JPH0432037A - 半導体レーザ駆動装置 - 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、光学的情報記録再生装置において、光学的情
報記録媒体上に光ビームを照射する半導体レーザを駆動
するための、半導体レーザ駆動装置に関するものである
。

特に、記録、消去時における高出力性と再生時における
低雑音性の両方を要求されるＷＯＲＭ型（追記型ニライ
トワンス・リードメニータイプ）、ＭＯ型（光磁気型）
等の光学的情報記録媒体用に使用される高出力半導体レ
ーザの半導体レーザ駆動装置に有効であり、半導体レー
ザ素子の長寿命化と再生時の低雑音化が可能となる。

〔従来の技術〕

前記ＷＯＲＭ型、ＭＯ型等の光学的情報記録媒体に使用
されている半導体レーザは、記録、消去時に高出力のレ
ーザ光を照射するために、半導体レーザの前側（照射側
）の共振器端面の反射率を小さくする必要があった。そ
のため、前記光学式情報記録媒体からの反射光等の影響
を受けやすく、前記共振器端面の反射率か大きな再生専
用の半導体レーザと比較して雑音か生じやすいという問
題かあった。

このため、特公昭５９−９０８６で開示されたように再
生時に高周波電流を重畳し、記録、消去時には高周波電
流を重畳しない、いわゆる高周波重畳法か通常利用され
ている。

前記高周波重畳法は、再生時に直流駆動されている半導
体レーザに、数１００ＭＩ（Ｚの高周波電流を付加する
ことにより、単一縦モードを縦マルチモード化するもの
である。この結果、半導体レーザから照射されるレーザ
光の時間的コヒーレンス（単一波長性）か低下し、前記
光学的情報記録媒体からの反射光との干渉を防止でき、
低雑音化か可能となる。

第４図は従来の高周波重畳回路の一例を示すものである
。通常、再生時には半導体レーザ６から放射される光出
力を内蔵のフォトダイオード７でモニタし、前記光出力
に応じて半導体レーザ６に直流電流ＩＩ　　（バイアス
電流）を流し、光出力か一定になるように自動光出力制
御を行っている。

この時、直流駆動されている半導体レーザ６には高周波
発振器１からの高周波電流Ｉ、か結合コンデンサ５を介
して供給されている。第４図において、Ｖ　ｄ　ｄは高
周波発振器ｌの電源電圧を示し、結合コイル８は高周波
発振器１に内蔵されている駆動トランジスタに電源を供
給するためのものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

第４図で示した高周波重畳回路によって、正弦波状の高
周波電流を重畳した際の半導体レーザの発光波形の例を
第７図に示す。第７図は、定格出力が３０ｍＷの半導体
レーザを、再生光出力（平均出力）が約３ｍＷになるよ
うにＩ、を設定した場合の例で、発光波形の周期は約５
００Ｍ）ｌｘ、発光パルスのｄｕｔｙは約５％である。

第７図かられかるように、高周波重畳時のピーク光出力
は約６０ｍＷに達し、定格出力の時の約２倍となってい
る。

一般に、半導体レーザの寿命は、主に温度と光出力およ
び発光時の積算時間とで決まると言われており、パルス
動作時間も含めた半導体レーザの寿命に関する式は、以
下のように表される。

τ＝α・ｆ　（Ｔ）　　・Ｐ−”・（１００／Ｄ）〜α
・ｆ　（Ｔ）　　・Ｐ−’・（１００／Ｄ）　−（１）
上式で、τは寿命（時間）、αは比例定数、ｆ　（Ｔ）
は使用温度Ｔの関数、Ｐは光出力、Ｄはパルスｄｕｔｙ
（％）を表す。

ここで、第７図に示した半導体レーザの例で、定格出力
（３０ｍＷ）での寿命（τ。）に対して、高周波重畳を
しない時の再生光出力（３ｍＷ）での寿命（τ１）と、
従来の高周波重畳をした時の寿命（τりとをそれぞれ比
較した場合、（１）式を用いると光出力（Ｐ）とパルス
ｄｕｔｙ（Ｄ）のみの関係式となり、以下のようになる
。

