JP2005116549A - 半導体レーザ駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】帰還ループの時定数を短くし、時定数の短い現象にも追随して、光出力を制御することが可能な半導体レーザ駆動回路を提供する。
【解決手段】半導体レーザ２に直列又は並列に接続された駆動トランジスタ４と、半導体レーザ２の光出力の一部を受光するフォトダイオード３を備えている。帰還トランジスタ５を、半導体レーザ２又は駆動トランジスタ４に直列又は並列に接続し、帰還トランジスタ５に流れる電流をフォトダイオード３で発生する電流により制御する構成とする。また、駆動トランジスタ４を差動増幅器により駆動制御し、差動増幅器に駆動信号とフォトダイオード３で発生する電流による制御信号を入力する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザに直列又は並列に接続された駆動トランジスタと、半導体レーザの光出力の一部を受光するフォトダイオードを備えた半導体レーザ駆動回路に関する。

半導体レーザ（レーザダイオードとも称呼されている。以下、ＬＤと略称する）を駆動するには、一般にバイアス変調方式が用いられ、変調電流とバイアス電流の２種類の電流が必要となる。図１７はバイアス変調方式の概略を説明する図である。ＬＤに流れる電流がしきい電流値Ｉｔｈ以下では、ＬＥＤモードで発光するがＬＤ発振は起こさず、光出力は微小である。しかし、しきい電流値Ｉｔｈを越えるとＬＤモードとなって発振し、供給電流に対して光出力は飛躍的に増大する。

なお、ＬＤモードとＬＥＤモードの違いは、出射光がコヒーレント光（光の位相が揃ったもの）かインコヒーレント光（そうでないもの）で区別される。通常、バイアス電流Ｉｂは、しきい電流値Ｉｔｈよりも僅かに大きな値に設定され、これに重畳する信号電流Ｉｓにより、必要な光出力信号Ｐｓ，Ｐｂが得られる。しかし、しきい電流値Ｉｔｈは、ＬＤの温度が上昇すると点線で示すように変化し、このため、光出力信号の振幅、消光比等が変化し、波形変化も生じる。

このような特性を有するＬＤの光出力を制御する方法として、ＡＰＣ（Auto Power Control）回路が知られている。この回路は、ＬＤの背面光をフォトダイオード（以下、ＰＤと略称する）でモニタし、その出力に基づいてＬＤに供給する電流値を制御している。なお、ＬＤはＬＤチップの２つの劈開面で挟まれる領域に対して、一方の壁開面（一般に前端面という）に数％〜数十％の低反射率の膜をコートし、他方の壁開面（一般に後端面という）に９０％以上の高反射率の膜をコートし、この領域間をレーザ共振器として動作させている。後端面であっても、反射率は１００％ではないので、ＬＤ光は後端面から洩れてくる。この後端面から洩れてくるＬＤ光を背面光と言い、モニタ用としてＰＤで受光する。

ＬＤ駆動のＡＰＣ回路として、種々のものが提案されている。例えば、特許文献１では、図１８に示すように、ＬＤ光の平均光出力とピーク光出力をモニタし、その結果をＬＤ電流に帰還させる回路が開示されている。図中、１１，１２は駆動回路、１３はＬＤ、１４は平均値検出回路、１５はピーク値検出回路、１６，１７は増幅器、１８，１９は比較増幅器、２０はＰＤ、２１，２２，２３は加算回路である。

この駆動回路は、入力信号電圧Ｖｓ及びバイアス電源Ｖｂが加算回路２１，２２に入力されると、駆動回路１１から信号電流Ｉｓが、駆動回路１２からバイアス電流Ｉｂが加算回路２３にて加算され、ＬＤ１３に入力される。ＬＤ１３には、しきい電流値以上の入力電流で、ＬＤ発振による光出力Ｐを得ると共に、その背面光をＰＤ２０で受光する。この背面光の受光で、ＰＤ２０に光電流が発生しモニタ信号が得られる。ＰＤ２０で得られたモニタ信号から、平均値検出回路１４でＬＤ１３の出力の平均値を検出し、ピーク値検出回路１５でＬＤ１３の出力のピーク値を検出する。検出された平均値、ピーク値は、増幅器１６，１７で増幅され、比較増幅器１８，１９で基準値Ｓｓ，Ｓｂと比較され、駆動回路１１，１２に帰還される。

