JP2005136155A - 半導体レーザダイオードの駆動方法及び発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体レーザの緩和振動の影響を低減し、発光立ち上がり速度を飛躍的に高め高速・高周波変調可能な半導体レーザの駆動をする。
【解決手段】 半導体レーザダイオードを駆動回路を介して発光させる半導体レーザダイオードの駆動方法であって、駆動回路から半導体レーザダイオードに第一の駆動電流を印加する第１の工程と、第一の駆動電流に引き続いて駆動回路から半導体レーザダイオードに第二の駆動電流を印加する第２の工程と、を含み、第一の駆動電流に対応する第一の光出力と第二の駆動電流に対応する第二の光出力が重畳されて１パルス状光出力として出力され、第一の光出力の立ち上がり部、ピーク部、又は立ち下がり部から、第二の光出力が立ち上がることを特徴とするレーザダイオードの駆動方法である。
【選択図】図９

Description

本発明は、半導体レーザダイオードの駆動方法及び発光装置にかかわり、特に好ましくは窒化物半導体レーザダイオードの高速・高周波パルス駆動に関わる発明である。

従来の半導体レーザ駆動においては、駆動電流として、入力信号に対応するパルス電流だけで駆動する方法が知られている（図２（ａ）参照）。この方法は、入力信号に対し矩形のパルス電流が半導体レーザの駆動電流として与えられる。しかしこの場合には、パルス電流の立ち上がり時の急激な駆動電流変動に対して『緩和振動』と言われる光出力の脈動が観察（図２（ｂ）参照）され、この緩和振動による発光強度や発光スペクトルの変動等により、例えば光通信デバイスに用いた場合には送受信時の通信エラー等の誤作動を招くなど通信の信頼性低下の原因となっていた。

また、この緩和振動を小さくするために半導体レーザに例えば抵抗とコンデンサからなる高周波バイパス回路を設けたり、半導体レーザに整合抵抗を介して先端を開放した伝送線路を並列接続する付加回路を設けることにより、矩形のパルス駆動電流の立ち上がりや立ち下り時の急激な駆動電流変動をそれぞれ一部吸収／放出して階段状にし緩和する駆動回路や（特開昭６４−９６７６）、光出力の緩和振動に同調する共振周波数を有する共振部を発光素子に並列に設けたり（特開昭５３−８５８４）する対策がとられている。さらには、入力信号に対応したパルス電流の流れ出しより微小な時間Δｔ早くバイアス電流を流し始め、該バイアス電流はパルス電流の流れ終わりまで流し、該バイアス電流とパルス電流との和の電流を駆動電流として半導体レーザを駆動することにより、発光遅延の低減をはかり消光比を大きく保つことを目的とする駆動が知られている（特開平９−８３０５０）。

さらには、高速通信用の半導体レーザ駆動方法として、国際公開第０１／１１７４０号パンフレットに記載されるようなパルス駆動においてパルス駆動電流の立ち上がりより幾分早く立ち上がる第二バイアスを半導体レーザダイオードに供給し、バーストデータを高速かつ確実に送信できる半導体レーザの駆動回路および駆動方法を提供することを達成しようとするものが知られている。この方法においては、半導体レーザに対して、少なくともデータの非発出時には第一バイアス電流が供給され、また、データの発出直前には第二バイアス電流を供給して、バーストデータの発出に備えて半導体レーザが自然発光領域で駆動される。そして、第二バイアス電流の供給開始後に所定の時間が経過すると、パルス電流が半導体レーザに供給されデータ信号に対応したバースト光信号が半導体レーザから出力されるようになるものであって、これによって、半導体レーザの光出力波形はバーストデータの先頭波形から、発振遅延等によって波形が劣化することなく立ち上がり、高速なバーストデータの発出を行うことができるというものである。

また、高出力半導体レーザの温度上昇を低減させ長寿命化を図れる駆動方法としては、特開平７−３８１８４に開示されるようにレーザを駆動するパルス電流を印加する直前に、半導体レーザダイオードのしきい値未満の電流値のパルスバイアス電流を印加することにより、レーザ駆動用トランジスタのハイゲートパルス電流の立ち上がり時間を光サイリスタ点弧に必要な１μｓｅｃ以下にすることを可能とすると共に、バイアス電流による半導体レーザ活性層の温度上昇を抑えるというものが知られている。これは、半導体レーザが駆動回路から第二のパルス電流を得る前に駆動回路にバイアスを与えるので、第二のパルス電流の立ち上がり時間が短縮され、高速駆動されるという効果もあると記載されているものである。

国際公開第０１／１１７４０号パンフレット 特開平７−３８１８４ 特開昭６４−４８４８１ 特開２０００−１３８４１５

半導体レーザを入力信号に基づいて、高速データ変調する場合には例えばパルス状の矩形波の駆動電流を供給したとき、急激な駆動電流の変動による過渡現象が生じ、いわゆる緩和振動が発生する。
この緩和振動は駆動電流の大きさと電流立ち上げ速度に対応して大きくなり、発光強度や発光スペクトルの変動等により、例えば光通信デバイスに用いた場合には送受信時の通信エラーを招く原因となる欠点がある。また、従来技術に記載されるような方法で緩和振動を低減させ得たとしても、今度は光出力の立ち上がり及び立ち下りが遅くなる問題点があった。これは、駆動電流の立ち上がりが高周波バイパス回路等の時定数などに従って遅れるためであり、通信等エラーの発生原因となるとともに、緩和振動抑制のために緩やかな駆動電流の立ち上がりとした場合など高速・高周波の駆動の妨げとなっていた。

さらには、図５に示すようにパルス駆動時の発光出力立ち下り時に駆動電流の電流反射によると思われる“なまり”が生じる現象があり、この“なまり”の存在により特に高速・高周波変調駆動が妨げられるという課題が見出された。すなわち、高速・高周波変調駆動を実現するためには、駆動電流に対応する速やかな光出力の立ち上がり、立ち下り応答特性が要求されるものであるが、この“なまり”が存在するために光出力の立ち下りが駆動電流に対し遅れることになる。

これによって、次の駆動電流による光出力の立ち上がり開始までの時間間隔は、光出力が充分低下して消光（又は減光）されてから、実施するため短くできず、限界が生じる。さらには、“なまり”により充分に光出力が低下していない状態で次の駆動電流を供給して光出力を高発光状態に立ち上げようとすると、消光比を充分に保てず、駆動電流の供給とは無関係に常時高発光状態となってしまうことになり、すなわち高速・高周波駆動に対応することができなかった。

また、窒化物系半導体レーザは微分抵抗値が大きいのでパルス駆動時発光出力立ち上がり、立ち下りに遅延が発生しやすいという問題もある。半導体レーザダイオードの高速／高周波変調駆動においては、変調速度の増大とともに記録密度と書き込む情報量も上げることができるものであるが、高速／高周波変調が妨げられると、例えば窒化物系半導体レーザを用いた記憶媒体への高記録密度化を図る際の限界となり、問題となるものである。

本発明は、駆動電流のパルス波形に基づく発光遅延、減光遅延を低減させた光出力波形を得るとともに、緩和振動を低減しかつ光出力立ち下り時のなまりを低減し、光出力のオーバーシュートやアンダーシュートの発生を防止し、消光比を減ずることなく安定で通信や書き込み等エラーの少ない、かつ動作速度が速く高速／高周波変調が可能な光出力立ち上がり及び立ち下り速度が速い半導体レーザを駆動をすることにある。

すなわち、本発明の目的は半導体レーザの緩和振動の影響を低減するなど従来の赤色系半導体レーザ等において公知の課題を解決すると同時に、立ち下り特性を向上した高速・高周波変調可能な低消費電力半導体レーザの駆動方法と発光装置を提供することにある。

さらには、自然発光状態であるしきい値電流未満のプリバイアスを印加する駆動方法においては、パルス信号印加時に緩和振動が発生するとともにパルス発光の立ち上がりの高速化に問題が生じるものである。すなわち、国際公開第０１／１１７４０号パンフレットや特開平７−３８１８４に記載される駆動方法においては、プリバイアスにより半導体レーザダイオード内のキャリア密度がしきい値キャリア密度付近にまで達するのでバーストデータの送信時において発振遅延が低減されると記載されるものではあるが、バーストデータがしきい値電流以上の駆動電流として半導体レーザに入力されてからのレーザ発振の開始となるため発振遅延は依然として残存するとともに、バーストデータ入力によるレーザ発振時に緩和振動が発生するという問題があった。

