JP2011249617A - 半導体レーザ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 駆動回路の制御ループ帯域にかかわらず所望の周波数でディザー変調信号を重畳することができる、半導体レーザ駆動装置を提供する。
【解決手段】 半導体レーザ駆動装置は、半導体レーザを備えるレーザユニットを駆動する駆動部と、半導体レーザの出力光を検知する検知部と、検知部の検知結果と目標値との差を演算する誤差演算部と、誤差演算部と駆動部との間に設けられ誤差演算部の出力を増幅する増幅部と、検知部と増幅部との間の信号に第１変調信号を重畳する第１重畳部と、増幅部と駆動部との間の信号に対して第１変調信号よりも高い周波数を有する第２変調信号を重畳する第２重畳部と、第１重畳部および第２重畳部のいずれか一方に変調信号の重畳をさせる選択部と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体レーザ駆動装置に関するものである。

ＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing）用の波長可変半導体レーザが知られている。一方で、ＯＩＦ−ＩＴＬＡ−ＭＳＡの規格では、光源としての半導体レーザにディザー信号を重畳することが規格として定められている。

特開２００４−３１４５０号公報

しかしながら、ディザー信号の変調周波数に十分応答可能な方式は知られていない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、駆動回路の制御ループ帯域にかかわらず所望の周波数でディザー変調信号を重畳することができる、半導体レーザ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体レーザ駆動装置は、半導体レーザを備えるレーザユニットを駆動する駆動部と、前記半導体レーザの出力光を検知する検知部と、前記検知部の検知結果と目標値との差を演算する誤差演算部と、前記誤差演算部と前記駆動部との間に設けられ前記誤差演算部の出力を増幅する増幅部と、前記検知部と前記増幅部との間の信号に第１変調信号を重畳する第１重畳部と、前記増幅部と前記駆動部との間の信号に前記第１変調信号よりも高い周波数を有する第２変調信号を重畳する第２重畳部と、前記第１重畳部および前記第２重畳部のいずれか一方に変調信号の重畳をさせる選択部と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る半導体レーザ駆動装置によれば、駆動回路の制御ループ帯域にかかわらず所望の周波数でディザー変調信号を重畳することができる。

本発明に係る他の半導体レーザ駆動装置は、半導体レーザを備えるレーザユニットを駆動する駆動部と、前記半導体レーザの出力光を検知する検知部と、前記検知部の検知結果と目標値との差を演算する誤差演算部と、前記誤差演算部と前記駆動部との間に設けられ前記誤差演算部の出力を増幅する増幅部と、前記検知部と前記増幅部との間にループ帯域よりも低い周波数の第１変調信号を重畳する第１重畳部と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る他の半導体レーザ駆動装置によれば、駆動回路の制御ループ帯域にかかわらず所望の周波数でディザー変調信号を重畳することができる。

前記駆動部は、前記半導体レーザの利得制御、前記半導体レーザの温度制御、または、前記半導体レーザに光結合された光増幅器の制御、の少なくとも１つを行うものであってもよい。前記第１重畳部は、前記誤差演算部の目標値に前記変調信号を重畳してもよい。前記第１重畳部は、前記検知部の出力信号に前記変調信号を重畳してもよい。

前記第１重畳部は、前記第１変調信号の振幅を制御する振幅制御部を有していてもよい。前記第２重畳部は、前記第２変調信号の振幅を制御する振幅制御部を有していてもよい。前記第２重畳部の前段には、前記第２変調信号の帯域を制限するローパスフィルタが設けられ、前記第２重畳部の後段には、前記第２変調信号の帯域を制限するローパスフィルタが設けられていない構成としてもよい。

前記第１重畳部および前記第２重畳部は、前記レーザユニット、前記検知部、前記誤差演算部、前記増幅部、および前記駆動部を含んだフィードバックループ内に設けられていてもよい。前記駆動部は、前記レーザユニットに設けられた、異なる制御対象をそれぞれ制御する第１駆動部と第２駆動部とを備え、前記第１重畳部は、前記第１駆動部を制御する信号に第１変調信号を重畳し、前記第２重畳部は、前記第２駆動部を制御する信号に前記第２変調信号を重畳してもよい。

