NL8602303A - Werkwijze voor het in pulsmode aansturen van een halfgeleiderlaser, aanstuurinrichting voor een halfgeleiderlaser en laserschrijfapparaat voorzien van een dergelijke aanstuurinrichting. - Google Patents

Description

PHN 11.862 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Werkwijze voor het in pulsmode aansturen van een halfgeleiderlaser, aanstuurinrichting voor een halfgeleiderlaser en laserschrijfapparaat voorzien van een dergelijke aanstuurinrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het in pulsmode aansturen van een halfgeleiderlaser waarbij voor het verkrijgen van een laserimpuls een basisstroom, kleiner dan de laserdrempelstroom, en een informatiestroomimpuls door de laser gestuurd 5 worden waarbij de som van de basisstroom en de informatiestroom groter is dan de laserdrempelstroom. De uitvinding heeft eveneens betrekking op een aanstuurinrichting voor een halfgeleiderlaser en ook op een optische schrijfinrichting voorzien van een halfgeleiderlaser en een dergelijke aanstuurinrichting. Met laserdrempelstroom wordt bedoeld de minimale 10 stroom door de laser waarbij de straling voornamelijk als laserstraling wordt uitgezonden. In het kader van de onderhavige uitvinding wordt met informatiestroom bedoeld, een elektrische stroom welke door de laser gestuurd wordt teneinde een laserimpuls op te wekken die overeenkomt met een eenheid informatie.

15 De genoemde werkwijze en inrichtingen kunnen worden gebruikt voor het inschrijven van informatie in optische registratiedragers. Op deze registratiedragers kunnen bijvoorbeeld van een elektronische rekenmachine afkomstige of aan een dergelijke machine toe te voeren gegevens opgeslagen worden. Ook kunnen audio- of 20 videoprogramma's door een gebruiker zelf worden geregistreerd.

Voorbeelden van dergelijke registratiedragers staan bekend onder de namen ‘Digital Optical Recording·- of "DOR*-plaat, “Compact Disc* of “CD* en *Laservision"-plaat respektievelijk.

In optische registratiedragers is de informatie gekodeerd 25 in, meestal in sporen gerangschikte, informatiegebiedjes die in de spoorrichting afwisselen met tussengebiedjes, welke informatiegebiedjes zich optisch onderscheiden van de tussengebiedjes en de stroken tussen de informatiesporen. De informatie is in deze sporen opgeslagen in de lengte en/of de frequentie van de informatiegebiedjes en de 30 tussengebiedjes. De informatie wordt ingeschreven door met een tot een stralingsvlek gefokusseerde inschrijfbundel, die in intensiteit geschakeld wordt overeenkomstig de in te schrijven informatie, het 8602303 « PHN 11.862 2 stralingsgevoelig oppervlak van de registratiedrager af te tasten.

De ontwikkelingen op het gebied van met optische straling inschrijfbare registratiedragers bewegen zich steeds verder in de richting van hogere signaalfrequenties. Voor de inschrijfbundel 5 betekent dit dat de duur van de stralingsimpulsen waarmee de informatiegebiedjes gevormd worden korter wordt. Aangezien de hoeveelheid energie die nodig is om een informatiegebiedje te vormen echter vrijwel gelijk blijft, of zelfs toeneemt, moet het vermogen van de laserimpuls toenemen. De halfgeleiderlaser zal dus gestuurd moeten 10 worden met korter durende en sterkere stroomimpulsen en bij voorkeur ook met een grotere flanksteilheid. Bij het aansturen van een halfgeleiderlaser met dergelijke stroomimpulsen gaan inschakelverschijnselen, bijvoorbeeld veroorzaakt door parasitaire kapaciteiten en zelfinduktie in de bedrading en elektro-magnetische 15 stralingseffekten, een rol spelen.

Het effekt van de inschakelverschijnselen kan worden verminderd door kontinue een gelijkstroom, of basisstroom, die iets kleiner is dan de laserdrempelstroom door de halfgeleiderlaser te sturen. Een laserimpuls kan dan opgewekt worden door op de gelijkstroom 20 een informatiestroomimpuls te superponeren waarvan de sterkte zo groot is dat de totale stroom door de laser groter is dan de laserdrempelstroom. Een dergelijke lasersturing is beschreven in het Europese octrooischrift nr. 0.053.974. Deze methode heeft echter als bezwaar dat ten gevolge van de gelijkstroom in de tijd tussen twee 25 impulsen een aanzienlijke dissipatie optreedt in de laser waardoor de levensduur van de laser nadeling wordt beïnvloed. Het geschetste probleem treedt ook op bij andere toepassingen waarbij een halfgeleiderlaser snel geschakeld moet worden.

