JPS62206893A - 半導体レ−ザのバイアス電流源 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、半導体レーザの光出力を一定の値に制御す
る半導体レーザのバイアス電流源に関する。２ （従来の技術） 半導体レーザの光出力を扱う回路ではその光出力を一定
の値に設定する必要がしばしば生じる。

このような従来の半導体レーザとしては、例えば第５図
に示すような光論理素子（ＢＩＬＤ：Ｂ１５ｔａｂｌｅ
　　Ｌ　ａｓｅｒ　　［）　１ｏｄｅ）として構成され
たものがある（テレビジョン学会誌ＶＯ１，３９，Ｎ。

ｏ、１１　（１９８５）　ｐ１０６４〜１０６８）。

この光論理素子は、半導体レーザＬＤと光検出器１１が
備えられ、半導体レーザＬＤのアノードには、光検出器
１１からの光起電流線路が接続されるとともに抵抗１２
および電圧ＶＣＣの電圧源１３からなるバイアス回路が
接続されている。

半導体レーザＬＤのバイアス電流は、光検出器１１から
の光起電流およびバイアス・回路で規定される電流の和
で設定される。

そして半導体レニザＬＤの閾ｆｉｌ電流近傍において、
光検出器１１への外部入射光Ｐを増減させて、半導体レ
ー＋！ＬＤから１″および“０″に相当するレベルの光
出力をさせて論理動作をさせるようにしている。

このような光論理素子では、ｉ＋　１　＋＋レベルに相
当する光出力を半導体レーザＬＤが安定して発生しなけ
ればならない。

（発明が解決しようとする問題点） ところで半導体レーザＬＤのバイアス電流対光出力の特
性は、後述の第２図（Ｂ）に示すように極めて急峻でバ
イアス電流の単位変化量に対する光出力の変化量はかな
り大きい。

しかしながら上記の光論理素子にみけるバイアス回路は
、抵抗１２および電圧ＶＣＣの電圧源１３で構成されて
いたため、半導体レーザＬＤの光出力を安定に制御する
ことが難しいという問題点があった。

この発明は、上記事情に基づいてなされたもので半導体
レーザから安定した値の光出力を発生させることのでき
る半導体レーザのバイアス電流源を提供することを目的
とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は上記問題点を解決するために、基準バイアス
電流が１定されて基準光出力を発生するように制御され
る基準用の半導体レーザと、基準バイアス電流が入力し
てこれに比例したバイアス電流を出力する電流伝達回路
とを有し、この電流伝達回路から出力されるバイアス電
流で他の半導体レーザを駆動し、この半導体レーザから
前記の基準光出力に比例した光出力を発生させるように
したことを要旨とする。

（作用） 基準用の半導体レーザからは、設定された基準バイアス
電流により、これに対応した所定値の基準光出力が発生
するように制御される。前記の基準バイアス電流は電流
伝達回路に入力し、この電流伝達回路から基準バイアス
電流に比例したバイアス電流が出力される。そして電流
伝達回路から出力されるバイアス電流で他の半導体レー
ザが駆動され、その光出力が前記の基準光出力に比例し
た一定の値に安定に制御される。

（実施例） 以下この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図の（Ａ）、（Ｂ）はこの発明の第１
実施例を示す図である。

まず構成を説明すると、第１図中符ＦＬＤ＋　は基準用
半導体レーザで、基準用半導体レーザＬＤ１には、次の
ようなバイアス電流設定用の回路が付設されている。

即ち、符ＱＰＤはフォトダイオードで、このフォトダイ
オードＰＤは基準用半導体、レーザＬＤ＋に対して、そ
の光出力Ｐｏｕｔの一部が入射する位置に並設され、当
該フォトダイオードＰＤと基準用半導体レーザしＤｌと
は、アノード同士が接続されている。

基準用半導体レーザＬＤ１のアノードには、駆動トラン
ジスタＱｏを介してΦ電源線路１ａが接続され、フォト
ダイオードＰＤのカソードには基準電流１ｒｅｆの基準
電流源２が接続されている。

フォトダイオードＰＤのカソードと基準電流源２との接
続点は、駆動トランジスタＱｏのベースに接続されてい
る。

また符丹３は電流伝達回路でカレントミラー回路で構成
されており、その入力トランジスタＱ１に基準用半導体
レーザＬＤ＋　のカソードが接続され、出力トランジス
タＱ２とΦ電源線路１ａとの間に他の半導体レーザＬＤ
２が接続されている。

電流伝達回路３における上記のベアトランジスタＱ＋　
、Ｑ２はエミッタ面積が略同−で同一の■ｂｅ特性を有
するものが用いられ、またその両エミッタ抵抗Ｒ＋　、
Ｒ２は、同一抵抗値を有するものが用いられて、その電
流伝達比は１：１に設定されそいる。

次に第２図の（Ａ）、（Ｂ）を用いて作用を説明する。

第２図（Ａ）は基準用半導体レーザＬＤ＋のバイアス電
流１ｆと光出力Ｐｏｕｔの関係を示す特性図、第２図（
Ｂ）は基準用半導体レーザＬＤ＋の光出力Ｐｏｕｔとフ
ォトダイオードＰＤに生じる光起電流１ｐの関係を示す
特性図である。

