WO2007026826A1 - 半導体レーザの駆動システムおよび半導体レーザの駆動方法 - Google Patents

半導体レーザの駆動システムおよび半導体レーザの駆動方法 Download PDF

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Minoru Yamada
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    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/06832—Stabilising during amplitude modulation

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor laser drive system and a semiconductor laser in an optical device having an optical system configured such that return light of an irradiation target force of a laser beam emitted from a semiconductor laser is incident on the semiconductor laser.
  • the present invention relates to a driving method. Background art
  • a semiconductor laser is used as a light source of an optical device such as an optical disk device or an optical fiber communication device.
  • an optical device such as an optical disk device or an optical fiber communication device.
  • the laser beam output from the semiconductor laser is reflected by the object to be irradiated such as an optical disk or an optical fiber end face, and the return light reenters the semiconductor laser, excessive noise called return optical noise is generated. To do.
  • the “near infrared light semiconductor laser” which is a semiconductor laser that has already been widely put into practical use, uses a high-frequency current of several hundred MHz to several GHz as the drive current in the drive circuit of the semiconductor laser.
  • a high frequency superimposition method that reduces the return optical noise by superimposing for example, Non-Patent Document 1
  • a method for reducing the return optical noise using the self-excited oscillation phenomenon of the self-excited oscillation laser for example, Non-patent Document 2
  • the internal noise of the semiconductor laser is reduced by applying negative feedback corresponding to the light intensity of the laser light emitted from the semiconductor laser to the drive circuit of the semiconductor laser.
  • the inventors of the present application have proposed a reduction method (see Non-Patent Document 3, for example). This method can obtain a predetermined internal noise reduction effect when applied to an injection type semiconductor laser such as a near-infrared semiconductor laser.
  • Non-Patent Document 1 A.Arimoto, M.Ojima, N.Chinone, A.Oishi, T.Gotoh, and N.Ohnuki: " Optimum conditions for the high frequency noise reduction method in optical videodi sc players ", Appl.Opt., Vol.25, no.9, pp.1398-1403, 1986
  • Non-Patent Document 2 M. Yamada: fheoretical analysis of noise reduction effect in semicond uctor lasers with help of self-sustained pulsation phenomena ", J. Appl. Phys., Vol. 79, no. L, pp. 61—71, 1996
  • Patent Document 3 M. Yamada, N. Nakaya, M. Funaki: “Characteristics of Mode— Hopping Noise and Its Suppression with the Help of Electric Negative Feedback in Semiconduc tor Lesers", IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, QE— 23, No.8, pp.12 97-1302, AUG. 1987
  • the method for reducing internal noise by applying the negative feedback to the semiconductor laser drive circuit described above can obtain a predetermined internal noise reduction effect when applied to a near-infrared semiconductor laser or the like.
  • a blue-violet semiconductor laser it is essential to use it together with a method for reducing the return light noise.
  • the semiconductor laser drive circuit is configured to use both the “internal noise reduction method by negative feedback” and the “high-frequency superposition method or the self-excited oscillation phenomenon of the self-excited oscillation laser”. As a result, the drive circuit of the semiconductor laser is complicated and the cost is increased.
  • a first object of the present invention is to provide a low-cost and low-power-consumption semiconductor laser drive system capable of simultaneously reducing both internal noise and return light noise.
  • a second object of the present invention is to provide a low-cost and low-power-consumption semiconductor laser driving method capable of simultaneously reducing both internal noise and return optical noise.
  • the first invention according to claim 1 is configured such that the return light of the irradiation target force of the laser beam emitted from the semiconductor laser is incident on the semiconductor laser.
  • the drive circuit and A feedback circuit that is provided between the photodetectors and selectively applies negative feedback and positive feedback to the drive circuit according to whether or not the frequency of the electrical signal is within a frequency band used as a signal; It is characterized by comprising.
  • the semiconductor laser drive circuit in the case where the feedback circuit includes an amplifier circuit and a filter circuit, and the frequency of the electrical signal is within a frequency band used as a signal, the semiconductor laser drive circuit
  • the amplification factor of the amplifier circuit and the phase characteristic of the filter circuit are so configured that a negative feedback is applied to the semiconductor laser and a positive feedback is applied to the drive circuit of the semiconductor laser when the frequency of the electric signal is outside the frequency band used as a signal. It is characterized in that is set.
  • a third invention according to claim 3 is characterized in that the semiconductor laser is a blue-violet semiconductor laser.
  • the fourth invention according to claim 4 is configured such that the return light of the irradiation target force of the laser light emitted from the semiconductor laser is incident on the semiconductor laser.
  • a method for driving a semiconductor laser in an optical device having an optical system comprising: detecting a light intensity of laser light emitted from the semiconductor laser power and converting the detected laser light into an electric signal; and the frequency of the electric signal is used as a signal
  • the semiconductor laser drive circuit is selectively subjected to negative feedback and positive feedback depending on whether or not the force is.
  • a fifth aspect of the present invention when the frequency of the electrical signal is within a frequency band used as a signal, negative feedback is applied to the drive circuit of the semiconductor laser and the frequency of the electrical signal is When it is outside the frequency band used as a signal, positive feedback is applied to the driving circuit of the semiconductor laser.
  • a sixth invention according to claim 6 is characterized in that the semiconductor laser is a blue-violet semiconductor laser.
  • the semiconductor laser is driven in the optical device having the optical system configured such that the return light from the irradiation target of the laser light emitted from the semiconductor laser is incident on the semiconductor laser.
  • the system includes a drive circuit for driving the semiconductor laser, and a front circuit.
  • a detector that detects the light intensity of laser light emitted from the semiconductor laser and converts it into an electrical signal, and is provided between the drive circuit and the photodetector, and the frequency of the electrical signal is used as a signal.
  • a feedback circuit that selectively applies negative feedback and positive feedback to the drive circuit according to whether or not the force is within a frequency band, for example, a frequency band in which the frequency of the electric signal is used as a signal.
  • the internal noise is reduced by configuring the feedback circuit so as to apply negative feedback to the drive circuit when the frequency is within the range, and the drive circuit is used when the frequency of the electrical signal is outside the frequency band used as a signal.
  • the return optical noise can be reduced by configuring the feedback circuit so that positive feedback is applied to the path. Therefore, it is possible to provide a low-cost and low-power-consumption semiconductor laser drive system that can simultaneously reduce both internal noise and return light noise.
  • the feedback circuit is constituted by an amplifier circuit and a filter circuit, and when the frequency of the electrical signal is within a frequency band used as a signal, negative feedback is provided to the semiconductor laser drive circuit.
  • the amplification factor of the amplifier circuit and the phase characteristic of the filter circuit are set so that positive feedback is applied to the drive circuit of the semiconductor laser.
  • the semiconductor laser is a blue-violet semiconductor laser
  • the blue-violet semiconductor laser has a higher quantum noise level than that of a near-infrared semiconductor laser. Since it is required, it is suitable as a semiconductor laser to which the drive system of the present invention is applied.
