JP2001168446A - 半導体レーザの自動温度制御回路 - Google Patents
半導体レーザの自動温度制御回路Info
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- JP2001168446A JP2001168446A JP35417899A JP35417899A JP2001168446A JP 2001168446 A JP2001168446 A JP 2001168446A JP 35417899 A JP35417899 A JP 35417899A JP 35417899 A JP35417899 A JP 35417899A JP 2001168446 A JP2001168446 A JP 2001168446A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 自動温度制御回路の動作開始温度を高くした
場合に発生する経年劣化による動作寿命の短縮という問
題と、動作開始温度を低く設定した場合に発生する消費
電力の増大という問題のバランスを取った半導体レーザ
の自動温度制御回路を実現することを目的とする。 【解決手段】 この発明の半導体レーザの自動温度制御
回路では、制御部４０は温度検出部２０によって測定さ
れた温度が、第１の温度の時は第１の制御電流値をペル
チェ素子３１に供給し、第２の温度の時は第１の制御電
流値よりも大きな第２の制御電流値をペルチェ素子３１
に供給し、第１の温度と第２の温度の中間の第３の温度
の時は第１の制御電流値と第２の制御電流値の中間の第
３の制御電流値をペルチェ素子３１に供給する構成とな
っている。
場合に発生する経年劣化による動作寿命の短縮という問
題と、動作開始温度を低く設定した場合に発生する消費
電力の増大という問題のバランスを取った半導体レーザ
の自動温度制御回路を実現することを目的とする。 【解決手段】 この発明の半導体レーザの自動温度制御
回路では、制御部４０は温度検出部２０によって測定さ
れた温度が、第１の温度の時は第１の制御電流値をペル
チェ素子３１に供給し、第２の温度の時は第１の制御電
流値よりも大きな第２の制御電流値をペルチェ素子３１
に供給し、第１の温度と第２の温度の中間の第３の温度
の時は第１の制御電流値と第２の制御電流値の中間の第
３の制御電流値をペルチェ素子３１に供給する構成とな
っている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光増幅器の励起
光源等に用いられる、半導体レーザの自動温度制御回路
に関するものである。
光源等に用いられる、半導体レーザの自動温度制御回路
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、半導体レーザモジュールは、
内蔵されているサーミスタ（温度センサ）及びペルチェ
素子（冷却／加熱素子）を用いた自動温度制御（Automa
tic Temperature Control: ATC）回路によって、半導体
レーザの温度負荷による経年劣化を抑制している。
内蔵されているサーミスタ（温度センサ）及びペルチェ
素子（冷却／加熱素子）を用いた自動温度制御（Automa
tic Temperature Control: ATC）回路によって、半導体
レーザの温度負荷による経年劣化を抑制している。
【０００３】図２に従来の半導体レーザのATC回路のブ
ロック構成図を示し、図３に低消費電力を考慮した冷却
動作を行う場合の、このATC回路の特性の一例を示す。
ロック構成図を示し、図３に低消費電力を考慮した冷却
動作を行う場合の、このATC回路の特性の一例を示す。
【０００４】図２のATC回路は、大きく別けて駆動対象
部１０，温度検出部２０，駆動部３０及び制御部４０の
四つのブロックから構成されている。駆動対象部１０は
このATC回路による温度制御の対象となる回路であり、
半導体レーザ１１を有している。温度検出部２０はこの
駆動対象部１０の環境温度を検出する為の構成であり、
サーミスタ２１を用いて環境温度の変化が電流値の変化
として検出される。そしてこの電流値が、制御部４０の
比較部４１で設定値と比較され、設定温度との差が判別
される。この判別結果は発振防止の為の構成である帯域
制限部４２を経由して制御電流として駆動部３０に供給
される。この駆動部３０が、駆動対象部１０の温度制御
を実際に行うための構成であり、供給される制御電流に
よってペルチェ素子３１が駆動される。
部１０，温度検出部２０，駆動部３０及び制御部４０の
四つのブロックから構成されている。駆動対象部１０は
このATC回路による温度制御の対象となる回路であり、
半導体レーザ１１を有している。温度検出部２０はこの
駆動対象部１０の環境温度を検出する為の構成であり、
サーミスタ２１を用いて環境温度の変化が電流値の変化
として検出される。そしてこの電流値が、制御部４０の
比較部４１で設定値と比較され、設定温度との差が判別
される。この判別結果は発振防止の為の構成である帯域
制限部４２を経由して制御電流として駆動部３０に供給
される。この駆動部３０が、駆動対象部１０の温度制御
