JP2006278926A - 半導体レーザの駆動制御装置及び駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ加工、切断、物理計測、光サンプリング等に使用される短光パルスを容易に最適条件で半導体レーザから出力させる半導体レーザの駆動制御装置を提供すること。
【解決手段】半導体レーザ１２に短光パルスを発生させるレーザ駆動電流として所定の周期関数成分と直流バイアス成分を含む電流を出力する駆動電流制御部３３，３４と、半導体レーザ１２の光出力を監視する光電変換素子１３と、光電変換素子１３の出力信号に基づいて半導体レーザ１２の光出力を監視するレーザ出力モニタ部３２と、駆動電流制御部３３，３４の直流駆動電流に対するレーザ出力モニタ部３２の出力の変化量が急峻に変化する条件におけるレーザ駆動電流の直流バイアス成分を基準値Ｉ₀ とし、該基準値Ｉ₀ から所定値を変更した値を最適なバイアス成分Ｉs になるように駆動電流制御部３３，３４を制御する制御部３０とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザの駆動制御装置及び駆動制御方法に関し、より詳しくは、レーザ加工、切断、物理計測、光サンプリング等に使用される短光パルスを出力させる半導体レーザの駆動制御装置及び駆動制御方法に関する。

半導体レーザをステップ状の電流で駆動すると、半導体レーザの発振開始時に緩和振動が発生する。この緩和振動の１周期が終わった時点で電流注入を停止することにより短光パルスを半導体レーザから出力させることができる。そして、この過程を繰り返すことにより、周期的に短光パルスを発生させることができる。

そのような半導体レーザの注入電流の変化により半導体レーザの利得を急激に変化させて発振の開始と停止を行う方法は、利得スイッチングと呼ばれている。利得スイッチング効果により短光パルスを発生させるためには、半導体レーザの利得が大きくなる周期が緩和振動の１周期とほぼ等しくなるようにレーザ駆動電流を最適化する必要がある。

半導体レーザから短光パルスを出力させるためのレーザ駆動電流としてパルス電流を使用すると、そのパルス電流よりも狭いパルス幅の短光パルスを出力できることが下記の特許文献１に記載されている。

最適条件での短光パルスのパルス幅は緩和振動周波数で決まり、例えばレーザ駆動電流のパルス幅が数百ｐｓの場合に、それより短い数十ｐｓのパルス幅を持つ短光パルスを半導体レーザから出力させることができる。

例えば、発振閾値電流が数十ｍＡ、中心波長が１５５０ｎｍのＤＦＢ（distributed feedback）半導体レーザを有するレーザモジュールを用いて利得スイッチング効果により発生させた短光パルスの波形は、図９に示すようになり、そのパルス幅は約３０ｐｓであった。この場合のレーザ駆動条件は、半導体レーザに注入する直流のバイアス電流が１０ｍＡであり、バイアス電流に重畳させるパルス電流の振幅が４０ｍＡ、パルス電流のパルス幅が４００ｐｓであり、さらにパルス電流の繰り返し周期が５００ＭＨｚであった。

短光パルスの発生周期は、パルス電流の繰り返し周期を変えることにより制御することができる。
特開２００３−３１５４５６号公報

しかし、バイアス電流の大きさとパルス電流の振幅及びそのパルス幅を一定にして半導体レーザを駆動しても、短光パルスの波形はパルス電流の繰り返し周期の違いによって図１０（ａ）〜（ｄ）のように異なってくる。図１０（ａ）〜（ｄ）の短光パルスは、半導体レーザに注入するバイアス電流を１５ｍＡとし、半導体レーザに注入するパルス電流の振幅を４０ｍＡ、そのパルス幅を４００ｐｓに設定した条件であって、パルス電流の繰り返し周波数だけを変えて出力された。

図１０（ａ）、（ｂ）に示すようにパルス電流の繰り返し周波数が１０ＭＨｚ、１００ＭＨｚの場合には、短光パルスの振幅が小さく、短光パルスの立ち上がりは遅く、かつ緩和振動後にも光出力が長く続いている。これは、パルス電流入力時の半導体レーザ中のキャリア密度がパルス電流の繰り返し周波数により異なること、若しくは、パルス電流発生源と半導体レーザの間に入れるカップリングコンデンサの時定数に起因すると考えられる。

