JPH0541554A - レーザダイオード駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザダイオードの光出力を一定にするよう
にパルス電流を供給するレーザダイオード駆動回路に関
す、パルス電流供給能力に限界があるパルス電流供給回
路を用いて無駄な電力を消費せずに大きな駆動電流で駆
動でき、高温度範囲でも所望の光出力が得られるように
することを目的とする。 【構成】 二つのパルス電流供給回路2-1,2-2 はレーザ
ダイオード１にパルス電流を供給し、光出力自動制御回
路４は該レーザダイオード１の光出力を一定にするため
に必要なパルス電流の大きさに対応する制御信号Ｖcpを
出力する。パルス電流電流制御回路３は、制御信号Ｖcp
が予め設定されたしきい値Ｖth以下なら制御信号Ｖcpに
対応するパルス電流Ｉp1を第一のパルス電流供給回路2-
1 のみが供給し、制御信号Ｖcpがしきい値Ｖthを越えた
ら第一の供給回路のパルス電流をしきい値Ｖth相当のＩ
p1max に固定し、不足分のパルス電流Ｉp2を前記第二の
パルス電流供給回路2-2 がそれぞれ供給するように二つ
のパルス電流供給回路2-1,2-2 を制御する構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザダイオードの光
出力を一定にするようにパルス電流を供給するレーザダ
イオード駆動回路に関する。

【０００２】デジタル光通信装置では、高周波の電気パ
ルス信号を光パルスに変換するためにレーザダイオード
が用いられ、その光出力は使用環境温度が変化しても一
定であることが要求される。

【０００３】

【従来の技術】デジタル光通信等で電気パルス信号を光
パルスに変換するためにレーザダイオードが用いられ
る。レーザダイオードは駆動電流が発振しきい値を越え
ると発光し、発光パワーは発振しきい値を越えた分の駆
動電流に比例する。

【０００４】レーザダイオードの発光動作の応答速度を
速めるために、通常は、発振しきい値電流を直流バイア
スとして常時流しておき、データ信号に対応するパルス
電流をこれに重畳して流すことよって光パルスを発光さ
せる駆動方法が用いられている。

【０００５】そこでレーザダイオード駆動回路は、バイ
アス直流電流を供給するバイアス供給回路と、入力デー
タに基づいて定電流回路からの電流を高速でスイッチン
グする差動対によるパルス電流供給回路とを有し、両供
給回路からの駆動電流の和をレーザダイオードに印加す
ることによって駆動する。

【０００６】ところで光通信を安定に行うためには、発
光時の光強度が一定であることが要求される。これに対
して、レーザダイオードの発光特性は温度に大きく依存
し、周囲温度が高くなると発振しきい値が増加し、また
結合効率（発振しきい値からの電流の増加分に対する光
の強さの割合）は低下する。そこで、光出力をモニタし
て、温度上昇により光出力が減少したらバイアス電流と
パルス電流とをそれぞれ増加させるように両電流供給回
路をフィードバック制御する光出力自動制御回路を設け
て光出力を一定に保っている。

【０００７】上記光出力自動制御によって駆動電流を増
加させる場合に、バイアス電流は直流なので問題はない
が、パルス電流はＧbit/sec オーダの高周波パルスであ
るため、差動対のスイッチング素子として使用できるト
ランジスタが制御可能な出力電流に限界があり（例えば
80ｍＡ）、レーザダイオードの使用可能な高温領域は７
０°Ｃ程度であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】近時、通信装置の使用
環境が過酷になり、周囲温度が１００°にも達する場合
がある。温度が１００°Ｃになるとパルス駆動電流は１
００ｍＡ以上が必要となるので、一つの差動対では供給
不能であった。そこで、レーザダイオードのチップ温度
が上昇しないようにペルチェ素子で冷却する複雑な方法
や、高温でも結合効率の低下が小さい（すなわち、一定
光出力を出力を得るためにパルス電流をあまり増加させ
なくもよい）高価なレーザダイオードを用いたりしてい
る。これらは、いずれも高価なものとなる。

【０００９】上記の特別の措置を講ずることなく使用温
度範囲を広げるため、複数の差動対を並列に同時動作さ
せて常時複数のパルス電流供給回路から供給する技術も
考えられるが、必要駆動電流が小さく一つの差動対で充
分対処できる常温動作時でも、複数の差動対が動作する
ので消費電力が大きいという問題がある。

