JPH02194678A - 半導体レーザ駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野１ 本発明は゛Ｌ導体レーザの駆動方法に関し、とりわけ雑
音の低減を達成する゛ト導体レーザの駆動方法に関する
。

【従来の技術１ 従来、光ビデオディスク等から、光学的に情報を両生す
る情報再生装置に、半導体レーザな光源として用いると
、光ディスクからの戻り光によって半導体レーザの出力
光に戻り光誘起雑音がのり、情報の再生に支障があるこ
とが知られている。また、光通（＋４７Ｆの分野におい
ても、光ファイバ端等の九′？部品からの反射光が半導
体レーザに戻り、戻り光誘起雑音が発生し問題となって
いる。 それらの対策として、特公昭６９−９０８６号に示され
るが如く、半導体レーザが多重縦モード発振するように
、直流電流に高周波の電流を重畳し雑音を低減する方法
が提案されている。 さらに、高周波電流の発振部をリング・オシレータとし
、増幅部、半導体レーザ等をモノリシックに作成すると
いった方法も、特開昭６２＝１９０８８８号に示されて
いる。 ［発明が解決しようとしている課題］ このような方法において、前記の特公昭５９−９０８６
号に示されるが如く、雑音の低減効果は高周波電流が半
導体レーザの発振しきい値を深く切るように高周波電流
振巾を大きくシ、高周波による変調度を大きくして半導
体レーザをパルス発光させた時に、十分な雑音低減効果
がある。 ところが、前記特公昭５９’−９０８６号及び特開閉６
２−１９０８８８号の如き、固定した高周波電力の供給
では、レーザの周囲温度の変化等により、高周波の変調
度が低Ｆして、雑音の低減効果を得ることができなくな
るという問題点を有している。そこで、特開昭６１−１
０４３４２号に示されるが如く、数１００組１ｚ以、ト
の高周波の光パルスを、レーザと同一のパッケージに入
れた。 オートパワーコントロール用の千二ターフォトダイオー
ドで検出を行ない、高周波回路の発振周波数と振幅を安
定化させる方法が提案されている。 しかし、こういった数１００ＭＩＩＺ以−Ｌの高周波で
、しかも数１０ｄＢ、と大きな電力をａ、ＩＩ御するに
は、検出部、制御部とも特殊な専用の部品、基板及び回
路の引きまわし技術が必要で、装ｊｎの複雑化、大型化
、高価格化がまぬがれえないという問題点を有している
。 さらに上記の特公昭５９−９０８６号、特開昭６１−１
０４３４２号、特開昭６２−１９０８８８号はレーザ・
ディスク・プレイヤー等の光学的情報再生装置における
もので、再生のみであれば、レーザの゛［均出力は低く
てもよく、また出力は一定で変調の必要もないが、情報
の記録や消去も行なう装置や、光通信装置においては１
次のような問題がある。 これらの装置においては、良好な信号対雑音比を得るの
に、変調時の消光比が大きいことが要求されるため、高
い光パワーが必要となる。ところが、前述の従来例に示
されるが如き、レーザの励起レベルがほぼ一定で（オー
ト・パワー・コントロールにより、光出力パワーを一定
にするように励起レベルが変化する）、シかも低くてよ
い場合の雑音の低減に必安な高周波の変調度を得るため
の高周波電流振巾では、高出力パワー即ち高励起時には
ト分な変調度が得られず、従って雑＆の低減効果が得ら
れないという問題点をａしている。 また、逆に高出力時に合わせた大きな電流振ｔｔ１で常
時高周波パルス発振をさせると、低い励起レベルの内生
時又は消去、記録時の低いパワーレベルの時に、電流振
１−＋の谷側のピークが、゛ト導体レーザを逆方向に駆
動してレーザの逆方向特性の最大定格を超え、レーザな
劣下させる可能性があり問題である。 【課題を解決するための手段１ 本発明は、上記従来例の問題に鑑み、光出力の変調をと
もなう、情報の記録、消去、伝送等を行なう場合にも、
それぞれ複数の励起レベルに応じ、戻り光誘起雑音、モ
ードホップ雑音等半導体レーザの雑音を低減することが
でき、しかも簡便な方法で、安定で４３頼性の高い、安
価で低消費電力であるレーザ駆動方法を°提供すること
を目的とする。 以上のような目的は、半導体レーザに高い周波数の交流
