JP5435500B2 - Semiconductor laser driving circuit and optical fiber pulse laser device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体レーザ駆動回路および光ファイバパルスレーザ装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor laser driving circuit and an optical fiber pulse laser apparatus.

半導体レーザを駆動する回路としては、たとえば特許文献１に記載されたものがある。この半導体レーザ駆動回路は、半導体レーザのアノードに正極性のパルス駆動電圧を出力する駆動回路を接続し、カソードに負極性のパルス駆動電圧を出力する駆動回路を接続して、半導体レーザからパルスレーザ光を出力するように構成したものである。このような駆動回路としては、オペアンプを用いた増幅回路を用いることができる。   As a circuit for driving a semiconductor laser, for example, there is one described in Patent Document 1. In this semiconductor laser drive circuit, a drive circuit that outputs a positive pulse drive voltage is connected to the anode of the semiconductor laser, and a drive circuit that outputs a negative pulse drive voltage is connected to the cathode. It is configured to output light. As such a driver circuit, an amplifier circuit using an operational amplifier can be used.

また、半導体レーザ駆動回路としては、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いた駆動回路を用いて半導体レーザからパルスレーザ光を出力させる構成がある（特許文献２参照）。   As a semiconductor laser driving circuit, there is a configuration in which pulse laser light is output from a semiconductor laser using a driving circuit using a field effect transistor (FET) (see Patent Document 2).

ここで、半導体レーザは、従来のＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）構造の光ファイバパルスレーザ装置において、種光源として利用されている。このような光ファイバパルスレーザ装置は、たとえば、特許文献１、２に記載したような駆動回路にて駆動される半導体レーザと、この半導体レーザが出力するパルスレーザ光を増幅する光ファイバ増幅器とによって構成されている。   Here, the semiconductor laser is used as a seed light source in an optical fiber pulse laser device having a conventional MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) structure. Such an optical fiber pulse laser device includes, for example, a semiconductor laser driven by a driving circuit as described in Patent Documents 1 and 2, and an optical fiber amplifier that amplifies pulse laser light output from the semiconductor laser. It is configured.

特開２００５−３４０３１２号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-340212 実開平６−２９１６１号公報Japanese Utility Model Publication No. 6-29161 米国特許出願公開第２００８／００８０５７０号明細書US Patent Application Publication No. 2008/0080570

ところで、近年光ファイバパルスレーザ装置のさらなる高出力化、高速性制御性が要求されている。光ファイバパルスレーザ装置を高出力化するためには、種光源である半導体レーザを高出力化することが好ましい。しかしながら、従来のオペアンプを用いた半導体レーザ駆動回路では、周波数帯域が１００ＭＨｚを超える高速のオペアンプを用いた場合には、半導体レーザに供給できる駆動電流がオペアンプの出力電流によって０．５Ａ程度に制限されるため、それ以上の大電流を供給して半導体レーザをさらに高出力化することが困難であるという問題がある。   Incidentally, in recent years, there has been a demand for higher output and higher speed controllability of optical fiber pulse laser devices. In order to increase the output of the optical fiber pulse laser device, it is preferable to increase the output of the semiconductor laser as the seed light source. However, in a conventional semiconductor laser drive circuit using an operational amplifier, when a high-speed operational amplifier whose frequency band exceeds 100 MHz is used, the drive current that can be supplied to the semiconductor laser is limited to about 0.5 A by the output current of the operational amplifier. Therefore, there is a problem that it is difficult to further increase the output of the semiconductor laser by supplying a larger current than that.

また、近年光ファイバパルスレーザ装置には、出力するパルスレーザ光を、使用するアプリケーションに応じて様々な光波形に調整できることが要求されている。しかしながら、従来のＦＥＴにより構成された半導体レーザ駆動回路を用いた場合では、出力するパルスレーザ光の光波形を任意に整形することができないという問題がある。   In recent years, optical fiber pulse laser devices are required to be able to adjust the output pulse laser light into various optical waveforms according to the application to be used. However, in the case of using a semiconductor laser driving circuit constituted by a conventional FET, there is a problem that the optical waveform of the pulse laser beam to be output cannot be arbitrarily shaped.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、任意の光波形を出力するための半導体レーザをより高出力化できる半導体レーザ駆動回路およびこれを用いた光ファイバパルスレーザ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and provides a semiconductor laser driving circuit capable of increasing the output of a semiconductor laser for outputting an arbitrary optical waveform and an optical fiber pulse laser device using the same. With the goal.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザ駆動回路は、半導体レーザに直列接続し、互いに並列接続した複数のスイッチング素子と、前記半導体レーザと前記各スイッチング素子との間に直列接続し、前記半導体レーザに供給するための電流が流れる複数の電流制御器と、前記各スイッチング素子に接続し、前記各スイッチング素子にデジタルスイッチング信号を出力するデジタル制御部と、を備え、前記デジタル制御部が、前記複数の電流制御器の中から所望のパルス電流を生成するために選択された電流制御器に接続した前記各スイッチング素子を前記デジタルスイッチング信号により所定のタイミングでオン／オフ動作させることによって、前記所望のパルス電流を駆動電流として前記半導体レーザ素子に供給することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a semiconductor laser driving circuit according to the present invention includes a plurality of switching elements connected in series to a semiconductor laser and connected in parallel to each other, the semiconductor laser, and the switching elements. A plurality of current controllers that are connected in series between each other and through which a current to be supplied to the semiconductor laser flows, and a digital control unit that is connected to each switching element and outputs a digital switching signal to each switching element, And the digital control unit turns on each switching element connected to the current controller selected to generate a desired pulse current from the plurality of current controllers at a predetermined timing by the digital switching signal. The semiconductor laser device is operated using the desired pulse current as a drive current by performing an off / off operation. And supplying to.

また、本発明に係る半導体レーザ駆動回路は、上記発明において、前記複数の電流制御器は、公比１／２の等比数列的に設定された互いに異なる電流が流れることを特徴とする。   The semiconductor laser drive circuit according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the plurality of current controllers flow different currents set in a geometric sequence having a common ratio of 1/2.

また、本発明に係る半導体レーザ駆動回路は、上記発明において、前記各スイッチング素子に接続した配線は、前記各スイッチング素子に流れる電流が多い配線ほど長さが短くなるように設定されていることを特徴とする。   In the semiconductor laser drive circuit according to the present invention, in the above invention, the wiring connected to each switching element is set so that the length of the wiring that has a larger current flowing through each switching element is shorter. Features.

また、本発明に係る半導体レーザ駆動回路は、上記発明において、前記複数の電流制御器は、互いに等しい電流が流れることを特徴とする。   The semiconductor laser drive circuit according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the plurality of current controllers have equal currents flowing to each other.

また、本発明に係る半導体レーザ駆動回路は、上記発明において、前記複数の電流制御器は抵抗体であることを特徴とする。   In the semiconductor laser drive circuit according to the present invention as set forth in the invention described above, the plurality of current controllers are resistors.

また、本発明に係る半導体レーザ駆動回路は、上記発明において、前記複数の電流制御器は定電流回路であることを特徴とする。   In the semiconductor laser drive circuit according to the present invention as set forth in the invention described above, the plurality of current controllers are constant current circuits.

また、本発明に係る半導体レーザ駆動回路は、上記発明において、前記各スイッチング素子と前記各電流制御器との間の電圧レベルが入力され、前記各電圧レベルに対応した電流モニタ信号を前記デジタル制御部に出力するモニタ回路を備えることを特徴とする。   In the semiconductor laser drive circuit according to the present invention, the voltage level between each of the switching elements and each of the current controllers is input in the above-described invention, and the current monitor signal corresponding to each of the voltage levels is digitally controlled. And a monitor circuit for outputting to the unit.

また、本発明に係る半導体レーザ駆動回路は、上記発明において、前記各スイッチング素子の下流側に直列接続した複数の電流モニタ用抵抗と、前記各電流モニタ用抵抗の電圧レベルが入力され、前記各電圧レベルに対応した電流モニタ信号を前記デジタル制御部に出力するモニタ回路とを備えることを特徴とする。   Further, in the semiconductor laser drive circuit according to the present invention, in the above invention, a plurality of current monitoring resistors connected in series on the downstream side of each switching element and the voltage level of each current monitoring resistor are input, And a monitor circuit that outputs a current monitor signal corresponding to the voltage level to the digital control unit.

また、本発明に係る半導体レーザ駆動回路は、上記発明において、前記デジタル制御部は、入力された前記各電流モニタ信号に基づいて、前記デジタルスイッチング信号を補正することを特徴とする。   In the semiconductor laser drive circuit according to the present invention as set forth in the invention described above, the digital control unit corrects the digital switching signal based on the input current monitor signals.

