JP2007165382A

JP2007165382A - レーザーダイオード駆動装置

Info

Publication number: JP2007165382A
Application number: JP2005356151A
Authority: JP
Inventors: Osamu Fujiwara; 修藤原
Original assignee: MICRO PREC KK; MICRO PRECISION KK
Current assignee: MICRO PREC KK; MICRO PRECISION KK
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2007-06-28

Abstract

【課題】高周波特性が優れ、線形駆動が可能な、レーザーダイオード駆動装置を提供する。
【解決手段】レーザ−ダイオード１と、前記レーザーダイオード１のバイアス電流を設定する信号を生成する基準電源３と、一方の入力端に前記バイアス電流を設定する信号を入力し、他方の入力端に前記レーザーダイオード１を駆動する信号を入力するオペアンプ４と、前記オペアンプ４の出力により駆動され、前記レーザーダイオード１に所要の電流を供給する電圧電流変換素子５と、を備えたことレーザーダイオード駆動装置により前記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、線形駆動に好適なレーザーダイオード駆動装置に関し、特にその高周波特性の改善に関するものである。

発光強度を可変して信号を送る短距離光通信、レーザープリンタにおける階調制御装置、レーザー光を用いて画像を表示する表示装置、レーザー光を応用した距離計測システム、光伝送路試験に用いる光パワー測定器等の用途では、レーザー光の発光強度を制御する必要がある。

これらの用途において、レーザーダイオードにより光信号を出力する手法として、発光強度を線形に調整し出力する手法がある。

ところが、一般的に増幅回路、特にオペアンプを使用した回路では、内部増幅回路ブロックの構成段数が増えれば高周波特性が悪化することは知られている。従来のレーザーダイオード駆動技術では、図４（特許文献１）に示すように、誤差増幅器→制御回路→ドライバ回路と増幅回路を少なくとも３段以上接続しており、ＯＮ／ＯＦＦで信号を形成するディジタル信号の増幅では問題にならないものの、線形増幅を行う場合には、高周波特性の劣化が著しい。

また、従来の回路では、外部信号によりレーザーダイオードを駆動するための駆動回路と、バイアス電流を流すためのバイアス回路を別個に形成し、レーザーダイオードに接続していた。これは、ディジタル変調では、ディジタル信号によりレーザーダイオードをスイッチ素子によりＯＮ／ＯＦＦ制御して高速化を図るため、直流的な動作が必要なバイアス回路を別途設ける必要があったためである。バイアス回路を別途設ける技術は、特許文献２ないし５など多くの例があり一般的に利用されている技術である。
特開２００２−０４３６８４号公報特開２００５−１２３４１４号公報特開平５−６３２７３号公報特開平１０−２６１８２７号公報特許３６３６４１１号公報

前述の従来の回路構成は、レーザーダイオードの発光強度を線形に変える場合にも、利用可能ではあるが、バイアス回路を別途設けなくてはならず、回路構成が複雑で高周波特性が悪いといった問題がある。

本発明では、このような状況のもとでなされたもので、高周波特性が優れ、線形駆動に好適な、レーザーダイオード駆動装置を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明では、レーザーダイオード駆動装置を次の（１）ないし（３）のとおりに構成する。

（１）レーザ−ダイオードと、前記レーザーダイオードのバイアス電流を設定する信号を生成する基準電源と、一方の入力端に前記バイアス電流を設定する信号を入力し、他方の入力端に前記レーザーダイオードを駆動する信号を入力するオペアンプと、前記オペアンプの出力により駆動され、前記レーザーダイオードに所要の電流を供給する電圧電流変換素子と、を備えたレーザーダイオード駆動装置。

（２）前記（１）に記載のレーザーダイオード駆動装置において、
前記一方の入力端の前段に加算回路を設け、該加算回路で前記バイアス電流を設定する信号と環境変化にかかる信号を加算するレーザーダイオード駆動装置。

（３）前記（１）または（２）に記載のレーザーダイオード駆動装置において、
前記レーザーダイオードの光出力をモニターするフォトダイオードを設け、前記レーザーダイオードを駆動する信号の未入力時に、前記フォトダイオードにより前記レーザーダイオードの光レベルを検出してＣＰＵで処理し、前記バイアス電流を設定する信号を適正な値に設定するレーザーダイオード駆動装置。

本発明によれば、高周波特性に優れ、別個のバイアス電流供給回路を必要としない、線形駆動に好適なレーザーダイオード駆動装置を提供することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態をレーザーダイオード駆動装置の実施例により詳しく説明する。

実施例１である“レーザーダイオード駆動装置”について説明する。本実施例は、レーザーダイオードの高速の線形駆動が可能となるよう、駆動回路を構成する増幅回路の段数を削減し、従来別回路で構成していたバイアス回路の削減を図ったものである。

図１は、実施例１である“レーザーダイオード駆動装置”の回路構成を示す図である。入力段に差動ブロックを配し、出力段を電圧電流変換ブロックで構成する。具体的には、１はレーザーダイオード，２はレーザーダイオード１の発光を制御する信号源、３はレーザーダイオード１に必要なバイアス電流を決める基準電源、４はオペアンプ、５は電圧電流変換素子である。

入力段のオペアンプ４は、非反転入力端子（＋）と反転入力端子（−）とを有している。レーザーダイオード１の発光を制御する信号源２は、非反転入力端子（あるいは反転入力端子）に接続され、レーザーダイオード１に必要なバイアス電流を決める基準電源３は反転入力端子（あるいは非反転端子）に接続される。