本発明においては、半導体レーザダイオードの消光遅延を低減させるとともに、パルスデータ駆動電流印加時等の半導体レーザダイオードの応答性を従来よりさらに大きく向上させ、すなわち光出力立ち上がり時間を大きく短縮させ、かつ緩和振動による影響を最大限低減させるとともに、光出力のオーバーシュートやアンダーシュートを防止した実用性のあるパルス光出力波形を得ることを目的とする。

以上のような課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、半導体レーザダイオードを駆動回路を介して発光させる半導体レーザダイオードの駆動方法であって、駆動回路から半導体レーザダイオードに第一の駆動電流を印加する第１の工程と、第一の駆動電流に引き続いて駆動回路から半導体レーザダイオードに第二の駆動電流を印加する第２の工程と、を含み、第一の駆動電流に対応する第一の光出力と第二の駆動電流に対応する第二の光出力が重畳されて１パルス状光出力として出力され、第一の光出力の立ち上がり部、ピーク部、又は立ち下がり部から、第二の光出力が立ち上がることを特徴とするレーザダイオードの駆動方法である。

この発明により、レーザダイオードのパルス発光立ち上がり時において立ち上がり時間が、大いに短縮されるとともに光出力のオーバーシュートやアンダーシュートも無く、かつ緩和振動の影響が無視できる程度に低減されるパルス光出力波形を実現できるので、高信頼性の高速／高周波駆動が可能となる。

請求項２に記載の発明は、第二の光出力は、第一の光出力の極大値から立ち上がる半導体レーザダイオードの駆動方法である。これにより、第二の光出力の立ち上がり拠点に自由度ができるので、光出力波形の設計に自由度があるようなレーザダイオードのパルス発光立ち上がり時において立ち上がり時間が、大いに短縮されるとともに緩和振動の影響が無視できる程度に低減された光出力の立ち上がり波形を実現できるので、高信頼性の高速／高周波駆動が可能となる。なお、本件明細書における「極大値」とは、微分値が実質的に０となるような値であり、必ずしも最大値を示すものではない。

請求項３に記載の発明は、第二の光出力は、第一の光出力の最大値から立ち上がるレーザダイオードの駆動方法である。この発明により、レーザダイオードのパルス発光立ち上がり時において立ち上がり時間が、本発明において最大限短縮されるとともに緩和振動の影響が無視できる程度に低減された光出力の立ち上がり波形を実現することができるので、高信頼性の高速／高周波駆動が可能となる。

請求項４に記載の発明は、第一の駆動電流の電流値が第二の駆動電流の電流値より小さいレーザダイオードの駆動方法である。これにより、半導体レーザダイオードのパルス発光立ち上がり時において立ち上がり時間が、大いに短縮されるとともに緩和振動の影響が無視できる程度に低減される光出力波形を実現でき、高信頼性の高速・高周波駆動が可能となる。

請求項５に記載の発明は、第一の駆動電流と第二の駆動電流に重畳してバイアス電流を供給するレーザダイオードの駆動方法である。

請求項６に記載の発明は、第一の駆動電流の供給時間と第二の駆動電流の供給時間が互いに独立した供給時間であるレーザダイオードの駆動方法である。これにより光出力のオーバーシュートの発生が抑えられる。

請求項７に記載の発明は、半導体レーザダイオードと、半導体レーザダイオードを駆動する駆動回路と、を備える半導体レーザダイオードの発光装置であって、半導体レーザダイオードの発光装置は、駆動回路から半導体レーザダイオードに第一の駆動電流を印加する第１の電流印加手段と、第一の駆動電流に引き続いて駆動回路から前記半導体レーザダイオードに第二の駆動電流を印加する第２の電流印加手段と、第一の駆動電流に対応する第一の光出力と第二の駆動電流に対応する第二の光出力が重畳されて１パルス状光出力として出力される所望のデータを記憶する記憶手段と、を有し、第一の光出力の立ち上がり部、ピーク部、又は立ち下がり部から、第二の光出力が立ち上がることを特徴とするレーザダイオードの発光装置である。

この発明により、レーザダイオードのパルス発光立ち上がり時において立ち上がり時間が、大いに短縮されるとともに緩和振動の影響が無視できる程度に低減され光出力のオーバーシュートやアンダーシュートのない光出力波形を実現できるので、高信頼性の高速・高周波駆動が可能となります。また、記憶手段にこの駆動状態を再現するための設定値を記憶させることができるので、必要時に記憶装置から設定値を読み出し設定値に基づく駆動を実現できるので、毎回の設定が必要でなく再現性よく、簡易な回路で繰り返しパルス等の複数の本発明に関わるパルス発光を実現可能な発光装置とすることができる。

請求項８に記載の発明は、第二の光出力は、第一の光出力の極大値から立ち上がるレーザダイオードの発光装置である。これにより、第二の光出力の立ち上がり拠点に自由度ができるので、光出力波形の設計に自由度があるようなレーザダイオードのパルス発光立ち上がり時において立ち上がり時間が、大いに短縮されるとともに緩和振動の影響が無視できる程度に低減される光出力立ち上がり波形を実現できるので、高信頼性の高速・高周波駆動が可能となる。

請求項９に記載の発明は、第二の光出力は、第一の光出力の最大値から立ち上がるレーザダイオードの発光装置である。この発明により、レーザダイオードのパルス発光立ち上がり時において立ち上がり時間が、本発明において最大限短縮されるとともに緩和振動の影響が無視できる程度に低減される光出力の立ち上がり波形を実現することができるので、高信頼性の高速／高周波駆動が可能となる。

請求項１０に記載の発明は、第一の駆動電流の電流値が第二の駆動電流の電流値より小さいレーザダイオードの発光装置です。これにより、レーザダイオードのパルス発光立ち上がり時において立ち上がり時間が、大いに短縮されるとともに緩和振動の影響が無視できる程度に低減された光出力の立ち上がり波形を実現でき、高信頼性の高速・高周波駆動が可能となる。

請求項１１に記載の発明は、第一の駆動電流と第二の駆動電流に重畳してバイアス電流を供給するバイアス電流供給回路を備えるレーザダイオードの発光装置です。

（第一の駆動電流）
パルス駆動光波形の立ち上がりのトリガーとするための予備駆動のための駆動電流のことである。この駆動電流は矩形波や三角波、サイン波など、パルス状であれば波形の形は限定されるものではない。パルス駆動発光させる第二の駆動電流に先立ち供給されるのがこのパルス状の第一の駆動電流でありこの電流値はしきい値電流以上であれば良い。パルス状の第一の駆動電流がしきい値以上であれば、第一の駆動電流に対応する第一の光出力の立ち上がりも早くなるので好ましいものであるが、第一の駆動電流がレーザダイオード（以下、「ＬＤ」ともいう）に第一の光出力においてレーザ発振を開始させる程度の大きさと時間において供給される駆動電流であれば特に好ましく、さらには第一の駆動電流が第一の光出力に緩和振動を発生させる程度に大きく急峻な立ち上がりを有するようなパルス状であれば、第一の光出力の立ち上がり時間も極めて短くなるのでさらに非常に好ましい。

典型的には第一の光出力が１パルス状の緩和振動として発光観測される電流値と供給時間であれば最も望ましく、具体的には、この第一の駆動電流は、半導体ＬＤのＩ−Ｌ特性曲線における３ｍＷから６ｍＷ光出力又は、定格光出力の１０〜２０％くらいに相当するだけの電流値を設定値として流すことで、第一の光出力が第二の光出力立ち上がりのベースとなり急峻な立ち上がりを実現できる上で特に好ましい。第一の駆動電流の好ましい印加時間は、ＬＤ周波数応答特性によっても異なるが、周波数応答特性の良好なＬＤにおいては注入電流を減らしてより短時間の供給でよく、すなわち時間積分電流値を小さくでき、また周波数特性の悪いＬＤではより長時間供給したり、より大きめの電流としたりする、すなわち時間積分電流値を大きくすることで、好ましい第一の光出力とすることができる。ただし、第一の駆動電流の供給時間が短く瞬間的なパルス状であれば、設定どおりの光出力は観測されないこともあり、実際に設定して供給する電流値が流れているかどうか正確に確認することはできないこともある。