また、本発明に係る半導体レーザ駆動回路は、上記発明において、前記デジタル制御部は、入力された前記各電流モニタ信号に基づいて、前記各スイッチング素子が正しく動作しているかどうかを検知することを特徴とする。   Further, in the semiconductor laser drive circuit according to the present invention, in the above invention, the digital control unit detects whether each switching element is operating correctly based on each input current monitor signal. Features.

また、本発明に係る半導体レーザ駆動回路は、上記発明において、前記半導体レーザと電源との間に直列接続し、前記デジタル制御部が出力する停止信号によってオフ状態にされる電流遮断用スイッチング素子を備えることを特徴とする。   In the semiconductor laser drive circuit according to the present invention, in the above invention, the current interrupting switching element connected in series between the semiconductor laser and a power supply and turned off by a stop signal output from the digital control unit is provided. It is characterized by providing.

また、本発明に係る半導体レーザ駆動回路は、上記発明において、前記半導体レーザが出力するモニタ光を受光する受光素子と、前記受光素子の受光レベルに対応した電流が入力され、前記電流のレベルに対応した光出力モニタ信号を前記デジタル制御部に出力する光出力モニタ回路とを備えることを特徴とする。   In the semiconductor laser driving circuit according to the present invention, in the above invention, a light receiving element that receives monitor light output from the semiconductor laser, and a current corresponding to a light receiving level of the light receiving element are input to the current level. And a light output monitor circuit for outputting a corresponding light output monitor signal to the digital control unit.

また、本発明に係る半導体レーザ駆動回路は、上記発明において、前記デジタル制御部は、入力された前記光出力モニタ信号に基づいて、前記デジタルスイッチング信号を補正することを特徴とする。   In the semiconductor laser drive circuit according to the present invention as set forth in the invention described above, the digital control unit corrects the digital switching signal based on the inputted optical output monitor signal.

また、本発明に係る光ファイバパルスレーザ装置は、上記発明のいずれか一つに記載の半導体レーザ駆動回路と、前記半導体レーザ駆動回路によって駆動される種光源である半導体レーザとを備えることを特徴とする。   An optical fiber pulse laser apparatus according to the present invention includes the semiconductor laser driving circuit according to any one of the above inventions, and a semiconductor laser that is a seed light source driven by the semiconductor laser driving circuit. And

本発明によれば、任意の波形を有する電流値の大きなパルス駆動電流を半導体レーザに供給できるので、半導体レーザをより高出力化できるという効果を奏する。   According to the present invention, since a pulse drive current having an arbitrary waveform and a large current value can be supplied to the semiconductor laser, the output of the semiconductor laser can be increased.

図１は、実施の形態１に係る半導体レーザ駆動回路を用いた光ファイバパルスレーザ装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical fiber pulse laser apparatus using the semiconductor laser driving circuit according to the first embodiment. 図２は、実施の形態１に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the semiconductor laser driving circuit according to the first embodiment. 図３は、図２に示す半導体レーザ駆動回路において、選択された電流制御用抵抗と半導体レーザとに流れる各パルス電流の波形の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the waveform of each pulse current flowing through the selected current control resistor and the semiconductor laser in the semiconductor laser driving circuit shown in FIG. 図４は、参考例に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor laser driving circuit according to a reference example . 図５は、実施の形態２に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor laser drive circuit according to the second embodiment. 図６は、実施の形態３に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor laser drive circuit according to the third embodiment. 図７は、実施の形態４に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor laser drive circuit according to the fourth embodiment. 図８は、実施の形態５に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor laser drive circuit according to the fifth embodiment. 図９は、実施の形態６に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor laser drive circuit according to the sixth embodiment.

以下に、図面を参照して本発明に係る半導体レーザ駆動回路および光ファイバパルスレーザ装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。   Embodiments of a semiconductor laser drive circuit and an optical fiber pulse laser apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In the drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals as appropriate.

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ駆動回路を用いた光ファイバパルスレーザ装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、光ファイバパルスレーザ装置１０は、種光源部１０ａと、種光源部１０ａの後段に接続した光ファイバ増幅部１０ｂとを備えている。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical fiber pulse laser device using a semiconductor laser drive circuit according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the optical fiber pulse laser device 10 includes a seed light source unit 10a and an optical fiber amplifying unit 10b connected to a subsequent stage of the seed light source unit 10a.

種光源部１０ａは、パルスレーザ光を出力する分布帰還型の半導体レーザダイオードであるＬＤ１と、パルスレーザ光を出力するようにＬＤ１を駆動する半導体レーザ駆動回路を備えた制御部２と、ＬＤ１とシングルモード光ファイバによって接続した、狭い帯域の光を反射するファイバブラッググレーティング（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）であるＦＢＧ３と、ＦＢＧ３に接続した光アイソレータ４とを備えている。   The seed light source unit 10a includes a LD1 that is a distributed feedback semiconductor laser diode that outputs pulsed laser light, a control unit 2 that includes a semiconductor laser driving circuit that drives the LD1 so as to output pulsed laser light, and LD1. An FBG 3 that is a fiber Bragg grating that reflects light in a narrow band and is connected by a single mode optical fiber, and an optical isolator 4 that is connected to the FBG 3 are provided.

ＦＢＧ３は、ＬＤ１が出力するパルスレーザ光の中心波長を含む狭い帯域の光を反射することで、ＬＤ１に対して外部光共振器として作用する。その結果、種光源部１０ａは、中心波長が安定したパルスレーザ光を出力する光源として動作する。種光源部１０ａから出力するパルスレーザ光の中心波長はたとえば約１０６４ｎｍである。なお、ＦＢＧ３を形成した部分の近傍にヒータやペルチェ素子などの温度調整手段を取り付け、温度を変化させることによってＦＢＧ３の反射波長を変化させて、パルスレーザ光の波長を制御してもよい。   The FBG 3 functions as an external optical resonator for the LD 1 by reflecting light in a narrow band including the center wavelength of the pulsed laser light output from the LD 1. As a result, the seed light source unit 10a operates as a light source that outputs pulsed laser light having a stable center wavelength. The center wavelength of the pulse laser beam output from the seed light source unit 10a is, for example, about 1064 nm. Note that the wavelength of the pulsed laser light may be controlled by attaching temperature adjusting means such as a heater or a Peltier element near the portion where the FBG 3 is formed, and changing the reflection wavelength of the FBG 3 by changing the temperature.

光アイソレータ４は、外部からの光がＬＤ１に入力するのを阻止し、ＬＤ１の光出力を安定させる機能を有する。   The optical isolator 4 has a function of preventing light from the outside from being input to the LD 1 and stabilizing the optical output of the LD 1.

制御部２は、本実施の形態１に係る半導体レーザ駆動回路を備えており、ＬＤ１にパルス駆動電流を供給してパルスレーザ光を出力させる。   The control unit 2 includes the semiconductor laser drive circuit according to the first embodiment, and supplies a pulse drive current to the LD 1 to output a pulse laser beam.

光ファイバ増幅部１０ｂは、極めて高い光出力を実現できるダブルクラッド型の光ファイバ増幅器であって、種光源部１０ａの光アイソレータ４とシングルモード光ファイバによって接続した光合波器であるＴＦＢ（Ｔａｐｅｒｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｂｕｎｄｌｅ）６と、ＴＦＢ６とはマルチモード光ファイバによって接続したマルチモードの半導体レーザからなる励起光源群５と、ＴＦＢ６に接続した増幅用ダブルクラッド光ファイバ７と、を備える。なお、励起光源群５は、励起光源群５に直流の駆動電流を供給する不図示の制御部に接続している。なお、増幅用ダブルクラッド光ファイバ７は、希土類元素であるイッテルビウム（Ｙｂ）のイオンを添加したコア部と、コア部の外周に形成したコア部よりも屈折率が低い内部クラッド部と、内部クラッド部の外周に形成した内部クラッド部よりも屈折率が低い外部クラッド部と、を備えているものである。   The optical fiber amplifying unit 10b is a double clad type optical fiber amplifier capable of realizing an extremely high optical output, and is a TFB (Tapered Fiber) that is an optical multiplexer connected to the optical isolator 4 of the seed light source unit 10a by a single mode optical fiber. The bundle 6 and the TFB 6 include a pumping light source group 5 made of a multimode semiconductor laser connected by a multimode optical fiber, and an amplifying double clad optical fiber 7 connected to the TFB 6. The excitation light source group 5 is connected to a control unit (not shown) that supplies a DC drive current to the excitation light source group 5. The amplifying double-clad optical fiber 7 includes a core part to which ions of a rare earth element ytterbium (Yb) are added, an inner clad part having a lower refractive index than the core part formed on the outer periphery of the core part, and an inner clad And an outer cladding portion having a lower refractive index than the inner cladding portion formed on the outer periphery of the portion.