基準電源３から印加する直流電圧は、オペアンプ４が必要なバイアス電流に応じた正の電圧を出力するように設定する。すなわち、基準電圧を反転入力端子へ入力する場合にはグランドに対し負の電圧を、非反転入力端子に入力する場合には、正の電圧を印加する。その結果、信号源２からの変調信号と基準電源３からのバイアス信号の双方の信号は、重畳されてオペアンプ４から出力される。

このオペアンプ４の出力を次段の電圧電流変換素子５に入力することで、図２に示すように、レーザーダイオード１の発光強度を線形に駆動するために必要な高周波信号電流と、レーザーダイオードが発光を始めるために必要な、あるしきい値のバイアス電流をレーザーダイオード１に供給することができる。電圧電流変換素子５としてはＦＥＴやトランジスタを用いることができる。

このようにして、本実施例によれば、従来、別途設けていたバイアス回路の必要がなくなるとともに、回路が差動ブロックと電圧電流変換ブロックの２段で構成できるため、所要の高周波特性を容易に得ることができる。よって、高周波特性に優れ、別個のバイアス電流供給回路を必要としない、線形駆動に好適なレーザーダイオード駆動装置を提供することができる

温度変化など回路動作にかかわる環境変化に対処できる例を実施例２として説明する。図３は実施例２である“レーザーダイオード駆動装置”の回路構成を示す図である。入力段に差動ブロックを配し、出力段に電圧電流変換ブロックで構成する。具体的には、１はレーザーダイオード，２はレーザーダイオード１の発光を制御する信号源、３はレーザーダイオード１に必要なバイアス電流を決める基準電源、４はオペアンプ、５は電圧電流変換素子である。この基本的な回路構成とその動作は実施例１と同様である。

図３に示すように、高い周波数成分を持たない温度のような環境変化の信号をフィードバックするため、バイアス決定電圧入力端子前段に加算回路７を設け、環境変化信号をバイアス信号に加算する。これにより、レーザーダイオード駆動回路の高周波特性を損なうことなく、環境変化の信号の適切なフィードバックが可能となる。加算回路７としては通常のオペアンプを用いた加算回路を用いることができる。

前段のオペアンプ４の正相入力端子には、レーザーダイオード１の発光強度調整のための交流信号を、逆相端子には、レーザーダイオード１に必要なバイアス電流決定用の直流電圧を入力する。このとき、入力端子は逆にしてもよいが、オペアンプ４から出力される信号は正負が逆となるためバイアス電流決定用直流電圧の設定には注意が必要である。また、信号が微弱な場合には、オペアンプ４に必要なゲインを持たせてもよい。この結果、オペアンプ４からは、バイアス電流決定用直流電圧に発光強度調整用交流信号が重畳された信号が出力される。

この信号を後段の電圧電流変換素子５に入力する。この電圧電流変換素子５で、電圧信号は電流信号に変換されて、レーザーダイオード１駆動に必要なバイアス電流と発光強度調整信号を供給する。

レーザーダイオードは、劣化により発光強度が弱くなる。そこで、レーザーダイオード近傍にフォトダイオード６を設け、このフォトダイオード６の出力信号をオペアンプ４へフィードバックさせ、ゲインを調整することで発光強度の線形性や劣化を補正したり、レーザーへの信号を遮断することに使用してもよい。

外部より信号を入力するときに入力インピーダンスが問題になる場合には、オペアンプ４の前段にバッファーを設けてもよいが、この場合高周波領域における周波数特性が悪化する。

レーザー駆動信号の未入力時にレーザーダイオードの光レベルをフォトダイオードで検出しフィードバックして、ＣＰＵで記憶し、処理して、適正なバイアス電圧を反転入力端子に与えることで、レーザーダイオードに流すバイアス電流を所要の値に設定することもできる。

以上説明したように、本実施例によれば、実施例１と同様の効果が得られる他、温度などの環境変化の影響を少なくすることができる。

実施例１の回路構成を示す図実施例１の動作を示す図実施例２の構成を示す図従来例の構成を示す図

符号の説明

１レーザーダイオード
３基準電源
４オペアンプ
５電圧電流変換素子

Claims

レーザ−ダイオードと、前記レーザーダイオードのバイアス電流を設定する信号を生成する基準電源と、一方の入力端に前記バイアス電流を設定する信号を入力し、他方の入力端に前記レーザーダイオードを駆動する信号を入力するオペアンプと、前記オペアンプの出力により駆動され、前記レーザーダイオードに所要の電流を供給する電圧電流変換素子と、を備えたことを特徴とするレーザーダイオード駆動装置。
請求項１に記載のレーザーダイオード駆動装置において、
前記一方の入力端の前段に加算回路を設け、該加算回路で前記バイアス電流を設定する信号と環境変化にかかる信号を加算することを特徴とするレーザーダイオード駆動装置。
請求項１または２に記載のレーザーダイオード駆動装置において、
前記レーザーダイオードの光出力をモニターするフォトダイオードを設け、前記レーザーダイオードを駆動する信号の未入力時に、前記フォトダイオードにより前記レーザーダイオードの光レベルを検出してＣＰＵで処理し、前記バイアス電流を設定する信号を適正な値に設定することを特徴とするレーザーダイオード駆動装置。