このパルス状の第一の駆動電流は、図９に示すように第二の駆動電流と時間的に分離／独立されていても良いし、時間的に一部重複されていても良い。パルス状の第一の駆動電流に対応する第一の光出力の立ち上がり部、好ましくはピーク値から第二の光出力の立ち上がりが開始されるように第一の駆動電流と第二の駆動電流の供給条件（例えば駆動電流値あるいはパルス駆動電流最大値や供給時間と相対供給タイミングなど）が調整されていれば良いものである。

（第二の駆動電流）
図９に典型例を図示するように、予備駆動電流である第一の駆動電流に引き続いてレーザダイオードに供給するパルス駆動電流を第二の駆動電流という。典型的には第二の駆動電流は第一の光出力の立ち上がり部またはピーク値又は立ち上がり部から第二の光出力の立ち上がりが開始されるように、第一の駆動電流との関係において供給条件が調整されて第二の駆動電流として、レーザダイオードに供給される。

（第一の光出力）
第一の駆動電流はしきい値以上で供給されるので、第一の光出力が観察される。例えばＩ−Ｌ特性曲線で３〜６ｍＷ、又は定格光出力の１０〜２０％光出力に相当する駆動電流を供給設定したとしても、設計どおりの光出力は必ずしも観察されなくてもよい。第一の光出力は、望ましくは緩和振動が一発発出されるだけであるが、複数の緩和振動ピーク値が観測される光出力としても良い。典型的には、第二の光出力より小さいピーク値を持つ一つのパルスピークが緩和振動として観測される状態が最も好ましい。

（第二の光出力）
パルス駆動としての本来期待する光出力を第二の光出力とし、その駆動電流を第二の駆動電流という。パルス駆動電流の波形は、サイン波、矩形波、三角波、のこぎり波など必要とされる、第二の光出力に応じて所望の発光出力を得られる第二の駆動電流とすればいいので、その形状に本発明の実施上依存しない。

（重畳された１パルス状光出力）
典型的には、図９に示す光出力であり、第一の光出力と第二の光出力が重畳され実質的に１パルス状となるものである。

（第一の光出力の立ち上がり部、ピーク部又は立ち下がり部）
第一の光出力の最大値である例えば、一発目の緩和振動のピーク値から第二の光出力が立ち上がることが最も好ましいものであるが、必ずしもこれに限定されることはない。二発目、三発目の緩和振動ピーク部（極大値）からでも充分に速い立ち上がり特性等を実現可能である。また、効果は多少落ちるがピーク部でなくても、ピーク部近傍の立ち上がり部や立ち下り部でも同様である。

（所望の設定値）
設定値とは、供給条件であり典型的には第一の駆動電流の供給時間と電流値と第一と第二の相対供給タイミングであり、望ましい第一の駆動電流の大きさと供給時間と供給タイミング等となるよう、パルス駆動の第二の駆動電流との関係において、設定値が調整されるものである。第一の駆動電流の望ましい値としては、半導体レーザダイオードの３〜６ｍＷ光出力に相当する駆動電流値又は、定格光出力の１０〜２０％光出力に相当する駆動電流値である。

（記憶手段）
ＩＣメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＲＡＭなど汎用されている記憶装置であれば使用可能である。

（発光装置）
本発明にいう発光装置とは、半導体レーザダイオードを有し、半導体レーザダイオードを発光させることのできる装置をすべて含むものである。発光装置外部へのＬＤ光の取り出しの可否によらず装置内部でＬＤ発光を利用する装置や、装置外部に発光を出射させる発光装置でも良い。典型的には、通信用発光装置や、光集積モジュール、光ストレージ系書き込み装置（ディジタルビデオディスク書き込み装置など）、レーザ露光技術を用いたミニラボでも良い。光ストレージ系書き込み装置として利用した場合には、高速／高周波で分解能／ＳＮ比が優れた書き込み用光源となり、より高密度、高精度なノイズやエラーの低減された正確な記録が期待できる。また、写真現像用のレーザ露光技術を用いたミニラボや新聞等の版下用のＣＴＰ印刷機等においては、小型軽量の露光用光源としてより、高精細で高密度で正確、クリアな印刷、印字が可能となる。光ストレージ系書き込み装置としては、ＣＤ、ＤＶＤ、Ｂｌｕ−ｒａｙ、ＵＤＯ、ＭＯなどに適用することができる。

（第一の駆動電流の供給時間と第二の駆動電流の供給時間が互いに独立した）
ここでいう独立とは、第一の駆動電流と第二の駆動電流の供給時間が互いに、時間的にオーバーラップされておらず、すなわち重なっておらず、すなわち第一の駆動電流と第二の駆動電流が両方同時に供給されている時間が存在しないということである。図１０に示すように、本発明の駆動電流作成方法においては特に、独立型の第一の駆動電流と第二の駆動電流において、両者の時間間隔を適宜長短させることにより、第一の駆動電流に対応する第一の光出力の発光から第二の駆動電流に対応する第二の光出力が立ち上がるように駆動電流の波形を調整することが望ましいものである。

（入力信号）
本発明に言う入力信号とは、半導体レーザを発光制御するための駆動電流を制御するための信号であり、例えば“０”と“１”からなるディジタル信号による入力信号においては、それぞれ低発光状態（又は／及び非発光状態）、高発光状態に駆動するパルス電流を発生させ、これをバイアス電流に重畳して半導体レーザの駆動電流として供給するように設定することができるものである。入力信号を高速かつ、高周波で入力することにより入力信号に対応させて駆動電流を高速かつ、高周波として発光制御するように設定することもできる。

（駆動電流）
半導体レーザを駆動するため、例えば入力信号に基づき半導体レーザに供給する電流のことを指す。この駆動電流により、半導体レーザは、実際に発光／消光等の動作を直接制御されるものである。駆動電流の波形としては、正弦波、矩形波、パルス波、三角波、方形波など特に限定されることはなく、さらに前記の各波形を加算処理若しくは減算処理、あるいは積算処理、除算処理等の各種演算処理を施した駆動電流でもよい。あるいは、各種波形の電流を所定のバイアス電流に重畳した電流を駆動電流として半導体レーザに供給することもできる。

複数の階段ステップ状の立ち上がり電流とは、例えば、図１に示すような電流駆動装置により、入力信号に基づき矩形状のパルス波形電流を分岐し該波形電流から一定時間遅延させた波形電流と波形処理された電流とを合成することにより作成される図４に示されるような波形を示す駆動電流のことを言う。階段状ステップは1段以上の複数段作成される波形も可能である。さらに該電流に、バイアス電流を重畳してその電流を新たな駆動電流として窒化物半導体レーザに供給することもできる。

この場合図６に示すような駆動電流波形となるが、図６の電流波形において立ち上がり時の、閾値電流以上で駆動する最初のステップ電流値であるＢレベルの電流値は、閾値以上であり使用する半導体レーザダイオードのＩ−Ｌ特性曲線において３〜６ｍＷ程度の発光出力が得られる程度の駆動電流値として設定することが望ましい。また、この電流と相応する発光は精密に測定するには短時間でかつ小さい電流値であり測定困難なので、定量的に３〜６ｍＷ発光が確認できなくとも、半導体レーザダイオードのＩ−Ｌ特性曲線における３〜６ｍＷ電流値を設定することで充分である。Ｂレベルがあまり高いとＡバイアスレベルからＢレベルに立ちあげた際に緩和振動が発生しやすくかつ大きくなりすぎて、所望の光パルス出力（特に第二の光出力）を超えてしまうことがあるので好ましくない。

また、消光比を大きく保ちかつ、明確に発光を明暗２段階に保つためには、周波数応答特性の良好な半導体ＬＤを使用した場合にはＢレベルの時間が短いほうが、最適な注入電流量を設定する上でより好ましい。

上記構成をとることにより、安定した消光比を保ちながら、消費電力を増大させることなく、光出力の立ち下りのなまりを改善し高速・高周波駆動を可能とするとともに、これまでにないすばやい光出力立ち上がりを緩和振動を低減させた上で実現し、最適なバイアス電流によって不必要な半導体レーザの発熱を抑止できるので、レーザの寿命を延ばすことが可能となる。この光出力のすばやい立ち上がり時間は、１０％−９０％での評価（ピーク、ボトムから各々１０％値間に要する時間を測定）において、１ｎｓ以下とすることも可能である。

