JP2005209988A - Method for driving semiconductor laser and optical disk device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザの駆動方法およびそれを用いた光ディスク装置に関し、特に、半導体レーザの出射光束の一部が半導体レーザに戻るために生じるレーザノイズの増加を抑制させる半導体レーザの駆動方法およびそれを用いた光ディスク装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser driving method and an optical disk apparatus using the same, and more particularly, to a semiconductor laser driving method for suppressing an increase in laser noise caused by a part of a light beam emitted from a semiconductor laser returning to the semiconductor laser. The present invention relates to an optical disc apparatus using the above.
DVD±RW、DVD−RAMが、VTRの代替として市場を拡大しつつある。しかし、2003年度に地上波デジタル放送が始まり、2005年度にデジタルHD(High Definition)TV放送の開始が予定されているなか、映像コンテンツの記録メディアである光ディスクも、一層の大容量化が求められている。光ディスクへの大容量記録を実現する有力な手段として、短波長光源、高NA(開口数)対物レンズを用いることが挙げられ、青紫色半導体レーザと0.65以上の高NA対物レンズを用いた20GB/片面を超える光ディスクの開発も、活発に行われている。 DVD ± RW and DVD-RAM are expanding the market as alternatives to VTRs. However, as terrestrial digital broadcasting started in 2003 and digital HD (High Definition) TV broadcasting is scheduled to start in 2005, optical discs, which are recording media for video content, are required to have higher capacity. ing. An effective means for realizing large-capacity recording on an optical disk is to use a short wavelength light source and a high NA (numerical aperture) objective lens. A blue-violet semiconductor laser and a high NA objective lens of 0.65 or more were used. Development of optical discs exceeding 20 GB / single side is also being actively conducted.
光ディスク装置の光源に用いるLD(半導体レーザ)は、戻り光が無い状態では、概ね単一モードで発振するため、LD自身のレーザノイズは低い。しかし、光ディスクに記録再生を行う光ヘッドにおいては、光ディスクから反射される光束の一部が、光源であるLDに戻る。このため、光ディスクの表面とLDの端面とで外部共振器が形成され、LDの内部共振器固有の縦モードとは異なる縦モードが発生し、両者の間でのエネルギーのやり取りが生じる。このため、レーザノイズが大きく増加する。従来、このレーザノイズの低減のために、LDへの駆動直流電流に高周波電流を重畳させる方法が採られている。これにより、LDの縦モードを多数発生させて、光ディスクからの反射光束に起因した縦モードの発振を抑制し、レーザノイズを低減している。ところが、十分な高周波重畳を行ったにもかかわらず、特定の光出力においてレーザノイズの増大する現象が見出されており、そのレーザノイズが現れない条件でLDを駆動する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 An LD (semiconductor laser) used for a light source of an optical disk device oscillates in a single mode in the absence of return light, and therefore the laser noise of the LD itself is low. However, in an optical head that records and reproduces data on an optical disk, a part of the light beam reflected from the optical disk returns to the LD that is the light source. For this reason, an external resonator is formed by the surface of the optical disk and the end face of the LD, a longitudinal mode different from the longitudinal mode inherent to the internal resonator of the LD is generated, and energy is exchanged between the two. For this reason, laser noise increases greatly. Conventionally, in order to reduce the laser noise, a method of superposing a high-frequency current on a driving DC current to the LD has been adopted. As a result, a large number of longitudinal modes of the LD are generated to suppress the oscillation of the longitudinal mode caused by the reflected light beam from the optical disc, thereby reducing the laser noise. However, despite the fact that sufficient high-frequency superposition is performed, a phenomenon in which laser noise increases at a specific light output has been found, and a method for driving an LD under conditions in which the laser noise does not appear has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
