JPS6344782A - 半導体レ−ザ駆動装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は元ディスクシステム等の光情報処理および光通
信で用いられる半導体レーザ１駆動装置に関するもので
ある。

従来の技術 近年、半導体レーザは、その性能向上（低動作電流、高
出力化など）によって応用分野を急速に拡大しつつある
。一方でさらに応用分野全拡大すべく、半導体レーザへ
の要求もさらに厳しいものとなりつつある。その中でも
特シτ強い要求は、高出力化と低雑音化である。′＃Ｓ
ディスクシステム等で強いこの２つの要求は、一般には
両立し難い。

例えば高出力を得るために、半導体レーザチップの前方
向の端面を低反射率にコーティングすることがしばしば
行なわれるが、これによって戻り元との結合が強くなる
ため、いわゆる戻り光雑音が増大する。そこで高周波全
半導体レーザのＤＣ，駆動電流に重畳して低雑音化する
方法が一般化しつつある。しかし高周波重畳による雑音
低減にも限界があり、必ずしも厳しい低雑音化の要求全
満足し得るとは限らない。一方、半導体レーザの低雑音
化の手法として、高周波重畳法の他に電気的負帰還法が
ある。この方法は半導体レーザの出射光の一部を取や出
してフォトダイオードで受け、その信号全半導体レーザ
に負帰還がかかる様に戻してやる方法である。この電気
的負帰還による方法では、原理的には帰還回路系の利得
を上げる程、雑音の低減効果が増大するが、実際には必
要とされる周波数帯域を満足しつつ、また帰還系の発振
を抑圧しつつ利得を上げる事は困難で、十分な低減効果
が得ら几るとは一概に言えない。そこでこの２つの雑音
低減方法、即ち高周波重畳法と電気的負帰還法を同時に
行なう事が考えらｎる。この２つの方法はそれぞれ別の
原理で雑音を低減するため、両方を行なった際には、雑
音の低減効果はそれぞれの低減効果のほぼ和になる。従
って非常に大きな雑音低減効果が発揮され、低雑音化の
要求を満たし得る。

しかし従来の半導体レーザ、駆動装置では、この高周波
重畳を行なうための回路と、電気的負帰還を行なう回路
はそｎぞれ、シリコンのディスクリートデバイスを用い
て構成した回路であったため、両回路を脅せた回路系は
非常に大型化した。また従来の電気的負帰還法は、高周
波重畳法と合せて用いる際には、半導体レーザの後方向
からの出射光ヲモニターしており、前方向と後方向の雑
音の位相関係が十分相関全持たないため、雑音低減効果
は少なかった。

以下図面全参照しながら従来の半導体レーザ、駆動装置
について説明する。

第６図は従来の半導体レーザ装置のブロック図である。

ディスクリート部品で構成した高周波重畳回路２ｏのみ
が、シールドケース３に収納されており、ディスクリー
ト部品で構成した電気的負帰還回路２１はケーブルを介
して外部に置かれている。これは光デイスクシステムへ
の応用を考えた際に、元ピックアップそのものに装着し
て使用するシールドケース３の大きさが、十分小さい・
必要があるためである。これにさらに定出力駆動回路２
２が接続されている。またディスクリート部品で構成し
た電気的負帰還回路の出力は、ケーブルと、ＬＣフィル
タ１１′（１１−介して半導体ンーザ８と接続されてい
るため、帰還ループの周波数帯域帯が狭くなっている。

１３はモニター用フォトダイオードである。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、電気回路系が複雑
、大型化し、コストも増大する。また電気的負帰還法に
よる雑音低減周波数帯域の狭化全防ぐためには、ワンパ
ッケージに収める必要がある。従って集積回路化しよう
とするが、この際、高周波重畳回路２ｓ１の集積回路に
することは、その発振周波数が５００　ＭＨｚ〜Ｉ　Ｃ
ｒＨｚ程度と高いためＯて非常に困難で、集積回路化で
きたとしても発振周波数の制御性に欠ける。そこでガリ
ウム・ヒ素によって集積回路全構成することが望ましい
。

一方で、電気的負帰還を行なうための回路は、ガリウム
・ヒ素で構成するとガリウム・ヒ素デバイス特有の１／
ｆ雑音が大きくて、結果的に半導体レーザの雑音全低減
できない。従って従来の高周波重畳法と電気的負帰還法
を同時に行なう半導体レーザの駆動装置はそれぞれの回
路全同一の半導体材料で構成することができないので集
積化できないという問題点があった。また半導体レーザ
の後方からの出射光をモニターしているために雑音低減
効果が十分に上がらないという問題点があったＯ 本発明は、従来の半導体レーザ駆動装置の上記欠点に鑑
み、集積化した小型、低コストの、高周波重畳法と半導
体レーザの前方元金モニターする電気的負帰還法を同時
に行なうことができるワンパッケージ化した半導体レー
ザ駆動装置全提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため、本発明の半導体レーザ駆動
装置は、高周波電流を重畳するガリウム・ヒ素集積回路
と半導体レーザの前方光をモニターして電気的負帰還を
かけるシリコン集積回路がハイブリッドに集積化さｎて
構成されている。