電流を注入するレーザ駆動法において。 該交流の電圧振１】がレーザの励起レベルによらずほぼ
一定である交流電圧源によりレーザを駆動することによ
り達成される。 ［実施例］ 以下、図面を用いて１本発明の半導体レーザ駆動方法の
具体的な実施例について詳細に説明する。 第１図は本発明の実施例であり、半導体レーザー動装置
１１２のＪｕｌ路を示す説明図である。 ｌは！ｉ導体レーザ、２は゛Ｌ導体レーザ１の後方出力
をモニターする干二ター・フォトダイオード、３は情報
に応じて変調された変調信号の入力端Ｔである。該入力
端Ｐ３は４の処理回路を介し、レーザ１の駆動アンプ５
及び、オート・パワー・コントロール用比較器（１）８
．高周波電圧設定用比較器（ＩＩ）１１に所定の信号を
送る。 ６は電流電ＩＥ変換器及びアンプで、モニター・フォト
ダイオード２の出力電流を検出し、高周波を遮断するロ
ーパス・フィルター７を介し、比較器８、アンプ５とい
うフィード・バック系により、オート・パワー・コント
ロールを達成する。 この辺の動作は同業者により公知であるから詳しい説明
は省略する。１０は高周波発振器で、高周波アンプ９に
より電圧増幅され、不図示であるが、アンプ９の出力端
の直流阻止用のカップリング・コンデンサを介して、レ
ーザｌに高周波電圧を印加する。なお同様に不図示であ
るが、アンプ５の出力端には、通常、高周波ｆｆ１ｄ−
用のインダクタンスを設ける方が望ましい。 上記構成において、端子３より入力された情報変調信号
から、処理回路４により、たとえば、Ｉ］＃生時には、
レーザｌの出力を再生光パワーＰｇにするための直流の
信号電圧が比較器８．アンプ５、比較器１１にそれぞれ
送られ、Ｉｌｑ述のオート・パワー・コントロールによ
り平均光出力が一定に保たれ、また、レーザｌに印加さ
れる高周波電圧の振［１１が、アンプ９の出力と処理回
路４からの出力との比較により安定化される。なお、説
明のため、高周波アンプ９と比較器１１を明確に分けて
図示したが、要するに交流電圧の振幅が安定化される回
路系であればよい。このような構成により結果的には、
従来例と同様に通常低い励起レベルである再生光パワー
ｌ’ｓ＋でレーザｌが安定に発光し、かつ雑音が低減さ
れる。 次に、レーザ１の光出力を情報に応じて変調する場合に
ついて、説明する。たとえば、“ｌ”“０”情報の記録
時には、端Ｆ３より矩形波状の信号が人力される。処理
回路４により、波形整形等がな行われ、記録の高出力パ
ワーＰｗと１通常、両生光パワーＰａと同じ、記録の低
出力パワーＰ、とが、情報の“ｌ”０”いずれかに対応
するようにレーザｌの光出力を矩形状に変調する。具体
的には、処理回路４からの変調信号により、アンプ５は
１通常、常温で設定された。パワーＰｗ、ｐＨに対応し
た注入電流を変調に対応して出力し。 レーザ１を駆動する。オート・パワー・コントロールの
比較器８には、パワーＰｗ、　ＰＲに対応した基準電圧
が変調信号に対応して人力され、それぞれのパワーに安
定化される。なお、記録時のオート・パワー・コントロ
ールはこれ以外にも、同業者にとって公知な方法が使用
可能であるが１本発明は、それらによらず実施可能であ
るので、詳細な説明は省略する。この時、高周波電圧は
特に変化させず、再生時と同じ振幅電圧を半導体レーザ
ｌに印加する。それは、処理回路４から比較器１１へ送
る信号を再生時と同じレベルに保つことにより達成され
る。記録の場合にも１両生の場合と同様に、アンプ９と
比較器１１により、高周波振幅型ｌＪｉは安定化されて
、次に述べるような方法により、記録時のＰｗ、Ｐ＊レ
ベルどちらでも、最適な変調度が確保されるため、従来
子＝１能であった記録時の雑音低減が可能となる。 第２図（ａ）は半導体レーザの順方向の電流−電圧特性
を説明するための模式図、第２図（ｂ）は、第２図（ａ
）のグラフの傾きから求めた％半導体レーザの電流と実
効抵抗の関係を説明するための模式図である。 半導体レーザは現在ダブルへテロのＰη接合を用いたダ
イオード構造が一般的であり、その電流−電圧特性は、
同業者にとっては公知で、たとえばＩＥＥＥ　ｊｏｕｒ
