JPH0669600A - 半導体レーザのapc温度補償回路及びこれを用いた半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザのapc温度補償回路及びこれを用いた半導体レーザ装置

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JPH0669600A
JPH0669600A JP21614892A JP21614892A JPH0669600A JP H0669600 A JPH0669600 A JP H0669600A JP 21614892 A JP21614892 A JP 21614892A JP 21614892 A JP21614892 A JP 21614892A JP H0669600 A JPH0669600 A JP H0669600A
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JP
Japan
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semiconductor laser
voltage
laser
light
current
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JP21614892A
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Shinichi Tsutsumi
伸一 堤
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ素子の温度変化にかかわらず光出力を
一定にしうる半導体レーザのAPC温度補償回路を提供
する。 【構成】 レーザ駆動手段21によって駆動されるレー
ザ素子4のモニタ光7を受光するフォトダイオード5
は、電流・電圧変換手段12に接続される。電流・電圧
変換手段12は差動増幅手段15に接続され、フォトダ
イオード5にて得られたモニタ電流Imon を電圧Vm
変換して差動増幅手段15に供給する。差動増幅手段1
5は光出力設定用の抵抗器19,20に接続され、これ
らにより設定される電圧Vr と上記電圧Vm を比較増幅
してレーザ駆動手段21に供給する。レーザ素子4の温
度を測定する負特性のサーミスタ8を抵抗器20と並列
に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばレーザービーム
プリンタ、光(磁気)ディスク、光通信、YAG励起、
レーザ計測、レーザ加工、レーザ医療等に用いて好適な
半導体レーザのAPC温度補償回路及びこれを用いた半
導体レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、レーザ素子から射出されるレ
ーザ・ビームの出力を一定に保つため、半導体レーザ
(レーザ・ダイオード)をAPC(Automatic Power Co
ntrol)即ち自動出力制御駆動することが行われている。
このような半導体レーザ装置としては、例えば図6に示
すようなものが知られている。すなわち、この半導体レ
ーザ装置は、パッケージ30内にレーザ素子31とモニ
タ用のフォトダイオード32が設けられ、レーザ素子3
1のフロント部からガラス窓33を介して信号光として
レーザ光34を射出する一方、リア部から射出されるレ
ーザ光即ちモニタ光35をフォトダイオード32で受け
るように構成されている。そして、図7に示すような回
路によってレーザ出力を制御するようになっている。す
なわち、フォトダイオード32にて得られたモニタ電流
は、フォトダイオード32に接続された電流・電圧変換
器36によって所定の電圧Vm に変換され、この電圧V
m が差動増幅器37の1つの端子に入力する。一方、電
源−VEEに接続された抵抗器38,39によって設定さ
れた電圧Vr が差動増幅器37のもう一方の端子に入力
され、上述の電圧Vm と比較増幅されてレーザ駆動手段
38に入力する。そして、このレーザ駆動手段38に入
力した電圧に応じてレーザ素子31に所定の電流が流
れ、レーザ素子31が駆動される。なお、この制御回路
は、フォトダイオード32と共に同一半導体チップ内に
形成することも可能である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来例の構成では、特に高出力用の半導体レーザの場
合、次のような問題が生じていた。すなわち、レーザ発
光によってレーザ素子31の温度が変わるとレーザ素子
31の端面に形成されたコーティングの透過率(反射
率)が変わるため、レーザ素子31のフロント部とリア
部の射出比率の変化が生じ、その結果、図7に示すよう
にリア部からの光出力に基づいてフォードバック制御し
た場合にフロント部の光出力に温度依存性による誤差が
生じてしまう。かかる誤差の比率は、温度範囲、コーテ
ィング条件、光出力等によって変化するが、概ね0.5
〜1.5%/℃となるものが多い。
【0004】本発明は従来例のかかる点に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、レーザ素子の温度
変化にかかわらずフロント部の光出力を一定にしうる半
導体レーザのAPC温度補償回路及びこれを用いた半導
体レーザ装置を提供することにある。
【0005】
【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APC温度補償回路は、例えば図1に示すように、
半導体レーザ素子4を駆動するためのレーザ駆動手段2
1とこの半導体レーザ素子4からのモニタ光7を受光す