図8は、該文献に掲載されている、LDのRIN(Relative Intensity Noise:相対強度雑音)と平均出射パワーとの関係を示す。用いているLDは、波長650nm帯の屈折率導波型のAlGaInP系LDである。高周波重畳オフ時でも、光ディスクからの反射光がLDに戻らなければ、RINは低い(曲線B)。しかし、反射光束の一部がLDに戻ると、レーザノイズの増加は著しく、図8に図示していないが、RIN>−110dB/Hzとなることもある。そのため、高周波重畳をオンさせ、レーザノイズの増加を抑制している(曲線A)。但し、高周波重畳がオンのときには、LDが複数の縦モードで発振しているため、それらの縦モード間で定常的なエネルギーのやり取りが生じ、曲線Bの場合と比べて、RINは高くなる。しかし、戻り光があっても、RINの、戻り光がない場合からの変化は、高周波重畳オフ時に比べればはるかに小さく、RINは、LDの平均出射パワーの増加に伴い、概ね減少傾向にあると言えるが、特定の平均出射パワーP2、P3で、極大値をとる。高周波重畳がオンの場合には、LDの発光波形はパルス状となるが、光ディスクからの戻り光があると、特定の平均出射パワーP2、P3で新しい発振モードが生じるため、高周波電流の1周期当たり2個以上のパルス状の発光が発生し、それに伴いレーザノイズが増加するためである。 FIG. 8 shows the relationship between LD RIN (Relative Intensity Noise) and average output power, which are described in this document. The LD used is a refractive index guided AlGaInP LD having a wavelength of 650 nm. RIN is low (curve B) if the reflected light from the optical disk does not return to the LD even when high-frequency superimposition is off. However, when a part of the reflected light flux returns to the LD, the laser noise increases remarkably, and although not shown in FIG. 8, RIN> −110 dB / Hz may be obtained. Therefore, high frequency superimposition is turned on to suppress an increase in laser noise (curve A). However, since the LD oscillates in a plurality of longitudinal modes when the high frequency superimposition is on, steady energy exchange occurs between these longitudinal modes, and RIN becomes higher than that in the case of the curve B. However, even when there is return light, the change in RIN from when there is no return light is much smaller than when high-frequency superimposition is off, and RIN tends to decrease as the average output power of the LD increases. It can be said that the maximum value is obtained at specific average output powers P2 and P3. When the high-frequency superimposition is on, the light emission waveform of the LD is pulsed. However, when there is return light from the optical disc, a new oscillation mode is generated with specific average output powers P2 and P3, so one cycle of the high-frequency current is generated. This is because two or more pulses of light emission are generated and laser noise increases accordingly.
上述の文献においては、このような発振モードの発生を避けるために、図8に示すように、LDの平均出射パワーをP*としたとき、P*に対するマージン±ΔP*=±0.5mWを含めた(P*±0.5)mWの範囲内にP2、P3が含まれないように高周波重畳の条件を設定している(条件1)。また、平均出射パワーが10mWより小さい場合には、高周波重畳電流の周波数fmをできるだけ高くして、P2とP3との間隔を広げてレーザノイズを低減するために、LDの緩和振動周波数frに対して、fr≧fm≧fr/5なる条件を満たすようにfmを設定している(条件2)。また、高周波電流の1周期当たりに複数のパルス状発光を発生させないために、LDの駆動電流の波形に矩形波を用い、この矩形波のトップレベルのパルス幅をWp、LDの発振遅れ時間(矩形波の立ち上がりから、LDのパルス状の発光波形の立ち上がりまでの時間)をTdとしたとき、Td+(1/fr)≦Wp≦Td+(2/fr)を満たすように、パルス幅Wpを限定している(条件3)。このとき、矩形波のトップレベルでLDを発振させ、ボトムレベルではLDを発振させないようにする。以上のような条件を満たすことで、波長650nm帯の屈折率導波型のAlGaInP系LDにおいてRINを抑制している。
しかし、記録再生が可能な光ヘッドでは、以下の条件を考慮して再生パワーを設定する必要がある。1.LDは最大定格パワー以内で使用する必要があり、最大定格パワーと光ディスクへの記録パワーから、光ヘッドの最小の光利用率(LDの出射パワーに対する対物レンズからの出射パワーの比)が定まる。光ヘッドの光利用率が、この最小の光利用率よりも大きくなるように設定され、その光利用率と光ディスクへの記録パワーとから記録時のLDの出射パワーが決まる。2.光ディスクにおける再生パワーは、記録時に記録された記録マークの再生時における消去を防止するために、前記記録パワーの1/10程度とする必要がある。このため、記録再生が可能な光ヘッドでは、再生時のLDの出射パワーを、上述の条件1を満足するように設定することが困難になる場合がある。
