JP5007015B2 - レーザシステムを制御及び較正する方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、レーザの制御及び較正に関する。

レーザダイオードは、光送信器用の一般的な光源である。光送信器の伝送速度が増すにつれ、レーザダイオードの制御精度もまた増さねばならない。レーザダイオードを悩ます古典的な問題には、（１）温度、部品間、及び経時におけるスロープ効率の変動と、（２）温度、部品間、及び経時における閾値電流の変動と、（３）速度に対する要求と駆動電流の量に対する信頼性との間のバランスと、が含まれる。

かくして、必要とされるのは、これらの困難にも拘わらずレーザダイオードの制御を最適化する方法及び装置である。

本発明の一態様によれば、レーザ制御方法には、レーザ駆動電流の平均成分を求めるステップと、平均成分と現在温度における閾値電流信号とに基づいて、駆動電流の変調成分を調整するステップと、が含まれる。

本発明の一実施形態では、平均成分を求めるステップには、レーザの出力パワーが、温度に従って変化する基準信号にほぼ等しくなるまで駆動電流を調整するステップが含まれる。

本発明の一実施形態では、本方法はさらに閾値電流信号を較正するステップを含み、このステップには、レーザ出力パワーが第２の基準信号にほぼ等しくなるまで駆動電流を調整するステップと、現在温度における閾値電流信号として駆動電流信号を記憶するステップとが含まれる。

本発明の一実施形態では、本方法はさらに閾値電流信号を再較正するステップを含み、このステップには、閾値電流信号の新値と記憶値との間の差分を、閾値電流信号の他の記憶値に対するオフセットとして記憶するステップが含まれる。

図１Ａは、本発明の一実施形態のレーザシステム１００Ａを示す図である。レーザ１０（例えば、レーザダイオード）のアノードは、ノード４０にてインダクタ４４の第１の端子へ接続してある。インダクタ４４の第２の端子は、レーザダイオード１０へ電源電圧Ｖｃｃを供給する給電路へ接続してある。レーザダイオード１０のカソードは、ノード４２にてインダクタ５０の第１の端子へ接続してある。インダクタ５０の第２の端子は、レーザダイオード１０から電流Ｉａｖｇを吸い込む電流源２０に接続してある。動作時、インダクタ４４，５０は交流を阻止し、電流源２０はレーザダイオード１０へ電流Ｉａｖｇを供給する。電流Ｉａｖｇは、レーザダイオード１０用の駆動電流Ｉｄｒｉｖｅの平均成分を形成する。Ｉａｖｇ制御回路６２は、電流源２０へ利得信号を出力することで電流Ｉａｖｇの値を設定する。

差動増幅器６０が、データ信号Ｄａｔａとその補完信号Ｄａｔａ＿ｂを受信する。これに応答し、増幅器６０がスイッチ６１，６３の制御端子へ制御信号を出力する。スイッチ６１は電流源２２の第１の端子に結合した第１の端子と、キャパシタ５４の第１の端子に結合した第２の端子と、キャパシタ４６の第１の端子に結合した第３の端子を有する。スイッチ６３は、電流源２２の第２の端子に結合した第１の端子と、キャパシタ４６の第１の端子に結合した第２の端子と、キャパシタ５４の第１の端子に結合した第３の端子を有する。制御信号に従ってスイッチ６１及び６３は、電流源２２がキャパシタ４６に電流Ｉｍｏｄを供給し、キャパシタ５４から電流Ｉｍｏｄを吸い込むか、或いは、キャパシタ４６から電流Ｉｍｏｄを吸い込み、キャパシタ５４に電流Ｉｍｏｄを供給するか、するように構成される。

キャパシタ４６の第２の端子はノード４０へ結合してあり、キャパシタ５４の第２の端子はノード４２へ結合してある。かくして、電流Ｉｍｏｄは、ノード４０に加算され、ノード４２から減算されるか、或いは、ノード４０から減算され、ノード４２に加算されるか、される。動作時、キャパシタ４６及び５４がレーザダイオード１０への直流を阻止し、電流源２２がレーザダイオード１０に電流Ｉｍｏｄを供給する。電流Ｉｍｏｄは、駆動電流の変調成分を形成する。従って、レーザダイオード１０用の駆動電流Ｉｄｒｉｖｅは（Ｉａｖｇ＋Ｉｍｏｄ）か、又は（Ｉａｖｇ−Ｉｍｏｄ）のいずれかとなる。Ｉｍｏｄ制御回路６４は、電流源２２に利得信号を出力することで電流Ｉｍｏｄの値を設定する。

ミラー１１は、レーザダイオード１０からの光信号の一部を光検出器１２（例えば、フォトダイオード）へ反射し、光信号を別の構成要素へ搬送するファイバ１３へ光信号の一部を伝送する。フォトダイオード１２は、給電路ＶｃｃとＩｍｏｎＡＤ変換器（アナログ・ディジタル変換器）１８の間に接続してある。フォトダイオード１２は、アナログ信号ＩｍｏｎをＩｍｏｎＡＤ変換器１８へ出力する。アナログ信号Ｉｍｏｎは、フォトダイオード１２が受光する反射パワーに比例する。反射パワーは、ファイバ１３が受光する伝送パワーとレーザダイオード１０の総出力パワーに比例する。ＩｍｏｎＡＤ変換器１８は、制御回路６２へディジタル信号ＩＭＯＮを出力する。

