JPS61256362A - 半導体レ−ザの駆動方法 - 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】 〔概要〕 ホログラム用の半導体レーザを駆動する際に、駆動パル
スがレーザ光を停止させるべきオフ状態の時に、波長の
モード数がより多くなるように制御することで、オフ時
に波長の異なる多数の光を発光させ、ホログラムで回折
させたときレーザ光を分散させることで、レーザ光の使
用に支障を来すことなしに、オフ時に高周波パルス重畳
を行なって温度変化を抑制することを可能にした。

〔産業上の利用分野〕

近年、半導体レーザを用いた光応用装置として、レーザ
プリンタ、光デイスクメモリ、ＰＯ３用バーコードリー
ダ等が実用化されている。これらの装置において、最近
特にホログラムの回折作用を利用してレーザ光を制御す
ることが注目されている。本発明は、このようにポログ
ラムを利用してレーザ光を制御する場合に適用される半
導体レーザの駆動方法に関する。

〔従来の技術〕

第７図は、半導体レーザ光を利用して印字などを行なう
プリンタであり、半導体レーザＬ　Ｄから発生したレー
ザ光１をレンズ２で平行光に変換してから、回転してい
るホログラムディスク３に入射させる構成になっている
。ホログラムディスク３に入射した光は、該回転ホログ
ラムディスク３で回折されることにより、記録媒体４」
二で矢印ａ１方向に走査される。そして走査のタイミン
グに同期して、Ｉノーザ光出力をオン・オフ変調するこ
とで、記録媒体４上におけるドツト印字位置を選択し、
ドツトの組み合わせで、文字などの記録を行なうことが
できる。

ところでホログラムディスク３の回折角βは、レーザ光
１の波長に依存するため、半導体レーザ１、　Ｄの接合
部の温度変化などで波長が変動したりすると、走査位置
が狂い、印字品質が低下する。

第８図は、レーザ光の波長λとパワーＰとの関係を示す
パワースペクトル図である。半導体レーザのうち、屈折
率導波型レーザでは、所定波長の１本のスベクｉ・ル５
が発生し、シングルの縦モードが得られるようになって
いる。ところが温度変化や伝導電流の変化、パルス印加
によって、５ａ、５ｂ・・・のようにモードが転移して
しまう現象がある。通常このモードポツプの値は、０，
３ｎｍ稈度である。

また半導体レージ′をパルス変調すると、第９図の５ｃ
のように波長の異なる光が同時に複数発生ずる多モード
となることがある。

レーザプリンタなどのように、半導体レーザをパルス変
調して、オン・オフ制御することで、情報の記録を行な
う場合は、ビデオ信号によって、ランダムに半導体レー
ザが駆動されて発光するため、半導体レーザの温度変化
は避けられない。すなわち第１０図の（イ）のように、
ドツトが連続している線６ａを記録する場合は、半導体
レーザに印加される信号は、７ａのようにオン状態が連
続した信号となる。大きな間隔をおいて点６ｂを記録す
る場合は、短いパルス信号７ｈが時間間隔をおいて人力
されることになる。ところが（ロ）に示されるように、
１つのドツト６Ｃ・・・と最小の空白とを交互に記録す
る場合は、高周波のパルス７Ｃ・・・が印加されること
になる。後者のように、印加信号の周波数が最も高いと
きは、数Ｍｌｌｚ程度となる。

なお実際は、第１１図に示すように、５０ｍＡ程度のバ
イアス電流を印加しておき、ビデオ信号がオンとなって
、ドツトを印字する場合に、７で示されるように闇値電
流より充分大きい、７０ｍＡ程度とすることが行なわれ
ている。

このように記録される情報の内容によって、半導体レー
ザに印加される駆動パルスのオン時間の長さや間隔はラ
ンダムに変化する。信号７ａのように、連続した直流状
態の信号が印加されるときは、半導体レーザの接合部に
連続して駆動電流が印加されるため、温度が上界する。

逆にドツトの間隔が大きい場合は、駆動電流が印加され
ない時間が長いため、温度上昇は少ない。

このように印加される信号によって、半導体レーザの温
度変動を来すので、温度変動が発生してもモードホップ
を防止できるように、本発明の出廓人により、昭和５９
年１２月１３日付けで、特願昭５９−２５５５０３号と
して、第１２図のように、半導体レーザの駆動信号に高
周波のパルス８を重畳する方法が提案されている。第１
２図の（イ）は、入力信号７と同一振幅を有し、入力信
号７のローレベルを基準にして、正側に入力信号よりも
高い周波数で振動する高周波パルス８が重畳される。そ
してこの高周波パルス８は、半導体レーザの発光時およ
び非発光時のいずれのタイミングにおいても、重畳され
る。

（ロ）は、高周波パルス８を半導体レーザの非発光時に
おいて、人力信号７に重畳するものである。高周波パル
ス８としては、人力信号７のローレベルを基準として正
側に生しる信号を用いる。

