JPH02205085A - Semiconductor laser controller - Google Patents

Semiconductor laser controller

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JPH02205085A
JPH02205085A JP1024924A JP2492489A JPH02205085A JP H02205085 A JPH02205085 A JP H02205085A JP 1024924 A JP1024924 A JP 1024924A JP 2492489 A JP2492489 A JP 2492489A JP H02205085 A JPH02205085 A JP H02205085A
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Abstract

PURPOSE:To enable high speed, high precision, and high resolution by converting luminous level command signals into currents in the forward direction of semiconductor laser so that the light receiving signals and the luminous level command signals may be equal, and controlling the semiconductor lasers by the currents of the sum of difference between the control currents of a light/electric negative return loop and the currents generated by conversion. CONSTITUTION:A comparative amplifier 1, a semiconductor laser 3, and a light receiving element 4 constitute a light/electric negative return loop, and the comparative amplifier 1 compares light receiving signals, which are proportional to photovoltaic currents induced by the light receiving element 4, with luminous level command signals and controls currents in the forward direction of the semiconductor lasers 3 by the results so that the light receiving signals and the luminous level command signals may be equal. Also, a current converter 2 outputs current which are set in advance according to the luminous level command signals so that the light receiving signals and the luminous level command signals may be equal. The currents of the sum of the output currents of this current converter 2 and the control currents outputted from the comparative amplifier 1 become the currents in the forward direction of the semiconductor lasers 3.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザプリンタ、光デイスク装置、光通信装置
等で光源として用いられる半導体レーザを制御する半導
体レーザ制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor laser control device for controlling a semiconductor laser used as a light source in a laser printer, an optical disk device, an optical communication device, etc.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体レーザは極めて小型であって、かつ駆動電流によ
り高速に直接変調を行うことができるので、近年光デイ
スク装置、レーザプリンタ等の光源として広く使用され
ている。
Semiconductor lasers are extremely compact and can be directly modulated at high speed by a drive current, so they have recently been widely used as light sources for optical disk devices, laser printers, and the like.

しかしながら、半導体レーザの駆動電流・光出力特性は
温度により著しく変化し、これは半導体レーザの光強度
を所望の値に設定しようとする場合に問題となる。この
問題を解決して半導体レーザの利点を活かす為にさまざ
まなA P C(A utoIIlatie Powe
r Control)回路が提案されている。
However, the drive current and optical output characteristics of a semiconductor laser vary significantly depending on temperature, which poses a problem when trying to set the light intensity of the semiconductor laser to a desired value. In order to solve this problem and take advantage of the advantages of semiconductor lasers, various APCs (Auto II latie Power
r Control) circuit has been proposed.

このAPC回路は次の3つの方式に分けられる。This APC circuit can be divided into the following three methods.

(1)半導体レーザの光出力を受光素子によりモニター
し、この受光素子に発生する受光電流(半導体レーザの
光出力に比例する)に比例する信号と。
(1) The light output of the semiconductor laser is monitored by a light receiving element, and a signal is proportional to the light receiving current (proportional to the light output of the semiconductor laser) generated in the light receiving element.

発光レベル指令信号とが等しくなるように常時半導体レ
ーザの順方向電流を制御する光・電気負帰還ループを設
け、この光・電気負帰還ループにより半導体レーザの光
出力を所望の値に制御する方式。
A method in which an optical/electrical negative feedback loop is provided to constantly control the forward current of the semiconductor laser so that it is equal to the emission level command signal, and this optical/electrical negative feedback loop controls the optical output of the semiconductor laser to a desired value. .

(2)パワー設定期間には半導体レーザの光出力を受光
素子によりモニターしてこの受光素子に発生する受光電
流(半導体レーザの光出力に比例する)に比例する信号
と2発光レベル指令信号とが等しくなるように半導体レ
ーザの順方向電流を制御し、パワー設定期間外にはパワ
ー設定期間で設定した半導体レーザの順方向電流の値を
保持することによって半導体レーザの光出力を所望の値
に制御する。そしてパワー設定期間外にはパワー設定期
間で設定した半導体レーザの順方向電流の値を基準とし
て半導体レーザの順方向電流を情報で変調することによ
り半導体レーザの光出力に情報を載せる方式。
(2) During the power setting period, the light output of the semiconductor laser is monitored by the light receiving element, and a signal proportional to the light receiving current (proportional to the light output of the semiconductor laser) generated in the light receiving element and two emission level command signals are generated. The optical output of the semiconductor laser is controlled to the desired value by controlling the forward current of the semiconductor laser so that it is equal, and by holding the forward current value of the semiconductor laser set in the power setting period outside the power setting period. do. Then, outside the power setting period, information is added to the optical output of the semiconductor laser by modulating the forward current of the semiconductor laser with information based on the value of the forward current of the semiconductor laser set during the power setting period.

(3)半導体レーザの温度を測定し、その測定した温度
によって半導体レーザの順方向電流を制御したり、又は
半導体レーザの温度を一定になるように制御したりして
半導体レーザの光出力を所望の値に制御する方式。
(3) Measure the temperature of the semiconductor laser and control the forward current of the semiconductor laser according to the measured temperature, or control the temperature of the semiconductor laser to be constant to adjust the optical output of the semiconductor laser to the desired level. A method to control the value of .

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

半導体レーザの光出力を所望の値とするためには(1)
の方式が望ましいが、受光素子の動作速度。
In order to set the optical output of the semiconductor laser to the desired value (1)
The preferred method is the operating speed of the light receiving element.

光・電気負帰還ループを構成している増幅素子の動作速
度等の限界により制御速度に限界が生ずる。
There is a limit to the control speed due to limits such as the operating speed of the amplification elements that constitute the optical/electrical negative feedback loop.

例えばこの制御速度の目安として光・電気負帰還ループ
の開ループでの交叉周波数を考慮した場合この交叉周波
数をf。とじたとき半導体レーザの光出力のステップ応
答特性は次のように近似できる。
For example, when considering the cross frequency in the open loop of the optical/electrical negative feedback loop as a guideline for this control speed, this cross frequency is f. The step response characteristic of the optical output of a semiconductor laser when it is closed can be approximated as follows.