However, in an optical head capable of recording and reproducing, it is necessary to set the reproducing power in consideration of the following conditions. 1. The LD must be used within the maximum rated power, and the minimum light utilization rate of the optical head (ratio of the output power from the objective lens to the output power of the LD) from the maximum rated power and the recording power to the optical disc. Determined. The light utilization factor of the optical head is set to be larger than the minimum light utilization factor, and the emission power of the LD at the time of recording is determined from the light utilization factor and the recording power to the optical disc. 2. The reproduction power of the optical disc needs to be about 1/10 of the recording power in order to prevent erasure at the time of reproduction of the recording mark recorded at the time of recording. For this reason, in an optical head capable of recording and reproduction, it may be difficult to set the output power of the LD during reproduction so as to satisfy the above-mentioned
さらに、光ヘッド用の光源に、波長が390〜420nmの範囲内にある青紫色LDを想定したとき、緩和振動周波数frが1.5GHz前後となる青紫色LDがあり、その場合には、条件2を満たす高周波重畳周波数fmは、1.5GHz〜300MHzとなる。しかしながら、青紫色LDを搭載した光ヘッドにおいて、fmをこの周波数の範囲内となる、例えば、350MHzとしたとき、RINが最悪で−110dB/Hz以上と高くなる。光ディスクの再生では、RINは−125dB/Hz以下であることが望ましく、したがって、青紫色LDのfmを、条件2を満足させる値としても、必ずしも所望のRINを得ることができるわけではない。また、青紫色LDの発振遅れ時間Tdは1ns程度であり、上述のfr値1.5GHzを考慮すると、条件3を満足するWpは、1.67〜2.34nsとなる。この範囲のパルス幅の矩形波を高周波重畳の波形として用いた場合、RINは−120dB/Hzを上回る高い値となる場合があり、条件3を満足するパルス幅の矩形波でも、必ずしも所望のRINを得ることができるわけではない。よって、青紫色LDにおいては、従来技術による条件だけでは、常に所望のRINを得るということが困難になるという課題があった。
Furthermore, when a blue-violet LD having a wavelength in the range of 390 to 420 nm is assumed as the light source for the optical head, there is a blue-violet LD having a relaxation oscillation frequency fr of about 1.5 GHz. The high frequency superposition frequency fm satisfying 2 is 1.5 GHz to 300 MHz. However, in an optical head equipped with a blue-violet LD, when fm is within this frequency range, for example, 350 MHz, the RIN is worst and becomes -110 dB / Hz or higher. In the reproduction of an optical disk, it is desirable that RIN is −125 dB / Hz or less. Therefore, even if fm of blue-violet LD is a value that satisfies
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、特に青紫色LDを用いた際に、出射光束の一部が戻り光として戻る状態において良好なRINを実現できる半導体レーザの駆動方法及びそれを用いた光ディスク装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and the object thereof is a semiconductor laser capable of realizing good RIN in a state in which a part of an emitted light beam returns as return light particularly when a blue-violet LD is used. And an optical disc apparatus using the same.
上記目的を達成するため、本発明によれば、半導体レーザを、直流電流に高周波電流を重畳させた駆動電流で駆動する半導体レーザの駆動方法であって、前記半導体レーザの出射パワー波形のピーク値Pと、該波形のデューティ比Dとの比P/Dが、あらかじめ定められた閾値以上であることを特徴とする半導体レーザの駆動方法、が提供される。
そして、好ましくは、前記半導体レーザの出射パワー波形が、前記高周波電流の1周期に、孤立した単一の尖頭パルスが1回現れる波形であり、前記半導体レーザの波長が、390〜420nmの範囲にあり、前記P/Dが、350mW以上である。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a semiconductor laser driving method for driving a semiconductor laser with a driving current in which a high-frequency current is superimposed on a direct current, and a peak value of an emission power waveform of the semiconductor laser A method of driving a semiconductor laser is provided, wherein a ratio P / D between P and a duty ratio D of the waveform is equal to or greater than a predetermined threshold value.
Preferably, the emission power waveform of the semiconductor laser is a waveform in which an isolated single peak pulse appears once in one period of the high-frequency current, and the wavelength of the semiconductor laser is in a range of 390 to 420 nm. The P / D is 350 mW or more.
また、上記目的を達成するため、本発明によれば、半導体レーザを光源とする光ディスク装置であって、前記の半導体レーザの駆動方法を用いて、前記半導体レーザを駆動することを特徴とする光ディスク装置、が提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided an optical disc apparatus using a semiconductor laser as a light source, wherein the semiconductor laser is driven using the semiconductor laser driving method. An apparatus is provided.
