KR910003217B1 - 반도체 레이저의 구동 장치 및 방법 - Google Patents

반도체 레이저의 구동 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

반도체 레이저의 구동 장치 및 방법
제1도는 본 발명을 실시하기 위한 회로 구성을 도시한 도면.
제2a도, 제2b도, 제2c도는 고주파 전류 중첩 구동시의 레이저 광 출력의 시간변화를 설명하기 위한 도면.
제3도~제5도는 본 발명을 설명하기 위한 도면.
본 발명은 반도체 레이저의 구동 장치 및 방법 특히, 반도체 레이저를 정보처리응 광원으로서 사용하는 경우 레이저 노이즈를 억제하는 구동 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 레이저는 광 비디오 디스크, 광 디지탈 오피오 디스크 등의 신호 픽업용 광원으로서 실용화되어 가고 있다. 그러나, 반도체 레이저의 간섭성이 너무 좋기 때문에 외부 광학계에서의 반사광 피드백에 의해서 레이저 광 출력이 변동한다는 문제도 있다. 이 반사광 피드백에 의한 레이저 광 잡음은 직류 구동하에서 단일 모드로 발진하는 반도체 레이저에서 현저하게 발생한다. 또, 단일 모드 레이저는 반사광 피드백이 없더라도 어떤 온도 범위내에서는 2줄 이상의 모드가 경합 발진하여 레이저 잡음이 증대한다는 문제도 있다.
단일 모드 레이저가 갖는 레이저 잡음을 억제하는 방법으로서 1980년 8월 20일에 출원한 일본 특허출원 소화 55-113515[변경, 실용신안출원 소화 54-99374(출원일, 1979.7.20.)]과 대응 출원인 일본국 특허 공개 공보 소화 56-37834(1981.4.11.), 서독 출원 제P3027318.8(1980.7.18.) 및 미국 출원 번호 제 169794(1980.7.17.)에 고주파 전류를 중접해서 레이저를 구동하고, 멀티 모드 발진시키는 방법이 제안되어 있다. 멀티 모드 발진 상태에서는 간섭성이 저하하기 때문에 반사광 피드백에 의한 레이저 잡음 발생이 약해진다. 그러나, 온도 변화에 따르는 레이저 잡음에 대해서는 레이저를 단지 고주파 중첩하여도 억압할 수 없을 경우가 있다.
본 발명의 목적은 고주파 중첩 레이저 구동의 수단에 의해 온도 변화에 따르는 레이저 잡음에 대해서도 억제 효과가 현저한 반도체 레이저의 구동 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 직류 구동하에서 단일 모드로 발진하는 반도체 레이저를 1.2㎱ 이하의 펄스폭에서 연속파 펄스 발진시키도록 직류 전류에 고주파 전류를 중첩한 신호에 의해 구동하는 것 을 특징으로 한다.
다음에 도면을 사용하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
제1도는 본 발명을 실시하기 위한 회로구성의 일예를 도시한 도면이다. 반도체 레이저(1)은 직류 전류원(2)와 고주파 전류원(3)의 중첩 전류로 구동된다. 제1도에서 L, C는 각각 코일 및 콘데서이고, 2개의 전류원이 독립으로 반도체 레이저를 구동할 수 있도록 하기 위해서 삽입되어 있다. 반도체 레이저(1)을 정보 재생용 광원으로서 사용할 때, 반도체 레이저(1)에서의 레이저 광은 렌즈 등의 광학 수단에 의해 기록 매체로 유도되고 미소한 광 스포트로서 집광된다.
