JPH0640397B2

JPH0640397B2 - 半導体レ−ザの制御装置

Info

Publication number: JPH0640397B2
Application number: JP60003877A
Authority: JP
Inventors: 恭輔吉本; 修伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-01-11
Filing date: 1985-01-11
Publication date: 1994-05-25
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: JPS61162827A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は半導体レーザの制御装置、とくに半導体レー
ザをパルス変調させた時のピーク出力の安定化に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来の半導体レーザの制御装置として、半導体レーザを
記録信号で直接変調し、回転する円盤状記録媒体に穴を
あけてゆくことにより、記録を行なう、追記型光デイス
ク装置における、半導体レーザの制御装置がある。

この代表的なもの同一出願人による出願（特願昭57-349
03）がある。この従来例においては、半導体レーザとと
もに、同一パツケージ中に装着された光検出器を使つ
て、半導体レーザの出力を常時モニタし、パルス変調し
ない時は、そのままの出力を、パルス変調する時は、ボ
トム出力モニタ電圧をピーク検知回路またはサンプルホ
ールド回路を使つて取り出し、規定のボトム出力に相当
する基準電圧(V_B)と比べて、半導体レーザの駆動電流を
フイードパツク制御する構成となつている。

しかしながら、上記構成では、パルス変調する時は、そ
のボトム出力側しか制御していないため、ピーク出力が
半導体レーザの特性の温度あるいは経年変化の影響を受
けて変動することになる。半導体レーザは、この温度・
経年変化により、発振しきい値と、量子化効率が大きく
変化する。このうち発振しきい値の温度・経年変化によ
る半導体レーザの出力変化を最小限にすることが上記従
来例の目的である。第８図は従来の半導体レーザの制御
装置の動作を説明するレーザ出力特性図であり、半導体
レーザの駆動電流対半導体レーザ出力特性を示したもの
である。図において矢印(G)は発振しきい値の変化によ
り半導体レーザ出力特性が曲線(A)より曲線(B)に変化し
たことを示す。また矢印(H)は量子化効率の変化により
上記特性が曲線(B)より破線で示される曲線(C)に変化し
たことを示す。Ｖ_Ｂはボトム出力モニタ電圧、Ｖ_Ｐはパ
ルス変調された時のピーク出力モニタ電圧、Ｖ_Ｒは変調
パルス電圧振幅、Ｒ_Ｌは半導体レーザの負荷抵抗を示し
ている。

従つて変調パルス電流振幅(I_R)はＩ_Ｒ＝Ｖ_Ｒ／Ｒ_Ｌとな
る。

上記従来の半導体レーザの制御装置では、半導体レーザ
出力特性が曲線(A)から曲線(B)に変化した時に、半導体
レーザの駆動電流を(a)から(b)に移動させることによ
り、ボトム出力を安定化し、かつ第８図に示されるよう
に変調パルス電圧振幅(V_R)が一定であつても量子化効率
が変化しない限り、ピーク出力の変化もまた最小限に押
えられることを利用し、間接的にピーク出力の安定化も
なされていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、量子化効率が変化すれば、変化分に対応
するだけピーク出力が変化することになる。

そこで、このような半導体レーザのピーク出力の制御を
フイードパツク制御でやろうとすると、パルス変調を開
始する度に、引き込み動作が必要となり、その整定時間
はパルス変調する期間に比べて無視できない大きさにな
る。また、整定時間を短くしようとすると変調開始時に
ピーク出力が大きく変動するため、例えば、光デイスク
装置に用いた場合、良好な記録・再生ができない等の問
題が生じるため、上記整定時間を短かくすることができ
なかつた。

