JP5166060B2 - レーザダイオードのパルス電流制御方法及びその動作電流制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザダイオードのパルス電流制御方法及びその動作電流制御装置等に関する。

半導体レーザを発光素子とする光ディジタル通信用送信回路等では、半導体レーザの平均光出力の安定化を図る為、平均光出力をモニターしてフィードバック制御（ＡＰＣ（Auto Power Controll）駆動等）が行われている。また、光ディジタル通信用送信回路等に用いられる半導体レーザは、通常ハイとローがほぼ同等時間となるような短周期でパルス駆動される。

このため半導体レーザの平均光出力は、半導体レーザのパルス発光をフォトダイオード等の受光素子で受光することにより検出される。そして、受光素子から得られた平均光出力の検出値を監視し、受光素子での平均光出力の検出値が一定となるように半導体レーザの動作電流量をフィードバック制御する。

また、光ディジタル通信用送信回路等では、安定した通信を確保する為に、一般に安定した消光比制御又は消光比維持が必要とされる。特に、光ディジタル通信用送信回路等の使用環境温度が変動するなどして半導体レーザの動作温度が変動する場合には、消光比が不安定になる傾向にある。

また、消光比を安定して精度よく制御したり維持したりする為に、予め光ディジタル通信用送信回路等に用いられる半導体レーザの温度特性を複数の使用温度環境下で測定し、測定により得られた電流光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）に基づき、半導体レーザを動作させていた。

また、消光比を安定して精度よく制御したり維持したりする為に、受光素子から得られた平均光出力検出値のフィードバック制御に加えて、消光比を制御する為のフィードバック制御を行うことも提案されている。この方法では、消光比を制御する為のフィードバック制御を行う為に、半導体レーザの光出力主信号にパイロットトーンを重畳させる。

そして、パイロットトーンをモニターするフォトダイオードの出力値が一定となるように、パイロットトーン出力を調整する。この方法は、パイロットトーンにより半導体レーザの電流光出力特性を間接的に把握し、半導体レーザの変調電流量をパイロットトーン出力値に比例させて制御する方法である。

このような光ディジタル通信用送信回路に用いる半導体レーザの消光比の制御方法の一例が、下記特許文献１に開示されている。
特開２００１−９４２０２号公報

従来の方法では、半導体レーザ自体の温度特性を予め測定して把握する必要があるので、作業工数が増えたり、測定設備の設置等に伴うコストアップを招いたりすることとなる。

また、パイロットトーンを重畳させて利用する方法では、複雑な制御回路が必要となるだけでなく、通信用の主信号へのノイズが増大することが懸念される。

本発明は、上述のような問題点に鑑みなされたものであり、動作温度が変化した場合でも消光比を安定して制御可能とし、レーザダイオードの平均光出力が一定となるフィードバック制御を行うレーザダイオードのパルス電流制御方法等を実現することを目的とする。

この発明にかかるレーザダイオードのパルス電流制御方法は、レーザダイオードの平均光出力が一定となるようにフィードバック制御を行うレーザダイオードのパルス電流制御方法であって、レーザダイオードの所定の動作温度における、レーザダイオードを動作させる第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値とを予め設定する初期調整設定工程と、レーザダイオードの動作温度が所定の動作温度である場合に、初期調整設定工程で予め設定された第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値と、でレーザダイオードをパルス電流動作させ、レーザダイオードの動作温度が所定の動作温度より高い場合に、第一のパルス電流ピーク値より大きな第二のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値と、でレーザダイオードをパルス電流動作させる電流駆動工程とを有することを特徴とする。

また、この発明にかかるレーザダイオードのパルス電流制御方法は、レーザダイオードの平均光出力が一定となるようにフィードバック制御を行うレーザダイオードのパルス電流制御方法であって、レーザダイオードの所定の動作温度における、レーザダイオードを動作させる第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値とを予め設定する初期調整設定工程と、レーザダイオードの動作温度が所定の動作温度である場合に、初期調整設定工程で予め設定された第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値と、でレーザダイオードをパルス電流動作させ、レーザダイオードの動作温度が所定の動作温度より低い場合に、第一のパルス電流ピーク値より所望の電流量だけ小さな第二のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値より所望の電流量だけ小さな第二のパルス電流ボトム値と、でレーザダイオードをパルス電流動作させる電流駆動工程とを有することを特徴とする。

この発明にかかるレーザダイオードのパルス電流制御方法は、好ましくは電流駆動工程が、レーザダイオードの動作温度が所定の動作温度より低い場合に、第二のパルス電流ボトム値が所定の閾値以下となると、第二のパルス電流ピーク値と所定の閾値と、でレーザダイオードをパルス電流動作させる電流駆動工程であることを特徴とする。

この発明にかかるレーザダイオードのパルス電流制御方法は、さらに好ましくは初期調整設定工程は、レーザダイオードの所定の動作温度においてレーザダイオードが所定の消光比で発光するように、レーザダイオードを動作させる第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値とを予め設定する初期調整設定工程であり、電流駆動工程は、レーザダイオードの動作温度が所定の動作温度ではない場合に、レーザダイオードが所定の消光比より大きな消光比で発光するようにレーザダイオードをパルス電流動作させる電流駆動工程であることを特徴とする。

この発明にかかるレーザダイオードのパルス電流制御方法は、さらに好ましくはレーザダイオードは、光ディジタル通信に用いる半導体レーザダイオードであり、パルス電流制御方法は、半導体レーザダイオードの線形動作部を用いるパルス電流制御方法であって、電流駆動工程は、所定の動作温度ではない動作温度で半導体レーザダイオードを動作させる場合の消光比が、所定の動作温度において半導体レーザダイオードを動作させる場合の第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値とに対応する消光比より大きくなるように半導体レーザダイオードを動作させる電流駆動工程であることを特徴とする。

また、この発明にかかるレーザダイオードの動作電流制御装置は、レーザダイオードの平均光出力が一定となるようにフィードバック制御を行うレーザダイオードの動作電流制御装置であって、レーザダイオードの所定の動作温度における、レーザダイオードを動作させる第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値とを予め記憶する記憶部と、レーザダイオードの動作温度が所定の動作温度である場合に、レーザダイオードを記憶部に記憶された第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値とでパルス電流動作させ、レーザダイオードの動作温度が所定の動作温度より高い場合に、レーザダイオードを第一のパルス電流ピーク値より大きな第二のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値と、でパルス電流動作させる電流駆動部とを備えることを特徴とする。

また、この発明にかかるレーザダイオードの動作電流制御装置は、レーザダイオードの平均光出力が一定となるようにフィードバック制御を行うレーザダイオードの動作電流制御装置であって、レーザダイオードの所定の動作温度における、レーザダイオードを動作させる第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値とを予め記憶する記憶部と、レーザダイオードの動作温度が所定の動作温度である場合に、レーザダイオードを記憶部に記憶された第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値とでパルス電流動作させ、レーザダイオードの動作温度が所定の動作温度より低い場合に、レーザダイオードを第一のパルス電流ピーク値より所望の電流量だけ小さな第二のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値より所望の電流量だけ小さな第二のパルス電流ボトム値と、でパルス電流動作させる電流駆動部とを備えることを特徴とする。

また、この発明にかかるレーザダイオードの動作電流制御装置は、好ましくは電流駆動部が、レーザダイオードの動作温度が所定の動作温度より低い場合に、第二のパルス電流ボトム値が所定の閾値以下となると、レーザダイオードを第二のパルス電流ピーク値と所定の閾値と、でパルス電流動作させる電流駆動部であることを特徴とする。

また、この発明にかかるレーザダイオードの動作電流制御装置は、さらに好ましくは記憶部が、レーザダイオードの所定の動作温度においてレーザダイオードが所定の消光比で発光するように、レーザダイオードを動作させる第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値とを予め記憶し、電流駆動部は、レーザダイオードの動作温度が所定の動作温度ではない場合に、レーザダイオードが所定の消光比より大きな消光比で発光するようにレーザダイオードをパルス電流動作させる電流駆動部であることを特徴とする。

また、この発明にかかるレーザダイオードの動作電流制御装置は、さらに好ましくは動作電流制御装置が、光ディジタル通信に用いる半導体レーザダイオードの線形動作部を用いて半導体レーザダイオードを動作させる駆動電流制御装置であって、電流駆動部は、所定の動作温度ではない動作温度で半導体レーザダイオードを動作させる場合の消光比が、所定の動作温度において半導体レーザを動作させる場合の第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値とに対応する消光比より大きくなるように半導体レーザダイオードを動作させる電流駆動部であることを特徴とする。