また、特許文献２には、ＰＤからのモニタ信号（電流）を電圧に変換して、「０」レベル（図１７の光出力Ｐｂに相当）のピークレベルＰｋ（Ｌ）と、「１」レベル（図１７の光出力Ｐｓに相当）のピークレベルＰｋ（Ｈ）を検出することが開示されている。そして、Ｐｋ（Ｈ）により出力電圧とリファレンス電圧とを比較し、光出力パワーを一定に保つようにＬＤ駆動回路に帰還させ、Ｐｋ（Ｈ）−Ｐｋ（Ｌ）の差を比較し、その電位差を一定に保つようにバイアス電流を制御することが開示されている。

また、特許文献３には、文献１と同様に光出力の平均値とピーク値を検出し、これをバイアス電流、変調電流に帰還させると共に、ＬＤの温度特性も考慮した帰還回路が開示されている。
特開昭５９−１１２６７０号公報 特開平１０−１４４９８６号公報 特開平９−９２９１６号公報

上述した先行技術において、ＬＤの光出力の平均値を検出するには、ＡＰＣ回路中に積分回路が必要となる。平均値検出であるので、積分回路での時定数で決定される時間以上での応答は可能であるが、短時間の変化には追随することができない。一般に、最も問題となるバースト信号に対しては、積分回路では応答することができなくなる。さらに、ＬＤの光出力の平均値を検出するピーク検出回路については、一般に、ダイオードを用いた平滑回路が用いられる。

この平滑回路は、例えば、信号を入力インピーダンスが高くて出力インピーダンスの小さいバッファアンプで受け、このバッファアンプの出力にダイオードを順方向接続する。そして、このダイオードのカソードとアースとの間に平滑コンデンサを挿入し、このダイオードの出力をバッファアンプで受けるものである。なお、通常の電源回路の平滑回路は、ピークホールド回路となっており、このピークホールド回路も一種の積分回路であり、時定数で決まる時間より短い変化に対しては応答することができない。

一方、ＬＤは入力信号に対しビット／ビットで応答するものであるが、１ビット（１情報ビット）内であっても動的に変化することがある。例えば、ＬＤにパルス信号を印加した場合に、印加開始からその光出力がコヒーレント光になるまでの時間は数十ｐｓ（周波数換算で数ＧＨｚ程度）である。この数十ｐｓの時間内で、光出力は、いわゆる緩和振動（光信号として大きなオーバーシュート／アンダーシュートを誘起する）に至ることがあるが、上述した平均値検出、ピーク検出では対応することができない。尤も、現在入手可能なデバイスや回路で、数ＧＨｚ（数十ｐｓ）での帰還を施すことは不可能である。

また、緩和振動に至らずとも、例えば、ＬＤに比較的周期の長い信号（しかし、特許文献１〜３に開示の平均値検出回路、ピーク値検出回路の時定数よりは、はるかに短い時間の信号）を入力した場合、その光出力は当初値（信号立ち上がり時は緩和振動が誘起され、この緩和振動がおさまったときの値）から次第に減少する。これは、信号電流によりＬＤ自身の温度が上昇し、発光効率が低下するからである。この現象の時定数は、数μｓ〜数ｍｓ程度であり、平均値検出回路、ピーク値検出回路の時定数（数十ｍｓ〜数ｓ）よりもはるかに短い。

上述したように従来のＡＰＣ回路で、変調電流或いはバイアス電流の双方に帰還をかけることができるが、その帰還は、平均値検出或いはピーク値検出という積分値を元にした直流的帰還であるため、帰還ループの時定数は比較的長いものとなっていた。
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、帰還ループの時定数を短くし、時定数の短い現象にも追随して、光出力を制御することが可能な半導体レーザ駆動回路の提供を課題とする。

本発明による半導体レーザ駆動回路は、半導体レーザに直列又は並列に接続された駆動トランジスタと、半導体レーザの光出力の一部を受光するフォトダイオードを備えている。帰還トランジスタを、半導体レーザ又は駆動トランジスタに直列又は並列に接続し、帰還トランジスタに流れる電流をフォトダイオードで発生する電流により制御する構成とする。また、駆動トランジスタを差動増幅器により駆動制御し、差動増幅器に駆動信号とフォトダイオードで発生する電流による制御信号を入力する構成とする。