温度センサ１６は、制御回路６２及び６４へ信号ＴＥＭＰを出力する。信号ＴＥＭＰは、ディジタルかアナログのいずれでもよい。信号ＴＥＭＰは、レーザダイオード１０の温度に比例する。

Ｉｒｅｆ信号源１９は、制御回路６２へ基準信号ＩＲＥＦを出力する。基準信号ＩＲＥＦは、ディジタルかアナログのいずれでもよい。基準信号ＩＲＥＦと信号ＩＭＯＮの値は通常、レーザダイオード１０を制御する帰還ループ内で比較される。制御回路６２は、信号ＩＭＯＮ、ＴＥＭＰ、及びＩＲＥＦを用いて、後述する方法２００（図２）における電流Ｉａｖｇ用の適正値を決定することができる。

Ｋｍｏｄ信号源３４は、制御回路６４へ線形係数信号Ｋｍｏｄを出力する。信号Ｋｍｏｄは、ディジタルかアナログのいずれでもよい。Ｉｔｈ電流源３６は、制御回路６４へ閾値電流信号Ｉｔｈを出力する。信号Ｉｔｈは、ディジタルかアナログのいずれでもよい。制御回路６４は、信号Ｋｍｏｄ，Ｉｔｈを用いて、後述する方法３００（図３）における電流Ｉｍｏｄに関する適正値を決定することができる。

メモリ３は、レーザシステム１００Ａを動作させるパラメータを制御回路６２及び６４へ出力する。これらのパラメータは、電流Ｉａｖｇに関する最大値と最小値を含むことができる。メモリ３は、ＥＥＰＲＯＭのようなプログラム可能な不揮発性メモリであってよい。

図１Ｂは、本発明の一実施形態におけるレーザシステム１００Ｂを示す。図１Ａと図１Ｂ中の同一或いは同様の構成要素には、同一参照符号を用いる。

図１Ｂでは、インダクタ５０の第２の端子が駆動回路１０４内のＩａｖｇＤＡ変換器（ディジタル・アナログ変換器）１２０へ接続してある。ＩａｖｇＤＡ変換器１２０は、レーザダイオード１０から電流Ｉａｖｇを吸い込む。

差動増幅器１６０は、データ信号Ｄａｔａとその補完信号Ｄａｔａ＿ｂを受信する。これに応答し、増幅器１６０は信号Ｏｕｔをキャパシタ４６の第１の端子へ、また補完信号Ｏｕｔ＿ｂをキャパシタ５４の第１の端子へ生成する。信号Ｏｕｔ及びＯｕｔ＿ｂはデータ信号Ｄａｔａ，Ｄａｔａ＿ｂによりハイ（高）状態とロー（低）状態とに交互に切り替えられるため、キャパシタ４６及び５４は駆動電流Ｉｄｒｉｖｅに電流Ｉｍｏｄを加算するか、或いは、駆動電流Ｉｄｒｉｖｅから電流Ｉｍｏｄを減算する。駆動回路１０４内のＩｍｏｄＤＡ変換器１２２が、差動増幅器１６０の利得を制御して電流Ｉｍｏｄの値を設定する。

本実施形態では、コントローラ１０２は、電流Ｉａｖｇ及びＩｍｏｄの値を調整する制御回路６２及び６４（図１Ａ）を実装している。メモリ１０３は、Ｉｒｅｆ信号源１９、Ｋｍｏｄ信号源３４、Ｉｔｈ信号源３６、及びメモリ３（図１Ａ）を実装している。駆動回路１０４内のインタフェースブロック１１４は、コントローラ１０２と、温度センサ１６、ＩｍｏｎＡＤ変換器１８、ＩａｖｇＤＡ変換器１２０、及びＩｍｏｄＤＡ変換器１２２との間のインタフェースを提供する。コントローラ１０２は、バス１０８を介してインタフェースブロック１１４と通信する。

ＩａｖｇＤＡ変換器１２０は、インタフェースブロック１１４を介してコントローラ１０２から制御信号Ｉａｖｇを受信する。制御信号Ｉａｖｇが、電流Ｉａｖｇの値を設定する。

