JPH0317839A - 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】 （圧業１の利川分野） 本発明は尤鯨としての゛ｌ′．”９　Ｋレーザの尤出力
を，変調し情Ｎ．；Ｌ！録＋ｌｊ　’Ｌ装１ｎなトニオ
Ｇｔ　ル．ｘ　１４　．ｈ人あるいは＋ｌｉ　ｌトにま
たｌ：ｌ　ｔｕｆｆ　’ｔｉｌｌ　ｉｌｌｉ　Ｌｉ　’
Ａ　：Ｉｔ　ニｊａ　ｉｔ　７．．１仏送に対心させろ
ようにした゛ｌｕＡ９体レーザ駆動ｈｒ去に１父「４゛
るものである． （従米の伎術》 従宋，光ビデオディスク１，（どから，光学的に情報を
再生する情報再生装置においては，半専体レーザを光源
として用いるｌｉ，光ディスクからの戻り光によって．
゛Ｆ導体レーザの出力光に戻り光１．：よって誘起され
るノイズが東り，情報ＩＩｉ生に支障があった．また、
光通ず３などの枝術分升においても、尤学部品，例えば
光ファイバーの端からの反Ｉ１４光が半導体レーザに戻
り，その戻り光によってノイズが誘起される問題があっ
た． このようなノイズ発生に対する対策としては，従宋から
，特公昭５９−９０１１６号公報にも開示されているよ
うに，半導体レーザが多虫縦モード発娠するように直流
ｌｉ流バイアスに一定の高周波京成を重畳してノイズを
低減することが提唱されている．重に、特開昭６２−　
１９０８８８号公報では高周波電澁の９￥振部をリング
オツシレー夕として，増幅部、半導体レーザなどをモノ
リシックに作成することも提唱されている． （Ｑ明が解決しようとする課題） 確かに、特公昭５９　−　９０８６号公報に示されるよ
うに．高周波電流が半導体レーザの発賑しきい値を深く
きるように，上記高周波電流振幅を設定し，高周波によ
る変調度を大きくシ，レーザをパルス発光させた時には
十分なノイズ低減効果がある． しかし，前記のような特公昭５９−　９０８６号および
特開昭６２−　１９０８８８号公報所載の方式では、一
定の高周波が供給されるので，周囲ｒｇ度の変化により
高周波の周波数，振幅が変動した時，十分なノイズ低減
効果が得られなくなる．そこで、特開昭６１−　１０４
：１４２号公報所載のように，高周波の光パルスをモニ
タして，高周波発振回路における周波教，振幅を安定化
させることが提案されている．しかしながら、ｔ述の先
行技術では、いつれもレーザディスクプレーヤなど、専
ら光学的情報を百Ｉｔする装置を対象としており、再生
のみであれば、レーザの平均出力が低く一定でよいから
．高周波は一定でよいが、これがＩＲ報の記録．消去６
行なう尤メモリや光通信の分デチでは次のような問題が
ある．すなわち，このように記録、消去伝這を行なう場
合には．レーザの出力光の変調時の清去比が大きいこと
が要求されるために高レベルの光パワーが必譬である．
ところが，前述の先行例では，レーザのバイアス値がほ
ぼ一定であり，しかも，低くてよい場合であるから，雑
音の低減に必要な高周波の変調度を得るための高周波電
流の娠幅は小さくてよいがその振幅では、高い光出力を
得るための高バイアス時には必要とする変調度が｛１＃
られす，ノイズ低減効果が不十分となる．そこで，逆に
、高出力時に合わせた大きな高周波電流の振幅で、常時
、高周波パルスの発光を行なうようにすると，低いバイ
アスで使用される再生時には、」二記高周波電流の振幅
の谷側ビークが半導体レーザを逆方向に駆動し，レーザ
の逆方向特性の最大定格を越え、レーザを劣化させると
いう問題を生起する． このような事情から，実際には，特開昭６２＝１１９７
４３号公報所截のように，低出力で駆動されるｉＱ生の
場合のみ，高周波をバイアスに東畳していて、高出力を
駆動される記録及び清去の場合には高周波を加えず、情
報の応じて変調した電流及び一定の直流’１９１　ＩＮ
のみで半導体レーザを励起していろ．このため、高いバ
イアスを加える．？［！ｔｉや消去峙の半導体レーザに
おける信号対雑ａ比ｆｓ／Ｎｌは充分ではない． （発明の目的） 本発明はヒ記１情にちとづいてなされたちので、光出力
の変調をともなうところの、情報の記録、消去，伝迭な
どを行なう場合においても、それぞれの？１２数の励起
レベルに応じて，半導体レーザへの戻り光による誘起ノ
イズ，モードホッピングノイズなどを十分に低減するこ