Pout=Po(1−exp(−2πf、t))Pou
t:半導体レーザの光出力 Po:半導体レーザの設定された光強度t:待時 間導体レーザの多くの使用目的では半導体レーザの光出
力を変化させた直後から、設定された時間τ。が経過す
るまでの全光量(光出力の積分値fPout)が所定の
値となることが必要とされ、2πf、τ。)]) となる。仮に、τ。=50ns、誤差の許容範囲を0.
4%とした場合f。) 800MH2としなければから
す、これは極めて困難である。
Pout=Po(1-exp(-2πf, t))Pou
t: Optical output of the semiconductor laser Po: Set optical intensity of the semiconductor laser t: Waiting time In many purposes of use of a conductor laser, the set time τ is immediately after changing the optical output of the semiconductor laser. It is necessary that the total amount of light (integral value of light output fPout) until the elapse of 2πf, τ becomes a predetermined value. )]) becomes. Suppose, τ. = 50ns, error tolerance 0.
If it is 4%, f. ) This is extremely difficult unless it is 800MH2.

また(2)の方式では(1)の方式の上記問題は発生せ
ず、半導体レーザを高速に変調することが可能であるの
で、多く使用されている。しかしながらこの(2)の方
式では半導体レーザの光出力を常時制御しているわけで
はないので、外乱等により容易に半導体レーザの光量変
動が生ずるす外乱としては例えば半導体レーザのドウル
ープ特性があり、半導体レーザの光量はこのl−″:リ
ループ特性により容易に数%程度の誤差が生じでしまう
。半導体レーザのドウループ特性を抑制する試みとして
、半導体レーザの熱時定数に半導体レーザ駆動電流の周
波数特性を合わせ補償する方法かどが提案されているが
、半導体レーザの熱時定数は各半導体レーザ毎に個別に
バラツキがあり、また半導体レーザの周囲環境により異
なる等の問題がある。
In addition, method (2) does not have the above-mentioned problems of method (1), and it is possible to modulate a semiconductor laser at high speed, so it is widely used. However, in this method (2), the optical output of the semiconductor laser is not constantly controlled, so disturbances that easily cause fluctuations in the light intensity of the semiconductor laser include the dow loop characteristic of the semiconductor laser, The light intensity of the laser can easily have an error of several percent due to this l-'':reloop characteristic.In an attempt to suppress the dow loop characteristic of the semiconductor laser, the frequency characteristic of the semiconductor laser drive current is adjusted to the thermal time constant of the semiconductor laser. A method of alignment compensation has been proposed, but there are problems such as the thermal time constant of a semiconductor laser varies individually for each semiconductor laser and also varies depending on the surrounding environment of the semiconductor laser.

また光デイスク装置などにおいて問題とされる半導体レ
ーザめ戻り光の影響による光量変動などの問題がある。
Further, there are problems such as fluctuations in the amount of light due to the influence of reflected light from a semiconductor laser, which is a problem in optical disk devices and the like.

本発明は上記欠点を改善し、高速、高精度、高分解能な
半導体レーザ制御装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to improve the above-mentioned drawbacks and provide a semiconductor laser control device that is high speed, high accuracy, and high resolution.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を達成するため、請求項1の発明は被駆動半導
体レーザの光出力を受光部により検知してこの受光部か
ら得られる前記半導体レーザの光出力に比例した受光信
号と発光レベル指令信号とが等しくなるように前記半導
体レーザの順方向電流を制御する光・電気負帰還ループ
と、前記受光信号と前記発光レベル指令信号とが等しく
なるように前記半導体レーザの光出力・順方向電流特性
及び前記受光部と前記半導体レーザとの結合係数。
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 detects the optical output of a driven semiconductor laser by a light receiving section, and generates a light receiving signal proportional to the optical output of the semiconductor laser and a light emission level command signal obtained from the light receiving section. an optical/electrical negative feedback loop that controls the forward current of the semiconductor laser so that they are equal to each other; a coupling coefficient between the light receiving section and the semiconductor laser;

前記受光部の光入力・受光信号特性に基づいて前記発光
レベル指令信号を前記半導体レーザの順方向電流に変換
する変換手段とを有し、前記光・電気負帰還ループの制
御電流と前記変換手段により生成された電流との和また
は差の電流によって前記半導体レーザを制御するように
したものであり、請求項2の発明は請求項1の半導体レ
ーザ制御装置において、スイッチング信号によりオフセ
ット電流をオン・オフする回路を備え、前記和または差
の電流に前記オフセット電流を加算した電流によって前
記半導体レーザを制御するようにしたものであり、 請求項3の発明は請求項1の半導体レーザ制御装置にお
いて、前記光・電気負帰還ループの制御電流を検出する
ことにより前記変換手段の変換誤差を検出する検出手段
を備えるようにしたものであり、 請求項4の発明は請求項3の半導体レーザ制御装置にお
いて、スイッチング信号によりオフセット電流をオン・
オフする回路を備え、前記和または差の電流に前記オフ
セット電流を加算した電流によって前記半導体レーザを
制御するようにしたものである。
a conversion means for converting the light emission level command signal into a forward current of the semiconductor laser based on the light input/light reception signal characteristics of the light receiving section, and a control current of the optical/electrical negative feedback loop and the conversion means. According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor laser control device of the first aspect, the offset current is turned on and off by a switching signal. The invention of claim 3 is the semiconductor laser control device of claim 1, further comprising a circuit for turning off the semiconductor laser, and controlling the semiconductor laser by a current obtained by adding the offset current to the sum or difference current. The invention of claim 4 is the semiconductor laser control device of claim 3, further comprising a detection means for detecting a conversion error of the conversion means by detecting a control current of the optical/electrical negative feedback loop. , the offset current is turned on and off by the switching signal.
The semiconductor laser is provided with a circuit that turns off, and the semiconductor laser is controlled by a current obtained by adding the offset current to the sum or difference current.

