JPS6190540A - 光出力安定化装置 - Google Patents

光出力安定化装置

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JPS6190540A
JPS6190540A JP59212358A JP21235884A JPS6190540A JP S6190540 A JPS6190540 A JP S6190540A JP 59212358 A JP59212358 A JP 59212358A JP 21235884 A JP21235884 A JP 21235884A JP S6190540 A JPS6190540 A JP S6190540A
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JP
Japan
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output
current
temperature
voltage
semiconductor laser
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JP59212358A
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English (en)
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Mitsugi Sakai
酒井 貢
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/125Optical beam sources therefor, e.g. laser control circuitry specially adapted for optical storage devices; Modulators, e.g. means for controlling the size or intensity of optical spots or optical traces
    • G11B7/126Circuits, methods or arrangements for laser control or stabilisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/06804Stabilisation of laser output parameters by monitoring an external parameter, e.g. temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/06835Stabilising during pulse modulation or generation

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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】 発明の技術分野 本発明は半導体レーザ、放電管等の如く、駆動電流(電
が)に対して非線形な光出力特性を示す光−の出力光量
を自動的に所望のレベルに制御し、前記光源から安定な
光出力を発生せしむる光出力安定化装置1:関する。 
    従来技術と問題点 半導体レーザ、放電管等の鼻源は、光源の駆動電流(電
π)に対して非線形な光出力特性を示す。 上記の非線形な光出力特性は、微少駆−電流(電圧)時
にはゼロないし極めで弱い光出力を示し、駆動電流(電
圧)の増大にともない、急激な光出力の増加を□示す折
線特性を示すものである。こうした非−形光出力特性を
有する光源から安定な光出力を得る為(ニー、上記の折
線の屈曲点の前後において、七iぞkに最適な駆動電流
(電圧)の制御を行い、光出力の安定化を図るどとが必
゛要である。以下J上記の非線形光出力特性を有する光
源の代表例として半導体レーザ素子を例にとり、本発明
を板間する。なお、以下の図面の説明において、同一作
用をなす構成要素には同一符号を付しその説明を省略す
る。 半導体レーザ素子は、第3図に模式的に示すごとく駆動
電流■に対して折線部を有する非線形な光出力特性を示
す。屈曲点を一般に閾値電流Ithで、また、屈曲点以
降の急峻な立上り部分の勾配を微分量子効率ηで規定す
る。かかる半導体レーザーの光出力特性は、素子の周囲
温度の上昇、或いは、素子の劣化により、閾値電流1 
thの増加や微分量子効率ηの低下をきたす。上記によ
る光出力特性の変化を図中符号C,,C,で示す。この
ような光出力特性の温度依存性や劣化依存性は、半導体
レーザをパルス電流によって駆動しパルス状発光出力を
得る場合には影響が極めて大きい。前記光出力特性変化
による顕著な影響の一例として光記憶装置の光源に半導
体レーザを用い、記憶情報の続出を直流電流IRによる
弱いレーザ連続発振モードで、情報の書込或いは消去を
パルス電流Iwによる強いパルス発振モードでそれぞれ