また、この発明にかかる半導体レーザダイオードのパルス電流制御方法は、光ディジタル通信に用いる半導体レーザダイオードの線形動作部を用いて、半導体レーザダイオードの平均光出力が一定となるようにフィードバック制御を行う半導体レーザダイオードのパルス電流制御方法であって、半導体レーザダイオードが、所定の動作温度において所定の消光比で発光するように、半導体レーザダイオードを動作させる第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値とを予め設定する初期調整設定工程と、半導体レーザダイオードの動作温度が所定の動作温度である場合に、半導体レーザダイオードが所定の消光比で発光するように、初期調整設定工程で予め設定された第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値と、で半導体レーザダイオードをパルス電流動作させ、半導体レーザダイオードの動作温度が所定の動作温度より低い場合に、半導体レーザダイオードが所定の消光比より小さな消光比で発光するように、第一のパルス電流ピーク値より小さな第二のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値と、で半導体レーザダイオードをパルス電流動作させ、半導体レーザダイオードの動作温度が所定の動作温度より高い場合に、半導体レーザダイオードが所定の消光比より小さな消光比で発光するように、第一のパルス電流ピーク値より所望の電流量だけ大きな第三のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値より所望の電流量だけ大きな第二のパルス電流ボトム値と、で半導体レーザダイオードをパルス電流動作させる電流駆動工程とを有することを特徴とする。

また、この発明にかかる半導体レーザダイオードの動作電流制御装置は、光ディジタル通信に用いる半導体レーザダイオードの線形動作部を用いて、半導体レーザダイオードの平均光出力が一定となるようにフィードバック制御を行う半導体レーザダイオードの動作電流制御装置であって、半導体レーザダイオードが、所定の動作温度において所定の消光比で発光するように、半導体レーザダイオードを動作させる第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値とを予め記憶する記憶部と、半導体レーザダイオードの動作温度が所定の動作温度である場合に、半導体レーザダイオードが所定の消光比で発光するように、記憶部に記憶された第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値と、で半導体レーザダイオードをパルス電流動作させ、半導体レーザダイオードの動作温度が所定の動作温度より低い場合に、半導体レーザダイオードが所定の消光比より小さな消光比で発光するように、第一のパルス電流ピーク値より小さな第二のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値と、で半導体レーザダイオードをパルス電流動作させ、半導体レーザダイオードの動作温度が所定の動作温度より高い場合に、半導体レーザダイオードが所定の消光比より小さな消光比で発光するように、第一のパルス電流ピーク値より所望の電流量だけ大きな第三のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値より所望の電流量だけ大きな第二のパルス電流ボトム値と、で半導体レーザダイオードをパルス電流動作させる電流駆動部とを有することを特徴とする。

本発明により、動作温度が変化した場合でも消光比を安定して精度よく制御可能とし、レーザダイオードの平均光出力が一定となるフィードバック制御を行うレーザダイオードのパルス電流制御方法等とできる。

実施形態で例示する半導体レーザの動作電流制御装置は、半導体レーザをパルス電流駆動してパルス発光させ、半導体レーザが一定発光量となるようにフィードバック制御する。また、この半導体レーザの動作電流制御装置は、パルス電流成分に所望の直流成分を重畳させてパルス電流駆動させることができる。これにより半導体レーザの発光閾値以上の駆動電流領域を用いて、半導体レーザをパルス電流駆動させることができる。

また、この半導体レーザの動作電流制御装置は、直流重畳成分の電流とパルス成分の電流とを独立して、各々制御することができる。そして、所望の基準温度において、所望の消光比や所望の平均光出力となるように、予め直流重畳成分の電流とパルス成分の電流とを決定し設定する。

そして、半導体レーザの動作電流制御装置は、半導体レーザの動作温度がこの基準温度である場合は、設定された直流重畳成分の電流とパルス成分の電流とで、半導体レーザを電流駆動する。また、半導体レーザの動作温度が基準温度から変動する等に起因して半導体レーザの電流平均光出力特性が変動した場合には、半導体レーザの動作電流制御装置は、典型的には動作温度が設定された基準温度から高温側か低温側かに応じて、一定の平均光出力に制御するための電流制御対象を直流重畳成分の電流とパルス成分の電流との間で切り替える。

これにより、半導体レーザの動作電流制御装置は、他の複雑な装置や方法等を用いることなく、また予め多数の温度領域における電流光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）を測定等する事なく、一定の平均光出力となるようにフィードバック制御をするだけで、安定して精度よく消光比を制御し、又は消光比を維持することができる。

実施形態で例示する半導体レーザの動作電流制御装置は、２５℃において所望の平均光出力となるように設定した直流重畳成分の電流とパルス成分の電流とを基準として駆動し、半導体レーザの動作温度が２５℃より高いか低いかを監視する。

そして、半導体レーザの動作電流制御装置は、半導体レーザの動作温度が２５℃よりも高ければパルス成分の電流を制御調整対象として選択し、一定平均光出力になるようにパルス成分の電流をフィードバック制御する。パルス成分の電流をフィードバック制御する場合には、半導体レーザの動作電流制御装置は、直流重畳成分の電流を一定としたままパルス電流高低差、すなわちハイとローの高低間でのパルス高さを変更させる制御を行う。

また、半導体レーザの動作電流制御装置は、半導体レーザの動作温度が２５℃よりも低ければ直流重畳成分の電流を制御調整対象として選択し、一定平均光出力になるように直流重畳成分の電流をフィードバック制御する。直流重畳成分の電流をフィードバック制御する場合には、半導体レーザの動作電流制御装置は、パルス成分の電流を一定としたまますなわちパルス電流のハイとロー間の高低差を一定としたまま、直流重畳成分の電流値すなわちパルス成分の電流のロー側の電流値を変更させる制御を行う。

このように半導体レーザの動作電流制御装置がフィードバック電流制御対象を半導体レーザの動作温度に依存して変更し一定平均光出力制御を行うことで、消光比を安定的に維持等することが可能となる。また、半導体レーザの動作電流制御装置は、消光比を精度よく維持等するための他の複雑な制御回路等を設けることなく、消光比を安定的に維持等することが可能となる。

また、光出力モニタ用のフォトダイオード出力値からパルス電流に対応する半導体レーザのパルス発光のピークとボトムとの間の発光差を検出し、直接消光比を求めてフィードバック制御する場合には、フォトダイオードの応答特性や高速性、温度安定性等が懸念される。しかし、実施形態で例示する半導体レーザの動作電流制御装置においては、フォトダイオードの応答特性や高速性、温度安定性等の懸念は払拭されることとなる。

そこで、以下本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

（第一の実施形態）
図１は、第一の実施形態にかかる半導体レーザの動作電流制御装置１００の構成概念を例示する図である。半導体レーザの動作電流制御装置１００は、図１に示すようにレーザダイオード１０１と、レーザダイオード１０１の発光をモニタする平均光出力モニタ用フォトダイオード１０２とを備える。

平均光出力モニタ用フォトダイオード１０２で検出したレーザダイオード１０１の平均光出力は、フィードバックループ制御回路１０３により、バイアス電流経路１０５を流れる直流重畳成分のバイアス電流Ｉｂへと帰還制御される。

また、パルス電流駆動部１０４は、駆動電流のパルス成分であるパルス電流Ｉｐがパルス電流経路１０６に流れるように駆動する。光ディジタル通信に用いる半導体レーザの動作電流制御装置１００は、例えば、２５℃等の所定の温度において、所定の一定平均光出力が得られるように、バイアス電流経路１０５を流れるバイアス電流Ｉｂとパルス電流経路１０６を流れるパルス電流Ｉｐとを予め調整し、設定する。

予め調整し設定されたパルス電流Ｉｐは、半導体レーザの動作電流制御装置１００においては固定値として、パルス電流駆動部１０４が備える不図示の記憶部等に記憶させておく。また、バイアス電流経路１０５はコイルＬ１０７を備え、パルス電流Ｉｐや各種ノイズ等の変動電流成分をコイルＬ１０７で遮断する。

また、抵抗Ｒ１０８は、平均光出力モニタ用フォトダイオード１０２で生成されるレーザダイオード１０１の発光量に応じた電流を電圧に変換する。また、電圧変換された平均光出力モニタ用フォトダイオード１０２の出力値は、基準電圧生成部１０９で生成される基準電圧と比較される。

そして、電圧変換された平均光出力モニタ用フォトダイオード１０２の出力値が、基準電圧生成部１０９で生成される基準電圧と同じであれば、レーザダイオード１０１の発光量が所定の値であるとして半導体レーザの動作電流制御装置１００は、その時の直流重畳成分の電流（バイアス電流Ｉｂ）とパルス成分の電流（パルス電流Ｉｐ）とを保持して駆動する。

また、電圧変換された平均光出力モニタ用フォトダイオード１０２の出力値が、基準電圧生成部１０９で生成される基準電圧より高ければ、レーザダイオード１０１の発光量が所定の値よりも大きいとして半導体レーザの動作電流制御装置１００は、その時の直流重畳成分の電流（バイアス電流Ｉｂ）に対してフィードバックループ制御回路１０３によるフィードバック制御を実行する。具体的には、半導体レーザの動作電流制御装置１００は、フィードバックループ制御回路１０３により、バイアス電流Ｉｂを減少させる制御調整を行う。この場合には、半導体レーザの動作電流制御装置１００は、パルス成分の電流（パルス電流Ｉｐ）は保持し、パルス成分の電流（パルス電流Ｉｐ）を変動させる制御は行わない。