〔作 用〕[For production]

請求項1の発明では光・電気負帰還ループが半導体レー
ザの光出力を受光部により検知してこの受光部から得ら
れる半導体レーザの光出力に比例した受光信号と発光レ
ベル指令信号とが等しくなるように半導体レーザの順方
向電流を制御し、変換手段が前記受光信号と前記発光レ
ベル指令信号とが等しくなるように半導体レーザの光出
力・順方向電流特性及び前記受光部と半導体レーザとの
結合係数、前記受光部の光入力・受光信号特性に基づい
て前記発光レベル指令信号を半導体レーザの順方向電流
に変換する。半導体レーザは光・電気負帰還ループの制
御電流と変換手段により生成された電流との和または差
の電流によって制御さ机る。
In the invention of claim 1, the optical/electrical negative feedback loop detects the optical output of the semiconductor laser by the light receiving section, and the light reception signal proportional to the optical output of the semiconductor laser obtained from the light receiving section becomes equal to the light emission level command signal. The converter controls the forward current of the semiconductor laser so that the light receiving signal and the light emission level command signal are equal to each other, and determines the optical output/forward current characteristics of the semiconductor laser and the coupling between the light receiving section and the semiconductor laser. The light emission level command signal is converted into a forward current of the semiconductor laser based on the coefficient and the light input/light reception signal characteristics of the light receiving section. The semiconductor laser is controlled by the sum or difference current between the control current of the opto-electrical negative feedback loop and the current generated by the conversion means.

請求項2の発明では更に前記回路にてスイッチング信号
によりオフセット電流がオン・オフされ、前記和または
差の電流に前記オフセット電流を加算した電流によって
半導体レーザが制御される。
In the second aspect of the invention, an offset current is further turned on and off by a switching signal in the circuit, and the semiconductor laser is controlled by a current obtained by adding the offset current to the sum or difference current.

請求項3の発明では検出手段で光・電気負帰還ループの
制御電流が検出されることにより変換手段の変換誤差が
検出される。
In the third aspect of the invention, a conversion error of the conversion means is detected by detecting the control current of the optical/electrical negative feedback loop by the detection means.

請求項4の発明では前記回路にてスイッチング信号によ
りオフセット電流がオン・オフされ、前記和または差の
電流に前記オフセット電流を加算した電流によって半導
体レーザが制御される。
In the fourth aspect of the present invention, an offset current is turned on and off by a switching signal in the circuit, and the semiconductor laser is controlled by a current obtained by adding the offset current to the sum or difference current.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は請求項1の発明の一実施例を示す。 FIG. 1 shows an embodiment of the invention according to claim 1.

発光レベル指令信号は比較増幅器1及び電流変換器2に
入力され、被駆動半導体レーザ3の光出力の一部が受光
素子4によりモニターされる。比較増幅器1と半導体レ
ーザ3.受光素子4は光・電気負帰還ループを形成し、
比較増幅器1は受光素子4に誘起された光起電流(半導
体レーザ3の光出力に比例する)に比例する受光信号と
発光レベル指令信号とを比較してその結果により半導体
レーザ3の順方向電流を受光信号と発光レベル指令信号
とが等しくなるように制御する。また電流変換器2は前
記受光信号と発光レベル指令信号とが等しくなるように
発光レベル指令信号に従って予め設定された電流(半導
体レーザ3の光出力・順方向電流特性及び受光素子4と
半導体レーザ3との結合係数、受光素子3の光入力・受
光信号特性に基づいて予め設定された電流)を出力する
The light emission level command signal is input to the comparison amplifier 1 and the current converter 2, and a part of the optical output of the driven semiconductor laser 3 is monitored by the light receiving element 4. Comparison amplifier 1 and semiconductor laser 3. The light receiving element 4 forms an optical/electrical negative feedback loop,
A comparison amplifier 1 compares a light reception signal proportional to the photovoltaic current (proportional to the optical output of the semiconductor laser 3) induced in the light receiving element 4 and a light emission level command signal, and adjusts the forward current of the semiconductor laser 3 based on the result. is controlled so that the light reception signal and the light emission level command signal are equal. Further, the current converter 2 generates a current that is preset according to the light emission level command signal (the light output and forward current characteristics of the semiconductor laser 3 and the light receiving element 4 and the semiconductor laser 3) so that the light reception signal and the light emission level command signal are equal to each other. A current preset based on the coupling coefficient with the light-receiving element 3 and the light input and light-receiving signal characteristics of the light-receiving element 3 is output.

この電流変換器2の出力電流と、比較増幅器1より出力
される制御電流との和の電流が半導体レーザ3の順方向
電流となる。
The sum of the output current of the current converter 2 and the control current output from the comparator amplifier 1 becomes the forward current of the semiconductor laser 3.

ここで、前記光・電気負帰還ループの開ループでの交叉
周波数をf。とじ、DCゲインを10000とした場合
、半導体レーザ3の光出力Poutのステップ応答特性
は次のように近似できる。
Here, the crossover frequency in the open loop of the optical/electrical negative feedback loop is f. When the DC gain is 10,000, the step response characteristic of the optical output Pout of the semiconductor laser 3 can be approximated as follows.

Pout= PL+ (PS −PL)exp(−2t
t f ot )pt、:t=ωにおける光出力 PS:電流変換器2により設定された光量光・電気負帰
還ループの開ループでのDCゲインを10000として
いるので、設定誤差の許容範囲を0.1%以下とした場
合には、PLは設定した光量に等しいと考えられる。
Pout= PL+ (PS -PL)exp(-2t
t f ot ) pt, : Optical output PS at t = ω: Light amount set by current converter 2 Since the DC gain in the open loop of the optical/electrical negative feedback loop is set to 10000, the allowable range of setting error is set to 0. When it is set to .1% or less, PL is considered to be equal to the set light amount.

したがって、仮に電流変換器2により設定された光量P
SがPLに等しければ、瞬時に半導体レーザ3の光出力
がPLに等しくなる。また、外乱等によりPSが5%変
動したとしてもf 0= 40MH2程度であれば、I
ons後には半導体レーザ3の光出力は設定値に対する
誤差が0.4%以下になる。
Therefore, if the light amount P set by the current converter 2 is
If S is equal to PL, the optical output of the semiconductor laser 3 instantly becomes equal to PL. Furthermore, even if PS fluctuates by 5% due to disturbance etc., if f 0 = 40MH2, I
Ons later, the optical output of the semiconductor laser 3 has an error of 0.4% or less with respect to the set value.

