JPS5917291A - 半導体レ−ザ制御装置 - 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光出力を安定化させるだめの半
導体レーザ制御装置に関するものである０ 半導体レーザは、発振しきい値電流が温度によって大き
く変動するために、温度変化に対して光出力を安定化さ
せる光出力制御装置が必要となる。

従来、この種の装置としては、ペルチェ素子によって温
度を制御するもの、光出力の一部をフォトダイオードで
受光し、フォトダイオードの出力値により半導体レーザ
の光出力を制御するものなどがあった。しかしながら、
前者においては、ペルチェ素子の駆動に大電力を必要と
し、通常ペルチェ素子は例えば１ステージのものであっ
ても比較的大きなものであるので、システムの節電及び
コンパクト化にとって非常に不利である。更には、゛ベ
ルチェ素子特有の部材として放熱板が必要であり、シス
テムにおける半導体レーザの設置に対して形状効果的見
地から大きなマイナスとなる。これらの欠点は、半導体
レーザをカメラ等小型の装置へ適用する場合には特に重
大な問題点となる。

一方、後者においては、例えば特開昭５７−と抵抗によ
る比較的簡単な回路構成で半導体レーザの光出力を安定
化し得るものの、温度以外による光出力の変化に対して
も光出力制御回路が動作するので、例えばパルス駆動の
ような半導体レーザのオン・オフ制御１７１を適さない
。

壕だパルス駆動による半導体レーザの光出力を安定化さ
せる装置としては、モニタフォトダイオードからのパル
ス出力を積分し、その積分出力変化を検知することによ
り半導体レーザのオン・オフ制御を行なうものもあるが
、モニタフォトダイオードを含めた制御回路の構成が複
雑になるという欠点を有した。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、安定した光出
力が得られる半導体レーザ制御装置を提供するものであ
る。

又、本発明は広い温度範囲に渡って半導体レーザの光出
力を安定化させ得る、低消費電力で回路構成が簡単かつ
小スペースの半導体レーザ制御装置を提供することを目
的としている。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図に温度（ＴＩ　＜　Ｔ？　＜　Ｔｓ　）をパラメ
ータとした典型的な半導体レーザ光出力の電流特性を示
す。図に於てＩＦは半導体レーザの駆動電流、ＰＴ、は
光出力を示すものである。

まだ、第２図に本実施例に於ける半導体レーザの駆動回
路を示す。ここで１は半導体レーザ、２はある温度Ｔで
所定の光出力ＰＬが得られる様に駆動電流ＩＰを制御す
る感温抵抗器で抵抗値はＲｏで表わされる。また３は定
電圧・源で電圧Ｅを発生する。

第２図よシ Ｂ　＝　ＩＰ　（ＲＬ＋、Ｒｏ　）　　　　　　　（１
）ここで、ＲＬは半導体レーザ１の動作抵抗値で、駆動
電流ＩＦの関数として実験的に次式で与えられる。

ＲＬ　＝＝　”　＝　ｇｎ２ＩＦ”＋　　　　　　　（
２）ＩＦ 但し、ｖＦは半導体レーザ１の電圧で、ｎ＋（＜Ｏ）。

ｎ２は定数である。

次Ｋ、外部微分量子効率をη、しきい値電流をＩｔｈと
すると、光出力Ｐｔ、は ＰＬ−η（ＩＦ　−１ｔｈ　）　　　　　　　（３）で
与えられる。ここで、一般に Ｉｔｈ”ｋ＋εＴ／ＴＯ＋　ｋ、　’　　　　　　（４
）である。但し、ｋｌ、　ｋ２＋　’ｒｏ　（特性温度
）は定数であり、Ｔは温度である。また、ｉｓｃ＜ｏ）
、　１２を定数として、？を次のようＫおくことができ
る。

η＝　４Ｔ＋１２　　　　　　　　　　　　（５）さて
、光出力Ｐｔ、を温度Ｔに対してｆ　（’Ｉ’）なる関
数で変化するように制御することにする。す々わち、 Ｐｔ、　＝　ｆσ）（６） このとき、駆動電流ＩＰは、（３）　、　（６）式より
Ｉ　Ｐ　＝　Ｉ　ｔｈ＋　ｊ−！”−（７）η （４）　、　（５）式を代入して ＩＰ　＝　ｋ、εＴ／　Ｔｏ　＋　ｋ２　十−何一　（
８）７１Ｔ＋１２ このように駆動電流ＩＰを制御するためには、電圧Ｅが
一定であるから、感温抵抗器２の抵抗値Ｒｏが次のよう
に変化すればよいことになる。（１）。