（τ、／τ。）　＝　（３／３０）　−”ｘ（１００／
１００）〜（３／３０）　−’Ｘ（１００／１００）＝
１０３〜１０４　　　　　　　　・−（２）（τ２／τ
ｏ　）　”　（６０／３０　）　−’Ｘ（１００１５）
〜（６０／３０　）−’Ｘ（１００１５）＝１．２５〜
２．５　　　　　　　・・・−（３）以上の結果から、
高周波重畳しない場合の寿命は、定格時の寿命の１０″
〜１０４倍であるのに対し、高周波重畳することによっ
て寿命は１．２５〜２．５倍となり、半導体レーザの寿
命か著しく短（なることかわかる。

このため、高周波重畳しない場合の半導体レーザの寿命
は、記録、消去時間を主に考慮すれば良かったのが、高
周波重畳することによって再生時間も考慮しなければな
らなくなり、ＷＯＲＭ型、ＭＯ型等の光学的情報記録再
生装置において半導体レーザの寿命低下の一因となって
いた。その結果、装置全体の信頼性を低下させ、半導体
レーザの交換および調整に多大な時間とコストがかかっ
ていた。

上述のように、半導体レーザのピーク光出力が定格を超
える原因は、半導体レーザの過渡応答時の非線形性によ
るものである。

つまり、周波数か数１００ＭＨｚ以上の高周波電流Ｉ、
が、バイアス電流ＩＢと比較して大きな振幅である場合
、前記高周波電流■、にょって駆動されている半導体レ
ーザの活性層内の光子のキャリア寿命（数ｐｓｅｃ）が
、注入キャリアのキャリア寿命（数ｎ５ｅｃ）より１０
３オーダて短いため、高周波電流Ｉ、の変化に対して光
出力の応答か速く、そのために前記光出力は緩和発振、
緩和振動の状態となり、発光パルスのｄｕｔｙか小さく
、ビークパワーの過大なパルス列が発生していた。

ところが、上述のようなピーク光出力を、半導体レーザ
の定格内となるように低くすることが可能な高周波発振
器は、電源電圧や温度等に対する出力の安定化等の使用
条件を考慮すると、そのような条件に適合するものが汎
用のものでは無く、製作するにもコストかかかり過ぎて
しまう。また、高周波電流を任意に調整できる高周波発
振器を用いる場合でも、そのような高周波発振器は前述
の理由から汎用のものに比へて高価なものとなり、装置
の製作コストか増大してしまう。

以上の問題に鑑みて、本発明は、再生時における低雑音
状態での使用か可能な半導体レーザの高周波重畳法にお
いて、半導体レーザの長寿命化を低コストで行なうこと
を目的とするものである。

〔課題を解決する為の手段〕

上記問題点の解決のために、本発明では市販、あるいは
汎用の高周波発振器を用い、その出力である高周波電流
の半導体レーザへの注入効率を調整可能として、前記半
導体レーザのピーク光出力か定格以内に収まるようにし
た。

〔作用〕

光学的情報記録再生装置において、再生レベルの光出力
で直流駆動している半導体レーザに、周波数が数１００
ＭＨｚ以上の高周波電流を重畳する場合、その光出力は
主に直流電流（バイアス電流）■。

と半導体レーザが発振を開始するしきい値電流Ｉ　＋ｂ
との差（ＩＢ−１，、）と、高周波電流の振幅■、によ
って異なってくる。

一般に、 ｏ＜（Ｉｐ／２）＜（Ｉｓ−１，ｈ）　　−（４）で表
される範囲においては、常に半導体レーザかレーザ発振
（注入キャリアかレーザのしきい値利得を越える）して
いるため、半導体レーザの非線形応答も抑制されピーク
光出力は小さくなる。

一方、 （ＩＰ　／２）＞　（Ｌ−１，、）＞Ｏ、−（５）て表
される範囲では、半導体レーザのレーザ発振か半周期毎
に停止する（注入キャリアかレーザのしきい値利得を横
切る）ため、注入キャリアと光子のキャリア寿命の差に
より、非線形応答を生じる。このため、発光波形は第７
図のような発光パルスａｕｔｙの小さいセルフパルセー
ション（自励発振）状となってしまう。