本発明によれば、帰還ループ内に積分回路のようにコンデンサを含まないため、時定数を短くすることができる。この結果、比較的低速の伝送速度では、ビット／ビットでの帰還を実現することができ、低速伝送で顕著であったＬＤの自己発熱による出力の漸近的低下を抑制することができる。また、高速の電子デバイスを用いた場合には、ＬＤの立ち上がり時に生じる緩和振動をも抑制することが可能となる。

図１〜図４により本発明による半導体レーザ駆動回路の概略について説明する。図１は第１の基本構成を説明する図、図２〜図４は図１の変形例を説明する図である。図中、１はＬＤ駆動回路、２は半導体レーザ（ＬＤ２）、３はフォトダイオード（ＰＤ３）、４は駆動トランジスタ（Ｔｒ４）、５は帰還トランジスタ（Ｔｒ５）、６は電流源、７はバイアス電圧源、８は抵抗、９はフォトトランジスタ、１０はＡＰＣ回路を示す。

図１は本発明による半導体レーザ駆動回路の一例を示す図で、この図１により本発明の基本構成とその動作を説明する。ＬＤ２を駆動するのに、伝送信号をＬＤ駆動回路１に入力し、このＬＤ駆動回路１の出力で駆動トランジスタ４（以下、Ｔｒ４と略称する）と帰還トランジスタ５（以下、Ｔｒ５と略称する）で構成される差動回路を駆動する。差動回路の一方のＴｒ４に直列に負荷として半導体レーザ２（以下、ＬＤ２と略称する）を接続する。差動回路の他方のＴｒ５には、直列接続されたフォトダイオード３（以下、ＰＤ３と略称する）と抵抗８の接続点の電圧が印加される。そして、例えば、Ｔｒ４とＴｒ５の差動回路は定電流源６に接続され、抵抗８の他端はバイアス電圧源７に接続される。なお、ＰＤ３は、ＬＤ２の背面光を受光して光電流を発生するように構成されている。

この回路において、入力信号は、ＬＤ駆動回路１で振幅設定及びレベル設定が行なわれ、Ｔｒ４に入力されると、Ｔｒ４がＯＮとなり、このＴｒ４に電流が流れてＬＤ２が発振し発光する。ＬＤ２の光出力の一部はＰＤ３により受光され、ＰＤ３に光電流が流れ、この光電流は抵抗８に流れこみ、抵抗８の電位が上がる。これによりＴｒ５の入力電圧が大きくなり、Ｔｒ５をＯＮさせる。Ｔｒ５に電流が流れることにより、Ｔｒ４に流れる電流を減少させるように作用するためＬＤ２の発光出力も減少する。

すなわち、Ｔｒ４→ＬＤ２→ＰＤ３→Ｔｒ５→Ｔｒ４の電流帰還作用が働き、全ての素子が安定するバイアス条件に設定される。安定条件にズレが生じた場合は、この帰還作用が働いて、安定条件に戻る。例えば、ＬＤ２自身の発熱等でＬＤ温度が上がり、図１７で示したようにしきい電流値が増加し、ＬＤ２の出力光が減少したとする。ＬＤ２の出力光が減少することにより、ＰＤ３の受光量が減って光電流が減少し、Ｔｒ５のバイアスが低下しＴｒ５の電流が減少する。すると、Ｔｒ４の電流が増加し、ＬＤ２の出力光が増加するという帰還作用が働く。

この帰還回路の時定数（応答速度）は、各素子の動作速度により左右されるが、帰還ループ内にコンデンサ素子が接続されていないため、速い応答が可能となる。特に動作速度の速い素子（寄生容量の小さい素子）を用いた場合には、数ｎｓレベルの速い応答速度の実現を可能にすることもできる。図１の例では、帰還回路の応答速度を決めるのは、主としてＰＤ３自身がもつ接合容量と抵抗８とで構成されるＣＲ回路となる。この場合、抵抗８を小さい値に設定すれば、ＰＤ３の接合容量の影響を回避することが可能であるが、ＰＤ３と抵抗８でＴｒ５のバイアス電位を生成していくためには、あまり小さい値にすることはできない。小さい値とするには、Ｔｒ５のバイアス電位は外部のバイアス電圧源７を用いて設定することとなる。