この発明は上記のような従来のものの問題点を解決する
ためになされたもので、半導体レーザの量子化効率の温
度・経年変化に伴うピーク出力の変化をも最小限にし、
しかも短かい時間でピーク出力を安定化できる装置を得
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明による半導体レーザの制御装置は半導体レーザ
の出力を検出する光検出手段、この光検出手段より上記
半導体レーザのボトム出力を検知し、上記半導体レーザ
の駆動電流を制御する第１の手段、上記半導体レーザを
パルス変調させた時のピーク出力をパルス変調開始時に
検知しホールドする第１検知ホールド回路、半導体レー
ザをパルス変調させた時のボトム出力を検知し、ホール
ドする第２検知ホールド回路、及びこれらの検知ホール
ド回路の出力に従つて、パルス変調開始時以後の上記半
導体レーザの変調パルス電流振幅をフイードフオワード
制御する第２の手段を備えたものである。

〔作用〕

この発明に係る半導体レーザの制御装置では、半導体レ
ーザのピーク出力とボトム出力をパルス変調開始時にサ
ンプルホールドして量子化効率の変化を検知し、その値
を使つて半導体レーザの変調パルス振幅を制御し、安定
したピーク出力を得るようにする。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による半導体レーザの制御装置
を示すブロツク図であり、図において、(1)は半導体レ
ーザ、(2)は例えば半導体レーザ(1)と同一パツケージに
納められた光検知器、(3)は光検知器の出力を所定の電
圧レベルに変換するリアンプで、(2)、(3)により半導体
レーザの出力を検出する光検出手段を構成する。(4)は
プリアンプ(3)の出力のボトム出力側をピーク検知する
ピーク検知回路、(5)はピーク検知した出力を規定のボ
トム出力基準電圧(V_B)と比較する比較回路、(6)は比較
回路(5)の出力を増幅する増幅回路、(7)は半導体レーザ
をパルス変調させた時のプリアンプ(3)の出力のピーク
出力側を、パルス変調開始時にたとえば、パルス変調開
始直後２パルス分、サンプルホールド検知する第１サン
プルホールド回路、(8)は半導体レーザをパルス変調さ
せた時のプリアンプ(3)の出力のボトム出力を、例えば
パルス変調開始直後２パルス分、サンプルホールド検知
する第２サンプルホールド回路、(9)は第１サンプルホ
ールド回路(7)の出力(V_P′)及び、第２サンプルホール
ド回路(8)の出力(V_B′)から、上記パルス変調開始時以
後の変調パルス振幅を演算する演算回路、(10)は演算回
路(9)の出力を増幅する増幅回路、(11)は常時増幅回路
(6)の出力に従つて、半導体レーザのボトム出力駆動電
流を制御し、パルス変調開始直後には、一定の変調パル
ス電流をパルス変調開始時以後には、増幅回路(10)の出
力に従つた変調パルス電流を上記ボトム出力駆動電流に
重畳する半導体レーザ駆動回路、(12)は、パルス変調開
始時を検出し、パルス変調開始時のみ、たとえば、２パ
ルス分、サンプルするためのサンプルパルスを出すとと
もに、その期間を半導体レーザ駆動回路に知らせるタイ
ミング回路であり、(4)(5)(6)(11)により、半導体レー
ザのボトム出力を検知し、半導体レーザの駆動電流を制
御する第１の手段を、(7)(12)により半導体レーザをパ
ルス変調させた時のピーク出力を変調開始時に検知し、
これをホールドする第１検知ホールド回路を、(8)(12)
により半導体レーザをパルス変調させた時のボトム出力
を検知し、ホールドする第２検知ホールド回路を、(9)
(10)(11)(12)により、上記第１及び第２検知ホールド回
路の出力に従つてパルス変調開始時以後の半導体レーザ
の変調パルス電流振幅をフイードフオワード制御する第
２の手段を構成する。