を実際に行うための構成であり、供給される制御電流に
よってペルチェ素子３１が駆動される。
【０００５】そしてこのATC回路は設定温度３５℃以下
で安定化させる構成となっており、サーミスタ２１によ
る監視の結果、環境温度が３５℃以上の場合は、半導体
レーザ１１の好適な動作温度から逸脱し温度負荷による
経年劣化が生じるので、ペルチェ素子３１に０〜無限大
までの間で電流を流して半導体レーザ１１を冷却する。
それにより、半導体レーザ１１の温度は３５℃以下に保
たれる。
で安定化させる構成となっており、サーミスタ２１によ
る監視の結果、環境温度が３５℃以上の場合は、半導体
レーザ１１の好適な動作温度から逸脱し温度負荷による
経年劣化が生じるので、ペルチェ素子３１に０〜無限大
までの間で電流を流して半導体レーザ１１を冷却する。
それにより、半導体レーザ１１の温度は３５℃以下に保
たれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような温度制御を
行うATC回路の場合、例えば外気温による環境温度が３
２℃である場合、ATC回路の動作温度ではないため、冷
却動作は行なわれない。
行うATC回路の場合、例えば外気温による環境温度が３
２℃である場合、ATC回路の動作温度ではないため、冷
却動作は行なわれない。
【０００７】しかしながら、半導体レーザを駆動するこ
とにより自己発熱が生じ、環境温度は上昇する傾向にあ
る。この結果、半導体レーザは概ね３５℃近傍で動作す
ることになり、半導体レーザの好適な動作温度の範囲内
に納まっているとはいえ、その上限付近での長時間の動
作は、温度負荷による経年劣化の点で好ましいものでは
ない。
とにより自己発熱が生じ、環境温度は上昇する傾向にあ
る。この結果、半導体レーザは概ね３５℃近傍で動作す
ることになり、半導体レーザの好適な動作温度の範囲内
に納まっているとはいえ、その上限付近での長時間の動
作は、温度負荷による経年劣化の点で好ましいものでは
ない。
【０００８】このような問題点を解決するためには、AT
C回路の動作開始温度をより低温、例えば２５℃に設定
することも考えられるが、このような構成の場合、冷却
動作を終始行う必要が生じ、消費電力が増大してしまう
という問題がある。
C回路の動作開始温度をより低温、例えば２５℃に設定
することも考えられるが、このような構成の場合、冷却
動作を終始行う必要が生じ、消費電力が増大してしまう
という問題がある。
【０００９】このように、従来のATC回路を用いた温度
制御の場合、ATC回路の動作開始温度を高くすると経年
劣化による動作寿命の短縮という問題が生じ、逆に動作
開始温度を低く設定すると消費電力の増大という問題が
生じていた。
制御の場合、ATC回路の動作開始温度を高くすると経年
劣化による動作寿命の短縮という問題が生じ、逆に動作
開始温度を低く設定すると消費電力の増大という問題が
生じていた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】以上説明した課題を解決
するために、この発明に係る半導体レーザの自動温度制
御回路は、半導体レーザと、この半導体レーザの温度を
測定しする温度検出部と、この半導体レーザを冷却する
ためのペルチェ素子と、この温度検出部の測定結果に基
づいてペルチェ素子に制御電流を供給する制御部とを有
し、この制御部は温度検出部によって測定された温度
が、第１の温度の時は第１の制御電流値を前記ペルチェ
素子に供給し、第２の温度の時は第１の制御電流値より
も大きな第２の制御電流値をペルチェ素子に供給し、第
１の温度と第２の温度の中間の第３の温度の時は第１の
制御電流値と第２の制御電流値の中間の第３の制御電流
値をペルチェ素子に供給する構成となっている。
するために、この発明に係る半導体レーザの自動温度制
御回路は、半導体レーザと、この半導体レーザの温度を
測定しする温度検出部と、この半導体レーザを冷却する
ためのペルチェ素子と、この温度検出部の測定結果に基
づいてペルチェ素子に制御電流を供給する制御部とを有
し、この制御部は温度検出部によって測定された温度
が、第１の温度の時は第１の制御電流値を前記ペルチェ
素子に供給し、第２の温度の時は第１の制御電流値より
も大きな第２の制御電流値をペルチェ素子に供給し、第
１の温度と第２の温度の中間の第３の温度の時は第１の
制御電流値と第２の制御電流値の中間の第３の制御電流
値をペルチェ素子に供給する構成となっている。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１に、この発明の実施例のATC
回路の構成を示す。このATC回路は、大きく別けて駆動
対象部１０，温度検出部２０，駆動部３０及び制御部４
０の四つのブロックから構成されており、光増幅器等の
励起光源用として用いられる。
回路の構成を示す。このATC回路は、大きく別けて駆動
対象部１０，温度検出部２０，駆動部３０及び制御部４
０の四つのブロックから構成されており、光増幅器等の
励起光源用として用いられる。
【００１２】駆動対象部１０はこのATC回路による温度
制御の対象となる回路であり、半導体レーザ１１を有し
ている。温度検出部２０はこの駆動対象部１０の環境温
