JP3248155B2 - 半導体レーザの駆動方法 - Google Patents
半導体レーザの駆動方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、温度が変化する環境で
効率良く動作させるのに好適な半導体レーザの駆動方法
に関する。
効率良く動作させるのに好適な半導体レーザの駆動方法
に関する。
【０００２】現在、半導体レーザは、光通信の分野、光
ネット・ワークの分野、光インターコネクションの分野
など広い分野で光源として用いられるようになった。そ
のように適用分野が拡がると、半導体レーザにとって過
酷な環境及び条件の下で動作しなければないらないこと
が多くなるので、それに耐えられるようにする必要があ
るが、それには、半導体レーザ自体の改良もさることな
がら、その駆動方法も改善しなければならない。
ネット・ワークの分野、光インターコネクションの分野
など広い分野で光源として用いられるようになった。そ
のように適用分野が拡がると、半導体レーザにとって過
酷な環境及び条件の下で動作しなければないらないこと
が多くなるので、それに耐えられるようにする必要があ
るが、それには、半導体レーザ自体の改良もさることな
がら、その駆動方法も改善しなければならない。
【０００３】
【従来の技術】一般に、半導体レーザに於いて、バイア
ス電流としきい値電流との差は動特性に大きな影響を与
える。
ス電流としきい値電流との差は動特性に大きな影響を与
える。
【０００４】ところで、しきい値電流は温度にたいして
強い依存性をもっている。即ち、温度が低ければしきい
値電流も低く、逆に、温度が高くなるとしきい値電流も
高くなる。そこで、半導体レーザを動作させる場合、温
度が一定となるように制御することが行われている。
強い依存性をもっている。即ち、温度が低ければしきい
値電流も低く、逆に、温度が高くなるとしきい値電流も
高くなる。そこで、半導体レーザを動作させる場合、温
度が一定となるように制御することが行われている。
【０００５】然しながら、温度制御を行うことが不可能
である場合も存在する。例えば、温度制御回路自体も熱
源の一つであることから、機器の構成上、その熱が嫌わ
れる場合があり、また、機器の性質上、コスト上昇を避
けなければならない場合もある。
である場合も存在する。例えば、温度制御回路自体も熱
源の一つであることから、機器の構成上、その熱が嫌わ
れる場合があり、また、機器の性質上、コスト上昇を避
けなければならない場合もある。
【０００６】そこで、従来は、温度が上昇し、従って、
しきい値電流も上昇した場合、出力光強度が一定を維持
するようにバイアス電流を制御する方法（ａｕｔｏｍａ
ｔｉｃ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＰＣ）が採ら
れてきた。
しきい値電流も上昇した場合、出力光強度が一定を維持
するようにバイアス電流を制御する方法（ａｕｔｏｍａ
ｔｉｃ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＰＣ）が採ら
れてきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】高温では、半導体レー
ザ出力の効率は低下する。これに対処する為、駆動電流
を変えることなく、出力光強度が一定となるようにバイ
アス電流を制御しているのであるが、そのようにする
と、温度が高くなるにつれ、バイアス電流としきい値電
流とにずれを生ずるようになる。
ザ出力の効率は低下する。これに対処する為、駆動電流
を変えることなく、出力光強度が一定となるようにバイ
アス電流を制御しているのであるが、そのようにする
と、温度が高くなるにつれ、バイアス電流としきい値電
流とにずれを生ずるようになる。
【０００８】図４は半導体レーザに於ける電流と出力光
強度との関係を表す線図であり、横軸に電流を、また、
縦軸に出力光強度をそれぞれ採ってある。図に於いて、
ＰL は低温に於ける特性線、ＰH は高温に於ける特性