  • the semiconductor laser is driven in the optical device having the optical system configured such that the return light from the irradiation target of the laser light emitted from the semiconductor laser is incident on the semiconductor laser.
  • the light intensity of the laser beam emitted from the semiconductor laser force is detected and converted into an electrical signal, and the frequency of the electrical signal is within the frequency band used as the signal.
  • negative feedback and positive feedback are selectively applied to the drive circuit of the semiconductor laser, internal noise is reduced by applying negative feedback to the drive circuit, for example, when the frequency of the electrical signal is within the frequency band used as a signal.
  • return optical noise can be reduced by applying positive feedback to the drive circuit. Therefore, it is possible to provide a low-cost and low-power-consumption semiconductor laser driving method capable of simultaneously reducing both internal noise and return light noise.
  • the frequency of the electrical signal when the frequency of the electrical signal is within a frequency band used as a signal, negative feedback is applied to the drive circuit of the semiconductor laser, and the frequency of the electrical signal is used as a signal.
  • negative feedback is applied to the drive circuit of the semiconductor laser, and the frequency of the electrical signal is used as a signal.
  • positive feedback is applied to the driving circuit of the semiconductor laser, so that both internal noise and return optical noise can be simultaneously reduced as desired.
  • the semiconductor laser is a blue-violet semiconductor laser
  • the blue-violet semiconductor laser has a higher quantum noise level than that of a near-infrared semiconductor laser, and thus has an internal noise reduction effect. Since it is required, it is suitable as a semiconductor laser to which the driving method of the present invention is applied.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a principle configuration of a semiconductor laser drive system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 (a) and (b) are diagrams illustrating frequency characteristics used when designing a feedback circuit in the semiconductor laser drive system of the first embodiment, and (c) is a semiconductor of the first embodiment. It is a figure for demonstrating the noise reduction effect of the drive system of a laser.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of a measurement apparatus for confirming the noise reduction effect in the semiconductor laser drive system of the present invention.
  • FIG. 4 (a) and (b) respectively show no return light and no return light when electrical feedback is applied to the blue-violet semiconductor laser using the measurement device shown in FIG. 3 and when electrical feedback is not applied. It is a figure for comparing and explaining the frequency characteristic of relative noise intensity RIN in the presence.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating another configuration of a measurement apparatus for confirming the noise reduction effect in the semiconductor laser drive system of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of a measurement apparatus for high frequency superimposition method for comparing the noise reduction effect in the semiconductor laser drive system of the present invention with that using the high frequency superposition method. is there.
  • FIG. 7 Compare the frequency characteristics of the relative noise intensity RIN without return light when applying the electrical feedback to the blue-violet semiconductor laser using the measurement device of Fig. 5 and without applying the electrical feedback.
  • FIG. 8 (a) and (b) show the relative noise in the presence of return light when the electrical feedback is applied to the blue-violet semiconductor laser using the measuring device shown in Fig. 5 and when the electrical feedback is not applied. It is a figure for comparing and explaining the frequency characteristic of sound intensity RIN.
  • FIGS. 9 (a) and 9 (b) are diagrams illustrating time waveforms of a sampling oscilloscope in a semiconductor laser drive system and a semiconductor laser drive system using a high-frequency superposition method of the present invention, respectively.
  • FIG. 10 is a diagram comparing the relationship between RIN and return light rate at a noise frequency of 10 MHz in the semiconductor laser drive system of the present invention and the semiconductor laser drive system using the high-frequency superposition method.
  • FIG. 1 illustrates the principle configuration of the semiconductor laser drive system according to the first embodiment of the present invention. It is a figure to do.
  • FIG. 1 shows an example in which the semiconductor laser drive system of the present invention is applied to an optical pick-up of an optical disc apparatus. In the figure, 1 denotes an optical pickup.
  • the semiconductor laser drive system includes an optical pickup 1, a drive circuit 3, an amplifier circuit 7, a filter circuit 8, and the like.
  • the optical pickup 1 includes the semiconductor laser 2 and a beam. It comprises a splitter 4, a signal reproducing light detector 5, and a laser light detecting light detector 6.
  • the semiconductor laser 2 various semiconductor lasers such as a near-infrared light semiconductor laser and a blue-violet semiconductor laser can be used.
  • a blue-violet semiconductor laser is used as the semiconductor laser 2
  • the internal noise reduction effect targeted by the present invention is remarkable, which is preferable.
  • the drive circuit 3 drives the semiconductor laser 2.
  • a series circuit including a coil, a resistor, and a variable voltage source connected to the anode and the force sword of the semiconductor laser 2, and the semiconductor laser 2 And a capacitor connected between the connection point of the coil and the filter circuit 8.
  • the beam splitter 4 splits the incident laser light 9 into a laser beam 9a and a laser beam 9b by branching the laser beam 9 in a transmission direction and a reflection direction at a predetermined ratio (for example, 50:50).
  • the signal reproducing photodetector 5 is configured such that the return light 9c from the optical disk 9 when the laser light 9 emitted from the semiconductor laser 2 passes through the beam splitter 4 and is irradiated onto the optical disk 10 is reflected by the beam splitter 4.
  • the incident light 9d is detected as an electrical signal, and the output signal of the photodetector 5 is used to reproduce the signal recorded on the optical disc 9.
  • the above-mentioned photodetector 6 for detecting laser light is used to change the light intensity of the laser light 9b when the laser light 9b emitted from the semiconductor laser 2 is incident on the beam splitter 4 in the reflection direction. It is detected and converted into an electric signal.
  • the amplifier circuit 7 and the filter circuit 8 are provided between the photodetector 6 and the drive circuit 3, and depending on whether or not the frequency of the electrical signal is within a frequency band used as a signal.
  • negative feedback electrical negative feedback
  • positive feedback electrical positive feedback
  • a high-frequency current of about several hundred MHz is superimposed on the drive current of the conductor laser 2 to reduce the return optical noise and, for example, a current of a frequency of about 100 MHz or less is superimposed on the internal noise from the quantum noise level. The effect of reducing is also small.
  • the amplification factor of the amplifier circuit 7 and the phase characteristics of the filter circuit 8 are such that, when the frequency of the electric signal is within the frequency band used as a signal, negative feedback is applied to the driving circuit 3 of the semiconductor laser 2 and the electric signal When the frequency is outside the frequency band used as a signal, the drive circuit 3 of the semiconductor laser 2 is set so as to give positive feedback.
  • the frequency characteristics of the amplification factor and phase change of the feedback circuit consisting of the amplifier circuit 7 and the filter circuit 8 can be arbitrarily designed so as to use the optimum characteristics for reducing internal noise and return optical noise.
  • the amplifier circuit 7 is arranged on the photodetector 6 side
  • the filter circuit 8 is arranged on the drive circuit 3 side.
  • the filter circuit 8 is arranged on the photodetector 6 side. Change to place the amplifier circuit 7 on the drive circuit 3 side.