ＩｍｏｄＤＡ変換器１２２は、コントローラ１０２から制御信号Ｉｍｏｄを受信する。制御信号Ｉｍｏｄは、電流Ｉｍｏｄを生成する差動増幅器１６０に対し利得を設定する。

図１Ｃは、レーザサブアセンブリ１７８の構成を示す。レーザダイオード１０とフォトダイオード１２は通常、角度付きウィンドウミラー１１を有するレーザヘッダ１８０内部に位置する。レーザダイオード１０から照射された光は、角度付きウィンドウミラー１１を通ってファイバ１３へ一部伝送され、一部がフォトダイオード１２へ反射される。実験結果から、フォトダイオード１２が検出する反射パワーとレーザシステム１００内のファイバ１３が受光する伝送パワーとの比は温度によって変化することが知られている。図１Ｄは、レーザシステム１００に関する温度に対する反射パワー対伝送パワーの比の例示的プロット９０２を示すものである。かくして、反射パワー対伝送パワーの比の変動を温度に対し補償し、ファイバ１３が受光する伝送パワーが温度に対し一定に保たれるようにしなければならない。

本発明の一態様によれば、コントローラ１０２は閉帰還路内で電流Ｉａｖｇを調整するよう、温度に対して変化する基準信号ＩＲＥＦを使用する。温度に対する基準信号ＩＲＥＦの変化が、ファイバ１３が受光する伝送パワーが一定に保たれるよう、温度に対する反射パワーの変化をオフセットさせる。

図２は、本発明の一実施形態において電流Ｉａｖｇの値を調整するために、コントローラ１０２（図１Ｂ）によって実施される方法２００のフローチャートである。代替として、本方法２００は制御回路６２（図１Ａ）を用いて実施することもできる。

ステップ２０２において、コントローラ１０２は温度センサ１６からの信号ＴＥＭＰの値についてインタフェースブロック１１４に要求することにより、レーザダイオード１０の温度を読み取る。

ステップ２０４において、コントローラ１０２は現在温度における基準信号ＩＲＥＦの値を決定する。コントローラ１０２は、メモリ１０３内のテーブル１３２（図１Ｂ）に記憶されている、現在温度における基準信号ＩＲＥＦの値を探すことができる。基準信号ＩＲＥＦの値は、基準信号ＩＲＥＦを可変しファイバ１３によって受光される伝送パワーを測定した実験データから決定することができる。代替として、コントローラ１０２は、実験データから推定した関数を用いることによって現在の温度における基準信号ＩＲＥＦの値を算出することができる。

ステップ２０６において、コントローラ１０２は、インタフェースブロック１１４にＩｍｏｎＡＤ変換器１８からの信号ＩＭＯＮの値を要求することによってレーザダイオード１０の反射平均パワーを読み取る。

ステップ２０７において、コントローラ１０２は、信号ＩＭＯＮが保全警告より大きいかどうか判定する。これにより、レーザダイオード１０が操作者に有害な光レベルを生成しないことが保証される。信号ＩＭＯＮが保全警告よりも大きい場合、ステップ２０７にステップ２０８が続く。そうでない場合は、ステップ２０７にステップ２０９が続く。

ステップ２０８において、コントローラ１０２は電流Ｉａｖｇを減少させる。ステップ２０８にはステップ２０２が続き、方法２００が繰り返される。

ステップ２０９〜２１８では、コントローラ１０２は、信号ＩＭＯＮの値が基準信号ＩＲＥＦの値にほぼ等しくなるまで電流Ｉａｖｇを調整する。これが起きると、レーザダイオード１０の反射パワーは、レーザダイオードがファイバ１３へ一貫した伝送平均パワーを発生していることを示す所望値にほぼ等しくなる。

ステップ２０９において、コントローラ１０２は、基準信号ＩＲＥＦの値が所定の許容差だけ信号ＩＭＯＮの値よりも大きいかどうかを判定する。そうである場合は、レーザダイオード１０の反射パワーは所望値よりも許容できないほど小さく、ステップ２０９にステップ２１０が続く。基準信号ＩＲＥＦの値が所定の許容差だけ信号ＩＭＯＮの値より大きくない場合、ステップ２０９にステップ２１４が続く。

ステップ２１０において、コントローラ１０２は、電流Ｉａｖｇの値が最大値より大きいかどうかを判定する。最大値は、レーザダイオード１０の温度の関数であり、メモリ３内に記憶することができる。最大値は、駆動電流Ｉｄｒｉｖｅが高過ぎてレーザダイオード１０を信頼に足らないものにしないよう保証する。コントローラ１０２は、メモリ１０３から電流Ｉａｖｇの値を読み取ることができる。代替として、コントローラ１０２は、インタフェースブロック１１４にＩａｖｇＤＡ変換器１２０からの制御信号Ｉａｖｇの値を要求することによって電流Ｉａｖｇの値を読み取ることができる。電流Ｉａｖｇの値が最大値より大きい場合、ステップ２１０にステップ２０２が続き、これにより電流Ｉａｖｇが増大しないようにされ、方法２００は帰還ループ内で繰り返される。そうでない場合は、ステップ２１０にステップ２１２が続く。

ステップ２１２において、コントローラ１０２は、ＩａｖｇＤＡ変換器１２０に対する制御信号の値を増大させるようインタフェースブロック１１４に指示することによって、電流Ｉａｖｇを増大させる。ＩａｖｇＤＡ変換器１２０は、次に、電流Ｉａｖｇを増大させる。ステップ２１２にはステップ２０２が続き、方法２００は帰還ループ内で繰り返される。