本発明に係る半導体レーザの駆動方法は、半導体レーザの出射パワー波形のピーク値Pとデューティ比Dとの比P/Dに閾値を設け、P/D値が、この閾値以上になるように、半導体レーザの駆動電流の直流成分の大きさ、および、高周波成分の周波数と振幅とを定めて、半導体レーザの出射パワー波形が、高周波電流の1周期に、孤立した単一の尖頭パルスが1回現れる波形にするものであるから、半導体レーザのRINを低く抑えることができる。 In the semiconductor laser driving method according to the present invention, a threshold value is provided for the ratio P / D between the peak value P of the emission power waveform of the semiconductor laser and the duty ratio D, and the P / D value is equal to or greater than this threshold value. The magnitude of the direct current component of the drive current of the semiconductor laser and the frequency and amplitude of the high frequency component are determined, and the output power waveform of the semiconductor laser is one isolated single peak pulse in one cycle of the high frequency current. Since the waveform appears twice, the RIN of the semiconductor laser can be kept low.
また、本発明に係る光ディスク装置は、そのような駆動方法によって駆動される半導体レーザを光源とするものであるから、光ディスクの記録/再生、特に再生において、ノイズを低く抑えることができる。 In addition, since the optical disk apparatus according to the present invention uses a semiconductor laser driven by such a driving method as a light source, noise can be suppressed low during recording / reproduction of the optical disk, particularly reproduction.
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る半導体レーザの駆動方法を説明するためのブロック図である。波長が390〜420nmの範囲にある青紫色LD1に、高周波電流源16と定電流源15とが、それぞれ、コンデンサCとコイルLとを介して接続されている。高周波電流源16から供給される高周波電流と定電流源15から供給される一定直流電流とが重畳された駆動電流で、青紫色LD1が駆動される。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram for explaining a method of driving a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention. A high-frequency
次に、そのような駆動電流が青紫色LD1に印加されたときの、青紫色LD1の発光動作について説明する。説明の簡単のために、高周波電流源16から供給される高周波電流の波形が、矩形パルス波形である場合を考える。図2は、青紫色LD1を駆動する駆動電流と、青紫色LD1からの出射パワーとの波形図である。横軸は、時間である。図2において、駆動電流のレベルAで青紫色LD1が発光し、レベルBで青紫色LD1が発光しないように、直流電流および高周波電流の振幅が設定されている。また、駆動電流が連続してレベルAにある時間幅(パルス幅)が、駆動電流の1周期の時間幅の50%となるように設定されている。また、青紫色LD1の平均出射パワーが所望値Poとなるように、駆動電流の直流成分を青紫色LD1の閾値電流より低い値とした上で、その直流成分に重畳する高周波電流の周波数と振幅が決められる。なお、上記所望値Poは、後述するように、この青紫色LD1を光源として光ディスク装置に組み込んだ際の、光ディスク上に記録された信号を再生するときに必要な青紫色LD1の平均出射パワーに相当する。
Next, the light emission operation of the blue-violet LD1 when such a drive current is applied to the blue-violet LD1 will be described. For simplicity of explanation, consider a case where the waveform of the high-frequency current supplied from the high-frequency
図2に示されるように、青紫色LD1は、発振遅れ時間を持つために、駆動電流の矩形波の立ち上がりから少し遅れて発光を開始する。しかし、LDの緩和振動のため、青紫色LD1の出射パワーの波形は、ピーク値に到達した後、すぐに低下する。その低下するタイミングが駆動電流の立下りに概ね合致した場合、青紫色LD1の出射パワーは、速やかに0に戻る。これら出射パワーの立ち上がり、立ち下がりは、ともに青紫色LD1の応答特性により、出射パワーの波形のピーク値が高いほど急峻となるカーブを示す。従って、出射パワー波形は、尖頭ピークの鋭い尖頭波状のパルス波形になり、そのピークの前後、特に後に裾をひいた略逆鋸歯状の波形になる。例えば、駆動電流の周波数を300MHzとすると、駆動電流が連続してレベルAにある時間は、1.67nsであり、LDの応答遅れが1.5nsあるとすると、LDが発光を開始してから発光を終了するまでの最大時間幅は0.17nsと極めて短時間となり、その短時間の間だけ発光して、すぐに出射パワーが0に戻る急峻でデューティ比の小さな単一パルス発光が行なわれる。即ち、LDの出射パワー波形における単一パルスの発光開始から発光終了までの時間幅(以下、「発光継続時間幅」という)T2は、0.17nsとなる。このように、高周波電流に矩形波を用いた場合のLDの出射パワーの波形は、急峻な立ち上がり、立ち下がりを示すが、高周波電流の周波数が緩和振動周波数より低く選ばれるので、上述のように、LDの出射パワーの波形は、裾をひく。したがって、発光継続時間幅T2を底辺、LDの出射パワー波形のピークを頂点とした三角波を想定したとき、LDの出射パワーの高い部分での実際の発光時間幅は、そのパワー部分での想定された三角波の時間幅に比べてかなり短く、1つのパルスの発光エネルギーは、三角波に対して(1/2×ピークパワー×T2)で与えられるエネルギーより小さなものとなる。ここで、発光継続時間幅T2を、LDの出射パワー波形の1周期(=高周波電流の1周期)の時間幅T1で割った値(T2/T1)を、デューティ比Dと定義し、LDの出射パワー0から測ったトップレベルのパワーを、ピークパワーPと定義すると、デューティ比Dが0.1であり、ピークパワーPが60mWであっても、平均パワーは、発光波形が矩形波であると想定した場合の6mWより小さいことはもちろん、三角波であると想定した場合の3mWよりも小さくなる。実際には、ピークパワーP=60mW、デューティ比D=0.15程度の条件で、平均パワーは、2.5mW程度になる。