線、ＩthL は低温に於けるしきい値電流、ＩthH は高温
に於けるしきい値電流、ＩbLは低温に於けるバイアス電
流、ＩbHは高温に於けるバイアス電流、Ｉd は駆動電流
をそれぞれ示している。
強度との関係を表す線図であり、横軸に電流を、また、
縦軸に出力光強度をそれぞれ採ってある。図に於いて、
ＰL は低温に於ける特性線、ＰH は高温に於ける特性
線、ＩthL は低温に於けるしきい値電流、ＩthH は高温
に於けるしきい値電流、ＩbLは低温に於けるバイアス電
流、ＩbHは高温に於けるバイアス電流、Ｉd は駆動電流
をそれぞれ示している。
【０００９】図から明らかなように、低温では、しきい
値電流ＩthL とバイアス電流ＩbLとを一致させておいて
も、高温になると、しきい値電流ＩthH とバイアス電流
ＩbHとはずれてくる。このように、しきい値電流ＩthH
よりもバイアス電流ＩbHが大きい場合には消光比が悪く
なることが知られていて、高温になる程、消光比は悪く
なることになる。
値電流ＩthL とバイアス電流ＩbLとを一致させておいて
も、高温になると、しきい値電流ＩthH とバイアス電流
ＩbHとはずれてくる。このように、しきい値電流ＩthH
よりもバイアス電流ＩbHが大きい場合には消光比が悪く
なることが知られていて、高温になる程、消光比は悪く
なることになる。
【００１０】従って、出力光強度の変動が多少大きくな
っても消光比を大きくしたい場合には、出力光強度が一
定となるようにバイアス電流を制御するのではなく、常
に、しきい値電流値の近傍にバイアス電流値が在るよう
にバイアス電流を制御することが望ましい。然しなが
ら、変調動作を行っている半導体レーザのしきい値電流
を評価するには、変調動作を中断しなければならない。
っても消光比を大きくしたい場合には、出力光強度が一
定となるようにバイアス電流を制御するのではなく、常
に、しきい値電流値の近傍にバイアス電流値が在るよう
にバイアス電流を制御することが望ましい。然しなが
ら、変調動作を行っている半導体レーザのしきい値電流
を評価するには、変調動作を中断しなければならない。
【００１１】本発明は、半導体レーザの変調動作を中断
することなく、しきい値電流の把握を可能にしようとす
る。
することなく、しきい値電流の把握を可能にしようとす
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理を解
説する為の半導体レーザ装置の要部説明図を表してい
る。図に於いて、１はバイアス電流が制御されるべき半
導体レーザ、２はしきい値電流を検出する為の半導体レ
ーザ、３はしきい値電流判別回路、４はバイアス電流制
御回路をそれぞれ示している。
説する為の半導体レーザ装置の要部説明図を表してい
る。図に於いて、１はバイアス電流が制御されるべき半
導体レーザ、２はしきい値電流を検出する為の半導体レ
ーザ、３はしきい値電流判別回路、４はバイアス電流制
御回路をそれぞれ示している。
【００１３】図から明らかなように、本発明では、信号
である出力光を送出する為の１個或いは複数個の半導体
レーザ１の近傍に更に１個の半導体レーザ２を配設す
る。この半導体レーザ２の温度特性は、半導体レーザ１
に於けるそれと同じか、又は、それに近いものでなけれ
ばならない。
である出力光を送出する為の１個或いは複数個の半導体
レーザ１の近傍に更に１個の半導体レーザ２を配設す
る。この半導体レーザ２の温度特性は、半導体レーザ１
に於けるそれと同じか、又は、それに近いものでなけれ
ばならない。
【００１４】この半導体レーザ２に於けるしきい値電流
は、しきい値電流判別回路３でモニタされ、その値と同
じ値のしきい値電流をバイアス電流制御回路４を介して
半導体レーザ１に供給する。このようにすることで、半
導体レーザ１の動作を妨げることなく、常に、そのバイ
アス電流をしきい値電流の近傍に設定することができ
る。尚、半導体レーザ１と半導体レーザ２とは、同一基
板上に形成されていることが望ましいが、必須ではな
い。
は、しきい値電流判別回路３でモニタされ、その値と同