また、駆動電流の供給装置としてはバイアス電流供給装置と矩形波などのパルス電流を供給する電流供給装置を別個の装置とすることもできるし、同一の装置に機能を持たせ、まとめて一つの装置として構成することも可能である。

（バイアス電流）
半導体レーザの駆動電流のうち、入力信号の“０”、“１”等に従って供給される矩形波、正弦波、方形波、パルス波、各種演算処理等された波形信号電流とは異なり、前記入力信号に従い供給される前記各種波形のパルス信号電流に重畳して供給される電流のことである。バイアス電流が全く無ければ、光出力立ち上がり時の緩和振動の発生する状況が増えすなわち緩和振動が発生しやすくなり、バイアス電流が大きすぎると光出力立ち下り時の“なまり”が増大する要因となりまた、直接、発光には寄与しない消費電力の増大や、不要な発熱等の原因ともなり素子劣化を促進させる要因となる。バイアス電流の好適な値は典型的には閾値電流未満であり、小さければ小さいほど光出力立ち下り時の“なまり”が低減され、より好ましい光出力波形が得られることが判明している。

さらに好ましくは常時供給するバイアス電流値は閾値電流値未満であり、かつ“０”より大きい電流値とすることにより、より好適な動作を実現できることが確認できている。バイアス電流値が“０”であれば、トランジスタ等の回路内各デバイスがＯＦＦ（非駆動状態）となることにより、駆動電流がノイズ等外乱の影響を受け易い状態となるので好ましくない。すなわち、上記のバイアス電流値により、緩和振動の低減された速やかな光出力立ち上がりと、立ち下りを確実に実現でき消光遅延／減光遅延などの原因となる“なまり”の影響を低減できることが確認できた。

（閾値電流値）
本発明に言う閾値電流値とは、図３に示すがごとく一般に駆動対象となる半導体レーザのレーザ発振が開始される電流値のことであるが、より厳密にはレーザ素子の駆動電流対光出力関係を示すＩ―Ｌ特性曲線における変曲点における電流値のことである。

本発明によれば、半導体レーザダイオードのパルス光出力の立ち上がりが非常に早く短時間で立ち上がりつつすなわち発光遅延のない極めて応答速度が早く、また緩和振動を低減したままで、かつパルス光出力を実現できるので、高速・高周波駆動に対応する半導体レーザダイオード駆動を実現するとともにＳ／Ｎ比や消光比が特段に優れたパルス発光駆動を実現することが可能となります。すなわち、緩和振動の影響が実質的に無視できる程度に小さいにも関わらずパルス応答速度の極めて早いパルス発光を実現することができる。

また、本発明により、駆動電流の立ち下り応答特性の良好かつ消光比の大きな光出力立ち上がり時間の短い半導体レーザ高速・高周波駆動を実施することができる。

以下に、実施例を示す。

（実施例１）
図１８に実施例１の構成模式図を示す。この構成は、パルス発生器としてアジレント社製８１１３０Ａ Ｐｕｌｓｅ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ（以下ＰＰＧ）（１８０）を用いて、このＰＰＧ（１８０）からのパルス信号入力が半導体レーザダイオード駆動用ＩＣ（１８７）のＰｕｌｓｅ１（１８１）、Ｐｕｌｓｅ２（１８２）に入力されている。また、定電流源Ｉ１（１８３）、Ｉ２（１８４）、Ｉ３（１８５）からの電流入力がそれぞれ半導体レーザダイオード駆動用ＩＣ（１８７）のＩＩＮ１、ＩＩＮ２、ＩＩＮ３に入力するように接続されている。

ここで、Ｉ１（１８３）はバイアス電流として設定（本実施例では１ｍＡ）し、Ｉ２（１８４）は第一の駆動電流として設定し（本実施例では５１ｍＡ）、Ｉ３（１８５）はパルス発光時の要求される発光量に応じた電流（本実施例では１００ｍＡ）として設定する。半導体レーザダイオード（１８７）はこの駆動用ＩＣ（１８７）で出力処理された駆動電流の電流出力端子Ｉout（１８８）に接続されており、この半導体レーザダイオード（１８７）の発光出力波形は浜松ホトニクス社製ＳＡＭＰＬＩＮＧ−ＯＳＣＩＬＬＯＳＣＯＰＥ ＯＯＳ−１（以下ＯＯＳ−１）（１８６）にてリアルタイムにモニターしている。

次に、動作と手順の概略説明を以下に記載する。ＰＰＧ（１８０）からＰｕｌｓｅ１（１８１）、Ｐｕｌｓｅ２（１８２）にそれぞれ図１９の動作タイミングチャートに記載するタイミングにてパルス信号を出力する。定電流源Ｉ１（１８３）、Ｉ２（１８４）、Ｉ３（１８５）に、それぞれバイアス電流Ｉout１、第一の駆動電流Ｉout２、第二の駆動電流Ｉout３が流れるように調整する。Ｉout１、Ｉout２、Ｉout３の電流値は図１９のチャートに示すようにそれぞれ本実施例においては、バイアス電流１ｍA、第一の駆動電流の電流値５１ｍA、第二の駆動電流の電流値１００ｍＡと設定している。

つづいて、以下に述べる手順により図１９のタイムチャートに示す半導体レーザダイオード（１８７）の駆動電流Ｉout（１８８）が本発明のごとく調整される。まず第一の駆動電流として半導体レーザダイオード（１８７）のＩ−Ｌ特性曲線において３〜６ｍＷが発光する程度の駆動電流を決定し、その電流値を第一の駆動電流としてＩout２としてＩ２（１８４）に設定する。本実施例においては、Ｉout２はＩ−Ｌ特性曲線において４ｍＷ光出力相当である５１ｍＡとした。このとき、１パルス分の第一の駆動電流を流す供給時間は、ＯＯＳ−１（１８６）において発光波形の緩和振動が一発出力されるように、ＯＯＳ−１（１８６）等光出力波形計測器を観測しながらＰＰＧ（１８０）を調整しパルス信号供給時間を調整する。

また、第二の駆動電流は所望の光出力パワーが得られるような駆動電流が流れるようにＩout３を設定する。本実施例では、Ｉ−Ｌ特性曲線において５０ｍW光出力を得るために１００ｍＡの駆動電流をＩout３として設定し、その１００ｍＡ電流値にＩ３（１８５）を調整した。その後、第二の駆動電流の立ち上がりエッジ部を第一の駆動電流の立ち下りエッジ部に近づけ、第一の駆動電流によって得られた第一の光出力のピーク値近傍から、第二の光出力が立ち上がるようにＯＯＳ−１（１８６）を観測しながらＰＰＧ（１８０）のパルス出力タイミングを調整する。

また、第二の駆動電流値は一気に０ｍＡ近傍にまで立ち下げることにより、駆動回路とＬＤ間のインピーダンス不整合による電流反射の影響を、光出力へ及ぼさずすなわち、消光遅延やなまり現象を実質的に無くすことができる。この実施例においては、１ｍＡのＩout１、すなわちバイアス電流まで１００ｍＡのＩout３すなわち第二の駆動電流から一気に立ち下げる駆動電流としている。以上の手順により、従来窒化物系半導体レーザダイオードでも実現不可能とされていた、パルス駆動における光出力立ち上がり／立ち下り時間を同時に１ｎｓｅｃより小さくする駆動が可能となった。

さらに、以下に図１８に示す同回路構成を用いた別の図２０に示すタイミングチャートに関わるパルス駆動の動作説明について説明する。図２０に示す駆動電流は、第一の駆動電流の供給時間と第二の駆動電流の供給時間が重畳している場合、すなわちＰｕｌｓｅ１（１８１）とＰｕｌｓｅ２（１８２）のパルス供給時間が図２０に示すように重なっている場合の駆動電流作成である。

まずＰＰＧ（１８０）から、Ｐｕｌｓｅ１（１８１）、Ｐｕｌｓｅ２（１８２）にそれぞれ図２０に記載のタイミングで出力する。ここで、スイッチＳＷ１（１８９）、スイッチＳＷ２（１８１０）はそれぞれ、Ｈｉｇｈ Ｌｅｖｅｌ電圧を入力した時にスイッチがＯＮし、Ｌｏｗ Ｌｅｖｅｌ電圧を入力したときにＯＦＦするものとする。次に、定電流源Ｉ１（１８３）、Ｉ２（１８４）、Ｉ３（１８５）にそれぞれ図２０に示すバイアス電流Ｉout１、第一の駆動電流Ｉout２、第二の駆動電流Ｉout３が流れるように調整する。上記の手順により、図２０に記載する半導体レーザダイオード（１８１１）の駆動電流Ｉout（１８８）が得られる。