また、電圧変換された平均光出力モニタ用フォトダイオード１０２の出力値が、基準電圧生成部１０９で生成される基準電圧より低ければ、レーザダイオード１０１の発光量が所定の値よりも小さいとして半導体レーザの動作電流制御装置１００は、その時の直流重畳成分の電流（バイアス電流Ｉｂ）に対してフィードバックループ制御回路１０３によるフィードバック制御する。具体的には、半導体レーザの動作電流制御装置１００は、フィードバックループ制御回路１０３により、バイアス電流Ｉｂを増大させる制御調整を行う。この場合には、半導体レーザの動作電流制御装置１００は、パルス成分の電流（パルス電流Ｉｐ）を保持し、パルス成分の電流（パルス電流Ｉｐ）を変動させる制御は行わない。

なお、基準電圧は、レーザダイオード１０１が２５℃等の所定の温度において所定の一定平均光出力で発光する場合に、平均光出力モニタ用フォトダイオード１０２で生成され抵抗Ｒ１０８で変換される電圧に対応する値として、予め基準電圧生成部１０９で生成するように設定され記憶されている。

半導体レーザの動作電流制御装置１００は、一定平均光出力とする為のフィードバック制御対象をバイアス電流Ｉｂとしている。従って、その使用環境温度が例えば２５℃よりも低く、レーザダイオード１０１の動作温度も例えば２５℃より低い事が想定される動作環境で使用する場合に、好適である。

次に図２を用いて、半導体レーザの動作電流制御装置１００の電流光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）について説明する。図２は、レーザダイオード１０１の動作温度が変動した場合の電流光出力特性を例示する図である。図２に示すように、基準温度２５℃で初期調整設定をした半導体レーザの動作電流制御装置１００のレーザダイオード１０１は、動作温度が２５℃であればＩＬ曲線２１に示す電流光出力特性を示す。

また、半導体レーザの動作電流制御装置１００は、レーザダイオード１０１の動作温度が２５℃であれば、バイアス電流ＩｂはＩｂ２５、パルス電流（パルス高低差）はＩｐ２５で電流駆動するように予め初期設定されている。すなわち、レーザダイオード１０１は、パルスのロー電流値がＩｂ２５でパルス駆動され、またパルスのハイ電流値が（Ｉｂ２５＋Ｉｐ２５）でパルス駆動されるように初期設定されている。

また、半導体レーザの動作電流制御装置１００が、レーザダイオード１０１のバイアス電流ＩｂをＩｂ２５で電流駆動すると、レーザダイオード１０１は、パルスのローの時に、ＩＬ曲線２１の電流値Ｉｂ２５に対応する光出力Ｐ０で発光する。

また、半導体レーザの動作電流制御装置１００が、レーザダイオード１０１のパルス電流（パルス高低差）をＩｐ２５で電流駆動すると、レーザダイオード１０１は、パルスのハイの時に、ＩＬ曲線２１の電流値（Ｉｂ２５＋Ｉｐ２５）に対応する光出力Ｐ１で発光する。

また、この時に平均光出力モニタ用フォトダイオード１０２で検出される平均光出力は、ちょうど（Ｐ１+Ｐ０）／２に相当する平均光出力Ｐａｖｅとなる。そして、半導体レーザの動作電流制御装置１００は、レーザダイオード１０１の動作温度が２５℃である場合には、上述の動作駆動とする事で、（Ｐ１／Ｐ０）の消光比を確保する。ただし、半導体レーザの動作電流制御装置１００は温度検出器を備える必要はなく、発光量が一定となるＡＰＣ駆動制御等により、（Ｐ１／Ｐ０）の消光比を確保できる。

ここで、レーザダイオード１０１の動作温度が、仮に０℃まで低下した場合の電流光出力特性をＩＬ曲線２２として図２に示す。図２に示すようにＩＬ曲線２２では、レーザダイオード１０１の温度低下に起因して、ＩＬ曲線２１よりも閾値電流が小さくなる。また、図２に示すようにＩＬ曲線２２では、レーザダイオード１０１の温度低下に起因して、閾値電流以上、すなわちレーザダイオード１０１の発振閾値よりも大きな電流領域における線形動作部分の傾きが、ＩＬ曲線２１よりも大きくなる。すなわち、レーザダイオード１０１の動作温度が変化する前後では、同じ電流量に対するレーザダイオード１０１の発光量が異なることとなる。

このため、半導体レーザの動作電流制御装置１００は、フィードバックループ制御回路１０３を用いて、平均光出力Ｐａｖｅを一定にするべく直流重畳成分となるバイアス電流Ｉｂを減少させるフィードバック制御を行う。この結果、図２に示すようにバイアス電流ＩｂはＩｂ０となる。一方、パルス電流Ｉｐは、パルス電流駆動部１０４によりＩｐ２５のままで保持される。

このような制御により、半導体レーザの動作電流制御装置１００は、レーザダイオード１０１の動作温度が２５℃から０℃に変化した後においても、バイアス電流Ｉｂ０に対応する光出力Ｐ０と、パルスのハイの電流値（Ｉｂ０＋Ｉｐ２５）に対応する光出力Ｐ１との間で、レーザダイオード１０１をパルス発光させる事ができる。これにより、レーザダイオード１０１は、その動作温度が２５℃から０℃に変化した場合においても、平均光出力をＰａｖｅで維持し、かつ（Ｐ１／Ｐ０）の消光比を確保することが可能となる。

次に、半導体レーザの動作電流制御装置１００とは異なり、パルス電流Ｉｐにフィードバック制御する半導体レーザの動作電流制御装置３００について、第二の実施形態で例示して説明する。

（第二の実施形態）
図３は、第二の実施形態にかかる半導体レーザの動作電流制御装置３００の構成概念を例示する図である。半導体レーザの動作電流制御装置３００は、図３に示すようにレーザダイオード３０１と、レーザダイオード３０１の発光をモニタする平均光出力モニタ用フォトダイオード３０２とを備える。

平均光出力モニタ用フォトダイオード３０２で検出したレーザダイオード３０１の平均光出力は、フィードバックループ制御回路３０３により、パルス電流経路３０６を流れるパルス成分のパルス電流Ｉｐへと帰還制御される。

また、バイアス電流駆動部３０４は、駆動電流の直流重畳成分であるバイアス電流Ｉｂがバイアス電流経路３０５に流れるように電流駆動する。光ディジタル通信に用いる半導体レーザの動作電流制御装置３００は、例えば、２５℃等の所定の温度において、所定の一定平均光出力が得られるように、バイアス電流経路３０５を流れるバイアス電流Ｉｂとパルス電流経路３０６を流れるパルス電流Ｉｐとを予め調整し、設定する。

予め調整し設定されたバイアス電流Ｉｂは、半導体レーザの動作電流制御装置３００においては固定値として、バイアス電流駆動部３０４等が備える不図示の記憶部等に記憶させておく。また、バイアス電流経路３０５はコイルＬ３０７を備え、パルス電流Ｉｐや各種ノイズ等の変動電流成分をコイルＬ３０７で遮断する。

また、抵抗Ｒ３０８は、平均光出力モニタ用フォトダイオード３０２で生成されるレーザダイオード３０１の発光量に応じた電流を、電圧に変換する。また、電圧変換された平均光出力モニタ用フォトダイオード３０２の出力値は、基準電圧生成部３０９で生成される基準電圧と比較される。

そして、電圧変換された平均光出力モニタ用フォトダイオード３０２の出力値が、基準電圧生成部３０９で生成される基準電圧と同じであれば、レーザダイオードの発光量が所定の値であるとして半導体レーザの動作電流制御装置３００は、その時の直流重畳成分の電流（バイアス電流Ｉｂ）とパルス成分の電流（パルス電流Ｉｐ）とを保持して駆動する。

また、電圧変換された平均光出力モニタ用フォトダイオード３０２の出力値が、基準電圧生成部３０９で生成される基準電圧より高ければ、レーザダイオードの発光量が所定の発光量よりも大きいとして半導体レーザの動作電流制御装置３００は、その時のパルス成分の電流（パルス電流Ｉｐ）に対してフィードバックループ制御回路３０３によるフィードバック制御を実行する。具体的には、半導体レーザの動作電流制御装置３００は、フィードバックループ制御回路１０３により、パルス電流Ｉｐを減少させる制御調整を行う。この場合には、半導体レーザの動作電流制御装置３００は、直流重畳成分の電流（バイアス電流Ｉｂ）を保持し、直流重畳成分の電流（バイアス電流Ｉｂ）を変動させる制御は行わない。