（ハ）は、人力信号７を基準にして負側に振動する高周
波パルス８を、半導体レーザのバイアス時および発光時
に人力信号７に対して重畳する。　　　　　　　　ｉ（
ニ）は、高周波パルス８が、入力信号７を基　　　　　
　　　を準にして負側に振動し、その振幅は、入力信号
がローレベルの時もハイレベルの時も共に、電流値０に
達する大きさとする。そしてかかる高周波パルス８を、
半導体レーザの発光時および非発光時のタイミングにお
いて、入力信号７に対して重畳する。

（ホ）は、高周波パルス８としては、入力信号７のロー
レヘルを基準にして負側に振動する信号を用い、半導体
レーザの非発光時に、入力信号７に対して重畳するもの
である。

（へ）は、入力信号７がハイレベルの時のみ、高周波パ
ルス８を重畳する例である。この場合、高周波パルス８
の振幅は、入力信号７のハイレベルを基準にして、電流
値Ｏまで達する大きさとする。

そしてこれらの各側において、高周波パルス８のパラメ
ータ、すなわぢ周波数、振幅、デユーティを、モードホ
ップを抑制できるような値に調整する。

またこれらの例のうぢ、４口）のように駆動パルスがオ
フ状態の時に高周波パルス重畳を行なう方法は、オフ時
は高周波パルス８が印加され、オン時は駆動信号７が印
加されることで、オン時もオフ時もより均一に駆動され
、温度変化を効果的に抑制できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが駆動信号がオフ時に高周波パルスを重畳すると
、そのためにＩノーザ発光を生じ、結局オン状態となっ
てしまう。これを防止するために、重畳高周波パルスの
電流値を小さくすることも考えられるが、そうすると温
度が低下し、温度変動抑制の効果が期待できない。

本発明の技術的課題は、このような問題を解消し、駆動
パルスのオフ時に高周波パルス重畳によるレーザ発光を
生じても支障のないようにすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明による半導体レーザの駆動方法の基本原
理を説明する波形図である。７はレーザを駆動して発光
させる駆動信号パルスで、オン時すなわちレーザを発光
させるＴｌｌの期間に半導体レーザに入力される。

本発明では、レーザ発光を行なわせるパルス７が発生し
ていないオフの期間すなわちＴＡ期間も、レーザ光を発
生ずるようにパルス信号が印加される。ただしその際の
レーザ光は、モード数がより多い多モード光となるよう
に制御される。この制御は、重畳される高周波パルスの
周波数を高くすることで可能である。

〔作用〕

第２図は本発明方法の作用を説明する図である。

（イ）に示すように、半導体レーザにパルス７が入力し
てオンするＴ、の期間は、（ロ）に９で示されるように
レーザ光が発生する。この場合のレーザ光９は、（ハ）
のようにモードポツプがなくかつ単一波長λ１であるこ
とが望ましいことはいうまでもない。

本発明では、パルス７が入力されない、オフの期間ＴＡ
間に高周波パルス１０を重畳することで、（ロ）に１１
で示されるようにレーザ発光を伴う。

ただしこのオフ時のレーザ光は、モード数ができるだけ
多い多モー１”光なため、（ニ）に示されるように、波
長の異なる多数のモードの発光となる。

モード数が多いため、それぞれの光のパワーは小さい。

（ホ）は、このようにパルス信号７による単一モードの
レーザ光９がホログラム３に入射した状態であり、波長
がλ、単一なため、回折光は一点Ｐに照射される。とこ
ろがオフ期間に発光した多モード光は、それぞれの波長
が（ニ）のように異なるため、（へ）のようにホログラ
ム３を通過して回折された光は、分散してしまい、一点
Ｐに集まることができない。しかも多モードなために、
それぞれのモート光のパワーも小さいので、被照射面１
２においては極めて光度の弱い光が広い面に拡がること
になり、実用上問題とならない。つまり、波長が異なる
と、回折角βが変わることを逆用し、駆動パルスがオフ
の間は多モードであれば、発光しても被照射部の単位面
積当たりの光パワーが小さく、実際上支障がないように
したものである。

このように駆動信号がオフの間に高周波パルスを重畳し
ても何等問題はなくなるので、半導体し−ザをオン時も
オフ時もほぼ均一に駆動することで、温度変動を抑制で
き、その結果モードホップも防止できる。

〔実施例〕

次に本発明による半導体し〜ザの駆動方法が実際」二ど
のような構成を採っているかを実施例で説明する。第３
図は本発明の方法をレーザディスクなどにおける光ビッ
クアンプに適用した例である。

（イ）のようにホログラム１３にレーザ光を入射した場
合、半導体レーザの駆動パルスがオンの間は、レーザ光
は単一モードなため、実線１４で示されるように、媒体
１５上の一点Ｐに収束する。ところが駆動パルスがオフ
時は、多モードとなり、それぞれのモード光の波長が異
なり、その結果それぞれのモード光の回折角が異なるた
めに、破線１６で示されるように、一点に収束すること
は不可能となる。