本発明に係る半導体レーザ駆動装置によれば、駆動回路の制御ループ帯域にかかわらず所望の周波数でディザー変調信号を重畳することができる。

（ａ）は第１の実施形態に係る半導体レーザ駆動装置の全体構成を示すブロック図であり、（ｂ）は制御対象を説明する図であり、（ｃ）は増幅機能を有するループフィルタの一例を示す回路図であり、（ｄ）はループフィルタの透過特性を示す図である。 変調信号を重畳する位置と変調振幅との関係を示す図である。 変調信号の重畳先を切り替える際に実行されるフローチャートの一例を示す図である。 センサ出力に変調信号が重畳される例について説明する図である。 目標値に変調信号が重畳される例について説明する図である。 誤差演算部出力に変調信号が重畳される例について説明する図である。 第２の実施形態に係る半導体レーザ駆動装置の全体構成を示すブロック図である。 第３の実施形態に係る半導体レーザ駆動装置の全体構成を示すブロック図である。 第４の実施形態に係る半導体レーザ駆動装置の全体構成を示すブロック図である。 第５の実施形態に係る半導体レーザ駆動装置の全体構成を示すブロック図である。 第６の実施形態に係る半導体レーザ駆動装置の全体構成を示すブロック図である。 第７の実施形態に係る半導体レーザ駆動装置の全体構成を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）は、第１の実施形態に係る半導体レーザ駆動装置２０１の全体構成を示すブロック図である。図１（ａ）に示すように、半導体レーザ駆動装置２０１は、制御対象１０、センサ２０、加算器３０、誤差演算部４０、ループフィルタ５０、加算器６０、駆動回路７０、コントローラ８０、周期信号発生器９０、スイッチ１００等を含む。

制御対象１０は、半導体レーザを備えるレーザユニットである。図１（ｂ）に示すように、レーザユニットは、温度制御装置（ＴＥＣ）１１上に、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）１３と光結合された半導体レーザ１２が配置された構造を有する。半導体レーザ１２上には、導波路への電流注入用の電極１４、および、ヒータ１５が設けられている。また、ＳＯＡ１３上には、導波路への電流注入用の電極１６が形成されている。

温度制御装置１１は、ペルチェ素子等を備え、供給される駆動信号に応じて半導体レーザ１２の温度を制御する。半導体レーザ１２は、例えば、ＤＦＢレーザとＤＢＲミラーとを組み合わせた構造を有する波長可変レーザであり、供給される駆動信号に応じて所定の周波数のレーザ光を発振する。半導体レーザ１２は、電極１４に注入される電流に応じて利得が制御され、温度制御装置１１の温度およびヒータ１５に注入される電力に応じて発振周波数が選択される。半導体光増幅器１３は、注入される電流に応じて半導体レーザ１２の発振光を増幅して外部に出力する。レーザユニットにおいては、温度制御装置１１、電極１４、ヒータ１５、および電極１６の少なくとも１つに供給される駆動信号に所定の周波数のディザー信号が重畳される。

センサ２０は、フォトダイオード等の受光素子であり、制御対象１０の出力光を電気信号に変換する。加算器３０は、センサ２０からの信号にスイッチ１００からの信号を加算して誤差演算部４０に入力する。誤差演算部４０は、引算器であり、コントローラ８０から入力される目標値から、加算器３０からの電気信号を差し引いて反転した変調信号（ディザー信号）を、ループフィルタ５０に入力する。

ループフィルタ５０は、ループ安定化のためのフィルタであり、ローパスフィルタと増幅器とが一体化されたアクティブローパスフィルタである。ループフィルタ５０のアクティブローパスフィルタとしての代表的な構成例は、図１（ｃ）に示すように、抵抗５１、抵抗５２、コンデンサ５３、およびオペアンプ５４を含む。抵抗５１は、ループフィルタ５０の入力側に設けられている。抵抗５２とコンデンサ５３とが直列に接続されている。抵抗５２およびコンデンサ５３と、オペアンプ５４とが並列回路を形成する。抵抗５１の出力は、オペアンプ５４のマイナス側入力と抵抗５２とに入力される。以上の構成により、ループフィルタ５０は、所定の周波数成分を選択的に透過するローパスフィルタとしての機能を有するとともに、透過する周波数成分を増幅する増幅器としての機能を有する。また同等の機能をデジタル回路で構成する場合には一次のＩＩＲデジタルフィルタのフィルタ係数を設定することによって可能である。

