JPS5840878A - ディジタル光ディスク用半導体レーザの駆動装置 - 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】 本発明は半導体レーザの駆動方法、特にディジタル光デ
ィスクの光源に使用される半導体レーザの出力制御方法
に関する。

近年、金属膜上にレーザ光を微少スボツＩ・に集光し、
レーザ光を変調して、金属膜に熱的に情報を記録し、記
録された情報を再生する場合には金属膜を損傷させない
程度の出面のレーザ光を照射する形態で情報記録／再生
するディジタル光ディスクがある。この種の装置の光源
には従来、気体レーザが使用されていたが、装置の小型
化、消費電力の低減等の要求によυ半導体レーザが使用
されている。ところが、この半導体レーザは温度により
、また使用経時変化によって特性が変化するという欠点
をもっている。

本発明の目的は、半導体レーザの特性の変化を検出し、
発振パワーをコントロールする方法を提供することにあ
る。

ディジタル光ディスクに半導体レーザを使用する場合に
は、再生時に第１図に示す半導体レーザの駆動電流■と
発振出力Ｐの特性カーブにおいて、一定電流Ｉｎを流し
、一定出力Ｐ、で発振させる。

また記録時には、前述の一定電流Ｉｎの上にピーク＠流
値がＩｐとなるパルス状電流を重畳させてピーク出力が
Ｐ、となるように発振させる。

半導体レーザの電流対発振出力の変化を光検出器で検出
するとその出力は発振出力ｐ、、ｐ、に対して、それぞ
れＥ　ｌ　ｒ　Ｅｔ　となる。光検出器の出力Ｅ　Ｉ　
＋　Ｅｔとを設定基準値と比較し、その誤差に従って駆
動電流Ｉｎ、Ｉｐをそれぞれ制御することによって発振
出力Ｐ、、Ｐ、を設定値に制御する。この方法において
、半導体レーザの特性劣化のモードによって、誤差信号
の発生手段、及び電流駆動の方式が異なる。

また、半導体レーザに結合される光学系、及びその光路
の途中に光検出器を設定しても良い。また、ナイジタル
光ディスクの信号検出用に使用される光検出器を代用す
ることも出来る。この光検出器は受光形態がホトポルテ
ィック、ホトコンダクティブの二種類が現在考えられる
が、周波数特性の良いものはポトコンダクテ・ｒブであ
り、パルス波形まで正確に測定する場合に使用し、バイ
アス電源は不要だが、周波数特性が良くないものはホト
ポルティックであり、直流、及びパルス状光量変化の平
均値を測定する場合に使用する。

以下、本発明の一実施例を第２図、第３図を用いて説明
する。第２図は直流１ｊ！Ｌ流にパルス状電流を重畳さ
せる半導体レーザ駆動回路と光検出）！３とその増幅器
の構成図であり、ホトコンダクティブな特性をもつホト
ダイオードを用いた場合である。

ホトダイオード２のカソード側にＶＤの逆バイアス電圧
を印加し、ダイオード２のアノード側に抵抗Ｒを接続し
、光電流を電圧に変換する。この光電圧を増幅器５で増
幅する。

二つのトランジスタ６．７のコレクタは共通にして半導
体レーザ１のカソード側に結合する。半導体レーザ１の
アノード側はアース側に接地しておく。トランジスタ６
のベース入力には直流バイアス可変回路４からの直流バ
イアス電圧を印加して、これを可変にすることによって
、半導体レーザ１に流れる直流電流Ｔｏを変化させる。

またトランジスタ７のベース入力にパルス発生器３の出
力を入力する。このような回路によって、半導体レーザ
１に流れる電流は直流電流とパルス状電流の加算された
電流となり、またそれぞれの電流値を独立に制御するこ
とが出来る。半導体レーザがらの発振光を光検出器２で
受光する。この光検出器の設定位置は光学系に結合され
る端面とは別の端面の直後に設定しても良い。

