JPS61260691A - 半導体レ−ザの波長制御方法 - 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〕 半導体レーザに周期がランダムな駆動信号を印加する際
に、該駆動信号のパルスの立ち下がりや立ち−Ｌがりを
検出してトリガとし、前記のデユーティが次第に小さく
なるなる高周波パルスの重畳を開始することで、駆動信
号の周期に応じて重畳される高周波パルスのデユーティ
を変化させることにより、温度変化によるモードホップ
を防止する。

〔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、ＰＯ８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、このようにホログ
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６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ＬＤ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上で
矢印ａ、方向に走査される。そして走査のタイミングに
同期して、レーザ光出力をオン・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ＬＤ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７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本のスペクトル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、０．３
ｎｍ程度である。

また半導体レーザをパルス変調すると、第８図の５０の
ように波長の異なる光が同時に複数発生する多モードと
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９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７ｂが時間間隔をおいて入力さ
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１０図に示すように、５０ｍ八程へのバ
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、温度が上昇する。

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、本発明の出願人により、昭和５９
年１２月３日付けで、特願昭５９−２５５５０４号とし
て、第１１図のように、半導°体し−ザの駆動信号に高
周波のパルス８を重畳する方法が堤案されている。第１
１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、入力信号７に重畳するものである。高周波パル
ス８としては、入力信号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、入力信号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
に入力信号７に対して重畳する。

（ニ）は、高周波パルス８が、入力信号７を基準にして
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、ＴＵｔｃ値Ｏ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がハイレヘルの時のみ、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のハイレヘルを基準にして、電流
値０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、すなわち周波数、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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが第９図にも示されている如＜、７ｃ・・・のよ
うに周期の短い高周波の駆動パルスが発生する場合もあ
れば、７ｂ・・・のように周期の大きい低周波の駆動パ
ルスが発生する場合もあり、駆動パルスの周波数はまち
まちである。そのため第１１図のように、駆動信号の周
波数のいかんに係わらず常時、周波数が一定の高周波パ
ルスを重畳するだけでは、駆動信号の周波数によっては
、半導体レーザの接合部の温度変化を抑制できない場合
がある。この場合、駆動信号の周波数を予め検出して、
その周波数に応じたデユーティの高周波パルスを発生さ
せて重畳することも考えられるが、駆動信号に応じて周
波数の異なる高周波パルスを発生させることは、実際上
困難である。

本発明の技術的課題は、このような問題を解消し、重畳
される高周波パルスのパターンは一定であるにも係わら
ず、実質上駆動信号の周波数に応じた高周波パルスを重
畳可能とすることで、常に半導体レーザの接合部の温度
変化を確実に抑制し、モードホップを確実に防止するこ
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。（イ）は重畳されるパルス
の波形図であり、パルス９・・・の周期が次第に大きく
なり、パルス幅が次第に小さくなっている。すなわちデ
ユーティが時間経過につれて次第に小さくなっている。

このようにデユーティが次第に小さくなる高周波パルス
９・・・の列１０が、図においては駆動パルス７ｂ、７
ｃのオフ時に重畳される。すると、駆動パルスの周期の
長い低周波時は、（ロ）のように、（イ）の重畳パルス
列の多くが重畳される。すなわち重畳パルス９・・・の
、デユーティが小さい部分まで重畳される。これに対し
くハ）のように、信号パルス７ｃの周波数が高く周期が
短い場合は、（イ）の重畳パルス列１０の内の初めのデ
ユーティの高い部分のみが重畳される。

なお駆動パルスがオン時に、該駆動パルス７ｂ、７ｃ上
に、デユーティが次第に小さくなる高周波パルス９・・
・の列１０を重畳することもできる。

〔作用〕

第２図は本発明による半導体レーザの波長制御方法の作
用を説明するための波形図である。（イ）は駆動パルス
７ｂの周波数が低い場合の例であす、（０）は駆動パル
ス７ｃの周波数が高い場合の例である。（イ）（ロ）い
ずれの場合も、第１図の（イ）のようにデユーティが次
第に小さくなる高周波パルス９・・・の列１０が重畳さ
れる。このデユーティが次第に小さくなる高周波パルス
９・・・の列１０の最初のパルスは、デユーティは常に
高いため、第２図（イ）のように周波数が低い駆動信号
の場合は、同図（ハ）のように最初のデユーティの高い
領域からデユーティの低い領域までの大部分が重畳され
て、第１図（ロ）のようになる。これに対し第２図（ロ
）のように周波数が高い駆動信号の場合は、第２図（ニ
）のように最初のデユーティの高い領域のみが重畳され
、第１図（ハ）のようになる。

第１図（ロ）のように、駆動信号の周波数が低く周期が
長い場合は、半導体レーザの接合部の温度上昇も少ない
。駆動信号がオフの間に重畳される高周波パルスは、（
イ）のように最初はデユーティが高いので、その間の接
合部の温度上昇は大きいが、デユーティが次第に小さく
なるので、接合部の温度も低下する。そして次の駆動パ
ルス７ｈが入力する時点では、丁度該駆動パルス７ｂの
印加による温度上昇と同程度の低い温度に維持される。

これに対し、第１図（ハ）のように、駆動信号の周波数
が高く周期が短い場合は、半導体レーザの接合部の温度
上昇も大きい。この場合は、周期が短いために、高周波
パルス列の最初のデユーティが大きい部分のみが重畳さ
れるので、高い接合部温度が維持され、次の駆動パルス
７ｃが入力する時点でも、丁度該駆動パルス７ｃの印加
による温度上昇と同程度の高温が維持される。

