JP4432459B2 - Semiconductor laser diode driving method and light emitting device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体レーザダイオードの駆動方法及び発光装置にかかわり、特に好ましくは窒化物半導体レーザダイオードの高速・高周波パルス駆動に関わる発明である。   The present invention relates to a semiconductor laser diode driving method and a light-emitting device, and particularly preferably relates to high-speed and high-frequency pulse driving of a nitride semiconductor laser diode.

従来の半導体レーザ駆動においては、駆動電流として、入力信号に対応するパルス電流だけで駆動する方法が知られている(図2(a)参照)。この方法は、入力信号に対し矩形のパルス電流が半導体レーザの駆動電流として与えられる。しかしこの場合には、パルス電流の立ち上がり時の急激な駆動電流変動に対して『緩和振動』と言われる光出力の脈動が観察(図2(b)参照)され、この緩和振動による発光強度や発光スペクトルの変動等により、例えば光通信デバイスに用いた場合には送受信時の通信エラー等の誤作動を招くなど通信の信頼性低下の原因となっていた。   In conventional semiconductor laser driving, a driving method using only a pulse current corresponding to an input signal as a driving current is known (see FIG. 2A). In this method, a rectangular pulse current is given to the input signal as a driving current for the semiconductor laser. However, in this case, a pulsation of light output called “relaxation oscillation” is observed (see FIG. 2B) with respect to a sudden drive current fluctuation at the rise of the pulse current (see FIG. 2B). Due to fluctuations in the emission spectrum, for example, when used in an optical communication device, it causes a malfunction such as a communication error at the time of transmission / reception, leading to a decrease in communication reliability.

また、この緩和振動を小さくするために半導体レーザに例えば抵抗とコンデンサからなる高周波バイパス回路を設けたり、半導体レーザに整合抵抗を介して先端を開放した伝送線路を並列接続する付加回路を設けることにより、矩形のパルス駆動電流の立ち上がりや立ち下り時の急激な駆動電流変動をそれぞれ一部吸収/放出して階段状にし緩和する駆動回路や(特開昭64−9676)、光出力の緩和振動に同調する共振周波数を有する共振部を発光素子に並列に設けたり(特開昭53−8584)する対策がとられている。さらには、入力信号に対応したパルス電流の流れ出しより微小な時間Δt早くバイアス電流を流し始め、該バイアス電流はパルス電流の流れ終わりまで流し、該バイアス電流とパルス電流との和の電流を駆動電流として半導体レーザを駆動することにより、発光遅延の低減をはかり消光比を大きく保つことを目的とする駆動が知られている(特開平9−83050)。   In order to reduce this relaxation oscillation, the semiconductor laser is provided with a high-frequency bypass circuit composed of, for example, a resistor and a capacitor, or the semiconductor laser is provided with an additional circuit for connecting in parallel a transmission line whose end is opened via a matching resistor. In addition, a drive circuit that absorbs / releases a sudden drive current fluctuation at the time of rising or falling of a rectangular pulse driving part to relieve it in a staircase pattern (Japanese Patent Laid-Open No. 64-9676), Measures have been taken to provide a resonance part having a resonant frequency to be tuned in parallel with the light emitting element (Japanese Patent Laid-Open No. 53-8484). Further, the bias current starts to flow a minute time Δt earlier than the flow of the pulse current corresponding to the input signal, the bias current flows to the end of the flow of the pulse current, and the sum of the bias current and the pulse current is supplied as the drive current. As described above, driving for the purpose of reducing the emission delay and keeping the extinction ratio large by driving a semiconductor laser is known (Japanese Patent Laid-Open No. 9-83050).

さらには、高速通信用の半導体レーザ駆動方法として、国際公開第01/11740号パンフレットに記載されるようなパルス駆動においてパルス駆動電流の立ち上がりより幾分早く立ち上がる第二バイアスを半導体レーザダイオードに供給し、バーストデータを高速かつ確実に送信できる半導体レーザの駆動回路および駆動方法を提供することを達成しようとするものが知られている。この方法においては、半導体レーザに対して、少なくともデータの非発出時には第一バイアス電流が供給され、また、データの発出直前には第二バイアス電流を供給して、バーストデータの発出に備えて半導体レーザが自然発光領域で駆動される。そして、第二バイアス電流の供給開始後に所定の時間が経過すると、パルス電流が半導体レーザに供給されデータ信号に対応したバースト光信号が半導体レーザから出力されるようになるものであって、これによって、半導体レーザの光出力波形はバーストデータの先頭波形から、発振遅延等によって波形が劣化することなく立ち上がり、高速なバーストデータの発出を行うことができるというものである。   Furthermore, as a semiconductor laser driving method for high-speed communication, in the pulse driving as described in the pamphlet of WO 01/11740, a second bias that rises somewhat earlier than the rising of the pulse driving current is supplied to the semiconductor laser diode. A semiconductor laser driving circuit and a driving method capable of transmitting burst data at high speed and reliably are known. In this method, a first bias current is supplied to the semiconductor laser at least when data is not emitted, and a second bias current is supplied immediately before the data is issued to prepare for burst data emission. The laser is driven in the spontaneous emission region. When a predetermined time elapses after the supply of the second bias current starts, a pulse current is supplied to the semiconductor laser, and a burst optical signal corresponding to the data signal is output from the semiconductor laser. The optical output waveform of the semiconductor laser rises from the leading waveform of burst data without deterioration due to oscillation delay or the like, and high-speed burst data can be emitted.

また、高出力半導体レーザの温度上昇を低減させ長寿命化を図れる駆動方法としては、特開平7−38184に開示されるようにレーザを駆動するパルス電流を印加する直前に、半導体レーザダイオードのしきい値未満の電流値のパルスバイアス電流を印加することにより、レーザ駆動用トランジスタのハイゲートパルス電流の立ち上がり時間を光サイリスタ点弧に必要な1μsec以下にすることを可能とすると共に、バイアス電流による半導体レーザ活性層の温度上昇を抑えるというものが知られている。これは、半導体レーザが駆動回路から第二のパルス電流を得る前に駆動回路にバイアスを与えるので、第二のパルス電流の立ち上がり時間が短縮され、高速駆動されるという効果もあると記載されているものである。   Further, as a driving method capable of reducing the temperature rise of a high-power semiconductor laser and extending its lifetime, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-38184, the semiconductor laser diode is operated immediately before applying a pulse current for driving the laser. By applying a pulse bias current having a current value less than the threshold value, it is possible to reduce the rise time of the high gate pulse current of the laser driving transistor to 1 μsec or less required for the optical thyristor firing, and a semiconductor with a bias current. It is known to suppress the temperature increase of the laser active layer. It is described that the semiconductor laser gives a bias to the drive circuit before obtaining the second pulse current from the drive circuit, so that the rise time of the second pulse current is shortened and the semiconductor laser is driven at high speed. It is what.

国際公開第01/11740号パンフレットInternational Publication No. 01/11740 Pamphlet 特開平7−38184JP 7-38184 A 特開昭64−48481JP-A-64-48481 特開2000−138415JP 2000-138415 A

半導体レーザを入力信号に基づいて、高速データ変調する場合には例えばパルス状の矩形波の駆動電流を供給したとき、急激な駆動電流の変動による過渡現象が生じ、いわゆる緩和振動が発生する。
この緩和振動は駆動電流の大きさと電流立ち上げ速度に対応して大きくなり、発光強度や発光スペクトルの変動等により、例えば光通信デバイスに用いた場合には送受信時の通信エラーを招く原因となる欠点がある。また、従来技術に記載されるような方法で緩和振動を低減させ得たとしても、今度は光出力の立ち上がり及び立ち下りが遅くなる問題点があった。これは、駆動電流の立ち上がりが高周波バイパス回路等の時定数などに従って遅れるためであり、通信等エラーの発生原因となるとともに、緩和振動抑制のために緩やかな駆動電流の立ち上がりとした場合など高速・高周波の駆動の妨げとなっていた。
When high-speed data modulation is performed on a semiconductor laser based on an input signal, for example, when a pulse-shaped rectangular wave drive current is supplied, a transient phenomenon occurs due to a sudden change in the drive current, and so-called relaxation oscillation occurs.
This relaxation oscillation increases corresponding to the magnitude of the drive current and the current rising speed, and causes a communication error during transmission / reception when used in an optical communication device, for example, due to fluctuations in emission intensity or emission spectrum. There are drawbacks. Further, even if the relaxation oscillation can be reduced by the method described in the prior art, there is a problem that the rise and fall of the light output are slowed this time. This is because the rise of the drive current is delayed according to the time constant of the high frequency bypass circuit, etc., which causes errors such as communication, and when the rise of the drive current is moderate to suppress relaxation vibration. It was a hindrance to high frequency driving.

さらには、図5に示すようにパルス駆動時の発光出力立ち下り時に駆動電流の電流反射によると思われる“なまり”が生じる現象があり、この“なまり”の存在により特に高速・高周波変調駆動が妨げられるという課題が見出された。すなわち、高速・高周波変調駆動を実現するためには、駆動電流に対応する速やかな光出力の立ち上がり、立ち下り応答特性が要求されるものであるが、この“なまり”が存在するために光出力の立ち下りが駆動電流に対し遅れることになる。   Furthermore, as shown in FIG. 5, there is a phenomenon that “rounding” is considered to occur due to current reflection of the driving current at the fall of the light emission output during pulse driving, and the presence of this “rounding” causes particularly high-speed and high-frequency modulation driving. The problem of being disturbed was found. In other words, in order to realize high-speed and high-frequency modulation driving, quick rise and fall response characteristics corresponding to the drive current are required, but since this “round” exists, the optical output Will fall behind the drive current.

これによって、次の駆動電流による光出力の立ち上がり開始までの時間間隔は、光出力が充分低下して消光(又は減光)されてから、実施するため短くできず、限界が生じる。さらには、“なまり”により充分に光出力が低下していない状態で次の駆動電流を供給して光出力を高発光状態に立ち上げようとすると、消光比を充分に保てず、駆動電流の供給とは無関係に常時高発光状態となってしまうことになり、すなわち高速・高周波駆動に対応することができなかった。   As a result, the time interval until the start of rising of the light output by the next drive current cannot be shortened because it is performed after the light output is sufficiently lowered and extinguished (or dimmed), and there is a limit. Furthermore, if the next drive current is supplied in a state where the light output is not sufficiently lowered due to “rounding” and the light output is raised to a high light emission state, the extinction ratio cannot be maintained sufficiently, and the drive current is not maintained. Regardless of the supply of light, the light emission state is always high, that is, it cannot cope with high-speed and high-frequency driving.

また、窒化物系半導体レーザは微分抵抗値が大きいのでパルス駆動時発光出力立ち上がり、立ち下りに遅延が発生しやすいという問題もある。半導体レーザダイオードの高速/高周波変調駆動においては、変調速度の増大とともに記録密度と書き込む情報量も上げることができるものであるが、高速/高周波変調が妨げられると、例えば窒化物系半導体レーザを用いた記憶媒体への高記録密度化を図る際の限界となり、問題となるものである。   In addition, since the nitride semiconductor laser has a large differential resistance value, there is also a problem that a delay is likely to occur at the rise and fall of the light emission output during pulse driving. In high-speed / high-frequency modulation driving of a semiconductor laser diode, the recording density and the amount of information to be written can be increased as the modulation speed increases, but if high-speed / high-frequency modulation is hindered, for example, a nitride-based semiconductor laser is used. This becomes a limit when increasing the recording density on the storage medium, and causes a problem.

本発明は、駆動電流のパルス波形に基づく発光遅延、減光遅延を低減させた光出力波形を得るとともに、緩和振動を低減しかつ光出力立ち下り時のなまりを低減し、光出力のオーバーシュートやアンダーシュートの発生を防止し、消光比を減ずることなく安定で通信や書き込み等エラーの少ない、かつ動作速度が速く高速/高周波変調が可能な光出力立ち上がり及び立ち下り速度が速い半導体レーザを駆動をすることにある。   The present invention obtains an optical output waveform with reduced light emission delay and dimming delay based on the pulse waveform of the drive current, reduces relaxation oscillation, and reduces rounding at the time of falling optical output, thereby overshooting the optical output. Drives a semiconductor laser that prevents the occurrence of undershoot and undershoot, is stable without reducing the extinction ratio, has few errors such as communication and writing, and has a fast operation speed and high-speed / high-frequency modulation capable of high-speed and high-frequency modulation. There is to do.

すなわち、本発明の目的は半導体レーザの緩和振動の影響を低減するなど従来の赤色系半導体レーザ等において公知の課題を解決すると同時に、立ち下り特性を向上した高速・高周波変調可能な低消費電力半導体レーザの駆動方法と発光装置を提供することにある。   That is, an object of the present invention is to solve the known problems in conventional red semiconductor lasers and the like, such as reducing the influence of relaxation oscillation of the semiconductor laser, and at the same time, a low power consumption semiconductor capable of high speed and high frequency modulation with improved falling characteristics. A laser driving method and a light emitting device are provided.

さらには、自然発光状態であるしきい値電流未満のプリバイアスを印加する駆動方法においては、パルス信号印加時に緩和振動が発生するとともにパルス発光の立ち上がりの高速化に問題が生じるものである。すなわち、国際公開第01/11740号パンフレットや特開平7−38184に記載される駆動方法においては、プリバイアスにより半導体レーザダイオード内のキャリア密度がしきい値キャリア密度付近にまで達するのでバーストデータの送信時において発振遅延が低減されると記載されるものではあるが、バーストデータがしきい値電流以上の駆動電流として半導体レーザに入力されてからのレーザ発振の開始となるため発振遅延は依然として残存するとともに、バーストデータ入力によるレーザ発振時に緩和振動が発生するという問題があった。   Furthermore, in the driving method in which a pre-bias less than the threshold current in a spontaneous emission state is applied, relaxation oscillation occurs when a pulse signal is applied, and a problem arises in speeding up the rise of pulse emission. That is, in the driving method described in the pamphlet of International Publication No. 01/11740 and Japanese Patent Laid-Open No. 7-38184, transmission of burst data is performed because the carrier density in the semiconductor laser diode reaches near the threshold carrier density due to pre-bias. Although it is described that the oscillation delay is reduced at the time, the oscillation delay still remains because the laser oscillation starts after the burst data is input to the semiconductor laser as the drive current greater than the threshold current At the same time, there is a problem that relaxation oscillation occurs during laser oscillation due to burst data input.