Het is een doel van de uitvinding een werkwijze voor het 30 aansturen van een halfgeleiderlaser te verschaffen waarmee het voordeel van het gebruik van een basisstroom behouden blijft, terwijl de dissipatie in de tijd tussen twee informatiestroomimpulsen zoveel mogelijk wordt beperkt.

Daartoe heeft de werkwijze volgens de uitvinding als 35 kenmerk dat de basisstroom een gepulste stroom is en dat een basisstroomimpuls vóór een informatiestroomimpuls wordt ingeschakeld en ten vroegste aan het einde van de informatiestroomimpuls wordt 8602303 % PHN 11.862 3 uitgeschakeld. De uitvinding berust op het inzicht dat het voor het langs optische weg inschrijven van informatie voldoende is dat de basisstroom gestabiliseerd is ten tijde van de informatiestroomimpuls en dat het dus niet noodzakelijk is om tussen de informatie-impulsen de 5 gelijkstroom door de halfgeleiderlaser in stand te houden. De basisstroom kan dan dus uitgeschakeld worden zodat tussen de informatiestroomimpulsen slechts weinig of geen dissipatie in de halfgeleiderlaser optreedt. Omdat, bij het inschrijven van informatie in een optische registratiedrager, de lengte van een informatie-impuls 10 beduidend korter kan zijn dan de tijdsduur tussen twee impulsen kan deze maatregel een aanzienlijke verlenging van de levensduur van de laser opleveren.

De werkwijze volgens de uitvinding kan eveneens als verder kenmerk hebben dat de basisstroomimpuls geleidelijk wordt in-15 en/of uitgeschakeld. Door de basisstroom aan het begin van de basisstroomimpuls geleidelijk te laten toenemen en aan het eind van de impuls geleidelijk tot nul te reduceren zijn in- en uitschakelverschijnselen vrijwel geheel te vermijden.

De uitvinding heeft ook betrekking op een 20 aanstuurinrichting voor een halfgeleiderlaser bevattende een eerste en een tweede schakelbare stroombron die parallel te schakelen zijn, welke eerste stroombron dient voor het leveren van een basisstroom kleiner dan de laserdrempelstroom en welke tweede stroombron dient voor het leveren van informatiestroomimpulsen waarbij de som van de basisstroom en van de 25 informatiestroom groter is dan de laserdrempelstroom. Een dergelijke inrichting is beschreven in het genoemde Europese octrooischrift nr.

0.053.974.

Volgens de uitvinding heeft een dergelijke inrichting als kenmerk dat de aanstuurinrichting een eerste en een tweede 30 impulsomvormer bevat voor het genereren van een eerste en een tweede schakelimpuls om de eerste en tweede stroombron respektievelijk te schakelen, waarbij het begin van de tweede schakelimpuls ten opzichte van het begin van de eerste schakelimpuls vertraagd is, en waarbij de lengte van de eerste schakelimpuls ten minste gelijk is aan de som van 35 de lengte van de tweede schakelimpuls en de lengte van het tijdsinterval tussen het begin van de twee schakelimpulsen.

Een kenmerk van de aanstuurinrichting volgens de 8602303 * PHN 11.862 4 uitvinding kan verder zijn dat de eerste stroombron geleidelijk inschakelbaar is. Door het geleidelijk laten toenemen van de basisstroom van nul tot zijn maximale waarde zijn inschakelverschijnselen vrijwel geheel te vermijden.

5 Een kenmerk van de aanstuurinrichting volgens de uitvinding kan verder zijn dat de eerste stroombron geleidelijk uitschakelbaar is. Hierdoor zijn ook uitschakelverschijnselen te onderdrukken.

Een uitvoeringsvoorbeeld van de aanstuurinrichting 10 volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat ten minste een stroombron een kondensator is. Een kondensator van voldoende kapaciteit is snel te schakelen en kan tussen de impulsen door uit een konstant aangesloten voeding weer opgeladen worden.

De uitvinding heeft ook betrekking op een 15 laserschrijfapparaat bevattende een halfgeleiderlaser en een aanstuurinrichting hiervoor, een optisch stelsel voor het fokusseren van door de halfgeleiderlaser opgewekte laserstraling tot een stralingsvlek op het stralingsgevoelig oppervlak van een optische registratiedrager en middelen om de stralingsvlek en het stralingsgevoelig oppervlak ten 20 opzichte van elkaar te verplaatsen. Een laserschrijfapparaat volgens de uitvinding is gekenmerkt doordat de aanstuurinrichting is uitgevoerd volgens een hierboven beschreven wijze.