とができ，安定で信軸件の高い半導体レーザ駆動方法を
提供しようとするものである． （３題を解決するための手段） このため，本発明では、光源としての半導体レーザの光
出力を、情報に応じ変調すると共に，該“Ｅ４体レーザ
のしきい値をきるように、上記情報による変調周波数よ
り十分に高い周波数で交流駆動するようにした半導体レ
ーザ駆動方法において，詫ｆ＋１ｆＭによる光出力の変
調を．該交流振幅の変調、またはこの振幅の変調とバイ
アスの変調とｏ）ＩＩ　ｎせによって行なうようにして
いる．（作用） したがって，情報の再生時と．記録，消去時との間で及
び変調におけるＦＭ数レベルの間で高周波の振幅をかえ
ることにより、高いＳ／Ｎ比を実現することが出来、し
かも，半導体レーザ側に障害を与えることがないなどの
機能が発揮される．（実旅例） 以下，本発明の一実庵例を第１図および第２図を埜明し
て具体的に説明する．図において，符号ｌは光源として
の半導体レーザであり、その後方にはモニタ用フォトダ
イオード２が配設されていで、上記半導体レーザｌの後
方出力をモニタしている．処理回路４には、入力端子３
が接続してあって，ここには、情報に応じたレベルで変
調された変調信号が人力される．上記処理回路４からの
出力信号はアンブ５、高周ｍ電圧源９，比較器８へと出
力される．上記アンブ５の出力はインダクタンス回路（
図示せず）を介して半導体レーザ１に印加され，また、
高周波電圧源９の出力はカップリングコンデンサ（図示
せず）を介して上記半導体レーザ１に印加される．上記
モニタ用フォトダイオード２の出力１１１　ｊＡはロー
バスフィルタ６を介して、高周波成分を遮断した後、電
漬電圧変換器７を介して比較器８に供給され、処理回路
４からの信号と比較される．その結果の出力信号は処理
回路４に与えられ、また、アンブ５に与えられて、モニ
ターフォトダイオード２、ローパスフィルタ７、比較器
８，アンプ５などで横成されるフィードバック系により
レーザの出力を安定化，いわゆる才一トバワーコントロ
ールを達成させる． このような横成では，与えられた変調イε号から、処理
回路４は，例えば、再生時には半４体レーザｌの平均出
力を、再生用光パワーＰ．にするための直流の信号電圧
を比較器８、アンブ５、高周波電圧ＴＭ９に与える．こ
れによって，前述の？ートバワーコントロールにより、
所定の平均光出力を得ると共に，高周波電圧源９からの
高周波？ｌＨｆの振幅を丙生用の小娠幅とする．具体的
には　，：’：ｉ周波電圧源９の増幅部の定数をアナロ
グスイッチなどを使い、処理回路４からの信号電圧によ
って切換える方式が取られればよい．その結果，従来の
方式と回路、通常の低い励起レベルである両生用光バワ
ーＰｌｌで半導体レーザ１が安定して発光し、かつノイ
ズが低減される．次に、情報の記録など、平導体レーザ
ｌの先出力が情輯に応じて変調される場合につき、説明
する．例えば２ＩＩＩ′！情報（“１”および“０”）
の記録の晴には，ｒＡ子３より矩形波状の信号が処理回
路４に人力される．上記処理回路４では波Ｊｆ■ｆｆ形
を行い，記録の高出力パワーＰ，と，低出力パワーＰ．
（これは再生時の光バワーＰ。に担当することが多い）
とが“ｌ”，”０“の情報に対応するように，半導体レ
ーザｌの光出力を矩形波状に変調する．具体的には、処
理回路４からの変調信号により，高周波電圧源９の出力
が変調されこのようすを示したのが第２図のグラフであ
る．ここでは．半専体レーザｌに注入された電流波形と
，それに対応する光出力波形が示されている． 一般に、半導体レーザの電流〜出力特性は，しきい値を
持つため，非線形となり，一定バイアス電漬が低く、重
畳する交流電流の振幅が大きくしきい値を切る場合、光
出力波形ｌ２はパルス状に々る．しかし，その情報によ
る変調周波数帯域での時間平均の光出力ｌ３は．ｆ４流
の娠輻変調ｌＯに対応したものとなる． この場合オートバワーコントロールの比較器８にはバワ
ーｐ．．ｐ．に対応した基＄電圧が上記変．Ｊｉ１信号
に対応して人力されていて，それぞれのパワーに安定化
される．なお、記録時のオートバワーコントロールはこ
れ以外にも、当業δによって公知である方式が株用可能
であるが，本発明ではそれらに依らず，実旅可能である
．したがって．更なる説明は省略する． 高ＨＬ８力Ｐ　ｗを確保するのに必聾な本流振幅は太き