本発明においては、半導体レーザダイオードの消光遅延を低減させるとともに、パルスデータ駆動電流印加時等の半導体レーザダイオードの応答性を従来よりさらに大きく向上させ、すなわち光出力立ち上がり時間を大きく短縮させ、かつ緩和振動による影響を最大限低減させるとともに、光出力のオーバーシュートやアンダーシュートを防止した実用性のあるパルス光出力波形を得ることを目的とする。   In the present invention, the quenching delay of the semiconductor laser diode is reduced, and the response of the semiconductor laser diode when applying a pulse data drive current is further improved compared to the conventional case, that is, the light output rise time is greatly shortened and relaxed. The object is to obtain a practical pulsed light output waveform that minimizes the influence of vibration and prevents overshoot and undershoot of the light output.

以上のような課題を解決するために、本発明は、半導体レーザダイオードを駆動回路を介して発光させる半導体レーザダイオードの駆動方法であって、駆動回路から半導体レーザダイオードに第一の駆動電流を印加する第1の工程と、第一の駆動電流に引き続いて駆動回路から半導体レーザダイオードに第二の駆動電流を印加する第2の工程と、を含み、第一の駆動電流に対応する第一の光出力と第二の駆動電流に対応する第二の光出力が重畳されて1パルス状光出力として出力され、第一の光出力の緩和振動における極大値から、前記第二の光出力が、前記緩和振動のピーク値よりも大きくなるように立ち上がることを特徴とするレーザダイオードの駆動方法である。
In order to solve the above-described problems, the present invention is a semiconductor laser diode driving method for causing a semiconductor laser diode to emit light via a driving circuit, and a first driving current is applied from the driving circuit to the semiconductor laser diode. A first step corresponding to the first drive current, and a second step of applying a second drive current from the drive circuit to the semiconductor laser diode following the first drive current. The light output and the second light output corresponding to the second drive current are superimposed and output as a one-pulse light output. From the maximum value in the relaxation oscillation of the first light output, the second light output is The laser diode driving method is characterized in that the laser diode rises so as to be larger than the peak value of the relaxation oscillation.

この発明により、レーザダイオードのパルス発光立ち上がり時において立ち上がり時間が、大いに短縮されるとともに光出力のオーバーシュートやアンダーシュートも無く、かつ緩和振動の影響が無視できる程度に低減されるパルス光出力波形を実現できるので、高信頼性の高速/高周波駆動が可能となる。   According to the present invention, a pulsed light output waveform in which the rise time at the rise of pulse emission of a laser diode is greatly shortened, there is no overshoot or undershoot of the light output, and the influence of relaxation oscillation is reduced to a negligible level. Since this can be realized, high-reliability high-speed / high-frequency driving is possible.

本発明は、第二の光出力は、第一の光出力の極大値から立ち上がる半導体レーザダイオードの駆動方法である。これにより、第二の光出力の立ち上がり拠点に自由度ができるので、光出力波形の設計に自由度があるようなレーザダイオードのパルス発光立ち上がり時において立ち上がり時間が、大いに短縮されるとともに緩和振動の影響が無視できる程度に低減された光出力の立ち上がり波形を実現できるので、高信頼性の高速/高周波駆動が可能となる。なお、本件明細書における「極大値」とは、微分値が実質的に0となるような値であり、必ずしも最大値を示すものではない。
The present invention is the semiconductor laser diode driving method in which the second light output rises from the maximum value of the first light output. As a result, there is a degree of freedom in the rise base of the second light output, so that the rise time is greatly shortened at the time of the pulse emission rise of the laser diode and there is a degree of freedom in the design of the light output waveform and the relaxation oscillation is reduced. Since the rising waveform of the optical output reduced to such an extent that the influence can be ignored can be realized, high-reliability high-speed / high-frequency driving is possible. Note that the “maximum value” in this specification is a value at which the differential value is substantially 0, and does not necessarily indicate the maximum value.

本発明は、第二の光出力は、第一の光出力の最大値から立ち上がるレーザダイオードの駆動方法である。この発明により、レーザダイオードのパルス発光立ち上がり時において立ち上がり時間が、本発明において最大限短縮されるとともに緩和振動の影響が無視できる程度に低減された光出力の立ち上がり波形を実現することができるので、高信頼性の高速/高周波駆動が可能となる。
The present invention is the laser diode driving method in which the second light output rises from the maximum value of the first light output. By this invention, it is possible to realize the rising waveform of the optical output that is shortened to the maximum in the present invention and the influence of the relaxation oscillation is negligible while the rising time at the time of the pulse emission rising of the laser diode is minimized. High-reliability high-speed / high-frequency driving is possible.

本発明は、第一の駆動電流の電流値が第二の駆動電流の電流値より小さいレーザダイオードの駆動方法である。これにより、半導体レーザダイオードのパルス発光立ち上がり時において立ち上がり時間が、大いに短縮されるとともに緩和振動の影響が無視できる程度に低減される光出力波形を実現でき、高信頼性の高速・高周波駆動が可能となる。
The present invention is a laser diode driving method in which a current value of a first driving current is smaller than a current value of a second driving current. This makes it possible to realize a light output waveform that greatly reduces the rise time at the time of pulse emission rise of the semiconductor laser diode and can be ignored to the extent that the influence of relaxation oscillation can be ignored, enabling high-speed and high-frequency driving with high reliability. It becomes.

本発明は、第一の駆動電流と第二の駆動電流に重畳してバイアス電流を供給するレーザダイオードの駆動方法である。
The present invention is a laser diode driving method for supplying a bias current superimposed on a first driving current and a second driving current.

本発明は、第一の駆動電流の供給時間と第二の駆動電流の供給時間が互いに独立した供給時間であるレーザダイオードの駆動方法である。これにより光出力のオーバーシュートの発生が抑えられる。
The present invention is a laser diode driving method in which a supply time of a first drive current and a supply time of a second drive current are supply times independent of each other. As a result, the occurrence of overshoot of the optical output is suppressed.

本発明は、半導体レーザダイオードと、半導体レーザダイオードを駆動する駆動回路と、を備える半導体レーザダイオードの発光装置であって、半導体レーザダイオードの発光装置は、駆動回路から半導体レーザダイオードに第一の駆動電流を印加する第1の電流印加手段と、第一の駆動電流に引き続いて駆動回路から前記半導体レーザダイオードに第二の駆動電流を印加する第2の電流印加手段と、第一の駆動電流に対応する第一の光出力と第二の駆動電流に対応する第二の光出力が重畳されて1パルス状光出力として出力される所望のデータを記憶する記憶手段と、を有し、第一の光出力の緩和振動における極大値から、前記第二の光出力が、前記緩和振動のピーク値よりも大きくなるように立ち上がることを特徴とするレーザダイオードの発光装置である。

The present invention is a light emitting device for a semiconductor laser diode comprising a semiconductor laser diode and a drive circuit for driving the semiconductor laser diode, wherein the light emitting device for the semiconductor laser diode is driven first from the drive circuit to the semiconductor laser diode. A first current applying means for applying a current; a second current applying means for applying a second drive current from the drive circuit to the semiconductor laser diode following the first drive current; and a first drive current Storage means for storing desired data output as a one-pulse light output by superimposing a corresponding first light output and a second light output corresponding to the second drive current, laser diode from the maximum value in the relaxation oscillation of the optical output, the second light output, characterized in that rises larger than the peak value of the relaxation oscillation of It is a light-emitting device.

この発明により、レーザダイオードのパルス発光立ち上がり時において立ち上がり時間が、大いに短縮されるとともに緩和振動の影響が無視できる程度に低減され光出力のオーバーシュートやアンダーシュートのない光出力波形を実現できるので、高信頼性の高速・高周波駆動が可能となります。また、記憶手段にこの駆動状態を再現するための設定値を記憶させることができるので、必要時に記憶装置から設定値を読み出し設定値に基づく駆動を実現できるので、毎回の設定が必要でなく再現性よく、簡易な回路で繰り返しパルス等の複数の本発明に関わるパルス発光を実現可能な発光装置とすることができる。   By this invention, the rise time at the time of pulse emission rise of the laser diode is greatly shortened and the influence of relaxation oscillation is reduced to a negligible level, and an optical output waveform without overshoot and undershoot of the optical output can be realized. High-reliability high-speed and high-frequency driving is possible. In addition, since the setting value for reproducing this driving state can be stored in the storage means, the setting value can be read from the storage device when necessary, and the driving based on the setting value can be realized, so the setting is not necessary every time and is reproduced. A light-emitting device capable of realizing a plurality of pulse emission related to the present invention, such as a repetitive pulse, with a simple circuit with good characteristics.

本発明は、第二の光出力は、第一の光出力の極大値から立ち上がるレーザダイオードの発光装置である。これにより、第二の光出力の立ち上がり拠点に自由度ができるので、光出力波形の設計に自由度があるようなレーザダイオードのパルス発光立ち上がり時において立ち上がり時間が、大いに短縮されるとともに緩和振動の影響が無視できる程度に低減される光出力立ち上がり波形を実現できるので、高信頼性の高速・高周波駆動が可能となる。
The present invention is the laser diode light emitting device in which the second light output rises from the maximum value of the first light output. As a result, there is a degree of freedom in the rise base of the second light output, so that the rise time is greatly shortened at the time of the pulse emission rise of the laser diode and there is a degree of freedom in the design of the light output waveform and the relaxation oscillation is reduced. Since the optical output rising waveform can be realized so that the influence can be ignored, the high-speed and high-frequency driving with high reliability can be realized.

本発明は、第二の光出力は、第一の光出力の最大値から立ち上がるレーザダイオードの発光装置である。この発明により、レーザダイオードのパルス発光立ち上がり時において立ち上がり時間が、本発明において最大限短縮されるとともに緩和振動の影響が無視できる程度に低減される光出力の立ち上がり波形を実現することができるので、高信頼性の高速/高周波駆動が可能となる。
The present invention is the laser diode light emitting device in which the second light output rises from the maximum value of the first light output. According to the present invention, it is possible to realize a rising waveform of the optical output in which the rise time at the time of the pulse emission rise of the laser diode is reduced to the maximum in the present invention and reduced to such an extent that the influence of relaxation oscillation can be ignored. High-reliability high-speed / high-frequency driving is possible.

本発明は、第一の駆動電流の電流値が第二の駆動電流の電流値より小さいレーザダイオードの発光装置です。これにより、レーザダイオードのパルス発光立ち上がり時において立ち上がり時間が、大いに短縮されるとともに緩和振動の影響が無視できる程度に低減された光出力の立ち上がり波形を実現でき、高信頼性の高速・高周波駆動が可能となる。
The present invention is a laser diode light emitting device in which the current value of the first drive current is smaller than the current value of the second drive current. As a result, the rise time at the rise of the pulse emission of the laser diode is greatly shortened and the rise waveform of the optical output reduced to such an extent that the influence of relaxation oscillation can be ignored can be realized. It becomes possible.

本発明は、第一の駆動電流と第二の駆動電流に重畳してバイアス電流を供給するバイアス電流供給回路を備えるレーザダイオードの発光装置です。
さらに、本発明は、第一の駆動電流の供給時間と第二の駆動電流の供給時間が互いに独立した供給時間であるレーザダイオードの発光装置です。これにより光出力のオーバーシュートの発生が抑えられる。

The present invention is a laser diode light emitting device including a bias current supply circuit that supplies a bias current superimposed on a first drive current and a second drive current.
Furthermore, the present invention is a laser diode light emitting device in which the supply time of the first drive current and the supply time of the second drive current are supply times independent of each other. As a result, the occurrence of overshoot of the optical output is suppressed.

(第一の駆動電流)
パルス駆動光波形の立ち上がりのトリガーとするための予備駆動のための駆動電流のことである。この駆動電流は矩形波や三角波、サイン波など、パルス状であれば波形の形は限定されるものではない。パルス駆動発光させる第二の駆動電流に先立ち供給されるのがこのパルス状の第一の駆動電流でありこの電流値はしきい値電流以上であれば良い。パルス状の第一の駆動電流がしきい値以上であれば、第一の駆動電流に対応する第一の光出力の立ち上がりも早くなるので好ましいものであるが、第一の駆動電流がレーザダイオード(以下、「LD」ともいう)に第一の光出力においてレーザ発振を開始させる程度の大きさと時間において供給される駆動電流であれば特に好ましく、さらには第一の駆動電流が第一の光出力に緩和振動を発生させる程度に大きく急峻な立ち上がりを有するようなパルス状であれば、第一の光出力の立ち上がり時間も極めて短くなるのでさらに非常に好ましい。
(First drive current)
This is a drive current for pre-driving for triggering the rise of the pulse drive light waveform. The shape of the waveform of the drive current is not limited as long as it is pulsed, such as a rectangular wave, a triangular wave, or a sine wave. It is this pulsed first drive current that is supplied prior to the second drive current that causes pulsed light emission, and this current value may be equal to or greater than the threshold current. If the pulsed first drive current is equal to or greater than the threshold value, the rise of the first optical output corresponding to the first drive current is also preferable, but the first drive current is preferably a laser diode. (Hereinafter also referred to as “LD”) is preferably a driving current that is supplied at a magnitude and a time sufficient to start laser oscillation at the first light output, and further, the first driving current is the first light. A pulse shape having a steep rise that is large enough to generate relaxation oscillation in the output is even more preferable because the rise time of the first light output is extremely short.