ここで、半導体レーザの雑音の低減のみを考慮すれば、
過渡応答時に縦モートを多モード化すれば良いので、（
５）の条件で使用することが望ましいが、 １ｉｍ（ＩＰ／２）−’（ＩＢ−１１ｂ）　　　（６）
の条件で使用すれば、パルスのピーク光出力か定格内に
抑制されたまま、低雑音の状態で再生可能となる。よっ
て、（６）の条件を満たすように高周波電流を調整すれ
ば良い。

例えば、半導体レーザか自動光出力制御で直流駆動され
ている時の、高周波重畳をかけない時とかけた時のそれ
ぞれの直流バイアス電流Ｉ８、■８　の差、ΔＩＢ　　
（＝１．−１．’　）を調整して、半導体レーザのピー
ク光出力を定格以内に収める。

上記調整によれば、高周波発振器の出力は一定のまま、
高周波発振器と半導体レーザとの高周波電流の結合効率
を変化させることにより、汎用の高周波発振器を用いて
も半導体レーザの定格を超えないようにすることができ
る。

〔実施例〕

第１図は、本発明の第１の実施例である。半導体レーザ
６は、再生動作時に直流バイアス電流■８によって前述
のように直流駆動で自動光出力制御されている。また、
高周波発振器１から出力される高周波電流Ｉ、は、１次
コイル２と、２次コイル４と、高周波フェライトビーズ
３によって形成される高周波トランス１１によってトラ
ンス結合され、結合コンデンサ５を介して半導体レーザ
６に注入されている。

第３図において、半導体レーザの微分効率をηとし、一
定の直流バイアス電流１．か流れている時の、高周波重
畳した時としない時の光出力Ｐ０°、Ｐｏの比を変調度
ｍ（％）と定義すると、ｍ＝　（Ｐ０’　／Ｐ０）Ｘ１
００ ＝１／（＋−ηΔＩＩｌ／Ｐ０′）×１００となる。こ
こで、再生時の出力Ｐ０′　は自動光出力制御により一
定となっているので、Δ■８を一定にすれば変調度を一
定の値に設定できる。

よって、Ｐ０゛に対して、ピーク光出力か半導体レーザ
の定格出力に入るように変調度を決めると、条件（７）
により、ΔＩＢか求まる。そこで、直流バイアス電流Ｉ
８、■８′を自動光出力回路内の抵抗によって検出し、
前記Δ■、か一定値となるように、第２図における１次
コイル２と２次コイル４の間隔ｄを変えて、コイルの相
互インダクタンスを変化させれば良い。

この結果、高周波電流の注入量を、半導体レーザのピー
ク光出力か定格以内になるようにすることか可能となる
。

本発明による高周波重畳法を用いた場合の半導体レーザ
の寿命（τ、）を、従来の高周波重畳法の例と比較する
ために第７図の例と同条件の下で定格出力３０ｍＷでの
寿命（τ。）と比べると、（１）式により、 （τ、／τ。）　＝　（３０／３０　）−’Ｘ（１００
／１０）〜（３０／３０　）　−’ｘ（１００／１０）
＝　１０　　　　　　　　　　　　　−（８）となる。

ここで、（８）式において従来例では５％だった発光パ
ルスｄｕｔｙを１０％としたのは、以下の理由による。

従来例ではピーク光出力か６０ｍＷで、予め設定された
再生光出力３ｍＷの２０倍となっていたが、本実施例で
は半導体レーザか定格を超えないようにピーク光出力を
３０ｍＷとしたので、再生光出力３ｍＷの１０倍となっ
た。よって、発光パルスｄｕｔｙを従来例の倍の１０％
にすれば、設定された再生光出力てあ゛る波形の平均光
出力が、従来例の場合と等しくなるためである。