図１（ｄ）は、ループフィルタ５０の透過特性を示す図である。図１（ｄ）において、横軸はループフィルタ５０に入力される信号の周波数を示し、縦軸はループフィルタ５０のゲイン（利得）を示す。図１（ｄ）に示すように、ループフィルタ５０は、低周波側の信号成分に対してはオペアンプの開ループゲインで決まる非常に大きい利得を有し、高周波側の信号成分に対しては小さい利得を有する。すなわち、ループフィルタ５０は、低周波側成分を増幅出力し、高周波側成分をカットする機能を有する。

加算器６０は、ループフィルタ５０からの信号にスイッチ１００からの信号を加算して駆動回路７０に入力する。駆動回路７０は、加算器６０から入力される信号に基づいて駆動信号を生成し、制御対象１０に入力する。それにより、駆動回路７０は、制御対象１０を駆動する。本実施形態においては、駆動回路７０は、図１（ｂ）の電極１４、ヒータ１５、電極１６および温度制御装置１１のいずれかに駆動信号を入力する。この駆動信号に基づいて、制御対象１０は所定の波長のレーザ光を出力する。

コントローラ８０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の制御部、電源等から構成される。コントローラ８０には、誤差演算部４０に入力するための目標値、制御対象１０の制御情報、制御プログラム等が格納されている。また、コントローラ８０は、ホストから入力される信号に基づいて、変調信号の周波数を決定する。コントローラ８０は、決定した変調信号の周波数を周期信号発生器９０に入力する。また、コントローラ８０は、決定した変調信号の周波数により、加算器３０、加算器６０のいずれに変調信号が入力されるかを決定し、切替信号をスイッチ１００に入力する。

周期信号発生器９０は、コントローラ８０から入力される周波数の変調信号を生成し、スイッチ１００に入力する。変調信号は目的に応じて、ＡＭ変調信号、ＦＭディザ（ＳＢＳ抑圧信号）等を用いることができる。スイッチ１００は、コントローラ８０から入力される切替信号に応じて、変調信号の入力先を切り替える。本実施形態においては、スイッチ１００は、加算器３０および加算器６０のいずれか一方に変調信号を入力する１対２切替スイッチである。それにより、本実施形態に係る半導体レーザ駆動装置２０１においては、センサ２０とループフィルタ５０との間の信号、または、ループフィルタ５０と駆動回路７０との間の信号のいずれかの位置に変調信号を重畳させることができる。

なお、センサ２０は、制御対象１０の種類によって内容が異なる。半導体レーザ１２を駆動する電流（電極１４に入力）にディザー信号を重畳する場合、および半導体光増幅器１３を駆動する電流（電極１６に入力）にディザー信号を重畳する場合、目標値は光強度であり、センサ２０は光強度を検知するフォトダイオードが該当する。

半導体レーザ１２上のヒータ１５を駆動する電流（または電圧）にディザー信号を重畳する場合には、目標値は電流（または電圧）であり、センサ２０はヒータ１５に流れる電流を測定する電流計（あるいはヒータ１５の両端の電圧を測定する電圧計）が該当する。

温度制御装置（ＴＥＣ）１１に供給される駆動信号にディザー信号を重畳する場合、温度制御装置１１がＡＴＣ制御ループを構成する場合は、温度が目標値となり、センサ２０は温度制御装置１１あるいはその近傍に設けられたサーミスタなどの温度センサが該当する。温度制御装置１１がＡＦＣ制御ループを構成する場合は、目標値は波長であり、センサ２０はエタロン等の波長フィルタとフォトダイオードとの組み合わせによる公知の波長検知手段が該当する。

図２は、変調信号を重畳する位置による光出力の変調振幅周波数特性を示す図である。図２において、横軸は変調周波数をループ帯域で除した値を示し、縦軸は変調振幅を示す。したがって、横軸で「１」未満領域ではループ帯域よりも変調周波数が低く、「１」を超える領域ではループ帯域よりも変調周波数が高い。ここで、ループ帯域とは、制御対象１０、センサ２０、誤差演算部４０、ループフィルタ５０、および駆動回路７０のフィードバックループで決定されるフィードバックループにおける遮断周波数のことである。図２において、「Driver input」はループフィルタ５０と駆動回路７０との間の信号に変調信号を重畳する場合の光出力の変調振幅を示し、「Monitor output」はセンサ２０とループフィルタ５０との間の信号に変調信号を重畳する場合の光出力の変調振幅を示す。

