JPH0360087A - 半導体レーザの駆動回路 - 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】 〔概要〕 半導体レーザの駆動回路に関し、 半導体レーザの温度に応じてバイアス電流を変化させる
ことにより、ベルチェ素子等を必要としない半導体レー
ザの駆動回路を実現し、もって、構成の簡素化を図ると
ともに、消費電力を少なくすることを目的とし、 半導体レーザのしきい電流に相当するバイアス電流と入
力信号に応じて生成された信号電流との合成電流を、半
導体レーザに供給する半導体レーザの駆動回路において
、前記半導体レーザの直近に温度検出素子を配置し、該
温度検出素子の検出信号によって前記バイアス電流を変
化させるようにｔＩ戒したことを特徴としている。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体レーザの駆動回路に関し、特に、半導
体レーザのバイアス電流を温度補償する半導体レーザの
駆動回路に関する。

一般に、半導体レーザの駆動方式は、■入力信号と１対
ｌに対応する駆動電流で駆動する方式、■所定のバイア
ス電流と入力信号に応じた電流とを加算し、この加算し
た合成電流で駆動する方式の２つに大別され、通常、応
答速度の面から■を採用するものが多い。第３図は半導
体レーザの電流−光出力特性である。すなわち、半導体
レーザは、しきい値（しきい値電流ということもある）
Ｉいを超える駆動電流（以下、Ｉｒｅ）が与えられたと
きに、いわゆる誘導放出によるレーザ光を出力する特性
を持っている。しかし、ＩＰＤがしきい値以下のときに
はごくわずかな光しか出力されず、しかもこの光はレー
ザ光ではなく自然放出光である。したがって、上記■の
方式では、ＩＰ＋１がしきい値を超える大きさとなるま
でレーザ光が出力されず、その間応答遅れが生じるから
である。

〔従来の技術〕

上記■の方式を採用する従来の半導体レーザの駆動回路
としては、例えば第４図に示すようなものがある。この
図において、１は半導体レーザで、半導体レーザ１の駆
動電流ＩＰＤ、すなわち駆動トランジスタＴ、のコレク
タ電流ＩＣ，は、ドライバー回路２の出力電流Ｄｉによ
って制御される。このＤｉは、入力信号に応じた電流ｔ
ｉｎとバイアス電流Ｉ！ｌとを加算合成したもので、■
、は半導体レーザ１のしきい値Ｉいを考慮して予め一定
値に調節されている。ところで、半導体レーザ１には、
温度の上昇に伴ってしきい値電流が増大側に変化すると
いった温度依存性がある。このため、半導体レーザの温
度が変化した場合には、■、としきい値電流とが一致し
なくなり、応答遅れが生じたり、出力レーザ光の信号品
質が低下したりすることがある。

そこで、第４図の従来のものは、半導体レーザ１にベル
チェ素子５を併設し、このベルチェ素子５のペルチェ吸
熱を利用して半導体レーザ１を冷却し温度を一定にする
ようにしている。

この構成によれば、半導体レーザ１の温度が変化しない
ので、バイアス電流Ｉｍとしきい値電流との一致を保つ
ことができ、応答遅れや信号品質の低下を避けることが
できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の半導体レーザの駆動回
路にあっては、ベルチェ素子５を用いて半導体レーザｌ
を積極的に冷却する構成であったため、バイアス電流Ｉ
、としきい値電流との一致を保つといった面では相当の
効果が認められるものの、構成の簡素化、低消費電力と
いった面で不具合があった。

すなわち、従来のものは、２種の導体（半導体）の接合
に電流Ｐｉを流したときに電流Ｐｉに比例する熱量Ｑが
吸収されるというベルチェ効果を利用するものであるが
、ベルチェ素子５を必要とする他に、Ｐｉを供給するた
めの電流源や、またＰｉを調節する例えば可変抵抗ｖ８
などを必要とし、さらにこれらに加えてｖ、Ｉやベルチ
ェ素子５の発熱を冷却するためのブロアーファンなどを
要することもある。したがって、装置構成が複雑化する
といった不具合や、またｖＲ及びベルチェ素子５で余分
な電力を消費し、消費電力が増大するといった不具合が
あった。

