JP3607955B2

JP3607955B2 - レーザダイオードのパルス駆動回路

Info

Publication number: JP3607955B2
Application number: JP24538995A
Authority: JP
Inventors: 憲典松本
Original assignee: 安藤電気株式会社
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1995-08-30
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2015-08-30
Also published as: JPH0969661A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はパルス駆動回路、より具体的にはレーザダイオードのパルス駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
つぎに、従来技術によるレーザダイオードのパルス駆動回路を示した構成図を図３に示す。図３において、電流値設定入力１６により目的の駆動電流値に相当する電圧を印加し、パルス出力を得るために目的の駆動パルス幅をゲート入力１７にそれぞれ印加する。パルスゲート回路１４にて得られた基準電流設定用電圧パルスを、抵抗４，抵抗３，増幅器１，電流ブースト回路２で構成する反転増幅器の入力に印加する。
【０００３】
図３に示すように、レーザダイオード１５のアノード電極は接地しているので、反転増幅器の出力電圧は、抵抗５とレーザダイオード１５の直列接続した両端に印加する事になる。よって、レーザダイオード１５を駆動する電流は、この両端の電圧からレーザダイオード１５の順方向電圧を差し引いた電圧を抵抗５で割った値となる。
【０００４】
ここで、抵抗５は、電流値のゲインを設定をするだけでなく、同軸ケーブル１８の特性インピーダンスと合わせておく事で、高速パルス駆動するうえで反射の影響を低減する働きをする。
【０００５】
しかしながら、レーザダイオード１５の駆動電流に対する順方向電圧の値の変化や、駆動するレーザダイオード１５の順方向電圧のばらつきにより、抵抗５の両端電圧とレーザダイオード１５の両端電圧の加算値が変動するので、電流値設定入力１６で設定した駆動電流を得ることができず、結果として負荷により出力電流が変動することとなる。
【０００６】
よってこの対応のため、図３に示した従来技術では、レーザダイオード１５の順方向電圧を利得１の電圧ホロワ回路６にて受け、抵抗７，抵抗９，増幅器８にて構成された反転増幅器でレーザダイオード１５の順方向電圧の反転出力を作成する。そして、この反転出力をコンデンサ１１，抵抗１０を介し、増幅器１の反転入力に接続する事で、レーザダイオード１５の順方向電圧を、利得１で正帰還させる。この正帰還は、基準電流設定用電圧に正帰還系電圧を加算するように働くので、レーザダイオード１５の順方向電圧の変動による影響がない、すなわち負荷変動による影響がない定電流パルス駆動回路を得ることができる。
【０００７】
次に、図４を参照して図３に示した従来技術の構成によるレーザダイオードのパルス駆動回路の動作状態を説明する。図４に示した１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１５ａ，６ａ，８ａの各波形は、図３に示した回路構成の同一符号部分に表れる各種動作波形である。１４ａは電流設定電圧、１４ｂは駆動設定パルス幅のロジック入力、１４ｃは基準電流設定電圧パルス波形、１５ａはレーザダイオード１５の順方向電圧波形、６ａは電圧ホロワ回路出力、８ａはレーザダイオード１５の順方向電圧の反転波形である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来技術において、レーザダイオード１５を例えばシステム等に組み込む際に、図３に示した駆動回路から被駆動レーザダイオード１５までの同軸ケーブル１８長が長い場合やレーザダイオード１５の順方向電圧が大きいと、レーザダイオード１５のパルス発光駆動時に駆動電流パルス波形のスルーレートが劣化し、駆動パルス幅が狭くなり、電流パルス幅の確定が困難となるという問題があった。
【０００９】
すなわち、図３に示す従来技術の回路構成の場合、レーザダイオード１５を駆動させる出力電流波形のスルーレートは、入力する基準電流値設定電圧パルス波形のスルーレートより大きく、波形は遅れて緩やかに立ち上がり、立ち下がる。また、この事は、レーザダイオードの順方向電圧が大きい程顕著に現れる。図５は、順方向電圧の大小によるレーザダイオードの駆動電流波形の変化を示したものであり、同図より順方向電圧が大きいほど駆動パルス幅が狭くなっているのが分かる。
【００１０】
これは抵抗５からレーザダイオード１５間に接続した同軸ケーブル１８とレーザダイオード１５から電圧ホロワ回路６間に接続した同軸ケーブル１９の静電容量と、レーザダイオード１５の接合容量および、電圧ホロワ回路６の入力容量によるものである。特にレーザダイオードの順方向電圧が大きい場合は、レーザダイオードの順方向電圧をキャンセルする為の正帰還系の応答性が余分に影響し、駆動電流波形のスルーレートの低下に作用する事となる。
【００１１】
以上の問題は、レーザダイオードの順方向電圧が低い時や比較的パルス幅の広いレーザダイオードの駆動の用途では無視できるが、レーザダイオードの順方向電圧が大きい時や、狭いパルスの駆動時においては、駆動電流パルス幅の確定が難しくなり、レーザダイオードの安定した高速パルス駆動が出来なくなるという問題が生じる。
【００１２】
この発明は、レーザダイオードの順方向電圧をキャンセルするために設けた正帰還系に、新たに駆動電流波形のスルーレートを改善させる補正回路を設け、高速かつ安定なレーザダイオードのパルス駆動回路を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成する、この発明は、所定の駆動電流値に相当する電圧とパルス出力を得るための駆動パルス幅とを入力して基準電流値設定用電圧パルスを出力するパルスゲート手段と、パルスゲート手段より入力したパルスを増幅してレーザダイオードを駆動する第１の増幅手段と、レーザダイオードの電圧を受け所定の利得で出力する電圧ホロワ手段と、電圧ホロワ手段より出力された電圧を増幅し、第１の増幅手段に帰還することによりレーザダイオードの駆動電流値を補正する第２の増幅手段と、電圧ホロワ手段より出力された電圧を微分処理してこの微分波形を第２の増幅手段の入力側に加えることにより第２の増幅手段の帰還出力を補正する高域濾波手段とを有する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明によるレーザダイオードのパルス駆動回路の実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明によるレーザダイオードのパルス駆動回路の実施の形態を示す回路構成である。図１に示す実施の形態では、高域濾波器１２，抵抗１３が図３に示す従来技術の構成に新たに加わっており、図１において従来技術と同じ構成要素には同一の符号を記している。
