし
た場合には、ＰLは設定した光量に等しいと考えられ
る。
駆動電流との和の電流により設定された光量 光・電気負帰還ループの開ループでのDCゲインを1000
0としているので、設定誤差の許容範囲を0.1％以下とし
た場合には、ＰLは設定した光量に等しいと考えられ
る。
したがって、仮に電流変換器２により設定された光量
ＰSがＰLに等しければ、半導体レーザ３の光出力が瞬時
にＰLに等しくなり、この場合にはPout＝ＰLであるの
で、比較増幅器１の出力は変化しない。すなわち、抵抗
19に流れる電流値は変化しないので、抵抗19の両端間電
圧は変化しない。しかしながら外乱等によりＰSが変動
した場合には、電流変換器２による過不足の電流を比較
増幅器１により半導体レーザ３の順方向に流す。この電
流値は、抵抗19を流れる電流を，電流源20により設定さ
れた電流から引いた値となる。したがって、抵抗19は半
導体レーザ３の制御電流を検出する検出手段を構成する
ことになり、抵抗19の両端間電圧を測定することによ
り、電流変換器２の変換誤差に相当する電流値を検出す
ることができる。またスィッチング回路による駆動電流
値まではスィッチング回路動作が高速に行われるので、
電流変換器２の立上り速度に依存しないで高速に立ち上
がる。さらに、一般的に半導体レーザの光出力・電流特
性は第６図に示すようにしきい値電流までは半導体レー
ザが発振しないので、オフセット電流による消光比の劣
化はほとんど発生しない。
ＰSがＰLに等しければ、半導体レーザ３の光出力が瞬時
にＰLに等しくなり、この場合にはPout＝ＰLであるの
で、比較増幅器１の出力は変化しない。すなわち、抵抗
19に流れる電流値は変化しないので、抵抗19の両端間電
圧は変化しない。しかしながら外乱等によりＰSが変動
した場合には、電流変換器２による過不足の電流を比較
増幅器１により半導体レーザ３の順方向に流す。この電
流値は、抵抗19を流れる電流を，電流源20により設定さ
れた電流から引いた値となる。したがって、抵抗19は半
導体レーザ３の制御電流を検出する検出手段を構成する
ことになり、抵抗19の両端間電圧を測定することによ
り、電流変換器２の変換誤差に相当する電流値を検出す
ることができる。またスィッチング回路による駆動電流
値まではスィッチング回路動作が高速に行われるので、
電流変換器２の立上り速度に依存しないで高速に立ち上
がる。さらに、一般的に半導体レーザの光出力・電流特
性は第６図に示すようにしきい値電流までは半導体レー
ザが発振しないので、オフセット電流による消光比の劣
化はほとんど発生しない。
請求項１記載の発明によれば、半導体レーザの光出力
を受光部ににより検知し、この受光によって検知した前
記半導体レーザの光出力に比例した受光信号と発光レベ
ル指令信号とが等しくなるように前記半導体レーザの順
方向電流を制御する光・電気負帰還ループと、前記半導
体レーザの光出力・順方向電流特性、前記受光部と前記
半導体レーザとの結合係数、前記受光部の光入力・受光
信号特性に基づいて前記受光信号と前記発光レベル指令
信号とが等しくなるように前記発光レベル指令信号を前
記半導体レーザの順方向電流に変換する変換手段とを有
し、前記半導体レーザの順方向電流を、前記光・電気負
帰還ループによって制御される電流と、前記変換手段に
より生成される電流との和または差の電流とするので、
発光レベル指令信号と半導体レーザの光出力とが広い周
波数帯域で高い線形性を得ることができ、光・電気負帰
還ループのみからなる半導体レーザ制御装置に比べてよ
り高速応答特性が得られて高速変調が可能となり、光・
電気負帰還ループのみからなる半導体レーザ制御装置で
は実現できなかった高速性を常時半導体レーザの光出力
を制御しながら実現でき、高速，高精度，高分解能な半
導体レーザ制御装置を実現できる。
を受光部ににより検知し、この受光によって検知した前
記半導体レーザの光出力に比例した受光信号と発光レベ
ル指令信号とが等しくなるように前記半導体レーザの順
方向電流を制御する光・電気負帰還ループと、前記半導
体レーザの光出力・順方向電流特性、前記受光部と前記
半導体レーザとの結合係数、前記受光部の光入力・受光
信号特性に基づいて前記受光信号と前記発光レベル指令
信号とが等しくなるように前記発光レベル指令信号を前
記半導体レーザの順方向電流に変換する変換手段とを有
し、前記半導体レーザの順方向電流を、前記光・電気負
帰還ループによって制御される電流と、前記変換手段に
より生成される電流との和または差の電流とするので、
発光レベル指令信号と半導体レーザの光出力とが広い周
波数帯域で高い線形性を得ることができ、光・電気負帰
還ループのみからなる半導体レーザ制御装置に比べてよ
り高速応答特性が得られて高速変調が可能となり、光・
電気負帰還ループのみからなる半導体レーザ制御装置で
は実現できなかった高速性を常時半導体レーザの光出力
を制御しながら実現でき、高速，高精度，高分解能な半
導体レーザ制御装置を実現できる。
また請求項２記載の発明によれば請求項１記載の半導
体レーザ制御装置において、スィッチング信号によりオ
フセット電流をオン・オフする回路を備え、前記和また
は差の電流に前記オフセット電流を加算した電流によっ
て半導体レーザを制御するので、半導体レーザを発光し
ていない状態から発光される場合でも半導体レーザの光
出力を高速に所定光量とすることができる。
体レーザ制御装置において、スィッチング信号によりオ
フセット電流をオン・オフする回路を備え、前記和また
は差の電流に前記オフセット電流を加算した電流によっ
て半導体レーザを制御するので、半導体レーザを発光し
ていない状態から発光される場合でも半導体レーザの光
出力を高速に所定光量とすることができる。
請求項３記載の発明によれば請求項１記載の半導体レ
ーザ制御装置において、前記光・電気負帰還ループの制
御電流を検出することにより前記変換手段の変換誤差を
検出する検出手段を備えたので、変換手段が最適かどう
かを知ることができ、これにより変換手段を最適になる
ように設定することができる。
ーザ制御装置において、前記光・電気負帰還ループの制
御電流を検出することにより前記変換手段の変換誤差を
検出する検出手段を備えたので、変換手段が最適かどう
かを知ることができ、これにより変換手段を最適になる