典型的には第一の光出力が1パルス状の緩和振動として発光観測される電流値と供給時間であれば最も望ましく、具体的には、この第一の駆動電流は、半導体LDのI−L特性曲線における3mWから6mW光出力又は、定格光出力の10〜20%くらいに相当するだけの電流値を設定値として流すことで、第一の光出力が第二の光出力立ち上がりのベースとなり急峻な立ち上がりを実現できる上で特に好ましい。第一の駆動電流の好ましい印加時間は、LD周波数応答特性によっても異なるが、周波数応答特性の良好なLDにおいては注入電流を減らしてより短時間の供給でよく、すなわち時間積分電流値を小さくでき、また周波数特性の悪いLDではより長時間供給したり、より大きめの電流としたりする、すなわち時間積分電流値を大きくすることで、好ましい第一の光出力とすることができる。ただし、第一の駆動電流の供給時間が短く瞬間的なパルス状であれば、設定どおりの光出力は観測されないこともあり、実際に設定して供給する電流値が流れているかどうか正確に確認することはできないこともある。   Typically, it is most desirable if the first light output is a current value and supply time at which light emission is observed as one-pulse relaxation oscillation. Specifically, this first drive current is the I− of the semiconductor LD. The first light output becomes the base of the second light output rise by letting the current value corresponding to about 10-20% of the rated light output from 3 mW to 6 mW light output in the L characteristic curve as the set value. This is particularly preferable since a steep rise can be realized. The preferred application time of the first drive current varies depending on the LD frequency response characteristics, but in LDs with good frequency response characteristics, the injection current can be reduced and shorter supply time can be achieved, that is, the time integrated current value can be reduced. In addition, in an LD having poor frequency characteristics, a preferable first light output can be obtained by supplying a longer time or setting a larger current, that is, by increasing a time integration current value. However, if the supply time of the first drive current is short and it is an instantaneous pulse, the optical output as set may not be observed, and it is accurately confirmed whether the current value set and supplied is flowing. There are things you can't do.

このパルス状の第一の駆動電流は、図9に示すように第二の駆動電流と時間的に分離/独立されていても良いし、時間的に一部重複されていても良い。パルス状の第一の駆動電流に対応する第一の光出力の立ち上がり部、好ましくはピーク値から第二の光出力の立ち上がりが開始されるように第一の駆動電流と第二の駆動電流の供給条件(例えば駆動電流値あるいはパルス駆動電流最大値や供給時間と相対供給タイミングなど)が調整されていれば良いものである。   This pulsed first drive current may be temporally separated / independent from the second drive current as shown in FIG. 9, or may partially overlap in time. The rising edge of the first light output corresponding to the pulsed first driving current, preferably the first driving current and the second driving current so that the rising of the second light output starts from the peak value. The supply conditions (for example, the drive current value or the maximum pulse drive current value, the supply time and the relative supply timing, etc.) may be adjusted.

(第二の駆動電流)
図9に典型例を図示するように、予備駆動電流である第一の駆動電流に引き続いてレーザダイオードに供給するパルス駆動電流を第二の駆動電流という。典型的には第二の駆動電流は第一の光出力の立ち上がり部またはピーク値又は立ち上がり部から第二の光出力の立ち上がりが開始されるように、第一の駆動電流との関係において供給条件が調整されて第二の駆動電流として、レーザダイオードに供給される。
(Second drive current)
As shown in a typical example in FIG. 9, the pulse drive current supplied to the laser diode subsequent to the first drive current which is the preliminary drive current is referred to as a second drive current. Typically, the second driving current is supplied in relation to the first driving current so that the rising edge or peak value of the first light output or the rising edge of the second light output starts from the rising edge. Is adjusted and supplied to the laser diode as a second drive current.

(第一の光出力)
第一の駆動電流はしきい値以上で供給されるので、第一の光出力が観察される。例えばI−L特性曲線で3〜6mW、又は定格光出力の10〜20%光出力に相当する駆動電流を供給設定したとしても、設計どおりの光出力は必ずしも観察されなくてもよい。第一の光出力は、望ましくは緩和振動が一発発出されるだけであるが、複数の緩和振動ピーク値が観測される光出力としても良い。典型的には、第二の光出力より小さいピーク値を持つ一つのパルスピークが緩和振動として観測される状態が最も好ましい。
(First light output)
Since the first drive current is supplied above the threshold, the first light output is observed. For example, even if a drive current corresponding to 3 to 6 mW or 10 to 20% of the rated light output is supplied and set on the IL characteristic curve, the light output as designed may not necessarily be observed. The first light output is preferably a light output in which a plurality of relaxation vibration peak values are observed, although only one relaxation vibration is preferably emitted. Typically, a state where one pulse peak having a peak value smaller than the second light output is observed as relaxation oscillation is most preferable.

(第二の光出力)
パルス駆動としての本来期待する光出力を第二の光出力とし、その駆動電流を第二の駆動電流という。パルス駆動電流の波形は、サイン波、矩形波、三角波、のこぎり波など必要とされる、第二の光出力に応じて所望の発光出力を得られる第二の駆動電流とすればいいので、その形状に本発明の実施上依存しない。
(Second light output)
The light output originally expected as pulse drive is referred to as second light output, and the drive current is referred to as second drive current. The waveform of the pulse drive current may be a second drive current that can obtain a desired light emission output according to the second light output, which is required such as a sine wave, rectangular wave, triangular wave, sawtooth wave, etc. The shape does not depend on the practice of the present invention.

(重畳された1パルス状光出力)
典型的には、図9に示す光出力であり、第一の光出力と第二の光出力が重畳され実質的に1パルス状となるものである。
(Superimposed one-pulse light output)
Typically, the light output shown in FIG. 9 is formed by superimposing the first light output and the second light output into one pulse.

(第一の光出力の立ち上がり部、ピーク部又は立ち下がり部)
第一の光出力の最大値である例えば、一発目の緩和振動のピーク値から第二の光出力が立ち上がることが最も好ましいものであるが、必ずしもこれに限定されることはない。二発目、三発目の緩和振動ピーク部(極大値)からでも充分に速い立ち上がり特性等を実現可能である。また、効果は多少落ちるがピーク部でなくても、ピーク部近傍の立ち上がり部や立ち下り部でも同様である。
(Rising part, peak part or falling part of the first light output)
Although it is most preferable that the second light output rises from the peak value of the first light output, for example, the peak value of the first relaxation oscillation, it is not necessarily limited to this. Sufficiently fast rise characteristics can be realized even from the second and third relaxation vibration peak portions (maximum values). Further, although the effect is somewhat reduced, the same applies to the rising portion and the falling portion in the vicinity of the peak portion even if it is not the peak portion.

(所望の設定値)
設定値とは、供給条件であり典型的には第一の駆動電流の供給時間と電流値と第一と第二の相対供給タイミングであり、望ましい第一の駆動電流の大きさと供給時間と供給タイミング等となるよう、パルス駆動の第二の駆動電流との関係において、設定値が調整されるものである。第一の駆動電流の望ましい値としては、半導体レーザダイオードの3〜6mW光出力に相当する駆動電流値又は、定格光出力の10〜20%光出力に相当する駆動電流値である。
(Desired set value)
The set value is a supply condition, typically a supply time, current value, and first and second relative supply timings of the first drive current, and a desirable first drive current magnitude, supply time, and supply. The set value is adjusted in relation to the second drive current of the pulse drive so as to be the timing and the like. A desirable value of the first drive current is a drive current value corresponding to 3 to 6 mW light output of the semiconductor laser diode or a drive current value corresponding to 10 to 20% light output of the rated light output.

(記憶手段)
ICメモリ、EEPROM、フラッシュメモリ、RAMなど汎用されている記憶装置であれば使用可能である。
(Memory means)
Any general-purpose storage device such as an IC memory, EEPROM, flash memory, or RAM can be used.

(発光装置)
本発明にいう発光装置とは、半導体レーザダイオードを有し、半導体レーザダイオードを発光させることのできる装置をすべて含むものである。発光装置外部へのLD光の取り出しの可否によらず装置内部でLD発光を利用する装置や、装置外部に発光を出射させる発光装置でも良い。典型的には、通信用発光装置や、光集積モジュール、光ストレージ系書き込み装置(ディジタルビデオディスク書き込み装置など)、レーザ露光技術を用いたミニラボでも良い。光ストレージ系書き込み装置として利用した場合には、高速/高周波で分解能/SN比が優れた書き込み用光源となり、より高密度、高精度なノイズやエラーの低減された正確な記録が期待できる。また、写真現像用のレーザ露光技術を用いたミニラボや新聞等の版下用のCTP印刷機等においては、小型軽量の露光用光源としてより、高精細で高密度で正確、クリアな印刷、印字が可能となる。光ストレージ系書き込み装置としては、CD、DVD、Blu−ray、UDO、MOなどに適用することができる。
(Light emitting device)
The light emitting device referred to in the present invention includes all devices having a semiconductor laser diode and capable of emitting the semiconductor laser diode. Regardless of whether or not the LD light can be extracted to the outside of the light emitting device, a device that uses LD light emission inside the device or a light emitting device that emits light outside the device may be used. Typically, it may be a communication light emitting device, an optical integrated module, an optical storage writing device (such as a digital video disk writing device), or a minilab using a laser exposure technique. When used as an optical storage writing device, it becomes a writing light source with high speed / high frequency and excellent resolution / SN ratio, and more accurate recording with reduced noise and errors can be expected. In CTP printers for minilabs and newspapers using laser exposure technology for photo development, high-definition, high-density, accurate, and clear printing and printing are possible as light sources for small and light exposure. Is possible. As an optical storage system writing device, it can be applied to CD, DVD, Blu-ray, UDO, MO and the like.

(第一の駆動電流の供給時間と第二の駆動電流の供給時間が互いに独立した)
ここでいう独立とは、第一の駆動電流と第二の駆動電流の供給時間が互いに、時間的にオーバーラップされておらず、すなわち重なっておらず、すなわち第一の駆動電流と第二の駆動電流が両方同時に供給されている時間が存在しないということである。図10に示すように、本発明の駆動電流作成方法においては特に、独立型の第一の駆動電流と第二の駆動電流において、両者の時間間隔を適宜長短させることにより、第一の駆動電流に対応する第一の光出力の発光から第二の駆動電流に対応する第二の光出力が立ち上がるように駆動電流の波形を調整することが望ましいものである。
(First drive current supply time and second drive current supply time are independent of each other)
The term “independent” as used herein means that the supply times of the first drive current and the second drive current do not overlap each other in time, that is, do not overlap, that is, the first drive current and the second drive current do not overlap. This means that there is no time during which both drive currents are supplied simultaneously. As shown in FIG. 10, in the drive current generation method of the present invention, in particular, the first drive current is obtained by appropriately shortening the time interval between the independent first drive current and the second drive current. It is desirable to adjust the waveform of the drive current so that the second light output corresponding to the second drive current rises from the emission of the first light output corresponding to.

(入力信号)
本発明に言う入力信号とは、半導体レーザを発光制御するための駆動電流を制御するための信号であり、例えば“0”と“1”からなるディジタル信号による入力信号においては、それぞれ低発光状態(又は/及び非発光状態)、高発光状態に駆動するパルス電流を発生させ、これをバイアス電流に重畳して半導体レーザの駆動電流として供給するように設定することができるものである。入力信号を高速かつ、高周波で入力することにより入力信号に対応させて駆動電流を高速かつ、高周波として発光制御するように設定することもできる。
(input signal)
The input signal referred to in the present invention is a signal for controlling the drive current for controlling the light emission of the semiconductor laser. For example, in the input signal by a digital signal consisting of “0” and “1”, each of the low light emission states (Or / and a non-light emitting state), a pulse current for driving in a high light emitting state can be generated, and this can be set to be superimposed on a bias current and supplied as a driving current for the semiconductor laser. By inputting the input signal at a high speed and at a high frequency, it is possible to set the drive current to be controlled to emit light at a high speed and at a high frequency according to the input signal.

(駆動電流)
半導体レーザを駆動するため、例えば入力信号に基づき半導体レーザに供給する電流のことを指す。この駆動電流により、半導体レーザは、実際に発光/消光等の動作を直接制御されるものである。駆動電流の波形としては、正弦波、矩形波、パルス波、三角波、方形波など特に限定されることはなく、さらに前記の各波形を加算処理若しくは減算処理、あるいは積算処理、除算処理等の各種演算処理を施した駆動電流でもよい。あるいは、各種波形の電流を所定のバイアス電流に重畳した電流を駆動電流として半導体レーザに供給することもできる。
(Drive current)
In order to drive the semiconductor laser, for example, it refers to a current supplied to the semiconductor laser based on an input signal. With this drive current, the semiconductor laser is actually directly controlled in operations such as light emission / quenching. The waveform of the drive current is not particularly limited, such as a sine wave, a rectangular wave, a pulse wave, a triangular wave, and a square wave. Further, each waveform is added or subtracted, or various types such as an adding process and a dividing process are performed. A drive current subjected to arithmetic processing may be used. Alternatively, a current obtained by superimposing various waveform currents on a predetermined bias current can be supplied to the semiconductor laser as a drive current.

複数の階段ステップ状の立ち上がり電流とは、例えば、図1に示すような電流駆動装置により、入力信号に基づき矩形状のパルス波形電流を分岐し該波形電流から一定時間遅延させた波形電流と波形処理された電流とを合成することにより作成される図4に示されるような波形を示す駆動電流のことを言う。階段状ステップは1段以上の複数段作成される波形も可能である。さらに該電流に、バイアス電流を重畳してその電流を新たな駆動電流として窒化物半導体レーザに供給することもできる。   The plurality of stepped rising currents are, for example, a waveform current and a waveform obtained by branching a rectangular pulse waveform current based on an input signal and delaying the waveform current for a predetermined time by a current driving device as shown in FIG. It refers to a drive current having a waveform as shown in FIG. 4 created by synthesizing the processed current. A stepped step can be a waveform created in multiple steps of one or more steps. Further, a bias current can be superimposed on the current, and the current can be supplied as a new drive current to the nitride semiconductor laser.