図２は図１の差動回路の構成を差動増幅器で構成した例で、作動原理としては同一のものである。ＬＤ２は、差動増幅器に入力される信号によりＯＮされ、ＬＤ２の光出力によりＰＤ３に光電流が発生し、抵抗８の電位が変動する。この抵抗８の電位変動は差動増幅器の他方の端子に帰還され、安定条件で駆動される。例えば、ＬＤ２自身の発熱等でＬＤ温度が上がり、ＬＤ２の出力光が減少したとする。ＬＤ２の出力光が減少することにより、ＰＤ３の受光量が減って光電流が減少し、差動増幅器の他方の端子に印加される電位が低下する。すると、差動増幅器の出力が増加し、ＬＤ２の出力光が増加するという帰還作用が働く。なお、複数の素子を含む差動増幅器の動作速度は、単体トランジスタの動作速度より遅く、例えば、同一のトランジスタをｎ段直列にした構成の増幅器の動作速度は単体のトランジスタの１／ｎが最高の動作速度となる。

図３は図１の差動回路のＴｒ５をフォトトランジスタで構成した例である。すなわち、図１のＰＤ３とＴｒ５を一体としたフォトトランジスタ９で置き換えた構成である。この場合も、入力信号は、入力駆動回路１で振幅設定及びレベル設定が行なわれ、Ｔｒ４に入力されると、Ｔｒ４がＯＮとなり、このＴｒ４に電流が流れてＬＤ２が発振し発光する。ＬＤ２の出力光の一部はフォトトランジスタ９により受光され、これによりフォトトランジスタ９がＯＮする。フォトトランジスタ９に電流が流れることにより、相対的にＴｒ４に流れる電流が減少して、ＬＤ２の発光出力も減少するという帰還メカニズムが生じる。

しかし、現在市販されているフォトトランジスタは、一般的に接合容量が大きく、高速動作には不適である。さらに、Ｔｒ４とで差動回路を構成するに際し、Ｔｒ４の特性とほぼ合致するベース−コレクタ電流特性が必要となるが、そのようなトランジスタの選択範囲は極めて狭いものとなる。また、この図３の回路の場合、応答速度は数μｓ単位が限界で、ＬＤ２に対し、数ｎｓ単位で発生する光出力の緩和振動を抑制するための帰還には、不十分である。

図４は、図１の基本構成に従来のＡＰＣ回路を付加した例である。すなわち、ＰＤ３の出力を内部に積分回路をもつＡＰＣ回路１０で受け、このＡＰＣ回路１０により変調電流及びバイアス電流を帰還制御するものである。ＡＰＣ回路１０による制御では、数ｍｓ〜数ｓの時定数をもってＬＤ２の光出力を帰還制御する。そして、図１で説明した本発明による基本構成で、数ｎｓ〜数μｓの時定数をもってＬＤ２の光出力を高速で帰還制御するということと併せて、二重の帰還作用により、ＬＤ２の光出力を短周期でも長周期でも安定化することが可能となる。

なお、ＡＰＣ回路１０の帰還を付加するに際して、Ｔｒ４に流れるバイアス電流の電流源６をＴｒ４の手前でインダクタ（コイル）を介して分流させ、バイアス電流と変調電流を別々に帰還制御する。インダクタを介在させるのは、変調信号成分がバイアス電流の電流源に流れ込まないようにするためである。すなわち、Ｔｒ４から見て、バイパス電流の電流源６を負荷として見えなくするためである。

