JP2945051B2 - 半導体レーザ制御装置 - Google Patents

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の光出力を制
御する半導体レーザ制御装置に関する。

〔従来の技術〕

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。しかし、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ために
様々な半導体レーザ制御装置、所謂APC（Automatic Pow
er Control）回路が提案されている。このAPC回路は大
きく分けて次の３つの方式に分類できる。

（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
光出力に比例した電流）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
電流を制御する光・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した電流）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乗
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、半導
体レーザの温度を一定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。

また、上記方式より優れた方式として、半導体レーザ
の光出力を受光部により検知し、この受光部から得られ
る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・順方向電流特性及び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予め設定された変換規則に従い
前記発光レベル指令信号を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、この変換手段により生成さ
れた電流と上記光・電気負帰還ループの制御電流との和
または差の電流によって半導体レーザを制御する第４の
方式が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

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、（１）の方式では受光素子
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じ、
半導体レーザを高速に変調することはかなり困難であ
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、現在多く使用されている。しかしながら、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、例えば半導体レーザのドウループ特性等の外乱によ
り容易に半導体レーザの光量変動が生じ、半導体レーザ
を高精度、高分解能に制御することは困難である。

さらに、第４の方式ではトランジスタやダイオードな
どの構成素子が個々に温度によりドリフトしてもその制
御を行っていないので、半導体レーザを高速、高精度、
高分解能に制御することは困難である。

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。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は半導体レーザの光
出力を受光部により検知し、この受光部から得られる前
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、この変換手段により生成された
電流と前記光・電気負帰還ループの制御電流との和また
は差の電流により前記半導体レーザを制御する半導体レ
ーザ制御装置において、 前記変換手段により生成された電流の変動を検出する
検出手段と、この検出手段からの検出信号により前記変
換手段を制御して、前記変換手段により生成された電流
の変動を抑制する制御手段とを備えたものである。

〔作 用〕

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、この受光部から得られる半導体レーザ
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
等しくなるように半導体レーザの順方向電流を制御す
る。そして、変換手段が発光レベル指令信号を半導体レ
ーザの順方向電流に変換し、この変換手段により生成さ
れた電流と光・電気負帰還ループの制御電流との和また
は差の電流により半導体レーザが制御される。さらに、
変換手段により生成された電流の変動が検出手段により
検出され、この検出手段からの検出信号により制御手段
が変換手段を制御して、変換手段により生成された電流
の変動を抑制する。

〔実施例〕

図は本発明の一実施例を示す。

図中、11は被制御半導体レーザ、12は受光素子、13は
第１の電流変換器、14は抵抗であり、受光素子12と第１
の電流変換器13は光・電気負帰還ループを構成してい
る。半導体レーザ11の光出力が受光素子12により検知さ
れて第１の電流変換器13が受光素子12から得られる半導
体レーザ11の光出力に比例した受光信号と発光レベル指
令信号との差の信号を半導体レーザ11のカソードへ出力
し、光・電気負帰還ループにより半導体レーザ11の順方
向電流が上記受光信号と発光レベル指令信号とが等しく
なるように制御される。

また、15,16,17はバイポーラトランジスタ、18は電界
効果トランジスタ、19は定電圧ダイオード、20〜26は抵
抗であり、これら15〜26は半導体レーザ11の光出力・順
方向電流特性及び受光素子12と半導体レーザ11との結合
係数、受光素子12の光入力・受光信号特性に基づいて上
記受光信号と上記発光レベル指令信号とが等しくなるよ
うに予め設定された変換規則に従い上記発光レベル指令
信号を半導体レーザ11の順方向電流に変換する第２の電
流変換器からなる変換手段を構成している。この変換手
段において電界効果トランジスタ18はソースが接地さ
れ、ドレインが抵抗25を介して電源Vccに接続されてい
る。バイポーラトランジスタ17はベースが電界効果トラ
ンジスタ18のドレインに接続されてコレクタが半導体レ
ーザ11のカソードに接続され、エミッタが定電圧ダイオ
ード19及び抵抗27を直列に介して接地されている。さら
に、定電圧ダイオード19及び抵抗27の接続点は抵抗26を
介して電界効果トランジスタ18のゲートに接続されてい
る。なお、バイポーラトランジスタ17の代りに電界効果
トランジスタを用いてもよい。この場合、電界効果トラ
ンジスタはドレインがバイポーラトランジスタ17のコレ
クタと同様に接続されてゲートがバイポーラトランジス
タ17のベースと同様に接続され、ソースがバイポーラト
ランジスタ17のエミッタと同様に接続される。