また、電圧変換された平均光出力モニタ用フォトダイオード３０２の出力値が、基準電圧生成部３０９で生成される基準電圧より低ければ、レーザダイオードの発光量が所定の値よりも小さいとして半導体レーザの動作電流制御装置３００は、その時のパルス成分の電流（パルス電流Ｉｐ）に対してフィードバックループ制御回路３０３によるフィードバック制御を実行する。具体的には、半導体レーザの動作電流制御装置３００は、フィードバックループ制御回路３０３により、パルス電流Ｉｐを増大させる制御調整を行う。この場合には、半導体レーザの動作電流制御装置３００は、直流重畳成分の電流（バイアス電流Ｉｂ）を保持し、直流重畳成分の電流（バイアス電流Ｉｐ）を変動させる制御は行わない。

なお、基準電圧は、レーザダイオード３０１が２５℃等の所定の温度において所定の一定平均光出力で発光する場合に、平均光出力モニタ用フォトダイオード３０２で生成され抵抗Ｒ３０８で変換される電圧に対応する値として、予め基準電圧生成部３０９で生成するように設定され記憶されている。

半導体レーザの動作電流制御装置３００は、一定平均光出力とする為のフィードバック制御対象をパルス電流Ｉｐとしている。従って、その使用環境温度が例えば２５℃よりも高く、レーザダイオード３０１の動作温度も例えば２５℃より高い事が想定される動作環境で使用する場合に、好適である。

次に図４を用いて、半導体レーザの動作電流制御装置３００の電流光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）について説明する。図４は、レーザダイオード３０１の動作温度が変動した場合の電流光出力特性を例示する図である。図４に示すように、基準温度２５℃で初期調整設定をした半導体レーザの動作電流制御装置３００のレーザダイオード３０１は、動作温度が２５℃であればＩＬ曲線４１に示す電流光出力特性を示す。

また、半導体レーザの動作電流制御装置３００は、レーザダイオード３０１の動作温度が２５℃であれば、バイアス電流ＩｂはＩｂ２５、パルス電流（パルス高低差）はＩｐ２５で電流駆動するように予め初期設定されている。すなわち、レーザダイオード３０１は、パルスのロー電流値がＩｂ２５でパルス駆動され、またパルスのハイ電流値が（Ｉｂ２５＋Ｉｐ２５）でパルス駆動されるように初期設定されている。

また、半導体レーザの動作電流制御装置３００が、レーザダイオード３０１のバイアス電流ＩｂをＩｂ２５で電流駆動すると、レーザダイオード３０１は、パルスのローの時に、ＩＬ曲線４１の電流値Ｉｂ２５に対応する光出力Ｐ０で発光する。

また、半導体レーザの動作電流制御装置３００が、レーザダイオード３０１のパルス電流（パルス高低差）をＩｐ２５で電流駆動すると、レーザダイオード３０１は、パルスのハイの時に、ＩＬ曲線４１の電流値（Ｉｂ２５＋Ｉｐ２５）に対応する光出力Ｐ１で発光する。

また、この時に平均光出力モニタ用フォトダイオード３０２で検出される平均光出力は、ちょうど（Ｐ１+Ｐ０）／２に相当する平均光出力Ｐａｖｅとなる。そして、半導体レーザの動作電流制御装置３００は、レーザダイオード３０１の動作温度が２５℃である場合には、上述の動作駆動とする事で、（Ｐ１／Ｐ０）の消光比を確保する。ただし、半導体レーザの動作電流制御装置３００は温度検出器を備える必要はなく、発光量が一定となるＡＰＣ駆動制御等により、（Ｐ１／Ｐ０）の消光比を確保できる。

ここで、レーザダイオード３０１の動作温度が、仮に７０℃まで上昇した場合の電流光出力特性をＩＬ曲線４２として図４に示す。図４に示すようにＩＬ曲線４２では、レーザダイオード３０１の温度上昇に起因して、ＩＬ曲線４１よりも閾値電流が大きくなる。また、図４に示すようにＩＬ曲線４２では、レーザダイオード３０１の温度上昇に起因して、閾値電流以上、すなわちレーザダイオード３０１の発振閾値よりも大きな電流領域における線形動作部分の傾きが、ＩＬ曲線４１よりも小さくなる。すなわち、レーザダイオード３０１の動作温度が変化する前後では、同じ電流量に対するレーザダイオード３０１の発光量が異なることとなる。

このため、半導体レーザの動作電流制御装置３００は、フィードバックループ制御回路３０３を用いて、平均光出力Ｐａｖｅを一定にする為にパルス成分となるパルス電流Ｉｐを増大させるフィードバック制御を行う。この結果、図４に示すようにパルス電流ＩｐはＩｐ７０となる。一方、バイアス電流Ｉｂは、バイアス電流駆動部３０４によりＩｂ２５のままで保持される。

このような制御により、半導体レーザの動作電流制御装置３００は、レーザダイオード３０１の動作温度が７０℃に変化した後においても、バイアス電流Ｉｂ２５に対応する光出力Ｐ０と、パルスのハイの電流値（Ｉｂ２５＋Ｉｐ７０）に対応する光出力Ｐ１との間で、レーザダイオード３０１をパルス発光させる事ができる。これにより、レーザダイオード３０１は、その動作温度が７０℃となった場合においても、平均光出力をＰａｖｅで維持し、かつ（Ｐ１／Ｐ０）の消光比を確保することが可能となる。

また、一般に半導体レーザダイオードは、図５に示すように動作温度の上昇と共に、発振閾値電流が大きくなり、かつ閾値電流より大きい線形動作部分の傾きが大きくなる。また、一般に半導体レーザダイオードは、図５に示すように動作温度の低下と共に、発振閾値電流が小さくなり、かつ閾値電流より大きい線形動作部分の傾きが小さくなることが知られている。図５は、半導体レーザダイオードのＩＬ温度特性を例示する概念図である。 このため、図５に示すように閾値電流近傍の電流値をＩｂとして設定すると、Ｉｂ０＜Ｉｂ２５＜Ｉｂ７０の関係となる。また、図５において光出力をＰ０からＰ１にする為の電流量に相当するＩｐは、Ｉｐ０＜Ｉｐ２５＜Ｉｐ７０の関係となる。

また、半導体レーザダイオードの動作温度が変動する場合に、所望の光出力Ｐａｖｅを維持するようにフィードバック制御しつつ、消光比も基準温度である例えば動作温度２５℃における消光比に概ね保持しようとすると、図５に例示するようにバイアス電流Ｉｂの値とパルス電流Ｉｐの値との双方を適宜調整する必要があり制御が複雑となる。

また、図５に示すようにバイアス電流Ｉｂの値とパルス電流Ｉｐの値との双方を適宜調整する場合には、予め各温度に対する複数の電流光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）を測定したりシミュレーションする等を行ったりすることにより、予め半導体レーザダイオードの温度特性を把握することが必要である。

半導体レーザの動作電流制御装置１００と半導体レーザの動作電流制御装置３００とにおいては、上述するような複雑な制御や事前の各温度に対する電流光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）を測定したり、シミュレーション等を行ったりする必要がない。このため、半導体レーザの動作電流制御装置１００と半導体レーザの動作電流制御装置３００とを簡易かつ小型軽量な装置とすることができるので、維持管理やメンテナンスの観点からも好ましい。

次に、半導体レーザの動作電流制御装置１００と半導体レーザの動作電流制御装置３００との両方の制御が可能であり、動作温度状況によって適宜パルス電流Ｉｐ又はバイアス電流Ｉｂにフィードバック制御する事が選択可能な半導体レーザの動作電流制御装置６００について、第三の実施形態で例示して説明する。

（第三の実施形態）
図６は、第三の実施形態にかかる半導体レーザの動作電流制御装置６００の構成概念を例示する図である。半導体レーザの動作電流制御装置６００は、図６に示すようにレーザダイオード６０１と、レーザダイオード６０１の発光をモニタする平均光出力モニタ用フォトダイオード６０２とを備える。

平均光出力モニタ用フォトダイオード６０２で検出したレーザダイオード６０１の平均光出力は、フィードバックループ制御回路６０３により一定平均光出力となるように、パルス電流経路６０６を流れるパルス成分のパルス電流Ｉｐ又はバイアス電流経路６０５を流れる直流重畳成分のバイアス電流Ｉｂへと帰還制御される。

これを実現するため、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、パルス成分のパルス電流Ｉｐ又は直流重畳成分のバイアス電流Ｉｂへと選択的に帰還制御することができる電流駆動部６０４を備える。電流駆動部６０４は制御対象選択部６１２を備えており、フィードバックループ制御回路６０３からの帰還制御先を、パルス成分のパルス電流Ｉｐ又は直流重畳成分のバイアス電流Ｉｂのいずれとするかを選択する。

また、電流駆動部６０４は、直流重畳成分であるバイアス電流Ｉｂを制御駆動するバイアス電流駆動部６１３と、パルス成分であるパルス電流Ｉｐを制御駆動するパルス電流駆動部６１４とを備える。バイアス電流駆動部６１３が制御対象選択部６１２で帰還制御先として選択されると、フィードバックループ制御回路６０３からの帰還制御は、バイアス電流駆動部６１３によりバイアス電流Ｉｂに対して実行される。また、パルス電流駆動部６１４が制御対象選択部６１２で帰還制御先として選択されると、フィードバックループ制御回路６０３からの帰還制御は、パルス電流駆動部６１４によりパルス電流Ｉｐに対して実行される。