Nu zal de uitvinding, bij wijze van voorbeeld, worden toegelicht aan de hand van de tekening waarbij 25 figuur 1 grafisch het verband weergeeft tussen het in de laser gedissipeerde vermogen en de stroomsterkte, figuur 2 een bekende werkwijze voor het aansturen van een halfgeleiderlaser illustreert, figuur 3 een andere, bekende, werkwijze weergeeft, 30 figuur 4 schematisch de werkwijze volgens de uitvinding toont, figuur 5 schematisch een inrichting laat zien voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding, figuur 6 een voorkeursuitvoeringsvorm toont voor een 35 aanstuurinrichting volgens de uitvinding, en figuur 7 een laserschrijfapparaat volgens de uitvinding illustreert.

8602303 PHN 11.862 5

In figuur 1 is de door de halfgeleiderlaser uitgezonden stralingsintensiteit P als funktie van de door de laser gestuurde elektrische stroom I uitgezet. Hierin is te zien dat pas boven een bepaalde stroomsterkte, de laserdrempelstroom ItJl , een aanzienlijk 5 gedeelte van de door de halfgeleiderlaser uitgezonden straling laserstraling is. Beneden de wat lagere stroomsterkte IQ wordt in het geheel geen laserstraling opgewekt. Haar het hier optredende stralingseffekt wordt dit gebied het LED-gebied genoemd.

In figuur 2 wordt de tot nu toe veelal gebruikte wijze 10 van aansturen van een halfgeleiderlaser getoond. Het gedeelte van de figuur linksboven komt overeen met figuur 1. Linksonder is het tijdsverloop van de stroom door de laser getoond, waarbij de tijdsas de vertikale as is. Bij de getekende stroomimpulsen Ip^ en Ip2 wordt de stroom in één stap van nul naar de informatiestroomsterkte 15 gebracht en daarna weer in één stap terug naar nul geschakeld. Door deze grote stroomsterktewisselingen worden allerhande minder gewenste bijverschijnselen opgeroepen, veroorzaakt door parasitaire kapaciteiten en zelfinduktie van de bedrading. Deze effekten wekken een vervorming en verlenging van de laserimpuls op, zoals geïllustreerd in de 20 rechterhelft van de figuur waarin met de impulsen Rp1 en Rp2 het als straling uitgezonden vermogen als funktie van de tijd is weergegeven. Juist bij het opwekken van zeer korte impulsen is dit verschijnsel ongewenst omdat daardoor de gewenste intensiteit niet of niet lang genoeg gerealiseerd kan worden.

25 In figuur 3 wordt een, eveneens bekend, alternatief voor deze werkwijze geïllustreerd waarmee wel een steile stijgflank en een hoge intensiteit kunnen worden bereikt. De opzet van deze figuur is gelijk aan die van de figuur 2. Zoals in het gedeelte linksonder is getekend wordt de stroom tussen de impulsen niet tot nul gereduceerd, 30 maar tot een waarde Ib die beneden de laserdrempelstroom 1^ ligt.

Bij voorkeur wordt een waarde hoog in het LED-gebied genomen, dus iets lager dan IQ. Zoals te zien is in het rechterdeel van de figuur zijn hiermee steilere flanken gerealiseerd zodat ook bij korte impulsen de vorm van de stralingsimpulsen Rp1 en Rp2 een blokvorm is. Echter 35 vindt tussen de impulsen een vermogensdissipatie in de halfgeleiderlaser plaats welke tot levensduurreduktie van de laser leidt. Aangezien de pulsduur tp bij een typische toepassing als inschrijflaser bij een 8602303 ψ ΡΗΝ 11.862 6 optische registratiedrager slechts 5 a 10 % van de repetitieperiode tr in beslag neemt is deze dissipatie niet te verwaarlozen. Zoals beschreven in het Britse octrooischrift nr. 2.118.352 is de impulsduur korter dan de repetitieperiode omdat de afstand waarover de 5 stralingsvlek op het oppervlak van de registratiedrager wordt bewogen gedurende de tijdsduur van de impuls veel kleiner is dan de diameter van de stralingsvlek. Een typische waarde voor de impulsduur is 20 ns, wat bij een aftastsnelheid van 5 m/s neerkomt op een afstand van 0,1 pm, dus veel kleiner dan de vlekdiameter van 1 pm. Bij een basisstroom van 50 mA 10 en een spanningsval over de halfgeleiderlaser van 1,6 V tussen de impulsen wordt een vermogen van 80 mW opgewekt. Gedurende een impuls is bijvoorbeeld de spanningsval 1,7 V en de stroom 100 mA wat met een vermogen van 170 mW overeenkomt. Wanneer de verhouding tussen impulsduur en repetitieperiode 1:10 is betekent dit dat tussen de impulsen ruim 15 vier maal zoveel energie wordt gedissipeerd dan tijdens de impulsen.