この光ファイバパルスレーザ装置１０はつぎのように動作する。まず、種光源部１０ａは、制御部２がＬＤ１にパルス駆動電流を供給してパルスレーザ光を出力させる。つぎに、光ファイバ増幅部１０ｂにおいて、励起光源群５は波長９００〜９８０ｎｍの励起光を出力し、マルチモード光ファイバは出力した励起光をＴＦＢ６へ導波する。ＴＦＢ６は導波された励起光を増幅用ダブルクラッド光ファイバ７へ結合する。ここで、増幅用ダブルクラッド光ファイバ７へ結合した励起光は、コア部および内部クラッドをマルチモードで伝搬しながら、コア部に添加したＹｂイオンを光励起する。それと同時に、ＴＦＢ６は、種光源部１０ａから入力されたパルスレーザ光を、増幅用ダブルクラッド光ファイバ７へ結合する。ここで、増幅用ダブルクラッド光ファイバ７へ結合したパルスレーザ光は、コア部をシングルモードで伝搬しながら、励起状態にあるＹｂイオンと相互作用し、誘導放出作用によって光増幅され、高出力のパルスレーザ光として出力される。   The optical fiber pulse laser device 10 operates as follows. First, in the seed light source unit 10a, the control unit 2 supplies a pulse driving current to the LD 1 to output a pulse laser beam. Next, in the optical fiber amplifier 10b, the pumping light source group 5 outputs pumping light having a wavelength of 900 to 980 nm, and the multimode optical fiber guides the pumping light output to the TFB 6. The TFB 6 couples the guided pumping light to the amplifying double clad optical fiber 7. Here, the excitation light coupled to the amplifying double-clad optical fiber 7 optically excites Yb ions added to the core part while propagating in the multi-mode through the core part and the inner cladding. At the same time, the TFB 6 couples the pulsed laser light input from the seed light source unit 10 a to the amplifying double clad optical fiber 7. Here, the pulsed laser beam coupled to the amplifying double-clad optical fiber 7 interacts with Yb ions in the excited state while propagating through the core portion in a single mode, and is optically amplified by the stimulated emission action, and has a high output. Output as pulsed laser light.

つぎに、制御部２が備える本実施の形態１に係る半導体レーザ駆動回路について説明する。図２は、本実施の形態１に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。図２に示すように、この半導体レーザ駆動回路１００は、デジタル制御回路１１と、各々がデジタル制御回路１１に接続したＮ個のバッファ回路１２と、バッファ回路１２がゲート端子に接続し、ソース端子がケースグラウンドに接続したＮ個のスイッチング素子であるＦＥＴ１３と、ＦＥＴ１３のそれぞれのドレイン端子とＬＤ１のカソード側との間に直列接続した電流制御器としてのＮ個の電流制御用抵抗１４−１〜１４−Ｎと、を備えている。なお、Ｎは２以上の整数である。また、Ｎ個のＦＥＴ１３は互いに並列接続しており、Ｎ個の電流制御用抵抗１４−１〜１４−Ｎは互いに並列接続している。また、ＬＤ１のアノード側は電源に接続している。電源電圧Ｖccの値はたとえば１０〜１５Ｖである。   Next, the semiconductor laser driving circuit according to the first embodiment provided in the control unit 2 will be described. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor laser drive circuit according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the semiconductor laser driving circuit 100 includes a digital control circuit 11, N buffer circuits 12 each connected to the digital control circuit 11, the buffer circuit 12 connected to a gate terminal, and a source terminal. FET 13 as N switching elements connected to the case ground, and N current control resistors 14-1 as current controllers connected in series between the respective drain terminals of the FET 13 and the cathode side of the LD 1. 14-N. N is an integer of 2 or more. The N FETs 13 are connected in parallel to each other, and the N current control resistors 14-1 to 14-N are connected in parallel to each other. The anode side of LD1 is connected to a power source. The value of the power supply voltage Vcc is, for example, 10 to 15V.

デジタル制御回路１１は、制御部２が備えるＣＰＵからの指令に基づきデジタルスイッチング信号を出力する。バッファ回路１２は、デジタル制御回路１１が出力したデジタルスイッチング信号の増幅、波形整形を行うものである。   The digital control circuit 11 outputs a digital switching signal based on a command from a CPU provided in the control unit 2. The buffer circuit 12 performs amplification and waveform shaping of the digital switching signal output from the digital control circuit 11.

ＦＥＴ１３は、エンハンスメント型のＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴであり、バッファ回路１２から入力されたデジタルスイッチング信号によってオン／オフ動作を行う。ＦＥＴ１３がオン状態の場合には電流制御用抵抗１４−１〜１４−Ｎに電流が流れ、オフ状態の場合には電流が遮断される。   The FET 13 is an enhancement type N-channel MOS-FET, and performs an on / off operation by a digital switching signal input from the buffer circuit 12. When the FET 13 is on, current flows through the current control resistors 14-1 to 14-N, and when it is off, the current is cut off.

電流制御用抵抗１４−１〜１４−Ｎは、それぞれ抵抗値がＲ、２Ｒ、４Ｒ、・・・、２Ｎ−１Ｒであり、公比２の等比数列的に設定された互いに異なる抵抗値を有する。なお、電流制御用抵抗１４−１に流れる電流値をＩ（＝Ｖcc／Ｒ）とすると、電流制御用抵抗１４−１〜１４−Ｎには、それぞれ電流値がＩ、Ｉ／２、Ｉ／４、・・・、Ｉ／２Ｎ−１である、公比１／２の等比数列的な電流が流れる。また、電流制御用抵抗１４−１〜１４−Ｎのすべてに電流が流れると、ＬＤ１にはＩtotal＝Ｉ×（２Ｎ−１−１）／２Ｎ−１の電流が流れる。これらの電流制御用抵抗１４−１〜１４−Ｎに流れる電流は、ＬＤ１に供給するためのものである。 The current control resistors 14-1 to 14-N have resistance values R, 2R, 4R,..., 2 N-1 R, and are different from each other set in a geometric sequence with a common ratio of 2. Has a value. If the value of the current flowing through the current control resistor 14-1 is I (= Vcc / R), the current values of the current control resistors 14-1 to 14-N are I, I / 2, I / 4,..., I / 2 N-1 and a geometric series current having a common ratio of 1/2 flows. Further, when a current flows through all of the current control resistors 14-1 to 14-N, a current of Itotal = I × (2 N−1 −1) / 2 N−1 flows through LD1. The currents flowing through these current control resistors 14-1 to 14-N are for supplying to the LD1.

この半導体レーザ駆動回路１００の動作を説明する。まず、デジタル制御回路１１は、ＣＰＵから指令が入力されて、電流制御用抵抗１４−１〜１４−Ｎのうち、所望の電流値および波形を有するパルス電流を生成するために選択された電流制御用抵抗に対応するバッファ回路１２のそれぞれにデジタルスイッチング信号を出力する。バッファ回路１２は、入力されたデジタルスイッチング信号の増幅、波形整形を行ってＦＥＴ１３に出力する。   The operation of the semiconductor laser driving circuit 100 will be described. First, the digital control circuit 11 receives a command from the CPU, and the current control selected to generate a pulse current having a desired current value and waveform among the current control resistors 14-1 to 14-N. A digital switching signal is output to each of the buffer circuits 12 corresponding to the resistors for use. The buffer circuit 12 performs amplification and waveform shaping of the input digital switching signal and outputs it to the FET 13.

つぎに、選択された電流制御用抵抗に接続されたＦＥＴ１３は、対応するバッファ回路１２からゲート端子に入力されたデジタルスイッチング信号によって、オン／オフ動作を行う。これによって、電源からＬＤ１、電流制御用抵抗１４−１〜１４−Ｎのうち選択された電流制御用抵抗、およびこれらに接続されたＦＥＴ１３のドレイン側からソース側にパルス電流が流れる。   Next, the FET 13 connected to the selected current control resistor performs an on / off operation by a digital switching signal input from the corresponding buffer circuit 12 to the gate terminal. As a result, a pulse current flows from the power source to the LD1, the current control resistor selected from the current control resistors 14-1 to 14-N, and the drain side to the source side of the FET 13 connected thereto.

ここで、この半導体レーザ駆動回路１００では、選択された電流制御用抵抗の組み合わせ、およびこれらに接続されたＦＥＴ１３に与えるデジタルスイッチング信号によるＦＥＴ１３のオン／オフ動作のタイミングの調整によって、ＬＤ１に供給される電流が所望の電流値および波形を有するパルス電流（パルス駆動電流）となる。   Here, in this semiconductor laser driving circuit 100, the current is supplied to the LD1 by adjusting the timing of the on / off operation of the FET 13 by the combination of the selected current control resistors and the digital switching signal applied to the FET 13 connected thereto. Becomes a pulse current (pulse drive current) having a desired current value and waveform.