ステップ２１４において、コントローラ１０２は、信号ＩＭＯＮの値が所定の許容差だけ基準信号ＩＲＥＦの値よりも大きいかどうかを判定する。そうである場合は、レーザダイオード１０の反射パワーは許容できないほど所望値よりも大きく、ステップ２１４にステップ２１６が続く。信号ＩＭＯＮの値が所定の許容差だけ基準信号ＩＲＥＦの値よりも大きくない場合、ステップ２１４にステップ２０２が続き、方法２００は帰還ループ内で繰り返される。

ステップ２１６において、コントローラ１０２は、電流Ｉａｖｇの値が最小値未満であるかどうかを判定する。最小値は、レーザダイオード１０の温度の関数であり、メモリ３内に記憶することができる。この最小値は、レーザ出力が最小エッジ速度を維持するよう保証する。電流Ｉａｖｇの値が所定の最小未満である場合、ステップ２１６にステップ２０２が続き、これにより電流Ｉａｖｇは減少させられず、方法２００は帰還ループ内で繰り返される。そうでない場合は、ステップ２１６にステップ２１８が続く。

ステップ２１８において、コントローラ１０２は、ＩａｖｇＤＡ変換器１２０に対する制御信号Ｉａｖｇの値を減少させるようインタフェースブロック１１４に指示することによって、電流Ｉａｖｇの値を減少させる。ＩａｖｇＤＡ変換器１２０は、次に、電流Ｉａｖｇの値を減少させる。ステップ２１８にはステップ２０２が続き、方法２００は帰還ループ内で繰り返される。

本発明の別の態様によれば、コントローラ１０２は、レーザダイオード１０の温度と電流Ｉａｖｇの値を用い、下記の式
Ｉmod＝Ｋmod×(Ｉavg−Ｉth) （１）
に基づいて、開ループ構成において電流Ｉｍｏｄの値を調整する。Ｋｍｏｄは温度に依存するレーザダイオード１０に関する線形係数であり、Ｉｔｈは同様に温度に依存するレーザダイオード１０の閾値電流である。式１は、図２Ａにおける例示グラフ６００に図示したように、レーザダイオード１０の、パワー、駆動電流、及び温度の間の関係に基づくものである。

グラフ６００は、温度Ｔｅｍｐ１におけるＬＯＰ（発光出力パワー）対レーザダイオード１０駆動電流のプロット６０２を示す。グラフ６００の垂直軸は、最小閾値を表わす所定の反射パワーであるパワーＰｔｈと、第１の論理状態（例えば、論理「０」）を表わす所定の反射パワーであるパワーＰ０と、第２の論理状態（例えば、論理「１」）を表わす所定の反射パワーであるパワーＰ１と、反射パワーＰ０とＰ１の平均であるパワーＰａｖｇを表わす。

パワーＰｔｈは、反射パワーが安定し線形となる点において選択される。パワーＰ０は通常、パワーＰｔｈよりも約１０％は大きくなるよう選択される。パワーＰ１は通常、ほぼ７乃至１３の消光比Ｐ１／Ｐ０を生成するよう選択される。この種の消光比は、適正なエッジ速度と信頼に足るデータ再生をもたらす。

プロット６０２については、グラフ６００の水平軸が、パワーＰｔｈを生成する電流Ｉｔｈ（例えば、２ミリアンペア）と、パワーＰ０を生成する電流Ｉ０（例えば、２．３ミリアンペア）と、パワーＰ１を生成する電流Ｉ１（例えば、７．７ミリアンペア）と、パワーＰａｖｇを生成する電流Ｉａｖｇ（例えば、５ミリアンペア）を表わす。Ｉ１とＩ０の間の差分（例えば、５．４ミリアンペア）は、電流Ｉｍｏｄ（例えば、２．７ミリアンペア）の２倍である。

プロット６０２は電流ＩｔｈとＩ１との間で線形であるため、電流Ｉｍｏｄは電流ＩａｖｇとＩｔｈとの間の差分の何分の１かにすることができ、この間では、この「何分の１か」は、プロット６０２の傾斜に依存する。この「何分の１か」は、温度Ｔｅｍｐ１に関する式１の線形係数Ｋｍｏｄにより表わされる。係数Ｋｍｏｄは、これらの温度においてＬＯＰ対レーザダイオード１０駆動電流をプロットすることで、ある範囲の温度について求めることができる。プロットの温度における係数Ｋｍｏｄは、各プロットごとに電流Ｉａｖｇ，Ｉｔｈ，Ｉｍｏｄの値から式１を用いて求められる。上記した例示的な値については、温度Ｔｅｍｐ１に関するＫｍｏｄは下記の如く算出される。
Ｋmod＝Ｉmod／(Ｉavg−Ｉth)＝2.7／(5−2)＝0.9 （２）