じ値のしきい値電流をバイアス電流制御回路４を介して
半導体レーザ１に供給する。このようにすることで、半
導体レーザ１の動作を妨げることなく、常に、そのバイ
アス電流をしきい値電流の近傍に設定することができ
る。尚、半導体レーザ１と半導体レーザ２とは、同一基
板上に形成されていることが望ましいが、必須ではな
い。
【００１５】ここで、半導体レーザ２に於けるしきい値
電流の判別は、厳密に行う必要はなく、半導体レーザ１
の消光比や発振遅延時間が要求されている値を満足させ
る範囲で誤差が存在しても何も問題はなく、同様な意味
からすれば、判別された半導体レーザ２に於けるしきい
値電流と半導体レーザ１へ供給するバイアス電流とは厳
密な一致は必要でなく、半導体レーザ２のしきい値電流
の値から一定の値だけずらせるなどの処理を行っても良
い。例えば消光比を大きくしたい場合は、半導体レーザ
２のしきい値電流よりも或る値だけ小さな値の電流を半
導体レーザ１のバイアス電流としたり、逆に発振遅延時
間を小さくすることを重視する場合は、半導体レーザ２
のしきい値電流よりも大きな値の電流を半導体レーザ１
のバイアス電流とするなどの処理を行っても良い。
電流の判別は、厳密に行う必要はなく、半導体レーザ１
の消光比や発振遅延時間が要求されている値を満足させ
る範囲で誤差が存在しても何も問題はなく、同様な意味
からすれば、判別された半導体レーザ２に於けるしきい
値電流と半導体レーザ１へ供給するバイアス電流とは厳
密な一致は必要でなく、半導体レーザ２のしきい値電流
の値から一定の値だけずらせるなどの処理を行っても良
い。例えば消光比を大きくしたい場合は、半導体レーザ
２のしきい値電流よりも或る値だけ小さな値の電流を半
導体レーザ１のバイアス電流としたり、逆に発振遅延時
間を小さくすることを重視する場合は、半導体レーザ２
のしきい値電流よりも大きな値の電流を半導体レーザ１
のバイアス電流とするなどの処理を行っても良い。
【００１６】
【課題を解決するための手段】前記したところから、本
発明に依る半導体レーザの駆動方法に於いては、 （１） 使用温度範囲の上限に於ける第一の半導体レーザの消光比である １＋駆動電流／（バイアス電流−しきい値電流） がシステムが要求する値以上にすることができるバイア
ス電流を該第一の半導体レーザの近傍に配設され且つ温
度特性が該第一の半導体レーザと同等である第二の半導
体レーザに流し且つその際の出力光強度を該第二の半導
体レーザが常に維持する為のバイアス電流と同じ大きさ
のバイアス電流を該第一の半導体レーザに流して出力光
強度自動制御を行うこと を特徴とするか、或いは、
発明に依る半導体レーザの駆動方法に於いては、 （１） 使用温度範囲の上限に於ける第一の半導体レーザの消光比である １＋駆動電流／（バイアス電流−しきい値電流） がシステムが要求する値以上にすることができるバイア
ス電流を該第一の半導体レーザの近傍に配設され且つ温
度特性が該第一の半導体レーザと同等である第二の半導
体レーザに流し且つその際の出力光強度を該第二の半導
体レーザが常に維持する為のバイアス電流と同じ大きさ
のバイアス電流を該第一の半導体レーザに流して出力光
強度自動制御を行うこと を特徴とするか、或いは、
【００１７】（２） 第一の半導体レーザの近傍に配設され且つ温度特性が該
第一の半導体レーザと同等である第二の半導体レーザを
動作させ該第二の半導体レーザに於ける電圧対電流特性
或いはこの微分特性に於ける急激な変化点からしきい値
電流を求め、その求められたしきい値電流と同じ大きさ
の電流を該第一の半導体レーザにバイアス電流として流
すことを特徴とするか、或いは、
第一の半導体レーザと同等である第二の半導体レーザを
動作させ該第二の半導体レーザに於ける電圧対電流特性
或いはこの微分特性に於ける急激な変化点からしきい値
電流を求め、その求められたしきい値電流と同じ大きさ
の電流を該第一の半導体レーザにバイアス電流として流
すことを特徴とするか、或いは、
【００１８】（３）第一の半導体レーザの近傍に配設され且つ温度特性が該
第一の半導体レーザと同等である第二の半導体レーザを