また、図１０（ｃ）、（ｄ）に示すようにパルス電流の繰り返し周波数が２５０ＭＨｚ、５００ＭＨｚと高い場合には、光パルスの立ち上がりが速く、緩和振動後の光出力の減衰時間が短く、短光パルスの振幅が大きく、好ましい波形が得られる。

従って、所望の周波数で最適な波形の短光パルスを半導体レーザから出力させるためには、電流パルスの繰り返し周波数毎に最適なバイアス電流及び電流パルスの条件を探す必要がある。

しかし、半導体レーザに注入される電流パルスの繰り返し周波数毎に半導体レーザ前端から出射される短光パルスの波形を図１０に示すように測定して最適なバイアス電流及びパルス電流を見つけることは時間と費用がかかりすぎて現実的ではない。しかも、半導体レーザの特性が経年変化により異なることも予想され、この場合には改めて最適条件を探す必要がある。

本発明の目的は、短光パルスを容易に最適条件で発生させることができる半導体レーザの制御装置及び制御方法を提供することにある。

上記の課題を解決するための本発明の第１の態様は、半導体レーザに短光パルスを発生させるレーザ駆動電流として所定の周期関数成分と直流バイアス成分を含む電流を出力する駆動電流制御部と、前記半導体レーザの光出力を監視する光電変換素子と、前記光電変換素子の出力信号に基づいて前記半導体レーザの前記光出力を監視するレーザ出力モニタ部と、前記駆動電流制御部の前記直流駆動電流に対する前記レーザ出力モニタ部の出力の変化量が急峻に変化する条件における前記直流駆動電流の前記直流バイアス成分を基準値とし、該基準値から所定値を変更した値を前記バイアス成分として設定させる制御信号を前記駆動電流制御部に出力する制御部とを有することを特徴とするである。

本発明の第２の態様は、第１の態様の半導体レーザの駆動制御装置において、前記駆動電流制御部が、前記半導体レーザに前記直流バイアス成分を出力するバイアス電流制御部と、前記半導体レーザに前記所定の周期関数成分を出力する周期関数波電流源とを有することを特徴とする。

本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様の半導体レーザの駆動制御装置において、前記光電変換素子が、前記半導体レーザの後端から出力される光を受光する位置に取り付けられていることを特徴とする。

本発明の第４の態様は、第１又は第２の態様の半導体レーザの駆動制御装置において、前記光電変換素子は、前記半導体レーザの前端から出力される前記短光パルスの一部を受光する状態に取り付けられていることを特徴とする。

本発明の第５の態様は、第２乃至第４の態様のいずれか１つの半導体レーザの駆動制御装置において、前記周期関数波電流源が、カップリングコンデンサを介して前記半導体レーザに接続されていることを特徴とする。

本発明の第６の態様は、所定の周期関数成分と直流バイアス成分を含むレーザ駆動電流を半導体レーザに注入するとともに前記半導体レーザの光出力を監視用の光電変換素子により電気信号に変換し、前記レーザ駆動電流に対する前記電気信号の変化量が急峻に変化する条件における前記レーザ駆動電流の前記直流バイアス成分を基準値とし、前記基準値から所定値を変更した値に前記直流バイアス成分を設定した前記レーザ駆動電流を短光パルス出射用レーザ駆動電流として設定することを特徴とする半導体レーザの駆動制御方法である。

本発明によれば、半導体レーザに短光パルスを発生させるレーザ駆動電流として所定の周期関数成分と直流バイアス成分を含む電流を半導体レーザに注入するとともに、半導体レーザの光出力を光電変換素子により電気信号に変換して監視しながら、レーザ駆動電流の直流バイアス成分に対する光電変換素子の電気信号が急峻に変化する条件における直流バイアス成分を基準値とし、この基準値から所定値を変更した値に直流バイアス成分を調整している。

そのような値の直流バイアス成分と所定の周期関数成分を含むレーザ駆動電流を半導体レーザに注入すると、最適な短光パルスが生成されることが実験により明らかになった。これにより、半導体レーザから出力される短光パルスの波形を調べてレーザ駆動電流の最適条件を見つける必要もないし、半導体レーザ特性の経年変化や、レーザ駆動電流源と半導体レーザの間に接続されるカップリングコンデンサの影響などを考慮する必要もない。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ駆動制御装置の構成図を示している。