ｎａｌ　ｏｆ　ｑｕａｎｔｕｍ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓの１９７６年のＱｌニー１２巻 １０月号６３３〜６３９　ｒｔニ示さ れるように、 で表わされる。Ｖ、ｌは各々レーザの端子間電圧及び電
流、！、は接合の飽和電流、ηは接合の特性パラメータ
ーにはボルツマン定数、′ｒは絶対温度、ｑは中電荷、
Ｒは等個直列抵抗、　Ｒｓｈはシャン 学ト抵抗で活性層以外のたとえば電流ブロック層の抵抗
で、１０４〜１０′１Ωと大きいので（’　Ｉ　）式は と近似できる。このｌ−Ｖ特性を表わしたのが第２図（
ａ）の曲線１２である。また、（２）式より、傾きを求
めると となり、実効的な抵抗を表わし、これをグラフにしたの
が第２図（ｂ）の曲線Ｉ７である。これから明らかなよ
うに、レーザへの注入電流が小さい時は、抵抗が大きく
、（具体的にはｉｎ＋＾で１００数＋Ω、１０ｍＡで十
数Ω）、レーザが発振している注入電流領域では抵抗は
低く、はとんど飽和している（２〜４Ω程度）。従って
、第１図で説明したようを、同じ電圧振１１１をもつ交
流電圧でも、第２図（ａ）の１３．３４に示されるよう
な同じ振巾の電圧波形でもその直流成分のバイアス値に
より、レーザに実際に注入される電流は、各々、１５．
１６に示されるように、電流振巾が異なる波形となる。 ゛ＩＬ均励起レベルが高い程、実効的な抵抗が小さくな
り、同じ交流電圧による変調の場合、注入電流の振巾が
大きくなる。従って１本発明によれば、一定の電圧伽巾
を持つ高周波交流電圧なレーザに印加することにより、
励起レベルが低い再生時には、レーザのしきい値を切り
４・分な変調度を持つが、逆方向電流を流すことのない
最適な高周波電流を重畳し、記録の高出力に対応した高
い励起レベルの時には、同じ交流電圧で、レーザのしき
い値を切り、十分な変調度を持つ最適な高周波電流を重
畳することが、従来のように複雑な検出・制御装置を必
要とせずに自動的に達成される。 第３図は、半導体レーザの直流バイアス電流と平均光出
力の関係を説明するための模式図である。 １８は高周波電圧を印加していない時の通常のレーザの
電流−光出力特性であり、１９は本発明による高層ｒ＆
電ＩＥを印加した場合の【ｃｌ、流バイアス電流と平均
光出力の関係、破線２０は従来の方法で、定電力、又は
定電流で高周波電流を注入し、記録時の高出力レベルＰ
ｗでも十分なＭ１ａ低減効果が得られる変調度を達成し
ている場合の特性である。 高周波による変調度は、通常、光出力により定義され、
ある高周波の重畳時の光出力の直流バイアス値で。 と表わされ、通常１．１・分な雑音低減レベル、たとえ
ば相対雑音強度で−１２０ｄＢ／ＩＩ□を得るには。 変調度は１２０％以上必要とされる。 破線９に示されるように、従来は、記録時の高出力Ｐｗ
時に変調度１２０％を達成するように、高周波の電流振
幅を設定すると、前述の問題点で述べたように、低出力
１’Ｒ時に、逆方向の電流が流れ、レーザを劣化させる
ため、記録時の雑音低減の実現は不可能である。それに
対し、本発明によれば、第２図で説明し、また第３図の
実線１９に示されるように、バイアス電流が小さい程、
高周波電流の振巾が小さくなり、そのような問題は生じ
ない、第３図の２１は、バイアスがしきい値１０以下の
場合の電流波形で、その尖頭電流の高い側が、ちょうど
しきい値ｌ−に一致している場合を示している。従って
、実線１９の実効的しきい値である。平均光出力が、再
生及び記録時の低光出力ＰＩＩの場合は、不図示である
が、２１の電流波形に対し、バイアス、振巾かやや大き
い波形で、変調度も１２０％以上確保され、かつ、逆方
向電流が流れる程振幅は大きくない、電流波形２２は、
記録時の高出力２１時のもので、＋ｉｉＪ述したように
、実効的抵抗が小さくなっているため、同じ電圧振幅で
も、注入される電流振幅が太き（。 変調度１２０％は十分に確保される。もちろん逆方向電
流は生じない、記録時の光出力の情報に応じた変調は、
第１図で説明したようにＰＲとＰ、の２値の矩形波状の
ものである。それは、第１図のアンプ５により直流バイ
アス値の変調により？−１なわれるから１本発明によれ