動作させ該第二の半導体レーザに於けるスペクトル特性
からしきい値電流を求め、その求められたしきい値電流
と同じ大きさの電流を該第一の半導体レーザにバイアス
電流として流すこと を特徴とする。
第一の半導体レーザと同等である第二の半導体レーザを
動作させ該第二の半導体レーザに於けるスペクトル特性
からしきい値電流を求め、その求められたしきい値電流
と同じ大きさの電流を該第一の半導体レーザにバイアス
電流として流すこと を特徴とする。
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【作用】前記手段を採ることに依り、温度が変化する環
境で半導体レーザを動作させる場合に於いて、変調動作
を中断することなしに半導体レーザのしきい値電流をモ
ニタすることが可能となり、そして、バイアス電流を常
にしきい値電流の近傍に設定することができるから消光
比が劣化することはなく、温度変化に拘わりなく良好な
変調を実現することができる。
境で半導体レーザを動作させる場合に於いて、変調動作
を中断することなしに半導体レーザのしきい値電流をモ
ニタすることが可能となり、そして、バイアス電流を常
にしきい値電流の近傍に設定することができるから消光
比が劣化することはなく、温度変化に拘わりなく良好な
変調を実現することができる。
【００２２】
【実施例】図２は本発明一実施例を解説する為の半導体
レーザ装置などを表す要部説明図である。図に於いて、
１１はバイアス電流が制御されて信号である出力光を送
出する半導体レーザ・アレイ、１２はしきい値電流を検
出する為の半導体レーザ、１３はしきい値電流判別回
路、１４はバイアス電流制御回路、１５は光検出器をそ
れぞれ示している。
レーザ装置などを表す要部説明図である。図に於いて、
１１はバイアス電流が制御されて信号である出力光を送
出する半導体レーザ・アレイ、１２はしきい値電流を検
出する為の半導体レーザ、１３はしきい値電流判別回
路、１４はバイアス電流制御回路、１５は光検出器をそ
れぞれ示している。
【００２３】図３はしきい値電流の求め方を説明するの
に必要な半導体レーザ１１，１２の電流と出力光強度と
の関係を表す線図であり、横軸に電流を、また、縦軸に
出力光強度をそれぞれ採ってある。尚、図４に於いて用
いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持
つものとする。
に必要な半導体レーザ１１，１２の電流と出力光強度と
の関係を表す線図であり、横軸に電流を、また、縦軸に
出力光強度をそれぞれ採ってある。尚、図４に於いて用
いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持
つものとする。
【００２４】本実施例では、ＴL は使用温度範囲の下限
の温度、ＴH は使用温度範囲の上限の温度、Ｉ
th（ＴL ）は温度ＴL に於けるしきい値電流、Ｉb （Ｔ
L ）は出力光強度がＰ0 である場合の温度ＴL に於ける
バイアス電流、Ｉth（ＴH ）は温度Ｔ H に於けるしきい
値電流、Ｉb （ＴH ）は出力光強度がＰ0 である場合の
高温に於けるバイアス電流、Ｉp は半導体レーザの駆動
電流、Ｐ1 （ＴL ）は半導体レーザに流す電流がＩ
b （ＴL ）＋Ｉp である場合の出力光強度、Ｐ
1 （ＴH ）は半導体レーザに流す電流がＩb （ＴH ）＋
Ｉp である場合の出力光強度とする。
の温度、ＴH は使用温度範囲の上限の温度、Ｉ
th（ＴL ）は温度ＴL に於けるしきい値電流、Ｉb （Ｔ
L ）は出力光強度がＰ0 である場合の温度ＴL に於ける
バイアス電流、Ｉth（ＴH ）は温度Ｔ H に於けるしきい
値電流、Ｉb （ＴH ）は出力光強度がＰ0 である場合の
高温に於けるバイアス電流、Ｉp は半導体レーザの駆動
電流、Ｐ1 （ＴL ）は半導体レーザに流す電流がＩ
b （ＴL ）＋Ｉp である場合の出力光強度、Ｐ
1 （ＴH ）は半導体レーザに流す電流がＩb （ＴH ）＋
Ｉp である場合の出力光強度とする。