以下、選択された電流制御用抵抗と、半導体レーザとに流れるパルス電流の波形の一例について説明する。ここでは、電流制御用抵抗１４−１〜１４−３が選択されるものとする。図３は、半導体レーザ駆動回路１００において、選択された電流制御用抵抗と半導体レーザとに流れる各パルス駆動電流の波形の一例を示す図である。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ電流制御用抵抗１４−１、１４−２、１４−３、ＬＤ１に流れるパルス電流の波形を示している。また、図３において横軸は時刻ｔ、縦軸は電流を示す。   Hereinafter, an example of a waveform of a pulse current flowing through the selected current control resistor and the semiconductor laser will be described. Here, it is assumed that the current control resistors 14-1 to 14-3 are selected. FIG. 3 is a diagram showing an example of the waveform of each pulse drive current flowing through the selected current control resistor and the semiconductor laser in the semiconductor laser drive circuit 100. As shown in FIG. FIGS. 3A, 3B, 3C, and 3D show waveforms of pulse currents flowing through the current control resistors 14-1, 14-2, 14-3, and LD1, respectively. In FIG. 3, the horizontal axis indicates time t, and the vertical axis indicates current.

図３に示す例では、時刻ｔ１のタイミングで、デジタルスイッチング信号によって電流制御用抵抗１４−１、１４−２に接続されたＦＥＴ１３がオン動作し、電流制御用抵抗１４−１、４−２にそれぞれ電流値がＩ、Ｉ／２の電流が流れる。時刻ｔ２のタイミングで、デジタルスイッチング信号によって電流制御用抵抗１４−３に接続されたＦＥＴ１３がオン動作し、電流制御用抵抗１４−３に電流値がＩ／４の電流が流れる。時刻ｔ３のタイミングで、デジタルスイッチング信号によって電流制御用抵抗１４−３に接続されたＦＥＴ１３がオフ動作し、電流制御用抵抗１４−３に流れる電流値が零になる。時刻ｔ４のタイミングで、デジタルスイッチング信号によって電流制御用抵抗１４−２に接続されたＦＥＴ１３がオフ動作し、電流制御用抵抗１４−２に流れる電流値が零になる。最後に、時刻ｔ５のタイミングで、デジタルスイッチング信号によって電流制御用抵抗１４−１に接続されたＦＥＴ１３がオフ動作し、電流制御用抵抗１４−１に流れる電流値が零になる。   In the example shown in FIG. 3, at the timing of time t1, the FET 13 connected to the current control resistors 14-1 and 14-2 is turned on by the digital switching signal, and the current control resistors 14-1 and 4-2 are turned on. Currents with current values I and I / 2 flow, respectively. At the timing of time t2, the FET 13 connected to the current control resistor 14-3 is turned on by the digital switching signal, and a current having a current value of I / 4 flows through the current control resistor 14-3. At the timing of time t3, the FET 13 connected to the current control resistor 14-3 is turned off by the digital switching signal, and the value of the current flowing through the current control resistor 14-3 becomes zero. At the timing of time t4, the FET 13 connected to the current control resistor 14-2 is turned off by the digital switching signal, and the value of the current flowing through the current control resistor 14-2 becomes zero. Finally, at the timing of time t5, the FET 13 connected to the current control resistor 14-1 is turned off by the digital switching signal, and the current value flowing through the current control resistor 14-1 becomes zero.

その結果、ＬＤ１には、図３（ｄ）に示すような各電流制御用抵抗１４−１、１４−２、１４−３に流れるパルス電流を組み合わせた電流値および波形のパルス駆動電流を流すことができる。このように、選択する電流制御用抵抗の組み合わせ、およびＦＥＴ１３のオン／オフ動作のタイミングの調整によって、ＬＤ１に所望の任意の電流値および波形を有するパルス駆動電流を供給することができる。   As a result, a pulse drive current having a waveform and a current value that is a combination of the pulse currents flowing through the current control resistors 14-1, 14-2, and 14-3 as shown in FIG. Can do. In this way, a pulse drive current having a desired arbitrary current value and waveform can be supplied to the LD 1 by adjusting the combination of the current control resistors to be selected and adjusting the timing of the on / off operation of the FET 13.

また、このＬＤ１に供給するパルス駆動電流としては、電流制御用抵抗１４−１〜１４−Ｎから適宜選択することによって、Ｉtotalとして０からＩ×（２Ｎ−１）／２Ｎ−１までの電流を、Ｉ／２Ｎ−１の分解能で流すように調整可能である。この半導体レーザ駆動回路１００では、電流制御用抵抗１４−１〜１４−Ｎの抵抗値を等比数列的に設定しているので、比較的少数の電流制御用抵抗によって、分解能がより高い電流調整が実現される。 Further, the pulse drive current supplied to the LD 1 is appropriately selected from the current control resistors 14-1 to 14-N, so that Itotal ranges from 0 to I × (2 N −1) / 2 N−1 . The current can be adjusted to flow with a resolution of I / 2 N-1 . In this semiconductor laser driving circuit 100, since the resistance values of the current control resistors 14-1 to 14-N are set in a geometric sequence, a current adjustment with higher resolution can be achieved with a relatively small number of current control resistors. Is realized.

また、この半導体レーザ駆動回路１００では、並列に接続したＦＥＴ１３のスイッチング動作を利用してＬＤ１にパルス駆動電流を供給することによって、大電流の高速制御が可能である。また、ＦＥＴ１３自体の消費電力は非常に小さいので、リニア制御を行っているオペアンプ回路を利用した駆動回路のように素子の放熱を考慮しなくてもよい。また、デジタル制御部１１からのデジタルスイッチング信号によってＦＥＴ１３を制御するので、オペアンプ回路を利用した駆動回路のような高速なＤＡ変換器を使用する必要がない。なお、この半導体レーザ駆動回路１００では、スイッチング素子としてエンハンスメント型のＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴであるＦＥＴ１３を用いているが、他の形式のＦＥＴや、バイポーラトランジスタ等の他のトランジスタを用いても同様の効果が得られる。   Further, in this semiconductor laser drive circuit 100, a high current can be controlled at a high speed by supplying a pulse drive current to the LD 1 using the switching operation of the FETs 13 connected in parallel. Further, since the power consumption of the FET 13 itself is very small, it is not necessary to consider the heat dissipation of the element as in a drive circuit using an operational amplifier circuit that performs linear control. Further, since the FET 13 is controlled by the digital switching signal from the digital control unit 11, it is not necessary to use a high-speed DA converter such as a drive circuit using an operational amplifier circuit. In the semiconductor laser driving circuit 100, the enhancement-type N-channel MOS-FET FET 13 is used as a switching element. However, other types of FETs and other transistors such as bipolar transistors may be used. An effect is obtained.

使用するトランジスタについては、立ち上がり／立ち下がり時間がそれぞれ１０ｎｓｅｃ以下で高速に動作し、５００ｍＡ以上の電流が流せるものが好ましく、たとえばＳｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ系、ＧａＮ系などの半導体材料からなるものを用いることができる。   As the transistor to be used, a transistor that operates at a high speed with a rise / fall time of 10 nsec or less and can flow a current of 500 mA or more is preferable. For example, a transistor made of a semiconductor material such as Si, SiC, GaAs, or GaN is used. be able to.

そして、このような大電流のパルス駆動電流をＬＤ１に供給できる半導体レーザ駆動回路１００を用いていることによって、ＬＤ１として、たとえば駆動電流を２Ａとした場合にパルスのピーク電力が１Ｗ以上の光出力である高出力なものを使用できる。その結果、光ファイバパルスレーザ装置１０を１００Ｗ以上に高出力化することができる。   Then, by using the semiconductor laser driving circuit 100 capable of supplying such a large pulse driving current to the LD 1, the LD 1 can output an optical output having a pulse peak power of 1 W or more when the driving current is 2A, for example. High output can be used. As a result, the output of the optical fiber pulse laser device 10 can be increased to 100 W or more.

以上説明したように、本実施の形態１に係る半導体レーザ駆動回路１００は、任意の光波形を出力するためのＬＤ１および光ファイバパルスレーザ装置１０をより高出力化できる。   As described above, the semiconductor laser drive circuit 100 according to the first embodiment can increase the output of the LD 1 and the optical fiber pulse laser apparatus 10 for outputting an arbitrary optical waveform.

（参考例）
つぎに、参考例に係る半導体レーザ駆動回路について説明する。参考例に係る半導体レーザ駆動回路は、図１に示す光ファイバパルスレーザ装置１０の制御部２において、半導体レーザ駆動回路１００に置き換えて使用できるものである。 ( Reference example )
Next, a semiconductor laser driving circuit according to a reference example will be described. The semiconductor laser driving circuit according to the reference example can be used in place of the semiconductor laser driving circuit 100 in the control unit 2 of the optical fiber pulse laser apparatus 10 shown in FIG.