As shown in FIG. 2, since the blue-violet LD1 has an oscillation delay time, it starts to emit light with a slight delay from the rise of the rectangular wave of the drive current. However, due to the relaxation oscillation of the LD, the waveform of the emission power of the blue-violet LD1 decreases immediately after reaching the peak value. When the decreasing timing substantially matches the falling of the drive current, the emission power of the blue-violet LD1 quickly returns to zero. Both rising and falling of the output power show a curve that becomes steeper as the peak value of the waveform of the output power is higher due to the response characteristics of the blue-violet LD1. Accordingly, the output power waveform is a pulse waveform having a sharp peak with a peak peak, and a substantially inverse sawtooth waveform with a tail before and after the peak. For example, if the frequency of the driving current is 300 MHz, the time for which the driving current is continuously at level A is 1.67 ns, and if the LD response delay is 1.5 ns, the LD starts to emit light. The maximum time width until the end of light emission is 0.17 ns, which is a very short time. Light is emitted only during that short time, and single pulse light emission with a steep and small duty ratio that immediately returns to 0 is performed. . That is, the time width from the start of light emission to the end of light emission in the LD output power waveform (hereinafter referred to as “light emission duration width”) T2 is 0.17 ns. Thus, the output power waveform of the LD when a rectangular wave is used for the high-frequency current shows a steep rise and fall, but the frequency of the high-frequency current is selected to be lower than the relaxation oscillation frequency. The output power waveform of the LD has a tail. Therefore, when assuming a triangular wave with the light emission duration width T2 as the base and the peak of the LD output power waveform as the apex, the actual light emission time width in the portion where the LD output power is high is assumed in the power portion. The emission energy of one pulse is smaller than the energy given by (1/2 × peak power × T2) with respect to the triangular wave. Here, a value (T2 / T1) obtained by dividing the light emission duration time T2 by the time width T1 of one period (= one period of high-frequency current) of the output power waveform of the LD is defined as a duty ratio D, and the LD When the top level power measured from the
図3は、高周波電流源16から供給される高周波電流の周波数に対するRINの変化を示しており、図4は、高周波電流源16から供給される高周波電流の周波数に対する出射パワー波形のデューティ比Dとピーク値Pの変化を示している。いずれの図においても、青紫色LD1の平均出射パワーが2.5mWとなるように、各周波数において、駆動電流の直流成分の大きさと高周波成分の振幅とを調整している。なお、青紫色LD1の出射パワー波形は、その出射光束の一部をレンズで集光して、レンズの後方に配置した光ファイバーに入射し、その出力を、高速の光−電気変換素子を備えた高速の波形表示装置(例えば、サンプリング型の光オシロスコープ)に入力して観測した。
FIG. 3 shows a change in RIN with respect to the frequency of the high-frequency current supplied from the high-frequency
図3より明らかなように、RINが急激に小さくなる高周波電流の周波数領域が存在する。前述したように、光ディスク装置において良好な再生特性を実現するには、RINが−125dB/Hz以下となることが好ましい。図3における領域Aは、RINが−125dB/Hz以下となる領域である。また、図4より明らかなように、出射パワーのデューティ比Dは、領域Bで小さくなっており、出射パワーのピーク値Pは、領域Cで大きくなっている。 As is apparent from FIG. 3, there is a frequency region of a high-frequency current in which RIN decreases rapidly. As described above, RIN is preferably −125 dB / Hz or less in order to achieve good reproduction characteristics in the optical disc apparatus. Region A in FIG. 3 is a region where RIN is −125 dB / Hz or less. As is clear from FIG. 4, the duty ratio D of the output power is small in the region B, and the peak value P of the output power is large in the region C.