この場合図6に示すような駆動電流波形となるが、図6の電流波形において立ち上がり時の、閾値電流以上で駆動する最初のステップ電流値であるBレベルの電流値は、閾値以上であり使用する半導体レーザダイオードのI−L特性曲線において3〜6mW程度の発光出力が得られる程度の駆動電流値として設定することが望ましい。また、この電流と相応する発光は精密に測定するには短時間でかつ小さい電流値であり測定困難なので、定量的に3〜6mW発光が確認できなくとも、半導体レーザダイオードのI−L特性曲線における3〜6mW電流値を設定することで充分である。Bレベルがあまり高いとAバイアスレベルからBレベルに立ちあげた際に緩和振動が発生しやすくかつ大きくなりすぎて、所望の光パルス出力(特に第二の光出力)を超えてしまうことがあるので好ましくない。   In this case, the drive current waveform as shown in FIG. 6 is obtained, but the current value at the B level, which is the first step current value driven at the threshold current or higher at the time of rising in the current waveform of FIG. It is desirable to set the drive current value to such an extent that a light emission output of about 3 to 6 mW can be obtained in the IL characteristic curve of the semiconductor laser diode. In addition, since the light emission corresponding to this current is a short time and a small current value for precise measurement, it is difficult to measure. Therefore, even if 3 to 6 mW light emission cannot be confirmed quantitatively, the IL characteristic curve of the semiconductor laser diode is obtained. It is sufficient to set a current value of 3 to 6 mW. If the B level is too high, relaxation oscillations are likely to occur and become too large when the A bias level is raised to the B level, and the desired optical pulse output (especially the second optical output) may be exceeded. Therefore, it is not preferable.

また、消光比を大きく保ちかつ、明確に発光を明暗2段階に保つためには、周波数応答特性の良好な半導体LDを使用した場合にはBレベルの時間が短いほうが、最適な注入電流量を設定する上でより好ましい。   Also, in order to keep the extinction ratio large and clearly keep the light emission in two levels of light and dark, when using a semiconductor LD with good frequency response characteristics, the shorter the B level time, the more optimal injection current amount. It is more preferable in setting.

上記構成をとることにより、安定した消光比を保ちながら、消費電力を増大させることなく、光出力の立ち下りのなまりを改善し高速・高周波駆動を可能とするとともに、これまでにないすばやい光出力立ち上がりを緩和振動を低減させた上で実現し、最適なバイアス電流によって不必要な半導体レーザの発熱を抑止できるので、レーザの寿命を延ばすことが可能となる。この光出力のすばやい立ち上がり時間は、10%−90%での評価(ピーク、ボトムから各々10%値間に要する時間を測定)において、1ns以下とすることも可能である。   By adopting the above configuration, while maintaining a stable extinction ratio, it improves the falling edge of the light output without increasing power consumption, enabling high-speed and high-frequency driving, and unprecedented quick light output The rise is realized after reducing the relaxation oscillation, and unnecessary heat generation of the semiconductor laser can be suppressed by the optimum bias current, so that the life of the laser can be extended. The quick rise time of the light output can be set to 1 ns or less in the evaluation at 10% to 90% (measurement time required between 10% values from the peak and the bottom).

また、駆動電流の供給装置としてはバイアス電流供給装置と矩形波などのパルス電流を供給する電流供給装置を別個の装置とすることもできるし、同一の装置に機能を持たせ、まとめて一つの装置として構成することも可能である。   In addition, as a drive current supply device, a bias current supply device and a current supply device that supplies a pulse current such as a rectangular wave can be provided as separate devices. It can also be configured as a device.

(バイアス電流)
半導体レーザの駆動電流のうち、入力信号の“0”、“1”等に従って供給される矩形波、正弦波、方形波、パルス波、各種演算処理等された波形信号電流とは異なり、前記入力信号に従い供給される前記各種波形のパルス信号電流に重畳して供給される電流のことである。バイアス電流が全く無ければ、光出力立ち上がり時の緩和振動の発生する状況が増えすなわち緩和振動が発生しやすくなり、バイアス電流が大きすぎると光出力立ち下り時の“なまり”が増大する要因となりまた、直接、発光には寄与しない消費電力の増大や、不要な発熱等の原因ともなり素子劣化を促進させる要因となる。バイアス電流の好適な値は典型的には閾値電流未満であり、小さければ小さいほど光出力立ち下り時の“なまり”が低減され、より好ましい光出力波形が得られることが判明している。
(Bias current)
Unlike the driving current of the semiconductor laser, the input is different from the waveform signal current that is supplied according to the input signal “0”, “1”, etc., the rectangular wave, the sine wave, the square wave, the pulse wave, and various arithmetic processes. This is a current that is supplied in superposition with the pulse signal current of the various waveforms supplied according to the signal. If there is no bias current at all, the situation where relaxation oscillation occurs at the rise of the optical output increases, that is, relaxation oscillation is likely to occur, and if the bias current is too large, the “rounding” at the fall of the optical output will increase. This causes an increase in power consumption that does not directly contribute to light emission, unnecessary heat generation, and the like, and promotes element deterioration. It has been found that a suitable value of the bias current is typically less than the threshold current, and the smaller the smaller the “round” at the fall of the light output, the more preferable the light output waveform can be obtained.

さらに好ましくは常時供給するバイアス電流値は閾値電流値未満であり、かつ“0”より大きい電流値とすることにより、より好適な動作を実現できることが確認できている。バイアス電流値が“0”であれば、トランジスタ等の回路内各デバイスがOFF(非駆動状態)となることにより、駆動電流がノイズ等外乱の影響を受け易い状態となるので好ましくない。すなわち、上記のバイアス電流値により、緩和振動の低減された速やかな光出力立ち上がりと、立ち下りを確実に実現でき消光遅延/減光遅延などの原因となる“なまり”の影響を低減できることが確認できた。   More preferably, it has been confirmed that a more preferable operation can be realized by setting the constantly supplied bias current value to be less than the threshold current value and to a current value larger than “0”. If the bias current value is “0”, each device in the circuit such as a transistor is turned off (non-driving state), and thus the driving current is likely to be affected by disturbances such as noise. That is, it is confirmed that the above bias current value can realize the rapid rise and fall of the light output with reduced relaxation oscillation, and can reduce the influence of “margin” that causes extinction delay / darkening delay. did it.

(閾値電流値)
本発明に言う閾値電流値とは、図3に示すがごとく一般に駆動対象となる半導体レーザのレーザ発振が開始される電流値のことであるが、より厳密にはレーザ素子の駆動電流対光出力関係を示すI―L特性曲線における変曲点における電流値のことである。
(Threshold current value)
The threshold current value referred to in the present invention is a current value at which laser oscillation of a semiconductor laser to be driven is generally started as shown in FIG. 3, but more strictly speaking, the drive current vs. optical output of the laser element. It is the current value at the inflection point in the IL characteristic curve showing the relationship.

本発明によれば、半導体レーザダイオードのパルス光出力の立ち上がりが非常に早く短時間で立ち上がりつつすなわち発光遅延のない極めて応答速度が早く、また緩和振動を低減したままで、かつパルス光出力を実現できるので、高速・高周波駆動に対応する半導体レーザダイオード駆動を実現するとともにS/N比や消光比が特段に優れたパルス発光駆動を実現することが可能となります。すなわち、緩和振動の影響が実質的に無視できる程度に小さいにも関わらずパルス応答速度の極めて早いパルス発光を実現することができる。   According to the present invention, the pulsed light output of the semiconductor laser diode rises very quickly and in a short time, that is, the response speed is very fast with no light emission delay, and the pulsed light output is realized while the relaxation oscillation is reduced. As a result, it is possible to realize semiconductor laser diode drive that supports high-speed and high-frequency drive, as well as pulsed light emission drive that has a particularly excellent S / N ratio and extinction ratio. That is, it is possible to realize pulsed light emission with an extremely fast pulse response speed even though the influence of relaxation oscillation is so small that it can be substantially ignored.

また、本発明により、駆動電流の立ち下り応答特性の良好かつ消光比の大きな光出力立ち上がり時間の短い半導体レーザ高速・高周波駆動を実施することができる。   In addition, according to the present invention, it is possible to perform high-speed and high-frequency driving of a semiconductor laser having a good drive current falling response characteristic and a large optical output rise time and a short optical output rise time.

以下に、実施例を示す。   Examples are shown below.

(実施例1)
図18に実施例1の構成模式図を示す。この構成は、パルス発生器としてアジレント社製81130A Pulse Pattern Generator(以下PPG)(180)を用いて、このPPG(180)からのパルス信号入力が半導体レーザダイオード駆動用IC(187)のPulse1(181)、Pulse2(182)に入力されている。また、定電流源I1(183)、I2(184)、I3(185)からの電流入力がそれぞれ半導体レーザダイオード駆動用IC(187)のIIN1、IIN2、IIN3に入力するように接続されている。
Example 1
FIG. 18 shows a schematic configuration diagram of the first embodiment. This configuration uses an Agilent 81130A Pulse Pattern Generator (hereinafter referred to as PPG) (180) as a pulse generator, and the pulse signal input from this PPG (180) is Pulse 1 (181) of the semiconductor laser diode driving IC (187). ), Pulse2 (182). Further, the current inputs from the constant current sources I1 (183), I2 (184), and I3 (185) are connected so as to be input to the IIN1, IIN2, and IIN3 of the semiconductor laser diode driving IC (187), respectively.

ここで、I1(183)はバイアス電流として設定(本実施例では1mA)し、I2(184)は第一の駆動電流として設定し(本実施例では51mA)、I3(185)はパルス発光時の要求される発光量に応じた電流(本実施例では100mA)として設定する。半導体レーザダイオード(187)はこの駆動用IC(187)で出力処理された駆動電流の電流出力端子Iout(188)に接続されており、この半導体レーザダイオード(187)の発光出力波形は浜松ホトニクス社製SAMPLING−OSCILLOSCOPE OOS−1(以下OOS−1)(186)にてリアルタイムにモニターしている。   Here, I1 (183) is set as a bias current (1 mA in this embodiment), I2 (184) is set as a first drive current (51 mA in this embodiment), and I3 (185) is during pulse emission. Is set as a current (100 mA in this embodiment) corresponding to the required light emission amount. The semiconductor laser diode (187) is connected to the current output terminal Iout (188) of the drive current output processed by this drive IC (187), and the light emission output waveform of this semiconductor laser diode (187) is Hamamatsu Photonics. Monitoring is performed in real time with SAMPLING-OSCILLOSCOPE OOS-1 (hereinafter referred to as OOS-1) (186).

次に、動作と手順の概略説明を以下に記載する。PPG(180)からPulse1(181)、Pulse2(182)にそれぞれ図19の動作タイミングチャートに記載するタイミングにてパルス信号を出力する。定電流源I1(183)、I2(184)、I3(185)に、それぞれバイアス電流Iout1、第一の駆動電流Iout2、第二の駆動電流Iout3が流れるように調整する。Iout1、Iout2、Iout3の電流値は図19のチャートに示すようにそれぞれ本実施例においては、バイアス電流1mA、第一の駆動電流の電流値51mA、第二の駆動電流の電流値100mAと設定している。   Next, an outline description of the operation and procedure will be described below. A pulse signal is output from the PPG (180) to Pulse1 (181) and Pulse2 (182) at the timing described in the operation timing chart of FIG. Adjustment is made so that the bias current Iout1, the first drive current Iout2, and the second drive current Iout3 flow through the constant current sources I1 (183), I2 (184), and I3 (185), respectively. The current values of Iout1, Iout2, and Iout3 are set to a bias current of 1 mA, a first drive current value of 51 mA, and a second drive current value of 100 mA, respectively, as shown in the chart of FIG. ing.

つづいて、以下に述べる手順により図19のタイムチャートに示す半導体レーザダイオード(187)の駆動電流Iout(188)が本発明のごとく調整される。まず第一の駆動電流として半導体レーザダイオード(187)のI−L特性曲線において3〜6mWが発光する程度の駆動電流を決定し、その電流値を第一の駆動電流としてIout2としてI2(184)に設定する。本実施例においては、Iout2はI−L特性曲線において4mW光出力相当である51mAとした。このとき、1パルス分の第一の駆動電流を流す供給時間は、OOS−1(186)において発光波形の緩和振動が一発出力されるように、OOS−1(186)等光出力波形計測器を観測しながらPPG(180)を調整しパルス信号供給時間を調整する。   Subsequently, the drive current Iout (188) of the semiconductor laser diode (187) shown in the time chart of FIG. 19 is adjusted as in the present invention by the procedure described below. First, a driving current that emits light of 3 to 6 mW in the IL characteristic curve of the semiconductor laser diode (187) is determined as a first driving current, and the current value is defined as Iout2 as I2 (184). Set to. In this example, Iout2 was set to 51 mA corresponding to a 4 mW optical output in the IL characteristic curve. At this time, the OOS-1 (186) optical output waveform measurement is performed so that the relaxation time of the emission waveform is output once in the OOS-1 (186) during the supply time for supplying the first drive current for one pulse. The PPG (180) is adjusted while observing the instrument to adjust the pulse signal supply time.

また、第二の駆動電流は所望の光出力パワーが得られるような駆動電流が流れるようにIout3を設定する。本実施例では、I−L特性曲線において50mW光出力を得るために100mAの駆動電流をIout3として設定し、その100mA電流値にI3(185)を調整した。その後、第二の駆動電流の立ち上がりエッジ部を第一の駆動電流の立ち下りエッジ部に近づけ、第一の駆動電流によって得られた第一の光出力のピーク値近傍から、第二の光出力が立ち上がるようにOOS−1(186)を観測しながらPPG(180)のパルス出力タイミングを調整する。   Further, the second drive current is set to Iout3 so that a drive current that can provide a desired optical output power flows. In this example, in order to obtain a 50 mW optical output in the IL characteristic curve, a driving current of 100 mA was set as Iout3, and I3 (185) was adjusted to the 100 mA current value. After that, the rising edge portion of the second driving current is brought close to the falling edge portion of the first driving current, and the second light output from the vicinity of the peak value of the first light output obtained by the first driving current. The pulse output timing of the PPG (180) is adjusted while observing OOS-1 (186) so as to rise.