作用 高周波重畳回路と電気的負帰還回路をそｎぞｎガリウム
・ヒ素と、シリコンを用いることによって集積回路化が
可能となる。このため電気回路系が小型化し、この２つ
の回路全ワンパッケージに収納しても十分小型にするこ
とができる。また電気的負帰還回路は半導体レーザと直
結できるため、雑音低減周波数帯域全損なうことがない
。また半導体レーザの前方向をモニターして負帰還？か
けるために、大きな雑音低減効果が安定して得ら几る０ 実施例 以下本発明の一実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図は本発明の一実施例における半導体レーザ駆動回
路の配線図である。高周波重畳用ガリウム・ヒ素集積回
路１と電気的負帰還用シリコン集積回路２がプリント基
板上に配線されてプールドケース３内に収納さｎてハイ
ブリッド集積回路となっている。両方の集積回路に正負
５ｖの電圧がそ九ぞれ貫通コンデンサ４．５を介して供
給されている。高周波重畳用ガリウム・ヒ素集積回路１
の出力は負荷コイルらと結合コンデンサ７を介して半導
体レーザ８に供給される。電気的負帰還用シリコン集積
回路２には、外部ＰＩＮフォトダイオード９が入力とし
て接続され、出力として半導体レーザ８が直結されてい
る。また帰還系の利得調整ボリウム１０が接続されてい
る。半導体レーザ８はＬＣフィルタ１１と貫通コンデン
サ１２を介して外部からも、駆動できる。また内蔵Ｐ工
Ｎフォトダイオード１３も貫通コンデンサ１４を介して
外部に接続できる。

第２図１Ｌは、高周波重畳用ガリウム・ヒ素集積回路１
の内部の回路（一点鎖線で囲んで示している）を周辺回
路との接続を含めて示したものである。Ｂ　Ｆ　Ｌ　（
Ｂｕｆｆｅｒｅｄ　ＦＴ！ａＴ　ｌｏｇｉｃ　　）イン
バータ１５を６段縦続接続したリングオシレータと、Ｂ
ＦＬインバータ・バッファ１６、そして、駆動ＦＫＴ１
了から構成されている。第２図すは、リンクオシレータ
を構成スる各ＢＦＬインバータ１５の回路構成を示すも
のである。第３図は電気的負帰還用／リコン集積回路２
の内部の回路（一点鎖線で囲んで示している）を周辺回
路との接続を含めて示したものである。トランス・イン
ピーダンス形プリアンプ１８と駆動部１９から構成され
ている。

このように構成さｎた半導体レーザ駆動装置について以
下にその動作を説明する。第１図中に示す貫通コンデン
サ１２は半導体レーザ８全外部から駆動するための端子
となっている。ここから足元出力動作させるためのＤＣ
電流や、半導体レーザを変調するための信号が入力でき
る。ここでは特に半導体レーザの雑音が問題となる、半
導体レーザ８が足元出力状態で動作している場合につい
て述べる。足元出力状態で動作させるために、内蔵ＰＩ
Ｎフォトダイオード１３からの信号は、貫通コンデンサ
１４を介して外部にある人ＰＣ（定光出力、駆動）回路
に入力さ几る。この信号が一定値を保つ様に半導体レー
ザ８に流ｎるＤＣＣ電流コントロールされる訳である。

このＤＣ電流に高周波重畳用ガリウム・ヒ素集積回路１
からの高周波電流が負荷コイルら及び結合コンデンサ７
全介して重畳される。尚、この高周波電流はＬＣフィル
タ１１と貫通コンデンサ１２によって外部に放射さｎな
いようになっている。この高周波重畳法によって半導体
レーザは、外部の光学系の影響を受けない安定した雑音
ノベルを持った発振をする様になる。しかしこの雑音レ
ベルは、十分に低いものでないことがしばしば生じる。

従って電気的負帰還法によってさらに雑音を低減する。

即ち、半導体Ｖ−ザの前方向への出射光の一部をとり出
して、外部ＰＩＮフォトダイオード９に入力する。

雑音成分をモニターする訳である。この信号を増幅して
、半導体レーザ８に負帰還をかけるとと（てよって雑音
を減少する。このとき内ｇＰ　Ｉ　Ｎフォトダイオード
１３を利用して後方向への出射光？モニターする方法も
あるが、雑音低減効果が安定に得らｎず、かつ小さい。