第°３図において、ディジタル光ディスクに使用した場
合のパワーコントロールのための信号処理の実施例につ
いて述べる。記録する場合の駆動電流の波形は第１図に
示すように、直流バイアス電流ＩＤの上にパルス幅Δ、
パルス周期Ｔのパルスが重畳された形状である。但し、
このパルス周期Ｔはデータ信号の変調方式によって変化
する。例えば変調方式として、ＭＦＭの変化点に対応す
る情報ビットを記録する方式をとれば、パルスの周期は
Ｔｏ　、　１．５　Ｔｏ　、　２．０　Ｔｏの３つの周
期が存在する。（’ｒｏは最少周期） 光検出器の出力を増幅器５で増幅した後、低減フィルタ
１０に入力して、平均値を検出する。この平均値Ｅは 半導体レーザの電流感度をに１、光検出器の検出感度を
に、とすると、 Ｅ！　　Ｂ＋＝Ｋｔ（Ｐ＊　　Ｐ＋） ＝Ｋｔ　（ＫＩ　Ｉ　ｐ−に＋Ｉ　ｏ）＝　Ｋｔ　Ｋ　
＋　（Ｉ　ｐ　　Ｉ　Ｄ）−ＫｔＫｔＸ（Δ■）　　　
・・・・・・　（２）半導体レーザの駆動電流は第２図
のような回路構成では直流バイアスＩｎの上にパルス状
電流ΔＩを重畳するｒｆ＆成である。従ってΔ■の電流
は直流バイアスとは別に制御出来るものである。半導体
レーザの特性の変化の中で、湛度の変化と共に大きく変
化する特性は、電流感度は変化せずに、閾値電流がシフ
トするというものである。このような特性の変化のモー
ドであれば、パルス電流ΔＩは一固定にしておき、直流
バイアス電流Ｉｎのみを制御すれば良い。直流バイアス
電流を制御する信号は以下に述べる方法によって達成さ
れる。

（１）式に（２）式を代入すると、 ては内生時の基準電圧Ｅ１をもとにしての電圧を設定す
る。低域フィルタの出力電圧Ｅと１弓、との差を差動増
幅′ａ１１ｆ、用いて演算するとその出力は となる。従って、直流バイアス電流に対応するパワーの
変化のみを検出できる。この誤差信号を第２図の゛直流
バイアス電流を決めている直流バイアス電圧４に入力し
て、半導体レーザに流れる直流バイアス電流をコントロ
ールする。もちろん、この時、誤差信号の極性は回路、
半導体レーザの特性を考慮して、誤差信号を小さくする
方向に選ぶ。

再生時には、差動増幅器の基準電圧をＥ、とすることに
よって、同様のパワーコン）・ロールが可能となる。こ
の記録／再生のｉ７＆準電圧の切り換えは公知のスイッ
チ回路によって行なえば良い。

また、変調方式によって、（１）式のＴの値は選択すれ
ば良い。ＭＦＭの場合、’１’０．１．５　Ｔｏ　。

２．０Ｔｏのパルス周期の表われる確率の期待値にＴを
合せておけば良い。このＴの値は記録するデータのパタ
ーン、及び変調方式によって異なるので、典型的なデー
タパターンで合せても良い。

また、本実施例では、電流加算型の駆動回路を第２図で
示したが、駆動回路は電圧加算、その他の方式でも適用
できるのは勿論である。

次に第４図を用いて、その他の半導体レーザの劣化モー
ドにも適用できる本発明の一実施例について説明する。

半導体レーザの劣化モードには第５図に示すように、前
述のレーザ発振闇値がシフトする（一点鎖線で示す）だ
けのものと、経時変化によって点線のように電流感度も
非線形になるものがある。このような劣化モードに対し
てもパワーコントロールを行なうために、直流バイアス
電流に対応する発振出力と、パルス状電流に対する発振
出力をそれぞれ別々に検出する。

第４図において、光検出器２からの出力を増幅器５で増
幅した後、サンプルホールド回路６，７にそれぞれ入力
する。サンプルホールド回路６はパルスのピーク期間だ
けをサンプルし、直流バイアスの期間はボールドする。

またサンプルホールド回路７は直流バイアス期間はサン
プルし、パルス期間はホールドする。サンプルホールド
回路６の制御信号Ａには半導体レーザを駆動するパルス
発生源１２の出力でも良いが、好適には光検出器、増幅
器の時間遅れが存在することから、適当な時間だけ遅ら
せた信号を用いるのが良い。またサンプルホールド回路
７を制御する信号ＡはＡの反転した信号を用いる。

電流加算型の駆動回路を使用する場合には、サンプルホ
ールド回路６の出力とサンプルホールド回路７の出力を
差動増幅器８に入力して、その差動出力を差動増幅器１
０に入力して、基準電圧Ｅ、と比較しその出力を用いて
、重畳されるパルスの波高値を制御する回路１１に入力
する。また回路１１には変調パルス発生源１２からの出
力がレーザ出力Ｐ、−Ｐ、の設定値に対応する電圧であ
る。