  • the semiconductor laser drive system of the present invention is applied to an optical pickup.
  • the semiconductor laser drive system of the present invention is a semiconductor such as a light source for optical fiber communication and various optical measuring instrument light sources.
  • return light 9e in the example of FIG. 1 return light 9e in the example of FIG. 1
  • an irradiation object such as an optical disk
  • it can be applied to any optical device.
  • the laser beam 9 emitted from the semiconductor laser 2 is branched into two laser beams 9a and 9b by the beam splitter 4, and the laser beam 9a transmitted through the beam splitter 4 is reflected by the optical disk 10 and returned.
  • Light 9c About half of the return light 9 is reflected by the beam splitter 4 and enters the photodetector 5, where it is detected as an electrical signal for signal reproduction. However, approximately half of the return light 9 c from the optical disk 10 passes through the beam splitter 4, returns to the semiconductor laser 2, and enters the semiconductor laser 2. Along with this, the semiconductor laser 2 generates excessive noise called “return light noise”.
  • the laser beam emitted from the semiconductor laser 2 is emitted.
  • the laser beam 9b which is one of the laser beams branched into two by the beam splitter 4, is incident on the photodetector 6, converted into an electrical signal by the photodetector 6, and the electrical signal is converted by the amplifier circuit 7.
  • the signal is amplified and adjusted in amplitude and phase characteristics by the filter circuit 8 and then fed back to the drive circuit 3 of the semiconductor laser 2.
  • the greatest feature of the semiconductor laser drive system of the present invention is that a frequency band in which negative feedback is applied when feedback is applied to the drive circuit 3 of the semiconductor laser 2 by a feedback circuit comprising the amplifier circuit 7 and the filter circuit 8.
  • the amplification factor of the amplifier circuit 7 and the phase characteristic of the filter circuit 8 are designed so that both the frequency band to which positive feedback is applied can coexist.
  • the feedback circuit that selectively applies negative feedback and positive feedback to the dynamic circuit 3 is realized.
  • the alternating current flowing through the semiconductor laser 2 is ⁇ ( ⁇ )
  • the transfer function from this alternating current to the output light of the semiconductor laser 2 is ⁇ ( ⁇ )
  • the quantum noise of the semiconductor laser 2 is X ( ⁇ )
  • the internal noise S ( ⁇ ) which is the fluctuation component (AC component) of the output light of the semiconductor laser 2 is
  • a feedback circuit composed of an amplifier circuit 7 and a filter circuit 8 is designed so that positive feedback is applied.
  • the amplification factor of the amplifier circuit 7 and the phase angle of the filter circuit 8 are designed. Accordingly, the number of photons and the electron density in the angular frequency component increase. Therefore, as shown in FIG. 2 (c), an electrical positive feedback is applied.
  • the AC component of the output light of the semiconductor laser 2 is applied.
  • IS ( ⁇ ) I which is the absolute value of S (co), increases rapidly. Due to this rapid increase in I S (co)
  • a feedback circuit composed of the amplifier circuit 7 and the filter circuit 8 is designed so that negative feedback is applied. Specifically, the frequency characteristics of log I ⁇ ( ⁇ ) ⁇ ( ⁇ )
  • noise ⁇ ( ⁇ ) generated at the input stage of the photodetector 6 and the amplifier circuit 7 is a semiconductor level. It is sufficiently smaller than a quantum noise ⁇ ( ⁇ ). Therefore, the internal noise S ( ⁇ ) of the semiconductor laser 2 is sufficiently smaller than the quantum noise X ( ⁇ ) of the semiconductor laser.
  • the internal noise is reduced by applying negative feedback at 0 ⁇ , which is an angular frequency band used as a signal by the optical pickup, and more than that.
  • Noise can be reduced. Therefore, according to the present invention, not only the near-infrared semiconductor laser, but also the internal noise becomes high due to the high quantum noise level, and the return light noise is easily generated! / A blue-violet semiconductor laser which is a semiconductor laser Therefore, a semiconductor laser drive system that can be operated with low noise can be realized at low cost and low power consumption.
  • LD is a blue-violet semiconductor laser (oscillation wavelength: 410 nm, oscillation threshold current: 42.5 mA) corresponding to the semiconductor laser 2 of FIG. 1, and the Collimating Lens is described in FIG.
  • the focusing lens is omitted
  • Objective Lens is the objective lens not shown in FIG. 1
  • PD1 is a photodetector for signal reproduction corresponding to photodetector 5 in FIG. 1
  • PD 2 is 1 is a photodetector for detecting laser light corresponding to the photodetector 6 in FIG.
  • Beam Splitter is corresponding to the beam splitter 4 in FIG. 1
  • ATT is an attenuator for adjusting the return light rate.
  • MIRROR imitates the reflective surface of an optical disc
  • Ampl and Amp 2 correspond to the amplifier circuit 7 in Fig. 1
  • LPF corresponds to the filter circuit 8 in Fig. 1
  • DC Bias Current The source, coil, and capacitor correspond to the drive circuit 3 in FIG.
  • a spectrum analyzer S pectrum Analyzer
  • a parameter is used to measure the intensity of the reproduced signal detected by PD1.
  • a power meter was installed.
  • the measurement device in Fig. 5 measures the noise reduction effect when electrical positive feedback and negative feedback are used, and the spectrum analyzer and LPF between ⁇ 2 are deleted from the measurement device in Fig. 3.
  • a sampling oscilloscope for observing the time waveform of the electrical signal entering AMP1 is added between the connection point of AMP1 and PD2 and the connection point of AMP2 and the capacitor.
  • Figure 3 for other parts It is comprised similarly to the measuring apparatus of. Note that the measurement device of Fig. 5 used this time has optimized the design of AMP 1 and AMP2, so the noise reduction effect is improved compared to the measurement device of Fig. 3.
  • the measurement device in Fig. 6 measures the noise reduction effect when the high-frequency superposition method (conventional technology) is used.
  • the AMP2 between the spectrum analyzer and the capacitor is deleted, and the sampling An oscillator is added to the connection point between the siroscope and the capacitor.
  • the rest of the configuration is the same as the measurement device in Fig. 5.
  • the time waveform of the electrical signal shown on the sampling oscilloscope detected by PD2 is as shown in Fig. 9 when there is high-frequency superposition (conventional technology) and the time waveform of the present invention (with electrical feedback).
  • the frequency and intensity of the oscillator (Oscillator) were adjusted to match.
  • Figure 10 shows the relationship between RIN and the return light rate ⁇ at a noise frequency of 10 MHz measured using this method.
  • the semiconductor laser drive system and the semiconductor laser drive method of the present invention return the irradiation target force of laser light emitted from a semiconductor laser, such as an optical pickup, a light source for optical fiber communication, and various optical measuring instrument light sources. It can be suitably used for an optical device having an optical system configured so that light is incident on the semiconductor laser.