図１において、レーザモジュール１０のケーシング１１内には、先端から短光パルスを放出し得る半導体レーザ１２と、半導体レーザ１２の後端から出射される光を受光する位置に配置されてその光を電流（電気信号）に変換する光電変換素子であるフォトダイオード１３と、半導体レーザ１２の温度を調整するペルチェ素子等のＴＥＣ（thermoelectric cooler）１４と、半導体レーザ１２の温度を検出するサーミスタ１５と、半導体レーザ１２のｎ側電極（カソード）に一端が接続されるインピーダンスマッチング用抵抗１６と、そのｎ側電極に一端が接続されるバイアスＴ用インダクタ１７とを有している。半導体レーザ１２として例えばＤＦＢ半導体レーザが使用されている。

ケーシング１１の一側部と他側部にはそれぞれピン２０ａ〜２０ｍが間隔をおいて取り付けられている。

ケーシング１１の内側の一側部において、第１、第２ピン２０ａ，２０ｂにはＴＥＣ１４の２つの端子がそれぞれ接続され、第３、第４ピン２０ｃ，２０ｄにはフォトダイオード１３の２つの端子がそれぞれ接続され、第５ピン２０ｅにはバイアスＴ用インダクタ１７の他端が接続され、さらに、第６、第７ピン２０ｆ，２０ｇにはサーミスタ１５の２つの端子がそれぞれ接続されている。

また、ケーシング１１の内側の他側部において、第１１ピン２０ｋには半導体レーザ１２のｐ側電極（アノード）が接続され、第１２ピン２０ｍにはインピーダンスマッチング抵抗１６の他端が接続されている。

レザーモジュール１０の各ピン２０ａ〜２０ｍは、それぞれ外部の回路に接続されている。即ち、第１、第２ピン２０ａ，２０ｂはＴＥＣ制御部３１の出力端に接続され、第６、第７ピン２０ｆ、２０ｇはＴＥＣ制御部３１の入力端に接続されている。また、第３、第４ピン２０ｃ，２０ｄはレーザバックファセット電流（ＢＦＣ：back facet currenta ）モニタ部３２の入力端に接続され、第５ピン２０ｅはレーザバイアス電流制御部３３の出力端に接続されている。また、第１２ピン２０ｍは、カップリングコンデンサ１８を介してパルス電流源３４の出力端に接続されている。

なお、第８、第９ピン２０ｈ，２０ｉと第１１ピン２０ｋには定電圧Ｖccが印加されており、半導体レーザの１２のｐ側電極とケーシング１１の電圧を定電圧に保持している。

ＴＥＣ制御部３１は、サーミスタ１５によって検出された半導体レーザ１２の温度データを入力する一方、その温度データに基づいてＴＥＣ１４の冷却温度を目標値になるように調整するように構成されている。ＴＥＣ制御部３１の冷却温度の目標値は、制御部３０から出力される制御信号に基づいて設定される。

レーザＢＦＣモニタ部３２は、半導体レーザ１２の後端から出力される光を電流に変換するフォトダイオード１３の出力電流信号を増幅して制御部３０に出力するように構成されている。また、レーザＢＦＣモニタ部３２から出力されるレーザファセット電流Ｉ_BFは、制御部３０によって平均化されて任意の単位時間当たりの電流量に換算される。

レーザバイアス電流制御部３３は、制御回路３０からの制御信号によって設定される大きさの直流バイアス電流Ｉを第５ピン２０ｅ及びバイアスＴ用インダクタ１７を介して半導体レーザ１２のカソードに注入するように構成されている。

パルス電流源３４は、制御回路３０からの制御信号によって設定される繰り返し周波数、パルス幅、振幅を持つパルス電流Ｉ_p をカップリングコンデンサ１８及びインピーダンスマッチング抵抗１６を介して半導体レーザ１２のカソードに注入するように構成されている。これにより、パルス電流Ｉ_pはレーザバイアス電流Ｉに重畳される。パルス電流Ｉ_p の繰り返し周波数、振幅、パルス幅（デューティー比）は、制御部３０からの信号によって制御される。