（２）式および（８）式より 第３図に第２図の駆動回路を更に詳細にしたものを示す
。図において、４はサーミスタ、５゜６はそれぞれＦ−
＋、Ｒｅの抵抗値を有す可変抵抗器であり、第２図と同
一構成部材には同一の番号を付けた。

サー會スタ４の抵抗値Ｒ８は、一般に次式で与えられる
。

Ｂｓ　：ＲＮｔ　Ｂ（’／　Ｔ　　’／　ＴＮ　）　　
　　　　　（１０）但し、ＲＮ、ＴＮ、Ｂは定数である
。

第３図に於て感温抵抗器２の全合成抵抗値Ｒｔは次式の
様になる。

、＝ＲｓＥ征＋Ｒ２ Ｒ８＋　Ｒ１ 結局、（１１）式で定数ＲＮ（ＴＮ）　、　Ｂおよび可
変抵抗器５．６の抵抗値Ｒ＋、Ｒ２を適切に選ぶことＫ
より、ある温度範囲で ＲＯ＝Ｒｔ Ｉ とすることができ、光出力ＰＬをある温度Ｔに対してｆ
　（ｒ）なる関数で変化する様に制御することが可能と
なる。

なお、温度（Ｃ関わりなく光出力ＰＬを一定出力（九−
ＰＬｏ）　　とするためには、（９）式で１（’ｉ’）
＝　ｐＬＯとおけばよい。但し、一定の光出力ＰＩ、０
は半導体レーザ１を破壊しないように１高温でのＩＰ　
−ＰＬ特性から決める必要がちる。

第４図は上述した各定数を示したものである。

図に於てＬＤ−ａ、ＬＤ−ｂは本発明に用いることので
きる典型的な半導体レーザである。

第５図に、本発明の実験例を示す。同図において、破線
が目標値を、実線が実験値をそれぞれ表わし、−２０〜
＋５０゛Ｃの温度範囲で半導体レーザの光出力を７〜４
．４　ｍＷまで変化させている。この様に温度変化だ伴
い半導体レーザの光出力をそのときの温度の目標値とほ
ぼ同しくすることができる。図より、光出力ＰＬの変動
は最大で５．１％に抑えられていることがわかる。

まだ、第３図では、感温抵抗器２としてサーミスク／！
１個と可変抵抗器５．６の２個を組合せた場合を示しだ
が、場合によっては可変抵抗器５．６は不要である。そ
してサーミスタと可変抵抗器の組合せ方は（９）式で示
される感温抵抗器２の抵抗値１ン○の如きｎ”Ｌ度特性
がイ（ｆらｈるものであれば、どのようなサーミスタと
可変抵抗器の組合せでもよく、両者の個数にも制限はな
い。

さらに、サーミスタ以外の感温抵抗体（たとえば、ポジ
スタ）を使って、第６図のように構成してもよい。図に
於て７はポジスタ、８，９け可変抵抗器であり、第２図
と同一の構成部４′」には同一の番号を伺けた。

寸だ本発明に於てサーミスタ等の抵抗体は、半導体レー
ザの温度変化が直接又は間接的に感知できる場所に設置
すればよい。例えば半導体レーザを支えるＪ１１持台に
熱的に密着させることも可能である。

なお、上述した各図の説明は、ｃｗ、ｍ動（連続発振）
の場合を示したが、パルス駆！ｆｌＪであっても本発明
の効果に何ら変わる所はない。また、可変抵抗器は固定
抵抗器であっても構わない。

以上のように、本実施例によれば、光出力の制御部が感
温抵抗体もしくは感温抵抗体と抵抗器だけで構成される
ので、低消費電力でスペースをとらない半導体レーザの
光出力制御が可能となる効果がある。また、本実施例に
よれば、制御の検出対象が温度変化であるので、安定し
た光出力が広い温度範囲に亘って得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体レーザ光出力の電流特性図５第２図は本
実施例における半導体レーザの駆動回路図、第３図は第
２図の半導体レーザの駆動回路図を更に詳細に示した回
路図、第゛４図は典型的な半導体レーザの各定数を示す
図、第５図は本発明の効果を示す半導体レーザ光出力の
温度特性図、第６図は本発明の他の実施例による半導体
レーザの駆動回路図である。 ■・・・半導体レーザ、２・・・感温抵抗器、３・・・
定電圧源、４・・・サーミスタ、５．６．８．９・・・
可変抵抗器、７・・・ポジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 温度変化に伴い半導体レーザの態勢電流を制御する駆動
   回路を有する半導体レーザ制御装置に於いて、前記駆動
   回路に感温抵抗体を設けたことを特徴とする半導体レー
   ザ制御装置。