フォトダイオードＰＤには、基準用レーザダイオードＬ
Ｄ１で発生する光出力ｐｏｕｔの一部が入射して光起電
流１−１）が生じ、駆動トランジスタＱｏにより、その
光起電流１ｐと基準電流（ｒｅｆとが等しくなるように
基準用レーザダイオードＬＤ＋のバイアス電流Ｉｆがフ
ィードバック制御されるもので、以下これを順次説明す
る。

第２図（Ａ＞から基準用半導体レーザＬＤ＋は、バイア
ス電流Ｉｆが閾値電流１ｔｈに達するとレーザ発振して
光出力Ｐｏｕｔが発生し、以後光出力Ｐｏｕｔはバイア
ス電流Ｉｆに比例して増大する。したがって光出力ｐｏ
ｕｔは次のように近似される。

Ｐｏｕｔ−０（Ｉｆ＜１ｔｈ） Ｐｏｕｔ−ａ（Ｉｆ−１ｔｈ）、　　（Ｉｆ＞１ｔｈ）
・・・（１） ここにａは基準用半導体レーザＬＤ＋の電流−光変換係
数である。

一方、フォトダイオードＰＤの光起電流１ｐは、次式で
近似される。

Ｉｐ−ｂ（Ｐｉｎ＋ｋＰｏｕｔ）　　　　・＜２＞ここ
にｂはフォトダイオードＰＤの光−電流変換係数、Ｐｉ
ｎは外部からの入射光、ｋは光出力ｐｏｕｔに対するフ
ィードバック光の割合でその値はデバイスの特性によっ
て決まる。

いま、第２図の（Ａ）、（Ｂ）に示すように基準電流源
２からフォトダイオードＰＤへ基準電流１ｒｅｆを流し
たときの基準用半導体レーザＬＤ嘗の基準光出力Ｐｏと
基準バイアス電流１ｆｏを求める。

フォトダイオードＰＤへの入力光は、基準用半導体レー
ザＬＤ＋の光出力ｐｏｕｔに比例する成分ｋＰＯＬＪｔ
のみで、外部からの入射光Ｐｉｎは無いものとする。こ
のとき前記（＋）、（２）式から、基準光出力ＰＯおよ
び光起電流１ｐは次のようになる。

Ｐａ　＝ａ　（Ｉｆｏ　−１ｔｈ） ■ｐ−ｂｋＰｏ　　　　　　　　　　　　＝（３）一方
、駆動トランジスタＱｏのエミッタ電流は、そのエミッ
タ接地電流増幅率をβとすると、β・（Ｉｒｅｆ−ｉｐ
）で表わされる。

したがって第１図に示す接続関係から基準用半導体レー
ザＬＤ＋　に流れる基準バイアス電流ＩｆＯは次式のよ
うになる。

Ｉｆｏ＝Ｉｐ＋β（ｌｒｅｆ−Ｊｐ）　　・＜４＞上記
（３）、（４）両式から基準光出力Ｐｏを求めると次の
ようになる。

Ｐａ−８（（１−β）Ｉｐ＋βｆ　ｒｅｆ−１ｔｈ）＝
ａ　（（１−β）ｂｋＰｏ＋βＩｒｅｆ−１ｔｈ） ａ（βＩｒｅｆ−Ｉｔｈ） Ｐｏ　−□　　　・・・（５） １−ａ（１−β）ｂｋ 駆動トランジスタＱｏの電流増幅率βが十分に大きいと
、上記（５）式は次のように簡単になる。

Ｐｏ　＝　Ｉ　ｒｅ　ｆ／ｂｋ　　　　　　　　　”（
８）このとき、前記（３）式から １ｐ−１ｒｅｆ　　　　　　　　　　　　・”（７）と
なり、フォトダイオードＰＤの光起電流■ｐが基準電流
源２からの基準電流）ｒｅｆと等しくなるような基準光
出力Ｐｏが基準半導体レーザＬＤ１から発生する。

基準光出力Ｐａが決まれば、これを発生させるための基
準バイアス電流！ｆｏが前記（３）式から求められる。

そして上記の基準バイアス電流１ｆｏは電流伝達回路３
における入力トランジスタＱ１に流れる。

電流伝達回路３は、電流伝達比が１：１に設定されてい
るので、出力トランジスタＱ２のコレクタ電流ＩＣ２は
、基準バイアス電流１ｆｏと等しくなり、この電流が他
の半導体レーザＬＤ２にバイアス電流Ｉｆとして流れる
。

而して他の半導体レーザＬＤ２と基準用半導体レーザＬ
Ｄ＋の電流・光出力特性が一致していれば、他の半導体
レーザＬＤ２の光出力は、基準光出力Ｐｏと等しくなる
。

このように１個の基準用半導体レーザＬＤ＋　を設け、
その光出力か所定値の基準光出力Ｐａとなるように基準
バイアス電流Ｉｆｏを決め、電流伝達回路３を介して、
他の半導体レーザＬＤ２に基準バイアス電流１ｆｏと等
しいバイアス電流Ｉｆを流すことにより、その光出力は
基準光出力Ｐ。