ば、従来のように、変調５５号により、高周波の電流波
形を切り替えたり、重畳のオン・オフ等を行なうといっ
た複雑な装置１！１を設ける必要がなく、直流バイアス
を通常に変調することにより自動的に電流振幅が切り替
り、常時雑音低減が達成される。電流波形２コ３は１重
畳時の特性１９が非重畳時の特性１８と一致する点のも
のである。つまり、高周波の電流振巾は、励起レベルの
上昇にともない増大して（但し、第２図の特性から明ら
かなように、飽和しはじめている）いるが、その尖頭電
流の低い側が、ちょうどしきい値１゜に一致している場
合に相当する、変調度は０で、しきい値を切らないため
雑音の低減効果はあまりないし、尖頭電流の高い側が、
レーザの最大定格Ｐ１１．を超える可能性もあるが、現
実には、使用しない領域である。 ［他の実施例］ 第４図に他の実施例を示す。第４図は、本発明に用いる
半導体レーザの構成を示す模式図である。 同図において、半導体レーザ部２４とモニター・フォト
ダイオード部２５がモノリシックに作られており、η型
電極３０は共通であるが、レーザ２４の１）型電極は、
２７．２８．２９と３つの注入領域して分割され、活性
層２６からレーザ光が射出する。注入領域２７と２９は
、高周波電圧専用、２８はバイアス専用である。従って
、第１図において、高周波アンプ９．アンプ５はそれぞ
れ独−γに直接レーザの注入領域に接続される。このよ
うな構成により、高周波電圧専用の領域２７゜２９が小
さいため、駆動する電圧が小さくてすみ、消費電力が少
なくなり、しかも、不要軸射雑音も小さくできるという
効果がある。さらに、領域２７と２９に加える高周波電
圧を位相を反転させたものにすることにより、パルス発
光が補ない合い実効的に連続発光に近くなる。従って、
より高出力にも対応ｉ＋ｌ能となる。 なお、第２図、第３図では、高周波型ｌＥとして、１Ｆ
弦波を印加した場合について説明したが。 もちろん本発明はこれに限定されるものではなく５たと
えば矩形波でよい。また１周波数、位相、娠中が雑音低
減効果を損なわない範囲で変調された高周波型ＴＥでも
よい。さらに、第２図、第３図では、ＩＦ弦彼電圧を印
加すると、正弦波電流により駆動されるように図示した
が、第２図（３１）の電流−電圧特性の非線形効果のた
め、正弦波の山と谷は対称とならず歪んだ電流波形とな
る。（ｒ４シ、本発明の木質には特に関係しない。 また、情報の記録再生装ｚ６への応用を例に説明したが
、もちろんこれに限定されるものではなく、消去、ある
いは、光通信、光計測といった他の分野においても使用
可能なレーザ駆動方である。 ［発明の効果］ 以１゛、説明したように、′Ｖ、導体レーザの電流−電
圧特性の非線形性を利用し、高周波型ＩＦ、をその伽幅
がレーザの励起レベルによらず一定であるように印加す
ることにより、光出力の変調をともなう情報の記録、消
去を、伝送等を行なう場合にも、自動的にそれぞれの複
数の励起レベルに対応し。 レーザの雑音を常時低減することができ、しかも簡便な
方法であるため、安定で信頼性の高い、安ＩＩ−で、低
消費電力である半導体レーザ駆動方法が実現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ駆動方法を説明するための回路
のブロック図である。 第２図は半導体レーザの電流−電圧特性及び電流−抵抗
特性を示す模式図である。 第３図は半導体レーザの電流−光出力特性を示す模式図
である。 第４図は半導体レーザの構成を示す模式図である。 ｌ：゛１導体レーザ　　　コ３：変調イ３号入力端ｒ・
ｌＯ：高周波発振器　　９：高周波型１］：アンブ皿：
３．１４：高周波電圧波形 ＋６．１６．２１．２２．２３　：高周波電流波形代理
人　　弁理ｌ゛　　山　下　穣　ＩＶ−第 図 第 図 電しん 工

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体レーザを、しきい値を切るように交流駆動する半
   導体レーザ駆動方法において、励起レベルによらず、印
   加する交流電圧の振幅を一定に安定化することを特徴と
   する半導体レーザ駆動方法。