また半導体レーザ3の光出力を変化させた直後から設定
された時間τ。が経過するまでの全光量(光出力の積分
値f Pout)の誤差が0.4%以下になるための光
・電気負帰還ループの交叉周波数は、τ。= 50ns
とした場合40MHz以上であればよく、この程度の交
叉周波数ならば容易に実現できる。
Also, the time τ is set immediately after changing the optical output of the semiconductor laser 3. The crossover frequency of the optical/electrical negative feedback loop is τ so that the error in the total amount of light (integral value f Pout of optical output) until lapses is 0.4% or less. = 50ns
In this case, it is sufficient that the frequency is 40 MHz or more, and a crossover frequency of this level can be easily realized.

さらに、この実施例では電流変換器2の出力電流を光・
電気負帰還ループの制御電流に加算する構成であるが、
半導体レーザ3と並列に電流変換器2を接続する構成と
すれば電流変換器2の出力電流と光・電気負帰還ループ
の制御電流との差の電流により半導体レーザ3を制御す
る構成が実現できる。
Furthermore, in this embodiment, the output current of the current converter 2 is
The configuration is such that it is added to the control current of the electrical negative feedback loop.
By connecting the current converter 2 in parallel with the semiconductor laser 3, it is possible to realize a configuration in which the semiconductor laser 3 is controlled by the current difference between the output current of the current converter 2 and the control current of the optical/electrical negative feedback loop. .

このように請求項1の発明の実施例によれば高速、高精
度、高分解能な半導体レーザ制御装置が実現できる。
As described above, according to the embodiment of the invention of claim 1, a high speed, high precision, and high resolution semiconductor laser control device can be realized.

第4図は請求項2の発明の一実施例を示す。FIG. 4 shows an embodiment of the invention according to claim 2.

発光レベル指令信号は比較増幅器1及び電流変換器2に
入力され、被駆動半導体レーザ3の売出力の一部が受光
素子4によりモニターされる。比較増幅器1と半導体レ
ーザ3.受光素子4は光・電気負帰還ループを形成し、
比較増幅器1は受光素子4に誘起された光起電流(半導
体レーザ3の光出力に比例する)に比例する受光信号と
発光レベル指令信号とを比較してその結果により半導体
レーザ3の順方向電流を受光信号と発光レベル指令信号
とが等しくなるように制御する。また電流変換器2は前
記受光信号と発光レベル指令信号とが等しくなるように
発光レベル指令信号に従って予め設定された電流(半導
体レーザ3の光出力・順方向電流特性及び受光素子4と
半導体レーザ3との結合係数、受光素子3の光入力・受
光信号特性に基づいて予め設定された電流)を出力する
The light emission level command signal is input to the comparison amplifier 1 and the current converter 2, and a portion of the output power of the driven semiconductor laser 3 is monitored by the light receiving element 4. Comparison amplifier 1 and semiconductor laser 3. The light receiving element 4 forms an optical/electrical negative feedback loop,
A comparison amplifier 1 compares a light reception signal proportional to the photovoltaic current (proportional to the optical output of the semiconductor laser 3) induced in the light receiving element 4 and a light emission level command signal, and adjusts the forward current of the semiconductor laser 3 based on the result. is controlled so that the light reception signal and the light emission level command signal are equal. Further, the current converter 2 generates a current that is preset according to the light emission level command signal (the light output and forward current characteristics of the semiconductor laser 3 and the light receiving element 4 and the semiconductor laser 3) so that the light reception signal and the light emission level command signal are equal to each other. A current preset based on the coupling coefficient with the light-receiving element 3 and the light input and light-receiving signal characteristics of the light-receiving element 3 is output.

トランジスタ5,6、電流源7及びバイアス電源8はス
イッチング回路を構成し、半導体レーザ3を発光させる
タイミングでスイッチング信号がトランジスタ5のベー
スに入力される。このスイッチング信号が入力されてい
ないときにはバイアス電源8のバイアス電圧によりトラ
ンジスタ6がオンしてトランジスタ5がオフし、電流源
7からの電流(オフセット電流)が半導体レーザ3に供
給されなくて半導体レーザ3が発光しない。スイッチン
グ信号がトランジスタ5のベースに入力されると、トラ
ンジスタ5がオンしてトランジスタ6がオフし、電流源
7からの電流が半導体レーザ3に供給されなくて半導体
レーザ3が発光する。この場合半導体レーザ3はスイッ
チング回路による駆動電流と、電流変換器2の出力電流
と、光・電気負帰還ループの制御電流との和の電流によ
り制御される。
The transistors 5 and 6, the current source 7, and the bias power supply 8 constitute a switching circuit, and a switching signal is input to the base of the transistor 5 at the timing to cause the semiconductor laser 3 to emit light. When this switching signal is not input, the bias voltage of the bias power supply 8 turns on the transistor 6 and turns off the transistor 5, and the current (offset current) from the current source 7 is not supplied to the semiconductor laser 3. does not emit light. When a switching signal is input to the base of the transistor 5, the transistor 5 is turned on and the transistor 6 is turned off, and the current from the current source 7 is not supplied to the semiconductor laser 3, so that the semiconductor laser 3 emits light. In this case, the semiconductor laser 3 is controlled by the sum of the drive current from the switching circuit, the output current of the current converter 2, and the control current of the optical/electrical negative feedback loop.

ここで、前記光・電気負帰還ループの開ループでの交叉
周波数をf、とじ、DCゲインを1ooooとした場合
、半導体レーザ3の光出力P outのステップ応答特
性は次のように近似できる。
Here, when the cross frequency in the open loop of the optical/electrical negative feedback loop is f and the DC gain is 1oooo, the step response characteristic of the optical output P out of the semiconductor laser 3 can be approximated as follows.