グラフ６００は、温度Ｔｅｍｐ２におけるＬＯＰ対レーザダイオード１０電流のプロット６０４をも示している。グラフ６００の水平軸は、パワーＰｔｈを生成する電流Ｉｔｈ’と、パワーＰ０を生成する電流Ｉ０’と、パワーＰ１を生成する電流Ｉ１’と、パワーＰａｖｇを生成する電流Ｉａｖｇ’を表わす。電流Ｉ１’とＩ０’間の差分は、電流Ｉｍｏｄ’の２倍である。温度Ｔｅｍｐ２における係数Ｋｍｏｄは、電流Ｉａｖｇ’、Ｉｔｈ’、及びＩｍｏｄ’の値から式２を用いて求めることができる。

図３は、本発明の一実施形態において、式１を用いて電流Ｉｍｏｄの値をコントローラ１０２（図１Ｂ）が調整するための方法３００のフローチャートである。代替として、方法３００はまた制御回路６４（図１Ａ）を用いて実施することもできる。

ステップ３０２において、コントローラ１０２は、レーザダイオード１０の温度を読み取る。

ステップ３０４において、コントローラ１０２が電流Ｉａｖｇの値を求める。本実施形態にあっては、コントローラ１０２が前記方法２００を用いて電流Ｉａｖｇの値を求める。

ステップ３０６において、コントローラ１０２は、式１により表わされる関係を用いて電流Ｉａｖｇ及びＩｔｈの値から電流Ｉｍｏｄの値を求める。電流Ｉｔｈは、レーザダイオード１０の温度の関数である。

ステップ３０６の一実施形態では、メモリ１０３内の個々のテーブル１３４及び１３６を参照することによって、現在の温度における係数Ｋｍｏｄと閾値電流Ｉｔｈの値を求める。コントローラ１０２は、次に、式１を用いて電流Ｉａｖｇと係数Ｋｍｏｄと閾値電流Ｉｔｈとから電流Ｉｍｏｄの値を算出する。

ステップ３０６の別の実施形態では、閾値電流Ｉｔｈの値と電流Ｉｍｏｄはメモリ１０３（図１Ｂ）内の個別テーブル１３６，１３８に記憶される。コントローラ１０２は先ず、テーブル１３６内の現在温度における閾値電流Ｉｔｈを探す。コントローラ１０２は、次に、現在温度における電流Ｉａｖｇと閾値電流Ｉｔｈの値との間の差分を算出する。コントローラ１０２は、最後に、差分を用いてテーブル１３８内の電流Ｉｍｏｄの値を探す。

ステップ３０８において、コントローラ１０２は、ＩｍｏｄＤＡ変換器１２２に信号Ｉｍｏｄの値を設定するようインタフェースブロック１１４に指示することによって、電流Ｉｍｏｄを調整する。ＩｍｏｄＤＡ変換器１２２は、次に、増幅器１６０の利得を調整し、電流Ｉｍｏｄをその所望値へ向けて増加或いは減少させる。ステップ３０８にはステップ３０２が続き、開ループにおいて方法３００が繰り返される。

方法３００では、閾値電流Ｉｔｈが重要な役割を演ずる。したがって、ある温度範囲に亙るこのパラメータの較正は注意深く達成しなければならない。図４は、本発明の一実施形態における人の介入なしである温度範囲に亙って閾値電流Ｉｔｈをコントローラ１０２が較正するための方法４００のフローチャートである。代替として、方法４００は、制御回路６２を用いて実施することもできる。

ステップ４０２において、レーザシステム１００は自動較正モードに置かれる。自動較正モードにあっては、コントローラ１０２は電流Ｉｍｏｄをオフにする。レーザシステム１００は、オーブン内に配置される。このオーブンは、次に、レーザシステム１００の動作温度範囲に亙ってゆっくりと加熱され、冷却される。

ステップ４０４において、コントローラ１０２は、レーザダイオード１０の閾値反射パワーＰｔｈに対する基準信号ＩＲＥＦ−ＴＨの値を求める。コントローラ１０２は、メモリ１０３の基準信号ＩＲＥＦ−ＴＨの値を参照することができる。

ステップ４０６において、コントローラ１０２は、レーザダイオード１０の温度を読み取る。

ステップ４０８〜４１６において、コントローラ１０２は、信号ＩＭＯＮの値が基準信号ＩＲＥＦ−ＴＨの値にほぼ等しくなるまで電流Ｉａｖｇの値を調整する。これが起こると、レーザダイオード１０の反射パワーはレーザダイオード１０が所望パワーＰｔｈを発生していることを示す所望値にほぼ等しくなる。

ステップ４０８において、コントローラ１０２はレーザダイオード１０の反射パワーを読み取る。

ステップ４１０において、コントローラ１０２は基準信号ＩＲＥＦ−ＴＨの値が所定の許容差だけ信号ＩＭＯＮの値より大きいかどうかを判定する。そうである場合は、レーザダイオード１０の反射パワーは、レーザダイオード１０の所望のパワーＰｔｈよりも許容できないほど小さく、ステップ４１０にステップ４１２が続く。基準信号ＩＲＥＦ−ＴＨの値が所定の許容差だけ信号ＩＭＯＮの値よりも大きくない場合は、ステップ４１０にステップ４１４が続く。