次に、動作について図に基づいて説明する。

第１図において、半導体レーザ(1)の出力は、常に、光
検知器(2)でモニタされ、プリアンプ(3)によつて、所定
のレベルの電圧に変換される。このプリアンプの出力電
圧の半導体レーザのボトム出力側を、ピーク検知回路
(4)により、常にピーク検知してモニターし、基準のボ
トム出力に相当する基準電圧(V_B)と比較回路(5)で比べ
て、その差を増幅回路(6)で増幅して、半導体レーザ駆
動回路(11)に、ネガテイブフイードバツクする。これに
より、半導体レーザのボトム出力モニタ電圧は常に、基
準のボトム出力(V_B)に維持され、半導体レーザのボトム
出力が規定のボトム出力となる。変調のない場合は、基
準のボトム出力に等しい再生出力に維持される。

ここまでは、従来の半導体レーザの制御装置に相当す
る。第２図はこの発明の一実施例によづ半導体レーザの
制御装置の動作を説明する波形図であり、この発明で
は、上記従来例に加えて、半導体レーザをパルス変調さ
せた時のプリアンプ(3)の出力電圧のピーク出力側及び
ボトム出力側を、パルス変調開始直後に、たとえばはじ
めの２パルスの間、第１及び第２サンプルホールド回路
(7)及び(8)でサンプルホールド検知し、以後、これらの
ホールド値に応じて、変調パルス電流振幅を変化させ
る。この時、第２図(a)のような変調信号に対してパル
ス変調開始時を検知し、所定のパルス数、たとえば２パ
ルス間は、第２図(d)のようなリセツト信号を半導体レ
ーザ駆動回路(11)に送るとともに、第２図(b)のような
その２パルスのピーク出力側をサンプルするとサンプル
パルス、及び第２図(c)のようなその２パルスのボトム
出力側をサンプルするサンプルパルスを出すのが、タイ
ミング回路(12)である。

また、半導体レーザ駆動回路(11)は、タイミング回路(1
2)からリセツト信号を受けて、パルス変調開始時には、
半導体レーザのピーク出力モニタ電圧が常温調整時にお
いて規定のピーク出力モニタ電圧(V_P)になるような変調
パルス電流(I_R=V_R/R_L)をボトム出力駆動電流に重畳する
ように調整されているものとする。

第３図はこの発明の一実施例による半導体レーザの制御
装置の動作を説明するレーザ出力特性図である。

上記のような構成の半導体レーザの制御装置を用いるこ
とにより、半導体レーザのピーク出力がどのように制御
されるかを第１図、第２図及び第３図により説明する。

今、第３図において、常温調整時の半導体レーザの駆動
電流対半導体レーザ出力特性が曲線(A)のような特性で
あつたとする。半導体レーザの駆動電流対レーザ出力特
性が曲線(A)から変化しない限り、パルス変調開始時半
導体レーザのピーク出力モニタ電圧(V_P(A))はV_Pとな
り、半導体レーザのピーク出力は規定のピーク出力とな
る。しかし、半導体レーザの特性の温度経年変化によ
り、特性が曲線(A)から曲線(B)に変化したとすると、パ
ルス変調開始時の半導体レーザのピーク出力モニタ電圧
は、V_P(B)となり、半導体レーザのピーク出力は、規定
のピーク出力より小さくなつてしまう。

そこで、パルス変調開始直後における半導体レーザのピ
ーク出力モニタ電圧のサンプルホールド値(V_P′)及びボ
トム出力モニタ電圧のサンプルホールド値(V_B′)から差
V_P′−V_B′を求め、たとえば３パルス目から、変調パル
ス電圧振幅V_R′をに変化させてやれば、第３図からもわかるように、半導
体レーザのピーク出力モニタ電圧はV_Pとなり、半導体レ
ーザのピーク出力は、規定のピーク出力となる。

第１図において、演算回路(9)は、なる除算演算を行う。よつて、増幅回路(10)の増幅率Ｋ
^２はとなるように調整される必要がある。この時、半導体レ
ーザ駆動回路(11)には、上記V_R′が増幅回路(10)から送
られてくる。そして、第２図(d)のようにリセツト信号
が解除されると、ただちに変調パルス電流振幅をV_R/R
_L(=I_R)からV_R′/R_L(=I_R′)に変化させる。その結果、半
導体レーザの出力モニタ電圧は、第２図(e)のようにな
り、ピーク出力モニタ電圧はフイードバツク制御につき
ものの引き込み時の整定時間に対してはるかに短時間で
V_P(B)からV_P=V_P(A)に変化し、半導体レーザのピーク出
力は規定のピーク出力になる。