図5は、図4の領域B〔(b)〕、および、領域Bより低周波側〔(a)〕、高周波側〔(c)〕における、青紫色LDの出射パワー(任意単位)の時間変化を示している。領域Bより低周波側〔(a)〕にしか青紫色LDの駆動電流波形が示されていないが、領域B〔(b)〕、および、領域Bより高周波側〔(c)〕の青紫色LDの駆動電流波形も同様である。図5(b)より明らかなように、図4の領域Bでは、青紫色LDの出射パワー波形は、その1周期中に孤立した単一のピークしか持たず、その発光継続時間幅T2bが非常に狭い波形となっている。他方、図5(a)より明らかなように、図4の領域Bより低周波側では、青紫色LDの出射パワー波形は、その1周期中に2本のピークを持つ波形となり、合計した発光継続時間幅T2aの、1周期に対する割合は、図5(b)に示す領域Bの場合の発光継続時間幅T2bの、1周期に対する割合より大きくなる。図示していないが、さらに低周波側に行くにしたがい、出射パワー波形のピークの本数が3本、4本と増えていき、発光継続時間幅も、より広くなる。なお、そのように出射パワー波形に複数のピークが観察される場合には、図4のピーク値としては、最大のピーク値を用いている。さらに、図5(c)より明らかなように、図4の領域Bより高周波側では、青紫色LDの出射パワー波形は、その1周期中に単一のピークしか示さないが、そのピーク先端が飽和した形状であり、かつ、図5(a)と同様に、発光継続時間幅T2cの、1周期に対する割合は、図5(b)に示す領域Bの場合の発光継続時間幅T2bの、1周期に対する割合より大きくなる。特開平11−54826号公報に解説されているように、領域Bより低周波側での出射パワーの波形は、1周期当たり複数の緩和振動のパルスが発生していることを示しており、領域Bより低周波側では、これに伴うレーザノイズの増加が生じていると考えられる。 FIG. 5 shows the time of emission power (arbitrary unit) of the blue-violet LD in the region B [(b)] of FIG. It shows a change. The drive current waveform of the blue-violet LD is shown only on the lower frequency side [(a)] than the region B, but the blue-violet color on the higher frequency side [(c)] than the region B [(b)] The same applies to the drive current waveform of the LD. As apparent from FIG. 5B, in the region B of FIG. 4, the emission power waveform of the blue-violet LD has only a single peak isolated in one cycle, and the emission duration width T2b is very large. The waveform is very narrow. On the other hand, as is clear from FIG. 5A, on the lower frequency side than the region B in FIG. 4, the emission power waveform of the blue-violet LD becomes a waveform having two peaks in one cycle, and the total emission The ratio of the duration time T2a to one cycle is larger than the ratio of the light emission duration time T2b to one cycle in the region B shown in FIG. Although not shown in the figure, the number of peaks of the output power waveform increases to 3 and 4 as the frequency goes further, and the emission duration width becomes wider. When a plurality of peaks are observed in the output power waveform as described above, the maximum peak value is used as the peak value in FIG. Further, as is clear from FIG. 5 (c), the emission power waveform of the blue-violet LD shows only a single peak in one period on the higher frequency side than the region B in FIG. As in FIG. 5A, the ratio of the light emission duration width T2c to one period is 1 of the light emission duration time width T2b in the region B shown in FIG. 5B. It becomes larger than the ratio to the period. As described in Japanese Patent Laid-Open No. 11-54826, the waveform of the output power on the lower frequency side than the region B indicates that a plurality of relaxation oscillation pulses are generated per period. On the lower frequency side than B, it is considered that the increase in laser noise accompanying this occurs.
図6は、図4のデータより求めた出射パワーのピーク値/デューティ比(P/D)を、高周波電流源から供給される高周波電流の周波数の関数として示している。図6中の領域Aは、図3のRINが−125dB/Hz以下となる周波数領域である。 FIG. 6 shows the peak value / duty ratio (P / D) of the output power obtained from the data of FIG. 4 as a function of the frequency of the high frequency current supplied from the high frequency current source. Region A in FIG. 6 is a frequency region where RIN in FIG. 3 is −125 dB / Hz or less.