その後、第一の駆動電流として、半導体レーザダイオード（１８１１）のＩ−Ｌ特性曲線より３〜６ｍＷの光出力に相当する駆動電流を半導体レーザダイオード（１８１１）に流れるようにＩout２を設定し、その設定値にＩ２を調整する。第一の駆動電流を流す期間は、緩和振動が一発出力されるように、ＯＯＳ−１（１８６）等光波形計測器を使用して光応答波形を観測しながらＰＰＧ（１８０）を調整する。また、第二の駆動電流は所望の光出力パワーが得られるような電流が流れるようにＩout３を調整する。その後、第二の駆動電流の立ち上がりエッジ部を第一の駆動電流の立ち下りエッジ部に近づけ、第一の駆動電流によって得られた光出力のピーク値付近から、第二の光出力が立ち上がるように調整する。

また、第二の駆動電流は一気に０ｍＡ付近にまで立ち下げることにより、駆動回路と半導体ＬＤ間のインピーダンス不整合による電流反射の影響を、光出力へは及ぼさなくすることができる。以上により、従来窒化物系半導体レーザダイオードでも実現不可能とされていた、パルス駆動における立ち上がり、立ち下り時間を同時に１ｎｓｅｃを切る駆動が可能となった。

（実施例２）
第二の実施例として、図７に示す回路を構成して窒化物系半導体レーザをパルス駆動した。図７に示す回路構成により半導体レーザに供給される駆動電流は、（図４）に示す駆動電流波形と同等の駆動電流波形とすることができるものである。以下に回路の動作説明をする。アノード側が電流源に接続されたダイオード（Ｄ３）により、常時バイアス電流（Ｉ３）を供給するようにする。

クロック１（ＣＫ１）とクロック２（ＣＫ２）を入力すると、クロックがＨｉの時にトランスファーゲート（Ｔ１）、（Ｔ２）が、クロック（ＣＫ１）、（ＣＫ２）のタイミングに応じて、ＯＮとなる。そうすると各入力電流（Ｉ１）、（Ｉ２）、（Ｉ３）はダイオード（Ｄ１）、（Ｄ２）、（Ｄ３）を経由して、レーザダイオード（ＬＤ）のアノード側に、（（Ｉ１）＋（Ｉ２）＋（Ｉ３））なる電流が駆動電流（ＩＤ）の最高値として供給される。この駆動電流においては、（Ｉ３）がすなわちバイアス電流であり、バイアス電流値から１ステップ上昇した電流値がすなわち（Ｉ１＋Ｉ３）の電流値であり、この（Ｉ１＋Ｉ３）電流値は閾値電流以上の値が立ち上がり光出力の応答改善と緩和振動の抑制の観点から好ましく、さらにはできる限り閾値電流値近傍の値である方が、消費電力低減及び消光比の観点からは望ましい。

また、バイアス電流の（Ｉ３）は、閾値電流より小さいと“なまり”が解消される方向に改善されるものであるが、この（Ｉ３）バイアス電流値が小さければ小さいほど、光出力の立ち下り特性がより改善され、“なまり”もなくより好適な光出力特性を得られるが、（Ｉ３）電流値が“０”であればノイズ等外乱の影響を受けやすくなるので好ましくない。

この駆動電流の供給による窒化物系半導体レーザの駆動によって、実施例１と同等の立ち下り時の“なまり”と緩和振動を低減した光出力が確認できた。

また、実施例に関わる駆動回路は図１５に示すパルス駆動回路においても実現することができる。以下その動作を説明する。スイッチ１ＳＷ１（１５１）はパルス１ＰＵＬＳＥ１（１５２）からの信号がＨＩＧＨレベル（例えば５Ｖ）であればスイッチ１ＳＷ１（１５１）がＯＮし、ＬＯＷレベル（例えば０Ｖ）であればＯＦＦする構成となっている。またスイッチ２ＳＷ２（１５３）も同様の構成としている。

外部からの定電流源Ｉ１（１５４）から抵抗Ｒ１（１５５）に電流を流して発生した電圧を、オペアンプ１ＯＰＡＭＰ１（１５６）、トランジスタ１Ｔｒ１（１５７）、抵抗Ｒ２（１５８）からなる電圧−電流変換回路へ入力し、それによってトランジスタＴｒ４（１５９）を経由して電流が流れる。ここで、トランジスタ４Ｔｒ４（１５９）とトランジスタ５Ｔｒ５（１５１０）はカレントミラー回路になっているため、トランジスタ４Ｔｒ４（１５９）で流れた電流と同じ大きさの電流が、トランジスタ５Ｔｒ５（１５１０）へも流れ最終的には、その電流が半導体レーザダイオードＬＤ（１５１１）へも流れる（Ｉout１とする）。

ここで、パルス１ＰＵＬＳＥ１（１５２）にＨＩＧＨレベルの電圧信号を入力すするとスイッチ１ＳＷ１（１５１）が閉じ、Ｉ２（１５１２）の電流量に応じた電流が、オペアンプ２ＯＰＡＭＰ２（１５１３）、トランジスタ２Ｔｒ２（１５１４）、抵抗Ｒ４（１５１５）からなる電圧−電流回路によって発生する。この電流、すなわちＩout２もまたトランジスタ４Ｔｒ４（１５９）を介して流れるため、前記Ｉout１と重畳され、半導体レーザダイオード（１５１１）へは（Ｉout１＋Ｉout２）の電流が流れることになる。

次に、パルス２ＰＵＬＳＥ２（１５１６）にＨＩＧＨレベルの電圧を入力すると、スイッチ２（ＳＷ２）がＯＦＦになり、Ｉ３（１５１７）の電流量に応じた電流が、オペアンプＯＰＡＭＰ３（１５１８）、トランジスタ３Ｔｒ３（１５１９）、抵抗Ｒ６（１５２０）からなる電圧−電流回路によって発生する。この電流すなわちＩout３もまた、トランジスタ４Ｔｒ４（１５９）を介して流れるため、先述の（Ｉout１＋Ｉout２）と重畳され、半導体レーザダイオード（１５１１）へは（Ｉout１＋Ｉout２＋Ｉout３）の電流が流れることになる。また、この状態でスイッチ２ＳＷ２（１５３）をＯＦＦにすると、（Ｉout１＋Ｉout２）の電流が、またスイッチ１ＳＷ１（１５１）をＯＦＦにすると、Ｉout１の電流が半導体レーザダイオード（１５１１）へ流れることになる。

（実施例３）
青紫ＬＤを使用して第一の駆動電流と第二の駆動電流を、それぞれ本発明の高速立ち上がり光出力を得られる駆動電流作成方法にて実現した例を示す。使用したＬＤは、しきい値電流（Ｉｔｈ）４７．７９ｍＡ、５ｍＷ光出力時駆動電流値（Ｉｏｐ５）５２．１７ｍＡ、３０ｍＷ光出力時駆動電流値（Ｉｏｐ３０）７５．３ｍＡ、５ｍＷ光出力時駆動電圧値（Ｖｏｐ５）４．２１Ｖ、３０ｍＷ光出力時駆動電圧値（Ｖｏｐ３０）４．４９Ｖ、５ｍＷ光出力時駆動抵抗値（Ｒｄ５）１４．１Ω、３０ｍＷ光出力時駆動抵抗値（Ｒｄ３０）１１．１Ωである。

図１１にはそれぞれ、第一の駆動電流値は半導体ＬＤのＩ−Ｌ特性曲線において４ｍＷ光出力相当の駆動電流値で第二の駆動電流値は５０ｍＷ定格相当の駆動電流となる駆動電流波形ならびに光出力波形を示す。
図１１ａ）、ｂ）、ｃ）は第一の光出力波形と第二の光出力波形の相対時間間隔が違うのみで、その他の駆動条件は全く同一である。

図１１ａ）は、第一の駆動電流と第二の駆動電流が充分に時間間隔が空けられているので、それぞれ対応する第一の光出力と第二の光出力も時間的に間隔が隔たっている。緩和振動も非常に大きいものが発生していることがわかる。図１１ｂ）では、ａ）よりもやや第一の駆動電流と第二の駆動電流の時間間隔を短くしているので、相応する各々の光出力も近づいているが、緩和振動が発生し本件発明のようなスムースな高速立ち上がりを実現していない。