ま友サンプルホールド回路７の出力は、差動増幅器９に
入力され、基準電圧Ｅ１と比較され、その出力が直流バ
イアスを制御する手段、例えば第（９） ２図の直流バイアス可変回路４に入力される。この回路
構成によって、半導体レーザの電流対出力の特性が第５
図の点線のように変化しても、パルスピーク値と直流バ
イアス値を別々にモニタして所定の発振パワーになるよ
うに制御することが出来る。

また、半導体レーザ１を駆動する方式として、第８図に
示す電圧整合型の場合には、変調パルス発生源２５から
の信号をエミツタフォローワ型のトランジスタ回路２０
に入力し、同軸り”−プル２４の特性インピーダンスに
等しい抵抗２１を介して、半導体レーザ１を直接パルス
駆動する。抵抗２２は半導体レーザ１の抵抗外を抵抗２
１の値から引いた値をもちいて、インピーダンスの整合
をとる。これによって、パルス波形が歪むことなく半導
体レーザに伝わる。一方、半導体レーザの一端にはダイ
オード２３を介して、直流バイアス電源制御回路４が結
ばれている。この回路では、パルス状ピーク電流は、変
調パルス発生源の入力パルス高さによって決められ、直
流バイアス電流（１０） は直流バイアス電源制御回路４の電圧値のみで独立に決
められる。この駆動回路で本実施例を適用するためには
、第９図に示すように、サンプルホールド回路６の出力
をパルス状ピークパワーの基準値Ｅ４と差動増幅器３０
を用いて、比較しその誤差信号を変調パルス発生源２５
に入力して、ピークパルス電流値をコントロールする。

また一方、サンプルホールド回路７の出力を直流バイア
ス電流の基準値Ｅ１と差動増幅器３１を用いて比較し、
その出力をもちいて直流バイアス可変回路４を駆動し、
直流バイアス電流をコントロールする。

差動増幅器３１の出力を用いて直流バイアスを可変する
直流バイアス可変回路４は通常の加算回路を用いて実現
出来る。すなわち、加算回路の一方に誤差信号を入力し
、他方に直流バイアスを任意に設定する電圧を入れてお
けば良い。

以上述べた、誤差信号に従ってパルス波高（１ｕを可変
にする回路の具体的な構成としては、第６図（ａ）及び
（１））に示すようなものが考えられる。ここで入力Ｂ
は、前述の直流バイアス可変回路と同様に（１１） 任意に設定する電圧と誤差信号の加算信号である。

第６図（ａ）はＡＭ変調に用いられる可変ｇ工の掛算器
であり、変調パルス発生源３の入力と制御信号Ｂの掛算
した波形が得られる。この構成によってパルス波高値を
制御する。また、第６図（ｂ）は、Ｃ−ＭＯＳを用いた
アナログスイッチを使用したもので、アナログスイッチ
の入力には制御信号Ｂを入力して、アナログスイッチに
よってその値をスイッチングすることによってパルス波
高値を制御する。

また、第４図に述べた、サンプルホールド回路６．７は
さらに他のゲート回路、及びアナログスイッチでも代用
出来る。

さらに、半導体レーザの劣化モードが第５図に示す一点
鎖線のように変化するだけならば、本実施例においては
、第７図に示すようにパルス波高値を検出することなく
、直流部分のみを検出して第２図に示す実施例と同様の
コントロールをすれば良い。

本発明によれば、半導体レーザが霊度、経時変（１２） 化によって、電流対発振出力の特性変化を生じても直流
部分、パルス部分のパワーを常に一定の設定値にコント
ロールすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体レーザの駆動電流と発振ノくワーの説′
明図、第２図は本発明に係る半導体レーザ駆動回路の一
実施例を示す図、第３図は本発明を元ディスクに適用し
た場合を説明する図、８ｇ４図は本発明のもう１つの実
施例の説明図、第５図は半導体レーザの特性劣化のモー
ドを説明する図、第６図は回路図、第７図は実施例説明
図、第８図は駆動回路の別の回路図、第９図は本発明の
他の実（１３） 葡　　１　目 カ 亨４図 Ｄ ＺＡ　　　　　　　　　　ＪＺ Ｅ”’　　”　　／’　　ＨＨＯｔｔ ／ ″′″　　　５７ ↓ ／り 、Ｅｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流バイアスにパルスを重畳して、半導体レーザを駆動
   する半導体レーザの駆動方法において、上記直流バイア
   スとパルス印加時のそれぞれの発光出力を別々にモニタ
   ーし、上記モニター結果によって上記半導体レーザの出
   力を制御することを特徴とする半導体レーザの駆動方法
   。