図3と図6とより、RINとP/Dとの間には、明らかな相関がある。即ち、RINが−125dB/Hz以下となる領域Aにおいて、P/Dが、他の周波数領域におけるそれに比して相対的に大きくなっている。図6より、ピーク値Pとデューティ比Dとの比P/Dを350mWより大きくすると、RINとして−125dB/Hz以下を満足できることが明らかである。LD毎の高周波重畳の特性ばらつきがあるため、周波数に対するRINの変化にLD毎の違いはあるものの、P/DとRINとの関係は前述した傾向を示し、P/Dを350mWより大きくすれば、所望のRINを得ることができる。 From FIG. 3 and FIG. 6, there is a clear correlation between RIN and P / D. That is, in region A where RIN is −125 dB / Hz or less, P / D is relatively larger than that in other frequency regions. From FIG. 6, it is clear that when the ratio P / D between the peak value P and the duty ratio D is greater than 350 mW, RIN of −125 dB / Hz or less can be satisfied. Since there is a variation in the characteristics of high frequency superposition for each LD, there is a difference in RIN with respect to frequency for each LD, but the relationship between P / D and RIN shows the above-mentioned tendency, and if P / D is made larger than 350 mW The desired RIN can be obtained.
上記条件のように、P/Dを大きく、即ち、デューティ比Dを小さく、ピーク値Pを大きくすることは、図5に照らし合わせると、青紫色LDの発光波形を、その発光波形の1周期(高周波電流の1周期)に、孤立した単一の尖頭パルスが1回現れる波形とし、他の発光波形の発生を抑制して、それらの波形間の競合によるパワーの変動、したがって、青紫色LDの平均出射パワーのゆらぎを抑え、それに伴い、RINを低く抑制すると考えられる。 Increasing P / D, that is, decreasing the duty ratio D and increasing the peak value P as in the above condition, indicates that the emission waveform of the blue-violet LD is equal to one period of the emission waveform in light of FIG. A waveform in which an isolated single peak pulse appears once in (one period of high-frequency current), suppresses the generation of other light emission waveforms, and fluctuations in power due to competition between those waveforms, and therefore blue-violet It is considered that fluctuation of the average output power of the LD is suppressed, and accordingly, RIN is suppressed low.
なお、図6において、P/Dが350mWより大きいという条件は、高周波電流の周波数で見ると、図3、図6より、230〜310MHzであり、図2に示す駆動電流(矩形パルス)のパルス幅(1/2周期)に換算すると、2.17〜1.61nsとなる。この範囲のパルス幅は従来例で示した条件3の範囲に包含されるが、従来例の条件3だけでは、前述したように、青紫色LDのRINを抑制することは難しい。
In FIG. 6, the condition that P / D is larger than 350 mW is 230 to 310 MHz from FIGS. 3 and 6 in terms of the frequency of the high-frequency current, and the pulse of the drive current (rectangular pulse) shown in FIG. When converted to a width (1/2 cycle), it is 2.17 to 1.61 ns. The pulse width in this range is included in the range of
また、青紫色LDの固体差を考慮すると、実際上使用可能な高周波電流の周波数は、200〜500MHzである。この周波数で青紫色LDを駆動させた場合、図8に示すような、RINに極大値を与える平均出射パワー間の間隔を広げて、それらに伴うレーザノイズの影響を受けずに、青紫色LDの平均出射パワーに十分のマージンを持たせることができるためには、青紫色LDの緩和振動周波数が3GHz以下で、高周波電流の周波数以上であることが好ましい。そして、これらの高周波電流の周波数における駆動電流のパルス幅は1〜2.5nsであるから、駆動電流の立ち上がりから青紫色LDの出射パワーの立ち上がりまでの時間(発振遅れ時間)は0.5〜2.5ns程度であることが、単一の尖頭パルス発光を行なわせるのに好ましい条件となる。 In consideration of the individual difference of blue-violet LD, the frequency of the high-frequency current that can actually be used is 200 to 500 MHz. When the blue-violet LD is driven at this frequency, as shown in FIG. 8, the interval between the average output powers that give a maximum value to RIN is widened, and the blue-violet LD is not affected by the laser noise associated therewith. In order to provide a sufficient margin for the average output power, it is preferable that the relaxation oscillation frequency of the blue-violet LD is 3 GHz or less and the frequency of the high-frequency current or more. Since the pulse width of the drive current at the frequency of these high-frequency currents is 1 to 2.5 ns, the time from the rise of the drive current to the rise of the emission power of the blue-violet LD (oscillation delay time) is 0.5 to About 2.5 ns is a preferable condition for causing single peak pulse emission.