また、バイアス電流駆動部６１３は、駆動電流の直流重畳成分である所望のバイアス電流Ｉｂがバイアス電流経路６０５に流れるように電流駆動する。光ディジタル通信に用いる半導体レーザの動作電流制御装置６００は、例えば、２５℃等の所定の温度において、所定の一定平均光出力が得られるように、バイアス電流経路６０５を流れるバイアス電流Ｉｂとパルス電流経路６０６を流れるパルス電流Ｉｐとを予め調整し、設定している。

また、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、レーザダイオード６０１の動作温度をリアルタイムで検出する温度センサ６１１を備えている。温度センサ６１１で検出したレーザダイオード６０１の動作温度は、制御対象選択部６１２に入力される。制御対象選択部６１２は、温度センサ６１１から入力されるレーザダイオード６０１の動作温度が２５℃より高ければ、パルス電流駆動部６１４を選択する。

また、制御対象選択部６１２は、温度センサ６１１から入力されるレーザダイオード６０１の動作温度が２５℃より低ければ、バイアス電流駆動部６１３を選択する。また、所定の温度である２５℃において、所定の発光量で所定の消光比となる駆動電流値は、予め記憶部６１０に記憶されている。ここで、予め記憶部６１０に記憶されている駆動電流値は、基準駆動電流となるバイアス電流Ｉｂ２５とパルス電流Ｉｐ２５である。

換言すれば、レーザダイオード６０１の動作温度が２５℃であればフィードバック制御を行わず、半導体レーザの動作電流制御装置６００は記憶部６１０に予め記憶される駆動電流値に基づいて、レーザダイオード６０１を電流駆動する。また、レーザダイオード６０１の動作温度が２５℃より高ければ、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、パルス電流Ｉｐに対して一定発光量となるフィードバック制御を実行する。また、レーザダイオード６０１の動作温度が２５℃より低ければ、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、バイアス電流Ｉｂに対して一定発光量となるフィードバック制御を実行する。

予め調整し設定されたバイアス電流Ｉｂは、半導体レーザの動作電流制御装置６００においてはレーザダイオード６０１の動作温度が２５℃より高ければ、固定値としてこのバイアス電流Ｉｂで一定駆動に用いられる。また、バイアス電流経路６０５はコイルＬ６０７を備え、パルス電流Ｉｐや各種ノイズ等の変動電流成分をコイルＬ６０７で遮断する。

また、抵抗Ｒ６０８は、平均光出力モニタ用フォトダイオード６０２で生成されるレーザダイオード６０１の発光量に応じた電流を、電圧に変換する。また、電圧変換された平均光出力モニタ用フォトダイオード６０２の出力値は、基準電圧生成部６０９で生成される基準電圧と比較される。

そして、電圧変換された平均光出力モニタ用フォトダイオード６０２の出力値が、基準電圧生成部６０９で生成される基準電圧と同じであれば、レーザダイオードの発光量が所定の値であるとして半導体レーザの動作電流制御装置６００は、その時の直流重畳成分の電流（バイアス電流Ｉｂ）とパルス成分の電流（パルス電流Ｉｐ）とを記憶部６１０に記憶・保持してその値で電流駆動する。なお、記憶部６１０は、半導体レーザの動作電流制御装置６００の電源が遮断されても記憶保持できることが好ましく、例えばＥＥＰＲＯＭ等で構成する。

また、電圧変換された平均光出力モニタ用フォトダイオード６０２の出力値が、基準電圧生成部６０９で生成される基準電圧より高ければ、レーザダイオードの発光量が所定の発光量よりも大きいとして半導体レーザの動作電流制御装置６００は、その時の動作温度に応じてパルス成分の電流（パルス電流Ｉｐ）又は直流重畳成分（バイアス電流Ｉｂ）に対してフィードバックループ制御回路６０３によるフィードバック制御を実行する。

具体的には、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、レーザダイオード６０１の動作温度が２５℃より高く、かつレーザダイオードの発光量が所定の発光量よりも大きい場合には、フィードバックループ制御回路６０３の帰還に基づきパルス電流駆動部６１４が、パルス電流Ｉｐを減少させる制御調整を行う。レーザダイオード６０１の動作温度が２５℃より高い場合には、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、直流重畳成分の電流（バイアス電流Ｉｂ）を保持し、直流重畳成分の電流（バイアス電流Ｉｂ）を変動させる帰還制御は行わない。

また、レーザダイオード６０１の動作温度が２５℃より高い場合に、電圧変換された平均光出力モニタ用フォトダイオード６０２の出力値が、基準電圧生成部６０９で生成される基準電圧より低ければ、レーザダイオード６０１の発光量が所定の値よりも小さいとして半導体レーザの動作電流制御装置６００は、その時のパルス成分の電流（パルス電流Ｉｐ）に対してフィードバックループ制御回路６０３によるフィードバック制御を実行する。

具体的には、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、レーザダイオード６０１の発光量が所定の値よりも小さい場合には、フィードバックループ制御回路６０３の帰還に基づきパルス電流駆動部６１４が、パルス電流Ｉｐを増大させる制御調整を行う。この場合には、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、直流重畳成分の電流（バイアス電流Ｉｂ）を保持し、直流重畳成分の電流（バイアス電流Ｉｐ）を変動させる帰還制御は行わない。

また、レーザダイオード６０１の動作温度が２５℃より低い場合に、電圧変換された平均光出力モニタ用フォトダイオード６０２の出力値が、基準電圧生成部６０９で生成される基準電圧より高ければ、レーザダイオード６０１の発光量が所定の値よりも大きいとして半導体レーザの動作電流制御装置６００は、その時の直流重畳成分の電流（バイアス電流Ｉｂ）に対してフィードバックループ制御回路６０３によるフィードバック制御を実行する。

具体的には、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、フィードバックループ制御回路６０３の帰還に基づきバイアス電流駆動部６１３が、バイアス電流Ｉｂを減少させる制御調整を行う。この場合には、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、パルス成分の電流（パルス電流Ｉｐ）は保持し、パルス成分の電流（パルス電流Ｉｐ）を変動させる制御は行わない。

また、レーザダイオード６０１の動作温度が２５℃より低い場合に、電圧変換された平均光出力モニタ用フォトダイオード６０２の出力値が、基準電圧生成部６０９で生成される基準電圧より低ければ、レーザダイオード６０１の発光量が所定の値よりも小さいとして半導体レーザの動作電流制御装置６００は、その時の直流重畳成分の電流（バイアス電流Ｉｂ）に対してフィードバックループ制御回路６０３によるフィードバック制御する。

具体的には、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、フィードバックループ制御回路６０３の帰還に基づきバイアス電流駆動部６１３が、バイアス電流Ｉｂを増大させる制御調整を行う。この場合には、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、パルス成分の電流（パルス電流Ｉｐ）を保持し、パルス成分の電流（パルス電流Ｉｐ）を変動させる制御は行わない。

なお、基準電圧は、レーザダイオード６０１が２５℃等の所定の温度において所定の一定平均光出力で発光する場合に、平均光出力モニタ用フォトダイオード６０２で生成され抵抗Ｒ６０８で変換される電圧に対応する値として、予め基準電圧生成部６０９で生成するように設定され記憶されている。

半導体レーザの動作電流制御装置６００は、一定平均光出力とする為のフィードバック制御対象をパルス電流Ｉｐとバイアス電流Ｉｂとの間で適宜選択可能である。従って、その使用環境温度が例えば２５℃よりも高いのか低いのか不明であったり、レーザダイオード６０１の動作環境温度の変動が不確定であったりする場合等の使用環境下で用いる場合に、特に好適である。

次に、図７を用いて半導体レーザの動作電流制御装置６００の動作について説明する。図７は、半導体レーザの動作電流制御装置６００の動作フロー概要を例示するフロー図である。

（ステップＳ５１）
半導体レーザの動作電流制御装置６００は、基準温度で所定の発光量かつ所定の消光比を確保できるパルス駆動電流値を調整設定されて記憶部６１０に記憶する。半導体レーザの動作電流制御装置６００は、例えば２５℃において１．１ミリワットの平均発光量で消光比が１０デシベルとなるように、バイアス電流Ｉｂ２５とパルス電流Ｉｐ２５とを調整設定され記憶部６１０に記憶する。このようなバイアス電流Ｉｂ２５とパルス電流Ｉｐ２５との初期調整設定は、オペレータが手動で行ってもよいし、半導体レーザの動作電流制御装置６００が規格値に自動調整してもよい。