なお、第８、第９、第１１ピン２０ｈ，２０ｉ，２０ｋには、定電圧源により電圧Ｖccが印加され、これにより半導体レーザ１２のアノードは定電圧になり、また、第８、第９ピン２０ｈ，２０ｉに接続されるケーシング１１も電圧Ｖccになる。

次に、上述した半導体レーザ駆動装置を使用して半導体レーザ１２の出力端から出力される短光パルスの制御について説明する。なお、以下に説明する半導体レーザ１２として、発振閾値電流が数十ｍＡ、中心波長が１５５０ｎｍのＤＦＢ半導体レーザを使用しているが、これに限られるものではない。

まず、パルス電流源３４から半導体レーザ１２に出力されるパルス電流Ｉ_p の繰り返し周波数を１０ＭＨｚ、パルス幅を４００ｐｓ、パルス電流振幅を４０ｍＡに設定し、また、レーザバイアス電流制御部３３から半導体レーザ１２に入力される直流バイアス電流Ｉを変化することにより、短光パルスのバイアス電流依存性を測定したところ、図２に示すような結果が得られた。図２によれば、バイアス電流が変わるにつれて短光パルスの波形が変化することがわかる。

図２において、バイアス電流Ｉが１５ｍＡの場合には、短光パルス要素以外の無駄な光エネルギーの比率が高くなる。また、図に示していないがバイアス電流Ｉが１５ｍＡ以上になると短光パルスが実質的に得られなくなる。また、バイアス電流Ｉが５ｍＡ、１０ｍＡの場合には緩和振動後に光出力が長く続いている。一方、バイアス電流Ｉが１ｍＡ以下になると短光パルスの振幅が小さくなる。

これに対して、バイアス電流Ｉが３ｍＡの場合には、振幅が高くて立ち下がりの速い短光パルスが半導体レーザ１２から出力された。

従って、パルス電流源３４からのパルス電流Ｉ_p の繰り返し周波数が１０ＭＨｚの場合には、短光パルス強度振幅が強く且つ光出力時間の短い好ましい短光パルスを得る上で最適なバイアス電流Ｉ_bは３ｍＡ又はその付近であることがわかる。

このようなバイアス電流Ｉ_bの最適点を繰り返し周波数の違いに応じて見つけることができれば、最適な短光パルスを得ることが可能である。

パルス電流Ｉ_p の繰り返し周波数に応じてバイアス電流Ｉ_bを最適化するために、レーザモジュール１０に接続されるレーザＢＦＣモニタ部３２を用いて、レーザバイアス電流制御部３３から出力されるバイアス電流ＩとレーザＢＦＣから出力されるバックファセット電流Ｉ_BFの関係を調べたところ図３に示すような特性線が得られた。

図３の測定では、半導体レーザ１２に注入されるパルス電流Ｉ_p の繰り返し周波数を１０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、２５０ＭＨｚ、５００ＭＨｚと変え、それぞれの繰り返し周波数についてバイアス電流Ｉの大きさを変化させた。

図３によれば、１０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、２５０ＭＨｚ、５００ＭＨｚのいずれの繰り返し周波数においてもバイアス電流−ＢＦＣ特性線の傾きが急峻に変化し始める点又は領域が存在することがわかる。

その点又は領域は、１０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、２５０ＭＨｚ、５００ＭＨｚのそれぞれについて１２〜１３ｍＡ、１４〜１５ｍＡ、１７〜１８ｍＡ、２１〜２２ｍＡである。

図３において、バイアス電流−ＢＦＣ特性線の傾きが大きく変わり始めるバイアス電流Ｉの点又はその付近における短光パルスの波形と、その点から一律にバイアス電流を１０ｍＡ小さくした点での短光パルスの波形を調べたところ、図４（ａ）〜（ｄ）に示すような波形が得られた。なお、パルス電流Ｉ_p の振幅は４０ｍＡ、パルス電流Ｉ_p のパルス幅は４００ｐｓに設定された。また、パルス電流Ｉ_p は、繰り返し周波数の変更によりデューティー比が変わることになる。

