JPH04157781A - 半導体レーザ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、光デイスク装置、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
イスク装置、レーザプリンタ等の光源として広く使用さ
れている。この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ｊｊｌ　Ａ　Ｐ　Ｃ（Ａ　
ｕｔｏｍａｔｉｃｐ　ｏｙｔＢｒＣｏｎｔｒｏｌ）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信号電流（半導体レー
ザの光出力に比例した電流）に比例した信号と、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信
号電流（半導体レーザの光出力に比例した電流）に比例
した信号と、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
所望の値に制御し、さらにパワー設定期間外には半導体
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、また
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。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記（１）の方式は、半導体レーザの光出力をモニター
して所望の値になるように常時、制御しているので、上
記（２）　、　（３）の方式に比べて確かに望ましい方
式であるが５発光レベル指令信号と半導体レーザの光出
力との関係を設定する際に、その設定値により光・電気
負帰還ループにおける開ループの交叉周波数が変動して
光・電気負帰還ループの制御速度が不安定になり、半導
体レーザの光出力制御を高速、高精度、高分解能で安定
に行うことはできない。

本発明は上記欠点を改善し、半導体レーザの光出力制御
を高速、高精度、高分解能で安定に行うことができる半
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、請求項１の発明は半導体レー
ザの光出力を受光部により検知してこの受光部から得ら
れる受光信号電流と発光レベル指令信号電流とが等しく
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
・電気負帰還ループを有する半導体レーザ制御装置にお
いて、前記発光レベル指令電流がゲートに入力される第
１の電界効果トランジスタ、この第１の電界効果トラン
ジスタのドレイン出力がゲート若しくはベースに入力さ
れてトレイン出力若しくはコレクタ８力を前記半導体レ
ーザに出力する第２の電界効果トランジスタ若しくはト
ランジスタ、この第２の電界効果トランジスタのドレイ
ン若しくは前記トランジスタのコレクタと前記第２の電
界効果トランジスタのゲートとの間に接続されたコンデ
ンサを有する電流増幅部と、 前記受光信号電流が入力されて該電流に比例した電流を
前記第１の電界効果トランジスタのゲートに負帰還し前
記電流増幅部、前記半導体レーザ。

前記受光部とで前記光・電気負帰還ループを構成するゲ
イン調整可能なゲイン変換器と を備えたものであり、 請求項２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、前記ゲイン変換器を可変抵抗を用いて構成し
たものである。

〔作　用〕

発光レベル指令電流が電流増幅部により増幅されて半導
体レーザに供給され、半導体レーザの光出力が受光部に
より検知されてこの受光部から得られる受光信号電流が
ゲイン変換器を介して電流増幅部の入力側に負帰還され
ることにより、受光信号電流と発光レベル指令信号電流
とが等しくなるように半導体レーザの順方向電流が制御
される。

〔実施例〕

第１図は請求項１の発明の第１の実施例を示す。

図中、１はレーザダイオードからなる被制御半導体レー
ザ、２は受光素子である。３は電界効果トランジスタ、
４はバイポーラトランジスタ、５は定電圧ダイオード、
６はコンデンサ、７は抵抗、８は電流源であり、これら
３〜８は電流増幅部を構成している。この電流増幅部に
おいては電界効果トランジスタ３はソースが接地され、
ドレインが電流源８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４はベースが電界効果トランジ
スタ３のドレインに接続されてコレクタが半導体レーザ
１のカソードに接続され、エミッタが定電圧ダイオード
５及び抵抗７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５及び抵抗７の接続点がコンデンサ６
を介して電界効果トランジスタ３のドレインに接続され
ることにより負帰還ループが構成される。なお、バイポ
ーラトランジスタ４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４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４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４のエ
ミッタと同様に接続される。また、この電流増幅部と受
光素子２゜ゲイン変換器９とは光・電気負帰還ループを
構成し、ゲイン変換器９はゲイン調整可能な可変減衰器
（又は可変増幅器）が用いられる。半導体レーザ１のア
ノードは電源Ｖｃｃに接続されている。

発光レベル指令信号電流は電流加算点１０に入力された
後に電流増幅部で増幅されて半導体レーザ１に順方向電
流として供給され、半導体レーザ１が発光する。電流増
幅部では発光レベル指令信号電流が電流加算点１０を介
して電界効果トランジスタ３のゲートに入力され、この
発光レベル指令信号電流が電界効果トランジスタ３及び
バイポーラトランジスタ４により増幅されてその出力が
コンデンサ６を介して電界効果トランジスタ３のゲート
に負帰還される。受光素子２は半導体レーザ１の光出力
の一部を検知して半導体レーザ１の光出力に比例した受
光信号電流を発生する。この受光信号電流は可変減衰器
９を介して電流加算点１０で発光レベル指令信号電流に
加算されることにより負帰還され、受光信号電流と発光
レベル指令信号電流とが等しくなるように半導体レーザ
１の順方向電流が制御される。