【００１６】
図１の実施の形態では、電流値設定入力１６に目的の駆動電流値に相当する電圧を印加し、パルス出力を得るために駆動パルス幅をゲート入力１７にそれぞれ印加する。パルスゲート回路１４にて得られた基準電流値設定用電圧パルスを、抵抗４，抵抗３，増幅器１，電流ブースト回路２で構成する反転増幅器５０に印加する。レーザダイオード１５のアノード電極は接地しているので、反転増幅器５０の出力電圧が、抵抗５とレーザダイオード１５の直列接続した両端に印加する事になる。よって、レーザダイオード１５を駆動する電流は、この両端の電圧からレーザダイオード１５の順方向電圧を差し引いた電圧を抵抗５で割った値となる。
【００１７】
しかしながら、レーザダイオード１５の駆動電流に対する順方向電圧の値の変化や、駆動するレーザダイオード１５の順方向電圧のばらつきにより、抵抗５の両端電圧とレーザダイオード１５の両端電圧の加算値が変動するので、電流値設定入力１６で設定した駆動電流を得ることができず、結果として負荷により出力電流が変動する事となる。
【００１８】
よって、従来技術と同様に、レーザダイオード１５の順方向電圧を電圧ホロワ回路６にて受け、抵抗７，抵抗９，増幅器８にて構成された反転増幅器６０により、レーザダイオード１５の順方向電圧の反転出力を作成する。そしてこの反転出力を抵抗１０，コンデンサ１１を介し、増幅器１の反転入力に接続する事で、レーザダイオード１５の順方向電圧を、利得１で正帰還させる。以上の様に基準電流設定用電圧と正帰還系電圧を合成する事で負荷変動による影響を最小限に抑えることが可能な定電流パルス駆動回路を得ることができる。
【００１９】
抵抗５は、電流値のゲイン設定をするだけでなく、同軸ケーブル１８の特性インピーダンスと合わせておく事で、高速パルス駆動するうえで反射の影響を低減する。
【００２０】
ここで、本実施の形態の特徴として、レーザダイオード１５の順方向電圧を正帰還させるため、反転出力を得るのに使用している反転増幅器６０の入力に印加する電圧ホロワ回路６の出力に、１次もしくは複数次高域濾波器１２により微分し、加算入力する。
【００２１】
このとき、使用する高域濾波器１２の時定数を高域濾波器１２を付加する前の駆動電流の時定数にあわせておくことで、オーバシュートおよびアンダシュートの少ない駆動電流波形を得る事ができる。
【００２２】
次に、本実施の形態による各回路各部の動作波形を図２に示す。図２の１４Ａ，１４ｂ，１４ｃ，１５ａ，６ａ，１２ａ，８ａは図１の回路構成図の各部分に対応させて示した各種波形である。１４ａは電流設定電圧、１４ｂは駆動設定パルス幅のロジック入力、１４ｃは基準電流設定電圧パルス波形、１５ａはレーザダイオード１５の順方向電圧波形、８ａはレーザダイオード１５の順方向電圧の反転波形、１２ａは高域濾波器の微分出力である。
【００２３】
図６は図２と図４に示した従来技術と本実施の形態における波形８ａを比較した説明図である。図６より明らかなように、反転増幅器６０より出力される波形８ａは、抵抗１３を介して入力した高域濾波器１２の微分波形が加算入力されることにより、スルーレートが改善されているのが判る。
【００２４】
なお、レーザダイオードの駆動極性は本実施の形態に限定されるものではなく、逆極性でも適用可能である。この場合には反転増幅器５０および６０から出力される波形が本実施の場合と逆になる。
【００２５】
以上詳細に説明したように、本実施の形態では、レーザダイオードに注入する駆動電流により発生する順方向電圧パルス波形のエッジ波形を、１次もしくは複数次の高域濾波器により微分する事で作りだし、得られたエッジ波形を、レーザダイオードの順方向電圧を正帰還するために帰還系に挿入した、反転増幅器に加算入力する。この事により、レーザダイオードの順方向電圧のキャンセル電圧波形のパルス特性が改善され、結果として、レーザダイードの駆動電流波形のスルーレートが改善され、高速かつ安定なレーザダイオードのパルス駆動回路が実現できる。したがって、特に発振波長が短い青色レーザダイオードなど順方向電圧が特に大きいもの、または、駆動回路とレーザダイオード間の接続同軸ケーブル長い場合でも、駆動電流波形のスルーレートが悪化することがない。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によれば、駆動回路の正帰還系に高域濾波器を付加する事で、高速で安定なレーザダイオードのパルス駆動回路を提供する事ができる。特に、駆動電流により発生する順方向電圧波形に自身の微分波形を加算し、レーザダイオードの駆動電流値を補正する構成なので、単に系にピーキングを掛けた帯域補正でないので、発振の影響も少なく、微小電流領域ではほとんど順方向電圧が発生しないので加算補正する微分電圧も発生しない。よって、系が安定で微小電流領域から大電流領域までの安定動作が見込まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるレーザダイオードのパルス駆動回路の実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１に示した実施の形態の動作波形である。
【図３】従来技術におけるレーザダイオードのパルス駆動回路の構成図である。
【図４】図３に示した従来技術における動作波形である。
【図５】順方向電圧の大きさにより駆動電流波形が変化する様子を示す説明図である。
【図６】本実施の形態と従来技術との電流波形の比較を示す説明図である。
【符号の説明】
１・８増幅器
２電流ブースト回路
３〜５・７・９・１０・１３抵抗
６電圧ホロワ
１１コンデンサ
１２高域濾波器
１４パルスゲート回路
１５レーザダイオード
１６電流値設定入力
１７ゲート入力
１８・１９同軸ケーブル
５０・６０反転増幅器