【００１０】パルス電流供給能力に限界があるパルス電
流供給回路を用いて無駄な電力を消費せずに大きな駆動
電流で駆動でき、高温度範囲でも所望の光出力を得るこ
とができるレーザダイード駆動回路を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】図１は本発明のレーザダ
イオード駆動回路の原理構成図である。上記課題は、図
１に示す如く、レーザダイオード１にパルス電流を供給
する二つのパルス電流供給回路2-1,2-2 と、該レーザダ
イオード１の光出力を一定にするために必要なパルス電
流の大きさに対応する制御信号Ｖcpを出力する光出力自
動制御回路４と、前記制御信号Ｖcpが予め設定されたし
きい値Ｖth以下なら前記制御信号Ｖcpに対応する大きさ
のパルス電流Ｉp1を第一のパルス電流供給回路2-1のみ
が供給し、前記制御信号Ｖcpがしきい値Ｖthを越えたら
該しきい値Ｖthに応じた大きさのパルス電流Ｉp1max を
前記第一の電流供給回路2-1 が、また前記制御信号Ｖcp
と前記しきい値Ｖthとの差に応じた大きさのパルス電流
Ｉp2を前記第二のパルス電流供給回路2-2 がそれぞれ供
給するように、前記第一と第二のパルス電流供給回路2-
1,2-2 を制御するパルス電流制御回路３と、を有するこ
とを特徴とする本発明のレーザダイオード駆動回路によ
り解決される。

【００１２】

【作用】しきい値Ｖthを第一のパルス電流供給回路2-1
が供給可能な最大電流値に対応するように設定しておく
と、レーザダイオード1 の一定光出力を確保するのに必
要なパルス電流が該最大電流以下なら第一の供給回路2-
1 のみから供給し、必要パルス電流が該最大電流を越え
たら第一の供給回路を最大電流に固定し第二の供給回路
2-2 が動作して不足分を供給するように制御されるの
で、最大電流値の２倍までのパルス電流でレーザダイオ
ード１を駆動することができる。

【００１３】このように、パルス電流供給回路のトラン
ジスタのスイッチング可能電流の上限を越えてレーザダ
イオードを駆動できるので、周囲温度が高温になっても
冷却等の温度一定化のための手段を必要とせず、また温
度上昇によって結合係数が小さくなる通常の安価なレー
ザダイオードを使用することが可能となる。また第二の
パルス電流供給回路は必要が応じて動作するので無駄な
電力を消費することがない。

【００１４】

【実施例】以下添付図により本発明の実施例を説明す
る。図２は本発明の実施例の回路図である。なお図１と
同一符号は同一対象物を示す。

【００１５】図において、１はレーザダイオード、2-1,
2-2 はそれぞれ第一、第二のパルス電流供給回路、３は
パルス電流制御回路、４は光出力自動制御回路、５はバ
イアス電流供給回路である。

【００１６】パルス電流供給回路2-1,2-2 は、定電流回
路とスイッチング回路とからなる。スイッチング回路
は、エミッタを共通接続した一対のトランジスタＴ1,Ｔ
2 またはＴ3,T4からなる差動対で、定電流回路からの所
定の一定電流IP1,IP2 を、ベースに印加されるパルス信
号（ＤＡＴＡ及びその反転）に応じてスイッチングし
て、レーザダイオード１にピーク値がそれぞれIP1,IP2
のパルス電流をＴ2 おびＴ3 から供給する。定電流回路
はトランジスタＴ５またはＴ６からなり、ベースにパル
ス電流制御回路３からの制御電圧が印加されエミッタ電
圧をフィードバックすることによって制御電圧に対応す
る大きさの直流電流IP1,IP2 をそれぞれの差動対スイッ
チング回路に供給する。

【００１７】光出力自動制御回路４は、レーザダイオー
ド１の光パルス出力の平均値に対応する光モニタ信号
と、データのマーク率信号とが入力されて、予め設定さ
れた所定パワーの光パルスを発光させるためにレーザダ
イオード１に供給すべきバイアス電流に対応するバイア
ス電流制御電圧Ｖ_CBとパルス電流に対応するパルス電流
制御電圧Ｖcpとを出力する。

【００１８】バイアス電流供給回路５は、バイアス電流
制御電圧Ｖ_CBにより制御されて、必要なバイアス電流Ｉ
_B をレーザダイオード１に供給する。パルス電流制御回
路４は、抵抗R1,R2 とダイオードＤとからなるリミッタ
部31と、第一、第二、第三の3 つのオペアンプ32、33、
34とからなる。リミッタ部31は電源電圧を分圧して所定
のしきい値電圧Ｖthを発生するように予め設定されてい
る。

