DE19932657A1 - Laser diode control with compensation filter - Google Patents
Laser diode control with compensation filterInfo
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Gerät - beispielsweise ein Gerät zur optischen Aufzeichnung - mit einer Laserdiode und einer Monitordiode.The invention relates to an electronic device - for example a device for optical Recording - with a laser diode and a monitor diode.
Zum Beschreiben von optischen Medien werden beispielsweise Laserdioden verwendet, um das Medium punktuell zu erhitzen. Bei Erhitzung einer Materialschicht des optischen Mediums über dessen Schmelzpunkt hinaus kann das Material dieser Schicht punktuell aufgeschmolzen werden. Ohne weitere Energiezufuhr kühlt das Informationsträgermaterial schnell aus und geht vom geschmolzenen Zustand über in einen amorphen Zustand. Bei dosierter Energiezufuhr, die das Informationsträger material für eine gewisse Zeit unterhalb der Schmelztemperatur, aber überhalb der diesem Material eigenen Kristallisationstemperatur hält, geht das Informationsträger material in einen kristallinen Zustand über. Da sich die Reflexionseigenschaften der Informationsträgerschicht im kristallinen und im amorphen Zustand stark voneinander unterscheiden, können die gespeicherten Daten durch Auswertung der Menge an reflektierten Licht wieder gelesen werden.Laser diodes, for example, are used to write on optical media, to heat the medium selectively. When heating a material layer of the optical medium beyond its melting point, the material of this layer be melted selectively. This cools without further energy supply Information carrier material quickly runs out and changes from the molten state to in an amorphous state. With dosed energy supply, the information carrier material below the melting temperature for a certain time, but above the maintains the crystallization temperature of this material, the information carrier goes material into a crystalline state. Since the reflective properties of the Information carrier layer in the crystalline and in the amorphous state strongly from one another can distinguish the stored data by evaluating the amount of reflected light can be read again.
Da beim Schreibvorgang die auf eine bestimmte Fläche innerhalb einer bestimmten Zeit eingebrachte Energie den Phasenzustand der Informationsträgerschicht bestimmt, ist die Steuerung der eingebrachten Energie, das heisst unter anderem die Regelung der Leistung der zur Erhitzung verwendeten Laserdiode von entscheidender Bedeutung. Ist die von der Laserdiode eingebrachte Energie zu hoch geht das Informationsträger material ungewollt in einen kristallinen Zustand, ist die eingebrachte Energie zu niedrig, so geht die Informationsträgerschicht entgegen des beabsichtigten Effekts in eine kristallinen Zustand über. Dies hätte zur Folge, dass die geschriebenen Informationen mit den Informationen, die man hätte schreiben wollen, nicht übereinstimmen. Because the writing process takes place on a certain surface within a certain time The energy introduced determines the phase state of the information carrier layer Control of the introduced energy, that means among other things the regulation of the Power of the laser diode used for heating is crucial. Is the energy brought in by the laser diode goes too high the information carrier material unintentionally in a crystalline state, the energy introduced is too low, the information carrier layer goes in contrary to the intended effect a crystalline state over. This would have the consequence that the written Not information with the information you would have wanted to write to match.
Durch Verwendung sogenannter Schreibstrategien soll die Phasenänderung der Informationseinheit in einen amorphen oder kristallinen Zustand sicher erzielt werden.By using so-called writing strategies, the phase change of the Information unit in an amorphous or crystalline state can be achieved safely.
Eine Kontrollmethode besteht darin, die Ausgangsleitung der Laserdiode mittels eines Regelkreises zu regeln, wobei die Ausgangsleistung der Laserdiode mittels einer sogenannten Monitordiode gemessen wird und in diesen Regelkreis zurückgekoppelt wird.One control method is to use a laser to output the laser diode Control loop, the output power of the laser diode using a So-called monitor diode is measured and fed back into this control loop becomes.
Eine solche Anordnung mit Laserdiode, Monitordiode und einer Schaltungsanordnung zur Leistungsregelung ist beispielsweise aus US 5,097,473 bekannt, bei dem zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit eines solchen Systems vorgeschlagen wird, zwischen dem Ausgang der Monitordiode und dem Eingang einer Treiberschaltung zur Steuerung der Ausgangsleistung der Laserdiode Kompensationsmittel einzufügen. Im einfachsten Ausführungsbeispiel besteht ein solches Kompensationsmittel aus einem Kondensator mittels welchem Frequenzverluste, die die Monitordiode gegenüber der Laserdiode aufweist, ausgeglichen werden sollen.Such an arrangement with a laser diode, monitor diode and a circuit arrangement for power control is known for example from US 5,097,473, in which for Improvement of the performance of such a system is proposed between the output of the monitor diode and the input of a driver circuit for Control of the output power of the laser diode to insert compensation means. in the In the simplest embodiment, such a compensation means consists of a Capacitor by means of which frequency losses that the monitor diode compared to the Has laser diode to be compensated.