図２に示すように、「Driver input」と「Monitor output」とで、変調振幅が安定する帯域が異なる。「Monitor output」の変調振幅は、変調周波数が低周波側で安定し、高周波側になるほど低下する。一方、「Driver input」の変調振幅は、変調周波数が高周波側で安定し、低周波側になるほど低下する。「Monitor output」の変調振幅が変調周波数の高周波側で低下するのは、変調周波数がループフィルタ５０のローパスフィルタの通過帯域よりも高いとローパスフィルタで変調信号がカットされてしまうからである。そこで、本実施形態においては、どの帯域においても変調振幅が印加できるように、変調信号の周波数とループ帯域との大小関係に基づいて、変調信号の重畳先を切り替える。

図３は、変調信号の重畳先を切り替える際に実行されるフローチャートの一例を示す図である。図３のフローチャートは、例えば、変調信号の周波数設定コマンドを受信した時に実行されるか、または、所定の周期で実行される。図３に示すように、コントローラ８０は、変調信号の周波数（以下、変調周波数と称することがある。）がループ帯域よりも高いか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１において「Ｙｅｓ」と判定された場合、コントローラ８０は、変調信号が加算器６０に入力されるようにスイッチ１００を制御する（ステップＳ２）。ステップＳ１において「Ｎｏ」と判定された場合、コントローラ８０は、変調信号が加算器３０に入力されるようにスイッチ１００を制御する（ステップＳ３）。ステップＳ２，Ｓ３の後、フローチャートの実行が終了する。

図３のフローチャートによれば、変調周波数がループ帯域より高い場合には、変調信号がループフィルタ５０と駆動回路７０との間の信号に重畳される。したがって、ループフィルタ５０のローパスフィルタで変調信号がカットされることが防止される。なお、この場合、変調信号は駆動回路７０に入力されるまでに増幅されないことから、変調信号のゲインは調整されずに加算器６０に入力される。

一方、変調周波数がループ帯域よりも低い場合には、センサ２０とループフィルタ５０との間の信号に変調信号が重畳される。この場合、変調周波数が低いため、変調信号はループフィルタを通過することができる。しかしながら、図２で示したように、変調振幅が低下することが懸念される。この場合の各箇所における変調振幅について、図４を参照しつつ説明する。図４の例では、センサ２０と誤差演算部４０との間の信号に変調信号が重畳されている。図４は変調信号の重畳に関する部分を説明する図であり、それ以外の構成については、図1で説明した構成が採用される（図５〜図７も同じ）。図４において、「Ｇ」はループフィルタ５０のゲインを示し、「Ａ」はセンサ２０で検出されるべき変調振幅を示す。以降ループゲインはループフィルタのゲイン「Ｇ」だけで決まるとする。

ループフィルタ５０のゲインが「Ｇ」であることから、ループフィルタ５０に入力される変調振幅は、「Ａ／Ｇ」となる。変調振幅は反転していてもよいので、図４の例ではループフィルタ５０に入力される変調振幅を「−Ａ／Ｇ」であるとする。なお今後、マイナスの変調振幅とは、振幅は同じであるが極性が逆の場合を示す。 この場合、ループフィルタ５０の出力信号では変調振幅が「−Ａ」となる。したがって、センサ２０が検出する変調振幅も「−Ａ」となる。この場合、誤差演算部４０での反転を考慮すると、加算器３０の出力は「Ａ／Ｇ」でなければならない。したがって、スイッチ１００から加算器３０に入力される変調振幅は、「Ａ×（１＋Ｇ）／Ｇ」でなければならない。

変調周波数がループ帯域よりも低い場合には、図１（ｄ）で示したように、ゲイン「Ｇ」が十分に大きくなる。この場合、上記の「Ａ×（１＋Ｇ）／Ｇ」は、ループフィルタ５０で増幅され、「Ａ」とほぼ等しくなる。したがって、（変調信号の振幅値）≒（センサ２０で検出される振幅値）となる。以上のことから、加算器３０に変調信号を入力する場合においても、ゲインを調整せずに変調信号を加算器３０に入力することができる。