Pout= PL+ (PS −PL)exp(−2x
 f 、 t )PL:t=ωにおける光出力 PS:電流変換器2の出力電流とスイッチング回路の駆
動電流との和の電流により設定された光量 光・電気負帰還ループの開ループでのDCゲインを10
000としているので、設定誤差の許容範囲を0.1%
以下とした場合には、PLは設定した光量に等しいと考
えられる。
Pout=PL+(PS-PL)exp(-2x
f, t) PL: Optical output at t=ω PS: Light amount set by the sum of the output current of the current converter 2 and the driving current of the switching circuit DC gain in the open loop of the optical/electrical negative feedback loop 10
000, so the allowable range of setting error is 0.1%.
In the following cases, PL is considered to be equal to the set light amount.

したがって、仮に電流変換器2により設定された光量P
SがPLに等しければ、半導体レーザ3の光出力が瞬時
にPLに等しくなり、スイッチング回路による駆動電流
値まではスイッチング回路の動作が高速で行われるため
に電流変換器2の立上り速度に依存しないで高速に立ち
上がる。さらに、−船釣に半導体レーザの光出力・電流
特性は第6図に示すようにしきい値電流までは半導体レ
ーザが発信しないので、オフセット電流による消光比の
劣化がほとんど発生しない。また、外乱等によりPSが
5%変動したとしてもf。= 40MH2程度であれば
、10ns後には半導体レーザ3の光出力は設定値に対
する誤差が0.4%以下になる。
Therefore, if the light amount P set by the current converter 2 is
If S is equal to PL, the optical output of the semiconductor laser 3 instantly becomes equal to PL, and since the switching circuit operates at high speed up to the drive current value of the switching circuit, it does not depend on the rise speed of the current converter 2. stand up quickly. Furthermore, as shown in FIG. 6, the optical output and current characteristics of the semiconductor laser used in boat fishing do not emit light up to a threshold current, so that there is almost no deterioration of the extinction ratio due to offset current. Also, even if PS fluctuates by 5% due to disturbance etc., f. = about 40 MH2, the optical output of the semiconductor laser 3 will have an error of 0.4% or less with respect to the set value after 10 ns.

また半導体レーザ3の光出力を変化させた直後から設定
された時間τ。が経過するまでの全光量(光出力の積分
値J Pout)の誤差が0.4%以下になるための光
・電気負帰還ループの交叉周波数は、τ。= 50ns
とした場合40M)12以上であればよく、この程度の
交叉周波数ならば容易に実現できる。
Also, the time τ is set immediately after changing the optical output of the semiconductor laser 3. The crossover frequency of the optical/electrical negative feedback loop is τ so that the error in the total amount of light (integrated value J Pout of optical output) until the time elapses is 0.4% or less. = 50ns
In this case, it is sufficient that the frequency is 40M)12 or more, and a crossover frequency of this level can be easily realized.

第2図は請求項3の発明の一実施例を示す。FIG. 2 shows an embodiment of the invention according to claim 3.

発光レベル指令信号は比較増幅器1及び電流変換器2に
入力され、被駆動半導体レーザ3の光出力の一部が受光
素子4によりモニターされる。比較増幅器1と半導体レ
ーザ3.受光素子4は光・電気負帰還ループを形成し、
トランジスタ9,10、電流源12及びバイアス電源1
3は差動増幅器14を構成している。比較増幅器1は受
光素子4に誘起された光起電流(半導体レーザ3の光出
力に比例する)に比例する受光信号と発光レベル指令信
号とを比較してその結果により差動増幅器14を介して
半導体レーザ3の順方向電流を受光信号と発光レベル指
令信号とが等しくなるように制御する。また電流変換器
2は前記受光信号と発光レベル指令信号とが等しくなる
ように発光レベル指令信号に従って予め設定された電流
(半導体レーザ3の光出力・順方向電流特性及び受光素
子4と半導体レ−ザ3との結合係数、受光素子3の光入
力・受光信号特性に基づいて予め設定された電流)を出
力する。こめ電流変換器2の出力電流と、差動増幅11
!14より出力される制御電流との和の電流が半導体レ
ーザ3の順方向電流となる。
The light emission level command signal is input to the comparison amplifier 1 and the current converter 2, and a part of the optical output of the driven semiconductor laser 3 is monitored by the light receiving element 4. Comparison amplifier 1 and semiconductor laser 3. The light receiving element 4 forms an optical/electrical negative feedback loop,
Transistors 9, 10, current source 12 and bias power supply 1
3 constitutes a differential amplifier 14. The comparison amplifier 1 compares the light reception signal proportional to the photovoltaic current (proportional to the optical output of the semiconductor laser 3) induced in the light receiving element 4 with the light emission level command signal, and uses the result to compare the light reception signal with the light emission level command signal. The forward current of the semiconductor laser 3 is controlled so that the light reception signal and the light emission level command signal are equal. Further, the current converter 2 generates a current that is preset according to the light emission level command signal so that the light reception signal and the light emission level command signal are equal (the optical output and forward current characteristics of the semiconductor laser 3 and the light receiving element 4 and the semiconductor laser). A current preset based on the coupling coefficient with the laser 3 and the light input/light reception signal characteristics of the light receiving element 3 is output. The output current of the current converter 2 and the differential amplifier 11
! The sum of the current and the control current output from the semiconductor laser 3 becomes the forward current of the semiconductor laser 3.

ここで、前記光・電気負帰還ループの開ループでの交叉
周波数をfoとし、DCゲインを10000とした場合
、半導体レーザ3の光出力P outのステップ応答特
性は次のように近似できる。
Here, when the cross frequency in the open loop of the optical/electrical negative feedback loop is fo and the DC gain is 10,000, the step response characteristic of the optical output P out of the semiconductor laser 3 can be approximated as follows.

Pout= ’PL+ (PS −PL)exp(−2
tc f ot )PL:’t=ψにおける光出力 PS:電流変換器2により設定された光量光・電気負帰
還ループの開ループでのDCゲインを10000として
いるので、設定誤差の許容範囲を0.1%以下とした場
合には、PLは設定した光量に等しいと考えられる。
Pout='PL+ (PS -PL)exp(-2
tc fot ) PL:' Optical output at t=ψ PS: Light amount set by current converter 2 Since the DC gain in the open loop of the optical/electrical negative feedback loop is set to 10,000, the allowable range of setting error is set to 0. When it is set to .1% or less, PL is considered to be equal to the set light amount.