Aufgabe der Erfindung ist es Fehlregelungen, welche auf Grund der gegenüber der Laserdiode gegebenen begrenzten Bandbreite der Monitordiode bestehen, zu kompensieren.The object of the invention is incorrect regulations, which due to the Given the laser diode's limited bandwidth, the monitor diode also exists compensate.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass Kompensationsmittel zwischen dem Leistungssollwert führenden Zweig der Regelschaltung und einem invertierenden Knoten der Regelschaltung geschaltet sind.This object is achieved in that compensation means between the Power setpoint leading branch of the control circuit and an inverting Nodes of the control circuit are switched.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Kompensationsmittel einen zur Monitordiode vergleichbaren Frequenzgang auf. Hierzu wird beispielsweise der Frequenzgang der Monitordiode ausgemessen und ein entsprechendes Filternetzwerk berechnet, welches weitgehend den gemessenen Frequenzgang der Monitordiode nachbildet. In an advantageous embodiment of the invention, the compensation means a frequency response comparable to the monitor diode. For this, for example the frequency response of the monitor diode is measured and a corresponding one Filter network calculated, which largely the measured frequency response of the Replicates the monitor diode.
Die Erfindung wird nun anhand von zwei in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.The invention will now be illustrated with reference to two in the figures Exemplary embodiments described and explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 Erstes Ausführungsbeispiel mit Steuerung der Ausgangsleistung der Laserdiode über den Arbeitspunkt der Laserdiode, Fig. 1 First embodiment with control of the output power of the laser diode on the operating point of the laser diode,
Fig. 2 Zweites Ausführungsbeispiel mit Steuerung der Ausgangsleistung der Laserdiode über den Verstärkungsfaktor. Fig. 2 second embodiment with control of the output power of the laser diode via the gain factor.
Beide Ausführungsbeispiele zeigen ein optisches Aufzeichnungsgerät mit einer erfindungsgemäßen Regelschaltung 1 zur Steuerung des Schreibvorgangs einer Laserdiode 3 auf ein optisches Medium 4. Das optische Medium 4, beispielsweise eine CD-ROM, wird von einem schematisch dargestellten Motor 5 angetrieben. In einer Steuerschaltung 7 wird zum Erzielen einer bestimmten Schreibstrategie die jeweils erforderliche Laserleistung der Laserdiode 3 ermittelt und als Sollwert Px der Regelschaltung 1 vorgegeben. Mittels einer Monitordiode 6 wird ein Teil, der von der Laserdiode 3 abgegebenen Leistung ausgekoppelt und als Ist-Größe Pm auf einen invertierenden Knoten der Regelschaltung 1 zurückgeführt. Der Übersicht wegen sind weitere Details eines optischen Aufzeichnungsgerätes, soweit sie die Erfindung nicht betreffen wie z. B. die Regelung der Drehgeschwindigkeit des Motors 5 und eine eventuelle Wiedergabevorrichtung, nicht dargestellt.Both exemplary embodiments show an optical recording device with a control circuit 1 according to the invention for controlling the writing process of a laser diode 3 on an optical medium 4 . The optical medium 4 , for example a CD-ROM, is driven by a motor 5 shown schematically. In a control circuit 7 for obtaining a specific write strategy each required laser power of the laser diode is determined 3 and set as a target value Px of the control circuit. 1 A part of the power output by the laser diode 3 is coupled out by means of a monitor diode 6 and fed back as an actual variable Pm to an inverting node of the control circuit 1 . For the sake of clarity, further details of an optical recording device, insofar as they do not affect the invention, such as B. the control of the rotational speed of the motor 5 and a possible playback device, not shown.