ように設定することができる。
さらに請求項４記載の発明によれば請求項３記載の半
導体レーザ制御装置において、スィッチング信号により
オフセット電流をオン・オフする回路を備え、前記和ま
たは差の電流に前記オフセット電流を加算した電流によ
って半導体レーザを制御するので、変換手段が最適かど
うかを知ることができて変換手段を最適になるように設
定することができ、かつ高速に半導体レーザの光出力を
オン・オフさせることができる。
導体レーザ制御装置において、スィッチング信号により
オフセット電流をオン・オフする回路を備え、前記和ま
たは差の電流に前記オフセット電流を加算した電流によ
って半導体レーザを制御するので、変換手段が最適かど
うかを知ることができて変換手段を最適になるように設
定することができ、かつ高速に半導体レーザの光出力を
オン・オフさせることができる。
第１図は請求項１記載の発明の一実施例を示すブロック
図、第２図及び第３図は請求項３記載の発明の各実施例
を示すブロック図、第４図は請求項２記載の発明の一実
施例を示すブロック図、第５図は請求項４記載の発明の
一実施例を示すブロック図、第６図は半導体レーザの光
出力・電流特性を示す特性図である。 １……比較増幅器、２……電流変換器、３……半導体レ
ーザ、４……受光素子、５〜８……スィッチグ回路、11
……電流検出用抵抗、14……差動増幅器、15……電流検
出用抵抗、16……差動増幅器、19……電流検出用抵抗、
22……差動増幅器、23〜26……スィッチグ回路。
図、第２図及び第３図は請求項３記載の発明の各実施例
を示すブロック図、第４図は請求項２記載の発明の一実
施例を示すブロック図、第５図は請求項４記載の発明の
一実施例を示すブロック図、第６図は半導体レーザの光
出力・電流特性を示す特性図である。 １……比較増幅器、２……電流変換器、３……半導体レ
ーザ、４……受光素子、５〜８……スィッチグ回路、11
……電流検出用抵抗、14……差動増幅器、15……電流検
出用抵抗、16……差動増幅器、19……電流検出用抵抗、
22……差動増幅器、23〜26……スィッチグ回路。
Claims (4)
- 【請求項１】半導体レーザの光出力を受光部により検知
し、この受光部によって検知した前記半導体レーザの光
出力に比例した受光信号と発光レベル指令信号とが等し
くなるように前記半導体レーザの順方向電流を制御する
光・電気負帰還ループと、前記半導体レーザの光出力・
順方向電流特性、前記受光部と前記半導体レーザとの結
合係数、前記受光部の光入力・受光信号特性に基づいて
前記受光信号と前記発光レベル指令信号とが等しくなる
ように前記発光レベル指令信号を前記半導体レーザの順
方向電流に変換する変換手段とを有し、前記半導体レー
ザの順方向電流を、前記光・電気負帰還ループによって
制御される電流と、前記変換手段により生成される電流
との和または差の電流とすることを特徴とする半導体レ
ーザ制御装置。 - 【請求項２】請求項１記載の半導体レーザ制御装置にお
いて、スイッチング信号によりオフセット電流をオン・
オフする回路を備え、前記和または差の電流に前記オフ
セット電流を加算した電流によって前記半導体レーザを
制御することを特徴とする半導体レーザ制御装置。 - 【請求項３】請求項１記載の半導体レーザ制御装置にお
いて、前記光・電気負帰還ループの制御電流を検出する
ことにより前記変換手段の変換誤差を検出する検出手段
を備えたことを特徴とする半導体レーザ制御装置。 - 【請求項４】請求項３記載の半導体レーザ制御装置にお
いて、スイッチング信号によりオフセット電流をオン・
オフする回路を備え、前記和または差の電流に前記オフ
セット電流を加算した電流によって前記半導体レーザを
制御することを特徴とする半導体レーザ制御装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1024924A JP2746401B2 (ja) | 1989-02-03 | 1989-02-03 | 半導体レーザ制御装置 |
| US07/446,583 US5036519A (en) | 1988-12-05 | 1989-12-05 | Semiconductor laser controller |
| DE3940205A DE3940205B4 (de) | 1988-12-05 | 1989-12-05 | Halbleiterlaser-Steuereinrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1024924A JP2746401B2 (ja) | 1989-02-03 | 1989-02-03 | 半導体レーザ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02205085A JPH02205085A (ja) | 1990-08-14 |
| JP2746401B2 true JP2746401B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=12151679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1024924A Expired - Lifetime JP2746401B2 (ja) | 1988-12-05 | 1989-02-03 | 半導体レーザ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2746401B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63102545A (ja) * | 1986-10-20 | 1988-05-07 | Fuji Photo Film Co Ltd | レ−ザ記録装置 |
-
1989
- 1989-02-03 JP JP1024924A patent/JP2746401B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02205085A (ja) | 1990-08-14 |
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