図４は、参考例に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。図４に示すように、この半導体レーザ駆動回路２００は、図２に示す実施の形態１に係る半導体レーザ駆動回路１００において、Ｎ個の電流制御用抵抗１４−１〜１４−ＮをＮ個の電流制御用抵抗１５に置き換えた構成を有する。 FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor laser driving circuit according to a reference example . As shown in FIG. 4, the semiconductor laser drive circuit 200 is configured by adding N current control resistors 14-1 to 14-N to N pieces of the semiconductor laser drive circuit 100 according to the first embodiment shown in FIG. The current control resistor 15 is replaced.

電流制御用抵抗１５は、いずれも抵抗値がＲである。したがって、各電流制御用抵抗１５に流れる電流値はいずれもＩ（＝Ｖcc／Ｒ）である。Ｎ個の電流制御用抵抗１５のすべてに電流が流れると、ＬＤ１にはＩtotal＝Ｉ×Ｎの電流が流れる。   Each of the current control resistors 15 has a resistance value R. Accordingly, the current value flowing through each current control resistor 15 is I (= Vcc / R). When a current flows through all of the N current control resistors 15, a current of Itotal = I × N flows through LD1.

この半導体レーザ駆動回路２００も、半導体レーザ駆動回路１００と同様に、Ｎ個の電流制御用抵抗１５のうち、所望のパルス電流を生成するために選択された電流制御用抵抗に接続されたＦＥＴ１３に、対応するバッファ回路１２からゲート端子に入力されたデジタルスイッチング信号によって、オン／オフ動作を行う。これによって、電源からＬＤ１、選択された電流制御用抵抗、およびこれらに接続されたＦＥＴ１３のドレイン側からソース側にパルス電流が流れる。そして、選択された電流制御用抵抗の組み合わせ、およびこれらに接続されたＦＥＴ１３に与えるデジタルスイッチング信号によるＦＥＴ１３のオン／オフ動作のタイミングの調整によって、ＬＤ１に流れる電流が所望の電流値および波形を有するパルス電流（パルス駆動電流）となる。その結果、半導体レーザ駆動回路２００は、半導体レーザ駆動回路１００と同様に、任意の光波形を出力するためのＬＤ１および光ファイバパルスレーザ装置１０をより高出力化できる。   Similarly to the semiconductor laser driving circuit 100, the semiconductor laser driving circuit 200 is also connected to the FET 13 connected to the current controlling resistor selected to generate a desired pulse current among the N current controlling resistors 15. The on / off operation is performed by a digital switching signal input from the corresponding buffer circuit 12 to the gate terminal. As a result, a pulse current flows from the power source to the LD 1, the selected current control resistor, and the drain side to the source side of the FET 13 connected thereto. The current flowing through the LD 1 has a desired current value and waveform by adjusting the on / off operation timing of the FET 13 by the combination of the selected current control resistors and the digital switching signal applied to the FET 13 connected thereto. It becomes a pulse current (pulse drive current). As a result, like the semiconductor laser driving circuit 100, the semiconductor laser driving circuit 200 can further increase the output of the LD 1 and the optical fiber pulse laser device 10 for outputting an arbitrary optical waveform.

また、半導体レーザ駆動回路２００では、このＬＤ１に供給するパルス駆動電流としては、Ｎ個の電流制御用抵抗１５から適宜選択することによって、Ｉtotalとして０からＩ×Ｎまでの電流を、Ｉの分解能で流すように調整可能である。この半導体レーザ駆動回路２００では、抵抗値が等しい電流制御用抵抗１５を使用することによって、各電流制御用抵抗１５に流れる電流値が最大のＩtotalの１／Ｎになる。その結果、各電流制御用抵抗１５の熱的負荷を均等にすることができ、かつ定格電流が小さい抵抗を使用することができるので、半導体レーザ駆動回路２００がより低コストなものとなる。   Further, in the semiconductor laser driving circuit 200, the pulse driving current supplied to the LD 1 is appropriately selected from N current control resistors 15 so that a current from 0 to I × N is obtained as Itotal, and the resolution of I It can be adjusted to flow in. In this semiconductor laser drive circuit 200, the current value flowing through each current control resistor 15 becomes 1 / N of the maximum Itotal by using the current control resistors 15 having the same resistance value. As a result, the thermal load of each current control resistor 15 can be made uniform, and a resistor with a small rated current can be used, so that the semiconductor laser drive circuit 200 is more inexpensive.

（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る半導体レーザ駆動回路について説明する。本実施の形態２に係る半導体レーザ駆動回路は、図１に示す光ファイバパルスレーザ装置１０の制御部２において、半導体レーザ駆動回路１００に置き換えて使用できるものであり、各スイッチング素子に流れる電流をモニタするモニタ回路を備えるものである。 (Embodiment 2 )
Next, a semiconductor laser drive circuit according to the second embodiment of the present invention will be described. The semiconductor laser driving circuit according to the second embodiment can be used in place of the semiconductor laser driving circuit 100 in the control unit 2 of the optical fiber pulse laser apparatus 10 shown in FIG. A monitor circuit for monitoring is provided.

図５は、本実施の形態２に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。図５に示すように、この半導体レーザ駆動回路３００は、図２に示す実施の形態１に係る半導体レーザ駆動回路１００にモニタ回路１６を付加した構成を有する。 FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor laser drive circuit according to the second embodiment. As shown in FIG. 5, the semiconductor laser drive circuit 300 has a configuration in which a monitor circuit 16 is added to the semiconductor laser drive circuit 100 according to the first embodiment shown in FIG.

モニタ回路１６は、電流制御用抵抗１４−１〜１４−Ｎの各々とこれに接続されたＦＥＴ１３との間に接続しており、かつデジタル制御回路１１に接続している。   The monitor circuit 16 is connected between each of the current control resistors 14-1 to 14 -N and the FET 13 connected thereto, and is connected to the digital control circuit 11.

ここで、電流制御用抵抗１４−１〜１４−Ｎのうちの所定の電流制御用抵抗（たとえば電流制御用抵抗１４−１）に接続したＦＥＴ１３がオン状態の場合に、正常にＦＥＴ１３が動作していれば、モニタ回路１６には電流制御用抵抗１４−１とＦＥＴ１３との間の電圧レベルである、ＦＥＴ１３に流れる電流値とＦＥＴ１３のオン抵抗との積である電圧が入力される。ここで、ＦＥＴ１３のオン抵抗はたとえば数ｍΩ程度であるので、入力される電圧レベルはほとんど０Ｖに近い値である。一方、ＦＥＴ１３がオフ状態の場合、またはＦＥＴ１３が正常に動作していない等の不具合によってＦＥＴ１３に電流が流れない場合には、モニタ回路１６には電源電圧のレベルの電圧が入力される。   Here, when the FET 13 connected to a predetermined current control resistor (for example, the current control resistor 14-1) among the current control resistors 14-1 to 14-N is on, the FET 13 operates normally. If so, a voltage that is the product of the value of the current flowing through the FET 13 and the on-resistance of the FET 13, which is the voltage level between the current control resistor 14-1 and the FET 13, is input to the monitor circuit 16. Here, since the on-resistance of the FET 13 is, for example, about several mΩ, the input voltage level is almost a value close to 0V. On the other hand, when the FET 13 is in an OFF state or when no current flows through the FET 13 due to a malfunction such as the FET 13 not operating normally, a voltage at the power supply voltage level is input to the monitor circuit 16.

モニタ回路１６は、入力された電圧レベルに対応した電流モニタ信号である電圧信号をデジタル制御回路１１に入力する。デジタル制御回路１１は、入力された電圧信号に基づき、所定の電流制御用抵抗に電流が流れているかを検知することができる。   The monitor circuit 16 inputs a voltage signal, which is a current monitor signal corresponding to the input voltage level, to the digital control circuit 11. The digital control circuit 11 can detect whether a current flows through a predetermined current control resistor based on the input voltage signal.

したがって、この半導体レーザ駆動回路３００では、デジタル制御回路１１は、入力された電圧信号に基づいて、ＦＥＴ１３が所望のタイミングでオン／オフ動作をしているかどうかを検知することもできる。よって、この半導体レーザ駆動回路３００では、デジタル制御回路１１がこの検知結果をフィードバックして、出力するデジタルスイッチング信号の波形や位相を補正することによって、より正確な波形のパルス駆動電流を生成することができる。また、この半導体レーザ駆動回路３００では、ＦＥＴ１３が正しく動作しているか、またはＦＥＴ１３の故障などによってＦＥＴ１３に電流が流れないなどの不具合があるかを検知することもできる。   Therefore, in this semiconductor laser drive circuit 300, the digital control circuit 11 can also detect whether the FET 13 is performing an on / off operation at a desired timing based on the input voltage signal. Therefore, in this semiconductor laser drive circuit 300, the digital control circuit 11 feeds back the detection result and corrects the waveform and phase of the output digital switching signal, thereby generating a pulse drive current having a more accurate waveform. Can do. The semiconductor laser driving circuit 300 can also detect whether the FET 13 is operating correctly or whether there is a malfunction such as a current not flowing through the FET 13 due to a failure of the FET 13 or the like.