（ステップＳ５２）
半導体レーザの動作電流制御装置６００は、レーザダイオード６０１の動作を開始させるか否かを判断する。半導体レーザの動作電流制御装置６００がレーザダイオード６０１の動作を開始させる場合には、ステップＳ５３へと進む。また、半導体レーザの動作電流制御装置６００がレーザダイオード６０１の動作を開始させない場合には、ステップＳ５２で待機する。

（ステップＳ５３）
半導体レーザの動作電流制御装置６００は、まず記憶部６１０に記憶された初期設定値（バイアス電流Ｉｂ２５とパルス電流Ｉｐ２５）でレーザダイオード６０１の動作を開始する。上述するように、半導体レーザの動作電流制御装置６００はフィードバックループ制御回路６０３により、一定平均光出力のフィードバック制御を行う構成となっている。

（ステップＳ５４）
半導体レーザの動作電流制御装置６００は、フィードバックループ制御回路６０３等により所定の光出力であるか否かを判断する。半導体レーザの動作電流制御装置６００は、所定の光出力であれば、記憶部６１０に記憶される初期設定値のバイアス電流Ｉｂ２５とパルス電流Ｉｐ２５とによるレーザダイオード６０１の駆動を維持する。

また、半導体レーザの動作電流制御装置６００のレーザダイオード６０１が所定の光出力でなければ、ステップＳ５５へと進む。具体的には例えば、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、レーザダイオード６０１の光出力が１．１ミリワットであればバイアス電流Ｉｂ２５とパルス電流Ｉｐ２５とでレーザダイオード６０１を継続してパルス駆動する。また、レーザダイオード６０１の光出力が１．１ミリワットでなければ、ステップＳ５５へと進む。

（ステップＳ５５）
半導体レーザの動作電流制御装置６００は、所定の光出力１．１ミリワットの一定平均光出力とするフィードバック制御対象を決定するために、温度センサ６１１でレーザダイオード６０１の動作温度をリアルタイムに検出する。

（ステップＳ５６）
半導体レーザの動作電流制御装置６００は、温度センサ６１１で検出したレーザダイオード６０１の動作温度が所定の設定温度２５℃より高いか低いかを制御対象選択部６１２で判断する。温度センサ６１１で検出したレーザダイオード６０１の動作温度が所定の設定温度２５℃より高ければ、ステップＳ５７へと進む。また、温度センサ６１１で検出したレーザダイオード６０１の動作温度が所定の設定温度２５℃より高くなければ、ステップＳ５８へと進む。

なお、このステップＳ５６ではレーザダイオード６０１の動作温度が所定の設定温度２５℃より高くない場合にはステップＳ５８へと進むこととして説明したが、レーザダイオード６０１の動作温度が所定の設定温度２５℃である場合にはステップＳ５４で所定の光出力となっていると考えられることから、ステップＳ５８へと進む場合は実質的にはレーザダイオード６０１の動作温度が所定の設定温度２５℃より低い場合である。

（ステップＳ５７）
半導体レーザの動作電流制御装置６００は、制御対象選択部６１２がフィードバックループ制御回路６０３の帰還制御をパルス電流駆動部６１４に選択し、パルス電流Ｉｐに対して一定平均光出力フィードバック制御を実行する。

例えば、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、平均光出力モニタ用フォトダイオード６０２の出力値が所定値より小さい場合には、パルス電流Ｉｐを増大させる制御を実行する。また、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、平均光出力モニタ用フォトダイオード６０２の出力値が所定値より大きい場合には、パルス電流Ｉｐを低減させる制御を実行する。なお、この場合にはバイアス電流Ｉｂへの制御は行わず、バイアス電流Ｉｂは一定に維持される。

（ステップＳ５８）
半導体レーザの動作電流制御装置６００は、制御対象選択部６１２がフィードバックループ制御回路６０３の帰還制御をバイアス電流駆動部６１３に選択し、バイアス電流Ｉｂに対して一定平均光出力フィードバック制御を実行する。

例えば、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、平均光出力モニタ用フォトダイオード６０２の出力値が所定値より小さい場合には、バイアス電流Ｉｂを増大させる制御を実行する。また、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、平均光出力モニタ用フォトダイオード６０２の出力値が所定値より大きい場合には、バイアス電流Ｉｂを低減させる制御を実行する。なお、この場合にはパルス電流Ｉｐへの制御は行わず、パルス電流Ｉｐは一定に維持される。

（ステップＳ５９）
半導体レーザの動作電流制御装置６００は、ステップＳ５７又はステップＳ５８において実行したフィードバック制御の結果、平均光出力モニタ用フォトダイオード６０２で検出するレーザダイオード６０１の発光量が、所定の光出力１．１ミリワットであるか否かを判断する。所定の光出力１．１ミリワットであればステップＳ５ａへと進み、所定の光出力１．１ミリワットでなければステップＳ５５へと戻る。

（ステップＳ５ａ）
半導体レーザの動作電流制御装置６００は、レーザダイオード６０１の動作を終了させるか否かを判断する。半導体レーザの動作電流制御装置６００は、不図示の操作部等から電源遮断等レーザダイオード６０１の駆動動作を終了させる指示入力があれば、動作終了することとできる。レーザダイオード６０１の動作を終了させない場合には、ステップＳ５４へと戻る。

以上説明したように半導体レーザの動作電流制御装置６００は、レーザダイオード６０１のリアルタイムの動作温度によって、適宜制御対象をバイアス電流Ｉｂとパルス電流Ｉｐとの間で適宜切り替え制御する。これにより、容易な制御回路を用いて安定した消光比を実現することが可能となる。

なお、上述した半導体レーザの動作電流制御装置６００の基準動作温度や基準発光量等は、典型的な例示に過ぎずこれに限定されるものではない。

次に、図８を用いて半導体レーザの動作電流制御装置６００が動作制御するレーザダイオード６０１の電流光出力特性例について、さらに詳細に説明する。図８は、レーザダイオード６０１の動作温度が極端に低下した場合について、電流光出力特性を例示する概念図である。

半導体レーザの動作電流制御装置６００は、図８のＩＬ曲線８１に示すようにレーザダイオード６０１の動作温度が０℃に低下している状況では、パルス電流ＩｐをＩｐ２５に維持し、バイアス電流ＩｂをＩｂ０へと一定光出力フィードバックバイアス電流制御する。この制御により、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、動作温度が０℃においても消光比（Ｐ１／Ｐ０）を安定的に精度よく保持する事ができる。

しかし、さらにレーザダイオード６０１の動作温度が低下して例えば−１００℃となると、電流光出力特性はＩＬ曲線８２に示すような関係となる。レーザダイオード６０１の動作温度が−１００℃では、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、バイアス電流Ｉｂをゼロとする制御を行っても、なおＩｐ２５に対応するレーザダイオード６０１の光出力Ｐ２により、消光比が（Ｐ２／Ｐ０）となり平均光出力Ｐａｖｅも所望の値から上昇することとなる。いわば、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、一定光出力制御可能範囲を逸脱した制御不可能のような状況が生じる。

従って、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、動作温度が基準温度２５℃より低い場合であっても、バイアス電流Ｉｂのフィードバック制御によっては、もはや一定光出力制御が実行できないような場合（制御限界の場合）には、フィードバック制御対象をバイアス電流Ｉｂからパルス電流Ｉｐへと切り替えて制御する事が好ましい。これにより、非常に幅広い温度レンジに対して、さらにフレキシブルに対応可能な半導体レーザの動作電流制御装置６００とできる。

また、図８に示すような制御限界となる状況を避けるために、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、想定される動作環境温度内において、レーザダイオード６０１の発振閾値電流より電流値が大きな線形動作部分を主として利用してレーザダイオード６０１をパルス動作させる事が好ましい。次に、図９及び図１０を用いて主としてレーザダイオード６０１の線形動作部分を用いる制御例について説明する。

図９は、半導体レーザの動作電流制御装置６００の動作温度が上昇する場合のＩＬ曲線を示す概念図であり、図１０は、半導体レーザの動作電流制御装置６００の動作温度が下降する場合のＩＬ曲線を示す概念図である。そして、図９又は図１０のいずれの場合において、主としてレーザダイオード６０１の線形動作部分を用いる制御を示すものである。

図９においてレーザダイオード６０１は、ＩＬ曲線９１のバイアス電流Ｉｂ２５に対応する発光量Ｐｂと電流値（Ｉｂ２５＋Ｉｐ２５）に対応する発光量Ｐ１との間でパルス発光する。このため、レーザダイオード６０１の平均光出力値は発光量Ｐａｖｅとなり、この時の消光比は、（Ｐ１／Ｐｂ）となる。

具体的には例えば、光ディジタル通信に用いる半導体レーザの発光量としてＰａｖｅ１．１ミリワットが要求される場合に、バイアス電流Ｉｂ２５に対応する発光量Ｐｂは０．２ミリワットとし、電流値（Ｉｂ２５＋Ｉｐ２５）に対応する発光量Ｐ１は２ミリワットとすることができる。そして、この場合の消光比は、１０デシベルとなる。