したがって、仮に電流変換器2により設定された光量P
SがPLに等しければ、瞬時に半導体レーザ3の光出力
がPLに等しくなる。この場合にはPoL+t:PLで
あるので、比較増幅器1の出力は変化しない。すなわち
、抵抗11に流れる電流値は変化しないので、抵抗11
の両端間電圧は変化しない。
Therefore, if the light amount P set by the current converter 2 is
If S is equal to PL, the optical output of the semiconductor laser 3 instantly becomes equal to PL. In this case, since PoL+t:PL, the output of comparison amplifier 1 does not change. In other words, since the value of the current flowing through the resistor 11 does not change, the value of the current flowing through the resistor 11 does not change.
The voltage across it does not change.

しかしながら外乱等によりPSが変動した場合には、電
流変換器2による過不足の電流を比較増幅器1により半
導体レーザ3の順方向に流す。この電流値は、抵抗11
を流れる電流を、電流源12により設定された電流から
引いた値となる。したがって、抵抗11は半導体レーザ
3の制御電流を検出することになり、抵抗11の両端間
電圧を測定することにより、電流変換器2の変換誤差に
相当する電流値を検出することができる。
However, if the PS changes due to a disturbance or the like, the comparator amplifier 1 causes the current converter 2 to pass the excess or insufficient current in the forward direction of the semiconductor laser 3. This current value is determined by the resistor 11
is the value obtained by subtracting the current flowing through the current from the current set by the current source 12. Therefore, the resistor 11 detects the control current of the semiconductor laser 3, and by measuring the voltage across the resistor 11, a current value corresponding to the conversion error of the current converter 2 can be detected.

第3図は請求項3の発明の他の実施例を示す。FIG. 3 shows another embodiment of the invention of claim 3.

この実施例は第2図の実施例において、比較増幅器1の
出力電流を電流検出用抵抗15を介して半導体レーザ3
に供給し、電流検出用抵抗15の両端間電圧を差動増幅
器16により取り出すようにしたものである。したがっ
て、光・電気負帰還ループの制御電流が電流検出用抵抗
15により検出されて差動増幅器16を介して取り出さ
れる。
This embodiment differs from the embodiment shown in FIG.
The voltage across the current detection resistor 15 is extracted by the differential amplifier 16. Therefore, the control current of the optical/electrical negative feedback loop is detected by the current detection resistor 15 and taken out via the differential amplifier 16.

第5図は請求項4の発明の一実施例を示す。FIG. 5 shows an embodiment of the invention according to claim 4.

発光レベル指令信号は比較増幅器1及び電流変換器2に
入力され、被駆動半導体レーザ3の光出力の一部が受光
素子4によりモニターされる。比較増幅器1と半導体レ
ーザ3.受光素子4は光・電気負帰還ループを形成し、
トランジスタ17.18、電流源20及びバイアス電源
21は差動増幅器22を構成している。比較増幅器1は
受光素子4に誘起された光起電流(半導体レーザ3の光
出力に比例する)に比例する受光信号と発光レベル指令
信号とを比較してその結果により差動増幅器22を介し
て半導体レーザ3の順方向電流を受光信号と発光レベル
指令信号とが等しくなるように制御する。またトランジ
スタ23.24.電流源25及びバイアス電源26はス
イッチング回路を構成し、電流変換器2は前記受光信号
と発光レベル指令信号とが等しくなるように発光レベル
指令信号に従って予め設定された電流(半導体レーザ3
の光出力・順方向電流特性及び受光素子4と半導体レー
ザ3との結合係数、受光素子3の光入力・受光信号特性
に基づいて予め設定された電流)から、電流源25によ
り設定された電流値(オフセット電流値)だけ少ない電
流を出力する。
The light emission level command signal is input to the comparison amplifier 1 and the current converter 2, and a part of the optical output of the driven semiconductor laser 3 is monitored by the light receiving element 4. Comparison amplifier 1 and semiconductor laser 3. The light receiving element 4 forms an optical/electrical negative feedback loop,
Transistors 17 and 18, current source 20 and bias power supply 21 constitute a differential amplifier 22. The comparison amplifier 1 compares the light reception signal proportional to the photovoltaic current (proportional to the optical output of the semiconductor laser 3) induced in the light receiving element 4 with the light emission level command signal, and uses the result to output the signal via the differential amplifier 22. The forward current of the semiconductor laser 3 is controlled so that the light reception signal and the light emission level command signal are equal. Also transistors 23, 24. The current source 25 and the bias power supply 26 constitute a switching circuit, and the current converter 2 converts a preset current (semiconductor laser 3
The current is set by the current source 25 based on the optical output and forward current characteristics of , the coupling coefficient between the light receiving element 4 and the semiconductor laser 3, and the light input and light receiving signal characteristics of the light receiving element 3. Outputs a current that is smaller by the value (offset current value).

トランジスタ23のベースには半導体レーザ3を発光さ
せるタイミングでスイッチング信号が入力される9この
スイッチング信号が入力されていないときにはバイアス
電源26のバイアス電圧によりトランジスタ24がオン
してトランジスタ23がオフし、電流源25からの電流
が半導体レーザ3に供給されなくて半導体レーザ3が発
光しない。スイッチング信号がトランジスタ23のベー
スに入力されると、トランジスタ23がオンしてトラン
ジスタ24がオフし、電流源25からの電流が半導体レ
ーザ3に供給されなくて半導体レーザ3が発光する。こ
の場合半導体レーザ3はスイッチング回路による駆動電
流と、電流変換器2の出力電流と、光・電気負帰還ルー
プの制御電流との和の電流により制御される。
A switching signal is input to the base of the transistor 23 at the timing to cause the semiconductor laser 3 to emit light.9 When this switching signal is not input, the bias voltage of the bias power supply 26 turns on the transistor 24 and turns off the transistor 23, causing the current to change. No current from the source 25 is supplied to the semiconductor laser 3, so the semiconductor laser 3 does not emit light. When the switching signal is input to the base of the transistor 23, the transistor 23 is turned on and the transistor 24 is turned off, and the current from the current source 25 is not supplied to the semiconductor laser 3, so that the semiconductor laser 3 emits light. In this case, the semiconductor laser 3 is controlled by the sum of the drive current from the switching circuit, the output current of the current converter 2, and the control current of the optical/electrical negative feedback loop.