ステップ４１２において、コントローラ１０２は電流Ｉａｖｇを増大させる。ステップ４１２には、ステップ４０８が続く。

ステップ４１４において、コントローラ１０２は、信号ＩＭＯＮの値が所定の許容差だけ基準信号ＩＲＥＦ−ＴＨの値よりも大きいかどうかを判定する。そうである場合は、レーザダイオード１０の反射パワーは、レーザダイオード１０の所望パワーＰｔｈよりも許容できないほど大きく、ステップ４１４にステップ４１６が続く。信号ＩＭＯＮの値が所定の許容差だけ基準信号ＩＲＥＦ−ＴＨの値よりも大きくない場合は、ステップ４１４にステップ４１８が続く。

ステップ４１６では、コントローラ１０２は電流Ｉａｖｇの値を減少させる。ステップ４１６には、ステップ４０８が続く。

ステップ４１８において、レーザダイオード１０の反射パワーは、所望のパワーＰｔｈにほぼ等しくなる。かくして、コントローラ１０２は、テーブル１３６内の現在温度における閾値電流Ｉｔｈの値として電流Ｉａｖｇの値を記憶する。ステップ４１８には、ステップ４２０が続く。

ステップ４２０において、コントローラ１０２は、自動較正モードの終了に達したかどうかを判定する。レーザシステム１００の特定の動作温度に達するか、或いは外部コマンド信号により指示されるかしたときに、自動較正モードの終了に達する。その場合は、ステップ４２０にはステップ４２２における方法４００の終了が続く。自動較正モードの終了に達してしない場合は、ステップ４２０にステップ４０６が続き、方法４００を繰り返して別の温度における閾値電流Ｉｔｈの値を求める。

図４Ａは、レーザダイオード１０に関する閾値電流Ｉｔｈ対温度のプロット７０２がプロット７０４へ経時シフトすることがあることを示すものである。このシフトは通常、オフセット（Ｉｔｈ−ｏｆｆｓｅｔ）により記述することができる。かくして、閾値電流Ｉｔｈはレーザシステム１００が古くなって閾値Ｉｔｈ対温度のシフトの原因となるにつれ、ある期間に亙って再較正しなければならない。

図５は、本発明の一実施形態において、レーザシステム１００の電源がオンにされるか、或いは、外部コマンド信号によって指示されるかするたびに、コントローラ１０２が閾値電流Ｉｔｈを較正するための方法５００のフローチャートである。代替として、方法５００は制御回路６２（図１Ａ）を用いて実施することもできる。

ステップ５０２において、コントローラ１０２は、レーザシステムを電流Ｉｍｏｄがオフされる再較正モードに置く。コントローラ１０２は、レーザシステム１００の電源をオンにしたとき、或いは、外部のコマンド信号により指示されたときにそのように行なう。

ステップ５０４において、コントローラ１０２は、現在温度における閾値電流Ｉｔｈ−ｎｅｗを求める。本実施形態では、コントローラ１０２は、前記方法４００を用いて現在温度に対する閾値電流Ｉｔｈ−ｎｅｗを求める。

ステップ５０６において、コントローラ１０２は、閾値電流Ｉｔｈ−ｎｅｗの値と、現在温度に関してテーブル１３６に記憶されている閾値電流Ｉｔｈとの間の差分を算出する。コントローラ１０２は、テーブル１３６に記憶されている閾値電流Ｉｔｈの全ての値に対するオフセットとして、差分Ｉｔｈ−ｏｆｆｓｅｔをメモリ１０３内に記憶する。

ステップ５０８において、コントローラ１０２は、レーザ送信器１００を通常動作モードに置く。通常動作モード期間中は、テーブル１３６から参照するＩｔｈの全ての値に差分Ｉｔｈ−ｏｆｆｓｅｔが付加される点を除き、コントローラ１０２は、前述した方法２００及び３００に記載した電流Ｉａｖｇ及び電流Ｉｍｏｄを調整することができる。

開示した実施形態の特徴の様々な他の適用及び組み合わせは、本発明範囲内にある。様々な実施形態が、特許請求の範囲内に包含される。

本発明の一実施形態によるレーザシステムの概略図である。 本発明の一実施形態によるレーザシステムの概略図である。 本発明の一実施形態におけるレーザシステムのレーザサブアセンブリの断面図である。 本発明の一実施形態におけるレーザシステムの反射−伝送パワー比対温度のグラフを示す図である。 本発明の一実施形態において所望の平均パワーを生成するレーザへの電流の平均成分を求める方法を示す図である。 本発明の一実施形態におけるＬＯＰ（発光出力パワー）対電流のグラフを示す図である。 本発明の一実施例においてレーザへの電流の変調成分を求めて所望の変調電力を生成する方法を示す図である。 本発明の一実施形態において、ある温度範囲について閾値電流の値を自動的に較正する方法を示す図である。 本発明の一実施形態における閾値電流対温度のグラフを示す図である。 本発明の一実施形態において、ある温度範囲について閾値電流の値を再較正する方法を示す図である。