図５は、誤差演算部４０に入力される目標値に変調信号が重畳される場合について説明する図である。誤差演算部４０に入力される目標値に変調信号を重畳した場合、図２において「Target value」で示すように、変調周波数が低周波側で安定し、高周波側になるほど低下する。この傾向は、「Monitor output」と同じであるので、変調周波数が低い場合には、「Monitor output」に代えて、この「Target value」を採用することができる。

図４の例と同様に、ループフィルタ５０のゲインが「Ｇ」であることから、ループフィルタ５０に入力される変調振幅は、「Ａ／Ｇ」でなければならない。図５の例では、ループフィルタ５０に入力される変調振幅の反転はなく、ループフィルタ５０に入力される変調振幅は「Ａ／Ｇ」となる。この場合、ループフィルタ５０の出力信号では変調振幅が「Ａ」となる。したがって、センサ２０が検出する変調振幅も「Ａ」となる。この場合、誤差演算部４０から出力される変調振幅は、「Ａ／Ｇ」でなければならない。したがって、スイッチ１００から誤差演算部４０のプラス側に入力される変調振幅は、「Ａ×（１＋Ｇ）／Ｇ」でなければならない。

変調周波数がループ帯域よりも低い場合には、図１（ｄ）で示したように、ゲイン「Ｇ」が十分に大きくなる。この場合、上記の「Ａ×（１＋Ｇ）／Ｇ」は、ループフィルタ５０で増幅され、「Ａ」とほぼ等しくなる。したがって、（変調信号の振幅値）≒（センサ２０で検出される振幅値）となる。以上のことから、ゲインを調整せずに変調信号を誤差演算部４０のプラス側に入力することができる。

図６は、誤差演算部４０の出力信号に変調信号が重畳される場合について説明する図である。図４の例と同様に、ループフィルタ５０のゲインが「Ｇ」であることから、ループフィルタ５０に入力される変調振幅は、「Ａ／Ｇ」でなければならない。この場合、ループフィルタ５０の出力信号では変調振幅が「Ａ」となる。したがって、センサ２０が検出する変調振幅も「Ａ」となる。この場合、誤差演算部４０での引き算を考慮すると、スイッチ１００から誤差演算部４０の出力信号に重畳される変調振幅は、「Ａ×（１＋Ｇ）／Ｇ」でなければならない。

変調周波数がループ帯域よりも低い場合には、図１（ｄ）で示したように、ゲイン「Ｇ」が十分に大きくなる。この場合、上記の「Ａ×（１＋Ｇ）／Ｇ」は、「Ａ」とほぼ等しくなる。したがって、（変調信号の振幅値）≒（センサ２０で検出される振幅値）となる。以上のことから、ゲインを調整せずに変調信号を誤差演算部４０のプラス側に入力することができる。

図４〜図６の説明によれば、変調周波数がループ帯域よりも低い場合には、センサ２０からループフィルタ５０までのいずれかの箇所において変調信号が重畳されても、変調振幅が低下することなく変調信号が重畳されることがわかる。

本実施形態によれば、変調周波数とループ帯域との大小関係にかかわらず、駆動回路７０への入力信号にディザー変調信号を重畳することができる。駆動回路７０へ入力された変調信号が、制御対象１０に伝わり、制御対象出力に所望のディザー変調信号を重畳することができる。なお、ループ帯域は設計時に決定される。したがって、ループ帯域の値と変調周波数の値に基づいて、変調信号の重畳箇所を切り替える値を定めておくことができる。例えば、設計時に、図２の「Driver input」および「Monitor output」の交点となる変調信号の周波数を求めておく。さらに、ホストから送信されるディザー信号の周波数と交点の周波数との大小関係に応じてスイッチ１００を切り替えればよい。