上述した基本構成及び変形例から種々の形態の応用例が考えられ、以下に、図５〜図１６に種々の回路形態を示す。なお、これらの回路形態は、大きく分けると、シリーズ駆動とシャント駆動に大別することができる。シリーズ駆動とは、図５〜図１０に示すように、ＬＤと駆動トランジスタ（図１のＴｒ４に相当するもので、以下、駆動Ｔｒという）を直列接続したもので、駆動Ｔｒのベースに伝送信号を入力して駆動Ｔｒをオン−オフし、ＬＤに流れる電流を直接的にスイッチングする方法である。シャント駆動とは、図１１〜図１６に示すように、ＬＤと駆動Ｔｒとを並列接続したもので、駆動Ｔｒのベースに伝送信号を入力して駆動Ｔｒをオン−オフし、ＬＤに流れ電流を間接的にスイッチングする方法である。また、ＰＤに発生する電流値（モニタ電流）による制御信号を帰還させる対象によって、帰還トランジスタ（図１のＴｒ５に相当するもので、以下、帰還Ｔｒという）の接続構成が異なってくる。これらを表１（図番で表示）にまとめると、次のようになる。

表１に示すように、制御信号の帰還対象として、（１）ＬＤのみに帰還、（２）帰還Ｔｒのみに帰還、（３）ＬＤと帰還Ｔｒの直列回路に帰還、（４）電源に帰還、（５）信号源に帰還、が考えられる。なお、シャント駆動では、ＬＤと帰還Ｔｒが並列接続されていることから、（２）と（３）はシリーズ駆動に限られる。なお、図５〜図１６に示す回路図のシンボルマークで、白抜きのダイオードをＬＤ、網掛けのダイオードをＰＤ、トランジスタについては、ベースに伝送信号が入力（ＩＮと表示）されるものを駆動Ｔｒ、ＰＤからの制御信号が入力されるものを帰還Ｔｒ、長方形のマークを抵抗、三角形のマークを差動増幅器、その他、電源、電流源の表示は図１で説明したのと同様とする。なお、トランジスタはｎｐｎ型とｐｎｐ型は、一般の表示形式を用いて表示してある。

（１）ＬＤのみに帰還を施す回路例
この回路は、ＬＤに並列に帰還Ｔｒを接続することにより構成され、シリーズ駆動においては、図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図１０（Ａ）が該当し、シャント駆動においては、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）、図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）が該当する。この回路は、ＬＤに並列に接続される帰還Ｔｒのコレクタ−エミッタ間をＬＤのバイパス電流路とし、これに流れる電流に帰還を施すものである。

すなわち、ＬＤの光出力が小さくなれば、ＰＤに生じる光電流が減少し、帰還Ｔｒに流れる電流が減少する。帰還Ｔｒの電流が減少すると相対的にＬＤの電流が増えるので、ＬＤの光出力が大きくなる。反対にＬＤの光出力が大きくなれば、ＰＤに生じる光電流が増大し、帰還Ｔｒに流れる電流が増大する。帰還Ｔｒの電流が増大すると相対的にＬＤの電流が減少するので、ＬＤの光出力が小さくなる。

シリーズ駆動で、図８（Ａ）と（Ｂ）とは、帰還Ｔｒがｐｎｐ型とｎｐｎ型の違いによるものである。また、図８（Ａ）、（Ｂ）は、ＬＤがコレクタ側に接続されたコレクタ出力であるのに対し、図１０（Ａ）は、ＬＤがエミッタ側に接続されたエミッタ出力である。また、シャント駆動で、図１４（Ａ）と（Ｂ）とは、帰還Ｔｒがｎｐｎ型とｐｎｐ型の違いによるものであり、図１６（Ａ）と（Ｂ）との違いも同様である。さらに、図１４（Ａ）、（Ｂ）は、電流源が駆動Ｔｒのコレクタ側に接続されたコレクタ出力であるのに対し、図１６（Ａ）、（Ｂ）は、電流源が駆動Ｔｒのエミッタ側に接続されたエミッタ出力である。

（２）駆動Ｔｒのみに帰還を施す回路例
この回路は、駆動Ｔｒに並列に帰還Ｔｒを接続することにより構成され、シリーズ駆動の図９（Ａ）、図９（Ｂ）が該当する。シャント駆動においては、ＬＤと駆動Ｔｒが並列に接続されているので、ＬＤに帰還を施す場合と同じになる。駆動Ｔｒに並列に接続される帰還Ｔｒは、一種の可変抵抗として扱うことができ、帰還Ｔｒのコレクタ−エミッタ間に流れる電流が増減することにより、駆動Ｔｒとの並列回路全体に流れる電流が増減され、ＬＤの電流が増減する。