Im ersten Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 1 dargestellt ist, erfolgt die Regelung der Ausgangsleistung der Laserdiode 2 über den Arbeitspunkt der Laserdiode. Der Sollwert Px ist hierzu einem nicht invertierenden Knoten 11 der Regelschaltung zugeführt, so dass eine Erhöhung des Sollwertes Px auch zu einer Erhöhung der Stellgröße Y am Ausgang der Regelschaltung 1 führt. Mittels eines Leistungsverstärkers 2 wird die Stellgröße Y zur Ansteuerung der Laserdiode 3 entprechend verstärkt. Die von der Monitordiode 6 auf den invertierenden Knoten 12 zurückgeführte Ist-Größe Pm bewirkt, dass bei steigender Ist-Größe, als bei steigender Ausgangsleistung der Laserdiode 3 der Arbeitspunkt der Laserdiode 3 zu einer geringeren Spannung verschoben wird, und dadurch die von der Laserdiode 3 abgegebene Leistung abnimmt. Zur Beeinflussung dieses Regelverhaltens ist zwischen invertierenden Knoten 12 und nicht invertierenden Knoten 11 der Regelschaltung ein erstes Netzwerk 13 geschaltet. Die erfindungsgemäße Ergänzung dieses ersten Ausführungsbeispiels besteht darin, dass mittels eines Kompensationsnetzwerks 14 der Sollwert Px zusätzlich auf den nicht invertierenden Knoten 12 der Regelschaltung eingekoppelt wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Kompensationsnetzwerk 14 als Tiefpass ausgebildet, wobei der Tiefpass annähernd den Frequenzgang der verwendeten Monitordiode 6 widerspiegelt.In the first exemplary embodiment, which is shown in FIG. 1, the output power of the laser diode 2 is regulated via the operating point of the laser diode. For this purpose, the setpoint Px is fed to a non-inverting node 11 of the control circuit, so that an increase in the setpoint Px also leads to an increase in the manipulated variable Y at the output of the control circuit 1 . The manipulated variable Y for driving the laser diode 3 is amplified accordingly by means of a power amplifier 2 . The 12 returned from the monitor diode 6 to the inverting node actual size causes Pm that with increasing actual size than at an increasing output power of the laser diode 3, the operating point of the laser diode 3 is shifted to a lower voltage, and thus of the laser diode 3 output decreases. In order to influence this control behavior, a first network 13 is connected between inverting node 12 and non-inverting node 11 of the control circuit. The addition to this first exemplary embodiment according to the invention consists in that the setpoint Px is additionally coupled to the non-inverting node 12 of the control circuit by means of a compensation network 14 . In this exemplary embodiment, the compensation network 14 is designed as a low pass, the low pass approximately reflecting the frequency response of the monitor diode 6 used .
Beim zweiten Ausführungsbeispiel wird die Leistung der Laserdiode 3 über den Verstärkungsfaktor gesteuert. Die Schaltung entspricht weitgehend dem ersten Ausführungsbeispiel. Im folgenden werden daher für gleiche Schaltungsteile gleiche Bezugszeichen verwendet und im übrigen nur die Abweichungen zu diesem ersten Ausführungsbeipiel erläutert.In the second embodiment, the power of the laser diode 3 is controlled via the gain factor. The circuit largely corresponds to the first embodiment. In the following, therefore, the same reference numerals are used for the same circuit parts, and otherwise only the deviations from this first exemplary embodiment are explained.
Der Sollwert Px ist zunächst einem Eingang einer Multiplikationsstufe 15 zugeführt. Einem anderen Eingang der Multiplikationsstufe ist über das zwischengeschaltete Netzwerk 13 das Ausgangssignal des invertierenden Knotens 12 zugeführt. Der Ausgang der Multiplikationsstufe 15 ist schließlich dem nicht invertierenden Knoten 11 zugeführt, welchem zur Einstellung des Arbeitspunktes der Laserdiode noch eine Offset-Spannung zugeführt ist. Auch hier liegt zwischen Sollwert-Eingang Px der Regelschaltung und dem invertierenden Knoten 12 der Regelschaltung 1 das erfindungsgemäße Kompensationsnetzwerk.The setpoint Px is first fed to an input of a multiplication stage 15 . The output signal of the inverting node 12 is fed to another input of the multiplication stage via the interposed network 13 . The output of the multiplication stage 15 is finally fed to the non-inverting node 11 , to which an offset voltage is also fed in order to set the operating point of the laser diode. Here too, the compensation network according to the invention lies between the setpoint input Px of the control circuit and the inverting node 12 of the control circuit 1 .
Die im Ausführungsbeispiel erläuterte Regelschaltung kann natürlich unterschiedlich ausgeführt sein, mit Transistorstufen oder auch integrierten Verstärkern etc. invertierende und nicht invertierende Knoten, sowie der Eingang für den Sollwert Px des Ausführungsbeispiels können daher nur zur generellen Beschreibung der Erfindung dienen und sind - in welcher Schaltung auch immer - allein durch ihre Wirkungsweise für den Fachmann eindeutig festgelegt. Insbesondere kann es sich bei den invertierenden und nicht invertierenden Knoten der Regelschaltung 1 auch um Eingänge der Regelschaltung handeln.The control circuit explained in the exemplary embodiment can, of course, be designed differently, with inverting and non-inverting nodes with transistor stages or also integrated amplifiers etc., and the input for the setpoint Px of the exemplary embodiment can therefore only serve to provide a general description of the invention and are - in which circuit too always - clearly defined for the specialist solely by their mode of action. In particular, the inverting and non-inverting nodes of the control circuit 1 can also be inputs of the control circuit.
Claims (3)
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| DE1999132657 DE19932657A1 (en) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | Laser diode control with compensation filter |
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