る受光素子5と、この受光素子5にて得られたモニタ電
流Imon をモニタ電圧Vm に変換する電流・電圧変換手
段12と、上述の半導体レーザ素子4の信号光6の出力
を設定するため所定の電圧を発生させる抵抗器19,2
0と、これらの抵抗器19,20によって設定された光
出力設定用電圧Vr と上述のモニタ電圧Vm との電位差
を増幅して上述のレーザ駆動手段21に供給する差動増
幅手段15と、上述の半導体レーザ素子4の光出力の温
度特性に応じて上述の光出力設定用電圧Vr を増減させ
るように制御する制御手段8とを有するものである。こ
の場合、制御手段8として負の特性を有するサーミスタ
を用いることもできる。また、本発明に係る半導体レー
ザ装置は、このようなAPC温度補償回路を用いて半導
体レーザ素子4を駆動するものである。
【0006】
【作用】かかる構成を有する本発明においては、例えば
負の特性を有するサーミスタ8を用いることにより、半
導体レーザ素子4の光出力の温度特性に応じて光出力設
定用電圧Vr を増減させるように制御する。従って、本
発明によれば、温度変化によって半導体レーザ素子4の
信号光3とモニタ光7の出力比が変わり、結果としてモ
ニタ電流Imon 即ちモニタ電圧Vmが初期の値に比べて
変化した場合であっても、これに追従するように光出力
設定用電圧Vr も変化するため、変化分が相殺されてレ
ーザ駆動手段19には常に一定の電圧VB が供給され
る。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0008】図2は本発明が適用される半導体装置の全
体構成を示すものである。同図に示すように、本実施例
においては、例えばレーザビームプリンタ等の外部装置
1内に配置されるヒートシンク2内にパッケージ3が組
み込まれ、このパッケージ3内にレーザ素子4及びフォ
トダイオード5が設けられている。そして、レーザ素子
4のフロント部から装置外へ信号光6が射出される一
方、レーザ素子4のリア部からフォトダイオード5に向
ってモニタ光7が射出されるように構成されている。さ
らに、ヒートシンク2にはレーザ素子4の温度を検出す
るためのサーミスタ8が設けられている。
【0009】図3はレーザ素子4近傍の構成を模式的に
示すものである。同図に示すように、レーザ素子4は銅
製のブロック9に取り付けられ、そのフロント及びリア
の両端面にコーティング10が施される。そして、ブロ
ック9には、温度上昇に伴って抵抗値が増加するサーミ
スタ8が設けられている。このブロック9はヒートシン
ク2に取り付けられる。また、ヒートシンク2上にはレ
ーザ素子4のモニタ光を受光するフォトダイオード5が
設けられ、このフォトダイオード5にて得られた信号に
基づき後述するAPC回路11によって信号光6の出力
を自動的に一定値に制御するように構成されている。
【0010】図1は本実施例におけるAPC温度補償回
路の構成を示すものである。同図に示すように、本実施
例のAPC回路そのものは、基本的に従来例と同様の構
成を有している。ここで、レーザ素子4及びフォトダイ
オード5は接地され、レーザ素子4からモニタ光7を受
けるフォトダイオード5は、電流・電圧変換手段12に
接続されている。この電流・電圧変換手段12は、差動
増幅器13と、この差動増幅器13の出力端子と負の入
力端子間に接続された抵抗器14とを有している。差動
増幅器14の正の入力端子は接地される一方、負の入力
端子はフォトダイオード5の出力端子に接続されてい
る。
【0011】電流・電圧変換手段12は、差動増幅手段
15に接続されている。差動増幅手段15は、差動増幅
器16と、この差動増幅器15の出力端子と負の入力端
子間に接続された抵抗器17とを有している。差動増幅
器16の正の入力端子は、電流・電圧変換手段12の差
動増幅器13の出力端子に接続されている。一方、差動
増幅器16の負の入力端子は、抵抗器18を介して抵抗
器19,20とサーミスタ8の一方の端子に接続されて
いる。ここで、抵抗器19の他方の端子は接地され、ま
た、抵抗器20及びサーミスタ8の他方の端子は電源−
EEに接続されている。
【0012】差動増幅手段15は、レーザ駆動手段21
に接続されている。レーザ駆動手段21は、トランジス
タ22を有し、そのベース電極が差動増幅器16の出力
端子に接続されている。このトランジスタ22のコレク
タ電極はレーザ素子4に接続され、またエミッタ電極は
抵抗器23を介して電源−VEEに接続されている。
【0013】かかる構成においては、レーザ素子4から
のレーザ出力に応じたモニタ電流Imon がフォトダイオ
ード5から流れ、電流・電圧変換手段12に入力する。
電流・電圧変換手段12からは所定の電圧Vm が出力さ
れ、差動増幅手段15に入力する。差動増幅手段15に
おいては、この電圧Vm と、抵抗器19,20によって
設定される電圧Vr とを比較して電圧VB に増幅し、レ
ーザ駆動手段21に電流を流す。
【0014】そして、定常状態から何らかの要因でレー
ザ素子4からの光出力が微増したとすると、フォトダイ
オード5から出力される電流Imon が増加し、その結
果、電流・電圧変換手段12から出力される電圧Vm
下がる。この場合、抵抗器19,20によって設定され
る電圧Vr が固定されているため、トランジスタ22の
ベース電圧VB も下がり、これに伴ってベース電流が減
少し、コレクタ電流即ちレーザ素子4のドライブ電流I
OPが減少して光出力もその分減少する。一方、レーザ素
子4からの光出力が減少した場合には、この逆の動作と
なる。すなわち、この回路によれば、電流・電圧変換手
段12から出力される電圧Vm が所定の電圧Vr と同じ
電位になるように制御される。
【0015】ところで、このような制御はモニタ電流I