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Abstract

　内部雑音および戻り光雑音の双方を同時に低減し得る、低価格かつ低消費電力な半導体レーザの駆動システムおよび半導体レーザの駆動方法を提供する。   半導体レーザ２から出射したレーザ光９の照射対象物からの戻り光９ｅが半導体レーザ２に入射するように構成された光ピックアップの半導体レーザの駆動システムは、半導体レーザ２を駆動する駆動回路３と、半導体レーザ２から出射したレーザ光９を分岐したレーザ光９ｂの光強度を検出して電気信号に変換する光検出器６と、駆動回路３および光検出器６の間に設けられた増幅回路７およびフィルタ回路８より成り、前記電気信号の周波数が信号として利用する周波数帯域内である場合に駆動回路３に負帰還を掛けて戻り光雑音を低減し、前記電気信号の周波数が信号として利用する周波数帯域外である場合に駆動回路３に正帰還を掛けて内部雑音を低減する帰還回路とを具備して成る。

Description

明 細 書
半導体レーザの駆動システムおよび半導体レーザの駆動方法 技術分野
[0001] 本発明は、半導体レーザ力 出射したレーザ光の照射対象物力 の戻り光が前記 半導体レーザに入射するように構成された光学系を有する光学デバイスにおける、 半導体レーザの駆動システムおよび半導体レーザの駆動方法に関するものである。 背景技術
[0002] 半導体レーザは、光ディスク装置や光ファイバ通信装置等の光学デバイスの光源と して利用されている。しかし、半導体レーザから出力されるレーザ光が光ディスクや光 ファイバ端面等の照射対象物で反射して、その戻り光が半導体レーザに再入射した 場合には、戻り光雑音と呼ばれる過剰な雑音を発生する。
そのような戻り光雑音の対策としては、既に広く実用化されている半導体レーザで ある「近赤外光半導体レーザ」では、半導体レーザの駆動回路において駆動電流に 数百 MHz〜数 GHzの高周波電流を重畳することにより戻り光雑音を低減する高周 波重畳法 (例えば非特許文献 1参照)や、自励振動レーザの自励振動現象を用いて 戻り光雑音を低減する方法 (例えば非特許文献 2参照）が確立されて 、る。
[0003] しかし、高密度のデータ記録が期待されて 、る「青紫色半導体レーザ」では、戻り光 雑音を低減することは当然必要であるが、半導体レーザの本質的な雑音である量子 雑音の雑音レベルが近赤外光半導体レーザの場合よりも高くなるため、半導体レー ザの内部雑音を量子雑音レベルよりも十分小さくなるまで低減することがより重要な 課題になる。
[0004] 半導体レーザの内部雑音を低減する方法としては、半導体レーザから出射したレ 一ザ光の光強度に応じた負帰還を半導体レーザの駆動回路に掛けることにより半導 体レーザの内部雑音を低減する方法 (例えば非特許文献 3参照）を本願の発明者ら が提案済みである。この方法は、近赤外光半導体レーザ等の注入型半導体レーザ に適用した場合に、所定の内部雑音低減効果を得ることができる。
[0005] 非特許文献 1： A.Arimoto, M.Ojima, N.Chinone, A.Oishi, T.Gotoh, and N.Ohnuki:" Optimum conditions for the high frequency noise reduction method in optical videodi sc players", Appl. Opt., vol.25, no.9, pp.1398 - 1403, 1986
非特許文献 2 : M.Yamada: fheoretical analysis of noise reduction effect in semicond uctor lasers with help of self-sustained pulsation phenomena", J.Appl.Phys., vol.79, no. l, pp.61— 71, 1996
特許文献 3 : M.Yamada, N.Nakaya, M.Funaki: "Characteristics of Mode— Hopping N oise and Its Suppression with the Help of Electric Negative Feedback in Semiconduc tor Lesers", IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, QE— 23,No.8, pp.12 97-1302, AUG. 1987
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 上述した負帰還を半導体レーザの駆動回路に掛けることにより内部雑音を低減す る方法は、近赤外光半導体レーザ等に適用した場合に所定の内部雑音低減効果を 得ることができるが、青紫色半導体レーザに適用する場合には、戻り光雑音の低減 方法との併用が必須である。しかしながら、例えば「負帰還による内部雑音低減方法 」と「高周波重畳法または自励振動レーザの自励振動現象を用いる戻り光雑音低減 方法」とを併用するように半導体レーザの駆動回路を構成した場合、半導体レーザの 駆動回路が煩雑ィ匕するとともにコストアップを招いてしまう。
[0007] 本発明は、内部雑音および戻り光雑音の双方を同時に低減し得る低価格かつ低 消費電力な半導体レーザの駆動システムを提供することを第 1の目的とする。
本発明は、内部雑音および戻り光雑音の双方を同時に低減し得る低価格かつ低 消費電力な半導体レーザの駆動方法を提供することを第 2の目的とする。
課題を解決するための手段
[0008] 上記第 1の目的を達成するため、請求項 1に記載の第 1発明は、半導体レーザから 出射したレーザ光の照射対象物力 の戻り光が前記半導体レーザに入射するように 構成された光学系を有する光学デバイスにおける半導体レーザの駆動システムであ つて、前記半導体レーザを駆動する駆動回路と、前記半導体レーザから出射したレ 一ザ光の光強度を検出して電気信号に変換する光検出器と、前記駆動回路および 前記光検出器の間に設けられ、前記電気信号の周波数が信号として利用する周波 数帯域内であるか否かに応じて、前記駆動回路に負帰還および正帰還を選択的に 掛ける帰還回路とを具備して成ることを特徴とする。
[0009] 請求項 2に記載の第 2発明は、前記帰還回路を増幅回路およびフィルタ回路により 構成し、前記電気信号の周波数が信号として利用する周波数帯域内である場合は 前記半導体レーザの駆動回路に負帰還を掛けるとともに前記電気信号の周波数が 信号として利用する周波数帯域外である場合は前記半導体レーザの駆動回路に正 帰還を掛けるように、前記増幅回路の増幅率および前記フィルタ回路の位相特性を 設定するようにしたことを特徴とする。
[0010] 請求項 3に記載の第 3発明は、前記半導体レーザは青紫色半導体レーザであるこ とを特徴とする。