図１１ｃ）では、独立型の第一の駆動電流と独立型の第二の駆動電流が時間的にちょうど接合している状態の駆動電流を発生し、ＬＤ駆動している。この図からもわかるように、図１１ｃ）ではＬＤ光出力立ち上がり時間（Ｔｒ）が０．９７ｎｓとなり非常に早いだけでなく、緩和振動も実質的に殆ど観測されておらず、現在までに得られているもっとも早い立ち上がりを実現する一つであり、理想的な超高速パルス光出力波形を実現したものである。

ここに示す超高速パルス光出力を得るための手順は、以下に示すとおりである。
１、第一の駆動電流として、Ｉ−Ｌカーブ特性より、３〜６ｍＷが光る程度の駆動電流を設定値として、ＬＤに印加する設定とする。この実施例においては、４ｍＷ光出力相当に対応する５１ｍＡの駆動電流値を印加している。
２、第一の駆動電流を流す期間（Ｗｉｄｔｈ）は、緩和振動が一発出力されるようにパルスジェネレータと光オシロスコープ等を使用して調整する。この実施例では約６ｎｓの設定としている。
３、次に第二の駆動電流として所望の光出力が得られるような電流を注入する。実施例においては、Ｉ−Ｌ特性曲線の光出力５０ｍＷ相当にあたる駆動電流として１００ｍＡを印加している。
４、第二の駆動電流の立ち上がりエッジ部を第一の駆動電流の立ち下りエッジ部に近づくよう時間調整し、第一の駆動電流によって得られた第一の光出力のピーク値近傍から、第二の光出力が立ち上がるようにオシロスコープにて光出力形状を確認しながら調整する。
５、また、この実施例では第二の駆動電流の立ち下げ部は０ｍＡ近傍バイアスまで急峻に立ち下げることにより、駆動回路とＬＤ間のインピーダンス不整合等による電流反射の影響（消光遅延）を、光出力へは及ぼさなくすることができる。

これによって、窒化物半導体レーザダイオードでは実現不可能とされていた、光出力立ち上がり、光出力立ち下りを共に１ｎｓｅｃより小さくするパルス駆動が可能になった。

この駆動方法においては、第一の駆動電流によって緩和振動を誘発させ、その後第二の駆動電流（所望のパルス電流）によってレーザダイオードを駆動することにより、重畳された第一の光出力と第二の光出力が緩和振動と従来公知の立ち上がりの中間レベルで立ち上がることにより、超高速の発光立ち上がり特性を備えるパルス駆動を実現できる。

ここで、この実施例に関わる駆動回路の具体的典型を示す。回路概念図を図１６に、動作タイミングチャートを図１７に示す。図１６において、スイッチ１ＳＷ１（１６１）はパルスＰＵＬＳＥ（１６１５）からの信号がＬＯＷレベル（例えば０Ｖ）であればＯＰＥＮとなり、一回目のパルス入力（例えば５Ｖ）が入れば、定電流源Ｉ２（１６２）側にスイッチが入り、二回目のパルス入力が入れば、定電流源Ｉ３（１６３）側にスイッチが入るものとする。また、一回目と二回目のパルスの間のＬＯＷレベル期間中は、前記のとおりＯＰＥＮとなる。

パルスＰＵＬＳＥの入力がＬＯＷレベルであるとき、外部からの定電流源Ｉ１（１６４）から抵抗Ｒ１（１６５）に電流を流して発生した電圧を、オペアンプ１ＯＰＡＭＰ１（１６６）、トランジスタ１Ｔｒ１（１６７）、抵抗２Ｒ２（１６８）からなる電圧−電流変換回路へ入力し、それによってトランジスタ３Ｔｒ３（１６９）を経由して電流が流れる。ここで、トランジスタ３Ｔｒ３（１６９）とトランジスタ４Ｔｒ４（１６１０）はカレントミラー回路になっているため、トランジスタ３Ｔｒ３（１６９）で流れた電流と同じ電流がトランジスタ４Ｔｒ４（１６１０）へも流れ、最終的にはその電流が半導体レーザダイオードＬＤ（１６１１）へも流れる（Ｉout１とする）。

ここで、パルスＰＵＬＳＥ（１６１５）にＨＩＧＨレベルの電圧を入力すると、スイッチ１ＳＷ１（１６１）が定電流源Ｉ２（１６２）側へ入り、Ｉ２（１６２）の電流量に応じた電流が、オペアンプ２ＯＰＡＭＰ２（１６１２）、トランジスタ２Ｔｒ２（１６１３）、抵抗６Ｒ６（１６１４）からなる電圧−電流回路によって発生する。この電流もまた、トランジスタ３Ｔｒ３（１６９）を介してトランジスタ４Ｔｒ４（１６１０）へ流れるため（この電流をＩout２とする）、先述のＩout1と重畳され、レーザへはＩout１＋Ｉout２の電流が流れることになる。

次に、パルスＰＵＬＳＥ（１６１５）がＬＯＷレベルになり、スイッチＳＷ１（１６１）はいったんＯＰＥＮとなった後、再度ＨＩＧＨレベルの電圧が入力されると、スイッチ１ＳＷ１（１６１）が定電流源Ｉ３（１６３）側へ入り、電流Ｉ３（１６３）の電流量に応じた電流が、オペアンプＯＰＡＭＰ２（１６１２）、トランジスタ２Ｔｒ２（１６１３）、抵抗６Ｒ６（１６１４）からなる電圧−電流回路によって発生する。この電流もまた、トランジスタＴｒ３（１６９）を介してトランジスタＴｒ４（１６１０）へ流れるため（この電流をＩout３とする）、前記Ｉout１と重畳され、半導体レ−ザダイオードへはＩout１＋Ｉout３の電流が流れることになる。この上記動作のタイミングチャート概念図を図１７に示す。

（実施例４）
図１２に、実施例３に示す青紫レーザダイオードにおいて、第一の駆動電流の駆動電流レベルをａ）４９ｍＡ、ｂ）５１ｍＡ、ｃ）５３ｍＡと上げていった場合のそれぞれの光出力波形を示すものである。この実施例４ではステップ状の駆動電流波形として実施した。第一の駆動電流の駆動電流レベル以外の電流駆動条件は全く同一であり、バイアス電流は１ｍＡである。

ａ）では第一の駆動電流がしきい値電流（４７．７９ｍＡ）より大きい４９ｍＡ設定ではあるが、この駆動電流値はＩ−Ｌ曲線における４ｍＷ光出力相当の駆動電流値であるｂ）より低いＩ−Ｌ曲線にて２ｍＷ光出力相当電流値である。

ｂ）では、ａ）より第一の駆動電流値を上げている５１ｍＡであり、これはＩ−Ｌ曲線の４ｍＷ光出力相当電流値にあたる。オシロスコープによる光出力波形において確認できるように、光出力立ち上がり時間が０．９７ｎｓでありまた、光出力立ち下り時間も０．８４ｎｓといずれもこれまでに知られている半導体ＬＤの光出力立ち上がり立ち下り時間の最速レベルを実現できている。本発明においては、パルス駆動光出力波形も非常にきれいな波形であることも特徴であり光出力波形のオーバーシュートやアンダーシュートは観測されない。

ｃ）においては、第一の駆動電流の値は、さらにｂ）よりも上げた６ｍＷ光出力相当の駆動電流値であり、その他の駆動電流条件は同じである。オシロスコープの光出力波形において確認できるように、第一の光出力の緩和振動の一発目が小さな盛り上がりとして見えている。第二の光出力は第一の光出力の一発目の緩和振動立ち下がり部より立ち上がるような調整結果となっているが、光出力の立ち上がり時間は１．１７ｎｓであり、立ち下がり時間も０．８９ｎｓでありいずれも非常に速い値を実現できており、かつ緩和振動やオーバーシュート、アンダーシュートの影響は実質的に無視できる程度の非常にきれいな光出力応答波形である。

