KR100281921B1

KR100281921B1 - Semiconductor laser diode driving circuit

Info

Publication number: KR100281921B1
Application number: KR1019940021897A
Authority: KR
Inventors: 장현룡
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1994-08-31
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 2001-03-02

Abstract

본 발명은 레이저 다이오드의 구동 회로에 관한 것으로, 상세하게는 100mW 이상의 출력을 가지는 반도체 레이저 다이오드의 초기 구동시 임계 전류 이상을 빨리 흘려 주어 레이저 다이오드를 신속하게 기동시키는 반도체 레이저 구동 회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving circuit of a laser diode, and more particularly, to a semiconductor laser driving circuit for quickly starting a laser diode by rapidly flowing a threshold current or more during initial driving of a semiconductor laser diode having an output of 100 mW or more.

즉, 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 구동 회로는 적분기에 임펄스성의 급속 전류를 흘려줄 수 있는 경로를 만들어 줌으로써, 레이저 다이오드를 보다 빨리 기동시킬 수 있는 효과가 있다.That is, the semiconductor laser diode driving circuit according to the present invention has an effect that can start the laser diode faster by making a path that can flow the impulse rapid current to the integrator.

Description

Semiconductor laser diode driving circuit

제1도는 레이저 다이오드의 전류와 출력광의 세기와의 관계를 나타낸 그래프이고,1 is a graph showing the relationship between the current of the laser diode and the intensity of the output light,

제2도는 종래의 레이저 다이오드의 구동 회로도이고,2 is a driving circuit diagram of a conventional laser diode,

제3도는 종래의 레이저 다이오드의 구동 회로의 RC 적분기의 시간에 따른 충전 전압을 나타낸 그래프 이고,3 is a graph showing the charging voltage over time of the RC integrator of the driving circuit of the conventional laser diode,

제4도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드 구동 회로도이고,4 is a laser diode driving circuit diagram according to the present invention,

제5도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드 구동 회로의 RC 적분기의 시간에 따른 충전 전압을 나타낸 그래프 이다.5 is a graph showing the charging voltage over time of the RC integrator of the laser diode driving circuit according to the present invention.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

1 : 적분기 2 : 전류 버퍼1: integrator 2: current buffer

출력이 100mW 이상인 레이저 다이오드는 변조용으로 사용되기 보다는 주로 다른 종류의 레이저 장치의 발진을 위한 펌핑용으로 사용된다. 이와 같이 펌핑용으로 사용하는 경우 그 구동 방법으로는 펌핑시 출력 광량을 모니터하여 출력 광량이 일정하도록 레이저 다이오드에 흘려주는 전류를 조절해 주는 방법과, 출력 광량과 상관 없이 레이저 다이오드에 흘려주는 전류를 일정하게 공급하고 레이저 다이오드가 일정 온도가 되도록 레이저 다이오드용 냉각 소자에 전류를 가감 제어하는 방법이 있다. 특히 고출력의 레이저 다이오드의 경우에는 후자쪽의 방법을 많이 사용하고 있다.Laser diodes with a power output of more than 100 mW are used primarily for pumping for the oscillation of other types of laser devices, rather than for modulation. In the case of pumping as such, the driving method is to monitor the output light quantity during pumping and to adjust the current flowing to the laser diode so that the output light quantity is constant, and the current flowing to the laser diode regardless of the output light quantity. There is a method of supplying and controlling the current to the laser diode cooling element so that the supply is constant and the laser diode is at a constant temperature. Especially in the case of high power laser diodes, the latter method is often used.

그리고 이와 같은 고출력 레이저 다이오드를 초기에 발진시킬 때에는 레이저 다이오드 자체의 온도 안정도를 위하여 펌핑 전류가 서서히 흐르도록 하여야 한다.When the high power laser diode is initially oscillated, the pumping current should be gradually flowed for the temperature stability of the laser diode itself.

그러나 이러한 방법으로 레이저 다이오드를 기동할 경우에는 제1도에 도시된 바와 같이, 레이저 발진이 일어나기 시작하는 최소한의 전류값 즉 임계 전류값(I_th) 이상을 흘려주기 위해서는 상당한 시간이 소요되는 문제점이 있다.However, when the laser diode is started in this manner, as shown in FIG. 1, it takes a long time to flow the minimum current value, that is, the threshold current value I _th , at which the laser oscillation starts to occur. have.