また、第二の駆動電流値は一気に0mA近傍にまで立ち下げることにより、駆動回路とLD間のインピーダンス不整合による電流反射の影響を、光出力へ及ぼさずすなわち、消光遅延やなまり現象を実質的に無くすことができる。この実施例においては、1mAのIout1、すなわちバイアス電流まで100mAのIout3すなわち第二の駆動電流から一気に立ち下げる駆動電流としている。以上の手順により、従来窒化物系半導体レーザダイオードでも実現不可能とされていた、パルス駆動における光出力立ち上がり/立ち下り時間を同時に1nsecより小さくする駆動が可能となった。   In addition, the second drive current value is suddenly lowered to near 0 mA so that the influence of current reflection due to impedance mismatch between the drive circuit and the LD does not affect the optical output, that is, the extinction delay and the rounding phenomenon are substantially reduced. Can be eliminated. In this embodiment, 1 mA Iout1, that is, 100 mA Iout3 up to the bias current, that is, a driving current that falls at a stroke from the second driving current. With the above procedure, it has become possible to drive the optical output rise / fall time in pulse drive simultaneously to be less than 1 nsec, which has been impossible to realize with conventional nitride semiconductor laser diodes.

さらに、以下に図18に示す同回路構成を用いた別の図20に示すタイミングチャートに関わるパルス駆動の動作説明について説明する。図20に示す駆動電流は、第一の駆動電流の供給時間と第二の駆動電流の供給時間が重畳している場合、すなわちPulse1(181)とPulse2(182)のパルス供給時間が図20に示すように重なっている場合の駆動電流作成である。   Further, an explanation will be given of the pulse drive operation related to another timing chart shown in FIG. 20 using the same circuit configuration shown in FIG. In the driving current shown in FIG. 20, when the first driving current supply time and the second driving current supply time overlap, that is, the pulse supply times of Pulse 1 (181) and Pulse 2 (182) are shown in FIG. As shown, the drive current is created when they overlap.

まずPPG(180)から、Pulse1(181)、Pulse2(182)にそれぞれ図20に記載のタイミングで出力する。ここで、スイッチSW1(189)、スイッチSW2(1810)はそれぞれ、High Level電圧を入力した時にスイッチがONし、Low Level電圧を入力したときにOFFするものとする。次に、定電流源I1(183)、I2(184)、I3(185)にそれぞれ図20に示すバイアス電流Iout1、第一の駆動電流Iout2、第二の駆動電流Iout3が流れるように調整する。上記の手順により、図20に記載する半導体レーザダイオード(1811)の駆動電流Iout(188)が得られる。   First, PPG (180) outputs to Pulse 1 (181) and Pulse 2 (182) at the timing shown in FIG. Here, it is assumed that the switch SW1 (189) and the switch SW2 (1810) are turned on when a high level voltage is inputted and turned off when a low level voltage is inputted. Next, adjustment is made so that the bias current Iout1, the first drive current Iout2, and the second drive current Iout3 shown in FIG. 20 flow through the constant current sources I1 (183), I2 (184), and I3 (185), respectively. By the above procedure, the drive current Iout (188) of the semiconductor laser diode (1811) shown in FIG. 20 is obtained.

その後、第一の駆動電流として、半導体レーザダイオード(1811)のI−L特性曲線より3〜6mWの光出力に相当する駆動電流を半導体レーザダイオード(1811)に流れるようにIout2を設定し、その設定値にI2を調整する。第一の駆動電流を流す期間は、緩和振動が一発出力されるように、OOS−1(186)等光波形計測器を使用して光応答波形を観測しながらPPG(180)を調整する。また、第二の駆動電流は所望の光出力パワーが得られるような電流が流れるようにIout3を調整する。その後、第二の駆動電流の立ち上がりエッジ部を第一の駆動電流の立ち下りエッジ部に近づけ、第一の駆動電流によって得られた光出力のピーク値付近から、第二の光出力が立ち上がるように調整する。   Thereafter, as a first drive current, Iout2 is set so that a drive current corresponding to an optical output of 3 to 6 mW flows to the semiconductor laser diode (1811) from the IL characteristic curve of the semiconductor laser diode (1811). Adjust I2 to the set value. During the period in which the first drive current is applied, the PPG (180) is adjusted while observing the optical response waveform using an optical waveform measuring instrument such as OOS-1 (186) so that one relaxation oscillation is output. . Further, the second drive current adjusts Iout3 so that a current that provides a desired optical output power flows. Thereafter, the rising edge portion of the second driving current is brought close to the falling edge portion of the first driving current so that the second optical output rises from the vicinity of the peak value of the optical output obtained by the first driving current. Adjust to.

また、第二の駆動電流は一気に0mA付近にまで立ち下げることにより、駆動回路と半導体LD間のインピーダンス不整合による電流反射の影響を、光出力へは及ぼさなくすることができる。以上により、従来窒化物系半導体レーザダイオードでも実現不可能とされていた、パルス駆動における立ち上がり、立ち下り時間を同時に1nsecを切る駆動が可能となった。   Further, the second drive current is reduced to about 0 mA at a stretch, so that the influence of current reflection due to impedance mismatch between the drive circuit and the semiconductor LD can be prevented from affecting the optical output. As described above, it has become possible to simultaneously drive the rise and fall times of 1 nsec in pulse driving, which has been impossible to realize with conventional nitride semiconductor laser diodes.

(実施例2)
第二の実施例として、図7に示す回路を構成して窒化物系半導体レーザをパルス駆動した。図7に示す回路構成により半導体レーザに供給される駆動電流は、(図4)に示す駆動電流波形と同等の駆動電流波形とすることができるものである。以下に回路の動作説明をする。アノード側が電流源に接続されたダイオード(D3)により、常時バイアス電流(I3)を供給するようにする。
(Example 2)
As a second embodiment, the circuit shown in FIG. 7 is configured and a nitride semiconductor laser is pulse-driven. The drive current supplied to the semiconductor laser with the circuit configuration shown in FIG. 7 can have a drive current waveform equivalent to the drive current waveform shown in FIG. The operation of the circuit will be described below. A bias current (I3) is always supplied by a diode (D3) whose anode side is connected to a current source.

クロック1(CK1)とクロック2(CK2)を入力すると、クロックがHiの時にトランスファーゲート(T1)、(T2)が、クロック(CK1)、(CK2)のタイミングに応じて、ONとなる。そうすると各入力電流(I1)、(I2)、(I3)はダイオード(D1)、(D2)、(D3)を経由して、レーザダイオード(LD)のアノード側に、((I1)+(I2)+(I3))なる電流が駆動電流(ID)の最高値として供給される。この駆動電流においては、(I3)がすなわちバイアス電流であり、バイアス電流値から1ステップ上昇した電流値がすなわち(I1+I3)の電流値であり、この(I1+I3)電流値は閾値電流以上の値が立ち上がり光出力の応答改善と緩和振動の抑制の観点から好ましく、さらにはできる限り閾値電流値近傍の値である方が、消費電力低減及び消光比の観点からは望ましい。   When the clock 1 (CK1) and the clock 2 (CK2) are input, the transfer gates (T1) and (T2) are turned on according to the timing of the clocks (CK1) and (CK2) when the clock is Hi. Then, the input currents (I1), (I2), and (I3) pass through the diodes (D1), (D2), and (D3) to the anode side of the laser diode (LD) ((I1) + (I2 ) + (I3)) is supplied as the maximum value of the drive current (ID). In this drive current, (I3) is a bias current, and a current value that is increased by one step from the bias current value is a current value of (I1 + I3). This (I1 + I3) current value has a value equal to or greater than the threshold current. It is preferable from the viewpoint of improving the response of the rising light output and suppressing the relaxation oscillation, and more preferably as close to the threshold current value as possible from the viewpoint of power consumption reduction and extinction ratio.

また、バイアス電流の(I3)は、閾値電流より小さいと“なまり”が解消される方向に改善されるものであるが、この(I3)バイアス電流値が小さければ小さいほど、光出力の立ち下り特性がより改善され、“なまり”もなくより好適な光出力特性を得られるが、(I3)電流値が“0”であればノイズ等外乱の影響を受けやすくなるので好ましくない。   Further, the bias current (I3) is improved in such a direction that “rounding” is eliminated when the bias current is smaller than the threshold current. However, the smaller the bias current value is, the lower the light output falls. Although the characteristics are further improved and a more suitable light output characteristic can be obtained without “rounding”, (I3) If the current value is “0”, it is not preferable because it is easily affected by disturbances such as noise.

この駆動電流の供給による窒化物系半導体レーザの駆動によって、実施例1と同等の立ち下り時の“なまり”と緩和振動を低減した光出力が確認できた。   By driving the nitride-based semiconductor laser by supplying this driving current, it was possible to confirm the light output with reduced “rounding” and relaxation oscillation at the same time as in Example 1.

また、実施例に関わる駆動回路は図15に示すパルス駆動回路においても実現することができる。以下その動作を説明する。スイッチ1SW1(151)はパルス1PULSE1(152)からの信号がHIGHレベル(例えば5V)であればスイッチ1SW1(151)がONし、LOWレベル(例えば0V)であればOFFする構成となっている。またスイッチ2SW2(153)も同様の構成としている。   Further, the drive circuit according to the embodiment can also be realized in the pulse drive circuit shown in FIG. The operation will be described below. The switch 1SW1 (151) is configured so that the switch 1SW1 (151) is turned on when the signal from the pulse 1PULSE1 (152) is HIGH level (for example, 5V), and is turned off when the signal is LOW level (for example, 0V). The switch 2SW2 (153) has the same configuration.

外部からの定電流源I1(154)から抵抗R1(155)に電流を流して発生した電圧を、オペアンプ1OPAMP1(156)、トランジスタ1Tr1(157)、抵抗R2(158)からなる電圧−電流変換回路へ入力し、それによってトランジスタTr4(159)を経由して電流が流れる。ここで、トランジスタ4Tr4(159)とトランジスタ5Tr5(1510)はカレントミラー回路になっているため、トランジスタ4Tr4(159)で流れた電流と同じ大きさの電流が、トランジスタ5Tr5(1510)へも流れ最終的には、その電流が半導体レーザダイオードLD(1511)へも流れる(Iout1とする)。   A voltage-current conversion circuit comprising an operational amplifier 1OPAMP1 (156), a transistor 1Tr1 (157), and a resistor R2 (158) is generated by flowing a current from the constant current source I1 (154) to the resistor R1 (155). So that current flows through transistor Tr4 (159). Here, since the transistor 4Tr4 (159) and the transistor 5Tr5 (1510) are current mirror circuits, a current having the same magnitude as the current flowing in the transistor 4Tr4 (159) also flows to the transistor 5Tr5 (1510). Specifically, the current also flows to the semiconductor laser diode LD (1511) (referred to as Iout1).

ここで、パルス1PULSE1(152)にHIGHレベルの電圧信号を入力すするとスイッチ1SW1(151)が閉じ、I2(1512)の電流量に応じた電流が、オペアンプ2OPAMP2(1513)、トランジスタ2Tr2(1514)、抵抗R4(1515)からなる電圧−電流回路によって発生する。この電流、すなわちIout2もまたトランジスタ4Tr4(159)を介して流れるため、前記Iout1と重畳され、半導体レーザダイオード(1511)へは(Iout1+Iout2)の電流が流れることになる。   Here, when a HIGH level voltage signal is input to the pulse 1PULSE1 (152), the switch 1SW1 (151) is closed, and the current corresponding to the current amount of the I2 (1512) becomes the operational amplifier 2OPAMP2 (1513) and the transistor 2Tr2 (1514). , Generated by a voltage-current circuit comprising a resistor R4 (1515). Since this current, that is, Iout2 also flows through the transistor 4Tr4 (159), it is superimposed on the Iout1 and a current of (Iout1 + Iout2) flows to the semiconductor laser diode (1511).

次に、パルス2PULSE2(1516)にHIGHレベルの電圧を入力すると、スイッチ2(SW2)がOFFになり、I3(1517)の電流量に応じた電流が、オペアンプOPAMP3(1518)、トランジスタ3Tr3(1519)、抵抗R6(1520)からなる電圧−電流回路によって発生する。この電流すなわちIout3もまた、トランジスタ4Tr4(159)を介して流れるため、先述の(Iout1+Iout2)と重畳され、半導体レーザダイオード(1511)へは(Iout1+Iout2+Iout3)の電流が流れることになる。また、この状態でスイッチ2SW2(153)をOFFにすると、(Iout1+Iout2)の電流が、またスイッチ1SW1(151)をOFFにすると、Iout1の電流が半導体レーザダイオード(1511)へ流れることになる。   Next, when a HIGH level voltage is input to the pulse 2PULSE2 (1516), the switch 2 (SW2) is turned OFF, and a current corresponding to the current amount of I3 (1517) is supplied to the operational amplifier OPAMP3 (1518) and the transistor 3Tr3 (1519). ), And is generated by a voltage-current circuit composed of the resistor R6 (1520). Since this current, that is, Iout3 also flows through the transistor 4Tr4 (159), it is superimposed on the above-described (Iout1 + Iout2), and the current of (Iout1 + Iout2 + Iout3) flows to the semiconductor laser diode (1511). If the switch 2SW2 (153) is turned OFF in this state, the current of (Iout1 + Iout2) flows to the semiconductor laser diode (1511). If the switch 1SW1 (151) is turned OFF, the current of Iout1 flows to the semiconductor laser diode (1511).

(実施例3)
青紫LDを使用して第一の駆動電流と第二の駆動電流を、それぞれ本発明の高速立ち上がり光出力を得られる駆動電流作成方法にて実現した例を示す。使用したLDは、しきい値電流(Ith)47.79mA、5mW光出力時駆動電流値(Iop5)52.17mA、30mW光出力時駆動電流値(Iop30)75.3mA、5mW光出力時駆動電圧値(Vop5)4.21V、30mW光出力時駆動電圧値(Vop30)4.49V、5mW光出力時駆動抵抗値(Rd5)14.1Ω、30mW光出力時駆動抵抗値(Rd30)11.1Ωである。
(Example 3)
An example in which the first drive current and the second drive current are realized by the drive current generation method capable of obtaining the high-speed rising light output of the present invention using the blue-violet LD will be described. The LD used was threshold current (Ith) 47.79 mA, 5 mW optical output drive current value (Iop5) 52.17 mA, 30 mW optical output drive current value (Iop30) 75.3 mA, 5 mW optical output drive voltage Value (Vop5) 4.21 V, 30 mW light output drive voltage value (Vop30) 4.49 V, 5 mW light output drive resistance value (Rd5) 14.1Ω, 30 mW light output drive resistance value (Rd30) 11.1Ω is there.