ここで、前記光・電気負帰還ループの開ループでの交叉
周波数をfoとし、DCゲインを10000とした場合
、半導体レーザ3の光出力P outのステツブ応答特
性は次のように近似できる。
Here, when the cross frequency in the open loop of the optical/electrical negative feedback loop is fo and the DC gain is 10,000, the step response characteristic of the optical output P out of the semiconductor laser 3 can be approximated as follows.

Pout= PL+(PS −PL)exp(−2tc
 f 、 t )PL:t=ωにおける光出力 PS:電流変換器2の出力電流とスイッチング回路の駆
動電流との和の電流により設定された光量 光・電気負帰還ループの開ループでのDCゲインを1o
oooとしているので、設定誤差の許容範囲を0.1%
以下とした場合には、PLは設定した光量に等しいと考
えられる。
Pout=PL+(PS-PL)exp(-2tc
f, t) PL: Optical output at t=ω PS: Light amount set by the sum of the output current of the current converter 2 and the driving current of the switching circuit DC gain in the open loop of the optical/electrical negative feedback loop 1 o
ooo, so the allowable range of setting error is 0.1%.
In the following cases, PL is considered to be equal to the set light amount.

したがって、仮に電流変換器2により設定された光量P
SがPLに等しければ、半導体レーザ3の光出力が瞬時
にPLに等しくなり、この場合にはPout=PLであ
るので、比較増幅器1の出力は変化しない。すなわち、
抵抗19に流れる電流値は変化しないので、抵抗19の
両端間電圧は変化しない。
Therefore, if the light amount P set by the current converter 2 is
If S is equal to PL, the optical output of the semiconductor laser 3 instantly becomes equal to PL, and in this case, since Pout=PL, the output of the comparator amplifier 1 does not change. That is,
Since the value of the current flowing through the resistor 19 does not change, the voltage across the resistor 19 does not change.

しかしながら外乱等によりPSが変動した場合には、電
流変換器2による過不足の電流を比較増幅器1により半
導体レーザ3の順方向に流す。この電流値は、抵抗19
を流れる電流を、電流源20により設定された電流から
引いた値となる。したがって、抵抗19は半導体レーザ
3の制御電流を検出することになり、抵抗19の両端間
電圧を測定することにより、電流変換器2の変換誤差に
相当する電流値を検出することができる。またスイッチ
ング回路による駆動電流値まではスイッチング回路動作
が高速に行われるので、電流変換器2の立上り速度に依
存しないで高速に立ち上がる。さらに、−船釣に半導体
レーザの光出力・電流特性は第6図に示すようにしきい
値電流までは半導体レーザが発振しないので、オフセッ
ト電流による消光比の劣化はほとんど発生しない。
However, if the PS changes due to a disturbance or the like, the comparator amplifier 1 causes the current converter 2 to pass the excess or insufficient current in the forward direction of the semiconductor laser 3. This current value is determined by the resistor 19
It is the value obtained by subtracting the current flowing through the current from the current set by the current source 20. Therefore, the resistor 19 detects the control current of the semiconductor laser 3, and by measuring the voltage across the resistor 19, a current value corresponding to the conversion error of the current converter 2 can be detected. Further, since the switching circuit operates at high speed until the driving current value is reached by the switching circuit, the current converter 2 rises quickly without depending on the rise speed of the current converter 2. Furthermore, as shown in FIG. 6, the optical output and current characteristics of a semiconductor laser for boat fishing do not oscillate until the threshold current is reached, so there is almost no deterioration of the extinction ratio due to offset current.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように請求項1の発明によれば被駆動半導体レー
ザの光出力を受光部により検知してこの受光部から得ら
れる前記半導体レーザの光出力に比例した受光信号と発
光レベル指令信号とが等しくなるように前記半導体レー
ザの順方向電流を制御する光・電気負帰還ループと、前
記受光信号と前記発光レベル指令信号とが等しくなるよ
うに前起生導体レーザの光出力・順方向電流特性及び前
記受光部と前記半導体レーザとの結合係数、前記受光部
の光入力・受光信号特性に基づいて前記発光レベル指令
信号を前記半導体レーザの順方向電流に変換する変換手
段とを有し、前記光・電気負帰還ループの制御電流と前
記変換手段により生成された電流との和または差の電流
によって前記半導体レーザを制御するので、高速、高精
度、高分解能な半導体レーザ制御装置を*現できる。
As described above, according to the invention of claim 1, the light output of the driven semiconductor laser is detected by the light receiving section, and the light receiving signal proportional to the light output of the semiconductor laser obtained from the light receiving section and the light emission level command signal are generated. an optical/electrical negative feedback loop that controls the forward current of the semiconductor laser so that they are equal; and an optical/electrical negative feedback loop that controls the forward current of the semiconductor laser so that the light receiving signal and the light emission level command signal are equal; and a conversion means for converting the light emission level command signal into a forward current of the semiconductor laser based on a coupling coefficient between the light receiving section and the semiconductor laser, and a light input/light receiving signal characteristic of the light receiving section, Since the semiconductor laser is controlled by the current that is the sum or difference between the control current of the optical/electrical negative feedback loop and the current generated by the conversion means, a high-speed, high-accuracy, and high-resolution semiconductor laser control device can be realized. .

また請求項2の発明によれば請求項1記載の半導体レー
ザ制御装置において、スイッチング信号によりオフセッ
ト電流をオン・オフする回路を備え、前記和または差の
電流に前記オフセット電流を加算した電流によって半導
体レーザを制御するので、半導体レーザを発光していな
い状態から発光させる場合でも半導体レーザの光出力を
高速に所定光量とすることができる。
According to a second aspect of the invention, the semiconductor laser control device according to the first aspect includes a circuit that turns on and off an offset current using a switching signal, and a current obtained by adding the offset current to the sum or difference current causes the semiconductor laser to control the semiconductor laser. Since the laser is controlled, even when the semiconductor laser is made to emit light from a non-emitting state, the optical output of the semiconductor laser can be made to a predetermined light amount at high speed.