〔発明の目的〕

そこで、本発明は、半導体レーザの温度に応じてバイア
ス電流を変化させることにより、ベルチェ素子等を必要
としない半導体レーザの駆動回路を実現し、もって、構
成の簡素化を図るとともに、消費電力を少なくすること
を目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る半導体レーザの駆動回路は、半導体レーザ
のしきい電流に相当するバイアス電流と入力信号に応じ
て生成された信号電流との合成電流を、半導体レーザに
供給する半導体レーザの駆動回路において、前記半導体
レーザの直近に温度検出素子を配置し、該温度検出素子
の検出信号によって前記バイアス電流を変化させるよう
に構成したことを特徴としている。

（作用） 本発明では、半導体レーザに温度変化が生じると、この
変化が温度検出素子で検出され、その検出信号に応じて
当該半導体レーザのバイアス電流がコントロールされる
。

したがって、ペルチェ素子等を不要にして構成の簡素化
や低消費電力化が図られる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１．２図は本発明に係る半導体レーザの駆動回路の一
実施例を示す図である。

第１図において、１０は半導体レーザであり、半導体レ
ーザ１０の駆動電流ｉｒｏは、バイアス制御用トランジ
スタＴ、。のコレクタ電流（半導体レーザのバイアス電
流）Ｉｃ＋ｏと振幅制御用トランジスタＴ、のコレクタ
電流■。、とを加算した合成電流が与えられる。ＴＨは
温度検出素子であり、このＴＨには例えばサーミスタが
使用される。ＴＩ（は、半導体レーザ１０のきわめて直
近に設けられる。

なお、半導体レーザ１０と電気的に絶縁を保って接触し
ていてもよい。要は、半導体レーザ１０の温度を正しく
測定できるような位置にあればよい。ＴＨは、それ自身
の温度によって抵抗値が変化するものである。従って、
例えばＴＨに一定の電流を流しておき、その両端の電圧
をモニタすれば外部温度に応じて出力電圧が変化する。

すなわち、ＴＨから取り出される電圧Ｅフイは、半導体
レー−ｆ１０の温度の影響を受けて変化することになる
。

１１はＥＴＨを電圧／電流変換してバイアス制御電流１
ｍｌ□を出力する変換回路、１２は図外のディジタル回
路からのディジタル信号Ｄｉｎを脈動電流■ｐｐに変換
する変換回路である。

このような構成において、半導体レーザ１０を流れる■
、は、次式Ｃで表せる。

Ｉ　Ｐ＋＋＝　Ｉ　ｃＩａ　＋　Ｉ　ｃｚ　・”・＝■
上式■中のＩｃ＋＋　はＩ　ｐｐ、すなわちディジタル
入力信号Ｄｉｎで制御され、また■、１゜はＩｌｉ□で
制御される。そして、Ｉ　ｌ１ｉＡ！はＴＨからのＥ、
、。

すなわち半導体レーザ１０の温度に従って変化する。

ここで、半導体レーザ１０の温度が所定の温度例えば１
０度のときの半導体レーザｌＯのしきい値電流Ｉｔｈｏ
（Ａ）と、ＩＣ＋。とを一致させておけば、Ｔ０度付近
では速やかにレーザ光Ｐｏｕｔを出力して高速に動作さ
せることができる。

一方、半導体レーザ１０の温度が１０度から７１度へと
変化（例えばＴｏ＜Ｔ、）した場合を考えると、半導体
レーザ１０の温度上昇に伴ってＴＨのＥＴイが変化し、
Ｉ　１ｉＡｓの変化→Ｉｃ＋ｏ　　（バイアス電流）の
変化となって、結局、半導体レーザ１０のしきい値電流
に追随してバイアス電流を変化させることができる。