上記実施例の半導体レーザ駆動回路(11)として、たとえ
ば第４図、第５図及び第６図のような回路が考えられ
る。

第４図、第５図及び第６図は、各々この発明の一実施例
に係る半導体レーザ駆動回路の具体例を示す回路図であ
る。

第４図において、(13)はアナログスイツチであり、リセ
ツト信号が第２図(d)のようにＨの間はV_R側に、Ｌの間
はV_R′側に切り換わる。アナログスイツチ(13)の出力を
V_Cとする。

(14)は乗算器であり、出力は入力を振幅V_C＝１の変調パ
ルスとすると振幅V_Cの変調パルスとなる。またこの回路
形式では乗算器(14)の個所に除算器を用い、演算回路
(9)の除算演算を減算演算にすることが可能である。

この場合、演算回路(9)はV_A′＝V_P′−V_B′の減算演算
を行ない、アナログスイツチ(13)にはV_Rの代りに1/V
_Rが、V_R′の代りに1/V_R′が入力されるものとする。従
つて、増幅回路(10)の増幅率Ｋ_２はとなるように調整される必要がある。この時、半導体レ
ーザ駆動回路(11)には上記1/V_R′が増幅回路(10)から送
られてくる。

こられの場合、変調パルスを直接乗除算器(14)に入力し
て、V_Cと乗除算器演算することにより、変調パルス電圧
振幅を制御する。これは、構造は簡単であるが、パルス
波形を歪ませない周波数特性の良い乗除算器が必要とな
り、精度とコストの面で問題がある。

乗算器又は（除算器）(14)によつて、振幅をV_Rまたは
V_R′に制御された変調パルスは、コンデンサ(15)とダイ
オード(16)によつて構成されるクランプ回路によつて、
半導体レーザのボトム出力駆動電圧に重畳される。混合
された半導体レーザの駆動電圧は、半導体レーザ駆動ト
ランジスタ(17)のベースに加わり、半導体レーザの負荷
抵抗(18)に半導体レーザ駆動電流を流すことによつて、
半導体レーザを電流駆動する。

次に第５図の具体例において、(19)はトランジスタ、(2
0)は抵抗であり、トランジスタ(19)と抵抗(20)でスイツ
チング回路を構成し、変調パルスに対応して、グランド
とV_Cの間でスイツチングを行なう。結果として、変調パ
ルスの振幅は、V_OからV_Cに変換される。以下は、第４図
と同様である。この場合、乗除算器(14)を必要としない
のが、演算回路(9)は、なる除算演算を、リセツト信号が解除、ここでは、Ｈか
らＬに変化するまでに終了する必要がある。この除算演
算は、いわばＤＣ的な演算であり、直接変調パルスを扱
つていないため、変調パルスのパルス波形を歪ませない
レベルの周波数特性は要求されないので、その分、安価
で精度の高い回路を使うことが可能である。モノリシツ
クＩＣを使用することも可能となる。

次に第６図の具体例において、(21)、(22)、(23)はトラン
ジスタ、(24)、(25)、(26)は抵抗である。変調パルスに応
じて、トランジスタ(21)のコレクターエミツタ間はオン
−オフのスイツチング動作を行なう。トランジスタ(21)
がオフの時、半導体レーザに流れる電流(I_L)は I_L＝I_B となり、半導体レーザは、ボトム出力駆動電流のみで駆
動され半導体レーザの出力は規定のボトム出力に維持さ
れる。トランジスタ(21)がオンの時、半導体レーザに流
れる電流(I_L)はとなり、半導体レーザは、ボトム出力駆動電流に、変調
パルス電流を加えた電流で駆動され、半導体レーザの出
力は規定のピーク出力となる。