請求項3の発明によれば請求項1記載の半導体レーザ制
御装置において、前記光・電気負帰還ループの制御電流
を検出することにより前記変換手段の変換誤差を検出す
る検出手段を備えたので、変換手段が最適かどうかを知
ることができ、これにより変換手段を最適になるように
設定することができる。
According to a third aspect of the invention, the semiconductor laser control device according to the first aspect includes a detection means for detecting a conversion error of the conversion means by detecting a control current of the optical/electrical negative feedback loop. It is possible to know whether the conversion means is optimal, and from this it is possible to set the conversion means to be optimal.

さらに請求項3の発明によれば請求項3記載の半導体レ
ーザ制御装置において、スイッチング信号によりオフセ
ット電流をオン・オフする回路を備え、前記和または差
の電流に前記オフセット電流を加算した電流によって半
導体レーザを制御するので、変換手□段が最適かどうか
を知ることができて変換手段を最適になるように設定す
ることができ、かつ高速に半導゛体し−ザの光出力をオ
ン・オフさせることができる。
Furthermore, according to a third aspect of the invention, the semiconductor laser control device according to the third aspect includes a circuit for turning on and off an offset current using a switching signal, and a current obtained by adding the offset current to the sum or difference current is used to control the semiconductor laser. Since the laser is controlled, it is possible to know whether the conversion means is optimal and to set the conversion means optimally, and also to quickly convert the semiconductor and turn on the optical output of the laser. It can be turned off.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は請求項1の発明の一実施例を示すブロック図、
第2図及び第3図は請求項3の発明の各実施例を示すブ
ロック図、第4図は請求項2の発明の一実施例を示すブ
ロック図、第5図は請求項4の発明の一実施例を示すブ
ロック図、第6図は半導体レーザの光出力・電流特性を
示す特性図である。 1・・・電流変換器、2・・・比較増幅器、3・・・半
導体レーザ、4・・・受光素子、5〜8・・・スイッチ
グ回路、11・・・電流検出用抵抗、14・・・差動増
幅器、15・・・電流検出用抵抗、16・・・差動増幅
器、19・・・電流検出用抵抗、22・・・差動増幅器
、23〜26・・・スイッチグ回路・
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the invention of claim 1;
2 and 3 are block diagrams showing each embodiment of the invention of claim 3, FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of the invention of claim 2, and FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of the invention of claim 4. FIG. 6 is a block diagram showing one embodiment, and is a characteristic diagram showing the optical output/current characteristics of the semiconductor laser. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Current converter, 2... Comparison amplifier, 3... Semiconductor laser, 4... Light receiving element, 5-8... Switching circuit, 11... Resistor for current detection, 14...・Differential amplifier, 15...Resistor for current detection, 16...Differential amplifier, 19...Resistor for current detection, 22...Differential amplifier, 23-26...Switching circuit・

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、被駆動半導体レーザの光出力を受光部により検知し
てこの受光部から得られる前記半導体レーザの光出力に
比例した受光信号と発光レベル指令信号とが等しくなる
ように前記半導体レーザの順方向電流を制御する光・電
気負帰還ループと、前記受光信号と前記発光レベル指令
信号とが等しくなるように前記半導体レーザの光出力・
順方向電流特性及び前記受光部と前記半導体レーザとの
結合係数、前記受光部の光入力・受光信号特性に基づい
て前記発光レベル指令信号を前記半導体レーザの順方向
電流に変換する変換手段とを有し、前記光・電気負帰還
ループの制御電流と前記変換手段により生成された電流
との和または差の電流によって前記半導体レーザを制御
することを特徴とする半導体レーザ制御装置。 2、請求項1記載の半導体レーザ制御装置において、ス
イッチング信号によりオフセット電流をオン・オフする
回路を備え、前記和または差の電流に前記オフセット電
流を加算した電流によって前記半導体レーザを制御する
ことを特徴とする半導体レーザ制御装置。 3、請求項1記載の半導体レーザ制御装置において、前
記光・電気負帰還ループの制御電流を検出することによ
り前記変換手段の変換誤差を検出する検出手段を備えた
ことを特徴とする半導体レーザ制御装置。 4、請求項3記載の半導体レーザ制御装置において、ス
イッチング信号によりオフセット電流をオン・オフする
回路を備え、前記和または差の電流に前記オフセット電
流を加算した電流によって前記半導体レーザを制御する
ことを特徴とする半導体レーザ制御装置。
[Claims] 1. The light output of the driven semiconductor laser is detected by a light receiving section so that the light receiving signal proportional to the light output of the semiconductor laser obtained from the light receiving section is equal to the light emission level command signal. An optical/electrical negative feedback loop that controls the forward current of the semiconductor laser, and an optical/electrical negative feedback loop that controls the optical output of the semiconductor laser so that the light reception signal and the emission level command signal are equal to each other.
a conversion means for converting the light emission level command signal into a forward current of the semiconductor laser based on forward current characteristics, a coupling coefficient between the light receiving section and the semiconductor laser, and light input/light receiving signal characteristics of the light receiving section; A semiconductor laser control device comprising: a control current for the optical/electrical negative feedback loop and a current generated by the converting means; 2. The semiconductor laser control device according to claim 1, further comprising a circuit for turning on and off an offset current using a switching signal, and controlling the semiconductor laser by a current obtained by adding the offset current to the sum or difference current. Features of semiconductor laser control device. 3. The semiconductor laser control device according to claim 1, further comprising a detection means for detecting a conversion error of the conversion means by detecting a control current of the optical/electrical negative feedback loop. Device. 4. The semiconductor laser control device according to claim 3, further comprising a circuit for turning on and off an offset current using a switching signal, and controlling the semiconductor laser by a current obtained by adding the offset current to the sum or difference current. Features of semiconductor laser control device.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS63102545A (en) * 1986-10-20 1988-05-07 Fuji Photo Film Co Ltd Laser recording device

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