Zoals in figuur 4 is geïllustreerd kan deze ongewenste dissipatie volgens de uitvinding grotendeels worden vermeden door de basisstroom gedurende het grootste gedeelte van de tijdsduur tussen twee informatiestroomimpulsen uit te schakelen, zodat ook de basisstroom een 20 gepulste stroom is, waarbij de basisstroomimpulsen Ibp1 en Ibp2 de informatiestroomimpulsen I'p1 en I' 2 > overlappen. De exakte duur en vorm van de stijgflank van de basisstroomimpuls is van weinig belang mits de stoomsterkte gestabiliseerd is op het ogenblik dat de informatiestroomimpuls door de laser gestuurd wordt. Ook de vorm van de 25 daalflank van de basisstroomimpuls is slechts van sekundair belang. Bij gelijke stroom en spanningswaarden als aangegeven in het voorbeeld hierboven en onder de verdere aanname van een lineaire stijging en daling van de basisstroomimpuls en een in- en uitschakeltijd van de basisstroomimpuls gelijk aan de impulsduur zelf is de verhouding tussen 30 gedissipeerde energie tussen de impulsen in, en tijdens de informatiestroomimpulsen 8:17. De hoeveelheid energie die tussen de impulsen wordt gedissipeerd bedraagt dus ongeveer de helft van de hoeveelheid die tijdens de impulsen wordt opgewekt.

In figuur 5 is schematisch een inrichting getoond voor 35 het uitvoeren van de bovenstaande werkwijze. Hierin is met 10 schematisch een signaalbron weergegeven, die een in te schrijven signaal, in de vorm van een reeks impulsen, aan de aanstuurinrichting 860,2 3 Q 3 PHN 11.862 7 levert. Deze signaalbron is bijvoorbeeld een in/uitvoer-kanaal van een digitale rekenmachine, of een analoog naar digitaal omzetter die een analoog audio- of videosignaal omzet in een reeks impulsen. De uitgang van de signaalbron 10 is via de verbinding 11 verbonden aan de ingangen 5 van twee impulsomvormers 20 en 30. Deze zetten de, van de signaalbron 10 afkomstige, impulsen om in schakelimpulsen voor de schakelaars 40 en 50 welke via de verbindingen 21 en 31 met de impulsomvormers verbonden zijn. Het begin van de door de impulsomvormer 20 gegenereerde schakelimpuls is vertraagd ten opzichte van de door de omvormer 30 10 geleverde impuls. Deze vertraging is voldoende groot om de basisstroom, die gaat lopen na sluiting van schakelaar 40, te laten stabiliseren voordat schakelaar 50 gesloten wordt. De lengte van de door omvormer 30 geleverde impuls is ten minste gelijk aan de som van de lengte van de genoemde vertraging en de lengte van de door omvormer 20 geleverde 15 schakelimpuls.

Een impuls afkomstig uit de signaalbron 10 doet dus eerst via omvormer 30 de schakelaar 40 sluiten waardoor een basisstroom afkomstig van de basisstroombron 41 door de halfgeleiderlaser 60 loopt, vervolgens sluit de schakelaar 50 voor de duur van de 20 informatiestroomimpuls, waardoor de totale stroom door de halfgeleiderlaser de laserdrempelstroom overschrijdt en dus een laserimpuls uitgezonden wordt. Tenslotte wordt gelijktijdig met of kort na het openen van de schakelaar 50 de schakelaar 40 geopend zodat de totale stroom door de laser 60 tot nul terugloopt.

25 In figuur 6 is een wat andere uitvoeringsvorm voor een aanstuurinrichting volgens de uitvinding schematisch weergegeven. De signaalbron 110 en de impulsomvormer 120 zijn vergelijkbaar met de hierboven bij figuur 5 beschreven elementen 10 en 20. De schakelaars 140 en 150 zijn uitgevoerd als transistoren, bijvoorbeeld FET's, en de 30 impulsomvormer 130 is zodanig uitgevoerd dat de daaruit afkomstige impulsen een geleidelijke stijg- en daalflank hebben. De stroombronnen 141 en 151 zijn kondensatoren welke in het interval tussen twee impulsen worden opgeladen via de weerstanden 142 en 152 uit een voedingsbron 170. Bij het opwekken van een laserimpuls wordt een gedeelte van de in 35 de kondensatoren aanwezige lading gebruikt voor de stroom door de halfgeleiderlaser 160. Om parasitaire kapaciteiten, zelfinduktie en elektromagnetische stralingseffekten tegen te gaan worden bij voorkeur 8602303 PHN 11.862 8 de stroombronnen, de schakelaars en de halfgeleiderlaser zo dicht mogelijk bij elkaar geplaatst zodat de bedrading zo kort mogelijk is.