なお、上記の実施の形態では、青紫色LDの駆動電流を矩形波として説明したが、青紫色LDの駆動電流が正弦波の場合でも、P/Dが350mWより大きくなるように、駆動電流の直流成分の大きさ、高周波成分の周波数、振幅を決めれば、RINを−125dB/Hz以下とすることが可能である。また、駆動電流のパルス幅が、駆動電流の1周期の時間幅の50%に限定される必要もない。 In the above embodiment, the driving current of the blue-violet LD has been described as a rectangular wave. However, even when the driving current of the blue-violet LD is a sine wave, the driving current of the driving current is set so that P / D is larger than 350 mW. By determining the magnitude of the direct current component, the frequency of the high frequency component, and the amplitude, RIN can be set to −125 dB / Hz or less. Further, the pulse width of the drive current need not be limited to 50% of the time width of one cycle of the drive current.
図7は、本発明に係る光ディスク装置の光学系のブロック図である。その光源には、図1の青紫色LD1と同様の青紫色LD11が用いられている。また、青紫色LD11には、図1に示した定電流源15、高周波電流源16、および、それらにそれぞれ接続されたコイルL、コンデンサCよりなるLD駆動回路と同様のLD駆動回路6が接続されている。LD駆動回路6によって駆動されて青紫色LD11から出射した直線偏光の光束は、コリメータレンズ22により平行光束となり、偏光ビームスプリッタ23へ入射する。ここで、紙面左右方向をX方向、紙面上下方向をZ方向、X方向およびZ方向に直交する方向をY方向とする。偏光ビームスプリッタ23は、P偏光、即ち、Z方向に偏光軸を有する直線偏光を透過させ、S偏光、即ち、Y方向に偏光軸を有する直線偏光を反射させる。青紫色LD11の出射光束は、P偏光となるように調整されているので、偏光ビームスプリッタ23を透過する。偏光ビームスプリッタ23を透過した光束は、1/4波長板25で円偏光となり、ミラー26でその進行方向を90度曲げられ、対物レンズ27によって光ディスク28の記録面上に集光された後、光ディスクによって反射される。光ディスク28で反射した光束は、対物レンズ27によって再び平行光束となり、ミラー26を経て、1/4波長板25を通った後、偏光方向が往路光束に対して90度回転した直線偏光となり、S偏光となって偏光ビームスプリッタ23に入射する。したがって、その光束は偏光ビームスプリッタ23で反射し、再集光レンズ29へ入射する。そして、この光束は、再集光レンズ29で集光され、光検出器31に入射する。光検出器31は、図示していない複数の受光素子で構成されており、各々の受光素子からの検出信号を用いて、フォーカスおよびトラック誤差信号、および、再生信号が生成される。
FIG. 7 is a block diagram of an optical system of the optical disc apparatus according to the present invention. As the light source, a blue-
青紫色LD11の出射パワー波形において、ピーク値Pとデューティ比Dとの比P/Dが350mWより大きくなるように、青紫色LD11を駆動するLD駆動回路6において、駆動電流の直流成分の大きさ、高周波成分の周波数及び振幅を設定する。これにより、RINを−125dB/Hz以下とすることができ、光ディスク装置における再生特性の改善が可能となる。
In the
以上の説明において、半導体レーザとして、波長が390〜420nmである青紫色LDを用いたが、本発明の半導体レーザの駆動方法および光ディスク装置において、半導体レーザは、青紫色LDに限られるわけではなく、どのような半導体レーザであってもよい。その場合、半導体レーザの出射パワー波形のピーク値Pとデューティ比Dとの比P/Dが、用いられた半導体レーザに固有の閾値以上になるように、半導体レーザの駆動電流の直流成分の大きさ、高周波成分の周波数及び振幅が設定される。 In the above description, a blue-violet LD having a wavelength of 390 to 420 nm is used as the semiconductor laser. However, in the semiconductor laser driving method and the optical disk apparatus of the present invention, the semiconductor laser is not limited to the blue-violet LD. Any semiconductor laser may be used. In that case, the DC component of the drive current of the semiconductor laser is large so that the ratio P / D between the peak value P of the output power waveform of the semiconductor laser and the duty ratio D is equal to or greater than the threshold inherent to the semiconductor laser used. The frequency and amplitude of the high frequency component are set.
1、11 青紫色LD
6 LD駆動回路
15 定電流源
16 高周波電流源
22 コリメータレンズ
23 偏光ビームスプリッタ
25 1/4波長板
26 ミラー
27 対物レンズ
28 光ディスク
29 再集光レンズ
31 光検出器
1,11 Blue-violet LD
6
Claims (7)
An optical disc apparatus using a semiconductor laser as a light source, wherein the semiconductor laser is driven using the semiconductor laser driving method according to claim 1.
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