度を検出する為の構成であり、サーミスタ２１を用いて
環境温度の変化が検出される。そしてこの検出された環
境温度に基づいて、制御部４０の温度対ペルチェ電流関
数指示部４３が最適な制御電流値を決定し、電圧の大き
さとして電圧-電流変換部４４に供給する。電圧-電流変
換部４４は供給された電圧値を制御電流値に変換して、
駆動部３０に供給する。そして、この制御電流によって
駆動部３０のペルチェ素子３１が駆動され冷却動作を行
う。
制御の対象となる回路であり、半導体レーザ１１を有し
ている。温度検出部２０はこの駆動対象部１０の環境温
度を検出する為の構成であり、サーミスタ２１を用いて
環境温度の変化が検出される。そしてこの検出された環
境温度に基づいて、制御部４０の温度対ペルチェ電流関
数指示部４３が最適な制御電流値を決定し、電圧の大き
さとして電圧-電流変換部４４に供給する。電圧-電流変
換部４４は供給された電圧値を制御電流値に変換して、
駆動部３０に供給する。そして、この制御電流によって
駆動部３０のペルチェ素子３１が駆動され冷却動作を行
う。
【００１３】次に、この実施例の構成の動作を、特に温
度対ペルチェ電流関数指示部４３に注目して説明する。
温度対ペルチェ電流関数指示部４３は、検出された環境
温度が第１の温度の時は、電圧-電流変換部４４を介し
て、第１の制御電流値をペルチェ素子３１に供給する。
また、環境温度が第２の温度の時は、第１の制御電流値
よりも大きな第２の制御電流値をペルチェ素子３１に供
給する。そして、第１の温度と第２の温度の中間の第３
の温度の時は第１の制御電流値と第２の制御電流値の中
間の第３の制御電流値をペルチェ素子に供給する構成と
なっている。
度対ペルチェ電流関数指示部４３に注目して説明する。
温度対ペルチェ電流関数指示部４３は、検出された環境
温度が第１の温度の時は、電圧-電流変換部４４を介し
て、第１の制御電流値をペルチェ素子３１に供給する。
また、環境温度が第２の温度の時は、第１の制御電流値
よりも大きな第２の制御電流値をペルチェ素子３１に供
給する。そして、第１の温度と第２の温度の中間の第３
の温度の時は第１の制御電流値と第２の制御電流値の中
間の第３の制御電流値をペルチェ素子に供給する構成と
なっている。
【００１４】なお、第１の温度と第２の温度の中間の温
度領域及び第２の温度よりも高温の温度領域は半導体レ
ーザ１１の寿命に対して問題のある領域であり、また、
第１の温度よりも低温の温度領域は半導体レーザの寿命
に対して全く問題のない領域である。
度領域及び第２の温度よりも高温の温度領域は半導体レ
ーザ１１の寿命に対して問題のある領域であり、また、
第１の温度よりも低温の温度領域は半導体レーザの寿命
に対して全く問題のない領域である。
【００１５】この実施例では、温度対ペルチェ電流関数
指示部４３はオペアンプによって構成されており、第３
の制御電流値は第１の温度，第１の制御電流値，第２の
温度及び第２の制御電流値によって定められた１次関数
に従って決定される。
指示部４３はオペアンプによって構成されており、第３
の制御電流値は第１の温度，第１の制御電流値，第２の
温度及び第２の制御電流値によって定められた１次関数
に従って決定される。
【００１６】図４はこの実施例のATC回路の特性を示し
たものであり、環境温度（レーザ温度）と、冷却のため
のペルチェ素子３１に供給される制御電流の大きさが示
されている。
たものであり、環境温度（レーザ温度）と、冷却のため
のペルチェ素子３１に供給される制御電流の大きさが示
されている。
【００１７】この図４に示されている通り、このペルチ
ェ素子３１には第１の温度である２４℃では制御電流は
ゼロ、即ち供給されず、第２の温度である３５℃では回
路限界電流が制御電流として供給される。そして２４℃
と３５℃の中間の第３の温度では、制御電流はゼロから
回路限界電流の間で１次関数に従って連続的に変化して
いることが判る。
ェ素子３１には第１の温度である２４℃では制御電流は
ゼロ、即ち供給されず、第２の温度である３５℃では回
路限界電流が制御電流として供給される。そして２４℃
と３５℃の中間の第３の温度では、制御電流はゼロから
回路限界電流の間で１次関数に従って連続的に変化して
いることが判る。
【００１８】この実施例は、このようなATC回路の特性
を有しているので、例えば環境温度が３２℃と検出され
た場合、図４に示された特性に従ったゼロと回路限界電
流の中間の制御電流がペルチェ素子３１に供給され、半
導体レーザ１１の冷却が行なわれる。結果的に、半導体
レーザ１１の動作温度は、半導体レーザ１１自身の発熱
とペルチェ素子３１による冷却効果が相殺される３２℃
よりも低い温度で安定することになる。
を有しているので、例えば環境温度が３２℃と検出され
た場合、図４に示された特性に従ったゼロと回路限界電
流の中間の制御電流がペルチェ素子３１に供給され、半
導体レーザ１１の冷却が行なわれる。結果的に、半導体
レーザ１１の動作温度は、半導体レーザ１１自身の発熱
とペルチェ素子３１による冷却効果が相殺される３２℃
よりも低い温度で安定することになる。
【００１９】このように、第１と第２の温度の中間の温
度領域では、半導体レーザ１１はペルチェ素子３１によ