符号の説明

３：メモリ
１０：レーザダイオード
１２：光検出器
１３：ファイバ
１８：ＩｍｏｎＡＤ変換器
１９：Ｉｒｅｆ信号源
２０、２２：電流源
３４：Ｋｍｏｄ信号源
３６：Ｉｔｈ電流源
４４、５０：インダクタ
４６、５４：キャパシタ
６０：差動増幅器
６１、６３：スイッチ
６２、６４：制御回路
１０２：コントローラ
１０３：メモリ
１０４：駆動回路
１１４：インタフェースブロック
１２０：ＩａｖｇＤＡ変換器
１２２：ＩｍｏｄＤＡ変換器
１３２、１３４、１３６：テーブル
１６０：差動増幅器

Claims (21)

1. レーザを制御するレーザシステムのための方法であって、
   前記レーザの温度に対応する温度信号を生成するステップと、
   前記レーザに対する駆動電流の平均成分に関する第１の制御信号Ｉavg を生成するステップと、
   前記駆動電流の変調成分に関する第２の制御信号Ｉmod を生成するステップと、
   を含み、
   該第２ の制御信号Ｉmod を生成するステップが、下記の式：
   Ｉmod ＝ Ｋmod×（Ｉavg −Ｉth）
   を用いて前記変調成分を算出するステップを含み（Ｋmod は前記温度における線形係数信号、Ｉth は前記温度における前記レーザの閾値電流信号）、
   さらに、
   前記閾値電流信号を較正するステップを含み、該較正ステップが、
   前記レーザの第２の温度に対応する温度信号を生成するステップと、
   前記レーザの閾値電流に関する基準信号を決定するステップと、
   前記レーザの光出力パワーを光学的に検出するステップと、
   前記検出された光出力パワーに対応する電力信号を生成するステップと、
   前記電力信号が前記基準信号に等しくなるまで前記第１の制御信号を調整するステップと、
   前記温度信号と前記第１の制御信号とを前記レーザシステムのメモリに記憶するステップと
   を含み、
   前記第１の制御信号は、前記第２の温度における前記閾値電流信号であり、前記記憶するステップは、前記温度信号と前記第１の制御信号とをテーブルとして記憶するステップと前記温度信号と前記第１の制御信号とを関数として記憶するステップとからなるグループから選択されたステップを含み、
   前記較正するステップに続きかつ前記第２の制御信号を生成するステップに先立ち、前記閾値電流信号を再較正するステップをさらに含み、該再較正するステップは、
   前記温度信号に基づいて前記閾値電流信号の新値を求めるステップと、
   前記温度信号に基づいて、前記メモリ内の前記閾値電流信号の記憶値を求めるステップと、
   前記新値と前記記憶値との差分を求めるステップと、
   前記差分を、他の温度における前記閾値電流信号の複数の記憶値に対するオフセットとして前記メモリに記憶するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記温度信号に基づいて前記線形係数信号と前記閾値電流信号とを決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記線形係数信号と前記閾値電流信号とを決定するステップが、前記温度信号に基づいて前記線形係数信号と前記閾値電流信号とを参照するステップと前記温度信号に基づいて前記線形係数信号と前記閾値電流信号とを算出するステップとからなるグループから選択されたステップを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記第２ の制御信号を生成するステップが、
   前記温度信号に基づいて前記閾値電流信号を決定するステップと、
   前記第１の制御信号と前記閾値電流信号との差分を求めるステップと、
   前記差分に基づいて前記第２の制御信号を決定するステップと、
   を含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記閾値電流信号を決定するステップが、前記温度信号に基づいて前記閾値電流信号を参照するステップと前記温度信号に基づいて前記閾値電流信号を算出するステップとからなるグループから選択されたステップを含み、前記第２の制御信号を決定するステップが、前記差分に基づいて前記第２の制御信号を参照するステップと前記差分に基づいて前記第２の制御信号を算出するステップとからなるグループから選択されたステップを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１の制御信号を生成するテップが、
   前記温度信号に基づいて基準信号を決定するステップと、
   前記レーザの光出力パワーを光学的に検出するステップと、
   前記検出した光出力パワーに対応する電力信号を生成するステップと、
   前記基準信号と前記電力信号との差分を求めるステップと、
   前記差分から前記第１の制御信号を調整するステップと、
   を含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記基準信号を決定するステップが、前記温度信号に基づいて前記基準信号を参照するステップと前記温度信号に基づいて前記基準信号を算出するステップとからなるグループから選択されたステップを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記第１の制御信号を調整するステップが、
   前記基準信号が前記電力信号より大きく、かつ、前記第１の制御信号が最大値より小さい場合に、前記第１の制御信号を増分するステップと、