なお、モニタ回路１６に入力される電圧信号は略０Ｖと電源電圧値の２値であるため、モニタ回路１６は高速で簡素にできるので、デジタル回路で構成した比較器等によって実現することができる。この場合、電源電圧がデジタル回路の電圧より高い場合には、別途抵抗分圧回路を設けることが好ましい。ただし、モニタ回路１６はデジタル回路に限らず、オペアンプを用いたアナログ回路を用いて構成してもよい。   Since the voltage signal input to the monitor circuit 16 is a binary value of approximately 0 V and the power supply voltage value, the monitor circuit 16 can be simplified at high speed, and can be realized by a comparator or the like configured with a digital circuit. . In this case, when the power supply voltage is higher than the voltage of the digital circuit, it is preferable to provide a separate resistance voltage dividing circuit. However, the monitor circuit 16 is not limited to a digital circuit, and may be configured using an analog circuit using an operational amplifier.

（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３に係る半導体レーザ駆動回路について説明する。本実施の形態３に係る半導体レーザ駆動回路は、実施の形態２と同様に、各スイッチング素子に流れる電流をモニタするモニタ回路を備えるものである。 (Embodiment 3 )
Next, a semiconductor laser driving circuit according to Embodiment 3 of the present invention will be described. Similar to the second embodiment, the semiconductor laser drive circuit according to the third embodiment includes a monitor circuit that monitors the current flowing through each switching element.

図６は、本実施の形態３に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。図６に示すように、この半導体レーザ駆動回路４００は、図５に示す実施の形態２に係る半導体レーザ駆動回路３００にＮ個の電流モニタ用抵抗１７を付加した構成を有する。 FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor laser drive circuit according to the third embodiment. As shown in FIG. 6, this semiconductor laser driving circuit 400 has a configuration in which N current monitoring resistors 17 are added to the semiconductor laser driving circuit 300 according to the second embodiment shown in FIG.

電流モニタ用抵抗１７は、各ＦＥＴ１３の下流側であるソース端子とケースグラウンドとの間に直列接続している。また、モニタ回路１６は、半導体レーザ駆動回路３００の場合とは異なり、各ＦＥＴ１３のソース端子と各電流モニタ用抵抗１７との間に接続しており、かつデジタル制御回路１１に接続している。   The current monitoring resistor 17 is connected in series between the source terminal on the downstream side of each FET 13 and the case ground. Unlike the semiconductor laser drive circuit 300, the monitor circuit 16 is connected between the source terminal of each FET 13 and each current monitoring resistor 17 and is connected to the digital control circuit 11.

ここで、電流制御用抵抗１４−１〜１４−Ｎのうちの所定の電流制御用抵抗に接続したＦＥＴ１３がオン状態の場合に、正常にＦＥＴ１３が動作していれば、モニタ回路１６には、このＦＥＴ１３に接続した電流モニタ用抵抗１７の電圧レベル（すなわち流れる電流値と抵抗との積）の電圧が入力される。一方、ＦＥＴ１３がオフ状態の場合、またはＦＥＴ１３が正常に動作していない等の不具合によってＦＥＴ１３に電流が流れない場合には、モニタ回路１６にはグラウンドレベル（＝０Ｖ）の電圧が入力される。   Here, when the FET 13 connected to a predetermined current control resistor among the current control resistors 14-1 to 14-N is in an ON state, if the FET 13 is operating normally, the monitor circuit 16 includes: The voltage at the voltage level of the current monitoring resistor 17 connected to the FET 13 (that is, the product of the flowing current value and the resistance) is input. On the other hand, when the FET 13 is in an OFF state or when a current does not flow through the FET 13 due to a malfunction such as the FET 13 not operating normally, a ground level (= 0V) voltage is input to the monitor circuit 16.

モニタ回路１６は、入力された電圧レベルに対応した電流モニタ信号である電圧信号をデジタル制御回路１１に入力する。デジタル制御回路１１は、入力された電圧信号に基づき、所定の電流制御用抵抗に電流が流れているかを検知することができる。   The monitor circuit 16 inputs a voltage signal, which is a current monitor signal corresponding to the input voltage level, to the digital control circuit 11. The digital control circuit 11 can detect whether a current flows through a predetermined current control resistor based on the input voltage signal.

したがって、この半導体レーザ駆動回路４００では、デジタル制御回路１１は、入力された電圧信号に基づいて、ＦＥＴ１３が所望のタイミングでオン／オフ動作をしているかどうかを検知することもできる。したがって、半導体レーザ駆動回路３００と同様に、より正確な波形のパルス駆動電流を生成することができる。また、この半導体レーザ駆動回路４００では、ＦＥＴ１３が正しく動作しているか、またはＦＥＴ１３の故障などによってＦＥＴ１３に電流が流れないなどの不具合があるかを検知することもできる。   Therefore, in this semiconductor laser drive circuit 400, the digital control circuit 11 can also detect whether the FET 13 is performing an on / off operation at a desired timing based on the input voltage signal. Therefore, similarly to the semiconductor laser driving circuit 300, a pulse driving current having a more accurate waveform can be generated. The semiconductor laser drive circuit 400 can also detect whether the FET 13 is operating correctly or whether there is a malfunction such as a current not flowing through the FET 13 due to a failure of the FET 13 or the like.

なお、モニタ回路１６に入力される電圧は略０Ｖと電流モニタ用抵抗１７の電圧レベルの２値であるため、モニタ回路１６は高速で簡素にできるので、デジタル回路で構成した比較器等によって実現することができる。ただし、モニタ回路１６はデジタル回路に限らず、オペアンプを用いたアナログ回路を用いて構成してもよい。また、半導体レーザ駆動回路３００とは異なり、電源電圧がモニタ回路１６に入力される構成ではないので、モニタ回路１６の許容入力電圧値に制限されず、また別途抵抗分圧回路を設けること無く、電源電圧を高電圧にすることができる。   Since the voltage input to the monitor circuit 16 is a binary value of approximately 0 V and the voltage level of the current monitor resistor 17, the monitor circuit 16 can be realized at high speed and can be realized by a comparator configured with a digital circuit. can do. However, the monitor circuit 16 is not limited to a digital circuit, and may be configured using an analog circuit using an operational amplifier. Further, unlike the semiconductor laser drive circuit 300, the power supply voltage is not input to the monitor circuit 16, so that it is not limited to the allowable input voltage value of the monitor circuit 16, and a separate resistor voltage dividing circuit is not provided. The power supply voltage can be increased.

（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４に係る半導体レーザ駆動回路について説明する。本実施の形態４に係る半導体レーザ駆動回路は、図１に示す光ファイバパルスレーザ装置１０の制御部２において、半導体レーザ駆動回路１００に置き換えて使用できるものであり、半導体レーザに流れる電流を遮断するスイッチング素子を備えるものである。 (Embodiment 4 )
Next, a semiconductor laser driving circuit according to Embodiment 4 of the present invention will be described. The semiconductor laser driving circuit according to the fourth embodiment can be used in place of the semiconductor laser driving circuit 100 in the control unit 2 of the optical fiber pulse laser apparatus 10 shown in FIG. 1, and cuts off the current flowing through the semiconductor laser. The switching element is provided.

図７は、本実施の形態４に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。図７に示すように、この半導体レーザ駆動回路５００は、図２に示す実施の形態１に係る半導体レーザ駆動回路１００に、ＬＤ１と電源との間に直列接続した電流遮断用スイッチング素子であるＦＥＴ１８を付加した構成を有する。 FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the semiconductor laser driving circuit according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 7, this semiconductor laser drive circuit 500 is an FET 18 that is a current blocking switching element connected in series between the LD 1 and the power supply to the semiconductor laser drive circuit 100 according to the first embodiment shown in FIG. It has the structure which added.

ＦＥＴ１８は、エンハンスメント型のＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴであり、ゲート端子がデジタル制御回路１１に接続し、ドレイン端子が電源に接続し、ソース端子がＬＤ１のアノード側に接続している。   The FET 18 is an enhancement type P-channel MOS-FET, the gate terminal is connected to the digital control circuit 11, the drain terminal is connected to the power source, and the source terminal is connected to the anode side of the LD1.

この半導体レーザ駆動回路５００では、ＬＤ１を動作させる際にはＦＥＴ１８はオン状態にされているが、ＬＤ１の動作を何らかの理由、たとえば安全上の理由により停止させる必要がある場合には、デジタル制御回路１１はＦＥＴ１８に停止信号を出力してＦＥＴ１８をオフ状態にする。これによって、ＬＤ１に流れる電流が遮断されるので、ＬＤ１の動作を迅速に停止させることができる。なお、ＦＥＴ１８としては、他の形式のＦＥＴや、バイポーラトランジスタ等の他のトランジスタを用いてもよい。   In this semiconductor laser driving circuit 500, the FET 18 is turned on when operating the LD1, but if it is necessary to stop the operation of the LD1 for some reason, for example, for safety reasons, the digital control circuit 11 outputs a stop signal to the FET 18 to turn the FET 18 off. As a result, the current flowing through the LD1 is cut off, so that the operation of the LD1 can be quickly stopped. The FET 18 may be another type of FET or another transistor such as a bipolar transistor.

