JPH0316191A - 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 本発明は、高解像度レーザプリンタ等における光書込み
系光源、さらには光通信用光源として用いられる半導体
レーザ駆動方法に関する。

従来の技術 一般に、半導体レーザの駆動電流一光出カ特性（Ｉ−Ｌ
特性）を考えた場合、ある発振しきい値電流Ｉｔｈを境
に特性が急激に変化し、駆動電流がＩｔｈ以上でレーザ
発振領域となり、Ｉｔｈ以下の領域はＬＥＤ特性を示す
非線形部となる。よって、半導体レーザを光書込み系光
源に用いる場合、電流１ｔｈ相当のバイアス電流に画情
報に応じた変調電流を重畳して駆動することになる。そ
して、その光出力をアナログ変調する場合には、Ｉｔｈ
以上のレーザ発振領域のみを変調域として、階調性を確
保している。

このような半導体レーザを用いた場合に、高印字品質等
を確保するためには、半導体レーザの光出力が安定して
いることが必要とされる。そこで、従来から種々の半導
体レーザ出力安定化方法が提案されている。

例えば、特開昭６　３−９　６　９　７　９号公報に示
されるように、半導体レーザの温度変化によるＩ一Ｌ特
性の変化に対し、変調電流を一定とした状態でバイアス
電流を変化させて光出力のピーク値を一定に制御するも
のがある。また、同公報中に示されるように、逆に、バ
イアス電流を一定とした状態で、変調電流を可変制御す
ることにより、半導体レーザの光出力を安定させるもの
がある。

発明が解決しようとする課題 ここに、温度変化があった場合のＩ−Ｌ特性を考えると
、上記公報中にも示されるように、温度上昇に伴い、Ｉ
ｔｈの値も上昇変動する。また、発振領域についての傾
き（発光微分量子効率η）は、上記公報中では一定と想
定しているが、実際的には一定ではなく、温度上昇に伴
い緩やかになる傾向にある。

よって、前者のバイアス電流可変のみの駆動制御方式に
よると、温度変化によるηの変動に対応できず、ピーク
値が必ずしも一定とはならない。

また、後者の変調電流可変のみの駆動制御方式によると
、温度が上昇した時には、Ｉｔｈが上昇することにより
レーザ発振に至るまでの電荷の蓄積に時間がかかる。こ
の結果、高速変調には不向きとなり、レーザプリンタ等
には不適なものとなる。

さらに、このような温度上昇に伴うＩｔｈ及びηの変動
により、アナログ変調に際してＩ−Ｌ特性の非線形部も
変調域になってしまうことがあり、階調性が保障できな
くなることもある。つまり、温度変化に対する光出力変
動の抑制が不十分なものである。

課題を解決するための手段 バイアス電流に変調電流を重畳した駆動電流により半導
体レーザを駆動させる半導体レーザ駆動方法において、
前記バイアス電流と前記変調電流とを前記半導体レーザ
の駆動電流一光出力特性の温度変化による変動特性に基
づき予め設定された割合で各々可変させるバイアス電流
可変手段と変調電流可変手段とを設け、モニタ手段によ
り前記半導体レーザの光出力を定期的にモニタし、この
光出力が所定値から変動した時に前記バイアス電流可変
手段と前記変調電流可変手段とを各々制御してバイアス
電流と変調電流とを可変させ半導体レーザの光出力のピ
ーク値を一定とさせるようにした。

より実際的な制御としては、バイアス電流に変調電流を
重畳した駆動電流により半導体レーザを駆動させる半導
体レーザ駆動方法において、前記バイアス電流と前記変
調電流とに対する重畳電流を前記半導体レーザの駆動電
流一光出力特性の温度変化による変動特性に基づき予め
設定された割合で各々可変させるバイアス電流可変手段
と変調電流可変手段とを設け、モニタ手段により前記半
導体レーザの光出力を定期的にモニタし、前記半導体レ
ーザの光出力の所定ピーク値に対応して設定された基準
電圧に対する前記半導体レーザのモニタ光出力電圧の誤
差分に相当する電流を出力制御電流として、前記バイア
ス電流可変手段と前記変調電流可変手段とを制御しバイ
アス電流と変調電流とを可変させて半導体レーザの光出
力のピーク値を一定とさせるようにした。

作用 温度変化があった場合に、半導体レーザの光出力が変動
するが、バイアス電流と変調電流とが、半導体レーザの
駆動電流一光出力特性の温度変化による変動特性に基づ
き予め設定された割合で各々可変される。よって、その
時の半導体レーザの温度における半導体レーザの駆動電
流一光出力特性に応じた状態でその変動が抑制されて光
出力のピーク値が一定化される。これにより、半導体レ
ーザの光出力として、温度変化によらず、常に安定した
一定な光出力が得られる。また、バイアス電流の可変制
御を伴うので、常にレーザ発振領域での変調制御となり
、高速変調も可能となる。アナログ変調についても、確
実にレーザ発振領域のみが変調域とされ、その階調性を
保障し得る。