ｋらのとｔぶるが、次に示すような′［導（本レーザの
特性をｆｉｌ用することで、小さな電力で６実現Ｉｌｌ
能となる．すなわち．第３［Ａｉａｌ　およびｉｂｌ　
に示されるように，′ト４体レーザの舶ノｊＦリの，１
！流〜電『Ｅ特性および電流〜実勅は抗の関係が知られ
ている． ′［導体レーザは現在ダブルへテロのＩ）。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，当業者にとって良く知られている”ＩＥＥＥ　Ｊｏ
ｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｑｕａｎｔｕｍ　ｅｌｅｃｔｒｒ＋
ｎｉｃｓ−のｌ９７６年のＱε−１２巻、１０月号，６
３３〜６３９百に示されるように， ・・・　（１） で表わされる． ここで．Ｖ，Ｉは各レーザの端子間電圧および電流，Ｉ
３は接合の飽和電流，ηは接合の特性パラメータ、ｋは
ボルツマン定数、Ｔは絶対編度ｑは単電荷、Ｒは等価直
列抵抗、Ｒ　ａｈはシャント抵抗（活性層以外の，例え
ば電流ブロック層の抵抗でＩＯ４〜１０９Ωと大きい）
である．しかして、（１１式は． と近似できる．この［−Ｖ特性を表わしたのが第３図ｆ
ａｌの曲線ｌ４である．また（２）式より傾きを求める
と、 となり、これは実効的な抵抗を表わし，第３図ｌｂ＋　
の曲＃ａ１９である． 以上のことから明らかなように、半導体レーザへの注入
１４流が小さい時には．抵抗が大きく　（具体的にはＩ
ｓ＾で百数拾Ω、ｌＯｍＡで拾数Ω）、半導体レーザが
発賑している注入電流領域では抵抗が低く、ほとんど飽
和している（２〜４Ω程度）．シたがって，第２図に示
したように．同じバイアスｌｆｉｌ１で６、交流振幅ｌ
Ｏの山側では，抵抗が可成り小さいので、必要電力は小
さくて済む．なお，第ｌＩｌ２Ｉにおいて高周波電圧源
９による変調として示されているのは，この理由による
のである．正弦波の電圧１５．１６で駆動した場合，厳
密には電流波形１７．１８は歪んだものとなり，谷側の
娠輻が小さく，山例の振幅が大きくなる．従って，実際
には、第２図の波形とは多少異なるが，それらの点を考
慮して、目的の平均出力Ｐ　，．　Ｐ．を得るたの電圧
波形を決定すればよ（７）＋ 第４図に他の実廊例の場合を示す．ここでは、情報によ
る変調を，高周波電流の振幅２０の変調と．バイアス２
ｌの変調との組合わせて行っている．これは，第一の実
施例の回路構成おいて，処理回路４から．情報による変
調に対応したバイアス値の変化を比較器８に送り，アン
ブ５を通して半導体レーザｌにバイアス″：ｌｉ流を加
えることで実現できる． このような構成することにより，第３図で説明したよう
に，高出力時の高バイアスにより半導体レーザの素子抵
抗が更に下り、高出力時の高周波２流の振幅２０を、大
幅に低減することができる．従って，印加する高周ｅｔ
Ｍ圧娠幅ｌ６を低減することが可能となり，高周波電力
源９の消費電力、同路規模などを小さくでき，これにと
もなう不用電磁場の漏れによる障害（不用輻射雑音）の
低減もはかれることになる． このように高周波″Ｉ４流の振幅変調のみで情報による
変調を行なうか，これにバイアス変調も組合わせるかは
応用システムと、これに使用する半導体レーザの特性か
ら決めるのが基本である．たとえば高出力が求められる
場合には．１１ｔＭが基本的に百利であるが，半導体レ
ーザの外部微分置子効果（第２図の電流〜光出力特性の
傾き）が十分に高ければ，前者が適用可能となる． 次に、本発明の横成により、新規な才一トパワーコント
ロールが可能になることについて説明する．第ｌ図の横
成において，ローパスフィルター６を通った信号は、情
報の変調帯域以下に平均化されて（第２図の出力波形＋
３．第４図の出力波形２３），高周波成分は失われてい
るが、比較２３８により，塙準からの誤差が処理回路４
に送られることになる．上記処理回路４では、半導体レ
ーザ１の電流〜光出力特性．変調特性の編度係数と、比
較器８からの信号とを演算して、最適な指示を，比較２
３８、アンブ５、高周波電圧源９に送ることになる．再
生時に平均出力が出力ＰＩＩから下った場合には，優先
的に高周波電圧の振幅を上げ，それが決められた範囲（
例えば，ピークの下限はレーザの逆方向定格、上限はＰ