図４（ａ）において、バイアス電流Ｉが１２ｍＡの場合には短光パルスの振幅が大きいが、バイアス電流Ｉが１３ｍＡになると短光パルスの振幅が大幅に減少した。従って、繰り返し周波数が１０ＭＨｚのバイアス電流−ＢＦＣ特性線の傾きの急峻な変化点のバイアス電流Ｉは１３ｍＡであり、最適なバイアス電流Ｉs は３ｍＡである。

図４（ｂ）において、バイアス電流Ｉが１４ｍＡの場合には短光パルスの振幅が大きいが、バイアス電流Ｉが１５ｍＡになると短光パルスの振幅が大幅に減少した。従って、繰り返し周波数が１００ＭＨｚのバイアス電流−ＢＦＣ特性線の傾きの急峻な変化点のバイアス電流Ｉは１５ｍＡであり、最適なバイアス電流Ｉs は５ｍＡである。

図４（ｃ）において、バイアス電流Ｉが１７ｍＡの場合には短光パルスの振幅が大きいが、バイアス電流Ｉが１８ｍＡになると短光パルスの振幅が大幅に減少した。従って、繰り返し周波数が２５０ＭＨｚのバイアス電流−ＢＦＣ特性線の傾きの急峻な変化点のバイアス電流Ｉは１８ｍＡであり、最適なバイアス電流Ｉs は８ｍＡである。

図４（ｄ）において、バイアス電流Ｉが２１ｍＡの場合には短光パルスの振幅が大きいが、バイアス電流Ｉが２２ｍＡになると短光パルスの振幅が大幅に減少した。従って、繰り返し周波数が５００ＭＨｚのバイアス電流−ＢＦＣ特性線の傾きの急峻な変化点のバイアス電流Ｉは２２ｍＡであり、最適なバイアス電流Ｉs は１２ｍＡである。

図４（ａ）〜（ｄ）によれば、バイアス電流−ＢＦＣ特性線の傾きが大きく変化する点を基準にして、その点からバイアス電流Ｉを一律に１０ｍＡ小さくした大きさで半導体レーザ１２に注入すると、最適なパルス幅でパルス振幅の短光パルスが得られることがわかる。なお、図４（ａ）〜（ｄ）において、バイアス電流−ＢＦＣ特性線の傾きが大きく変化する点は、図３に示す各特性線毎に表れる２つの直線の交点となっている。

従って、半導体レーザ１２に注入するパルス電流の所定の繰り返し周波数について、バイアス電流−ＢＦＣ特性線の急峻な変化点におけるバイアス電流Ｉの値を基準値Ｉ₀ とし、その基準値Ｉ₀ から所定電流値σを引いた（Ｉ₀−σ）をバイアス電流の最適値Ｉs とすることにより、パルス振幅が大きく且つ緩和振動による裾引きの少ない短光パルスを半導体レーザ１２から出射させることができる。なお、所定電流σの値は上記の１０ｍＡに限られるものではなく、半導体レーザ１２の発振閾値が異なってくればその数値も変わる。

以上のことから、半導体レーザ１２の前端から出力される短光パルスの波形を見るのではなくて、半導体レーザ１２の後端から出る光をフォトダイオード１３により受光し、そのフォトダイオード１３から出力される電流値をデータとして使用し、その電流値のデータに基づいて演算することにより最適なバイアス電流Ｉs を求めることができる。

次に、半導体レーザ１２に注入されるパルス電流Ｉ_p の繰り返し周期に対する最適なバイアス電流Ｉs を設定する方法の一例を説明する。その方法を実行するための手順は、例えば図５〜図８に示すフローチャートに従い、そのフローチャートは制御回路３０にインストールされたプログラムに従って実行される。