27,28,29は抵抗であり、抵抗28,29は半導体レーザ11
の順方向電流の温度によるドリフト等の影響、つまり、
上記変換手段により生成された電流の変動を検出するた
めの検出手段を構成している。30は差動増幅器であり、
半導体レーザ11の順方向電流の温度によるドリフト等の
影響、つまり、上記変換手段により生成された電流の変
動を抑制する制御手段を構成している。

上記発光レベル指令信号は抵抗20を介して発光レベル
指令電流となり、バイポーラトランジスタ16を介して電
界効果トランジスタ18のゲートに入力される。電界効果
トランジスタ18,バイポーラトランジスタ17,定電圧ダイ
オード19及び抵抗25,26からなる電流増幅部は電界効果
トランジスタ18のゲートに入力された発光レベル指令電
流を増幅し、バイポーラトランジスタ17のコレクタより
半導体レーザ11の順方向電流として出力する。半導体レ
ーザ11は上記光・電気負帰還ループ12,13の制御電流と
変換手段15〜26により生成された電流との和または差の
電流により制御されることにより、光出力が発光レベル
指令信号に対応した値に制御される。

ここで、半導体レーザ11の順方向電流、つまりバイポ
ーラトランジスタ17のコレクタ電流が温度によるドリフ
ト等の影響を受けないためには、定電圧ダイオード19の
アノード電位が温度によるドリフト等の影響を受けない
ようにすればよい。その理由は （ｉ）バイポーラトランジスタ17の電流増幅率が十分に
大きいときには、バイポーラトランジスタ17のコレクタ
電流≒バイポーラトランジスタ17のエミッタ電流とな
り、 （ii）抵抗27の抵抗値≪抵抗26の抵抗値，抵抗28の抵抗
値であればバイポーラトランジスタ17のエミッタ電流は
抵抗27の両端間電圧で表わされるからである。

そこで、この実施例ではバイポーラトランジスタ17の
電流増幅率が十分に大きく設定されて抵抗27の抵抗値≪
抵抗26の抵抗値，抵抗28の抵抗値に設定され、定電圧ダ
イオード19のアノード電位が抵抗28を介して電流に変換
されるとともに発光ベル指令信号が抵抗29を介して電流
に変換されてこれらの電流の和の電流が差動増幅器30に
入力されることで、半導体レーザ11の順方向電流の温度
によるドリフト等の影響が検出される。差動増幅器30が
その和の電流を増幅してバイポーラトランジスタ16のベ
ースに入力することで、バイポーラトランジスタ16の動
作を制御して半導体レーザ11の順方向電流の温度による
ドリフト等の影響を抑制する。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば半導体レーザの光出力を
受光部により検知し、この受光部から得られる前記半導
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、この変換手段により生成された電流と
前記光・電気負帰還ループの制御電流との和または差の
電流により前記半導体レーザを制御する半導体レーザ制
御装置において、 前記変換手段により生成された電流の変動を検出する
検出手段と、この検出手段からの検出信号により前記変
換手段を制御して、前記変換手段により生成された電流
の変動を抑制する制御手段とを備えたので、半導体レー
ザを高速、高精度、高分解能に制御することができる。
すなわち、変換手段により生成された電流と光・電気負
帰還ループの制御電流との和または差の電流により半導
体レーザを制御することで、半導体レーザの光出力波形
のなまりを軽減することができるだけでなく、光・電気
負帰還ループによる半導体レーザ順方向電流の制御に加
えて、検出手段及び制御手段により、変換手段により生
成された電流の変動を抑制し、半導体レーザを高速、高
精度、高分解能に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示す回路図である。 11……半導体レーザ、12,13……光・電気負帰還ルー
プ、15〜26……変換手段、28,29……検出手段、30……
制御手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−222580（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−285482（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−219968（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−205085（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−13758（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01S 3/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザの光出力を受光部により検知
   し、この受光部から得られる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、
   この変換手段により生成された電流と前記光・電気負帰
   還ループの制御電流との和または差の電流により前記半
   導体レーザを制御する半導体レーザ制御装置において、
   前記変換手段により生成された電流の変動を検出する検
   出手段と、この検出手段からの検出信号により前記変換
   手段を制御して、前記変換手段により生成された電流の
   変動を抑制する制御手段とを備えたことを特徴とする半
   導体レーザ制御装置。