ここで、トランジスタ(22)のベース・エミツタ間電圧V
_BEを無視して表現したが、実際には、V_Cの電圧にV_BE相
当分上乗させることにより実現される。

また、上記実施例の第１及び第２サンプルホールド回路
(7)(8)として、第７図のような回路が考えられる。第７
図において、(27)は、電圧レベル変換器、(28)は電界効
果トランジスタ、(29)はホールドコンデンサ、(30)はＦ
ＥＴ入力型ＯＰアンプである。ＴＴＬレベルのサンプル
パルスは、電圧レベル変換器(27)で＋V_CCと−V_DDのレベ
ルに変換されて、電界効果トランジスタ(28)のゲート
(G)に入力される。ゲート電圧が＋V_CCの時には＋V_CC−V
_th以下のソース(S)入力電圧はオンされ、ゲート電圧が
−V_DDの時には、−V_DD以上のソース(S)入力電圧はオフ
される。ここでV_thは、電界効果トランジスタのソース
(S)とドレイン(D)間を導通するのに必要なソース(S)・
ゲート(G)間電圧である。また、サンプルホールドす
る、プリアンプ(3)の出力である半導体レーザの出力モ
ニタ電圧の範囲に応じて、＋V_CC及び−V_DDを設定するも
のとする。この時、サンプルパルスが、第２図(b)のよ
うに、ＬからＨになると、電界効果トランジスタ(28)の
ゲート電圧は−V_DDから＋V_CCとなつて、ソース(S)・ド
レイン(D)間は導通し、半導体レーザの出力モニタ電圧
が、ホールドコンデンサ(29)にチヤージされるととも
に、ＯＰアンプ(30)を使つたボルテージフオロワ型バツ
フアを介して出力される。そして、サンプルパルスがＨ
からＬにもどると、電界効果トランジスタ(28)のゲート
(G)電圧は＋V_CCから−V_DDとなつて、ソース(S)・ドレイ
ン(D)間は非導通となり、その直前の半導体レーザの出
力モニタ電圧がホールドコンデンサ(29)にホールドさ
れ、上記バツフアを介して出力される。

また、上記実施例では、半導体レーザのボトム出力を検
知し、上記半導体レーザの駆動電流を制御する第１の手
段として、ピーク検知回路(4)を用いているが、サンプ
ルホールド回路(7),(8)と同様な回路を用いて、パルス
変調期間は、直前の半導体レーザのボトム出力モニタ電
圧をホールドする方法、パルス変調期間においても、半
導体レーザのボトム出力側を常にサンプルホールドする
方法が考えられる。これらの方法は、第２サンプルホー
ルド回路(8)を共用することも可能である。この場合、
第２サンプルホールド回路(8)のサンプルパルスは、パ
ルス変調開始直前または、パルス変調期間すべてにわた
つてボトム出力をサンプルするタイミングでタイミング
回路(12)から送られる。また、パルス変調されない期間
は、サンプルパルスは常にＨになつていなくてはならな
い。

また、上記実施例では、第２検知ホールド回路として、
半導体レーザをパルス変調させた時のボトム出力を、パ
ルス変調開始直後にサンプルホールドする第２サンプル
ホールド回路(8)及びタイミング回路(12)を用いたが、
パルス変調開始直後に限らず、パルス変調開始直前又は
パルス変調期間のボトム期間等、パルス変調期間すべて
にわたつて、ボトム出力側をサンプルホールドするよ
う、第２サンプルホールド回路(8)及びタイミング回路
(12)を構成しても良い。

また、これまでの説明では、パルス変調開始時に、２パ
ルスを使つてサンプルホールド電圧を得てきたが、サン
プルホールド回路(7),(8)の特性が良く、半導体レーザ
のパルス変調によるジヤンクシヨン部分の温度上昇が１
パルス内で安定化するのであれば１パルスのみでも良
い。また、パルス変調期間に対して適当な範囲で、２パ
ルス以上使つても良い。