行う場合についての上記の影響を光出力P1+Ptとし
て第3図に併記しである。半導体レーザの劣化や温度上
昇により、光出力特性がC1からCtへ変化した場合に
は、読出用の連続発振モード(IRに相当する出力分)
が生じなくなる等の問題点がわかる。 こうした非線形特性を有する光源から安定な光出力を得
るための光出力安定化装置(以下、APCと略称する)
が従来から提案されている。その代表的な回路構成図を
第4図に示す。半導体レーザ1の出力光の1部を検出す
るフォトデテクタ2により得た光検出信号を増幅器3を
介してウィンドコンパレータ4に入力し、予め設定する
上下限レベルと比較して夫々の出力信号をANDゲート
回路5(二人力する。一方、クロックパルス発生器6の
出力するクロック信号を上記ANDゲートC二人力して
、その論理演算出力をデジタルアップダワンカクンタ7
に入力する。更に、カワンタ出力なり/Aコンバータ8
を介して帰還抵抗11を有する演算増幅器10に入力し
、電流制限抵抗12を接続するトランジスタ13によっ
て前記半導体レーザ1の駆動電流をフィードバック制御
する。かかる上記従来例の光出力安定化装置では、半導
体レーザの駆動電流設定範囲の全域について駆動電流制
御を前記ワインドコンパレータ4、アツブダクンカクン
タ7及びD/Aコンバータ8により行うので、夫々の構
成部品の不感帯や応答速度及びピット数により制御精度
が限定されてしまう欠点を有していた。例えば、第3図
に示す如く連続発振(IR分に相当)をともなうパルス
発振モード(1w分に相当)で半導体レーザを発振させ
る場合、3mWのパルス出力を得る為には、温度上昇に
よる出力低下分の補信号も含めて約80mAの最大駆動
電流を想定し、駆動電流設定範囲はO〜80mAとなる
。 仮に前記D/Aコンバータ8を8ピツト構成とし、更に
ワインドコンパレータ4の不感帯を考慮して精度分解能
として2デジツトを割当てた場合には、上記電流設定範
囲についての分解能(精度)は電流値で0.6mAとな
り、微分量子効率ηが0.3 mW/m Aのレーザ素
子の場合には光出力制御精度は0.2mWとなる。つま
り、最大出力3mWに対して約7チの精度しか得られず
高精度な目的には使用できないこととなる欠点を有する
。 発明の目的 本発明は、駆動電流(電圧)に対して非線形な光出力特
性を示す光源の出力光量を所望の値に制御して、安定な
光出力を発生せしめる光出力安定化装置を提供しようと
するものである。 発明の概要 本発明は、上記従来の光出力安定化装置の有していた欠
点に鑑み、更に、非線形な光出力を発生する光源の有す
る特徴的特性に着目してなされたもので、上記非線形光
出力特性を有する光源の駆動電流(電圧)に対する光出
力特性曲線に見られる屈曲点(例えば、半導体レーザ素
子においては発光閾値)が、温度変化に応じて一定の関
係で変化することに着目してなされたものである。以下
、本発明を半導体レーザ素子を光源とした場合に例にと
り説明する。 半導体レーザの上記閾値電流1 tbは、周囲温度に対
して(1)式のごとく変化することが知られてしAる。 I th ” exp (T/To)      (1
)ここで、Tは周囲温度(K)、’I’。は特性温度(
K)である。いま、周囲温度の変化に対応できる範囲を
260 K (13℃)から330 K (57℃)迄
に設冥し、前記閾値電流を300 K (27℃)に於
いて60mAとすると、上記温度変化に対不する■値電
流の電流調整範囲は52〜70 mAと、すればよいこ
とがわかる。 そこで、予め、半導体レーザ素子j−50mA程度の電
流を流しておき、さら(二半導体レーザ素子の駆動回路
に温度変化に応じた信号を供給し、半導体レーザの駆動
電流を自動的に補償するようI:なし、更に、上記温度
補償により調整しきれない成分I:ついて、光出力を検
出したフィートノ(ツク制御を施すことにより、高精度
な光出力安定装置を得るものである。 実  施  例 第1図に本発明に係る第1の実施例の回路構成図を示す
。1は半導体レーザ素子、2は半導体レーザの出力光の
1部を検出するフォトデテクタ、′ 3は光検出信号を
入力する差動アンプ、4は増幅された光検出信号を入力
し予め設定される上下限値と比較するウィンドコンパレ
ータ、5は上記コンパレータ出力とクロックパルスを入
力するANDゲート回路、6はクロックパルス発生器、
了は前記ゲート出力を入力するデジタルアツプダクンカ
ワンタ、8は前記力ワンタのデジタル出力を入力するD
/Aコンバータ、8は温度変化(二対する調整手段で、
91は定電圧電源、92は抵抗、93は台演算増幅器の
帰還回路を構成する大きな温度係数を有する温度センナ
を兼ねる抵抗、94は演算増幅器、95は抵抗、10は
帰還抵抗11を有する演算増幅器、12は電流制限抵抗
、13は半導体レーザ素      ゛+1に供給する
電流を制御する制御手段としてのトランジスタである。 本実施例の構成においてフォトデテクタ2、ワインドコ
ンパレータ4、クロックパルス発生器6、アップダワン
カウンタ7及びD/Aコンバータ8の作用は、前記従来
例の場合と同様であるのでその説明を省略し、以下、温
度変化に対する調整手段9の作用を説明する。温度変化