Claims

所定の駆動電流値に相当する電圧とパルス出力を得るための駆動パルス幅とを入力して基準電流値設定用電圧パルスを出力するパルスゲート手段と、
前記パルスゲート手段より入力したパルスを増幅してレーザダイオードを駆動する第１の増幅手段と、
前記レーザダイオードの電圧を受け所定の利得で出力する電圧ホロワ手段と、
前記電圧ホロワ手段より出力された電圧を増幅し、前記第１の増幅手段に帰還することにより前記レーザダイオードの駆動電流値を補正する第２の増幅手段と、
前記電圧ホロワ手段より出力された電圧を微分処理し、この微分波形を前記第２の増幅手段の入力側に加えることにより前記第２の増幅手段の帰還出力を補正する高域濾波手段とを有することを特徴とするレーザダイオードのパルス駆動回路。
請求項１に記載のパルス駆動回路において、前記高域濾波手段は１次および複数次のいずれかであることを特徴とするレーザダイオードのパルス駆動回路。
請求項１に記載のパルス駆動回路において、前記高域濾波手段はこの高域濾波手段が付加される前の駆動電流の時定数に合致させることを特徴とするレーザダイオードのパルス駆動回路。
請求項１に記載のパルス駆動回路において、前記高域濾波手段は抵抗を介して前記第２の増幅手段に接続されることを特徴とするレーザダイオードのパルス駆動回路。