   前記電力信号が前記基準信号より大きく、かつ、前記第１の制御信号が最小値より大きい場合に、前記第１の制御信号を減分するステップと、
   を含む、請求項６に記載の方法。
9. 前記基準信号を決定するステップが、前記温度信号に基づいて前記基準信号を参照するステップと前記温度信号に基づいて前記基準信号を算出するステップとからなるグループから選択されたステップを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記較正するステップに先立ち、
    前記レーザシステムを自動較正モードに置くステップと、前記レーザシステムをオーブン内に置くステップと、前記オーブン内部の第３の温度を変更するステップと、
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記閾値電流信号の新値を求めるステップが、前記電力信号が前記基準信号に等しくなるまで前記第１の制御信号を調整するステップを含み、該第１の制御信号の値は前記閾値電流信号の新値である、請求項１に記載の方法。
12. 前記閾値電流信号の新値を求めるステップが、前記レーザがオンであることを検知するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記閾値電流信号の記憶値を求めるステップが、前記温度信号に基づいて前記記憶値を参照するステップと前記温度信号に基づいて前記記憶値を算出するステップとからなるグループから選択されたステップを含む、請求項１１に記載の方法。
14. 前記第２の制御信号を生成するステップが、
    前記温度信号に基づいて、前記閾値電流信号の第２の記憶値を求めるステップと、
    前記第２の記憶値に前記オフセットを付加するステップと、
    を含む、請求項１に記載の方法。
15. 前記第１および第２の制御信号がディジタル制御信号である、請求項１に記載に記載の方法。
16. レーザの光出力パワーを光学的に検出し、該検出された光出力パワーに対応する電力信号を生成する手段と、
    テーブルと関数とからなるグループから選択する態様で複数値の温度信号に対する複数値の閾値電流信号、および前記レーザの閾値出力信号に関する閾値基準信号を記憶するメモリと、
    温度センサからの前記温度信号と、前記温度信号に基づく前記メモリからの前記閾値電流信号とを受信するよう結合され、さらに、前記レーザに駆動電流の平均成分を供給する第１のレーザドライバに第１の制御信号Ｉavgを送信し、前記レーザに駆動電流の変調成分を供給する第２のレーザドライバに第２の制御信号Ｉmodを送信するように結合された、コントローラと、
    を備え、
    該コントローラが、下記の式：
    Ｉmod ＝ Ｋmod×（Ｉavg −Ｉth）
    を用いて前記第２の制御信号Ｉmodを調整し（Ｋmodは前記温度信号に基づく線形係数信号、Ｉthは前記温度信号に基づく前記閾値電流信号）、また、
    レーザの第２の温度に対応する温度信号を生成し、
    前記レーザの閾値出力信号に関する閾値基準信号を決定し、
    前記電力信号が前記閾値基準信号に等しくなるまで前記第１の制御信号を調整し、
    前記温度信号と前記第１の制御信号とを前記レーザシステムのメモリに記憶する、
    という各ステップを実行することにより前記閾値電流信号を較正するものであり、
    前記第１の制御信号は、前記第２の温度における前記閾値電流信号であり、前記記憶するステップは、前記温度信号と前記第１の制御信号とをテーブルとして記憶するステップと前記温度信号と前記第１の制御信号とを関数として記憶するステップとからなるグループから選択されたステップを含み、
    前記コントローラがさらに、
    前記較正するステップに続きかつ前記第２の制御信号を送信するステップに先立ち、
    前記温度信号に基づいて前記閾値電流信号の新値を求め、
    前記温度信号に基づいて、前記メモリ内の前記閾値電流信号の記憶値を求め、
    前記新値と前記記憶値との差分を求め、
    前記差分を、他の温度における前記閾値電流信号の複数の記憶値に対するオフセットとして前記メモリに記憶する、
    という各ステップを実行することにより前記閾値電流信号の再較正を行うものである、
    レーザシステム。
17. 前記メモリが、複数値の前記温度信号に基づく複数値の線形係数信号をさらに記憶する、請求項１６に記載のレーザシステム。
18. 前記メモリが、前記第１の制御信号と前記閾値電流信号との差分に基づく複数値の前記第２の制御信号をさらに記憶する、請求項１６に記載のレーザシステム。
19. 前記メモリが、テーブルと関数とからなるグループから選択する態様で複数値の温度信号に対する複数値の基準信号をさらに記憶し、前記コントローラが、光センサから電力信号を受信するよう結合され、該コントローラは、前記温度信号に基づいて前記メモリから前記基準信号を受信するようさらに結合され、該コントローラが、前記基準信号と前記電力信号との差分に基づいて前記第１の制御信号を調整する、請求項１６に記載のレーザシステム。
20. 前記メモリが、前記閾値電流信号の記憶値に付加されるオフセットをさらに記憶し、前記コントローラが、該オフセットを前記閾値電流信号の記憶値に付加して、該閾値電流信号の新値を得る、請求項１６に記載のレーザシステム。
21. 前記第１および第２の制御信号がディジタル制御信号である、請求項１６に記載のレーザシステム。

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