また、ＩＬ曲線９２に示すようにレーザダイオード６０１の動作温度が上昇すると、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、一定光出力Ｐａｖｅ１．１ミリワットを維持するようにパルス電流Ｉｐの電流値を増大させる制御を実行する。従って、レーザダイオード６０１は、ＩＬ曲線９２のバイアス電流Ｉｂ２５に対応する発光量Ｐ０と電流値（Ｉｂ２５＋Ｉｐ７０）に対応する発光量Ｐ１７０との間でパルス発光する。

具体的には例えば、バイアス電流Ｉｂ２５に対応する発光量Ｐ０は０．１ミリワットとし、パルス電流のハイの電流値（Ｉｂ２５＋Ｉｐ７０）に対応する発光量Ｐ１７０は２．１ミリワットとすることができる。そして、この場合の消光比は２１デシベルとなる。

このように、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、レーザダイオード６０１の平均光出力値を発光量Ｐａｖｅで維持できる。また、この時の消光比は、（Ｐ１７０／Ｐ０）となるので、半導体レーザの動作電流制御装置６００は線形動作部分を用いる制御により、消光比の制御を別途行わなくても２５℃の時の消光比（Ｉｂ２５＋Ｉｐ２５）よりも消光比を増大させることができる。

また、図１０のＩＬ曲線９３に例示するようにレーザダイオード６０１の動作温度が下降すると、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、一定光出力Ｐａｖｅ１．１ミリワットを維持するようにバイアス電流Ｉｂの電流値を低減させる制御を実行する。従って、レーザダイオード６０１は、ＩＬ曲線９３のバイアス電流Ｉｂ０に対応する発光量Ｐｂ０と電流値（Ｉｂ０＋Ｉｐ２５）に対応する発光量Ｐ１０との間でパルス発光する。

具体的には例えば、バイアス電流Ｉｂ０に対応する発光量Ｐｂ０は０．１ミリワットとし、電流値（Ｉｂ０＋Ｉｐ２５）に対応する発光量Ｐ１０は２．１ミリワットとすることができる。そして、この場合の消光比は２１デシベルとなる。

このように、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、レーザダイオード６０１の平均光出力値を発光量Ｐａｖｅに維持できる。また、この時の消光比は、（Ｐ１０／Ｐｂ０）となるので、半導体レーザの動作電流制御装置６００は線形動作部分を用いる制御により、消光比の制御を別途行わなくても、２５℃の時の消光比（Ｉｂ２５＋Ｉｐ２５）よりも消光比を増大させることができる。

上述した半導体レーザの動作電流制御装置６００を用いる場合の消光比の温度に対する関係を図１１に示す。図１１は、半導体レーザの動作電流制御装置６００のレーザダイオード６０１の動作温度が変動する場合の消光比の変動を例示する図である。図１１に例示するように、半導体レーザの動作電流制御装置６００を用いて制御すると、温度の増減に拘わらず安定的に精度よく初期調整設定温度におけるイニシャル値を下限消光比（Ini）とした一定光出力制御を実現できる。

光ディジタル通信の送信装置等においては、一般に一定光出力を維持するだけでなく所望の消光比以上の消光比（典型的には８．２デシベル以上）を確保できる事が、信頼性の高い通信を実現する上で好ましいとされる。従って、半導体レーザの動作電流制御装置６００は、様々な動作温度環境下においてもフレキシブルに対応可能であり、信頼性の高い通信を実現可能なレーザダイオード駆動装置となる。

（第四の実施形態）
第四の実施形態で例示する半導体レーザの動作電流制御装置は、第三の実施形態で示す半導体レーザの動作電流制御装置６００において、動作温度に対する制御対象を差し替えて動作させる制御装置である。

すなわち、第四の実施形態では、半導体レーザの動作電流制御装置６００の制御対象選択部６１２は、レーザダイオード６０１の動作温度が２５℃よりも高ければバイアス電流Ｉｂへのフィードバック制御を選択して適用する。また、半導体レーザの動作電流制御装置６００の制御対象選択部６１２は、レーザダイオード６０１の動作温度が２５℃よりも低ければパルス電流Ｉｐへのフィードバック制御を選択して適用する。

また、その他の第四の実施形態にかかる制御回路ブロック等は、第三の実施形態で既に説明した内容と重複するので、ここでは説明を省略する。また、以下の第四の実施形態の説明においては、第三の実施形態で図６に示す回路ブロック概念図と同じ記号を用いて説明することとする。

図１２は、第四の実施形態にかかるレーザダイオード６０１の動作温度上昇時のＩＬ曲線を例示する概念図である。図１２に示すように、レーザダイオード６０１の動作温度が２５℃から７０℃に上昇すると、レーザダイオード６０１は、一定光出力Ｐａｖｅを保ったまま、バイアス電流（パルスロー電流）Ｉｂ７０と電流値（Ｉｂ７０＋Ｉｐ２５）との間でパルス駆動される。

この駆動電流の変更制御に伴いレーザダイオード６０１は、図１２に示すようにバイアス電流Ｉｂ７０に対応するＰｂ７０と電流値（Ｉｂ７０＋Ｉｐ２５）に対応するＰ１７０との間でパルス発光する。このため、消光比は、２５℃の時の（Ｐ１２５／Ｐ０）から７０℃の時の（Ｐ１７０／Ｐｂ７０）へと減少する。このように、半導体レーザの動作電流制御装置６００は線形動作部分を用いる制御により、消光比の制御を別途行わなくても消光比を低下させる一定光出力制御を行う事が可能である。

また、図１３は、第四の実施形態にかかるレーザダイオード６０１の動作温度下降時のＩＬ曲線を例示する概念図である。図１３に示すように、レーザダイオード６０１の動作温度が２５℃から２０℃に下降すると、レーザダイオード６０１は、一定光出力Ｐａｖｅを保ったまま、バイアス電流（パルスロー電流）Ｉｂ２５と電流値（Ｉｂ２５＋Ｉｐ２０）との間でパルス駆動される。

この駆動電流の変更制御に伴いレーザダイオード６０１は、図１３においてバイアス電流Ｉｂ２５に対応するＰｂ２０と電流値（Ｉｂ２５＋Ｉｐ２０）に対応するＰ１２０との間でパルス発光する。このため、消光比は、２５℃の時の（Ｐ１２５／Ｐ０）から２０℃の時の（Ｐ１２０／Ｐｂ２０）へと減少する。このように、半導体レーザの動作電流制御装置６００は線形動作部分を用いる制御により、消光比の制御を別途行わなくても消光比を低下させる一定光出力制御を行う事が可能である。

上述した半導体レーザの動作電流制御装置６００を用いる場合の消光比の温度に対する下降特性を図１４に示す。図１４は、半導体レーザの動作電流制御装置６００のレーザダイオード６０１の動作温度が変動する場合の消光比の変動を例示する図である。図１４に例示するように、半導体レーザの動作電流制御装置６００を用いて制御すると、温度の増減に拘わらず消光比を安定的に精度よく初期調整設定温度におけるイニシャル値を上限消光比（ini）とする一定光出力制御を実現できる。

光ディジタル通信の送信装置等において、一定光出力を維持するだけでなく所望の消光比以下の消光比を確保する事が求められるような利用環境において、半導体レーザの動作電流制御装置６００はフレキシブルに対応可能であるので好ましい。

また、図１５は、第四の実施形態に示す半導体レーザの動作電流制御装置６００において、レーザダイオードの発振閾値以下である線形動作部分ではない部分を積極的に用いてパルス駆動した場合に、温度上昇時のＩＬ曲線を例示する概念図である。また、図１６は、第四の実施形態に示す半導体レーザの動作電流制御装置６００において、レーザダイオードの発振閾値以下である線形動作部分でない部分を積極的に用いてパルス駆動した場合に、温度下降時のＩＬ曲線を例示する概念図である。

図１５に示すように、レーザダイオード６０１は、動作温度が２５℃の場合と動作温度が７０℃の場合とで、平均光出力はＰａｖｅで一定にフィードバックバイアス電流制御される。図１５から明らかなように消光比は、２５℃の時も７０℃の時も（Ｐ１２５／Ｐ０）で一定となり、消光比は上昇も下降もしない。また、Ｉｐ２５が変化しないのでパルス動作幅が増大せず動作遅延の懸念を低減できる。

また、図１６に示すように、レーザダイオード６０１は、動作温度が２５℃の場合と動作温度が１０℃の場合とで、平均光出力はＰａｖｅで一定にフィードバックパルス電流制御される。図１６から明らかなように消光比は、２５℃の時も１０℃の時も（Ｐ１２５／Ｐ０）で一定となり、消光比は上昇も下降もしない。

すなわち、第四の実施形態で示す半導体レーザの動作電流制御装置６００を用いた動作制御においては、線形動作部分でない動作領域を積極的に用いることで、レーザダイオード６０１の動作温度の変動に伴う一定光出力制御を実行するだけで、消光比の変動を抑制し、消光比を一定に保持することが可能となる制御を行えるので好ましい。従って、長距離通信などでチャープが問題となる場合などに好適である。