って冷却されるため、半導体レーザ３１は環境温度より
少しだけ低い温度で作動することになる。このため、従
来のATC回路とは異なり、ATC回路によって温度制御され
ている状態の半導体レーザ１１の動作温度は、環境温度
に依存して複数存在することになる。
度領域では、半導体レーザ１１はペルチェ素子３１によ
って冷却されるため、半導体レーザ３１は環境温度より
少しだけ低い温度で作動することになる。このため、従
来のATC回路とは異なり、ATC回路によって温度制御され
ている状態の半導体レーザ１１の動作温度は、環境温度
に依存して複数存在することになる。
【００２０】図５は、この実施例のATC回路を用いた半
導体レーザの電流対光出力特性を示したものであるり、
従来のATC回路に比べて電流対光出力特性が向上する。
導体レーザの電流対光出力特性を示したものであるり、
従来のATC回路に比べて電流対光出力特性が向上する。
【００２１】以上のように、この実施例によれば、半導
体レーザのペルチェ素子を温度対ペルチェ電流関数指示
部４３により、検出された環境温度に対応させて駆動さ
せることにより、以下のような効果を得ることができ
る。 １．半導体レーザの動作温度が環境温度より低い温度で
動作するため半導体レーザの寿命に対して影響を与えな
い。 ２．半導体レーザを環境温度より低い温度で動作させる
ため、光出力効率があがり、従来よりも少ない駆動電流
で同等の光出力パワーが得られる。 ３．回路利得（ペルチェ素子を全く駆動しない領域と回
路限界電流まで駆動する間の傾き）が一般的なATC回路
よりも小さいので、回路に発信防止のための帯域制限部
が不用になり、回路規模が約２５％削減できる。
体レーザのペルチェ素子を温度対ペルチェ電流関数指示
部４３により、検出された環境温度に対応させて駆動さ
せることにより、以下のような効果を得ることができ
る。 １．半導体レーザの動作温度が環境温度より低い温度で
動作するため半導体レーザの寿命に対して影響を与えな
い。 ２．半導体レーザを環境温度より低い温度で動作させる
ため、光出力効率があがり、従来よりも少ない駆動電流
で同等の光出力パワーが得られる。 ３．回路利得（ペルチェ素子を全く駆動しない領域と回
路限界電流まで駆動する間の傾き）が一般的なATC回路
よりも小さいので、回路に発信防止のための帯域制限部
が不用になり、回路規模が約２５％削減できる。
【００２２】この実施例では、半導体レーザが第１の温
度と第２の温度の中間の第３の温度の時に、ペルチェ素
子に供給される制御電流値は、１次関数に従って連続的
に決定されているが、本願発明はこのような構成に限定
されず、例えば２次関数に従って連続的に制御電流値が
決定される構成や、階段状に段階的に変化していく構成
とすることも可能である。
度と第２の温度の中間の第３の温度の時に、ペルチェ素
子に供給される制御電流値は、１次関数に従って連続的
に決定されているが、本願発明はこのような構成に限定
されず、例えば２次関数に従って連続的に制御電流値が
決定される構成や、階段状に段階的に変化していく構成
とすることも可能である。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、自動温度制御回路の動作開始温度を高くした場合に
発生する経年劣化による動作寿命の短縮という問題と、
動作開始温度を低く設定した場合に発生する消費電力の
増大という問題のバランスを取った、効率的な半導体レ
ーザの自動温度制御回路を実現することができる。
ば、自動温度制御回路の動作開始温度を高くした場合に
発生する経年劣化による動作寿命の短縮という問題と、
動作開始温度を低く設定した場合に発生する消費電力の
増大という問題のバランスを取った、効率的な半導体レ
ーザの自動温度制御回路を実現することができる。
【図１】実施例の半導体レーザのATC回路のブロック構
成図である。
成図である。
【図２】従来の半導体レーザのATC回路のブロック構成
図である。
図である。
【図３】図２に示したATC回路の特性を示した図であ
る。
る。
【図４】実施例のATC回路の特性を示した図である。
【図５】実施例のATC回路を用いた半導体レーザの電流
対光出力特性を示した図である。
対光出力特性を示した図である。
【符号の説明】 １０ 駆動対象部 １１ 半導体レーザ ２０ 温度検出部 ２１ サーミスタ ３０ 駆動部 ３１ ペルチェ素子 ４０ 制御部 ４３ 温度対ペルチェ電流関数指示部 ４４ 電圧-電流変換部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 亮 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 中村 利男 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 BA09 EA28 FA25 GA23
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体レーザと、 前記半導体レーザの温度を測定しする温度検出部と、 前記半導体レーザを冷却するためのペルチェ素子と、 前記温度検出部の測定結果に基づいて前記ペルチェ素子