【００２５】図から明らかなように、温度が高くなる
程、しきい値電流は大きくなり、そして、発光効率は低
下する。ここでは、半導体レーザ１２の出力光強度がＰ
0 となるように自動出力光強度制御を行うものであっ
て、このときの半導体レーザ１２に流しているバイアス
電流と同じ大きさの電流をバイアス電流として半導体レ
ーザ・アレイ１１に流すようにしている。
程、しきい値電流は大きくなり、そして、発光効率は低
下する。ここでは、半導体レーザ１２の出力光強度がＰ
0 となるように自動出力光強度制御を行うものであっ
て、このときの半導体レーザ１２に流しているバイアス
電流と同じ大きさの電流をバイアス電流として半導体レ
ーザ・アレイ１１に流すようにしている。
【００２６】また、温度が高くなる程、半導体レーザ・
アレイ１１に於ける消光比は悪くなる。この為、出力光
強度Ｐ0 の決め方としては、使用温度範囲に於ける上限
の温度ＴH に於ける消光比、即ち、１＋Ｉp ／（Ｉ
b （ＴH ）−Ｉth（ＴH ））、がシステム上で必要な値
以上となるようにＩb （ＴH ）を決め、この電流値に於
ける半導体レーザ１２の出力光強度をＰ0 とするもので
あり、このようにすることで、全使用温度範囲で半導体
レーザ・アレイ１１の消光比を必要な値にすることが可
能である。
アレイ１１に於ける消光比は悪くなる。この為、出力光
強度Ｐ0 の決め方としては、使用温度範囲に於ける上限
の温度ＴH に於ける消光比、即ち、１＋Ｉp ／（Ｉ
b （ＴH ）−Ｉth（ＴH ））、がシステム上で必要な値
以上となるようにＩb （ＴH ）を決め、この電流値に於
ける半導体レーザ１２の出力光強度をＰ0 とするもので
あり、このようにすることで、全使用温度範囲で半導体
レーザ・アレイ１１の消光比を必要な値にすることが可
能である。
【００２７】この場合、半導体レーザ・アレイ１１は、
厳密なしきい値にバイアスされているわけではないが、
しきい値の近傍にバイアスされていれば、特性上の問題
は何もなく、ここで、ＴL ＝２５〔℃〕、ＴH ＝８０
〔℃〕、Ｉp ＝３０〔ｍＡ〕、Ｉth（ＴH ）＝１５〔ｍ
Ａ〕とした場合、消光比を１０〔ｄＢ〕以上とする為、
Ｉb （ＴH ）１８．３〔ｍＡ〕とすることが必要であ
り、その際の出力光強度が０．１７〔ｍＷ〕であったの
で、その値を出力光強度Ｐ0 として採用し、ＡＰＣ制御
を行ったところ、期待した通りの結果が得られた。
厳密なしきい値にバイアスされているわけではないが、
しきい値の近傍にバイアスされていれば、特性上の問題
は何もなく、ここで、ＴL ＝２５〔℃〕、ＴH ＝８０
〔℃〕、Ｉp ＝３０〔ｍＡ〕、Ｉth（ＴH ）＝１５〔ｍ
Ａ〕とした場合、消光比を１０〔ｄＢ〕以上とする為、
Ｉb （ＴH ）１８．３〔ｍＡ〕とすることが必要であ
り、その際の出力光強度が０．１７〔ｍＷ〕であったの
で、その値を出力光強度Ｐ0 として採用し、ＡＰＣ制御
を行ったところ、期待した通りの結果が得られた。
【００２８】半導体レーザ１２のしきい値電流を求める
他の手段として、半導体レーザ１２の電流：光出力特性
や電圧対電流特性、或いは、これらの一階微分特性、又
は、二階微分特性などから求めることができ、更にま
た、半導体レーザ１２に於けるスペクトルの共振モード
の半値幅や共振モードの光強度から求めても良い。
他の手段として、半導体レーザ１２の電流：光出力特性
や電圧対電流特性、或いは、これらの一階微分特性、又
は、二階微分特性などから求めることができ、更にま
た、半導体レーザ１２に於けるスペクトルの共振モード
の半値幅や共振モードの光強度から求めても良い。
【００２９】
【発明の効果】本発明に依る半導体レーザの駆動方法に
於いては、使用温度範囲の上限に於け る第一の半導体レーザの消光比である １＋駆動電流／（バイアス電流−しきい値電流） がシステムが要求する値以上にすることができるバイア
ス電流を該第一の半導体レーザの近傍に配設され且つ温
度特性が該第一の半導体レーザと同等である第二の半導
体レーザに流し且つその際の出力光強度を該第二の半導