이러한 문제점을 제2도 및 제3도의 도면을 통하여 알아보기로 한다.This problem will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

제2도는 종래의 반도체 레이저 다이오드의 구동 회로도이다. 이 도면에 도시된 바와 같이 종래의 레이저 다이오드 구동 회로는 저항기 R1, R2, 캐패시터 C1, 스위치 SW로 구성된 적분기(1)와, 전류 버퍼로 사용되는 OP 앰프 그리고 레이저 다이오드에 구동 전류를 흘려주는 구동 전류 제어용 트랜지스터로 구성되어 있다.2 is a driving circuit diagram of a conventional semiconductor laser diode. As shown in the figure, the conventional laser diode driving circuit includes an integrator 1 composed of resistors R1, R2, capacitor C1, and switch SW, an OP amplifier used as a current buffer, and a driving current for driving a driving current to the laser diode. It consists of a control transistor.

이상과 같이 구성된 레이저 다이오드 구동 회로는 앞에서, 언급한 바와 같이, 레이저 다이오드 자체의 온도 안정도를 위하여 가동시 전류를 서서히 흘려주기 위해 적분기(1)를 사용하고 있다.As described above, the laser diode driving circuit configured as described above uses the integrator 1 to gradually flow a current during operation for temperature stability of the laser diode itself.

스위치 SW를 온 상태에서 오프 상태로 하면, 이 적분기(1)의 캐패시터 C1에 시간에 따라 충전되는 전압(A점의 전압)은, 제3도에 도시된 바와 같이, V₀(t)=V₁(1-e^-t/(R1+R2)C1)로 표시되는 지수함수적으로 증가한다(여기서, V₁=Vcc가 된다). A점의 전압의 증가하면 OP앰프는 전류버퍼이므로 저항기 R4에 걸리는 전압 즉 C점의 전압과 같아지기 위하여 OP앰프의 출력 전압인 B점의 전압이 높아진다.When the switch SW is turned from the on state to the off state, the voltage (voltage at the point A) charged to the capacitor C1 of the integrator 1 over time is V ₀ (t) = V, as shown in FIG. _It increases exponentially, expressed as ₁ (1-e ^{-t / (R1 + R2) C1} ) (where V ₁ = Vcc). When the voltage at point A increases, the OP amplifier is a current buffer, so the voltage at point B, the output voltage of the OP amplifier, is increased to be equal to the voltage across resistor R4, that is, the voltage at point C.

이와같이 B점 전압이 높아지면 트랜지스터의 베이스에 인가되는 바이어스 전류를 증가시키게 되므로 R4에 흐르는 전류는 시간에 따라 증가하게 된다.As the voltage at point B increases, the bias current applied to the base of the transistor increases, so that the current flowing in R4 increases with time.

따라서, 이 트랜지스터의 컬렉터에 직렬 연결된 레이저 다이오드에 흐르는 전류도, 제3도에 도시된 바와 같이, 시간에 따른 적분기의 충전 전압의 증가와 함께 시간에 따라 증가하여, 전류가 임계치를 넘으면 레이저 빔이 발진되게 된다(R1=47K, R2=100K, C1=2.2μF에서 측정).Therefore, the current flowing through the laser diode connected in series with the collector of this transistor also increases with time as the charging voltage of the integrator increases with time as shown in FIG. 3, so that when the current exceeds the threshold, the laser beam Oscillation (measured at R1 = 47K, R2 = 100K, C1 = 2.2 μF).

그러나 제3도에 도시된 바와 같은 증가 전류가 레이저 다이오드에 흘러도 처음에는 레이저 빔이 발진되지 않는다. 일정 전류값(임계 전류값) 이상으로 증가되어 야만 레이저 빔이 발진되는데, 이때 까지는 많은 시간이 걸리게 되는 단점이 있다(지연시간 t_dl).However, even if an increasing current as shown in FIG. 3 flows through the laser diode, the laser beam is not initially oscillated. When the laser beam is oscillated only when it is increased above a predetermined current value (threshold current value), there is a disadvantage that it takes a long time (delay time t _dl ).