（実施例５）
図１３には第一の駆動電流を、半導体レーザダイオードのＩ−Ｌ曲線において４ｍＷ光出力相当の駆動電流値として設定し、第一の駆動電流の駆動時間幅をａ）ｂ）ｃ）の順に広げた場合の駆動電流と光出力応答波形の例を実施例５として示す。駆動時間の時間幅は、ａ）が約５ｎｓであり、ｂ）が約６ｎｓであり第一の駆動電流と第二の駆動電流が時間的にちょうど独立状態で接合している状態でありａ）より第一の駆動電流の駆動時間幅を増大させている。また、ｃ）が約７ｎｓであり、ｂ）よりさらに第一の駆動電流の駆動時間幅を増大させている。ｃ）の駆動電流においては、模式図からもわかるように第一の駆動電流供給時間の後半部分が第二の駆動電流の供給開始時間後まで重なって、重畳（オーバーラップ）されており、重畳されている時間は第一の駆動電流と第二の駆動電流の合計値が供給されている。すなわち、時間軸で順に、バイアス電流値→第一の駆動電流→第一と第二の合計駆動電流値→第二の駆動電流値→バイアス電流値なる電流が半導体ＬＤに順次供給されている。

この実施例における光出力応答波形を示すように、ａ）では大きな緩和振動が発生し、ｃ）では立ち上がり時に大きなオーバーシュートが観測されており、いずれも光出力応答波形はパルス状の矩形波となっていない。一方、ｂ）においては、立ち上がり時間は０．９７ｎｓであり、立ち下り時間も０．８４ｎｓと高速駆動に充分な速度を保っており、かつ光出力波形も緩和振動やオーバーシュート、アンダーシュートも観測されず良好な方形波が得られている。

このように、本発明の調整方法としては第一の駆動電流と第二の駆動電流の相対供給時間を近づける（すなわち、第一駆動電流から第二の駆動電流を供給するディレイを小さくする）以外にも、この実施例のように第一の駆動電流の駆動供給時間を増大させ、結果的に、第一の駆動電流の駆動供給終了時間と第二の駆動電流の駆動供給開始時間の間隔が小さくなり、あるいは一致するようにして、第一の光出力から第二の光出力が立ち上がるように調整することが可能である。ａ）の第一の光出力が観測されていないのは、第一の駆動電流の供給時間が短いためであると考えられる。

ここで、本発明の別の典型的一実施形態に関わる構成ブロック概念図について図２１に基づいて説明する。パソコン（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ以下ＰＣ）（２１１）からの指令（ＬＤ駆動電流値、パルス周波数等）を、シリアル・コミュニケーション・インターフェース（Ｓｅｒｉａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：以下ＳＣＩ）（２１２）を経由して中央演算装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：以下ＣＰＵ）（２１３）へ伝えられ、ＣＰＵ（２１３）からの指令は以下のように伝達される。

半導体レーザダイオード（２１１３）に供給されるＬＤ駆動の電流値は、ＰＣ（２１１）からの指示値（バイアス電流、第一駆動電流、第二駆動電流）をディジタル・アナログ・コンバータ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：以下ＤＡＣ）（２１４）を通してＬＤ駆動用ＩＣ（２１５）へ伝える。また、パルス周波数及びパルス幅はＰＣ（２１１）からの指示値（周波数、パルス幅）を可変周波数オシレータ（２）（２１６）へ伝える。また可変周波数オシレータ（１）（２１７）の周波数とパルス幅は、あらかじめＯＯＳ−１（１８６）等を使って最適な値を調べておき、その値をＰＣ（２１１）からＳＣＩ（２１２）とＣＰＵ（２１３）経由で、可変周波数オシレータ（１）（２１７）へ伝える。

また、ピークホールド回路（１）（２１８）はコンデンサ容量がピークホールド回路（２）（２１９）に比べて小さく、第一の駆動電流による光応答のパルスピーク値を検出するために用いる。ピークホールド回路（２）（２１９）はコンデンサ容量を大きくしているので、第二の駆動電流による光応答のパルスピーク値を検出するために用いる。これらの２つのピークホールド回路は立ち上がりエッジ検出器（２１１１）によってトリガーされ、ピークホールドされた２つの信号がアナログ・ディジタル・コンバータ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＡＤＣ）（２１１０）を経由してＣＰＵ（２１３）へ入力される。ＣＰＵ（２１３）はピークホールド回路（１）（２１８）とピークホールド回路（２）（２１９）の出力値を絶えず比較し、２つの値が等しくなるように可変周波数オシレータ（１）（２１７）を増減させ、超速立ち上がり（１ｎｓｅｃ以下）を有する光パルス応答を実現した。

また、ＲＯＭ（２１１２）には、図２１に示すシステム全体を制御する制御プログラムが格納されている。

（比較例１）
図１４に比較例１として、ステップ型パルス電流を駆動する場合、すなわち第一の駆動電流と第二の駆動電流がちょうど時間的に接合している状態の駆動電流において、第一の駆動電流値レベルを変化させた場合の例を示す。ａ）の第一の駆動電流値はしきい値以下で約４７ｍＡである。ｂ）は第一の駆動電流値を約５１ｍＡとし、ｃ）は約５３ｍＡと設定した場合を示し、その他の駆動条件はすべて同一である。ａ）ｂ）ｃ）それぞれに対応する光出力応答波形からわかるように、まずａ）では第一の駆動電流がしきい値以下の低い設定なので第一の光出力は微小であり殆ど観測されず、実質的に第二の駆動電流における第二の光出力が最初のパルスとして緩和振動を伴いながらの応答立ち上がりとなる。続いてｂ）では、Ｉ−Ｌ曲線における４ｍＷ光出力相当である約５１ｍＡの第一の駆動電流設定としているが、第一の光出力が第二の光出力とは別に独立して観測されており、第一の光出力から第二の光出力が立ち上がるように調整されていないので、光出力立ち上がりは約１．４５ｎｓであり、やや遅れている。

また、ｃ）においてはさらに第一の駆動電流が増大されているので、対応する第一の光出力もより明確に観測されている。しかし、ｂ）と同じくこの場合の光出力立ち上がりは１．７５ｎｓであり、高速化の点で見劣りする結果となっている。

上記の、実施例や比較例に示すように本発明においては、最も好ましい実施態様としては第一の駆動電流値を半導体レーザダイオードのＩ−Ｌ特性曲線の３〜６ｍＷ光出力相当値又は定格光出力の１０％から２０％程度の光出力に相当する駆動電流値に設定するとともに、第一の駆動電流と第二の駆動電流の相対供給タイミング時間を適宜調整することで高速立ち上がりかつオーバーシュートやアンダーシュートや緩和振動のないパルス光出力波形を実現できるものであり、この調整された最適タイミング時間等は個々の半導体ＬＤ種類ごとに異なるものであるが、ＬＤの周波数応答特性が良好になれば、第一の駆動電流の供給時間は短くなる傾向があると考えている。

さらには、図１５に示すパルス駆動回路において、まずカレントミラー回路の左側に注目すると、実施例４駆動時には第二の駆動電流を供給する際にはＩout１バイアス電流とＩout３第二の電流が重畳されＩout２第一の電流が停止されるので、実施例４においては、トランジスタ１（Ｔｒ１）１５７、トランジスタ３（Ｔｒ３）１５１９、トランジスタ４（Ｔｒ４）１５９の３つのトランジスタがＯＮして稼動状態となり、トランジスタ２（Ｔｒ２）１５１４はＯＦＦ状態である。

一方、比較例１においては、第二の駆動電流の供給時には、Ｉout１バイアス電流とＩout２第一の駆動電流とＩout３第二の駆動電流が重畳されるので、トランジスタ１（Ｔｒ１）１５７、トランジスタ２（Ｔｒ２）１５１４、トランジスタ３（Ｔｒ３）１５１９、トランジスタ４（Ｔｒ４）１５９の４つのトランジスタがＯＮして稼動状態となっている。これにより、上記実施例４と比較例１駆動時の電流経路における寄生容量や浮遊容量などのコンデンサ成分を比較すると、比較例１のほうがトランジスタ個数が多いのでコンデンサ容量も大きくなり、パルスに応答する駆動電流の応答速度が実施例４の方が寄生容量等が小さい分速くなると考えられる。

これに対応して、カレントミラー回路の右側のトランジスタ５（Ｔｒ５）１５１０のパルスに対応する応答駆動速度も実施例４の方が比較例１に対して早くなることが考えられ、結果的に半導体レーザダイオードの超高速駆動をするにはコンデンサ成分の少ない、典型的には寄生容量を形成するトランジスタの稼動個数が少ない駆動回路を用いる実施例４の方が、より好ましい駆動形態であると考えている。