すなわち、ＬＤの光出力が小さくなれば、ＰＤに生じる光電流が減少し、帰還Ｔｒに流れる電流が増大する。駆動Ｔｒの電流は一定としても、帰還Ｔｒの電流が増大するとＬＤに流れ込む電流も増大するので、ＬＤの光出力が大きくなる。反対にＬＤの光出力が大きくなれば、ＰＤに生じる光電流が増加し、帰還Ｔｒに流れる電流が減少する。帰還Ｔｒの電流が減少するとＬＤの電流も減少するので、ＬＤの光出力が小さくなる。なお、図９（Ａ）と（Ｂ）との違いは、帰還Ｔｒがｐｎｐ型とｎｐｎ型の違いによるものである。

（３）ＬＤと駆動Ｔｒの直列回路に帰還を施す回路例
この回路は、ＬＤと駆動Ｔｒの直列回路に帰還Ｔｒを並列接続することにより構成され、シリーズ駆動の、図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）が該当する。シャント駆動においては、ＬＤと駆動Ｔｒが並列に接続されているので該当しない。この回路は、図１で説明した基本構成例に相当するもので、直列接続されたＬＤと駆動Ｔｒに並列に帰還Ｔｒを接続し、帰還Ｔｒに流れる電流を増減することにより、ＬＤと駆動Ｔｒの直列回路側の電流が増減され、すなわち、ＬＤの電流が増減される。

すなわち、ＬＤの光出力が小さくなれば、ＰＤに生じる光電流が減少し、帰還Ｔｒに流れる電流が減少する。帰還Ｔｒの電流が減少すると、相対的にＬＤと駆動Ｔｒの直列回路側に流れ込む電流が増大するので、ＬＤの光出力が大きくなる。反対にＬＤの光出力が大きくなれば、ＰＤに生じる光電流が増大し、帰還Ｔｒに流れる電流は増大する。帰還Ｔｒの電流が増大すると、相対的にＬＤと駆動Ｔｒの直列回路側に流れ込む電流が減少するので、ＬＤの光出力が小さくなる。なお、図７（Ａ）と（Ｂ）との違いは、帰還Ｔｒがｐｎｐ型とｎｐｎ型の違いによるものであり、図１０（Ｂ）と（Ｃ）とは実質同じ回路といえるものである。また、図７は駆動Ｔｒのコレクタ側にＬＤが接続されたコレクタ出力であるのに対し、図１０は、ＬＤが駆動Ｔｒのエミッタ側に接続されたエミッタ出力である。

（４）電源に帰還を施す回路例
この回路は、前述のＬＤとＴｒの直列回路に帰還を施すものに類似するが、ＬＤと駆動Ｔｒの電源に帰還Ｔｒを接続することにより構成され、シリーズ駆動においては、図９（Ｃ）、図９（Ｄ）、図９（Ｅ）が該当し、シャント駆動においては、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）、図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）が該当する。この回路は、電源の電流を帰還Ｔｒにより直接又は間接的に制御し、この結果、ＬＤに流れる電流を制御するというもので、他の回路に比べて応答時間（帰還ループ時間）が長くなってしまう。このため、他の回路構成と比べて、帰還速度は劣るが、帰還量を大きくすることができる。

すなわち、ＬＤの光出力が小さくなれば、ＰＤに生じる光電流が減少し、帰還Ｔｒに流れる電流を増大させるように制御する。帰還Ｔｒの電流が増大すると、ＬＤと駆動Ｔｒの直列又は並列回路に流れる電流も増大するので、ＬＤの光出力が大きくなるように作用する。反対にＬＤの光出力が大きくなれば、ＰＤに生じる光電流が増加し、帰還Ｔｒに流れる電流を減少させるように制御する。帰還Ｔｒの電流が減少すると、ＬＤと駆動Ｔｒの直列又は並列回路に流れ込む電流も減少するので、ＬＤの光出力が小さくなるように作用する。