に対応した一定の出力値に制御される。

次に第３図には、この発明の第２実施例を示す。

この実施例は、一般的にｎ個の半導体レーザＬＤ２〜Ｌ
Ｄｎ＋＋の光出力を、１個の基準用半導体レーザＬＤ＋
の基準光出力Ｐａと同一の値で安定に制御できるように
したものである。−電流伝達回路４には、１個の入力ト
ランジスタＱ１に対してｎ個の出力トランジスタＱ２〜
Ｑｎ＋１が並設されている。ｎ個の出力トランジスタＱ
２〜Ｑｎ＋１のＶｂｅ特性は、入力トランジスタＱ１の
Ｖｂｅ特性と同一になるように作製されており、各出力
トランジスタ０２〜Ｑｎ＋１のコレクタから、入力トラ
ンジスタＱ１に入力する基準バイアス電流１ｆｏと同一
のバイアス電流ＩｆＯがそれぞれ出力される。

ｎ個の他の半導体レーザＬＤ２〜ＬＤｎ＋＋　は、上記
のバイアス電流Ｉｆｏでそれぞれ駆動されて、基準用半
導体レーザＬＤ＋から発生する基準光出力Ｐｏと同一の
光出力Ｐａとなるように安定に制御される。

図示の例ではそ６゛ぞれ他の半導体レーザＬＤ２〜ＬＤ
ｎに、フォトダイオードＰＤ２〜ＰＤｎ＋１が並設され
ているが、これは基準用半導体レーザＬＤ＋　およびフ
ォトダイオードＰＤ＋の組合わせデバイスと同様のもの
を、１個の半導体チップに多数個集積したものを示すも
ので、他の何れの。

半導体レーザＬＤ２〜ＬＤｎ＋＋　についても基準用！
Ｉ’ｓ体レーザとして設定することが可能であることを
示すものである。

第４図には、この発明の第３実施例を示す。

この実施例は、基準用半導体レーザＬＤ＋に対するフォ
トダイオードＰＤの接続態様が、前記第１実施例（第１
図）のものと異なって、フォトダイオードＰＤのアノー
ドが基準用土・導体レーザＬＤ１のカソードに接続され
た場合のバイアス電流源を示すものである。

構成上、前記第１実施例のものと異なる点は、電流伝達
口ｊ′５５を構成する各トランジスタＱ＋　’　、Ｑ２
’　としてｐｎｐ形のものが用いられ、当該電流伝達回
路５が■電源線路１ａ側に接続されている点である。

電流伝達回路５における出力トランジスタＱ２′のコレ
クタから、基準半導体レーザＬＤ＋に設定された基準バ
イアス電流１ｆｏと同一のバイアス電流１ｆｏが出力さ
れて、他の半導体レーザＬＤ２が基準光出力Ｐｏと同一
の光出力となるように制御される作用は、前記第１実施
例のものと同様である。

なお上記の各実施例において、電流伝達回路３．４．５
は何れもその電流伝達比を１：１に設定したが、入力ト
ランジスタＱ１に対する出力トランジスタＱ２・・のエ
ミッタ面積を変えることにより、その電流伝達比を任意
の値に設定することができる。

したがって他の半導体レーザＬＤ２・・からは、基準光
出力Ｐａに比例した任意レベルの光出力を安定に発生さ
せることができる。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明の構成によれば、基準用半
導体レーザには、基準光出力が発生する基準バイアス電
流が設定され、この基準バイアス電流に比例したバイア
ス電流が電流伝達回路から出力されて、このバイアス電
流により他の半導体レーザが駆動されるので、他の半導
体レーザは基準光出力に比例した光出力値で安定に制御
されるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係わる！Ｆ導体レーザのバイアス電
流源の第１実施例を示す回路図、第２図は同上実施例に
、使用される基準用半導体レーザのバイアス電流と光出
力との関係等を示す特性図、第３図はこの発明の第２実
施例を示す回路図、第４図はこの発明の第３実施例を示
す回路図、第５図は従来の半導体レーザのバイアス回路
を示す回路図である。 ３．４．５：電流伝達回路、 ＬＤ＋　　：ｉ準用の半導体レーザ、 ＬＤ２〜し［）ｎ＋１　　：他の半導体レーザ、ＰＤ：
フォトダイオード、 Ｑｏ　：駆動トランジスタ。 第２ｔ！Ｉ（Ｂ） 第２図（Ａ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基準バイアス電流で所定値の基準光出力を発生するよう
   に制御される基準用の半導体レーザと、前記基準バイア
   ス電流が入力して該基準バイアス電流に比例したバイア
   ス電流を出力する電流伝達回路とを有し、 該電流伝達回路から出力されるバイアス電流で他の半導
   体レーザを駆動して該半導体レーザから前記基準光出力
   に比例した光出力を発生させることを特徴とする半導体
   レーザのバイアス電流源。