[0011] 上記第 2の目的を達成するため、請求項 4に記載の第 4発明は、半導体レーザから 出射したレーザ光の照射対象物力 の戻り光が前記半導体レーザに入射するように 構成された光学系を有する光学デバイスにおける半導体レーザの駆動方法であって 、前記半導体レーザ力 出射したレーザ光の光強度を検出して電気信号に変換し、 該電気信号の周波数が信号として利用する周波数帯域内である力否かに応じて、前 記半導体レーザの駆動回路に負帰還および正帰還を選択的に掛けることを特徴と する。
[0012] 請求項 5に記載の第 5発明は、前記電気信号の周波数が信号として利用する周波 数帯域内である場合は前記半導体レーザの駆動回路に負帰還を掛けるとともに前記 電気信号の周波数が信号として利用する周波数帯域外である場合は前記半導体レ 一ザの駆動回路に正帰還を掛けることを特徴とする。
[0013] 請求項 6に記載の第 6発明は、前記半導体レーザは青紫色半導体レーザであるこ とを特徴とする。
発明の効果
[0014] 第 1発明によれば、半導体レーザから出射したレーザ光の照射対象物からの戻り光 が前記半導体レーザに入射するように構成された光学系を有する光学デバイスにお ける半導体レーザの駆動システムは、前記半導体レーザを駆動する駆動回路と、前 記半導体レーザから出射したレーザ光の光強度を検出して電気信号に変換する光 検出器と、前記駆動回路および前記光検出器の間に設けられ、前記電気信号の周 波数が信号として利用する周波数帯域内である力否かに応じて、前記駆動回路に負 帰還および正帰還を選択的に掛ける帰還回路とを具備して成るから、例えば前記電 気信号の周波数が信号として利用する周波数帯域内である場合に前記駆動回路に 負帰還を掛けるように帰還回路を構成することにより内部雑音を低減するとともに、前 記電気信号の周波数が信号として利用する周波数帯域外である場合に前記駆動回 路に正帰還を掛けるように帰還回路を構成することにより戻り光雑音を低減すること ができる。したがって、内部雑音および戻り光雑音の双方を同時に低減し得る低価格 かつ低消費電力な半導体レーザの駆動システムを提供することができる。
[0015] 第 2発明によれば、前記帰還回路を増幅回路およびフィルタ回路により構成し、前 記電気信号の周波数が信号として利用する周波数帯域内である場合は前記半導体 レーザの駆動回路に負帰還を掛けるとともに前記電気信号の周波数が信号として利 用する周波数帯域外である場合は前記半導体レーザの駆動回路に正帰還を掛ける ように、前記増幅回路の増幅率および前記フィルタ回路の位相特性を設定するよう にしたから、所望の通り、内部雑音および戻り光雑音の双方を同時に低減し得るよう になる。
[0016] 第 3発明によれば、前記半導体レーザは青紫色半導体レーザであるから、青紫色 半導体レーザは量子雑音レベルが近赤外光半導体レーザの場合よりも高くなるため 特に内部雑音低減効果が要求されるので、本発明の駆動システムを適用する半導 体レーザとして好適である。
[0017] 第 4発明によれば、半導体レーザから出射したレーザ光の照射対象物からの戻り光 が前記半導体レーザに入射するように構成された光学系を有する光学デバイスにお ける半導体レーザを駆動する際には、前記半導体レーザ力 出射したレーザ光の光 強度を検出して電気信号に変換し、該電気信号の周波数が信号として利用する周 波数帯域内であるか否かに応じて、前記半導体レーザの駆動回路に負帰還および 正帰還を選択的に掛けるから、例えば前記電気信号の周波数が信号として利用する 周波数帯域内である場合に前記駆動回路に負帰還を掛けることにより内部雑音を低 減するとともに、前記電気信号の周波数が信号として利用する周波数帯域外である 場合に前記駆動回路に正帰還を掛けることにより戻り光雑音を低減することができる 。したがって、内部雑音および戻り光雑音の双方を同時に低減し得る低価格かつ低 消費電力な半導体レーザの駆動方法を提供することができる。
[0018] 第 5発明によれば、前記電気信号の周波数が信号として利用する周波数帯域内で ある場合は前記半導体レーザの駆動回路に負帰還を掛けるとともに前記電気信号の 周波数が信号として利用する周波数帯域外である場合は前記半導体レーザの駆動 回路に正帰還を掛けるから、所望の通り、内部雑音および戻り光雑音の双方を同時 に低減し得るようになる。
[0019] 第 6発明によれば、前記半導体レーザは青紫色半導体レーザであるから、青紫色 半導体レーザは量子雑音レベルが近赤外光半導体レーザの場合よりも高くなるため 特に内部雑音低減効果が要求されるので、本発明の駆動方法を適用する半導体レ 一ザとして好適である。
図面の簡単な説明
[0020] [図 1]本発明の第 1実施形態の半導体レーザの駆動システムの原理的構成を例示す る図である。
[図 2] (a) , (b)は第 1実施形態の半導体レーザの駆動システムにおける帰還回路を 設計する際に用いる周波数特性を例示する図であり、 (c)は第 1実施形態の半導体 レーザの駆動システムの雑音低減効果を説明するための図である。
[図 3]本発明の半導体レーザの駆動システムにおける雑音低減効果を確認するため の測定装置の構成を例示する図である。
[図 4] (a) , (b)はそれぞれ、図 3の測定装置を用いて青紫色半導体レーザに電気的 帰還を掛ける場合および電気的帰還を掛けな ヽ場合の、戻り光なしおよび戻り光あり における相対雑音強度 RINの周波数特性を比較して説明するための図である。
[図 5]本発明の半導体レーザの駆動システムにおける雑音低減効果を確認するため の測定装置の他の構成を例示する図である。
[図 6]本発明の半導体レーザの駆動システムにおける雑音低減効果を高周波重畳法 を用いた場合と比較するための高周波重畳法用の測定装置の構成を例示する図で ある。
[図 7]図 5の測定装置を用いて青紫色半導体レーザに電気的帰還を掛ける場合およ び電気的帰還を掛けな ヽ場合の、戻り光なしにおける相対雑音強度 RINの周波数 特性を比較して説明するための図である。
[図 8] (a) , (b)はそれぞれ、図 5の測定装置を用いて青紫色半導体レーザに電気的 帰還を掛ける場合および電気的帰還を掛けな ヽ場合の、戻り光ありにおける相対雑 音強度 RINの周波数特性を比較して説明するための図である。
[図 9] (a) , (b)はそれぞれ、本発明の半導体レーザの駆動システムおよび高周波重 畳法を用いる半導体レーザの駆動システムにおけるサンプリングォッシロスコープの 時間波形を例示する図である。
[図 10]本発明の半導体レーザの駆動システムおよび高周波重畳法を用いる半導体 レーザの駆動システムにおける雑音周波数 10MHzでの RINと戻り光率の関係を比 較して示す図である。
符号の説明
[0021] 1 光ピックアップ
2 半導体レーザ
3 駆動回路
4 ビームスプリッタ
5 信号再生用の光検出器
6 レーザ光検出用の光検出器
7 増幅回路
8 フィルタ回路
9, 9a, 9b レーザ光