実施例 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

まず、第２図に半導体レーザのＩ−Ｌ特性を示す。前述
したように、半導体レーザはその特性として素子の温度
が上昇すると、発振しきい値電流Ｉｔｈの値が上昇し、
かつ、発光微分量子効率η＝ｍ　Ｗ　／　ｍ　Ａが低下
する。

今、ある所定の温度ｔ．時の発光強度Ｐ［ｍＷ］におけ
る半導体レーザ駆動電流Ｉ，　　［ｍＡ］は、第２図を
参照すると、 となる。同様にして、温度１，　　１，時の発光強度Ｐ
［ｍＷ］における半導体レーザ駆動電流ＩＩ，［ｍＡ］
　　は、 （ただし、ΔＩ　ｂ，（ΔＩ　ｂ，，Δｉｌ＜Δ’ｓ）
となる。よって、半導体レーザを一定発光強度Ｐに保つ
ためには、温度上昇に伴い、バイアス電流ΔＩｂ及び変
調電流Δｉを増加させる必要がある。

本実施例では、このような点に着目し、第ｌ図に示すよ
うな回路構成の下に、半導体レーザｌを安定駆動させる
ものである。まず、電源十Ｖに接続された半導体レーザ
ｌにはバイアス用の基本定電流源２が直列に接続されて
いる。これにより、半導体レーザｌには常に基本バイア
ス電流ｉｂ′が流れる。また、画情報に応じた変調信号
Ｓ　ｌ　ｌＳ．により各々交互にオン・オフするトラン
ジスタＴ　ｒ，，　Ｔ　ｒ，の変調用差動対３が設けら
れ、その一方のトランジスタＴｒ，に直列に半導体レー
ザ１が接続されている。この変調用差動対３には変調用
の基本定電流源４が直列に接続されている。

これにより、信号Ｓ．によってトランジスタＴｒ，がオ
ンした時には、半導体レーザ１には、バイアス電流に変
調電流を重畳した駆動電流、即ち、Ｉｂ＋ｒｐなる電流
が流れる。

ここに、必要とする一定な光出力Ｐを得るための、ある
基本となる温度ｔ．におけるバイアス電流Ｉｂ，、変調
電流Ｉｐ．に対し、基本定電流源２，４の各々の電流ｉ
ｂ’　，　　ｉｐ’は、ｉｂ’　≦Ｉｂ，，ｉ　ｐＪ　
≦Ｉｐ．に設定されている。

このような駆動により発光する半導体レーザ１の光出力
の強度は、モニタ手段としてのフォトダイオード５によ
り定期的にモニタされる。即ち、半導体レーザｌの光出
力に応じた光起電流がフォトダイオード５より生じ、２
段の演算増幅器６，７により光出力電圧に相当する正電
圧Ｖｏに変換される。

ここに、半導体レーザ１の発光並びに環境温度変化によ
り、半導体レーザ１の温度が上昇すると、第２図の特性
からも判るように、半導体レーザ１の光出力が低下し、
これに対応して正電圧Ｖｏも低下する。

しかして、本実施例ではこのような正電圧Ｖｏの基準値
に対する誤差分を検出して電流を可変させる２つの差動
対８，９が、各々の定電流源１０．１１とともに設けら
れている。まず、差動対８及び定電流源１０はバイアス
電流可変手段１２をなすものであり、トランジスタＴ　
，　．　，　Ｔ　ｒ．の内、トランジスタＴｒ４のベー
スには正電圧Ｖｏが入力され、トランジスタＴｒ，のベ
ースに対しては基準電圧Ｖ　ｒｅｆが入力されている。

この基＊’ｍ圧Ｖｒｅｆは光出力Ｐに相当する光出力電
圧を想定して予め設定されたものである。差動対９及び
定電流源ｌ１は変調電流可変手段１３をなすものであっ
て、トランジスタＴ　ｒ，，　Ｔ　ｒ，の内、トランジ
スタＴｒ，のベースには正電圧Ｖｏが入力され、トラン
ジスタＴｒ，のベースに対しては基準電圧Ｖｒｅｆが入
力されている。この基準電圧Ｖｒｅｆも上記の如く光出
力Ｐに相当する光出力電圧を想定して予め設定されたも
のである。そして、トランジスタＴｒ，のエミッタ側は
基本定電流源２に並列に接続され、トランジスタＴｒ，
のエミッタ側は基本定電流源４に並列に接続されている
。