この実施例においては、発光レベル指令信号電流が工。

のときに半導体レーザ１の光出力が所望の値Ｐ０となる
ように可変減衰器９における電流の減衰係数ｋを調整す
ると、自動的に光・電気負帰還ループの交叉周波数ｆ。

が所望の値となる。

この点について以下に説明する。

この実施例において、系（光・電気負帰還ループ）の開
ループゲインＡは Ａ＝Ｇ・η・α・Ｓ−に と表わすことができる。但し、 Ｇ：電界効果トランジスタ３．バイポーラトランジスタ
４を用いて構成された電流増幅部のゲイン η：半導体レーザ１の微分量子効率 α：受光素子２と半導体レーザ１との結合係数Ｓ：受光
素子２の受光放射感度 である。この式を見ると分かるように、一般に系の開ル
ープゲインＡは半導体レーザ１の微分量子効率ηや、受
光素子２と半導体レーザ１との結合係数α、受光素子２
の受光放射感度Ｓなどのバラツキの影響を受けてしまう
。また、上記電流増幅部の利得は、周波数が十分に高い
場合にはＧ　＝　１　／　ｊωＣＲ と表わせられる。ここで、Ｃ，Ｒは上記電流増幅部の特
性により決まる定数である。また、受光信号電流ｉは半
導体レーザ１の光出力Ｐ０、受光素子２と半導体レーザ
１との結合係数α、受光素子２の受光放射感度Ｓを用い
て ｉ＝Ｐ、・α・Ｓ と表わせられ、また、 ■。＝に−１ であるので、半導体レーザ１の光出力Ｐ。はｐ、＝ｒ。

／ｋ・α・Ｓ である。さらに、光・電気負帰還ループの交叉周波数ｆ
０はＡ＝１となる周波数であるので、ｆ。＝η　・　α
　・　Ｓ　−ｋ／２πＣＲとなる。上記２式を見ると分
かるように受光素子２と半導体レーザ１との結合係数α
や、受光素子２の受光放射感度Ｓが変化しても所定の発
光レベル指令信号電流工。に対して所望の光出力Ｐ。が
得られるように可変減衰器９の減衰係数ｋを調整してや
ると、 ｋ−ａ　会Ｓ　＝ｃｏｎｓｔ、（一定）となるので、自
動的に光・電気負帰還ループの交叉周波数ｆ。を所望の
値に設定することができることがわかる。このため、可
変減衰器９の簡単な調整により半導体レーザの光出力制
御を高速、高精度、高分解能で安定に行うことができる
。

第２図は請求項１の発明の第２の実施例を示す。

第２図において、第１図と同一部分は同一符号が付して
あって同様な動作を行うので、その説明は省略する。こ
の第２の実施例において、第１の実施例と異なる点につ
いて説明すると、第１の実施例では電流加算点１０が高
インピーダンスとなっているのに対して、第２の実施例
では電流加算点１１が低インピーダンスとなっており、
これがインピーダンス変換器］２により高インピーダン
スに変換されて電界効果トランジスタ３のゲートに信号
が入力される。この第２の実施例では第１の実施例と同
様な効果が得られることは明らかである。

第３図は請求項２の発明の第１の実施例を示す。

第３図において、第２図と同一部分は同一符号が付して
あって同様な動作を行うので、その説明は省略する。こ
の第３図の実施例において、第２図の実施例と異なる点
について説明すると、第３図の実施例では上記ゲイン変
換器９を可変抵抗］３、抵抗１４及び基準電圧源１５に
より構成している。受光素子２から得られる受光信号電
流は可変抵抗１３と抵抗１４に分流し、その一方が可変
抵抗１３を介して電流加算点１１に入力されて他方が抵
抗１４を介して基準電圧ｇ１５に流れる。この場合、可
変抵抗１３の値を変化させることにより電流加算点１１
に入力される受光信号電流を調整することができて上記
体レーザｌのゲイン変換器９と同様な機能を持ち、可変
抵抗１３の値を調整して半導体レーザ１の光出力を所望
の値に設定すると、自動的に自動的に光・電気負帰還ル
ープの交叉周波数ｆ。を一定に保つことができる。また
、ゲイン変換器９を可変抵抗１３、抵抗１４及び基準電
圧源１５により構成したので、回路構成が簡単になる。