通常の光学レンズの場合は、波長が異なっても回折角は
変化しないので、多モード光であっても一点に収束され
るが、ホログラムの場合は、多モード光は分散する。そ
の結果（ロ）のように、駆動パルスがオン時の単一モー
ドの光は、１４ｐで示されるように高い光強度を示すが
、多モード光ば１６ｐで示されるように、照射面積が拡
がり、光強度は低下する。したがって光が照射されても
、光の強度が弱いために実用上支障のない用途において
は、本発明の方法を適用可能である。

また強度の弱い光であっても、照射を嫌う場合は、第４
図や第５図のようにして、余分な光を遮断できる。第４
図において、高周波パルス発生回路Ｉ７で発生された高
周波パルスは、駆動信号発生回路１７に入力され、駆動
信号に重畳される。このとき、駆動パルスのオフ時にの
み重畳される。オフ時に多モードとなるように重畳され
る高周波パルスの周波数は、６００ＭＨｚ以上が有効で
あるが、モード数は可能な限り多い方が良い。

半導体レーザＬｒｌで発生したレーザ光は、第１のホロ
グラム１９に入射され、次いで第２のボログラム２０を
透過して、媒体に照射される。

高周波パルスが重畳された駆動信号が、半導体レーザＬ
Ｄに入力されて半導体レーザＬＤがレーザ発振を起こす
と、駆動パルスがオン時は、出力光は単一モードなため
、実線２１で示されるように、２つのホログラム１９と
２０の間の焦点で一旦絞られるが、駆動パルスがオフ時
に発生ずる光は多モード光のため、第１のホログラム１
９で回折される際に一点に絞られず、破線２２で示すよ
うに分散する。

そのため、ピンホールを有する空間フィルター２３を焦
点位置に配設し、実線で示す単一モードの光のみがピン
ホールを通過可能とすることで、多モード光は空間フィ
ルター２３で遮断され、第２のホログラム２０に到達す
ることができない。

第５図はレーザプリンタに実施した例である。

ホログラムディスク３を通過した光は、媒体４上を矢印
ａ１方向に走査される。ところで駆動信号がオン時に発
生する単一モードの光は、細いビームとなって媒体４上
の１点Ｐに照射されるが、駆動パルスがオフ時に発生す
る多モード光は、２６のように矢印ａ、で示される走査
方向と直角方向に分散する。そのため走査光の通過位置
に、（ロ）に示すように細長いスリット２４を有するマ
スク２５を配設すれば、多モード光のスリット２４から
はみ出す部分が遮断される。

第６図は、駆動パルスのオフ時に重畳される高周波パル
スの電流値を例示するもので、高周波パルス１０の電流
値を駆動パルス７の電流値より大きくすることで、オフ
時の半導体レーザの接合部の温度をオン時と同程度まで
上げることができる。

また高周波パルスの電流値を大きくすると、多モード光
の光強度も強くなるが、高周波パルスの周波数をできる
だけ高くして、モード数を増やすことで、それぞれのモ
ードの光強度を抑制できるので、支障はない。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、半導体レーザの駆動パル
スがオフの時に高周波パルスを重畳したためにレーザ光
が発生しても、ホログラムの作用を逆用することで、実
用上支障は生じないため、駆動パルスのオフ時に高周波
パルスを重畳して、半導体レーザの接合部の温度を上昇
させ、オン時との温度差を縮小することで、レーザ光の
モードポツプを確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体レーザの駆動方法の基本原
理を説明する波形図、第２図は本発明の方法の作用を説
明する図、第３図は本発明方法をホログラムレンズに実
施した例を示す図、第４図、第５Ｍは多モード光の遮断
手段を例示する図、第６図は重畳高周波パルスの電流値
を例示する波形図である。 第７図はレーザプリンタを示す図、第８図は半導体レー
ザにおけるモードホップを示す図、第９図は半導体レー
ザにおけるマルチモードを示す図、第１０図は半導体レ
ーザに印加される信号パルスを示す波形図、第１１図は
半導体レーザへの印加電流と光出力との関係を示す図、
第１２図は高周波パルス重畳の各種タイミングを例示す
る波形図である。 図において、ＬＤは半導体レーザ、３はホログラムディ
スク、４は記録媒体、７ａ、７ｂ、７ｃは信号パルス、
９は遅延回路、１０は変調部、１１ば出力制御部をそれ
ぞれ示す。 特許出願人　　　　　富士通株式会社 代理人　弁理士　　　青　柳　　　稔 多モード尤の遮断手段 第４図 童碧國斤司仄ひでルスの電、流値を例示する彼形第６図 シシモードヌへの〉蓼！ｌＷ手段 第５図 χト区ｂμ仝 （イ） （／Ｘ） （ホ） ）＠周ｔＦＪ々ルスｊ （ロ） （ニ） へ） 巳畳の各種例

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　半導体レーザにパルス信号（７）を印加して発光させ
   、レーザ光をホログラムによって回折させる装置におい
   て使用される半導体レーザの駆動方法であって、 該信号パルス（７）でレーザを発光させるオン状態の時
   は、レーザ光が単一モードとなるように制御し、 駆動パルスが、レーザ発光を停止させるべきオフ状態の
   時は、レーザ光のモード数がより多くなるように制御し
   て多モードの発光を行なわせることを特徴とする半導体
   レーザの駆動方法。