In figuur 7 is schematisch een laserschrijfapparaat getoond, waarin een aanstuurinrichting volgens de uitvinding is 5 opgenomen. Een schijfvormige plaat 270 die voorzien is van een met straling inschrijfbare laag 271 wordt door een motor 272 rond een as 273 in een draaiende beweging gebracht. Door een halfgeleiderlaser 260 worden impulsen laserstraling uitgezonden welke door een fokusseringssysteem, hier schematisch weergegeven met een lens 261, 10 gefokusseerd wordt tot een stralingsvlek 262 op de stralingsgevoelige laag 271. Doordat de plaat 270 rond de as 273 roteert zal in de stralingsgevoelige laag een spoor van optisch uitleesbare gebiedjes ontstaan waar de stralingsvlek op de stralingsgevoelige laag heeft ingewerkt, afgewisseld met tussengebiedjes die overeenkomen met 15 tijdstippen waarop de halfgeleiderlaser geen laserstraling uitzond. De halfgeleiderlaser 260 wordt volgens de uitvinding aangestuurd door een aanstuurinrichting 220 welke zowel basisstroomimpulsen als daarop gesuperponeerde informatiestroomimpulsen door de laser stuurt. De aanstuurinrichting wekt deze impulsen op ten gevolge van een digitaal 20 signaal afkomstig van de signaalbron 210.

8602303

Claims (7)

1. Werkwijze voor het in pulsmode aansturen van een halfgeleiderlaser waarbij voor het verkrijgen van een laserimpuls een basisstroom, kleiner dan de laserdrempelstroom, en een informatiestroomimpuls door de laser gestuurd worden waarbij de som van 5 de basisstroom en de informatiestroom groter is dan de laserdrempelstroom, met het kenmerk dat de basisstroom een gepulste stroom is en dat een basisstroomimpuls vóór een informatiestroomimpuls wordt ingeschakeld en ten vroegste aan het eind van een informatiestroomimpuls wordt uitgeschakeld.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de basisstroomimpuls geleidelijk wordt in- en/of uitgeschakeld.

3. Een aanstuurinrichting voor een halfgeleiderlaser bevattende een eerste en een tweede schakelbare stroombron die parallel te schakelen zijn, welke eerste stroombron dient voor het leveren van 15 een basisstroom kleiner dan de laserdrempelstroom en welke tweede stroombron dient voor het leveren van informatiestroomimpulsen waarbij de som van de basisstroom en de informatiestroom groter is dan de laserdrempelstroom, met het kenmerk dat de aanstuurinrichting een eerste en een tweede impulsomvormer bevat voor het genereren van een eerste en 20 een tweede schakelimpuls om de eerste en tweede stroombron respektievelijk te schakelen, waarbij het begin van de tweede schakelimpuls ten opzichte van het begin van de eerste schakelimpuls vertraagd is, en waarbij de lengte van de eerste schakelimpuls ten minste gelijk is aan de som van de lengte van de tweede schakelimpuls en 25 de lengte van het tijdsinterval tussen het begin van de twee schakelimpulsen.

4. Een aanstuurinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de eerste stroombron geleidelijk inschakelbaar is.

5. Een aanstuurinrichting volgens conclusie 3 of 4, met het 30 kenmerk dat de eerste stroombron geleidelijk uitschakelbaar is.

6. Een aanstuurinrichting volgens conclusie 3, 4 of 5, met het kenmerk dat ten minste een stroombron een kondensator is.

7. Een laserschrijfapparaat bevattende een halfgeleiderlaser en een aanstuurinrichting hiervoor, een optisch stelsel voor het 35 fokusseren van de door de halfgeleiderlaser opgewekte laserstraling tot een stralingsvlek op een stralingsgevoelig oppervlak van een optische registratiedrager en middelen om de stralingsvlek en het 8602303 PHN 11.862 10 * stralingsgevoelig oppervlak ten opzichte van elkaar te verplaatsen, gekenmerkt doordat de aanstuurinrichting is uitgevoerd volgens een van de conclusies 3, 4, 5 of 6. 8602303