体レーザが常に維持する為のバイアス電流と同じ大きさ
のバイアス電流を該第一の半導体レーザに流して出力光
強度自動制御を行うことが特徴の一つになっている。
於いては、使用温度範囲の上限に於け る第一の半導体レーザの消光比である １＋駆動電流／（バイアス電流−しきい値電流） がシステムが要求する値以上にすることができるバイア
ス電流を該第一の半導体レーザの近傍に配設され且つ温
度特性が該第一の半導体レーザと同等である第二の半導
体レーザに流し且つその際の出力光強度を該第二の半導
体レーザが常に維持する為のバイアス電流と同じ大きさ
のバイアス電流を該第一の半導体レーザに流して出力光
強度自動制御を行うことが特徴の一つになっている。
【００３０】前記構成を採ることに依り、温度が変化す
る環境で半導体レーザを動作させる場合に於いて、変調
動作を中断することなしに半導体レーザのしきい値電流
をモニタすることが可能となり、そして、バイアス電流
を常にしきい値電流の近傍に設定することができるから
消光比が劣化することはなく、温度変化に拘わりなく良
好な変調を実現することができる。
る環境で半導体レーザを動作させる場合に於いて、変調
動作を中断することなしに半導体レーザのしきい値電流
をモニタすることが可能となり、そして、バイアス電流
を常にしきい値電流の近傍に設定することができるから
消光比が劣化することはなく、温度変化に拘わりなく良
好な変調を実現することができる。
【図１】本発明の原理を解説するための半導体レーザ装
置を表す要部説明図である。
置を表す要部説明図である。
【図２】本発明一実施例を解説するための半導体レーザ
装置などを表す要部説明図である。
装置などを表す要部説明図である。
【図３】しきい値電流の求め方を説明するのに必要な半
導体レーザの電流と出力光強度との関係を表す線図であ
る。
導体レーザの電流と出力光強度との関係を表す線図であ
る。
【図４】半導体レーザに於ける電流と出力光強度との関
係を表す線図である。
係を表す線図である。
１ バイアス電流が制御されるべき半導体レーザ ２ しきい値電流を検出する為の半導体レーザ ３ しきい値電流判別回路 ４ バイアス電流制御回路 １１ バイアス電流が制御されて信号である出力光を送
出する半導体レーザ・アレイ １２ しきい値電流を検出する為の半導体レーザ １３ しきい値電流判別回路 １４ バイアス電流制御回路 １５ 光検出器
出する半導体レーザ・アレイ １２ しきい値電流を検出する為の半導体レーザ １３ しきい値電流判別回路 １４ バイアス電流制御回路 １５ 光検出器
Claims (3)
- 【請求項１】 使用温度範囲の上限に於ける第一の半導体レーザの消光比である １＋駆動電流／（バイアス電流−しきい値電流） がシステムが要求する値以上にすることができるバイア
ス電流を該第一の半導体レーザの近傍に配設され且つ温
度特性が該第一の半導体レーザと同等である第二の半導
体レーザに流し且つその際の出力光強度を該第二の半導
体レーザが常に維持する為のバイアス電流と同じ大きさ
のバイアス電流を該第一の半導体レーザに流して出力光
強度自動制御を行うこと を特徴とする半導体レーザの駆
動方法。 - 【請求項２】第一の半導体レーザの近傍に配設され且つ
温度特性が該第一の半導体レーザと同等である第二の半
導体レーザを動作させ該第二の半導体レーザに於ける電
圧対電流特性或いはこの微分特性に於ける急激な変化点
からしきい値電流を求め、 その求められたしきい値電流と同じ大きさの電流を該第
一の半導体レーザにバイアス電流として流すことを特徴
とする半導体レーザの駆動方法。 - 【請求項３】第一の半導体レーザの近傍に配設され且つ
温度特性が該第一の半導体レーザと同等である第二の半
導体レーザを動作させ該第二の半導体レーザに於けるス
ペクトル特性からしきい値電流を求め、 その求められたしきい値電流と同じ大きさの電流を該第
一の半導体レーザにバイアス電流として流すこと を特徴
とする半導体レーザの駆動方法。
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