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 레이저 다이오드 기동시 적분기에 충전되는 전압을 초기에 좀 더 급격히 증가시켜 임계 전류값에 빨리 도달하도록 하여 레이저 발진에 걸리는 시간을 단축할 수 있는 레이저 다이오드 구동 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to improve the above problems, and the laser can start shortening the time required for laser oscillation by rapidly increasing the voltage charged in the integrator at the initial stage to reach the threshold current value quickly. It is an object to provide a diode driving circuit.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 구동 회로는,In order to achieve the above object, the semiconductor laser diode driving circuit according to the present invention,

제1저항기 및 제1캐패시터로 형성되어 기동시 인가 전압을 적분하는 적분 수단과, 상기 적분 수단에 적분된 전압값에 비례하는 공급되는 레이저 발진 전류를 버퍼링 하는 버퍼링 수단을 구비한 반도체 레이저 다이오드 구동 회로에 있어서,A semiconductor laser diode driving circuit comprising an integrating means formed of a first resistor and a first capacitor and integrating an applied voltage at startup, and a buffering means for buffering a supplied laser oscillation current proportional to the voltage value integrated in the integrating means. To

상기 적분 수단의 상기 저항기의 양쪽 단자를 접점으로 하여 직렬로 연결된 제2저항기 및 제2캐패시터가 접속된 것을 특징으로 한다.A second resistor and a second capacitor connected in series with both terminals of the resistor of the integrating means as contacts are connected.

본 발명에 있어서, 상기 버퍼링 수단은 상기 적분 수단의 전압 상승에 비례하여 레이저 발진 전류를 상승시키는 것이 바람직하다.In the present invention, the buffering means preferably raises the laser oscillation current in proportion to the increase of the voltage of the integrating means.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 구동 회로를 설명한다.Hereinafter, a semiconductor laser diode driving circuit according to the present invention will be described with reference to the drawings.

제4도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드 구동 회로도이다. 이 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 다이오드 구동 회로는 저항기 R1, R2, 캐패시터 C1, 스위치 SW, 그리고 R2에 병렬로 접속된 직렬 구조의 R3 및 C2로 구성된 적분기(1)와, 전류 버퍼로 사용되는 OP 앰프 그리고 레이저 다이오드에 구동 전류를 흘려주는 구동 전류 제어용 트랜지스터로 구성된 전류 버퍼(2)로 이루어 진다.4 is a laser diode driving circuit diagram according to the present invention. As shown in this figure, the laser diode driving circuit according to the present invention comprises an integrator 1 consisting of resistors R1, R2, capacitor C1, switch SW, and R3 and C2 in series connected in parallel to R2, and a current buffer. It is composed of a current buffer (2) consisting of a driving current control transistor for flowing a driving current to the OP amplifier and the laser diode used as.

이상과 같이 구성된 레이저 다이오드 구동 회로는 앞에서 언급한 바와 같이, 레이저 다이오드 자체의 온도 안정도를 위하여 기동시 전류를 서서히 흘려주기 위해 적분기(1)를 사용하고 있다.As mentioned above, the laser diode driving circuit configured as described above uses the integrator 1 to gradually flow a current at startup for temperature stability of the laser diode itself.

그리고 본 발명에서는 이 적분기(1)의 C1이 충전되는 충전 시간을 줄이기 위해 R2에 병렬로 직렬 구조의 저항기(R3) 및 캐패시터(C2)를 더 접속하는 점에 특징이 있다.In addition, the present invention is characterized in that a resistor R3 and a capacitor C2 having a series structure are further connected in parallel to R2 in order to reduce the charging time for charging C1 of the integrator 1.

이와 같은 구동 장치의 동작은 다음과 같다.The operation of such a driving device is as follows.

스위치 sw를 온 상태에서 오프 상태로 하면, 이 적분기(1)의 캐패시터 C1에 시간에 따라 충전되는 전압(AA점의 전압)은, 제5도에 도시된 바와 같이, V₀(t)=V₁(1-e^-t/(R1+R2)C1)로 표시되는 지수함수적으로 증가한다(여기서, M=(R3+e^-t/R3C2)∥R2, V₁=Vcc, R1≪R2가 된다).When the switch sw is turned from the on state to the off state, the voltage (voltage at the AA point) charged with the capacitor C1 of the integrator 1 over time is V ₀ (t) = V as shown in FIG. _It increases exponentially, expressed as ₁ (1-e ^{-t / (R1 + R2) C1} ) (where M = (R3 + e ^{-t / R3C2} ) ∥R2, V ₁ = Vcc, R1 do).