に対して大きな正の温度係数を有する抵抗93は、周囲
温度T= 300 K (27℃)に於いて抵抗値Rを
有し、その抵・抗温度係数なαとする。従って一般に、
温度T1(:おける前記抵抗93の抵抗値R□は、(2
)式で示される。 R□=R(1+α(T−300))     +2)一
方、抵抗92の抵抗値をR□とし、定電圧電源91の電
圧をEとすると、前記演算増幅器94の出力E1は、(
3)式で示される。 抵抗95の抵抗値をR11!、抵抗11の抵抗値をR1
□とすると、抵抗12(電流れる電流のうち前記調整手
段9による成分I、は、(4)式で示される。 今、仮も月:、周囲温度T = 260 K (13℃
)における上記調整手段9I:よる電流成分l、をI、
=50mAとし、抵抗12の抵抗値をR,、=1Ω−R
tt/R*i=1、α= 5 X iff” [deg
−’] 、 E = 5 Vとすれば、R9゜/Rot
 = 12 x 10−”となり、例えばR,、= I
 KΩ、Ro。 = 82.5 KΩとすればよいことがわかる。このと
き上記(4)式は、(5)式に示される。 l1=0.3 X (T −100) (mA)   
  t51半導体レーザ素子1を3 mWで発振させる
時(二必要な電流lは、前記(1)式よりT = 26
0に、 Ith”50 mAとして求めたIth(T) Ith(T) = I、 ・exp (T/200)=
 13.6 ・exp (T/200)から、(6)式
(二より求められる。 1= −=io  (p:出力) η I = ll)1(T) + 1 = 13.6 ・exp (T/200) + 10 
     (6)従って、260K<T≦330にの周
囲温度範囲において、I>Ilが満足されるので、D/
Aコンバータによって補償すべき電流の大きさくdi=
1−1.)は周囲温度T = 330K (57℃)で
最大となり、かつ、di<11mAである。余裕度を充
分に設定して上記diを最大20 mAとしても、8ビ
ツトのD/Aコンバータの1デジット当りでは0.07
8 mAとなり、対応する光量は0.023 mWに対
して1゜5憾の精度が得られることとなる。 第2図は、本発明の第2の実施例を示す回路構成図で、
前記第1の実施例における光検出信号のデジタルフィー
ドバック1成を排し、アナログ信号処理によりループを
構成したもので、温度変化に対する調整手段9の作用は
第1の実施例と同様であり、更(=、回路構成をより簡
便なものと出来るものである。 なお、上記実施例の説明では、光源を半導体レーザ素子
とし、周囲温度の変化により調整手段を正温度係数を有
する抵抗によるとしたが、それに限られることなく、非
線形光出力特性を有する光源に広く適用できるものであ
り、かつ、サーミスタ、熱電対などの熱起電圧素子など
、温度変化に応じてその電気特性に変化を示す感温素子
などの温度変化素子を用いうろことは、本発明の技術的
思想(二鑑みて容易になすことができるものである。 発明の効果 本発明によれば、駆動電流(電圧)に対して非線形の光
出力特性を有する光源の光出力安定化を、駆動電流(電
圧)を温度変化に応じて調整する手段を有して構成され
る光出力安定化装置によって行うことにより、簡便かつ
高精度に行いえるものであり、これを半導体レーザ素子
に適用した場合には、例えば、光記憶装置の安定な書込
、消去。 及び読出を容易に行いうるなどの効を奏するものである
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光出力安定化装置の第1の実施例を示
す回路構成図、第2図は、本発明の第2の実施例を示す
回路構成図、第3図は、本発明を説明するための非線形
光出力を有する光源として例示する半導体レーザの光出
力特性を示す動作模式説明図、第4図は、従来の光出力
安定化装置スを示す回路構成図である。 1・・・・・・半導体レーザ 2・・・・・・フォトデテクタ 9・・・・・・調整手段 93・・・・・・温度センサー 10・・・・・・演算増幅器 13・・・・・・トランジスタ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)駆動電流又は電圧に対して非線形性を有す光出力
    を発生する光源を所望に制御して安定な出力を得る光出
    力安定化装置において、少なくとも前記光源に供給する
    電流又は電圧を温度変化に応じて調整する調整手段を有
    する事を特徴とする光出力安定化装置。
  2. (2)前記調整手段は、少なくとも温度に対して電気特
    性を変化する感温素子を有する特許請求の範囲第1項記
    載の光出力安定化装置。
  3. (3)前記調整手段は、その出力が、光源から検出され
    所望に処理された光検出信号とともに光源に供給する電
    圧又は電流を制御する制御手段に入力される特許請求の
    範囲第1項記載の光出力安定化装置。
JP59212358A 1984-10-09 1984-10-09 光出力安定化装置 Pending JPS6190540A (ja)

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