mon が一定になるようにするものであるが、現実にはモ
ニタ電流Imon にレーザ素子4の温度特性に起因する温
度依存性があるため(図4参照)、レーザ素子4のリア
部からの光出力に基づいてフロント部の自動出力制御を
行っていると、レーザ素子4の温度が上昇した場合にフ
ロント部の光出力が低下してしまうことになる。そこ
で、本実施例においては次のような温度補償を行うよう
にしている。すなわち、本実施例に用いられる温度セン
サとしてのサーミスタ8は、図5に示すように、温度に
対して単調減少又は増加するもので、このサーミスタ8
を光出力設定用の抵抗器20と並列に接続することによ
り、レーザ素子4の温度が上昇した場合に抵抗値が下が
り、電圧Vr も下がる。この結果、ベース電圧VB が上
昇しドライブ電流IOPも上昇する。従って、抵抗器1
9,20の抵抗値とサーミスタ8の抵抗温度係数(B定
数)を適切な値に設定すれば、モニタ電流Imon の温度
依存性をキャンセルすることができる。
【0016】一般にサーミスタは、次の式で与えられる
特性を有している。
【0017】
【数1】 Rth=Ro exp{B(1/Tth−1/To)} Rth:温度Tthのときの抵抗値 B:B定数 Ro :基準温度To における抵抗値
【0018】いま、図1に示す構成において、Ro =1
0kΩ、To =25℃=298k、B=3450kと
し、−VEE=−5V、抵抗器19の抵抗値を5kΩ、抵
抗器20の抵抗値を15kΩとすると、数1から、表1
に示すように、Tth=−10〜50℃で25℃を基準に
1.1%/℃の温度補償を行うことができる。
【0019】
【表1】
【0020】
【発明の効果】以上述べたように本発明においては、半
導体レーザの光出力の温度特性に応じて光出力設定用電
圧を増減させるようにしたことから、温度変化にかかわ
らず信号光を一定に保つようにAPC駆動を行うことが
でき、より精度の高い光出力制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るAPC温度補償回路の実施例を示
す回路図である。
【図2】本発明に係る半導体レーザ装置の実施例の全体
概略構成図である。
【図3】同実施例の要部構成図である。
【図4】フォトダイオードからのモニタ電流と光出力と
の関係を示すグラフである。
【図5】本実施例に用いられるサーミスタの温度特性を
示すグラフである。
【図6】従来の半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図7】従来のAPC駆動回路を示す回路図である。
【符号の説明】
4 レーザ素子 5 フォトダイオード 6 信号光 7 モニタ光 8 サーミスタ 12 電流・電圧変換手段 13,16 差動増幅器 15 差動増幅手段 14,17,18,19,20,23 抵抗器 21 レーザ駆動手段 22 トランジスタ Imon モニタ電流 IOP ドライブ電流 Vm ,Vr 電圧 VB ベース電圧

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザ素子を駆動するためのレー
    ザ駆動手段と、上記半導体レーザ素子からのモニタ光を
    受光する受光素子と、 該受光素子にて得られたモニタ電流をモニタ電圧に変換
    する電流・電圧変換手段と、 上記半導体レーザ素子の信号光の出力を設定するため所
    定の電圧を発生させる抵抗器と、 該抵抗器によって設定された光出力設定用電圧と上記モ
    ニタ電圧との電位差を増幅して上記レーザ駆動手段に供
    給する差動増幅手段と、 上記半導体レーザ素子の光出力の温度特性に応じて上記
    光出力設定用電圧を増減させるように制御する制御手段
    とを有することを特徴とする半導体レーザのAPC温度
    補償回路。
  2. 【請求項2】 制御手段が負の特性を有するサーミスタ
    であることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザの
    APC温度補償回路。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2のAPC温度補償回路を
    用いて半導体レーザ素子を駆動することを特徴とする半
    導体レーザ装置。
JP21614892A 1992-08-13 1992-08-13 半導体レーザのapc温度補償回路及びこれを用いた半導体レーザ装置 Pending JPH0669600A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6021927A (en) * 1997-10-13 2000-02-08 Osaka Ship Building Co., Ltd. Degassing device for aerosol container and lid provided with degassing construction
JP2004158644A (ja) * 2002-11-06 2004-06-03 Toshiba Corp 半導体レーザの光出力安定化回路および光送信モジュール
CN109842216A (zh) * 2017-11-28 2019-06-04 北京中诺智电科技有限公司 一种远距离激光无线充电发射装置
JP2021536038A (ja) * 2018-08-31 2021-12-23 深▲せん▼光峰科技股▲分▼有限公司Appotronics Corporation Limited カラーホイール回転数検出装置、光源システム及び投影装置

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