제2a도는 반도체 레이저의 전류-광 출력 특성을 도시한 도면이다. 레이저를 직류 IO와 고주파 전류△I·cos(2πft)의 중첩된 전류 I는, 예를 들면
Figure kpo00001
로 구동한다. 제2b도에 레이저 구동 전류의 시간 변화를 도시한다. 이때, 레이저 광 출력의 시간 변화는 제2c도에 도시한 바와 같이 된다. 즉,
Figure kpo00002
단, Ith는 발진 임계 전류, LO및 △L은 각각 IO,△I에 대응하는 직류 광 출력 및 교류 광 출력이다. 레이저 구동 전류 I가 Ith를 초과한 경우에만 레이저 발진하기 때문에 레이저 광 출력 L은 연속파 펄스 발진으로 된다. 이와 같이, 고주파 전류는 레이저 발진이 고주파에서 "on" "off"로 되도록 그 진폭을 충분히 크게 한다. 레이저 발진의 상승 시에는 균일한 스펙트럼 넓이를 갖는 반도체 레이저에 있어서도 몇개의 세로 모드가 레이저 발진하고, 이와 같은 고주파에서 레이저 발진이 "on" "off"로 되면, 다중 세로 모드 발진 상태가 유지되고 연속파 펄스 발진으로 된다. 고주파 전류는 주파수 f와 진폭 △I로 규정되지만, 연속파 펄스로서는 펄스의 반복 주파수 f와 변조 지수 η로서
Figure kpo00003
으로 규정된다. 여기서 Lm는 변조시의 평균 광 출력이다.
또, 펄스 폭 τ와 f, η의 관계는
Figure kpo00004
로 표시된다.
다음에 고주파 변조시의 레이저 잡음에 대해서 설명한다. 여기서, 반도체 레이저로서 파장 780㎚, Ith=50㎃의 HCSP(Modified Channeled Substrate Planar) 단일 모드 레이저를 사용하며, 평균 광 출력 Lm= 3㎽로 동작시켰다.
제3도에 반사광 피드백이 없는 경우의 레이저 잡음의 온도 변화를 표시한다. 레이저 잡음은 상대 잡음 강도(RIN)에 의해
Figure kpo00005
로 표시하고 있다. 여기서, iN및 iDC는 레이저 방출광을 광 검출기로 광전변환해서 검출한 경우의 각각의 잡음 전류 및 직류 전류, △f는 잡음전류의 측정 대역폭이다. 제3도에는 광 비디오 디스크의 신호 주파수인 8㎒에서의 RIN을 표시 하고 있다. 여기서 직류 전류 IO을 발진 임계 전류 Ith(=50㎃)보다 크게 하고, IO=57㎃, LO=2.1㎽와 고주파 변조의 변조지수η=1.4로 되도록 △I를 조정한 후에 주파수 f를 120㎒~800㎒, 펄스 폭 τ를 5.2㎱~0.78㎱로 변화시키고 있다. f가 120㎒(τ=5.2㎱) 및 300NHz(τ=2.1㎱)일때 온도 변화에 대해서 RIN은 불안정하지만, 600㎒(τ=1.04㎱) 및 800㎒(τ=0.78㎱)일때 온도 변화에 대해서 안정하게 되고, 또 잡음 레벨도 낮게 되고 있다.
제4도는 가로축에 f를 취하고, RIN의 온도 20℃∼50℃에서의 변화역을 세로 축으로 표시한 것이다. 실선은 제3도에 해당하며 반사광 피드백이 없을 때이다. 점선은 레인저 방출광을 구경수(NA) 0.15의 커플링 렌즈에 평행빔으로 평해하게 한 후, NA=0.53의 대물렌즈로 광 디스크에 해당하는 거울에 집광하여 그 5%가 레이저에 피드백하도록 한 경우이다. f가 600㎒ 이상, τ가 0.14㎱ 이하에서는 RIN의 값은 낮고 온도에 대해 안정하며, 또한 반사광 피드백의 영향은 거의 없는 것을 알 수 있다.
제5도는 f=600㎒로 고정해서 RIN의 변조 지수의 존성을 표시한 것이다. RIN은 온도 20℃∼50℃의 범위에서의 변화역을 표시하고 있다. η가 1.2 이상, τ가 1.15㎱ 이하일 때, RIN의 값은 낮고, 온도에 대해 안정하며 또한 반사광 피드백의 영향이 거의 없는 것을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 잡음 억제 효과는 F가 높을수록 크고 η가 클수록 크다. 즉, 광 펄스의 펄스 폭 τ가 짧을수록 멀티 모드로 발진하기 때문에 잡음 억제 효과가 크다고 생각된다. 잡음 억제 효과가 특히 현저하게 되는 펄스폭의 상한은 f
Figure kpo00006
550㎒, τ
Figure kpo00007
1.2㎱이다.
f의 상한으로서는 레이저의 변조 특성에서 4GHz 정도이며 η의 상한으로서는 고주파 발진 회로의 현재의 기술을 고려하여 3 정도이고, 이들의 값에 대응하는 광 펄스쪽의 하한은 식(4)에서 τ
Figure kpo00008
0.07㎱이다.