이와 같이 스위치SW를 온 상태에서 오프하면 전원 전압이 R2 경로를 통하여 C1에 충전되는 외에도 R3 및 C2로 형성된 직렬 경로를 통하여 감쇠 지수 함수적으로 전류가 급속하게 흘러서 C1에 충전되므로, AA 점의 전압 상승 속도가 빨라지게 된다. AA점의 전압이 빨리 증가하면 레이저 다이오드가 기동된 후 임계 전류에 도달하는 시간도 그만큼 빨라지게 된다.In this way, when the switch SW is turned off, the power supply voltage is charged to C1 through the R2 path, and the current flows rapidly in the attenuation exponential function through the series path formed by R3 and C2 to charge C1, so that the voltage at the AA point Ascending speed will increase. The faster the voltage at the AA point is, the faster the threshold current is reached after the laser diode is started.

즉 AA점의 전압이 빨리 상승하면 전류 버퍼 OP앰프는 전류 버퍼이므로 저항기 R5에 걸리는 전압 즉 CC점의 전압과 같아지기 위하여 OP앰프의 출력 전압인 BB점의 전압이 빨리 높아진다. 이와같이 BB점 전압이 빨리 높아지면 트랜지스터의 베이스에 인가되는 바이어스 전류를 빨리 증가시키게 되므로 R5에 흐르는 전류도 시간에 따라 빠르게 증가하게 된다. 따라서, 이 트랜지스터의 컬렉터에 직렬 연결된 레이저 다이오드에 흐르는 전류도, 제5도에 도시된 바와 같이, 시간에 따른 적분기의 충전 전압의 빠른 증가와 함께 급속히 증가하여, 전류가 임계치에 빨리 도달하여 레이저 다이오드가 발진되어 레이저 빔이 방출된다(지연시간 t_d2).In other words, if the voltage at the AA point rises quickly, the current buffer OP amp is a current buffer, so that the voltage at the resistor R5 equals the voltage at the CC point, that is, the voltage at the point BB which is the output voltage of the OP amp. As the voltage of the BB point increases rapidly, the bias current applied to the base of the transistor is quickly increased, so that the current flowing in R5 also increases rapidly with time. Thus, the current flowing through the laser diode connected in series to the collector of this transistor also rapidly increases with the rapid increase of the charging voltage of the integrator with time, as shown in FIG. 5, so that the current quickly reaches the threshold and the laser diode Is oscillated and the laser beam is emitted (delay time t _d2 ).

제5도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드 구동 회로의 RC 적분기의 시간에 따른 충전 전압을 나타낸 그래프이다(R1=47K, R2=100K, C1=2.2μF에서 측정). 이 도면을 제3도와 비교하여 보면 보다 빠른 시간내에 임계 전류값에 도달하게 됨을 알 수 있다. 즉 t_{d1 〉}t_d2이 된다.5 is a graph showing the charging voltage over time of the RC integrator of the laser diode driving circuit according to the present invention (measured at R1 = 47K, R2 = 100K, C1 = 2.2μF). Comparing this drawing with FIG. 3, it can be seen that the threshold current value is reached within a shorter time. That is, t _d1> t _d2 .

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 구동 회로는 적분기에 임펄스성의 급속 전류를 흘려줄 수 있는 경로를 추가로 만들어 줌으로써(R3 와 C2의 직렬회로를 R2에 병렬 연결하여 줌으로써), 레이저 다이오드가 기동하는 임계 전류를 보다 빨리 흘려주어 레이저 다이오드의 기동을 빠르게 할 수 있는 효과가 있다.As described above, the semiconductor laser diode driving circuit according to the present invention additionally creates a path through which an impulsive rapid current can flow through the integrator (by connecting a series circuit of R3 and C2 in parallel to R2). The critical current to be started is flowed faster, and the laser diode can be started more quickly.

Claims

A semiconductor laser diode driving circuit comprising an integrating means formed of a first resistor and a first capacitor and integrating an applied voltage at startup, and a buffering means for buffering a supplied laser oscillation current proportional to the voltage value integrated in the integrating means; The semiconductor laser diode driving circuit according to claim 2, wherein a second resistor and a second capacitor connected in series are connected with both terminals of the resistor of the integrating means as contacts.

The semiconductor laser diode driving circuit according to claim 1, wherein said buffering means raises a laser oscillation current in proportion to a voltage rise of said integrating means.

The semiconductor laser diode driving circuit according to claim 1, wherein said buffering means comprises an OP amplifier and a transistor.