9c, 9d, 9e 戻り光
10 光ディスク
発明を実施するための最良の形態
[0022] 以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図 1は本発明の第 1実施形態の半導体レーザの駆動システムの原理的構成を例示 する図である。図 1は本発明の半導体レーザの駆動システムを光ディスク装置の光ピ ックアップに適用した例を示しており、図中 1は光ピックアップを示す。
[0023] 上記半導体レーザの駆動システムは、光ピックアップ 1と、駆動回路 3と、増幅回路 7と、フィルタ回路 8等を具備して成り、上記光ピックアップ 1は、半導体レーザ 2と、ビ 一ムスプリッタ 4と、信号再生用の光検出器 5と、レーザ光検出用の光検出器 6とから 成る。
[0024] 上記半導体レーザ 2としては、近赤外光半導体レーザや青紫色半導体レーザ等の 各種半導体レーザを用いることができるが、特に、上記半導体レーザ 2として青紫色 半導体レーザを用いた場合に、本発明の狙いとする内部雑音低減効果が顕著にな るので好ましい。
[0025] 上記駆動回路 3は、半導体レーザ 2を駆動するものであり、例えば、半導体レーザ 2 のアノードおよび力ソードに接続される、コイル、抵抗および可変電圧源より成る直列 回路と、半導体レーザ 2のアノードおよび前記コイルの接続点とフィルタ回路 8との間 に接続されるコンデンサとから成る。
[0026] 上記ビームスプリッタ 4は、入射したレーザ光 9を透過方向および反射方向にそれ ぞれ所定の割合 (例えば 50： 50)で分岐させてレーザ光 9aおよびレーザ光 9bとする ものである。
上記信号再生用の光検出器 5は、半導体レーザ 2から出射したレーザ光 9がビーム スプリッタ 4を透過して光ディスク 10に照射されたときの光ディスク 9からの戻り光 9cが 、ビームスプリッタ 4で反射されて入射した光 9dを電気信号として検出するものであり 、光検出器 5の出力信号は光ディスク 9に記録されている信号の再生に用いられる。 上記レーザ光検出用の光検出器 6は、半導体レーザ 2から出射したレーザ光 9がビ 一ムスプリッタ 4で反射方向に分岐されたレーザ光 9bが入射したときに、レーザ光 9b の光強度を検出して電気信号に変換するものである。
[0027] 上記増幅回路 7およびフィルタ回路 8は、上記光検出器 6および上記駆動回路 3の 間に設けられ、前記電気信号の周波数が信号として利用する周波数帯域内であるか 否かに応じて駆動回路 3に電気的負帰還 (以下、単に負帰還という）および電気的正 帰還 (以下、単に正帰還という）を選択的に掛ける帰還回路を構成するものであり、半 導体レーザ 2の駆動電流に例えば数百 MHz程度の高周波電流を重畳することによ り戻り光雑音を低減するとともに例えば 100MHz程度以下の周波数の電流を重畳す ることにより内部雑音を量子雑音レベルよりも小さく低減する作用をなすものである。 上記増幅回路 7の増幅率およびフィルタ回路 8の位相特性は、前記電気信号の周波 数が信号として利用する周波数帯域内である場合は半導体レーザ 2の駆動回路 3に 負帰還を掛けるとともに前記電気信号の周波数が信号として利用する周波数帯域外 である場合は半導体レーザ 2の駆動回路 3に正帰還を掛けるように設定されている。 その際、増幅回路 7およびフィルタ回路 8より成る帰還回路の増幅率および位相変化 の周波数特性は、内部雑音および戻り光雑音の低減化に最適な特性を利用するよう に、任意に設計し得るものとする。なお、図 1に示す例では、光検出器 6側に増幅回 路 7を配置するとともに駆動回路 3側にフィルタ回路 8を配置するように構成している 力 光検出器 6側にフィルタ回路 8を配置するとともに駆動回路 3側に増幅回路 7を配 置するように変更してちょ 、。
[0028] なお、上記においては本発明の半導体レーザの駆動システムを光ピックアップに適 用したが、本発明の半導体レーザの駆動システムは、光ファイバ通信用光源や各種 光計測器光源等の、半導体レーザから出射したレーザ光の照射対象物 (光ディスク 等)からの戻り光（図 1の例の場合は戻り光 9e)が前記半導体レーザに入射するように 構成された光学系を有する光学デバイスであれば、どのような光学デバイスにも適用 することができる。
[0029] 次に、本発明の半導体レーザの駆動システムの作用について説明する。
図 1において、半導体レーザ 2から出射したレーザ光 9は、ビームスプリッタ 4で 2つ のレーザ光 9a、 9bに分岐され、ビームスプリッタ 4を透過したレーザ光 9aは光デイス ク 10で反射され、戻り光 9cとなる。この戻り光 9の約半分の光は、ビームスプリッタ 4で 反射されて光検出器 5に入射し、そこで信号再生用の電気信号として検出される。し かし、光ディスク 10からの戻り光 9cの約半分の光 9eは、ビームスプリッタ 4を透過して 半導体レーザ 2に戻り、半導体レーザ 2に入射する。これに伴い、半導体レーザ 2が「 戻り光雑音」と呼ばれる過剰雑音を発生することになる。
[0030] そこで、本発明の半導体レーザの駆動システムでは、半導体レーザ 2から出射した レーザ光 9をビームスプリッタ 4で 2つに分岐したレーザ光の一方であるレーザ光 9bを 光検出器 6に入射させて光検出器 6で電気信号に変換し、その電気信号を増幅回路 7で増幅し、フィルタ回路 8で振幅や位相特性を整えてから、半導体レーザ 2の駆動 回路 3に帰還させるようにしている。
[0031] 本発明の半導体レーザの駆動システムの最大の特徴は、増幅回路 7およびフィル タ回路 8より成る帰還回路によって半導体レーザ 2の駆動回路 3に帰還を掛ける際に 、負帰還を掛ける周波数帯域と、正帰還を掛ける周波数帯域との双方が共存できる ように、増幅回路 7の増幅率およびフィルタ回路 8の位相特性を設計するようにしたこ とである。
つまり、光ピックアップで信号として利用する角周波数帯域を図 2(a)〜（c)に示す 0 ≤ ω≤ ω とすると、その角周波数帯域では負帰還を掛け、その角周波数帯域よりも 高い角周波数側の ω = ω では、正帰還を掛けることにより、「半導体レーザ 2の駆
0
動回路 3に負帰還および正帰還を選択的に掛ける帰還回路」を実現している。
[0032] 以下、本発明の半導体レーザの駆動システムの動作原理を数式等を用いて説明 する。
図 1において、半導体レーザ 2に流れる交流電流を Ι(ω)とし、この交流電流から半 導体レーザ 2の出力光への伝達関数を Τ ( ω )とし、半導体レーザ 2の量子雑音を X ( ω )とすると、半導体レーザ 2の出力光のゆらぎ成分 (交流成分)である内部雑音 S ( ω)は、
S )=l )T(co)+X ) (1)
と書ける。この半導体レーザ 2で発生する内部雑音 S ( ω )が大き!/、ことが問題となつ て 、るため、内部雑音 S ( ω )を量子雑音 X ( ω )よりも十分に小さくなるまで低減する ことが本発明の課題である。