また、出力段のトランジスタ（レーザダイオードを直接駆動する側のトランジスタ（図１５の回路例においてはトランジスタ（Ｔｒ５）１５１０に相当））は、ＮＰＮトランジスタあるいはＮチャネルトランジスタによって駆動する回路であればより好ましい。すなわち、ＮＰＮトランジスタやＮチャネルトランジスタはキャリアが電子なのでキャリアがホールのＰＮＰトランジスタあるいはＰチャネルトランジスタよりも移動度が大きく、また、遮断周波数（カットオフ周波数）も大きいので、パルス駆動電流の立ち上がり及び立ち下がり応答速度を更に早くでき、パルス発光応答立ち上がり及び立ち下がりも早くできるので、更に高速にレーザダイオードを駆動することが可能になり、より好ましい結果を得られる。

さらに、本件発明の駆動方法や駆動回路は通信系等で用いられている周波数応答特性の極めて良好な発光立ち上がり速度の速い半導体レーザダイオード（発光色は問わない）に適用することも可能であり、半導体レーザダイオードの発光立ち上がり特性の点でより好ましい結果を得られる。

従来の半導体レーザに駆動電流を供給する装置 （ａ）従来の半導体レーザ駆動電流である矩形状のパルス電流（ｂ）従来の半導体レーザ光出力の緩和振動 半導体レーザのＩ−Ｌ特性曲線と閾値電流（Ｉth） 駆動電流波形の一実施態様に関わる概略図 半導体レーザ光出力のなまりを示す模式的概念図 本発明の一実施態様に関わるレーザ駆動電流波形模式図 第２の実施例に関わる回路構成図 半導体レーザの等価回路 本発明に関わる駆動電流と光出力波形の関係を示す典型的一例 本発明の第一の駆動電流と第二の駆動電流の調整法概略図 実施例３に関わる駆動電流波形概念図と光出力応答波形 実施例４に関わる駆動電流波形概念図と光出力応答波形 実施例５に関わる駆動電流波形概念図と光出力応答波形 比較例１に関わる光出力応答波形 実施例２に関わる回路説明図 実施例３に関わる回路説明図 図１６の回路概略図に関わる動作タイミングチャート概念図 実施例１に関わる本発明の実施の形態回路接続模式構造図 図１８に示す実施例１に関わる本発明の動作タイミングチャート概念図 実施例１に関わる本発明の別の動作タイミングチャート概念図典型例 本発明の一実施形態に関わる回路ブロック概念図

符号の説明

１５１・・・スイッチ１
１５２・・・パルス１
１５３・・・スイッチ２
１５４・・・定電流源Ｉ１
１５５・・・抵抗Ｒ１
１５６・・・オペアンプ１
１５７・・・トランジスタ１
１５８・・・抵抗２
１５９・・・トランジスタ４
１５１０・・・トランジスタ５
１５１１・・・半導体レーザダイオード
１５１２・・・電流Ｉ２
１５１３・・・オペアンプ２
１５１４・・・トランジスタ２
１５１５・・・抵抗４
１５１６・・・パルス２
１５１７・・・電流Ｉ３
１５１８・・・オペアンプ３
１５１９・・・トランジスタ３
１５２０・・・抵抗６
１６１・・・スイッチ１
１６２・・・定電流源Ｉ２
１６３・・・定電流源Ｉ３
１６４・・・定電流源Ｉ１
１６５・・・抵抗Ｒ１
１６６・・・オペアンプ１ＯＰＡＭＰ１
１６７・・・トランジスタ１Ｔｒ１
１６８・・・抵抗Ｒ２
１６９・・・トランジスタ３Ｔｒ３
１６１０・・・トランジスタ４Ｔｒ４
１６１１・・・半導体レーザダイオード
１６１２・・・オペアンプ２ＯＰＡＭＰ２
１６１３・・・トランジスタ２Ｔｒ２
１６１４・・・抵抗Ｒ６
１６１５・・・パルスＰＵＬＳＥ
１８０・・・パルス発生器
１８１・・・パルスＰｕｌｓｅ１
１８２・・・パルスＰｕｌｓｅ２
１８３・・・定電流源１（Ｉ１）
１８４・・・定電流源２（Ｉ２）
１８５・・・定電流源３（Ｉ３）
１８６・・・パルス発光波形測定器
１８７・・・半導体レーザダイオード電流駆動用ＩＣ
１８８・・・ＩＣ電流出力Ｉout
１８１１・・・半導体レーザダイオード
２１１・・・パソコン（ＰＣ）
２１２・・・シリアルコミュニケーションインターフェース（Ｓｅｒｉａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：ＳＣＩ）
２１３・・・中央演算装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）
２１４・・・ディジタル・アナログ・コンバータ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＤＡＣ）
２１５・・・半導体レーザダイオード電流駆動用ＩＣ
２１６・・・可変周波数オシレータ（２）
２１７・・・可変周波数オシレータ（１）
２１８・・・ピークホールド回路（１）
２１９・・・ピークホールド回路（２）
２１１０・・・アナログ・ディジタル・コンバータ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＡＤＣ）
２１１１・・・立ち上がりエッジ検出器
２１１２・・・記憶装置（ＲＯＭなど）

Claims (12)

1. 半導体レーザダイオードを駆動回路を介して発光させる半導体レーザダイオードの駆動方法であって、
   前記半導体レーザダイオードの駆動方法は、
   前記駆動回路から前記半導体レーザダイオードに第一の駆動電流を印加する第１の工程と、
   前記第一の駆動電流に引き続いて前記駆動回路から前記半導体レーザダイオードに第二の駆動電流を印加する第２の工程と、を含み、
   前記第一の駆動電流に対応する第一の光出力と前記第二の駆動電流に対応する第二の光出力が重畳されて１パルス状光出力として出力され、
   前記第一の光出力の立ち上がり部、ピーク部、又は立ち下がり部から、前記第二の光出力が立ち上がることを特徴とする半導体レーザダイオードの駆動方法。
2. 前記第二の光出力は、前記第一の光出力の極大値から立ち上がる請求項１に記載の半導体レーザダイオードの駆動方法。
3. 前記第二の光出力は、前記第一の光出力の最大値から立ち上がる請求項１に記載の半導体レーザダイオードの駆動方法。
4. 前記第一の駆動電流の電流値が前記第二の駆動電流の電流値より小さい請求項１乃至請求項３に記載の半導体レーザダイオードの駆動方法。
5. 前記第一の駆動電流と前記第二の駆動電流に重畳してバイアス電流を供給する請求項１乃至請求項４に記載の半導体レーザダイオードの駆動方法。
6. 前記第一の駆動電流の供給時間と前記第二の駆動電流の供給時間が互いに独立した供給時間である請求項１乃至請求項５に記載の半導体レーザダイオードの駆動方法。
7. 半導体レーザダイオードと、前記半導体レーザダイオードを駆動する駆動回路と、を備える半導体レーザダイオードの発光装置であって、
   前記半導体レーザダイオードの発光装置は、
   前記駆動回路から前記半導体レーザダイオードに第一の駆動電流を印加する第１の電流印加手段と、
   前記第一の駆動電流に引き続いて前記駆動回路から前記半導体レーザダイオードに第二の駆動電流を印加する第２の電流印加手段と、
   前記第一の駆動電流に対応する第一の光出力と前記第二の駆動電流に対応する第二の光出力が重畳されて１パルス状光出力として出力される所望のデータを記憶する記憶手段と、を有し、
   前記第一の光出力の立ち上がり部、ピーク部、又は立ち下がり部から、前記第二の光出力が立ち上がることを特徴とする半導体レーザダイオードの発光装置。
8. 前記第二の光出力は、前記第一の光出力の極大値から立ち上がる請求項７に記載の半導体レーザダイオードの発光装置。
9. 前記第二の光出力は、前記第一の光出力の最大値から立ち上がる請求項７に記載の半導体レーザダイオードの発光装置。
10. 前記第一の駆動電流の電流値が前記第二の駆動電流の電流値より小さい請求項７乃至請求項９に記載の半導体レーザダイオードの発光装置。
11. 前記第一の駆動電流と前記第二の駆動電流に重畳してバイアス電流を供給するバイアス電流供給回路を備える請求項７乃至請求項１０に記載の半導体レーザダイオードの発光装置。
12. 前記第一の駆動電流の供給時間と前記第二の駆動電流の供給時間が互いに独立した供給時間である請求項７乃至請求項１１に記載の半導体レーザダイオードの発光装置。
    
    

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