なお各駆動パルス７の立下がりで、デユーティが次第に
小さくなる高周波パルス９・・・の印加が開始され、次
の駆動パルス７の立上がりで、デユーティが次第に小さ
くなる高周波パルス９・・・の印加が中止される。した
がって駆動パルスがオフの間に重畳される高周波パルス
は常に、デユーティが最も大きい部分から重畳開始する
ことになる。

〔実施例〕

第３図は第１図および第２図のような高周波パルス重畳
を行なうための回路図である。１１は駆動信号発生回路
であり、第７図のように、記録される情報に応じて、周
波数がランダムなパルスを出力する。１２は該パルスの
立ち一ヒがりゃ立ち下がりを検出する微分回路、１３は
デユーティが次第に小さくなる高周波パルス列を発生す
るパルス発生回路である。いま駆動信号発生回路１１か
ら微分回路１２にパルス信号が入力すると、その立ち下
がりが検出されて、負トリガがパルス発生回路１３に入
力される。すると該パルス発生回路１３から、デユーテ
ィが次第に小さくなる高周波パルス列が出力され、駆動
信号発生回路１１から出力された信号のパルスがオフの
部分に、重畳され始める。そして次のパルスが発生する
と、その立ち一トがりが微分回路１２で検出されて、正
トリガを発生し、パルス発生回路１３のゲー目４を閉じ
、パルス発生回路１３の出力を遮断する。その結果、パ
ルスがオンの期間は、高周波パルス重畳が行なわれない
。

半導体レーザＬＤを駆動する信号（レーザプリンタの場
合はビデオ信号になる）が比較的高い場合（数１０ＫＨ
ｚ〜数ＭＨｚ）には、重畳するパルスは数ＭＨｚのもの
で良い。したがってデユーティが次第に小さくなる高周
波パルス列１０は、その最初の部分を、数ＭＨｚ程度と
する。

信号の周波数が比較的低い場合（ＤＣ〜数１００ｋ　Ｈ
２）には、デユーティが次第に小さくなる高周波パルス
列のｉ後のデユーティが充分小さくなるように設定され
る。

第１図、第２図では、説明が複雑にならないよウニ、駆
動パルスがオフの期間に高周波パルス重畳を行なう場合
のみ示されているが、第４図のような回路を使用するこ
とにより、駆動パルスがオンの期間に高周波パルス重畳
を行なうこともできる。第４図では、微分回路１２に入
力するパルスの立ち上がりで正トリガが発生して、パル
ス発生回路１３に入力し、デユーティが次第に小さくな
る高周波パルス列を発生して、半導体レーザＬＤに入力
する。このとき信号発生回路１１から発生したパルスも
半導体レーザＬＤに入力されるため、パルスのオン時に
高周波パルス重畳が行なわれることになる。そしてパル
スの立ち下がりが微分回路１２で検出されて負トリガが
発生し、パルス発生回路１３の出力側のゲー目４を閉じ
ることで、高周波パルス重畳が停止され、次のオフの期
間は高周波パルス重畳が行なわれない。

この動作を波形図で示すと、第５図のようになる。すな
わちパルス幅の大きいパルス７ａの場合は、デユーティ
が次第に小さくなる高周波パルス列の大部分が重畳され
る。その結果パルス７ａの印加開始時の接合部温度が低
い時点では、デユーティの大きい部分が重畳され、温度
上昇する。ところが次第にデユーティが小さくなるため
に、印加エネルギーも次第に低下するが、接合部の保温
効果により、急激な温度低下には到らず、パルス７ａの
印加期間は一定温度に維持される。

（ロ）のようにパルス幅の短いパルス７ｃが印加された
時は、重畳パルス列のデユーティの大きい部分のみが重
畳されるので、印加エネルギーは充分で、パルス幅の大
きいパルス７ａが印加される時と同程度まで温度−ト昇
する。

なお第３図と第４図の回路を共用し、駆動パルスがオフ
の間もオンの間もともに、デユーティが次第に小さくな
る高周波パルス列を重畳することも可能である。

〔発明の効果〕

以−ヒのように本発明によれば、半導体レーザの駆動パ
ルスがオフの間、あるいはオンの間に、デユーティが次
第に小さくなる高周波パルス列を重畳することで、駆動
パルスの周波数が高い場合は、それに対応して高周波パ
ルスのデユーティの高い部分が重畳され、駆動パルスの
周波数が低い場合は、それに対応して高周波パルスのデ
ユーティの高い部分から低い部分まで重畳される。その
結果高周波パルス列は単一のパターンであるにも係わら
ず、駆動パルスの周波数のいかんに係わらず常時一定温
度に維持して、モートホッ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波長制御方法の基
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図は本発明方法を実施する回路を示
すブロック図、第４図は本発明の別の実施例を実施する
ための回路図、第５図は本発明の別の実施例を示す波形
図である。 第６図はレーザプリンタを示す図、第７図は半導体レー
ザにおけるモードホップを示す図、第８図は半導体レー
ザにおけるマルチモードを示す図、第９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１０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
１１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、７ａ、７ｂ、７ｃは
信号パルス、９・・・は高周波重畳パルス、１０はデユ
ーティが次第に小さくなる高周波パルス列、１２は微分
回路、１３はパルス発生回路、１４はゲートをそれぞれ
示す。 。区 さ ”４＞−Ｙ’ｌμ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体レーザにおいて、印加する信号に、信号より高い
   周波数のパルスを重畳し、単一縦モードを安定して得る
   際に、 重畳するパルスのデューディが、時間が経つにつれて小
   さくなるような高周波パルスを発生する電気回路を有し
   、駆動パルスの立ち下がりや立ち上がりのようなパルス
   の変化時点に該高周波パルスの重畳を開始し、駆動パル
   スの次の変化時点でパルス列の重畳を中止することを特
   徴とする半導体レーザの波長制御方法。