（実施の形態５）
つぎに、本発明の実施の形態５に係る半導体レーザ駆動回路について説明する。本実施の形態５に係る半導体レーザ駆動回路は、図１に示す光ファイバパルスレーザ装置１０の制御部２において、半導体レーザ駆動回路１００に置き換えて使用できるものであり、半導体レーザの光出力をモニタするための受光素子を備える。 (Embodiment 5 )
Next, a semiconductor laser driving circuit according to Embodiment 5 of the present invention will be described. The semiconductor laser drive circuit according to the fifth embodiment can be used in place of the semiconductor laser drive circuit 100 in the control unit 2 of the optical fiber pulse laser apparatus 10 shown in FIG. 1, and monitors the optical output of the semiconductor laser. A light-receiving element is provided.

図８は、本実施の形態５に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。図８に示すように、この半導体レーザ駆動回路６００は、図２に示す実施の形態１に係る半導体レーザ駆動回路１００に、受光素子であるフォトダイオード（ＰＤ）１９と光出力モニタ回路２０とを付加した構成を有する。 FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor laser drive circuit according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 8, the semiconductor laser drive circuit 600 includes a photodiode (PD) 19 that is a light receiving element and an optical output monitor circuit 20 in addition to the semiconductor laser drive circuit 100 according to the first embodiment shown in FIG. It has an added configuration.

ＰＤ１９は、電源および光出力モニタ回路２０に接続しており、光出力モニタ回路２０はデジタル制御回路１１に接続している。そして、この半導体レーザ駆動回路６００では、ＰＤ１９は、ＬＤ１が出力するモニタ光Ｌを受光してその受光レベルに対応した電流を光出力モニタ回路２０に出力する。光出力モニタ回路２０は、入力された電流のレベルに対応した光出力モニタ電圧信号をデジタル制御回路１１に出力する。デジタル制御回路１１は、入力された光出力モニタ電圧信号に基づき、ＬＤ１の光出力が所望の値になっているかどうかを検知することができる。よって、この半導体レーザ駆動回路６００では、デジタル制御回路１１がこの検知結果をフィードバックして、出力するデジタルスイッチング信号を補正する。このデジタルスイッチング信号の補正とは、たとえば、電流制御用抵抗１４−１〜１４−Ｎのうち選択する電流制御用抵抗を変更する補正や、デジタルスイッチング信号の波形や位相の補正などである。この半導体レーザ駆動回路６００では、このような補正によって、ＬＤ１の光出力を調整したり、ＬＤ１の経年劣化などによる光出力の低下の補正を行ったりすることができる。   The PD 19 is connected to the power source and the optical output monitor circuit 20, and the optical output monitor circuit 20 is connected to the digital control circuit 11. In the semiconductor laser drive circuit 600, the PD 19 receives the monitor light L output from the LD 1, and outputs a current corresponding to the received light level to the optical output monitor circuit 20. The optical output monitor circuit 20 outputs an optical output monitor voltage signal corresponding to the input current level to the digital control circuit 11. The digital control circuit 11 can detect whether or not the optical output of the LD 1 has a desired value based on the input optical output monitor voltage signal. Therefore, in this semiconductor laser driving circuit 600, the digital control circuit 11 feeds back the detection result and corrects the output digital switching signal. The correction of the digital switching signal includes, for example, correction for changing the current control resistor selected from the current control resistors 14-1 to 14-N, correction of the waveform and phase of the digital switching signal, and the like. In the semiconductor laser drive circuit 600, the light output of the LD1 can be adjusted by such correction, or the decrease in the light output due to the aging of the LD1 can be corrected.

ここで、モニタ光Ｌは、ＬＤ１の後端面から出力するレーザ光を利用したり、ＦＢＧ３の前段にレーザ光の一部を分岐する光カプラを設け、この光カプラによって分岐されたレーザ光の一部を利用したりすることができる。   Here, as the monitor light L, a laser beam output from the rear end face of the LD 1 is used, or an optical coupler for branching a part of the laser beam is provided at the front stage of the FBG 3, and one of the laser beams branched by this optical coupler is provided. Or use the department.

（実施の形態６）
つぎに、本発明の実施の形態６に係る半導体レーザ駆動回路について説明する。本実施の形態６に係る半導体レーザ駆動回路は、図２に示す半導体レーザ駆動回路１００において、電流制御器としての電流制御用抵抗を定電流回路に置き換えた構成を有する。 (Embodiment 6 )
Next, a semiconductor laser drive circuit according to the sixth embodiment of the present invention will be described. The semiconductor laser driving circuit according to the sixth embodiment has a configuration in which a current control resistor as a current controller is replaced with a constant current circuit in the semiconductor laser driving circuit 100 shown in FIG.

図９は、本実施の形態６に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。図９に示すように、この半導体レーザ駆動回路７００は、図２に示す実施の形態１に係る半導体レーザ駆動回路１００において、Ｎ個の電流制御用抵抗１４−１〜１４−ＮをＮ個の定電流回路２１−１〜２１−Ｎに置き換えた構成を有する。 FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor laser drive circuit according to the sixth embodiment. As shown in FIG. 9, the semiconductor laser driving circuit 700 is configured by adding N current control resistors 14-1 to 14-N to the N pieces of the current controlling resistors 14-1 to 14-N in the semiconductor laser driving circuit 100 according to the first embodiment shown in FIG. The constant current circuits 21-1 to 21-N are replaced.

定電流回路２１−１〜２１−Ｎは、それぞれ電流値がＩ、Ｉ／２、Ｉ／４、・・・、Ｉ／２Ｎ−１である、公比１／２の等比数列的に設定された電流が流れるように構成されている。したがって、定電流回路２１−１〜２１−Ｎのすべてに電流が流れると、ＬＤ１にはＩtotal＝Ｉ×（２Ｎ−１−１）／２Ｎ−１の電流が流れる。これらの定電流回路２１−１〜２１−Ｎに流れる電流は、ＬＤ１に供給するためのものである。 Each of the constant current circuits 21-1 to 21-N is a geometric sequence having a common ratio of 1/2 and current values of I, I / 2, I / 4, ..., I / 2 N-1. The set current is configured to flow. Therefore, when a current flows through all of the constant current circuits 21-1 to 21-N, a current of Itotal = I × (2 N−1 −1) / 2 N−1 flows through LD1. The currents flowing through these constant current circuits 21-1 to 21-N are for supplying to LD1.

なお、定電流回路２１−１〜２１−Ｎは、たとえばトランジスタやオペアンプ等の部品を用いて構成されている。定電流回路２１−１〜２１−Ｎは、これらの構成部品の選定、または構成部品の定数の調整によって、所望の電流が流れるように容易に構成することができる。   The constant current circuits 21-1 to 21-N are configured by using components such as transistors and operational amplifiers, for example. The constant current circuits 21-1 to 21-N can be easily configured so that a desired current flows by selecting these components or adjusting the constants of the components.

この半導体レーザ駆動回路７００も、半導体レーザ駆動回路１００と同様に、任意の光波形を出力するためのＬＤ１および光ファイバパルスレーザ装置１０をより高出力化できる。   Similarly to the semiconductor laser driving circuit 100, the semiconductor laser driving circuit 700 can further increase the output of the LD 1 and the optical fiber pulse laser device 10 for outputting an arbitrary optical waveform.

ここで、半導体レーザ駆動回路１００のように電流制御用抵抗１４−１〜１４−Ｎを使用する場合、これらの抵抗とＦＥＴ１３の容量成分(Ｃ成分)との組み合わせによって、場合によってはローパスフィルタとして動作するＲＣ回路が形成されるおそれがある。これに対して、この半導体レーザ駆動回路７００は、定電流回路２１−１〜２１−Ｎを使用しているので、このようなローパスフィルタが形成されるおそれがない。したがって、半導体レーザ駆動回路７００は、ＦＥＴ１３がデジタルスイッチング信号に対してより確実に高速応答するものとなるので、より急峻なパルス電流を生成するのに適するものとなる。   Here, when the current control resistors 14-1 to 14 -N are used as in the semiconductor laser driving circuit 100, depending on the combination of these resistors and the capacitance component (C component) of the FET 13, as a low-pass filter in some cases. There is a risk of forming an operating RC circuit. On the other hand, since this semiconductor laser drive circuit 700 uses the constant current circuits 21-1 to 21-N, there is no possibility that such a low-pass filter is formed. Therefore, the semiconductor laser driving circuit 700 is suitable for generating a steeper pulse current because the FET 13 responds more reliably to the digital switching signal at a high speed.