また上記実施例では、半導体レーザをパルス変調させた
時のピーク出力をパルス変調開始直後に検知し、以後ホ
ールドする第１検知ホールド回路、及び半導体レーザを
パルス変調させた時のボトム出力をパルス変調開始直後
に検知し、その他の期間ホールドする第２検知ホールド
回路として、半導体レーザをパルス変調させた時のピー
ク出力及びボトム出力を、パルス変調開始直後サンプル
ホールドする第１及び第２サンプルホールド回路(7),
(8)及びタイミング回路(12)を用いたが、半導体レーザ
をパルス変調させた時のピーク出力をパルス変調開始直
後にピーク検知するピーク検知回路及びボトム出力をパ
ルス変調開始直前または直後またはパルス変調期間のボ
トム期間にピーク検知するピーク検知回路を用いても良
い。

また、上記半導体レーザの制御装置は前述の光デイスク
装置に用いる他、光レーザカード等に用いても信頼性の
高いものが実現できる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば半導体レーザの出力を
検出する光検出手段、この光検出手段より上記半導体レ
ーザのボトム出力を検知し、上記半導体レーザの駆動電
流を制御する第１の手段、上記半導体レーザをパルス変
調させた時のピーク出力をパルス変調開始時に検知し、
ホールドする第１検知ホールド回路、上記半導体レーザ
をパルス変調させた時のボトム出力を検知し、ホールド
する第２検知ホールド回路、及びこれらの検知ホールド
回路の出力に従つて、パルス変調開始時以後の半導体レ
ーザの変調パルス電流振幅をフイードフオワード制御す
る第２の手段で半導体レーザの制御装置を構成したの
で、半導体レーザをパルス変調させた時のピーク出力を
短時間（たとえば２パルスの間）で制御し安定化でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による半導体レーザの制御
装置を示すブロツク図、第２図及び第３図は各々この発
明の一実施例による半導体レーザの制御装置の動作を説
明する波形図及びレーザ出力特性図、第４図、第５図及
び第６図は各々この発明の一実施例に係る半導体レーザ
駆動回路を示す回路図、第７図はこの発明の一実施例に
係るサンプルホールド回路を示す回路図、第８図は従来
の半導体レーザの制御装置の動作を説明するレーザ出力
特性図である。図において、(1)は半導体レーザ、(2)は光検知器、(3)
はプリアンプ、(4)はピーク検知回路、(5)は比較回路、
(6)及び(10)は各々増幅回路、(7)及び(8)は各々第１及
び第２サンプルホールド回路、(9)は演算回路、(11)は
半導体レーザ駆動回路、(12)はタイミング回路であり、
(2)(3)により光検出手段を、(4)(5)(6)(11)により第１
の手段を、(7)(12)により第１検知ホールド回路、(8)(1
2)により第２検知ホールド回路を、(9)(10)(11)(12)に
より第２の手段を構成する。なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザの出力を検出する光検出手
段、この光検出手段より上記半導体レーザのボトム出力
を検知し、上記半導体レーザの駆動電流を制御する第１
の手段、上記半導体レーザをパルス変調させた時のピー
ク出力をパルス変調開始時に検知しホールドする第１検
知ホールド回路、上記半導体レーザをパルス変調させた
時のボトム出力を検知し、ホールドする第２検知ホール
ド回路、及びこれらの検知ホールド回路の出力に従つ
て、上記パルス変調開始時以後の上記半導体レーザの変
調パルス電流振幅をフイードフオワード制御する第２の
手段を備えた半導体レーザの制御装置。
【請求項２】第２検知ホールド回路はパルス変調開始直
前又は直後にボトム出力を検知し、その他の期間ホール
ドした特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザの制御
装置。
【請求項３】第２検知ホールド回路はパルス変調期間の
ボトム期間にボトム出力を検知し、その他の期間ホール
ドした特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザの制御
装置。