【００１９】オペアンプ32は、自動制御回路からのパル
ス電流制御電圧Ｖcpが非反転入力端子に、第一のパルス
電流供給回路の定電流回路のトランジスタＴ５のエミッ
タ電圧が反転入力端子にそれぞれ印加され、その出力を
Ｔ５のベースに印加することによって、Ｔ５のエミッタ
電流ＩＰ１が制御電圧Ｖｃｂで規定された値となるよう
に制御する。またこの出力はダイオードＤによってしき
い値電圧Ｖthにクランプされている。第二のオペアンプ
33は、オペアンプ32の出力が反転入力端子に、パルス電
流制御電圧Ｖcpが非反転入力端子に印加され、出力を第
三のオペアンプ34の非反転入力端子に印加する。第三の
オペアンプ34は反転入力端子に第二のパルス電流回路の
定電流源用トランジスタＴ６のエミッタ電圧が印加さ
れ、出力をＴ６のベースに印加するこによって、電流Ｉ
Ｐ２を非反転入力端子に印加される制御電圧に対応する
大きさに制御する。

【００２０】次に上記構成によるレーザダイオード駆動
回路の動作を説明する。しきい値電圧Ｖthは、この電圧
でリミットされる第一のパルス駆動回路の定電流源が流
す電流が、差動対トランジスタのスイッチング制御範囲
内である例えば60ｍＡになるように設定されいるものと
する。

【００２１】周囲温度の低い間レーザダイオード１へ流
すべき電流は小さくてよいので、光出力自動制御回路４
が出力するパルス電流制御電圧Ｖcpは小さく、従ってオ
ペアンプ31の出力電圧（この値はトランジスタＴ５のベ
ースエミッタ電圧だけＶcpより高い) はしきい値電圧Ｖ
th以下であるためＶcpに応じてオペアンプ32の出力電圧
が変化し第一のパルス電流供給回路2-1 はＶcpに対応す
るパルス電流IP1 をレーザダイオード１に供給する。こ
のときは、第二のオペアンプ33は、反転入力が非反転入
力Ｖcpより大きいので出力せず、トランジスタＴ６はカ
ットオフしており従って第二のパルス電流供給回路2-2
は動作しない。

【００２２】温度上昇とともに、パルス電流制御電圧Ｖ
cpが増大して、第一のオペアンプ32の出力電圧がしきい
値Ｖth以上になるとこの出力電圧はＶthにクランプさ
れ、Ｖcpの変化に無関係にＴ５のエミッタ電流ＩＰ１は
所定の値６０ｍＡ一定となる。従って、第一のパルス電
流供給回路が供給するパルス電流の大きさは60ｍＡ一定
となる。このとき、第二のオペアンプはＶcpとしきい値
Ｖthとの差に対応した出力電圧を発生し第三のオペアン
プ34の非反転入力端子に印加するようになるので、Ｔ6
がＶcp−Ｖthの値に対応する電流を流すので第二のパル
ス電流供給回路2-2 が動作して、第一のパルス電流供給
回路のパルス電流で不足な分のパルス電流をＴ4 からレ
ーザダイオード１に供給する。これによって、１２０ｍ
Ａまでのパルス電流を供給することができ、通常のレー
ザダイオード１を１００°Ｃ以上の周囲温度まで光出力
を減少させずに駆動することが可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、パルス電流供給能力に限界があるパルス電流供
給回路を用いて無駄な電力を消費せずに大きな駆動電流
でレーザダイオードを駆動でき、高温度範囲でも所望の
一定光出力が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のレーザダイオード駆動回路の原理構
成図

【図２】 本発明の実施例の回路図

【符号の説明】

１…レーザダイオード、2-1,2-2 …パルス電流供給回
路、３…パルス電流制御回路、31…リミッタ部、32,33,
34…オペアンプ、４…光出力自動制御回路、５…バイア
ス電流供給回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザダイオード(1) にパルス電流を供
   給する二つのパルス電流供給回路(2-1,2-2) と、 該レーザダイオード(1) の光出力を一定にするために必
   要なパルス電流の大きさに対応する制御信号Ｖcpを出力
   する光出力自動制御回路(4)と、 前記制御信号Ｖcpが予め設定されたしきい値Ｖth以下な
   ら前記制御信号Ｖcpに対応する大きさのパルス電流Ｉp1
   を第一のパルス電流供給回路(2-1) のみが供給し、前記
   制御信号Ｖcpが該しきい値Ｖthを越えたら該しきい値Ｖ
   thに応じた大きさのパルス電流Ｉp1max を前記第一の電
   流供給回路(2-1) が、また前記制御信号Ｖcpと前記しき
   い値Ｖthとの差に応じた大きさのパルス電流Ｉp2を前記
   第二のパルス電流供給回路(2-2) がそれぞれ供給するよ
   うに、前記第一と第二のパルス電流供給回路(2-1,2-2)
   を制御するパルス電流制御回路(3) と、 を有することを特徴とするレーザダイオード駆動回路。