これにより、温度上昇に伴い正電圧ｖＯが基準電圧Ｖｒ
ｅｆより低下すると、差動対８，９において各々トラン
ジスタＴｒ．，Ｔｒ，側に流れる電流が増加する。これ
が、各々誤差分に相当する出力制御電流ｉｂ，ｉｐとし
て流れる。これらの出力制御電流ｉｂ，ｉｐの値は各々
定電流源ｔｏ，ｔｉの電流値１，，　　Ｉ，により決定
できる。一般には、第２図の特性からも判るように、発
振しきい値電流Ｉｔｈの変化のほうが、効率ηの変化よ
りも大きいので、Ｉ，）Ｉ，に設定される。つまり、半
導体レーザ１のＩ−Ｌ特性の温度変化による変動特性に
基づき予め設定された割合で、各々定電流源１０，１１
の電流値Ｉ，，　　Ｉ，が設定されている。このような
出力制御電流ｉｂ，ｉｐは、各々、定電流源２，４によ
る基本的なバイアス電流ｉｂ′　　　変調電流ｌ　ｐ／
　　に重畳される。即ち、半導体レーザ１にはｉｂ’　
＋ｉｂ＝Ｉｂ，なる可変制御されたバイアス電流が流れ
るとともに、ｉｐ’　　＋ｉｐ＝Ｉｐなる可変制御され
た変調電流が流れることになる。

このように、半導体レーザ１の光出力強度が変動した場
合、それに応じて変調電流だけでなくバイアス電流も可
変制御されるので、半導体レーザ１の温度変化に対する
光出力強度の変動が抑制される。特に、バイアス電流の
可変を伴うため、温度上昇によりＩｔｈが上昇したとし
てもバイアス電流も上昇可変されるので、レーザ発振の
ための電荷蓄積に時間がかからず、高速変調も可能とな
る。

また、このような温度上昇に伴うＩ−Ｌ特性の変動に応
じた状態での駆動制御となるため、アナログ変調に際し
てもレーザ発振領域内のみとし、階調性をも保障し得る
ものとなる。さらに、本実施例によれば、バイアス電流
、変調電流に各々重畳される出力制＃電流ｉｂ，ｉｐが
、差動対８，９と定電流源１０．１１とより構威された
電流可変手段１・２．１３なる回路により制御されて制
限されるので、過剰電流による半導体レーザ１の劣化も
防止される。

ここで、半導体レーザ発光パワーは、非印字区間におい
てサンプリング信号Ｓ．に基づきサンブルホールド回路
Ｓ／Ｈ　１　４によりモニタ（サンプリング）され、印
字区間では光出力に応じた電圧Ｖｏが次の非印字区間ま
でホールドされる。

発明の効果 本発明は、上述したように、半導体レーザの光出力が変
動した時には、バイアス電流可変手段と変調電流可変手
段とを制御し、半導体レーザの駆動電流一光出力特性の
温度変化による変動特性に基づき予め設定された割合で
バイアス電流と変調電流とを各々可変させて半導体レー
ザを駆動させるようにしたので、半導体レーザに温度変
化が生じたとしても、その温度における半導体レーザの
駆動電流一光出力特性に応じた状態でその光出力変動を
抑制して光出力のピーク値を一定化させることができ、
よって、温度変化によらず、常に安定した一定の光出力
を得ることができ、また、バイアス電流の可変制御を伴
うことにより、常にレーザ発振領域での変調制御となり
、高速変調を可能とすることができ、さらには、アナロ
グ変調についても、確実にレーザ発振領域のみを変調域
とすることができ、その階調性を保障することができる
。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は回路図
、第２図はＩ−Ｌ特性図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、バイアス電流に変調電流を重畳した駆動電流により
   半導体レーザを駆動させる半導体レーザ駆動方法におい
   て、前記バイアス電流と前記変調電流とを前記半導体レ
   ーザの駆動電流−光出力特性の温度変化による変動特性
   に基づき予め設定された割合で各々可変させるバイアス
   電流可変手段と変調電流可変手段とを設け、モニタ手段
   により前記半導体レーザの光出力を定期的にモニタし、
   この光出力が所定値から変動した時に前記バイアス電流
   可変手段と前記変調電流可変手段とを各々制御してバイ
   アス電流と変調電流とを可変させ半導体レーザの光出力
   のピーク値を一定とさせるようにしたことを特徴とする
   半導体レーザ駆動方法。 ２、バイアス電流に変調電流を重畳した駆動電流により
   半導体レーザを駆動させる半導体レーザ駆動方法におい
   て、前記バイアス電流と前記変調電流とに対する重畳電
   流を前記半導体レーザの駆動電流−光出力特性の温度変
   化による変動特性に基づき予め設定された割合で各々可
   変させるバイアス電流可変手段と変調電流可変手段とを
   設け、モニタ手段により前記半導体レーザの光出力を定
   期的にモニタし、前記半導体レーザの光出力の所定ピー
   ク値に対応して設定された基準電圧に対する前記半導体
   レーザのモニタ光出力電圧の誤差分に相当する電流を出
   力制御電流として、前記バイアス電流可変手段と前記変
   調電流可変手段とを制御しバイアス電流と変調電流とを
   可変させて半導体レーザの光出力のピーク値を一定とさ
   せるようにしたことを特徴とする半導体レーザ駆動方法
   。