まず、図５に示すように、制御回路３０は、パルス電流源３４の出力を所定値に設定した状態で、レーザバイアス電流制御部３３から出力させるバイアス電流Ｉを設定範囲（Ｉa ＜Ｉ＜Ｉb ）の最小値Ｉa に設定し、この場合のレーザＢＦＣモニタ部３２からのバックファセット電流Ｉ_BFを入力する。これにより、バイアス電流Ｉ＝Ｉa とバックファセット電流Ｉ_BFのデータを関連付けて制御回路３０内のメモリに記録する。続いて、直前の測定条件のバイアス電流Ｉに微小値εを加えてＩ＋εに設定し、その設定値が最大値Ｉb より大きいかを判断し、小さい場合にはバイアス電流レーザＢＦモニタ部３２からバックファセット電流Ｉ_BFを入力し、バイアス電流Ｉ＝Ｉ＋εとバックファセット電流Ｉ_BFのデータを関連付けてメモリに記録する。さらに、直前に記録されたバイアス電流Ｉに微小値εを加えてＩ＞Ｉbとなるまで、微小値ε増加毎にバックファセット電流Ｉ_BFのデータを取り込んで、バイアス電流Ｉとバックファセット電流Ｉ_BFのデータを関連付けてメモリに記憶する。これにより、制御回路３０は、図３に示すバイアス電流−ＢＦＣ特性線のプロットのデータを記憶することになる。

さらに、バイアス電流Ｉ＝Ｉ＋ε＞Ｉbとなった時点で、制御回路３０は、バイアス電流Ｉとバックファセット電流Ｉ_BFのデータに基づいて、図３に示すバイアス電流−ＢＦＣ特性線の傾きを算出する。即ち、図６に示すように、既に記録されたバイアス電流のデータから値ｘを取り出す。その値ｘの初期値として、バイアス電流設定範囲の最小値Ｉa を適用する。そのバイアス電流の値ｘと値ｘ＋εに対応するバックファセット電流は、制御回路３０のメモリデータによればＩ_BF（Ｉ＝ｘ）とＩ_BF（Ｉ＝ｘ＋ε）であり、バイアス電流がｘからｘ＋εに増加する場合のバイアス電流−ＢＦＣ特性線の傾きＳ（ｘ）は次のように定義できる。

Ｓ（ｘ）＝（Ｉ_BF（Ｉ＝ｘ＋ε）−Ｉ_BF（Ｉ＝ｘ））／ε

そこで、最初にｘ＝Ｉa における傾きＳ（Ｉa ）のデータを記録する。その後、さらにバイアス電流をεずつ増加させてｘ＜Ｉb の条件を満たさなくなるまでそれぞれ傾きＳ（ｘ）の計算と記録を順次行う。傾きＳ（ｘ）の記録はバイアス電流ｘと対応させて行われる。

次に、制御回路３０は、図３に示すバイアス電流−ＢＦＣ特性線の傾きが大きく変化する点、即ちＳ（ｘ）が急峻に変化し始めるバイアス電流の基準値Ｉ₀ を算出する。例えば図７に示すように、既に記録されたバイアス電流のデータから値ｘを取り出す。その値ｘの初期値の傾きＳ（Ｉa ）に対して傾きＳ（ｘ）が所定の値δより大きくなるバイアス電流ｘの最小の値をサーチしてこれを基準値Ｉ₀ として記録する。

次に、制御回路３０は、図８に示すように、記録したバイアス電流の基準値Ｉ₀ に基づいて最適なバイアス電流Ｉs ＝Ｉ₀ −σを計算し、その大きさのバイアス電流Ｉs を半導体レーザ１２に出力させる制御信号をレーザバイアス電流制御部３３に出力する。

以上により、レーザバイアス電流制御部３３とレーザＢＦＣモニタ部３２の出力信号に基づいてバイアス電流−ＢＦＣ特性線を求め、その特性線の傾きの急峻な変化点のバイアス電流の値から所定値σをずらしてバイアス電流の最適値とすることにより、最良の短光パルスを半導体レーザから出力させることができる。この場合には、最適値をサーチするために半導体レーザ１２の前端から出射される短光パルスの波形を見る必要はない。

なお、半導体レーザ１２の後端から出射される光をモニタするのではなく、その前端から出射される光の一部をフォトダイオード１３、またはレーザモジュール１０の外部に別途設けるフォトダイオードにより受光してレーザＢＦＣモニタ部３２に入力させてフィードバックすることでも、半導体レーザ１２から最適な短光パルスを出射させる条件を同様に設定することができる。

ところで、上述した半導体レーザ駆動制御装置においては、パルス電流源３４とレーザバイアス電流制御部３３を別個に設けることによりパルス成分を含むレーザ駆動電流を半導体レーザ１２に注入するようにしているが、それらの代わりにパルス状の交流成分を含む直流電流を出力できる電流源を用いてもよい。また、上述したパルス電流源３４の代わりに正弦波、ノコギリ波などの周期関数電流を出力する周期関数波電流源を用いてもよい。