シリーズ駆動で、図９（Ｃ）、（Ｄ）に対して、図９（Ｅ）は電源負荷抵抗に帰還Ｔｒを並列に接続しているが、帰還Ｔｒが一種の可変抵抗として作用させている。すなわち、帰還Ｔｒに流れる電流で抵抗側に流れる電流を調整し、この抵抗の両端に生じる電位を調整し、ＬＤに流れる電流が制御するものである。シャント駆動では、図１３が、電流源が駆動Ｔｒのコレクタ側に接続されたコレクタ出力であるのに対し、図１５は、電流源が駆動Ｔｒのエミッタ側に接続されたエミッタ出力である。また、シャント駆動で、図１３（Ａ）に対して、図１３（Ｂ）、（Ｃ）及び図１５（Ａ）、（Ｂ）は電流源に並列に帰還Ｔｒを接続しているが、帰還Ｔｒに流れる電流を電流源にプラスして、ＬＤの電流を増減させるものである。また、帰還Ｔｒがｐｎｐ型とｎｐｎ型の違いにより、回路構成が一部異なる。

（５）信号源に帰還を施す回路例
この回路は、伝送信号を差動増幅器を介して駆動Ｔｒに入力し、この差動増幅器に帰還を施すようにしたもので、シリーズ駆動においては、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図６（Ａ）、図６（Ｂ）が該当し、シャント駆動においては、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１２が該当する。この回路は、差動増幅器の一方の入力を伝送信号とし、他方の入力をＰＤに発生する電流による制御信号としたもので、この差動増幅器の差信号に基づいて駆動Ｔｒを駆動するようにしたものである。

すなわち、シリーズ駆動において、ＬＤの光出力が小さくなれば、ＰＤに生じる光電流が減少し、帰還信号の電位が低下する。帰還信号の電位が低下すると差動増幅器の出力が増加し、駆動Ｔｒの電流を増大させ、ＬＤの光出力が大きくなる。反対にＬＤの光出力が大きくなれば、ＰＤに生じる光電流が増加し、帰還信号の電位が増加する。帰還信号の電位が増加すると差動増幅器の出力が低下し、駆動Ｔｒの電流を減少させ、ＬＤの光出力が小さくなるという帰還が働く。

また、シャント駆動においては、ＬＤの光出力が小さくなると、帰還信号の電位が上昇するようにされていて、差動増幅器の出力が低下し、駆動Ｔｒの電流を減少させ、相対的にＬＤの光出力が大きくなる。反対にＬＤの光出力が小さくなると、帰還信号の電位が低下するようにされていて、差動増幅器の出力が増加し、駆動Ｔｒの電流を増大させ、相対的にＬＤの光出力が小さくなる。

なお、図５（Ａ）と（Ｂ）とは、駆動Ｔｒがｎｐｎ型とｐｎｐ型の違いによるものであり、図６（Ａ）と（Ｂ）も同様である。また、図５は、駆動Ｔｒのコレクタ側にＬＤを接続したコレクタ出力であるのに対し、図６は、駆動Ｔｒのエミッタ側にＬＤを接続したエミッタ出力である。図１１（Ａ）は、電流源が駆動Ｔｒのコレクタ側に接続されたコレクタ出力であるのに対し、図１２は、電流源が駆動Ｔｒのエミッタ側に接続されたエミッタ出力であり、また、図１１（Ｂ）はコレクタ出力とエミッタ出力の併用型である。

以上、ＬＤの光出力に対して電流負帰還を施すことができる各種の回路例を説明したが、これらの回路を用いることにより、従来のＡＰＣ回路による帰還ループの時定数に対して、１／３以下の時定数とすることができる。なお、本発明について、バイポーラ形のトランジスタを用いた例で説明したが、電界効果とランジスタを用いても同様な動作、機能を行なわせることができることは明白である。また、本発明は、上述した種々の回路の基本構成を逸脱しない範囲で、さらに部分的な構成の変更を含むものである。