図11にはそれぞれ、第一の駆動電流値は半導体LDのI−L特性曲線において4mW光出力相当の駆動電流値で第二の駆動電流値は50mW定格相当の駆動電流となる駆動電流波形ならびに光出力波形を示す。
図11a)、b)、c)は第一の光出力波形と第二の光出力波形の相対時間間隔が違うのみで、その他の駆動条件は全く同一である。
In FIG. 11, the first drive current value is a drive current value corresponding to a 4 mW optical output in the IL characteristic curve of the semiconductor LD, and the second drive current value is a drive current waveform corresponding to a drive current corresponding to a 50 mW rating. An optical output waveform is shown.
In FIGS. 11 a), b), and c), only the relative time interval between the first optical output waveform and the second optical output waveform is different, and other driving conditions are exactly the same.

図11a)は、第一の駆動電流と第二の駆動電流が充分に時間間隔が空けられているので、それぞれ対応する第一の光出力と第二の光出力も時間的に間隔が隔たっている。緩和振動も非常に大きいものが発生していることがわかる。図11b)では、a)よりもやや第一の駆動電流と第二の駆動電流の時間間隔を短くしているので、相応する各々の光出力も近づいているが、緩和振動が発生し本件発明のようなスムースな高速立ち上がりを実現していない。   In FIG. 11a, since the first drive current and the second drive current are sufficiently spaced from each other, the corresponding first light output and second light output are also spaced from each other in time. Yes. It can be seen that there is a very large relaxation oscillation. In FIG. 11b), since the time interval between the first drive current and the second drive current is slightly shorter than in a), the corresponding light outputs are approaching each other, but relaxation oscillation occurs and the present invention. Such a smooth high-speed rise is not realized.

図11c)では、独立型の第一の駆動電流と独立型の第二の駆動電流が時間的にちょうど接合している状態の駆動電流を発生し、LD駆動している。この図からもわかるように、図11c)ではLD光出力立ち上がり時間(Tr)が0.97nsとなり非常に早いだけでなく、緩和振動も実質的に殆ど観測されておらず、現在までに得られているもっとも早い立ち上がりを実現する一つであり、理想的な超高速パルス光出力波形を実現したものである。   In FIG. 11c), a drive current in a state where the independent first drive current and the independent second drive current are just joined in time is generated, and LD driving is performed. As can be seen from this figure, in FIG. 11c), the LD light output rise time (Tr) is 0.97 ns, which is not only very fast, but also substantially no relaxation oscillation is observed, and it has been obtained so far. It is one that realizes the earliest rise and realizes an ideal ultrafast pulsed light output waveform.

ここに示す超高速パルス光出力を得るための手順は、以下に示すとおりである。
1、第一の駆動電流として、I−Lカーブ特性より、3〜6mWが光る程度の駆動電流を設定値として、LDに印加する設定とする。この実施例においては、4mW光出力相当に対応する51mAの駆動電流値を印加している。
2、第一の駆動電流を流す期間(Width)は、緩和振動が一発出力されるようにパルスジェネレータと光オシロスコープ等を使用して調整する。この実施例では約6nsの設定としている。
3、次に第二の駆動電流として所望の光出力が得られるような電流を注入する。実施例においては、I−L特性曲線の光出力50mW相当にあたる駆動電流として100mAを印加している。
4、第二の駆動電流の立ち上がりエッジ部を第一の駆動電流の立ち下りエッジ部に近づくよう時間調整し、第一の駆動電流によって得られた第一の光出力のピーク値近傍から、第二の光出力が立ち上がるようにオシロスコープにて光出力形状を確認しながら調整する。
5、また、この実施例では第二の駆動電流の立ち下げ部は0mA近傍バイアスまで急峻に立ち下げることにより、駆動回路とLD間のインピーダンス不整合等による電流反射の影響(消光遅延)を、光出力へは及ぼさなくすることができる。
The procedure for obtaining the ultrafast pulse light output shown here is as follows.
1. The first drive current is set to be applied to the LD as a set value with a drive current of about 3 to 6 mW from the IL curve characteristic. In this embodiment, a drive current value of 51 mA corresponding to 4 mW optical output is applied.
2. The period (Width) in which the first drive current flows is adjusted using a pulse generator, an optical oscilloscope, or the like so that the relaxation oscillation is output once. In this embodiment, the setting is about 6 ns.
3. Next, a current for injecting a desired light output is injected as the second drive current. In the embodiment, 100 mA is applied as a drive current corresponding to an optical output of 50 mW in the IL characteristic curve.
4. Adjust the time so that the rising edge portion of the second driving current approaches the falling edge portion of the first driving current, and from the vicinity of the peak value of the first optical output obtained by the first driving current, Adjust while checking the light output shape with an oscilloscope so that the second light output rises.
In this embodiment, the second drive current falling portion sharply falls to a bias near 0 mA, thereby reducing the influence of current reflection (quenching delay) due to impedance mismatch between the drive circuit and the LD. The light output can be prevented.

これによって、窒化物半導体レーザダイオードでは実現不可能とされていた、光出力立ち上がり、光出力立ち下りを共に1nsecより小さくするパルス駆動が可能になった。   As a result, it has become possible to perform pulse driving in which both the light output rising edge and the light output falling edge are less than 1 nsec, which has been impossible to realize with the nitride semiconductor laser diode.

この駆動方法においては、第一の駆動電流によって緩和振動を誘発させ、その後第二の駆動電流(所望のパルス電流)によってレーザダイオードを駆動することにより、重畳された第一の光出力と第二の光出力が緩和振動と従来公知の立ち上がりの中間レベルで立ち上がることにより、超高速の発光立ち上がり特性を備えるパルス駆動を実現できる。   In this driving method, relaxation oscillation is induced by the first driving current, and then the laser diode is driven by the second driving current (desired pulse current), so that the superimposed first optical output and second The light output rises at an intermediate level between the relaxation oscillation and the conventionally known rise, whereby a pulse drive having an ultrafast emission rise characteristic can be realized.

ここで、この実施例に関わる駆動回路の具体的典型を示す。回路概念図を図16に、動作タイミングチャートを図17に示す。図16において、スイッチ1SW1(161)はパルスPULSE(1615)からの信号がLOWレベル(例えば0V)であればOPENとなり、一回目のパルス入力(例えば5V)が入れば、定電流源I2(162)側にスイッチが入り、二回目のパルス入力が入れば、定電流源I3(163)側にスイッチが入るものとする。また、一回目と二回目のパルスの間のLOWレベル期間中は、前記のとおりOPENとなる。   Here, a specific example of the drive circuit according to this embodiment is shown. A conceptual circuit diagram is shown in FIG. 16, and an operation timing chart is shown in FIG. In FIG. 16, the switch 1SW1 (161) becomes OPEN if the signal from the pulse PULSE (1615) is LOW level (for example, 0V), and if the first pulse input (for example, 5V) is input, the constant current source I2 (162). ) Side is switched on, and if the second pulse input is input, the constant current source I3 (163) side is switched on. Also, during the LOW level period between the first and second pulses, OPEN is set as described above.

パルスPULSEの入力がLOWレベルであるとき、外部からの定電流源I1(164)から抵抗R1(165)に電流を流して発生した電圧を、オペアンプ1OPAMP1(166)、トランジスタ1Tr1(167)、抵抗2R2(168)からなる電圧−電流変換回路へ入力し、それによってトランジスタ3Tr3(169)を経由して電流が流れる。ここで、トランジスタ3Tr3(169)とトランジスタ4Tr4(1610)はカレントミラー回路になっているため、トランジスタ3Tr3(169)で流れた電流と同じ電流がトランジスタ4Tr4(1610)へも流れ、最終的にはその電流が半導体レーザダイオードLD(1611)へも流れる(Iout1とする)。   When the input of the pulse PULSE is at the LOW level, a voltage generated by flowing a current from an external constant current source I1 (164) to the resistor R1 (165) is converted into an operational amplifier 1OPAMP1 (166), a transistor 1Tr1 (167), and a resistor. 2R2 (168) is input to the voltage-current conversion circuit, whereby a current flows through the transistor 3Tr3 (169). Here, since the transistor 3Tr3 (169) and the transistor 4Tr4 (1610) are current mirror circuits, the same current as the current flowing in the transistor 3Tr3 (169) also flows to the transistor 4Tr4 (1610), and finally The current also flows to the semiconductor laser diode LD (1611) (referred to as Iout1).

ここで、パルスPULSE(1615)にHIGHレベルの電圧を入力すると、スイッチ1SW1(161)が定電流源I2(162)側へ入り、I2(162)の電流量に応じた電流が、オペアンプ2OPAMP2(1612)、トランジスタ2Tr2(1613)、抵抗6R6(1614)からなる電圧−電流回路によって発生する。この電流もまた、トランジスタ3Tr3(169)を介してトランジスタ4Tr4(1610)へ流れるため(この電流をIout2とする)、先述のIout1と重畳され、レーザへはIout1+Iout2の電流が流れることになる。   Here, when a HIGH level voltage is input to the pulse PULSE (1615), the switch 1SW1 (161) enters the constant current source I2 (162), and the current corresponding to the current amount of the I2 (162) is changed to the operational amplifier 2OPAMP2 ( 1612), a transistor 2Tr2 (1613) and a resistor 6R6 (1614). Since this current also flows to the transistor 4Tr4 (1610) via the transistor 3Tr3 (169) (this current is referred to as Iout2), it is superimposed on Iout1 described above, and a current of Iout1 + Iout2 flows to the laser.

次に、パルスPULSE(1615)がLOWレベルになり、スイッチSW1(161)はいったんOPENとなった後、再度HIGHレベルの電圧が入力されると、スイッチ1SW1(161)が定電流源I3(163)側へ入り、電流I3(163)の電流量に応じた電流が、オペアンプOPAMP2(1612)、トランジスタ2Tr2(1613)、抵抗6R6(1614)からなる電圧−電流回路によって発生する。この電流もまた、トランジスタTr3(169)を介してトランジスタTr4(1610)へ流れるため(この電流をIout3とする)、前記Iout1と重畳され、半導体レ−ザダイオードへはIout1+Iout3の電流が流れることになる。この上記動作のタイミングチャート概念図を図17に示す。   Next, after the pulse PULSE (1615) becomes the LOW level and the switch SW1 (161) once becomes OPEN, when the HIGH level voltage is input again, the switch 1SW1 (161) is switched to the constant current source I3 (163). ), And a current corresponding to the amount of current I3 (163) is generated by a voltage-current circuit including an operational amplifier OPAMP2 (1612), a transistor 2Tr2 (1613), and a resistor 6R6 (1614). Since this current also flows to the transistor Tr4 (1610) via the transistor Tr3 (169) (this current is referred to as Iout3), it is superimposed on the Iout1 and a current of Iout1 + Iout3 flows to the semiconductor laser diode. Become. A conceptual timing chart of the above operation is shown in FIG.

(実施例4)
図12に、実施例3に示す青紫レーザダイオードにおいて、第一の駆動電流の駆動電流レベルをa)49mA、b)51mA、c)53mAと上げていった場合のそれぞれの光出力波形を示すものである。この実施例4ではステップ状の駆動電流波形として実施した。第一の駆動電流の駆動電流レベル以外の電流駆動条件は全く同一であり、バイアス電流は1mAである。
Example 4
FIG. 12 shows respective optical output waveforms when the drive current level of the first drive current is increased to a) 49 mA, b) 51 mA, and c) 53 mA in the blue-violet laser diode shown in Example 3. It is. In Example 4, the driving current waveform was stepped. Current drive conditions other than the drive current level of the first drive current are exactly the same, and the bias current is 1 mA.

a)では第一の駆動電流がしきい値電流(47.79mA)より大きい49mA設定ではあるが、この駆動電流値はI−L曲線における4mW光出力相当の駆動電流値であるb)より低いI−L曲線にて2mW光出力相当電流値である。   In a), the first drive current is set to 49 mA larger than the threshold current (47.79 mA), but this drive current value is lower than b) which is a drive current value corresponding to 4 mW optical output in the IL curve. It is a current value corresponding to 2 mW optical output in the IL curve.

b)では、a)より第一の駆動電流値を上げている51mAであり、これはI−L曲線の4mW光出力相当電流値にあたる。オシロスコープによる光出力波形において確認できるように、光出力立ち上がり時間が0.97nsでありまた、光出力立ち下り時間も0.84nsといずれもこれまでに知られている半導体LDの光出力立ち上がり立ち下り時間の最速レベルを実現できている。本発明においては、パルス駆動光出力波形も非常にきれいな波形であることも特徴であり光出力波形のオーバーシュートやアンダーシュートは観測されない。   In b), the first drive current value is 51 mA higher than in a), which corresponds to a current value corresponding to 4 mW optical output of the IL curve. As can be confirmed in the optical output waveform by the oscilloscope, the optical output rise time is 0.97 ns, and the optical output fall time is 0.84 ns, both of which have been known so far. The fastest level of time has been achieved. In the present invention, the pulse drive light output waveform is also a very clean waveform, and no overshoot or undershoot of the light output waveform is observed.

c)においては、第一の駆動電流の値は、さらにb)よりも上げた6mW光出力相当の駆動電流値であり、その他の駆動電流条件は同じである。オシロスコープの光出力波形において確認できるように、第一の光出力の緩和振動の一発目が小さな盛り上がりとして見えている。第二の光出力は第一の光出力の一発目の緩和振動立ち下がり部より立ち上がるような調整結果となっているが、光出力の立ち上がり時間は1.17nsであり、立ち下がり時間も0.89nsでありいずれも非常に速い値を実現できており、かつ緩和振動やオーバーシュート、アンダーシュートの影響は実質的に無視できる程度の非常にきれいな光出力応答波形である。   In c), the value of the first drive current is a drive current value equivalent to 6 mW optical output further increased than in b), and the other drive current conditions are the same. As can be confirmed from the optical output waveform of the oscilloscope, the first oscillation of the first optical output is seen as a small rise. The second optical output is adjusted so that it rises from the first relaxation oscillation falling portion of the first optical output, but the rise time of the optical output is 1.17 ns, and the fall time is also 0. .89 ns, both of which can realize very fast values, and have a very beautiful optical output response waveform in which the effects of relaxation oscillation, overshoot, and undershoot can be substantially ignored.