なお、本実施形態においては、駆動回路７０が、半導体レーザを備えるレーザユニットを駆動する駆動部として機能し、センサ２０が、半導体レーザ１２の出力光を検知する検知部として機能し、ループフィルタ５０のオペアンプ５４が、誤差演算部と駆動部との間に設けられ誤差演算部の出力を増幅する増幅部として機能し、周期信号発生器９０およびスイッチ１００が、検知部と増幅部との間に第１変調信号を重畳する第１重畳部、駆動部を駆動する信号に対して第１変調信号よりも高い周波数を有する第２変調信号を重畳する第２重畳部、ならびに、第１重畳部および第２重畳部のいずれか一方に変調信号の重畳をさせる選択部として機能する。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る半導体レーザ駆動装置２０２の全体構成を示すブロック図である。本実施形態においては、制御対象１０において変調信号が入力される対象が２つ設けられている。一方の制御対象１０に駆動信号を入力する駆動回路を駆動回路７０ａとし、他方の制御対象１０に駆動信号を入力する駆動回路を駆動回路７０ｂとする。ここで、一方および他方の制御対象１０とは、図１（ｂ）で示した温度制御装置１１、電極１４、ヒータ１５、および電極１６のいずれかである。駆動回路７０ａは、図１の駆動回路７０に対応する。また、本実施形態においては、加算器６０は、ループフィルタ５０と駆動回路７０ａとの間ではなく、コントローラ８０と駆動回路７０ｂとの間に配置されている。本実施形態においては、駆動回路７０ａが出力する駆動信号により一方の制御対象１０が駆動され、駆動回路７０ｂが出力する駆動信号により他方の制御対象１０が駆動される。なお、図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態においては、変調周波数がループ帯域よりも低い場合には、センサ２０とループフィルタ５０との間の信号に変調信号が重畳される。一方、変調周波数がループ帯域より高い場合には、変調信号がコントローラ８０と駆動回路７０ｂとの間の信号に重畳される。コントローラ８０と駆動回路７０ｂとの間にはローパスフィルタが設けられていないので、高周波成分がローパスフィルタでカットされることが防止される。この場合、変調周波数とループ帯域との大小関係にかかわらず、駆動回路７０ａ，７０ｂへの入力信号にディザー変調信号を重畳することができる。駆動回路７０ａ，７０ｂへ入力された変調信号が、制御対象１０に伝わり、制御対象出力に所望のディザー変調信号を重畳することができる。結果として、どちらの制御対象からも制御対象出力にディザー変調信号を重畳することができる。

本実施例では、駆動回路７０ａが駆動する制御対象が、レーザ周波数を変調することが可能である。かつ、センサ２０が波長センサの場合は、制御対象１０、センサ２０、誤差演算部４０、ループフィルタ５０、および駆動回路７０のフィードバックループが、波長ロッカとしてAFC制御ループを構成する。

駆動回路７０ａが出力する駆動信号によりが駆動される一方の制御対象１０、駆動回路７０ｂが出力する駆動信号により駆動される他方の制御対象１０のいずれの制御対象もレーザ波長（周波数）を変調できるが、ＡＦＣループのループ帯域に追いつかない変調周波数の場合、スイッチは加算器６０側に、変調周波数がＡＦＣループのループ帯域内の場合はスイッチを加算器３０側にすることによってこれまで述べてきたのと同様の原理で高い変調効率が実現できる。

なお、本実施形態においては、駆動回路７０ａが第１駆動部として機能し、駆動回路７０ｂが第２駆動部として機能する。

（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係る半導体レーザ駆動装置２０３の全体構成を示すブロック図である。図８に示すように、半導体レーザ駆動装置２０３が図１の半導体レーザ駆動装置２０１と異なる点は、ゲイン調整部９１が設けられている点である。ゲイン調整部９１は、周期信号発生器９０とスイッチ１００との間に配置されており、コントローラ８０の指示に従って変調信号のゲインを調整する。それにより、図２に示す変調振幅の変動を抑制することができる。なお、ループ帯域は設計時に決まるので、事前にゲイン調整を必要とする変調周波数の値を定めておけばよい。この場合、変調周波数が所定の値である場合に、ゲイン調整部９１によりゲインを調整することができる。また、ゲイン補正の必要がない場合には、変調信号に「ゼロ」を加算することによって、変調信号のゲインを変更しなくてもよい。

本実施形態においても、変調周波数とループ帯域との大小関係にかかわらず、駆動回路７０への入力信号にディザー変調信号を重畳することができる。駆動回路７０へ入力された変調信号が、制御対象１０に伝わり、制御対象出力に所望のディザー変調信号を重畳することができる。なお、本実施形態においては、ゲイン調整部９１が、変調信号の振幅を制御する振幅制御部として機能する。