[0033] 一方、光検出器 6や増幅回路 7の入力段で発生する雑音を Ν ( ω )とし、増幅回路 7 およびフィルタ回路 8の合成の伝達関数を A ( ω )とすると、半導体レーザ 2に帰還さ れる電流 Ι(ω)は、
Κω) = {8(ω)+Ν(ω)}Α(ω) (2)
となる。 式（ 1)および式 (2)より、半導体レーザ 2の内部雑音 S ( ω )は、
8(ω) = {Ν(ω)Α(ω)Τ(ω)+Χ(ω)}/{ΐ-Α(ω)Τ(ω)}(3)
となる。
[0034] このとき、光ピックアップにおいて信号として利用する角周波数帯を 0≤ω≤ω と すると、その角周波数帯域よりも高い角周波数側の ω^ω >ω では、
0 1
Α(ω )Τ(ω )^
0 0 I Α(ω )Τ(ω ) | ≤1
0 0
t 、う正帰還が掛カるように、増幅回路 7およびフィルタ回路 8より成る帰還回路を設 計する。具体的には、図 2 (a)に示す log I Α(ω)Τ(ω) | の周波数特性および図 2 ( b)に示す A (ω)Τ(ω)の位相角の周波数特性となるように増幅回路 7の増幅率およ びフィルタ回路 8の位相角を設計する。それに伴い、上記角周波数成分における光 子数および電子密度が増加するため、図 2(c)に示すように、電気的正帰還を掛ける 本発明の場合は、半導体レーザ 2の出力光の交流成分 S(co)の絶対値である I S( ω ) Iが急増する。この I S(co ) | の急増により、上述した非特許文献 2に記載さ
0 0
れた「自励振動レーザの自励振動現象を用いて戻り光雑音を低減する方法」と同様 に、半導体レーザ 2中に非線形光学現象が生じるため、光ピックアップにおいて信号 として利用する角周波数帯域である 0≤ ω≤ωχにおける戻り光雑音が低減する。し たがって、戻り光雑音をほぼ量子雑音レベルまで低減させることができる。
[0035] 一方、光ピックアップにおいて信号として利用する角周波数帯域である 0≤ ω≤ω においては、
Α(ω)Τ(ω)<0 かつ | Α( ω )Τ( ω ) | > > 1
t 、う負帰還が掛カるように、増幅回路 7およびフィルタ回路 8より成る帰還回路を設 計する。具体的には、図 2 (a)に示す log I Α(ω)Τ(ω) | の周波数特性および図 2 ( b)に示す A (ω)Τ(ω)の位相角の周波数特性となるように増幅回路 7の増幅率およ びフィルタ回路 8の位相角を設計する。それに伴い、半導体レーザ 2の内部雑音 S( ω)は、式（3)より、
S(co) =— Ν(ω) (4)
となる。
一般的に、光検出器 6や増幅回路 7の入力段で発生する雑音 Ν(ω)は、半導体レ 一ザの量子雑音 χ( ω )よりも十分小さい。したがって、半導体レーザ 2の内部雑音 S ( ω )は、半導体レーザの量子雑音 X ( ω )よりも十分小さくなる。
[0036] 本発明の半導体レーザの駆動システムによれば、光ピックアップで信号として利用 する角周波数帯域である 0≤ ω≤ω で負帰還を掛けることにより内部雑音を低減す るとともに、それよりも高い角周波数である ω = ω で正帰還を掛けることにより戻り光
0
雑音を低減することができる。したがって、本発明によれば、近赤外光半導体レーザ は勿論、量子雑音レベルが高いため内部雑音も高くなりやすぐかつ、戻り光雑音も 発生しやす!/、半導体レーザである青紫色半導体レーザを、低雑音で動作させること ができる半導体レーザの駆動システムを、低価格かつ低消費電力で実現することが できる。
実施例
[0037] 以下、本発明の半導体レーザの駆動システムの実施例について説明する。
[0038] [雑音低減効果の測定;その 1]
本発明の半導体レーザの駆動システムにおける、光ピックアップで信号として利用 する 0≤ω≤ω での負帰還による内部雑音の低減効果および 0≤ω≤ω よりも高 い角周波数 ω ^ ω での正帰還による戻り光雑音の低減効果を確認するため、図 3
0
に示す測定装置を用意した。
[0039] 図 3において、 LDは、図 1の半導体レーザ 2に対応する青紫色半導体レーザ (発振 波長： 410nm、発振閾値電流： 42. 5mA)であり、 Collimating Lensは図 1には記 載を省略した集光レンズであり、 Objective Lensは図 1には記載を省略した対物レ ンズであり、 PD1は図 1の光検出器 5に対応する信号再生用の光検出器であり、 PD 2は図 1の光検出器 6に対応するレーザ光検出用の光検出器であり、 Beam Splitte rは図 1のビームスプリッタ 4に対応するものであり、 ATTは戻り光率調整用のアツテ ネータであり、 MIRRORは光ディスクの反射面を模したものであり、 Ampl, Amp 2 は図 1の増幅回路 7に対応するものであり、 LPFは図 1のフィルタ回路 8に対応するも のであり、 DC Bias Current Sourceおよびコイル、コンデンサは図 1の駆動回路 3に対応するものである。なお、レーザ光を観察するためにスペクトルアナライザー（S pectrum Analyzer)を設け、 PD1で検出した再生信号の強度を測定するためにパ ヮーメータ（Power Meter)を設けた。
[0040] 図 3に示す測定装置を用いて、青紫色半導体レーザに電気的帰還を掛けたとき、 および電気的帰還を掛けないときの相対雑音強度（Relative Intensity Noize ;R IN)の周波数特性を測定した。その際の測定条件は、出力光強度 = 2. OmW (直流 駆動電流： 44mA)、レーザ温度 = 25°C、青紫色半導体レーザと MIRRORとの間の 距離 = 15cm、 Ampl,八11^2の利得=合計+ 30(18でぁった。
その結果、戻り光なしの場合には図 4 (a)に示す RINの周波数特性が得られ、戻り 光あり（戻り光率 =0. 0048)の場合には図 4 (b)に示す RINの周波数特性が得られ た。
[0041] 図 4 (a)に示す RINの周波数特性および図 4 (b)に示す RINの周波数特性に基づ き、「電気的帰還を掛ける本発明の場合 (図 4 (b)の電気的帰還あり）は、電気的帰還 を掛けない場合（図 4 (a)の電気的帰還なし）と比較して、約 10MHz以下の周波数 帯域において戻り光雑音が量子雑音レベル未満に低減されていること」を確認するこ とができた。また、図 4 (a)に示す RINの周波数特性に基づき、「電気的帰還を掛ける 本発明の場合は、電気的帰還を掛けない場合と比較して、約 ΙΟΜΗζ以下の周波数 帯域において内部雑音が量子雑音レベル未満に低減されていること」を確認すること ができた。
[0042] [雑音低減効果の測定;その 2]
本発明の半導体レーザの駆動システムにおける、光ピックアップで信号として利用 する 0≤ω≤ω での負帰還による内部雑音の低減効果および 0≤ω≤ω よりも高 い角周波数 ω ^ ω での正帰還による戻り光雑音の低減効果を確認するとともに高