(実施例5)
図13には第一の駆動電流を、半導体レーザダイオードのI−L曲線において4mW光出力相当の駆動電流値として設定し、第一の駆動電流の駆動時間幅をa)b)c)の順に広げた場合の駆動電流と光出力応答波形の例を実施例5として示す。駆動時間の時間幅は、a)が約5nsであり、b)が約6nsであり第一の駆動電流と第二の駆動電流が時間的にちょうど独立状態で接合している状態でありa)より第一の駆動電流の駆動時間幅を増大させている。また、c)が約7nsであり、b)よりさらに第一の駆動電流の駆動時間幅を増大させている。c)の駆動電流においては、模式図からもわかるように第一の駆動電流供給時間の後半部分が第二の駆動電流の供給開始時間後まで重なって、重畳(オーバーラップ)されており、重畳されている時間は第一の駆動電流と第二の駆動電流の合計値が供給されている。すなわち、時間軸で順に、バイアス電流値→第一の駆動電流→第一と第二の合計駆動電流値→第二の駆動電流値→バイアス電流値なる電流が半導体LDに順次供給されている。
(Example 5)
In FIG. 13, the first drive current is set as a drive current value corresponding to 4 mW light output in the IL curve of the semiconductor laser diode, and the drive time width of the first drive current is set in the order of a) b) c). An example of the drive current and the light output response waveform when spread is shown as Example 5. The time width of the driving time is a state where a) is about 5 ns, b) is about 6 ns, and the first driving current and the second driving current are joined in an independent state in time a) In addition, the driving time width of the first driving current is increased. Further, c) is about 7 ns, and the driving time width of the first driving current is further increased than in b). In the drive current of c), as can be seen from the schematic diagram, the second half of the first drive current supply time is overlapped and overlapped until after the second drive current supply start time. The total value of the first drive current and the second drive current is supplied for the set time. That is, in order of the time axis, a current of bias current value → first drive current → first and second total drive current value → second drive current value → bias current value is sequentially supplied to the semiconductor LD.

この実施例における光出力応答波形を示すように、a)では大きな緩和振動が発生し、c)では立ち上がり時に大きなオーバーシュートが観測されており、いずれも光出力応答波形はパルス状の矩形波となっていない。一方、b)においては、立ち上がり時間は0.97nsであり、立ち下り時間も0.84nsと高速駆動に充分な速度を保っており、かつ光出力波形も緩和振動やオーバーシュート、アンダーシュートも観測されず良好な方形波が得られている。   As shown in the optical output response waveform in this embodiment, a large relaxation oscillation occurs in a), and a large overshoot is observed in the rising state in c). In both cases, the optical output response waveform is a pulsed rectangular wave. is not. On the other hand, in b), the rise time is 0.97 ns, the fall time is 0.84 ns, which is sufficient for high-speed driving, and the light output waveform is also observed for relaxation oscillation, overshoot, and undershoot. A good square wave is not obtained.

このように、本発明の調整方法としては第一の駆動電流と第二の駆動電流の相対供給時間を近づける(すなわち、第一駆動電流から第二の駆動電流を供給するディレイを小さくする)以外にも、この実施例のように第一の駆動電流の駆動供給時間を増大させ、結果的に、第一の駆動電流の駆動供給終了時間と第二の駆動電流の駆動供給開始時間の間隔が小さくなり、あるいは一致するようにして、第一の光出力から第二の光出力が立ち上がるように調整することが可能である。a)の第一の光出力が観測されていないのは、第一の駆動電流の供給時間が短いためであると考えられる。   As described above, the adjustment method of the present invention is other than making the relative supply time of the first drive current and the second drive current close (that is, reducing the delay in supplying the second drive current from the first drive current). In addition, the drive supply time of the first drive current is increased as in this embodiment, and as a result, the interval between the drive supply end time of the first drive current and the drive supply start time of the second drive current is increased. It is possible to adjust so that the second light output rises from the first light output so that the second light output is reduced or matched. The reason why the first light output of a) is not observed is considered to be because the supply time of the first drive current is short.

ここで、本発明の別の典型的一実施形態に関わる構成ブロック概念図について図21に基づいて説明する。パソコン(Personal Computer以下PC)(211)からの指令(LD駆動電流値、パルス周波数等)を、シリアル・コミュニケーション・インターフェース(Serial Communication Interface:以下SCI)(212)を経由して中央演算装置(Central Processing Unit:以下CPU)(213)へ伝えられ、CPU(213)からの指令は以下のように伝達される。   Here, a structural block conceptual diagram according to another exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A command (LD drive current value, pulse frequency, etc.) from a personal computer (PC) (211) is sent to a central processing unit (Central) via a serial communication interface (SCI) (212). Processing Unit (hereinafter referred to as “CPU”) (213), and a command from CPU (213) is transmitted as follows.

半導体レーザダイオード(2113)に供給されるLD駆動の電流値は、PC(211)からの指示値(バイアス電流、第一駆動電流、第二駆動電流)をディジタル・アナログ・コンバータ(Digital Analog Converter:以下DAC)(214)を通してLD駆動用IC(215)へ伝える。また、パルス周波数及びパルス幅はPC(211)からの指示値(周波数、パルス幅)を可変周波数オシレータ(2)(216)へ伝える。また可変周波数オシレータ(1)(217)の周波数とパルス幅は、あらかじめOOS−1(186)等を使って最適な値を調べておき、その値をPC(211)からSCI(212)とCPU(213)経由で、可変周波数オシレータ(1)(217)へ伝える。   The LD drive current value supplied to the semiconductor laser diode (2113) is an indication value (bias current, first drive current, second drive current) from the PC (211) converted to a digital-analog converter (Digital Analog Converter). Thereafter, the signal is transmitted to the LD driving IC (215) through the DAC (214). In addition, the pulse frequency and the pulse width are transmitted from the PC (211) to the variable frequency oscillators (2) and (216) as indicated by the values (frequency and pulse width). The frequency and pulse width of the variable frequency oscillators (1) and (217) are examined in advance using an OOS-1 (186) or the like, and the values are obtained from the PC (211) to the SCI (212) and the CPU. Via (213), it is transmitted to the variable frequency oscillator (1) (217).

また、ピークホールド回路(1)(218)はコンデンサ容量がピークホールド回路(2)(219)に比べて小さく、第一の駆動電流による光応答のパルスピーク値を検出するために用いる。ピークホールド回路(2)(219)はコンデンサ容量を大きくしているので、第二の駆動電流による光応答のパルスピーク値を検出するために用いる。これらの2つのピークホールド回路は立ち上がりエッジ検出器(2111)によってトリガーされ、ピークホールドされた2つの信号がアナログ・ディジタル・コンバータ(Analog Digital Converter:ADC)(2110)を経由してCPU(213)へ入力される。CPU(213)はピークホールド回路(1)(218)とピークホールド回路(2)(219)の出力値を絶えず比較し、2つの値が等しくなるように可変周波数オシレータ(1)(217)を増減させ、超速立ち上がり(1nsec以下)を有する光パルス応答を実現した。   The peak hold circuits (1) and (218) have a smaller capacitor capacity than the peak hold circuits (2) and (219), and are used for detecting the pulse peak value of the optical response due to the first drive current. Since the peak hold circuits (2) and (219) have a large capacitance, they are used to detect the pulse peak value of the optical response due to the second drive current. These two peak hold circuits are triggered by a rising edge detector (2111), and the two peak-held signals are sent to the CPU (213) via an analog-digital converter (ADC) (2110). Is input. The CPU (213) constantly compares the output values of the peak hold circuits (1) (218) and the peak hold circuits (2) (219), and sets the variable frequency oscillators (1) (217) so that the two values are equal. By increasing or decreasing, an optical pulse response having a super-fast rise (1 nsec or less) was realized.

また、ROM(2112)には、図21に示すシステム全体を制御する制御プログラムが格納されている。   The ROM (2112) stores a control program for controlling the entire system shown in FIG.

(比較例1)
図14に比較例1として、ステップ型パルス電流を駆動する場合、すなわち第一の駆動電流と第二の駆動電流がちょうど時間的に接合している状態の駆動電流において、第一の駆動電流値レベルを変化させた場合の例を示す。a)の第一の駆動電流値はしきい値以下で約47mAである。b)は第一の駆動電流値を約51mAとし、c)は約53mAと設定した場合を示し、その他の駆動条件はすべて同一である。a)b)c)それぞれに対応する光出力応答波形からわかるように、まずa)では第一の駆動電流がしきい値以下の低い設定なので第一の光出力は微小であり殆ど観測されず、実質的に第二の駆動電流における第二の光出力が最初のパルスとして緩和振動を伴いながらの応答立ち上がりとなる。続いてb)では、I−L曲線における4mW光出力相当である約51mAの第一の駆動電流設定としているが、第一の光出力が第二の光出力とは別に独立して観測されており、第一の光出力から第二の光出力が立ち上がるように調整されていないので、光出力立ち上がりは約1.45nsであり、やや遅れている。
(Comparative Example 1)
As a comparative example 1 in FIG. 14, in the case of driving a step-type pulse current, that is, in a driving current in which the first driving current and the second driving current are just joined in time, the first driving current value An example when the level is changed is shown. The first drive current value of a) is about 47 mA below the threshold value. b) shows a case where the first drive current value is set to about 51 mA, and c) shows about 53 mA. All other drive conditions are the same. As can be seen from the optical output response waveforms corresponding to a), b) and c), respectively, the first drive current is set to a low value below the threshold value in a). The second optical output at the second driving current substantially becomes a response rise with relaxation oscillation as the first pulse. Subsequently, in b), the first drive current setting of about 51 mA corresponding to the 4 mW optical output in the IL curve is set, but the first optical output is observed independently of the second optical output. Since the second light output is not adjusted to rise from the first light output, the light output rise is about 1.45 ns, which is slightly delayed.

また、c)においてはさらに第一の駆動電流が増大されているので、対応する第一の光出力もより明確に観測されている。しかし、b)と同じくこの場合の光出力立ち上がりは1.75nsであり、高速化の点で見劣りする結果となっている。   Further, in c), since the first drive current is further increased, the corresponding first light output is also clearly observed. However, as in b), the light output rise in this case is 1.75 ns, which is inferior in terms of speeding up.

上記の、実施例や比較例に示すように本発明においては、最も好ましい実施態様としては第一の駆動電流値を半導体レーザダイオードのI−L特性曲線の3〜6mW光出力相当値又は定格光出力の10%から20%程度の光出力に相当する駆動電流値に設定するとともに、第一の駆動電流と第二の駆動電流の相対供給タイミング時間を適宜調整することで高速立ち上がりかつオーバーシュートやアンダーシュートや緩和振動のないパルス光出力波形を実現できるものであり、この調整された最適タイミング時間等は個々の半導体LD種類ごとに異なるものであるが、LDの周波数応答特性が良好になれば、第一の駆動電流の供給時間は短くなる傾向があると考えている。   As shown in the above-mentioned Examples and Comparative Examples, in the present invention, as a most preferable embodiment, the first drive current value is set to 3 to 6 mW optical output equivalent value of the IL characteristic curve of the semiconductor laser diode or rated light. The drive current value corresponding to the optical output of about 10% to 20% of the output is set, and the relative supply timing time of the first drive current and the second drive current is appropriately adjusted, so that high-speed rise and overshoot A pulsed light output waveform without undershoot and relaxation oscillation can be realized, and the adjusted optimum timing time and the like differ for each semiconductor LD type. However, if the LD frequency response characteristics are improved The first drive current supply time tends to be shorter.

さらには、図15に示すパルス駆動回路において、まずカレントミラー回路の左側に注目すると、実施例4駆動時には第二の駆動電流を供給する際にはIout1バイアス電流とIout3第二の電流が重畳されIout2第一の電流が停止されるので、実施例4においては、トランジスタ1(Tr1)157、トランジスタ3(Tr3)1519、トランジスタ4(Tr4)159の3つのトランジスタがONして稼動状態となり、トランジスタ2(Tr2)1514はOFF状態である。   Further, in the pulse drive circuit shown in FIG. 15, first, focusing on the left side of the current mirror circuit, when the second drive current is supplied in the fourth embodiment, the Iout1 bias current and the Iout3 second current are superimposed. Since the first current Iout2 is stopped, in the fourth embodiment, the three transistors of the transistor 1 (Tr1) 157, the transistor 3 (Tr3) 1519, and the transistor 4 (Tr4) 159 are turned on to be in an operating state. 2 (Tr2) 1514 is in an OFF state.

一方、比較例1においては、第二の駆動電流の供給時には、Iout1バイアス電流とIout2第一の駆動電流とIout3第二の駆動電流が重畳されるので、トランジスタ1(Tr1)157、トランジスタ2(Tr2)1514、トランジスタ3(Tr3)1519、トランジスタ4(Tr4)159の4つのトランジスタがONして稼動状態となっている。これにより、上記実施例4と比較例1駆動時の電流経路における寄生容量や浮遊容量などのコンデンサ成分を比較すると、比較例1のほうがトランジスタ個数が多いのでコンデンサ容量も大きくなり、パルスに応答する駆動電流の応答速度が実施例4の方が寄生容量等が小さい分速くなると考えられる。   On the other hand, in the first comparative example, when the second drive current is supplied, the Iout1 bias current, the Iout2 first drive current, and the Iout3 second drive current are superimposed, so that the transistor 1 (Tr1) 157 and the transistor 2 ( The four transistors Tr2) 1514, transistor 3 (Tr3) 1519, and transistor 4 (Tr4) 159 are turned on and are in operation. As a result, comparing the capacitor components such as parasitic capacitance and stray capacitance in the current path during the driving of the fourth embodiment and the first comparative example, the first comparative example has a larger number of transistors, so that the capacitor capacity becomes larger and responds to pulses. It is considered that the response speed of the drive current is faster in the fourth embodiment because the parasitic capacitance is smaller.