なお、本実施の形態６と同様に、実施の形態１〜５に係る各半導体レーザ駆動回路の電流制御用抵抗を定電流回路に置き換えてもよい。 As in the sixth embodiment, the current control resistor of each semiconductor laser driving circuit according to the first to fifth embodiments may be replaced with a constant current circuit.

また、上記実施の形態１〜５では、電流制御用抵抗の値が互いに異なるため、各電流制御用抵抗に接続したＦＥＴに流れる電流が異なる。同様に、実施の形態６でも、各定電流回路に接続したＦＥＴに流れる電流が異なる。この場合、電流が多く流れる配線ほど長さが短くなるように設定して配線を行えば、配線の抵抗による電力損失や、ＦＥＴのスイッチング時の回路のインダクタ成分による逆起電力の影響を小さくできるので好ましい。 In the first to fifth embodiments, since the current control resistors have different values, the currents flowing through the FETs connected to the current control resistors are different. Similarly, in the sixth embodiment, the current flowing through the FET connected to each constant current circuit is different. In this case, if the wiring is set so that the length of the wiring through which more current flows becomes shorter, the power loss due to the resistance of the wiring and the influence of the counter electromotive force due to the inductor component of the circuit at the time of FET switching can be reduced. Therefore, it is preferable.

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、図５、６に示した半導体レーザ駆動回路に、図７に示した電流遮断用スイッチング素子を付加し、モニタ回路によって不具合を検知したときにＬＤに流れる電流を遮断するようにしてもよい。 Further, the present invention is not limited by the above embodiment. What was comprised combining each component mentioned above suitably is also contained in this invention. For example , the current interrupting switching element shown in FIG. 7 may be added to the semiconductor laser driving circuit shown in FIGS. 5 and 6 so that the current flowing through the LD is interrupted when a malfunction is detected by the monitor circuit. .

１ ＬＤ
２ 制御部
３ ＦＢＧ
４ 光アイソレータ
５ 励起光源群
６ ＴＦＢ
７ 増幅用ダブルクラッド光ファイバ
１０ 光ファイバパルスレーザ装置
１０ａ 種光源部
１０ｂ 光ファイバ増幅部
１１ デジタル制御回路
１２ バッファ回路
１３、１８ ＦＥＴ
１４−１〜１４−Ｎ、１５ 電流制御用抵抗
１６ モニタ回路
１７ 電流モニタ用抵抗
１９ ＰＤ
２０ 光出力モニタ回路
２１−１〜２１−Ｎ 定電流回路
１００〜７００ 半導体レーザ駆動回路
Ｌ モニタ光 1 LD
2 Control unit 3 FBG
4 Optical isolator 5 Excitation light source group 6 TFB
7 Double clad optical fiber for amplification 10 Optical fiber pulse laser device 10a Seed light source 10b Optical fiber amplifier 11 Digital control circuit 12 Buffer circuit 13, 18 FET
14-1 to 14-N, 15 Current control resistor 16 Monitor circuit 17 Current monitor resistor 19 PD
20 Optical output monitor circuit 21-1 to 21-N Constant current circuit 100 to 700 Semiconductor laser drive circuit L Monitor light

Claims (12)

半導体レーザに直列接続し、互いに並列接続した複数のスイッチング素子と、
前記半導体レーザと前記各スイッチング素子との間に直列接続し、前記半導体レーザに供給するための電流が流れる複数の電流制御器と、
前記各スイッチング素子に接続し、前記各スイッチング素子にデジタルスイッチング信号を出力するデジタル制御部と、
を備え、前記各スイッチング素子に接続した配線は、前記各スイッチング素子に流れる電流が多い配線ほど長さが短くなるように設定され、前記デジタル制御部が、前記複数の電流制御器の中から所望のパルス電流を生成するために選択された電流制御器に接続した前記各スイッチング素子を前記デジタルスイッチング信号により所定のタイミングでオン／オフ動作させることによって、前記所望のパルス電流を駆動電流として前記半導体レーザ素子に供給することを特徴とする半導体レーザ駆動回路。 A plurality of switching elements connected in series to the semiconductor laser and connected in parallel to each other;
A plurality of current controllers connected in series between the semiconductor laser and each of the switching elements, and through which a current for supplying the semiconductor laser flows;
A digital controller connected to each switching element and outputting a digital switching signal to each switching element;
And the wiring connected to each switching element is set to have a shorter length as the wiring with a larger current flowing through each switching element, and the digital control unit is desired from among the plurality of current controllers. Each of the switching elements connected to the current controller selected to generate the pulse current of the current is turned on / off at a predetermined timing by the digital switching signal, so that the semiconductor device uses the desired pulse current as a drive current. A semiconductor laser driving circuit, characterized by being supplied to a laser element. 前記複数の電流制御器は、公比１／２の等比数列的に設定された互いに異なる電流が流れることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ駆動回路。   2. The semiconductor laser driving circuit according to claim 1, wherein different currents set in a geometric sequence having a common ratio of ½ flow through the plurality of current controllers. 前記複数の電流制御器は抵抗体であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ駆動回路。 3. The semiconductor laser driving circuit according to claim 1, wherein the plurality of current controllers are resistors. 前記複数の電流制御器は定電流回路であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体レーザ駆動回路。 Wherein the plurality of current controller semiconductor laser driving circuit according to any one of claims 1-3, characterized in that the constant current circuit. 前記各スイッチング素子と前記各電流制御器との間の電圧レベルが入力され、前記各電圧レベルに対応した電流モニタ信号を前記デジタル制御部に出力するモニタ回路を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体レーザ駆動回路。 2. A monitor circuit for inputting a voltage level between each of the switching elements and each of the current controllers and outputting a current monitor signal corresponding to each of the voltage levels to the digital control unit. The semiconductor laser drive circuit according to any one of to 4 . 前記各スイッチング素子の下流側に直列接続した複数の電流モニタ用抵抗と、前記各電流モニタ用抵抗の電圧レベルが入力され、前記各電圧レベルに対応した電流モニタ信号を前記デジタル制御部に出力するモニタ回路とを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体レーザ駆動回路。 A plurality of current monitoring resistors connected in series on the downstream side of each switching element and the voltage level of each current monitoring resistor are input, and a current monitor signal corresponding to each voltage level is output to the digital control unit. the semiconductor laser driving circuit according to any one of claims 1-5, characterized in that it comprises a monitor circuit. 前記デジタル制御部は、入力された前記各電流モニタ信号に基づいて、前記デジタルスイッチング信号を補正することを特徴とする請求項５または６に記載の半導体レーザ駆動回路。 The digital control unit, based on the input each current monitor signal, the semiconductor laser driving circuit according to claim 5 or 6, characterized in that correcting the digital switching signal. 前記デジタル制御部は、入力された前記各電流モニタ信号に基づいて、前記各スイッチング素子が正しく動作しているかどうかを検知することを特徴とする請求項５または６に記載の半導体レーザ駆動回路。 The digital control unit, based on the input each current monitor signal, the semiconductor laser driving circuit according to claim 5 or 6, characterized in that for detecting whether said each switching device is operating correctly. 前記半導体レーザと電源との間に直列接続し、前記デジタル制御部が出力する停止信号によってオフ状態にされる電流遮断用スイッチング素子を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の半導体レーザ駆動回路。 Claim 1-8 which are connected in series, characterized in that it comprises a current blocking switching element is turned off by the stop signal the digital controller outputs between the semiconductor laser and a power supply A semiconductor laser driving circuit according to 1. 前記半導体レーザが出力するモニタ光を受光する受光素子と、前記受光素子の受光レベルに対応した電流が入力され、前記電流のレベルに対応した光出力モニタ信号を前記デジタル制御部に出力する光出力モニタ回路とを備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の半導体レーザ駆動回路。 A light receiving element that receives monitor light output from the semiconductor laser, and a light output that receives a current corresponding to the light receiving level of the light receiving element and outputs a light output monitor signal corresponding to the current level to the digital control unit. the semiconductor laser driving circuit according to any one of claims 1-9, characterized in that it comprises a monitor circuit. 前記デジタル制御部は、入力された前記光出力モニタ信号に基づいて、前記デジタルスイッチング信号を補正することを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザ駆動回路。 The digital control unit, based on the inputted optical output monitor signal, the semiconductor laser driving circuit according to claim 1 0, characterized in that correcting the digital switching signal. 請求項１〜１１のいずれか一つに記載の半導体レーザ駆動回路と、前記半導体レーザ駆動回路によって駆動される種光源である半導体レーザとを備えることを特徴とする光ファイバパルスレーザ装置。 A semiconductor laser driving circuit according to any one of claims 1 to 1 1, the semiconductor laser and the optical fiber pulse laser apparatus comprising: a is a seed light source which is driven by the semiconductor laser driving circuit.
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