0
周波重畳法 (従来技術)を用いた場合の雑音低減効果と比較するために、図 5およ び図 6に示す測定装置を用意した。
[0043] 図 5の測定装置は電気的正帰還'負帰還を用いた場合の雑音低減効果を測定す るものであり、図 3の測定装置に対し、スペクトルアナライザーおよび ΑΜΡ2間の LP Fを削除するとともに、 AMP1と PD2との接続点および AMP2とコンデンサとの接続 点間に、 AMP1に入る電気信号の時間波形を観察するためのサンプリングォッシ口 スコープ（Sampling Oscilloscope)を追加したものであり、それ以外の部分は図 3 の測定装置と同様に構成されている。なお、今回使用した図 5の測定装置は、 AMP 1および AMP2の設計を最適化したため、図 3の測定装置に比べて、雑音低減効果 が向上している。
図 6の測定装置は高周波重畳法 (従来技術)を用いた場合の雑音低減効果を測定 するものであり、図 5の測定装置に対し、スペクトルアナライザーおよびコンデンサ間 の AMP2を削除するとともに、サンプリングォッシロスコープとコンデンサとの接続点 に発振器 (Oscillator)を追加したものであり、それ以外の部分は図 5の測定装置と 同様に構成されている。
[0044] まず、図 5に示す測定装置を用いて、青紫色半導体レーザに電気的帰還を掛けた とき、および電気的帰還を掛けないときの相対雑音強度 (Relative Intensity Noi ze ;RIN)の周波数特性を測定した。その際の測定条件は、出力光強度 = 3. OmW( 直流駆動電流: 45mA)、レーザ温度 = 25°C、青紫色半導体レーザと MIRRORとの 間の距離 = 15cm、 Ampl, Amp 2の利得 =合計 + 35dBであった。
その結果、戻り光なしの場合には図 7に示す RINの周波数特性が得られ、戻り光あ り（戻り光率 Γ =0. 015)の場合には図 8 (a)に示す RINの周波数特性が得られ、戻 り光あり（戻り光率 Γ =0. 07)の場合には図 8 (b)に示す RINの周波数特性が得られ た。
[0045] 図 7に示す RINの周波数特性および図 8 (a) , (b)に示す RINの周波数特性に基 づき、「電気的帰還を掛ける本発明の場合（図 8 (a) , (b)の電気的帰還あり）は、電気 的帰還を掛けな 、場合と比較して、約 30MHz以下の周波数帯域にぉ 、て戻り光雑 音が量子雑音レベル未満に低減されていること」を確認することができた。また、図 7 に示す RINの周波数特性に基づき、「電気的帰還を掛ける本発明の場合は、電気的 帰還を掛けな 、場合と比較して、約 30MHz以下の周波数帯域にぉ 、て内部雑音 が量子雑音レベル未満に低減されて ヽること」を確認することができた。
[0046] 次に、図 6に示す測定装置を用いて、青紫色半導体レーザに所定周波数の高周波 重畳 (従来技術)を行ない、戻り光率 (Feedback Ratio) Γと相対雑音強度 RINを 測定して、「本発明の電気的帰還ありの場合」および「高周波重畳無し、電気的帰還 無しの場合」と比較した。その際の測定条件は、レーザ温度 = 25°C、青紫色半導体 レーザと MIRRORとの間の距離 = 15cm、発振閾値電流 Ith=42. 5mA、直流駆動 電流 1= 45mAであった。
この測定において、 PD2で検出されたサンプリングオシロスコープに示される電気 信号の時間波形が、図 9に示すように、高周波重畳ありの場合 (従来技術)と本発明 の時間波形 (電気的帰還あり）とで一致するように、発振器 (Oscillator)の周波数と 強度を調整した。
この方法で測定した雑音周波数 10MHzにおける RINと戻り光率 Γの関係を示す 図が図 10である。
[0047] 図 10に示す雑音周波数 10MHzでの RINと戻り光率の関係に基づき、「電気的帰 還を掛ける本発明の場合 (図 10の電気的帰還あり）は、高周波重畳ありの場合 (従来 技術）に対して、全域において戻り光雑音が低減されていること」を確認することがで きた。
産業上の利用可能性
[0048] 本発明の半導体レーザの駆動システムおよび半導体レーザの駆動方法は、光ピッ クアップや光ファイバ通信用光源や各種光計測器光源等の、半導体レーザから出射 したレーザ光の照射対象物力 の戻り光が前記半導体レーザに入射するように構成 された光学系を有する光学デバイスに、好適に用いることができる。

Claims

請求の範囲
[1] 半導体レーザから出射したレーザ光の照射対象物からの戻り光が前記半導体レー ザに入射するように構成された光学系を有する光学デバイスにおける半導体レーザ の駆動システムであって、
前記半導体レーザを駆動する駆動回路と、
前記半導体レーザから出射したレーザ光の光強度を検出して電気信号に変換する 光検出器と、
前記駆動回路および前記光検出器の間に設けられ、前記電気信号の周波数が信 号として利用する周波数帯域内である力否かに応じて、前記駆動回路に負帰還およ び正帰還を選択的に掛ける帰還回路とを具備して成ることを特徴とする半導体レー ザの駆動システム。
[2] 前記帰還回路を増幅回路およびフィルタ回路により構成し、前記電気信号の周波 数が信号として利用する周波数帯域内である場合は前記半導体レーザの駆動回路 に負帰還を掛けるとともに前記電気信号の周波数が信号として利用する周波数帯域 外である場合は前記半導体レーザの駆動回路に正帰還を掛けるように、前記増幅回 路の増幅率および前記フィルタ回路の位相特性を設定するようにしたことを特徴とす る請求項 1記載の半導体レーザの駆動システム。
[3] 前記半導体レーザは青紫色半導体レーザであることを特徴とする請求項 1または 2 記載の半導体レーザの駆動システム。
[4] 半導体レーザから出射したレーザ光の照射対象物からの戻り光が前記半導体レー ザに入射するように構成された光学系を有する光学デバイスにおける半導体レーザ の駆動方法であって、
前記半導体レーザ力 出射したレーザ光の光強度を検出して電気信号に変換し、 該電気信号の周波数が信号として利用する周波数帯域内である力否かに応じて、 前記半導体レーザの駆動回路に負帰還および正帰還を選択的に掛けることを特徴 とする半導体レーザの駆動方法。
[5] 前記電気信号の周波数が信号として利用する周波数帯域内である場合は前記半 導体レーザの駆動回路に負帰還を掛けるとともに前記電気信号の周波数が信号とし て利用する周波数帯域外である場合は前記半導体レーザの駆動回路に正帰還を掛 けることを特徴とする請求項 4記載の半導体レーザの駆動方法。
前記半導体レーザは青紫色半導体レーザであることを特徴とする請求項 4または 5 記載の半導体レーザの駆動方法。
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