これに対応して、カレントミラー回路の右側のトランジスタ5(Tr5)1510のパルスに対応する応答駆動速度も実施例4の方が比較例1に対して早くなることが考えられ、結果的に半導体レーザダイオードの超高速駆動をするにはコンデンサ成分の少ない、典型的には寄生容量を形成するトランジスタの稼動個数が少ない駆動回路を用いる実施例4の方が、より好ましい駆動形態であると考えている。   Correspondingly, it is considered that the response drive speed corresponding to the pulse of the transistor 5 (Tr5) 1510 on the right side of the current mirror circuit is also faster in the fourth embodiment than in the first comparative example. In order to drive the laser diode at an ultra-high speed, the fourth embodiment using a drive circuit with a small number of capacitor components, typically a small number of transistors that form a parasitic capacitance, is considered to be a more preferable drive mode. Yes.

また、出力段のトランジスタ(レーザダイオードを直接駆動する側のトランジスタ(図15の回路例においてはトランジスタ(Tr5)1510に相当))は、NPNトランジスタあるいはNチャネルトランジスタによって駆動する回路であればより好ましい。すなわち、NPNトランジスタやNチャネルトランジスタはキャリアが電子なのでキャリアがホールのPNPトランジスタあるいはPチャネルトランジスタよりも移動度が大きく、また、遮断周波数(カットオフ周波数)も大きいので、パルス駆動電流の立ち上がり及び立ち下がり応答速度を更に早くでき、パルス発光応答立ち上がり及び立ち下がりも早くできるので、更に高速にレーザダイオードを駆動することが可能になり、より好ましい結果を得られる。   The output stage transistor (transistor directly driving the laser diode (corresponding to the transistor (Tr5) 1510 in the circuit example of FIG. 15)) is more preferably a circuit driven by an NPN transistor or an N-channel transistor. . That is, since the NPN transistor and the N channel transistor have electrons as carriers, the mobility is higher than that of the PNP transistor or P channel transistor in which the carriers are holes, and the cutoff frequency (cutoff frequency) is also large. Since the falling response speed can be further increased and the pulse emission response rise and fall can be accelerated, the laser diode can be driven at a higher speed, and a more preferable result can be obtained.

さらに、本件発明の駆動方法や駆動回路は通信系等で用いられている周波数応答特性の極めて良好な発光立ち上がり速度の速い半導体レーザダイオード(発光色は問わない)に適用することも可能であり、半導体レーザダイオードの発光立ち上がり特性の点でより好ましい結果を得られる。   Furthermore, the driving method and driving circuit of the present invention can also be applied to a semiconductor laser diode (light emission color is not limited) that has a very good frequency response characteristic and is used in communication systems, etc. More favorable results can be obtained in terms of the light emission rise characteristics of the semiconductor laser diode.

従来の半導体レーザに駆動電流を供給する装置Apparatus for supplying driving current to a conventional semiconductor laser (a)従来の半導体レーザ駆動電流である矩形状のパルス電流(b)従来の半導体レーザ光出力の緩和振動(A) Rectangular pulse current which is a conventional semiconductor laser driving current (b) Relaxation oscillation of conventional semiconductor laser light output 半導体レーザのI−L特性曲線と閾値電流(Ith)IL characteristic curve of semiconductor laser and threshold current (Ith) 駆動電流波形の一実施態様に関わる概略図Schematic diagram related to one embodiment of the drive current waveform 半導体レーザ光出力のなまりを示す模式的概念図Schematic conceptual diagram showing rounding of semiconductor laser light output 本発明の一実施態様に関わるレーザ駆動電流波形模式図Laser drive current waveform schematic diagram according to an embodiment of the present invention 第2の実施例に関わる回路構成図Circuit configuration diagram according to the second embodiment 半導体レーザの等価回路Equivalent circuit of semiconductor laser 本発明に関わる駆動電流と光出力波形の関係を示す典型的一例Typical example showing relationship between drive current and optical output waveform according to the present invention 本発明の第一の駆動電流と第二の駆動電流の調整法概略図Schematic diagram of adjusting method of first driving current and second driving current of the present invention 実施例3に関わる駆動電流波形概念図と光出力応答波形Conceptual diagram of drive current waveform and optical output response waveform related to Example 3 実施例4に関わる駆動電流波形概念図と光出力応答波形Schematic diagram of drive current waveform and optical output response waveform related to Example 4 実施例5に関わる駆動電流波形概念図と光出力応答波形Conceptual diagram of drive current waveform and optical output response waveform related to Example 5 比較例1に関わる光出力応答波形Optical output response waveform for Comparative Example 1 実施例2に関わる回路説明図Circuit explanatory diagram according to the second embodiment 実施例3に関わる回路説明図Circuit explanatory diagram related to Example 3 図16の回路概略図に関わる動作タイミングチャート概念図Operation timing chart conceptual diagram related to the circuit schematic of FIG. 実施例1に関わる本発明の実施の形態回路接続模式構造図Circuit connection schematic structure diagram of embodiment of the present invention related to Example 1 図18に示す実施例1に関わる本発明の動作タイミングチャート概念図Conceptual diagram of operation timing chart of the present invention related to Example 1 shown in FIG. 実施例1に関わる本発明の別の動作タイミングチャート概念図典型例Another operation timing chart conceptual diagram of the present invention related to Example 1 Typical example 本発明の一実施形態に関わる回路ブロック概念図The circuit block conceptual diagram in connection with one Embodiment of this invention

符号の説明Explanation of symbols

151・・・スイッチ1
152・・・パルス1
153・・・スイッチ2
154・・・定電流源I1
155・・・抵抗R1
156・・・オペアンプ1
157・・・トランジスタ1
158・・・抵抗2
159・・・トランジスタ4
1510・・・トランジスタ5
1511・・・半導体レーザダイオード
1512・・・電流I2
1513・・・オペアンプ2
1514・・・トランジスタ2
1515・・・抵抗4
1516・・・パルス2
1517・・・電流I3
1518・・・オペアンプ3
1519・・・トランジスタ3
1520・・・抵抗6
161・・・スイッチ1
162・・・定電流源I2
163・・・定電流源I3
164・・・定電流源I1
165・・・抵抗R1
166・・・オペアンプ1OPAMP1
167・・・トランジスタ1Tr1
168・・・抵抗R2
169・・・トランジスタ3Tr3
1610・・・トランジスタ4Tr4
1611・・・半導体レーザダイオード
1612・・・オペアンプ2OPAMP2
1613・・・トランジスタ2Tr2
1614・・・抵抗R6
1615・・・パルスPULSE
180・・・パルス発生器
181・・・パルスPulse1
182・・・パルスPulse2
183・・・定電流源1(I1)
184・・・定電流源2(I2)
185・・・定電流源3(I3)
186・・・パルス発光波形測定器
187・・・半導体レーザダイオード電流駆動用IC
188・・・IC電流出力Iout
1811・・・半導体レーザダイオード
211・・・パソコン(PC)
212・・・シリアルコミュニケーションインターフェース(Serial Communications Interface:SCI)
213・・・中央演算装置(Central Processing Unit:CPU)
214・・・ディジタル・アナログ・コンバータ(Digital Analog Converter:DAC)
215・・・半導体レーザダイオード電流駆動用IC
216・・・可変周波数オシレータ(2)
217・・・可変周波数オシレータ(1)
218・・・ピークホールド回路(1)
219・・・ピークホールド回路(2)
2110・・・アナログ・ディジタル・コンバータ(Analog Digital Converter:ADC)
2111・・・立ち上がりエッジ検出器
2112・・・記憶装置(ROMなど)
151... Switch 1
152 ... Pulse 1
153: Switch 2
154 ... Constant current source I1
155: Resistor R1
156: operational amplifier 1
157 ... Transistor 1
158... Resistance 2
159 ... Transistor 4
1510... Transistor 5
1511: Semiconductor laser diode 1512 ... Current I2
1513... Operational amplifier 2
1514 ... Transistor 2
1515... Resistance 4
1516: Pulse 2
1517 ... Current I3
1518: operational amplifier 3
1519 ... Transistor 3
1520: Resistance 6
161: Switch 1
162... Constant current source I2
163: Constant current source I3
164 ... Constant current source I1
165: Resistor R1
166... Operational amplifier 1 OPAMP1
167 ... Transistor 1Tr1
168: Resistance R2
169 ... Transistor 3Tr3
1610 ... Transistor 4Tr4
1611: Semiconductor laser diode 1612: Operational amplifier 2OPAMP2
1613 ... Transistor 2Tr2
1614... Resistance R6
1615 ... Pulse PULSE
180 ... pulse generator 181 ... pulse Pulse1
182 ... Pulse Pulse 2
183 ... Constant current source 1 (I1)
184 ... Constant current source 2 (I2)
185 ... Constant current source 3 (I3)
186 ... Pulse emission waveform measuring instrument 187 ... Semiconductor laser diode current drive IC
188 ... IC current output Iout
1811 ... Semiconductor laser diode 211 ... Personal computer (PC)
212 ... Serial Communication Interface (SCI)
213... Central processing unit (CPU)
214 ... Digital-analog converter (DAC)
215 ... Semiconductor laser diode current drive IC
216 ... Variable frequency oscillator (2)
217 ... Variable frequency oscillator (1)
218 ... Peak hold circuit (1)
219 ... Peak hold circuit (2)
2110 ··· Analog to Digital Converter (ADC)
2111 ... Rising edge detector 2112 ... Storage device (ROM, etc.)

Claims (8)

半導体レーザダイオードを駆動回路を介して発光させる半導体レーザダイオードの駆動方法であって、
前記半導体レーザダイオードの駆動方法は、
前記駆動回路から前記半導体レーザダイオードに第一の駆動電流を印加する第1の工程と、
前記第一の駆動電流に引き続いて前記駆動回路から前記半導体レーザダイオードに第二の駆動電流を印加する第2の工程と、を含み、
前記第一の駆動電流に対応する第一の光出力と前記第二の駆動電流に対応する第二の光出力が重畳されて1パルス状光出力として出力され、
前記第一の光出力の緩和振動における極大値から、前記第二の光出力が、前記緩和振動のピーク値よりも大きくなるように立ち上がることを特徴とする半導体レーザダイオードの駆動方法。
A method of driving a semiconductor laser diode, wherein the semiconductor laser diode emits light through a drive circuit,
The method of driving the semiconductor laser diode is as follows:
A first step of applying a first drive current from the drive circuit to the semiconductor laser diode;
Applying a second drive current from the drive circuit to the semiconductor laser diode subsequent to the first drive current; and
The first light output corresponding to the first drive current and the second light output corresponding to the second drive current are superimposed and output as a one-pulse light output,
A driving method of a semiconductor laser diode, wherein the second light output rises from a maximum value in relaxation oscillation of the first light output so as to be larger than a peak value of the relaxation oscillation.
前記第一の駆動電流の電流値が前記第二の駆動電流の電流値より小さい請求項1に記載の半導体レーザダイオードの駆動方法。 2. The method of driving a semiconductor laser diode according to claim 1, wherein a current value of the first drive current is smaller than a current value of the second drive current. 前記第一の駆動電流と前記第二の駆動電流に重畳してバイアス電流を供給する請求項1又は請求項2に記載の半導体レーザダイオードの駆動方法。 3. The method of driving a semiconductor laser diode according to claim 1 , wherein a bias current is supplied superimposed on the first driving current and the second driving current. 4. 前記第一の駆動電流の供給時間と前記第二の駆動電流の供給時間が互いに独立した供給時間である請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の半導体レーザダイオードの駆動方法。 4. The method of driving a semiconductor laser diode according to claim 1 , wherein the supply time of the first drive current and the supply time of the second drive current are supply times independent of each other. 半導体レーザダイオードと、前記半導体レーザダイオードを駆動する駆動回路と、を備える半導体レーザダイオードの発光装置であって、
前記半導体レーザダイオードの発光装置は、
前記駆動回路から前記半導体レーザダイオードに第一の駆動電流を印加する第1の電流印加手段と、
前記第一の駆動電流に引き続いて前記駆動回路から前記半導体レーザダイオードに第二の駆動電流を印加する第2の電流印加手段と、
前記第一の駆動電流に対応する第一の光出力と前記第二の駆動電流に対応する第二の光出力が重畳されて1パルス状光出力として出力される所望のデータを記憶する記憶手段と、を有し、
前記第一の光出力の緩和振動における極大値から、前記第二の光出力が、前記緩和振動のピーク値よりも大きくなるように立ち上がることを特徴とする半導体レーザダイオードの発光装置。
A semiconductor laser diode light emitting device comprising: a semiconductor laser diode; and a drive circuit for driving the semiconductor laser diode,
The light emitting device of the semiconductor laser diode is
First current application means for applying a first drive current from the drive circuit to the semiconductor laser diode;
Second current applying means for applying a second drive current from the drive circuit to the semiconductor laser diode following the first drive current;
Storage means for storing desired data output as a one-pulse optical output by superimposing a first optical output corresponding to the first driving current and a second optical output corresponding to the second driving current And having
A light emitting device for a semiconductor laser diode, wherein the second light output rises from a maximum value in the relaxation oscillation of the first light output so as to be larger than a peak value of the relaxation oscillation.
前記第一の駆動電流の電流値が前記第二の駆動電流の電流値より小さい請求項5に記載の半導体レーザダイオードの発光装置。 6. The semiconductor laser diode light emitting device according to claim 5 , wherein a current value of the first drive current is smaller than a current value of the second drive current. 前記第一の駆動電流と前記第二の駆動電流に重畳してバイアス電流を供給するバイアス電流供給回路を備える請求項5又は請求項6に記載の半導体レーザダイオードの発光装置。 The light emitting device for a semiconductor laser diode according to claim 5, further comprising a bias current supply circuit that supplies a bias current superimposed on the first drive current and the second drive current. 前記第一の駆動電流の供給時間と前記第二の駆動電流の供給時間が互いに独立した供給時間である請求項5乃至請求項7のいずれかに記載の半導体レーザダイオードの発光装置。 8. The light emitting device for a semiconductor laser diode according to claim 5 , wherein the supply time of the first drive current and the supply time of the second drive current are supply times independent of each other.
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