第４図は請求項２の発明の第２の実施例を示す。

第４図において、第３図と同一部分は同一符号が付して
あって同様な動作を行うので、その説明は省略する。こ
の第４図の実施例において、第３図の実施例と異なる点
について説明すると、第３図の実施例では電流加算点１
１が低インピーダンスになっているのに対して、第４図
の実施例では発光レベル指令信号電流と可変抵抗１３か
らの受光信号電流とがインピーダンス変換器１６．１７
をそわぞれ介して各々高インピーダンスで電流加算点１
０にて加算されて電界効果トランジスタ３のゲートに入
力される。この第４図の実施例でも第３図の実施例と同
様な効果が得られることは明らかである。

第５図は請求項２の発明の第３の実施例を示す。

第５図において、第３図と同一部分は同一符号が付して
あって同様な動作を行うので、その説明は省略する。こ
の第５図の実施例において、第３図の実施例と異なる点
について説明すると、第５図の実施例ではバイポーラト
ランジスタ１８のエミッタが低インピーダンスの電流加
算点であってこの電流加算点に発光レベル指令信号電流
と可変抵抗１３からの受光信号電流とが入力されて加算
され、この電流加算点の信号がバイポーラトランジスタ
１８を介して高インピーダンスで電界効果トランジスタ
３のゲートに入力される。また、バイポーラトランジス
タ１８のベースはバイアス電圧源１９の電圧■。が印加
され、バイポーラトランジスタ１８のベース・エミッタ
間電圧をＶｂｅとすると、基準電圧■が Ｖ　＝Ｖｏ−Ｖｂｅ となるように設定される。この場合、基準電圧■と電流
加算点の電位とは等電位となり、不必要な電流を流すこ
となく受光信号電流が可変抵抗１３と抵抗１４との抵抗
比で分流される。つまり、可変抵抗１３の抵抗値をＲｖ
、抵抗１４の抵抗値をＲとすると、先に述べた電流の減
衰係数には ｋ　＝　Ｒ／　（Ｒ十Ｒｖ） と表わされる。また、この実施例ではバイポーラトラン
ジスタ１８にバイアス電流を流すために、電流源２０．
２１が設けられている。この第５図の実施例でも第３図
の実施例と同様な効果が得られることは明らかである。

この第５図の実施例では発光レベル指令信号電流がバイ
ポーラトランジスタ１８のエミッタに入力されるが、電
流源２０の電流を発光レベル指令信号電流で制御するよ
うにしても第５図の実施例と同様な効果が得られる。さ
らに、第５図の実施例ではインピーダンス変換の手段と
してバイポーラトランジスタ１８を用いたが、この部分
には電界効果トランジスタ又は複数個のトランジスタで
構成した回路を用いても第５図の実施例と同様な効果が
得られることは明らかである。

〔発明の効果〕

以上のように請求項１の発明によればゲイン変換器のゲ
イン調整で半導体レーザの光呂力を所望の値に設定する
と、自動的に光・電気負帰還ループの開ループでの交叉
周波数が所望の値に設定されるので、簡単な調整で半導
体レーザの光出力制御を高速、高精度、高分解能で安定
に行うことができる。

また、請求項２の発明によればゲイン変換器を可変抵抗
を用いて構成したので１回路構成が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は請求項１の発明の各実施例を示す回
路図、第３図乃至第５図は請求項２の発明の各実施例を
示す回路図である。 １・・・半導体レーザ、２・・・受光素子、３・・・電
界効果トランジスタ、４・・・バイポーラトランジスタ
、６・・・コンデンサ、９・・・ゲイン変換器、１３・
・・可変抵抗、１４・・・抵抗、１５・・・基準電圧源
。 代理人　挿出　、烹〜　はか１名 〆イ Ｊ電なとノ ー〜・λト・ 外わ　図 筋４　図 ｆＪｊ　　薦土

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体レーザの光出力を受光部により検知してこの
   受光部から得られる受光信号電流と発光レベル指令信号
   電流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・電気負帰還ループを有する半導体レー
   ザ制御装置において、前記発光レベル指令電流がゲート
   に入力される第１の電界効果トランジスタ、この第１の
   電界効果トランジスタのドレイン出力がゲート若しくは
   ベースに入力されてドレイン出力若しくはコレクタ出力
   を前記半導体レーザに出力する第２の電界効果トランジ
   スタ若しくはトランジスタ、この第２の電界効果トラン
   ジスタのドレイン若しくは前記トランジスタのコレクタ
   と前記第２の電界効果トランジスタのゲートとの間に接
   続されたコンデンサを有する電流増幅部と、 前記受光信号電流が入力されて該電流に比例した電流を
   前記第１の電界効果トランジスタのゲートに負帰還し前
   記電流増幅部、前記半導体レーザ、前記受光部とで前記
   光・電気負帰還ループを構成するゲイン調整可能なゲイ
   ン変換器と を備えたことを特徴とする半導体レーザ制御装置。 ２、請求項１記載の半導体レーザ制御装置において、前
   記ゲイン変換器を可変抵抗を用いて構成したことを特徴
   とする半導体レーザ制御装置。