（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態に係る半導体レーザ駆動装置２０４の全体構成を示すブロック図である。図９に示すように、半導体レーザ駆動装置２０４が図１の半導体レーザ駆動装置２０１と異なる点は、ゲイン調整部９１、ＲＣフィルタ３１、ＡＤＣ（アナログ／デジタルコンバータ）３２、およびＤＡＣ（デジタル／アナログコンバータ）３３が設けられている点である。また、本実施形態においては、誤差演算部４０およびループフィルタ５０がコントローラ８０に内蔵されている。したがって、本実施形態においては、誤差演算部４０およびループフィルタ５０は、デジタル処理を行う。また、スイッチ１００として、本実施形態においては、１対２切替スイッチの一例としてＳＰＤＴアナログスイッチを用いる。

ＲＣフィルタ３１は、デジタルサンプリング処理で有害となる不要な高域成分を除去するためのアンチエイリアスフィルタであり、加算器３０と誤差演算部４０との間に配置されている。ＡＤＣ３２は、ＲＣフィルタ３１と誤差演算部４０との間に配置されており、ＲＣフィルタ３１が透過する周波数成分をデジタル信号に変換して誤差演算部４０に入力する。ＤＡＣ３３は、ループフィルタ５０と加算器６０との間に配置されており、ループフィルタ５０の出力信号をアナログ信号に変換する。

本実施形態においても、変調周波数とループ帯域との大小関係にかかわらず、駆動回路７０への入力信号にディザー変調信号を重畳することができる。駆動回路７０へ入力された変調信号が、制御対象１０に伝わり、制御対象出力に所望のディザー変調信号を重畳することができる。

（第５の実施形態）
図１０は、第５の実施形態に係る半導体レーザ駆動装置２０５の全体構成を示すブロック図である。図１０に示すように、制御対象１０において変調信号が入力される対象が２つ設けられている。一方の制御対象１０に駆動信号を入力する駆動回路を駆動回路７０ａとし、他方の制御対象１０に駆動信号を入力する駆動回路を駆動回路７０ｂとする。ここで、一方および他方の制御対象１０とは、図１（ｂ）で示した温度制御装置１１、電極１４、ヒータ１５、および電極１６のいずれかである。駆動回路７０ａは、図１の駆動回路７０に対応する。また、本実施形態においては、加算器６０は、ループフィルタ５０と駆動回路７０ａとの間ではなく、コントローラ８０と駆動回路７０ｂとの間に配置されている。また、コントローラ８０と加算器６０との間には、もう一つの制御対象をフィードフォワード制御するために直流信号を与えるためのＤＡＣ３４が設けられている。

半導体レーザ駆動装置２０５においては、駆動回路７０ａが出力する駆動信号により一方の制御対象１０が駆動され、駆動回路７０ｂが出力する駆動信号により他方の制御対象１０が駆動される。その他の構成は、図９の半導体レーザ駆動装置２０４と同じである。

本実施形態においても、変調周波数とループ帯域との大小関係にかかわらず、駆動回路７０への入力信号にディザー変調信号を重畳することができる。駆動回路７０へ入力された変調信号が、制御対象１０に伝わり、制御対象出力に所望のディザー変調信号を重畳することができる。

（第６の実施形態）
図１１は、第６の実施形態に係る半導体レーザ駆動装置２０６の全体構成を示すブロック図である。半導体レーザ駆動装置２０６においては、周期信号発生器９０に変わりにミラー積分回路９２が備わっており、その他の構成は、図９の半導体レーザ駆動装置２０４と同じである。本実施形態においては、コントローラ８０から入力される矩形波の変調信号を三角波に整形することができる。この場合、光周波数の分布を均一化することができる。

（第７の実施形態）
図１２は、第７の実施形態に係る半導体レーザ駆動装置２０７の全体構成を示すブロック図である。半導体レーザ駆動装置２０７においては、ＤＡＣ３３と加算器６０との間にローパスフィルタ３５が設けられている。また、周期信号発生器９０の代わりに、デジタル波形生成部９３、ＤＡＣ３４、およびローパスフィルタ３６が設けられている。なお、本実施例においてはスイッチ１００および加算器３０が設けられていない。その他の構成は、図９の半導体レーザ駆動装置２０４と同じである。