本発明の基本構成を説明する図である。 本発明の変形例を説明する図である。 本発明の他の変形例を説明する図である。 本発明のその他の変形例を説明する図である。 シリーズ駆動で差動増幅器を用いて帰還を施す例を示す図である。 シリーズ駆動で差動増幅器を用いて帰還を施す他の例を示す図である。 シリーズ駆動でＬＤと駆動Ｔｒに帰還を施す例を示す図である。 シリーズ駆動でＬＤのみに帰還を施す例を示す図である。 シリーズ駆動で駆動Ｔｒのみに帰還を施す例と、電源に帰還を施す例を示す図である。 シリーズ駆動でＬＤに帰還を施す他の例と、ＬＤと駆動Ｔｒに帰還を施す他の例を示す図である。 シャント駆動で差動増幅器を用いて帰還を施す例を示す図である。 シャント駆動で差動増幅器を用いて帰還を施す他の例を示す図である。 シャント駆動で電源に帰還を施す例を示す図である。 シャント駆動でＬＤに帰還を施す例を示す図である。 シャント駆動で電源に帰還を施す他の例を示す図である。 シャント駆動でＬＤに帰還を施す他の例を示す図である。 従来技術を説明する図である。 従来のＡＰＣ回路を用いた帰還の一例を説明する図である。

符号の説明

１…ＬＤ駆動回路、２…半導体レーザ（ＬＤ２）、３…フォトダイオード（ＰＤ３）、４…駆動トランジスタ（Ｔｒ４）、５…帰還トランジスタ（Ｔｒ５）、６…電流源、７…バイアス電圧源、８…抵抗、９…フォトトランジスタ、１０…ＡＰＣ回路。

Claims (8)

1. 半導体レーザに直列に接続された駆動トランジスタと、半導体レーザの光出力の一部を受光するフォトダイオードを備えた半導体レーザ駆動回路であって、
   前記半導体レーザに帰還トランジスタが並列に接続され、前記帰還トランジスタに流れる電流を前記フォトダイオードで発生する電流により制御することを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
2. 半導体レーザに直列に接続された駆動トランジスタと、半導体レーザの光出力の一部を受光するフォトダイオードを備えた半導体レーザ駆動回路であって、
   前記半導体レーザと前記駆動トランジスタの直列回路に帰還トランジスタが並列に接続され、前記帰還トランジスタに流れる電流を前記フォトダイオードで発生する電流により制御することを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
3. 半導体レーザに直列に接続された駆動トランジスタと、半導体レーザの光出力の一部を受光するフォトダイオードを備えた半導体レーザ駆動回路であって、
   前記駆動トランジスタに帰還トランジスタが並列に接続され、前記帰還トランジスタに流れる電流を前記フォトダイオードで発生する電流により制御することを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
4. 半導体レーザに直列に接続された駆動トランジスタと、半導体レーザの光出力の一部を受光するフォトダイオードを備えた半導体レーザ駆動回路であって、
   前記半導体レーザと前記駆動トランジスタの直列回路に帰還トランジスタが直列に接続され、前記帰還トランジスタに流れる電流を前記フォトダイオードで発生する電流により制御することを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
5. 半導体レーザに直列に接続された駆動トランジスタと、半導体レーザの光出力の一部を受光するフォトダイオードを備えた半導体レーザ駆動回路であって、
   前記駆動トランジスタは差動増幅器により駆動され、前記差動増幅器に駆動信号と前記フォトダイオードで発生する電流による制御信号が入力されることを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
6. 半導体レーザに並列に接続された駆動トランジスタと、半導体レーザの光出力の一部を受光するフォトダイオードを備えた半導体レーザ駆動回路であって、
   前記半導体レーザと前記駆動トランジスタの並列回路に帰還トランジスタが並列に接続され、前記帰還トランジスタに流れる電流を前記フォトダイオードで発生する電流により制御することを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
7. 半導体レーザに並列に接続された駆動トランジスタと、半導体レーザの光出力の一部を受光するフォトダイオードを備えた半導体レーザ駆動回路であって、
   前記半導体レーザと前記駆動トランジスタの並列回路に帰還トランジスタが直列に接続され、前記帰還トランジスタに流れる電流を前記フォトダイオードで発生する電流により制御することを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
8. 半導体レーザに並列に接続された駆動トランジスタと、半導体レーザの光出力の一部を受光するフォトダイオードを備えた半導体レーザ駆動回路であって、
   前記駆動トランジスタは差動増幅器により駆動され、前記差動増幅器に駆動信号と前記フォトダイオードで発生する電流による制御信号が入力されることを特徴とする半導体レーザ駆動回路。

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