さらに、バイアス電流と周期関数電流を別に設ける代わりに、パルス電流や正弦波電流の振幅を含む直流電流を制御することによっても短光パルスの最適化が可能である。

図１は、本発明の実施形態に係る半導体レーザの駆動制御装置の回路図である。 図２は、本発明の実施形態に係る半導体レーザの駆動制御装置を用いて半導体レーザから短光パルスを出力させるために半導体レーザに注入するバイアス電流を異ならせた場合の短光パルスの波形図である。 図３は、本発明の実施形態に係る半導体レーザの駆動制御装置を用いて得られるバックファセット電流とバイアス電流の関係を示す特性図である。 図４（a）〜（ｄ）は、図３に示す４種類のパルス電流毎のバックファセット電流・バイアス電流特性線の傾きが急峻に変換する点とその付近のバイアス電流と最適バイアス電流の各々の短光パルスの波形図である。 図５は、本発明の実施形態に係る半導体レーザの駆動方法を示すフローチャート（その１）である。 図６は、本発明の実施形態に係る半導体レーザの駆動方法を示すフローチャート（その２）である。 図７は、本発明の実施形態に係る半導体レーザの駆動方法を示すフローチャート（その３）である。 図８は、本発明の実施形態に係る半導体レーザの駆動方法を示すフローチャート（その４）である。 図９は、半導体レーザから出力される短光パルスの一例を示す波形図である。 図１０は、半導体レーザから短光パルスを出力させるために半導体レーザに注入するパルス電流の繰り返し周波数を異ならせた場合の短光パルスの波形図である。

符号の説明

１０：レーザモジュール
１１：ケーシング
１２：半導体レーザ
１３：フォトダイオード
１４：ＴＥＣ
１５：サーミスタ
１６：インピーダンスマッチング抵抗
１７：バイアスＴ用インダクタ
１８：カップリングコンデンサ
３０：制御部
３１：ＴＥＣ制御部
３２：レーザＢＦＣモニタ部
３３：レーザバイアス電流制御部
３４：パルス電流源

Claims (6)

1. 半導体レーザに短光パルスを発生させるレーザ駆動電流として所定の周期関数成分と直流バイアス成分を含む電流を出力する駆動電流制御部と、
   前記半導体レーザの光出力を監視する光電変換素子と、
   前記光電変換素子の出力信号に基づいて前記半導体レーザの前記光出力を監視するレーザ出力モニタ部と、
   前記駆動電流制御部の前記直流駆動電流に対する前記レーザ出力モニタ部の出力の変化量が急峻に変化する条件における前記直流駆動電流の前記直流バイアス成分を基準値とし、該基準値から所定値を変更した値を前記バイアス成分として設定させる制御信号を前記駆動電流制御部に出力する制御部とを有することを特徴とする半導体レーザの駆動制御装置。
2. 前記駆動電流制御部は、前記半導体レーザに前記直流バイアス成分を出力するバイアス電流制御部と、前記半導体レーザに前記所定の周期関数成分を出力する周期関数波電流源とを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザの駆動制御装置。
3. 前記光電変換素子は、前記半導体レーザの後端から出力される光を受光する位置に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザの駆動制御装置。
4. 前記光電変換素子は、前記半導体レーザの前端から出力される前記短光パルスの一部を受光する状態に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザの駆動制御装置。
5. 前記関数波電流源は、カップリングコンデンサを介して前記半導体レーザに接続されていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１つに記載の半導体レーザの駆動制御装置。
6. 所定の周期関数成分と直流バイアス成分を含むレーザ駆動電流を半導体レーザに注入するとともに前記半導体レーザの光出力を監視用の光電変換素子により電気信号に変換し、
   前記レーザ駆動電流に対する前記電気信号の変化量が急峻に変化する条件における前記レーザ駆動電流の前記直流バイアス成分を基準値とし、
   前記基準値から所定値を変更した値に前記直流バイアス成分を設定した前記レーザ駆動電流を短光パルス出射用レーザ駆動電流として設定する
   ことを特徴とする半導体レーザの駆動制御方法。
   

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