本実施形態においては、デジタル波形生成部９３は、図９のスイッチ１００と同様の機能を有し、変調周波数がループ帯域よりも高い場合には、ＤＡＣ３４、ローパスフィルタ３６およびゲイン調整部９１を介して、加算器６０に変調信号を入力する。それにより、ループフィルタ５０と駆動回路７０との間の信号に変調信号を重畳することができる。一方、デジタル波形生成部９３は、変調周波数がループ帯域よりも低い場合には、誤差演算部４０のプラス側に変調信号を入力する。それにより、センサ２０とループフィルタ５０との間の信号に変調信号を重畳することができる。また、ＤＡＣ３３およびＤＡＣ３４の出力波形は、ローパスフィルタ３５およびローパスフィルタ３６によって平滑化される。

本実施形態においても、変調周波数とループ帯域との大小関係にかかわらず、駆動回路７０への入力信号にディザー変調信号を重畳することができる。駆動回路７０へ入力された変調信号が、制御対象１０に伝わり、制御対象出力に所望のディザー変調信号を重畳することができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 制御対象
１１ 温度制御装置
１２ 半導体レーザ
１３ 半導体光増幅器
１４，１６ 電極
１５ ヒータ
２０ センサ
３０，６０ 加算器
４０ 誤差演算部
５０ ループフィルタ
７０ 駆動回路
８０ コントローラ
９０ 周期信号発生器
１００ スイッチ
２０１〜２０７ 半導体レーザ駆動装置

Claims (10)

1. 半導体レーザを備えるレーザユニットを駆動する駆動部と、
   前記半導体レーザの出力光を検知する検知部と、
   前記検知部の検知結果と目標値との差を演算する誤差演算部と、
   前記誤差演算部と前記駆動部との間に設けられ、前記誤差演算部の出力を増幅する増幅部と、
   前記検知部と前記増幅部との間の信号に第１変調信号を重畳する第１重畳部と、
   前記増幅部と前記駆動部との間の信号に前記第１変調信号よりも高い周波数を有する第２変調信号を重畳する第２重畳部と、
   前記第１重畳部および前記第２重畳部のいずれか一方に変調信号の重畳をさせる選択部と、を備えることを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
2. 半導体レーザを備えるレーザユニットを駆動する駆動部と、
   前記半導体レーザの出力光を検知する検知部と、
   前記検知部の検知結果と目標値との差を演算する誤差演算部と、
   前記誤差演算部と前記駆動部との間に設けられ、前記誤差演算部の出力を増幅する増幅部と、
   前記検知部と前記増幅部との間にループ帯域よりも低い周波数の第１変調信号を重畳する第１重畳部と、を備えることを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
3. 前記駆動部は、前記半導体レーザの利得制御、前記半導体レーザの温度制御、または、前記半導体レーザに光結合された光増幅器の制御、の少なくとも１つを行うことを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ駆動装置。
4. 前記第１重畳部は、前記誤差演算部の目標値に前記変調信号を重畳することを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ駆動装置。
5. 前記第１重畳部は、前記検知部の出力信号に前記変調信号を重畳することを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ駆動装置。
6. 前記第１重畳部は、前記第１変調信号の振幅を制御する振幅制御部を有することを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ駆動装置。
7. 前記第２重畳部は、前記第２変調信号の振幅を制御する振幅制御部を有することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ駆動装置。
8. 前記第２重畳部の前段には、前記第２変調信号の帯域を制限するローパスフィルタが設けられ、
   前記第２重畳部の後段には、前記第２変調信号の帯域を制限するローパスフィルタが設けられていないことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ駆動装置。
9. 前記第１重畳部および前記第２重畳部は、前記レーザユニット、前記検知部、前記誤差演算部、前記増幅部、および前記駆動部を含んだフィードバックループ内に設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ駆動装置。
10. 前記駆動部は、前記レーザユニットに設けられた、異なる制御対象をそれぞれ制御する第１駆動部と第２駆動部とを備え、
    前記第１重畳部は、前記第１駆動部を制御する信号に第１変調信号を重畳し、
    前記第２重畳部は、前記第２駆動部を制御する信号に前記第２変調信号を重畳することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ駆動装置。

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