に制御電流を供給する制御部とを有し、 前記制御部は、前記温度検出部によって測定された温度
が、前記第１の温度の時は第１の制御電流値を前記ペル
チェ素子に供給し、前記第２の温度の時は前記第１の制
御電流値よりも大きな第２の制御電流値を前記ペルチェ
素子に供給し、前記第１の温度と前記第２の温度の中間
の第３の温度の時は前記第１の制御電流値と前記第２の
制御電流値の中間の第３の制御電流値を前記ペルチェ素
子に供給することを特徴とする半導体レーザの自動温度
制御回路。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体レーザの自動温度
制御回路において、前記第３の制御電流値は、前記第３
の温度の変化に従って前記第１の制御電流値と第２の制
御電流値の間で連続的に変化する事を特徴とする半導体
レーザの自動温度制御回路。 - 【請求項３】 請求項２記載の半導体レーザの自動温度
制御回路において、前記第３の制御電流値は、前記第１
の温度，第１の制御電流値，第２の温度及び第２の制御
電流値によって定められた１次関数に従って決定される
事を特徴とする半導体レーザの自動温度制御回路。 - 【請求項４】 請求項１記載の半導体レーザの自動温度
制御回路において、前記半導体レーザは光増幅器の励起
光源として用いられることを特徴とする半導体レーザの
自動温度制御回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35417899A JP2001168446A (ja) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | 半導体レーザの自動温度制御回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35417899A JP2001168446A (ja) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | 半導体レーザの自動温度制御回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001168446A true JP2001168446A (ja) | 2001-06-22 |
Family
ID=18435822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35417899A Withdrawn JP2001168446A (ja) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | 半導体レーザの自動温度制御回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001168446A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006202992A (ja) * | 2005-01-20 | 2006-08-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光送信モジュール |
| JP2008065105A (ja) * | 2006-09-08 | 2008-03-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光モジュール |
| JP2011108930A (ja) * | 2009-11-19 | 2011-06-02 | Shimadzu Corp | 半導体レーザ素子を用いたレーザ式ガス分析装置 |
| US10148062B2 (en) | 2015-10-07 | 2018-12-04 | Ushio Denki Kabushiki Kaisha | Laser light source device |
-
1999
- 1999-12-14 JP JP35417899A patent/JP2001168446A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006202992A (ja) * | 2005-01-20 | 2006-08-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光送信モジュール |
| JP2008065105A (ja) * | 2006-09-08 | 2008-03-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光モジュール |
| JP2011108930A (ja) * | 2009-11-19 | 2011-06-02 | Shimadzu Corp | 半導体レーザ素子を用いたレーザ式ガス分析装置 |
| US10148062B2 (en) | 2015-10-07 | 2018-12-04 | Ushio Denki Kabushiki Kaisha | Laser light source device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070306 |