半導体レーザ１０のしきい値Ｉｔｈの温度依存性は、次
式■で表すことができる。

Ｉｔｈ　（ＴＩ　）　＝Ｉｔｈｏ　　・ｅ　ＸＰ　（Ｔ
Ｉ　／Ｔｏ　）　　（Ａ）・−・・・・■ 但し、ｒｔｈｏ：基準温度Ｔ０におけるしきい値■ｔｈ
　（ＴＩ　）　　：温度Ｔ、におけるしきい値一方、Ｔ
Ｈ（サーミスタ）の温度保存性は、次式％式％ ） 但し、Ｒｏ　：基準温度Ｔ０における抵抗値Ｒ（ＴＩ）
’温度Ｔ１における抵抗値 Ｂ：サーミスタ固有のいわゆるＢ定数 上式■の第１項および第３項は温度に対して定数として
働くから、これらの第１．３項を定数りと置くと、 ＴＨに一定電圧Ｅを印加したときにＴＨを流れる電流Ｉ
の温度変化Ｉ　　（Ｔ、　）は、１　　（Ｔ１）＝Ｖ／
Ｒ（ＴＩ　） ■ ＝　　　　・　ｅｘ　ｐ　　（’ｒ＋　　／Ｂ）＝ｈ’
　　　＋５９ｆｌ　　（’ｒ”−／Ｑ　　）　　（ｈ　
　）、、、　、＋−／？Ｖ 但し、ｈ′　：定数 となり、前■式と同様な電流式に変形できる。これらの
■式と■式から、次のことが説明できる。

すなわち、■式で表される温度依存性を有する半導体レ
ーザ１０の直近（若しくは同一の温度環境下）に、■式
で表される温度依存性を有するＴＨ（サーミスタ）を置
いた場合に、ＴＨから取り出されるＥ、＋（は、半導体
レーザ１０のしきい値■いの温度変化と同じ変化傾向を
示しく温度依存性が類似しているから）、シたがって、
ＥＴＩＩに応じて半導体レーザ１０のバイアス電流を制
御するようにすれば、ベルチェ素子のような冷却装置を
用いることなく、半導体レーザ１０の温度変化に伴うし
きい値変化を補償することができる。ちなみに、第２図
は本実施例の入・出力特性図で、Ｔ０度からＴＩ度へと
温度上昇した際のしきい値（■い。→■い、）に追随し
、バイアス電流が変化（Ａ−＋Ｂ）している様子を示し
ている。

このように、本実施例では、半導体レーザ１０の直近に
ＴＩ（（サーミスタ）を置き、このＴＨから取り出した
ＥＴＨによってバイアス電流（すなわち、ＩＣ＋。）を
制御しているので、半導体レーザｌＯの温度変化に伴っ
てしきい値が変動した場合でも、バイアス電流をしきい
値に追随変化させることができ、従来例のようにベルチ
ェ素子を用いることなく、高速動作をさせることができ
る。しかも、ベルチェ素子を要しないので、ベルチェ素
子用の電流源、可変抵抗器及びブロアーファン等を除く
ことができ、構成の簡素化および低消費電力化を図るこ
とができる。

なお、上記実施例において、半導体レーザ１０とＴｆ（
の温度依存性を一致させるには、両式■の（’ｒ＋　／
’ｒｏ　）と前弐■の（ＴＩ　／Ｂ）を一致させる必要
がある。一般に、ＴｏとＢを一致させることは困難であ
ることが多い。しかし、両式■、■の指数項は、室温付
近で、それぞれ温度に対してほぼ比例関係にあるから、
その傾きだけが異なるものとみなせる。したがって、両
式■、■の比例定数項を適当に変化させることにより、
上記傾ぎの差を吸収できるので、半導体レーザ１０とＴ
Ｈとの両温度依存性は類似していると言って差し支えな
い。

また、ＴＨに用いるものとしては、上記例示のサーミス
タに限らず、その温度特性が前■式の形で表されるもの
例えばポジスタ、トランジスタ、ツェナダイオード等を
使用してもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、半導体レーザの温度を検出し、この検
出値に基づいてバイアス電流を制御するようにしたので
、ベルチェ素子を不要にでき、構成を簡素化して、低消
費電力化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明に係る半導体レーザの駆動回路の一
実施例を示す図であり、 第１図はその構成図、 第２図はその人・出力特性図、 第３．４図は従来の半導体レーザの駆動回路を示す図で
あり、 第３図はその半導体レーザの電流−光出力特性図、 第４図はその構成図である。 １０・・・・・・半導体レーザ、 ＴＨ・・・・・・温度検出素子。 ゛…：温度検出素子 一実施例の１域図 第１図 Ｔ−ばのとをの Ｗ　（Ｔ、＜Ｔ、　） １ｔｈ。 １０目 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体レーザのしきい電流に相当するバイアス電流と入
   力信号に応じて生成された信号電流との合成電流を、半
   導体レーザに供給する半導体レーザの駆動回路において
   、 前記半導体レーザの直近に温度検出素子を配置し、該温
   度検出素子の検出信号によって前記バイアス電流を変化
   させるように構成したことを特徴とする半導体レーザの
   駆動回路。