Ｉｌ相当の電圧）になったなら，次にバイアスを上げる
（振幅が上限の場合は，Ｗｉ幅を下げる）． 逆に，再生時の出力が上った時には、バイアスを下げ、
次に娠輻を下げる．このようにすることで、ノイズ低減
に十分な変調度を確保できる．記録時のＰ．．Ｒ．に関
しても，同様にしてオートパワーコントロールが可能で
ある．また．第４図の場合のように，振幅とバイアスと
を変調する場合，Ｐ５とＰｗの時の変化から，光量変動
のうち，賑幅による変動分とバイアスによる変動分の内
訳がわかるから，それらを独立して最適化できる効果が
大きい．このような才一トパワーコントロールは．本発
明の目的である低ノイズの達成のためには有用であり、
従来のように、バイアス値のみでオートバワーコントロ
ールを行う場合の低変調度にともなうノイズ低減効果の
低下について解決することができる． ｔｌ４５図には本発明の他の実廊例が示されている．こ
こでは、半導体レーザ２４とモニタ用フォトダイオード
部２５とがモノリシックに作られており、ｎ型電極３０
は共通であるが，半導体レーザ２４のＰ型電極は３つの
注入領域２７，２８．２９に分割され，活性層２６から
レーザ光が射出する．ここで、注入領域２７と２９とは
高周波電圧専用，注入ｗ４域２８はバイアス専用である
．従って、第Ｉ図において．高周波電圧ａ９，アンブ５
はそれぞれ独立に、半導体レーザの注入領域に接続され
る．このような構成では、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済み、ｌｉ
！ｉ費電力が少なくなり，しかも、不要輻射雑音が小さ
くできる：ｉｈｓが得られる．更に注入領ｔｄ２７．２
９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，パルス発光が補い合い、実効的に連続発光に
近くなる．したがって，高出力にも対応可能となる． なお．上記実施例において，半導体レーザの出力を内蔵
のフォト・ダイオード２でモニタしているが，レーザ両
端面の反ｑ｛率の非対称や，戻り光に基く前後出力の非
対称がある場合、実際の前ｈ出力の一部を検出するとい
う方式も本発明において探用できる． また，第５図の実８ｆｉ例では、半導体レーザとフォト
ダイ才一ドとを集積化しているが，回路ブロックの一部
または全部（第ｌ図参照）を１つの半導体基板上にモノ
リシックに集積することも可能で、また，ハイブリッド
に集積化することでち小型化を有利にする．更に、実施
例では，１つの半導体レーザについて説明したが，アレ
イ・レーザのように多数のレーザ要素を集積化した場合
のノイズ低減を実現してちよい． なお、実施例では，高周波電圧として．正弦波を印加し
た場合につき、説明しているが，勿論，本発明はこれに
限定されるものではなく，例えば矩形波であってもよい
．また，周波数，位相、振幅がノイズ低減効果を損なわ
ない範囲で変調された高周波電圧であってもよい． また，ここでは情報の記録，再生装置への応用について
述べているが．もちろん，これに限定されるものではな
く，消去や，光通信、光計閘の分野において６使用可能
なレーザ駆動方法として楳用できる． （発明の効果） 本発明は，以上詳述したようになり，半導体レーザに注
入する高周波電流の振幅を，バイアス電流とは独立して
制御しているので、半導体レーザの電流〜出力特性を考
慮し，所望の光出力を得るために高周波電流の振幅ある
いはこれと電流バイアスを変調することにより，複数の
光出力レベルが得られ、これに対応した低ノイズが実現
され，また，各レベルでの出力の安定化が同時に実現で
き、安定で信頼性の高い半導体レーザ駆動方法が提供で
きる．

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　光源としての半導体レーザの光出力を、情報に応じ変
   調すると共に該半導体レーザのしきい値をきるように、
   上記情報による変調周波数より十分に高い周波数で交流
   駆動するようにした半導体レーザ駆動装置において、該
   情報による光出力の変調を、該交流駆動の振幅の変調、
   またはこの振幅の変調とバイアスの変調との組合せによ
   って行なうようにしたことを特徴とする半導体レーザ駆
   動方法。