なお、本発明にかかる半導レーザの電流駆動装置は、実施形態での例示構成と例示動作に限定される事はなく、自明な範囲で適宜その構成と動作を変更して使用することができる。

第一の実施形態にかかる半導体レーザの動作電流制御装置の構成概念を例示する図である。 第一の実施形態にかかるレーザダイオードの動作温度が変動した場合の電流平均光出力特性を例示する図である。 第二の実施形態にかかる半導体レーザの動作電流制御装置の構成概念を例示する図である。 第二の実施形態にかかるレーザダイオードの動作温度が変動した場合の電流平均光出力特性を例示する図である。 半導体レーザダイオードのＩＬ温度特性を例示する概念図である。 第三の実施形態にかかる半導体レーザの動作電流制御装置の構成概念を例示する図である。 半導体レーザの動作電流制御装置の動作フロー概要を例示するフロー図である。 レーザダイオードの動作温度が極端に低下した場合の電流光出力特性を例示する概念図である。 半導体レーザの動作電流制御装置の動作温度が上昇する場合のＩＬ曲線を示す概念図である。 半導体レーザの動作電流制御装置の動作温度が下降する場合のＩＬ曲線を示す概念図である。 レーザダイオードの動作温度が変動する場合の消光比の変動を例示する図である。 第四の実施形態にかかるレーザダイオードの動作温度上昇時のＩＬ曲線を例示する概念図である 第四の実施形態にかかるレーザダイオードの動作温度下降時のＩＬ曲線を例示する概念図である。 レーザダイオードの動作温度が変動する場合の消光比の変動を例示する図である。 第四の実施形態に示す半導体レーザの動作電流制御装置において、線形動作部分でない部分を用いた温度上昇時のＩＬ曲線を例示する概念図である。 第四の実施形態に示す半導体レーザの動作電流制御装置において、線形動作部分でない部分を用いた温度下降時のＩＬ曲線を例示する概念図である。

符号の説明

１００・・動作電流制御装置、１０１・・レーザダイオード、１０２・・平均光出力モニタ用フォトダイオード、１０３・・フィードバックループ制御回路、１０４・・パルス電流駆動部、１０５・・バイアス電流経路、１０６・・パルス電流経路、１０９・・基準電圧生成部。

Claims (4)

1. 光ディジタル通信に用いる半導体レーザダイオードの線形動作部を用いて、前記半導体レーザダイオードの平均光出力が一定となるようにフィードバック制御を行う前記半導体レーザダイオードのパルス電流制御方法において、
   前記半導体レーザダイオードが、所定の動作温度において所定の消光比で発光するように、前記半導体レーザダイオードを動作させる第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値とを予め設定する初期調整設定工程と、
   前記半導体レーザダイオードの動作温度が前記所定の動作温度である場合に、前記半導体レーザダイオードが前記所定の消光比で発光するように、前記初期調整設定工程で予め設定された前記第一のパルス電流ピーク値と前記第一のパルス電流ボトム値と、で前記半導体レーザダイオードをパルス電流動作させ、
   前記半導体レーザダイオードの動作温度が前記所定の動作温度より高い場合に、前記半導体レーザダイオードが前記所定の消光比より大きな消光比で発光するように、前記第一のパルス電流ピーク値より大きな第二のパルス電流ピーク値と前記第一のパルス電流ボトム値と、で前記半導体レーザダイオードをパルス電流動作させ、
   前記半導体レーザダイオードの動作温度が前記所定の動作温度より低い場合に、前記半導体レーザダイオードが前記所定の消光比より大きな消光比で発光するように、前記第一のパルス電流ピーク値より所望の電流量だけ小さな第三のパルス電流ピーク値と前記第一のパルス電流ボトム値より前記所望の電流量だけ小さな第二のパルス電流ボトム値と、で前記半導体レーザダイオードをパルス電流動作させる電流駆動工程と、
   を有することを特徴とする半導体レーザダイオードのパルス電流制御方法。
2. 光ディジタル通信に用いる半導体レーザダイオードの線形動作部を用いて、前記半導体レーザダイオードの平均光出力が一定となるようにフィードバック制御を行う前記半導体レーザダイオードの動作電流制御装置において、
   前記半導体レーザダイオードが、所定の動作温度において所定の消光比で発光するように、前記半導体レーザダイオードを動作させる第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値とを予め記憶する記憶部と、
   前記半導体レーザダイオードの動作温度が前記所定の動作温度である場合に、前記半導体レーザダイオードが前記所定の消光比で発光するように、前記記憶部に記憶された前記第一のパルス電流ピーク値と前記第一のパルス電流ボトム値と、で前記半導体レーザダイオードをパルス電流動作させ、
   前記半導体レーザダイオードの動作温度が前記所定の動作温度より高い場合に、前記半導体レーザダイオードが前記所定の消光比より大きな消光比で発光するように、前記第一のパルス電流ピーク値より大きな第二のパルス電流ピーク値と前記第一のパルス電流ボトム値と、で前記半導体レーザダイオードをパルス電流動作させ、
   前記半導体レーザダイオードの動作温度が前記所定の動作温度より低い場合に、前記半導体レーザダイオードが前記所定の消光比より大きな消光比で発光するように、前記第一のパルス電流ピーク値より所望の電流量だけ小さな第三のパルス電流ピーク値と前記第一のパルス電流ボトム値より前記所望の電流量だけ小さな第二のパルス電流ボトム値と、で前記半導体レーザダイオードをパルス電流動作させる電流駆動部と、
   を有することを特徴とする半導体レーザダイオードの動作電流制御装置。
3. 光ディジタル通信に用いる半導体レーザダイオードの線形動作部を用いて、前記半導体レーザダイオードの平均光出力が一定となるようにフィードバック制御を行う前記半導体レーザダイオードのパルス電流制御方法において、
   前記半導体レーザダイオードが、所定の動作温度において所定の消光比で発光するように、前記半導体レーザダイオードを動作させる第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値とを予め設定する初期調整設定工程と、
   前記半導体レーザダイオードの動作温度が前記所定の動作温度である場合に、前記半導体レーザダイオードが前記所定の消光比で発光するように、前記初期調整設定工程で予め設定された前記第一のパルス電流ピーク値と前記第一のパルス電流ボトム値と、で前記半導体レーザダイオードをパルス電流動作させ、
   前記半導体レーザダイオードの動作温度が前記所定の動作温度より低い場合に、前記半導体レーザダイオードが前記所定の消光比より小さな消光比で発光するように、前記第一のパルス電流ピーク値より小さな第二のパルス電流ピーク値と前記第一のパルス電流ボトム値と、で前記半導体レーザダイオードをパルス電流動作させ、
   前記半導体レーザダイオードの動作温度が前記所定の動作温度より高い場合に、前記半導体レーザダイオードが前記所定の消光比より小さな消光比で発光するように、前記第一のパルス電流ピーク値より所望の電流量だけ大きな第三のパルス電流ピーク値と前記第一のパルス電流ボトム値より前記所望の電流量だけ大きな第二のパルス電流ボトム値と、で前記半導体レーザダイオードをパルス電流動作させる電流駆動工程と、
   を有することを特徴とする半導体レーザダイオードのパルス電流制御方法。
4. 光ディジタル通信に用いる半導体レーザダイオードの線形動作部を用いて、前記半導体レーザダイオードの平均光出力が一定となるようにフィードバック制御を行う前記半導体レーザダイオードの動作電流制御装置において、
   前記半導体レーザダイオードが、所定の動作温度において所定の消光比で発光するように、前記半導体レーザダイオードを動作させる第一のパルス電流ピーク値と第一のパルス電流ボトム値とを予め記憶する記憶部と、
   前記半導体レーザダイオードの動作温度が前記所定の動作温度である場合に、前記半導体レーザダイオードが前記所定の消光比で発光するように、前記記憶部に記憶された前記第一のパルス電流ピーク値と前記第一のパルス電流ボトム値と、で前記半導体レーザダイオードをパルス電流動作させ、
   前記半導体レーザダイオードの動作温度が前記所定の動作温度より低い場合に、前記半導体レーザダイオードが前記所定の消光比より小さな消光比で発光するように、前記第一のパルス電流ピーク値より小さな第二のパルス電流ピーク値と前記第一のパルス電流ボトム値と、で前記半導体レーザダイオードをパルス電流動作させ、
   前記半導体レーザダイオードの動作温度が前記所定の動作温度より高い場合に、前記半導体レーザダイオードが前記所定の消光比より小さな消光比で発光するように、前記第一のパルス電流ピーク値より所望の電流量だけ大きな第三のパルス電流ピーク値と前記第一のパルス電流ボトム値より前記所望の電流量だけ大きな第二のパルス電流ボトム値と、で前記半導体レーザダイオードをパルス電流動作させる電流駆動部と、
   を有することを特徴とする半導体レーザダイオードの動作電流制御装置。

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