この電気的負帰還用シリコン集積回路２は、利得調整ボ
リウム１ｏによって０〜２０００倍の電流利得を持って
いる。一般的に、電流利得が高い程、帰還ループの利得
が増して、雑音の低減量が大きくなるが、帰還ループの
位相遅れと利得によって帰還ループ系全体が発振してし
まう場合がある。発振すると雑音低減効果は望めないの
で、使用する光学系及び半導体レーザ８の特性のばらつ
きに対しで、電流利得が最適値になる様に調整するので
ある。この最適化全行なう事により、高周波重畳法によ
−・ご得た雑音レベルより、さらに５〜１５ｄＢ雑音７
が低、、￥２さ几る（周波ｎ：〜１ｏ　ＭＨｚ　）。こ
の様子を第４図に示す。この図は横＠に周波敷金とり、
縦軸に（１相対雑音強度（ＲＩ　Ｎ　（ｄＢ／Ｈｚ　）
　）をとったものである。このように高周波重畳法と電
気的負帰還法を併用したとき、その低減量は低周波数領
域で３０ｄＢ以上にも達し、その到達レベルに−１３９
ｄＢ／Ｈｚであり、十分Ｑて低いレベルであると言える
。電気的負帰還ヲイエなうと、発振状のピークが現わｎ
るが、こｎが完全に発振に到るぎｎき゛りまでオリ得調
整ポリウム１Ｑで利得全上昇さく？′ろことか低い周波
数領域での雑音低減量を太き（、ｆるために・必要であ
る。

このようにしてこの半導体レーザ駆動装置音用いて、は
とんどの半導体レーザを十分に低雑音化でべた。またそ
の回路全体の外形＋′ｉ第６図：・て示す様にハイブリ
ッドエＣ化され小形シールドケース３に収納さ扛ており
、寸法は約１５Ｘ２５Ｘ５朋と大変小型である。このシ
ールドケース３に直接通常の半導体レーザを接続１−て
実用に供することができる。尚第１図に示した半導体レ
ーザ８と逆極性の半導体レーザを用いる場合には、電気
的負帰還用の回路はここで用いたＩＣと位相特性が逆（
非反転増幅回路）である必要がある。

発明の効果 以上のように本発明によｎば、高周波重畳用ガリウム・
ヒ素集積回路と半導体レーザ８の前方向への出射光全モ
ニターとして利用する電気的負帰還用シリコン集積回路
をハイブリッドに集積化し、同時に２つの雑音低減性全
半導体レーザに適用する事により、半導体レーザの雑音
低減効果は非常に犬きく、また、回路としても非常に小
型に作成することができ、その実用的効果は犬なるもの
がある０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の半導体レーザ駆動装置の配
線図、第２図ａ、ｂは同装置の高周波重畳用ガリウム・
ヒ素集積回路の回路図、第３図はＩＨ）装置の電気的負
帰還用シリコン集積回路の回路図、第４図は同装置を半
導体レーザに適用した場合の効果を示す相対雑音強度特
性図、第５図（ま同装置の外観を示す斜視図、第８図は
従来の半導体レーザ装置のブロック図である。 １・・・・・・高周波重畳用ガリウム・ヒ素集積回路、
２・・・・・・電気的負帰還用シリコン集積回路、３・
・・・・・シールドケース、４，６・・・・・・貫通コ
ンデンサ、６・・・・・・負荷コイル、７・・・・・・
結合コンデンサ、８・・・・・・半導体レーザ、９・・
・・・・外部ＰＩＮ）オドダイオード、１０・・・・利
得調整ボリウム、１１・・・・・・ＬＣフィルタ、１２
・・・・・・貫通コンデンサ、１３・・・・・・内蔵Ｐ
ＩＮフォトダイオード、１４・・・・・・貫通コンデン
サー　１５　＝−Ｂ　Ｆ　Ｌインノく一夕、１６・、・
・・ＢＦＬインバータ・バッファ、１７・・・・・・、
駆動ＦＥＴ。 １８・・・・・・トランス・インピーダンス型プリアン
プ、１９・・・・・駆動部、２０・・・・・・ディスク
リート部品で構成した高周波重畳回路、２１・・・・デ
ィスク＋３−ト部品で構成した電気的負帰還回路、２２
・・・・・定出力駆動回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名３−
−−シールドアース ｆ３−ｆ与体し−フ゛ ９’−’？Ｌ”ｉ’ｆｆ’／Ｎ７１ＶｉＸ−”ｙ”ｆ３
−−−ＴｒＩＥ、Ｐ／、Ｎ７ｒｌ−９”’＋Ｘ−￥＋５
ｖ−５ｙ 第　２　図 ÷５ｖ 第３図 Ｓｖ 第４図 ｆ〜Ｈ，ＴＪ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザの駆動電流に高周波電流を重畳する
   回路と、半導体レーザの前方向からの出射光の一部をと
   り出してモニターし、電気的に負帰還をかけて半導体レ
   ーザの雑音を低減する回路とがハイブリッドに集積化さ
   れていることを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
2. （２）高周波電流を重畳する回路はガリウム・ヒ素の集
   積回路であり、電気的に負帰還をかける回路はシリコン
   の集積回路であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の半導体レーザ駆動装置。