이상을 요약하면, 레이저 잡음 적제 효과는 펄스폭 τ가 1.2㎱ 이하로 되도록 고주파 변조해서 멀티 모드로 발진시키는 것에 의해서 특히 현저하게 된다.
이상과 같이, 븐 발명에 의하면 잡음 레벨이 낮고, 온도에 대해 안정하며 또한 반사 피드백의 영향이 거의 없는 반도체 레이저를 얻을 수가 있다. 따라서, 본 발명에 의한 반도체 레이저를 정보 재생용 광원으로서 사용하는 것에 의해 높은 품질의 정보 재생 장치를 얻을 수 있다.

Claims (14)

  1. 직류 구동하에서 단일 모드로 발진하는 반도체 레이저를 1.2㎱ 이하의 펄스폭에서 연속파 펄스 발진 시키도록 상기 직류 전류에 고주파 전류를 중접한 신호에 의해 구동하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구동 방법.
  2. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 고주파 전류의 주파수가 550㎒이상인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구동 방법.
  3. 특허청구의 범위 제2항에 있어서, 상기 연속파 펄스의 평균 값과 상기 직류 전류에 대응하는 상기 반도체 레이저의 광 출력 사이의 비인 변조 지수가 1.2 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구동 방법.
  4. 특허청구의 범위 제2항에 있어서, 상기 직류 전류가 상기 반도체 레이저의 발진 임계 전류보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구동 방법.
  5. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 연속파 펄스의 평균 값과 상기 직류 전류에 대응하는 상기 반도체 레이저의 광 출력 사이의 비인 변조 지수가 1.2 이상인 것을 특징으르 하는 반도체 레이저의 구동 방법.
  6. 특허청구의 범위 제5항에 있어서, 상기 직류 전류가 상기 반도체 레이저의 발진 임계 전류보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구동 방법.
  7. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 직류 전류가 상기 반도체 레이저의 발진 임계 전류보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구동방법.
  8. 온도 변화에 의해 발생된 레이저의 잡음을 억제하도록 반도체 레이저를 구동하는 장지에 있어서, 레이저에 접속된 직류 구동원과, 상기 직류 구동원의 출력과 교류 구동원의 출력이 서로 중첩되어 상기 레이저를 구동하도록 상기 직류 구동원의 레이저를 단독으로 구동하며, 상기 레이저에 접속된 교류 구동원을 포함하며, 상기 교류 구동원의 주파수 및 진폭과 상기 직류 구동원의 진폭을 상기 레이저가 1.2㎱ 이하의 펄스 폭에서 연속파 펄스 발진을 일으켜 온도 변화에 의해 발생된 상기 레이저의 잡음을 억제하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구동 장치.
  9. 특허청구의 범위 제8항에 있어서, 상기 교류 구동원의 주파수는 550㎒ 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구동 장치.
  10. 특허청구의 범위 제9항에 있어서, 연속파 펄스의 평균 값과 상기 직류 구동에 대응하는 상기 반도체 레이저의 광 출력 사이의 비인 변조지수가 1.2 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구동 장치.
  11. 특허청구의 범위 제9항에 있어서, 상기 직류의 진폭은 상기 반도체 레이저의 발진 임계 전류 값보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구동 장치.
  12. 특허청구의 범위 제8항에 있어서, 연속파 펄스의 평균 값과 상기 직류 구동에 대응하는 상기 반도체 레이저의 광 출력 사이의 비인 변조 지수가 1.2 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구동 장치.
  13. 특허청구의 범위 제10항에 있어서, 상기 직류의 진폭은 상기 반도체 레이저의 발진 임계 전류 값보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구동 장치.
  14. 특허청구의 범위 제8항에 있어서, 상기 직류의 진폭은 상기 반도체 레이저의 발진 임계 전류 값보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구동 장치.
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