（８）式の結果によると、半導体レーザは（３）式で求
めた従来の高周波重量法の例での値、１．２５〜２．５
の場合よりも最低で４〜８倍の長寿命化か期待てき、光
学的情報記録再生装置の信頼性も保証される。

第５図は、本発明における第２の実施例で、高周波トラ
ンス１１の替わりに、高周波可変抵抗ダイオード９を使
用するものである。このとき、注入量調整端子Ｖ　ｅ　
ａ　ｎ　ｌに加える電圧を調整すれば、ダイオードの高
周波抵抗を変えることによって高周波電流の注入量を制
御できる。

第６図は、本発明における第３の実施例で、高周波トラ
ンス１１の替わりに、高速トランジスタ１０をエミッタ
フォロワーで使用し、ベース電流で注入電流を制御する
ようにしたもので、この場合も第１の実施例と同様の効
果か得られる。

これら第２、第３の実施例では、高周波電流の注入量の
調整を電気的に行うため、調整自体は容易であり、後で
微調整をすることも可能である。

また、本実施例ではレーザ・ダイオードの極性を、カソ
ード側がグランドとなる場合について述へたが、アノー
ド側かグランドとなるように回路を構成しても同様の効
果は得られる。

以上、いずれの方法においても、従来の高周波重畳回路
に、１つあるいは２つの素子を追加するだけて、半導体
レーザへの高周波電流の注入量を調整することか可能と
なる。

なお、上記高周波重畳回路および高周波電流の調整手段
は、簡素で小型軽量であり、光ヘッドの小型軽量化に対
しても問題とはならない。

〔発明の効果〕

本発明における半導体レーザ駆動装置は、高周波電流の
注入量を調整する手段を備えたことによって、半導体レ
ーザの非線形応答によって生じる高周波重畳時のピーク
光出力を前記半導体レーザの定格以内に調整することが
、汎用の高周波発振器を用いたままで可能となる。よっ
て、半導体レーザの長寿命化と再生時の低雑音化か可能
な半導体レーザ駆動装置を、大幅なコスト増なしに製作
できる。また、長寿命化によって半導体レーザの交換頻
度か下かり、トータルコストも低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を表す図、第２図は、
本発明の第１図の高周波トランスの斜視図、 第３図は、調整方法を説明するために高周波重畳をした
時としなかった時の半導体レーザのＩＬ特性を示す図、 第４図は、従来の高周波重畳回路の１例を示す図、 第５図、第６図は、本発明の第２、第３の実施例を表す
図、 第７図は、再生電流に高周波重畳した時の発光波形を高
速オシロスコープによって観測した図、である。 〔主要部分の符号の説明〕 １、高周波発振器 ２．１次コイル ３、高周波フェライトビーズ ４．２次コイル ５、結合コンデンサ ６、半導体レーザ ７、フォトダイオード ８、結合コイル ９、高周波可変抵抗ダイオード １０、高速トランジスタ １１、高周波トランス

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）光学的情報記録媒体上に光ビームを照射するため
   の半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子を直流駆
   動する直流駆動回路と、前記半導体レーザ素子に高周波
   電流を付加する高周波発振器とを備えた半導体レーザ駆
   動装置において、前記高周波発振器と前記半導体レーザ
   との、前記高周波電流の結合効率を調整し、前記調整後
   の高周波電流を前記半導体レーザ素子に付加させる手段
   を備えたことを特徴とする、半導体レーザ駆動装置。
2. （２）上記半導体レーザ素子の光出力が、前記半導体レ
   ーザ素子の定格以下になるように制御することを特徴と
   する、請求項（１）記載の半導体レーザ駆動装置。
3. （３）上記半導体レーザを駆動する前記直流駆動回路が
   、前記半導体レーザの光出力が一定となるように自動光
   出力制御されていることを特徴とする、請求項（１）記
   載の半導体レーザ駆動装置。
4. （４）前記高周波電流の調整が、前記自動光出力制御さ
   れた前記直流駆動回路の、前記半導体レーザ素子を駆動
   する直流電流の変化を、設定範囲内にすることを特徴と
   する、請求項（３）記載の半導体レーザ駆動装置。