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DE3854094T2 - Apparat zum Betreiben einer Halbleiterlaservorrichtung. - Google Patents

Apparat zum Betreiben einer Halbleiterlaservorrichtung.

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DE3854094T2
DE3854094T2 DE3854094T DE3854094T DE3854094T2 DE 3854094 T2 DE3854094 T2 DE 3854094T2 DE 3854094 T DE3854094 T DE 3854094T DE 3854094 T DE3854094 T DE 3854094T DE 3854094 T2 DE3854094 T2 DE 3854094T2
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optical output
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current
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Kenji Ogou
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Sharp Corp
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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Treiben einer Halbleiterlasereinrichtung.
    • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Wenn eine Halbleiterlasereinrichtung betrieben wird, um einen Laserstrahl zu erhalten, wird ein Strom IF in Durchlaßrichtung an einen pn-Übergang in der Lasereinrichtung geliefert. Die Beziehung zwischen dem Strom IF in Durchlaßrichtung und der optischen Ausgangsleistung P&sub0; einer Halbleiterlasereinrichtung ist nichtlinear. Wenn der Strom IF in Durchlaßrichtung, der an eine Halbleiterlasereinrichtung geliefert wird, ansteigt, dann beginnt die Lasereinrichtung, bei einem bestimmten Pegel des Stroms (einem Schwellenstrom Ith) eine Laserstrahlschwingung anzuregen. Wenn der Strom IF in Durchlaßrichtung weiter ansteigt, dann steigt die Laser- Ausgangsleistung P&sub0; ebenfalls an. Fig. 2 zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen dem Strom IF in Durchlaßrichtung und der optischen Ausgangsleistung P&sub0; einer Halbleiterlasereinrichtung.
  • Der Pegel eines Schwellenstroms Ith und die Änderungsrate bei der optischen Ausgangsleistung P&sub0; bezogen auf die Änderungen beim Strom IF in Durchlaßrichtung sind nicht konstant, sondern ändern sich entsprechend einer Umgebungstemperatur oder der individuellen Halbleiterlasereinrichtung. Eine solche Änderungsrate bei der optischen Ausgangsleistung P&sub0; wird Differenzgütegrad γ genannt.
  • Wenn eine Halbleiterlaserdiode bei einer optischen Ausgangsleistung mit einem konstanten Pegel betrieben wird, dann wird generell das in Fig. 2 gezeigte System verwendet. Bei diesem System wird eine Halbleiterlaserdiode 1 durch eine Stromquelle 4 betrieben, welche durch das Ausgangssignal eines Verstärkers 3 gesteuert wird. Die optische Ausgangsleistung der Laserdiode 1 wird durch eine Fotodiode 2 überwacht und wird durch einen Widerstand 5 in eine Spannung konvertiert. Die Spannung wird an einen Eingangsanschluß des Verstärkers 3 angelegt. Das in Fig. 3 gezeigte System bildet eine negative Rückkopplungsschleife. Eine Bezugsspannung Vref wird an den anderen Eingangsanschluß des Verstärkers 3 angelegt so daß die optische Ausgangsleistung der Laserdiode 1 so gesteuert wird, daß man einen vorbestimmten Wert erhält, der der Bezugsspannung Vref entspricht.
  • Das in Fig. 2 gezeigte System wird benutzt, um eine konstante optische Ausgangsleistung mit einem vorbestimmten Wert zu erhalten. Bei bestimmten Anwendungsarten einer Halbleiterlaserdiode, wie beispielsweise Laserdruckern oder optischer Kommunikation, wird eine Halbleiterlaserdiode, die eine optische Ausgangsleistung mit einem vorbestimmten Wert erzeugt, mit hoher Geschwindigkeit ein- und ausgeschaltet. Fig. 4 zeigt ein Beispiel für ein System, das für eine solche Anwendung verwendet wird.
  • Das System von Fig. 3 umfaßt, zusätzlich zu den Bestandteilen bei dem System von Fig. 3, einen Analogschalter 7 und einen Kondensator 8, welche eine Abtast-Halteschaltung bilden. Das System von Fig. 3 umfaßt weiterhin einen Hochgeschwindigkeitsschalter 6 und einen Pufferverstärker 9. Die Funktion des Systems gemäß Fig. 3 wird jetzt beschrieben.
  • Zuerst wird der Schalter 6 in die rechte Stellung gesetzt, und der Schalter 7 wird eingeschaltet, um eine optische Ausgangsleistung mit einem vorbestimmten Wert entsprechend der Bezugsspannung Vref zu erhalten. Danach wird der Schalter 7 ausgeschaltet. In diesem Stadium wird die Spannung, die an den Verstärker 9 angelegt wird, auf dem Spannungspegel des Kondensators 8 gehalten, so daß der Treibstrom, der an die Laserdiode 1 geliefert wird, konstant gehalten wird. Dann wird der Schalter 6 mit hoher Geschwindigkeit ausgeschaltet, was zu einem Hochgeschwindigkeitsschalten der optischen Ausgangsleistung mit einem konstanten Wert führt.
  • Mit dem in Fig. 3 gezeigten System ist es schwierig, die optische Ausgangsleistung über einen langen Zeitraum auf einem konstanten Wert zu halten, weil die Spannung des Kondensators 8 ein Analogwert ist. Das in Fig. 5 veranschaulichte System ist vorgeschlagen worden, um dieses Problem zu lösen, d.h. das System kann die optische Ausgangsleistung über einen langen Zeitraum auf einem konstanten Wert halten.
  • Das System von Fig. 4 ist nicht mit der Abtast-Halteschaltung (dem Analogschalter 7 und dem Kondensator 8) und dem Pufferverstärker 9 versehen, welche bei dem System von Fig. 3 verwendet werden, sondern umfaßt einen Aufwärts/Abwärts- Zähler 11, einen D/A-Wandler 10 und einen Oszillator 12. Bei dem System von Fig. 5 funktioniert der Verstärker als Komparator. Wenn das Ausgangssignal des Komparators "HOCH" ist, dann zählt der Aufwärts/Abwärts-Zähler 11 die Ausgangsimpulse des Oszillators aufwärts. Wenn das Ausgangssignal aus dem Komparator 3 im Gegensatz dazu "NIEDRIG" ist, dann zählt der Zähler 11 die Ausgangsimpulse des Oszillators 12 abwärts. Das Ausgangssignal des Zählers 11 wird in einen Analogwert, der dem Strom IF in Durchlaßrichtung entspricht, durch den D/A-Wandler konvertiert. Wenn der Schalter 6 in die rechte Stellung gesetzt ist, dann wird der Strom IF in Durchlaßrichtung von der Stromquelle 4 an die Halbleiterlaserdiode 1 geliefert, um die Laserdiode 1 zu treiben. Das System von Fig. 4 bildet eine negative Rückkopplungsschleife, so daß die optische Ausgangsleistung der Laserdiode 1 auf einen konstanten Wert entsprechend der Bezugsspannung Vref geregelt wird. Ein Fehler, welcher einem Impuls des Ausgangs aus dem Oszillator 12 entspricht, kann bei dem Wert der optischen Ausgangsleistung auftreten. Ein derartiges System ist in EP-A-0 096 341 offenbart.
  • Eine Schwierigkeit ist die folgende: im System von Fig. 4 kann eine optische Ausgangsleistung mit gewünschtem Pegel dadurch erhalten werden, daß eine Bezugsspannung Vref angelegt wird, die dem gewünschten optischen Ausgangspegel entspricht, und die negative Rückkopplungsschleife geschlossen wird (nachfolgend wird dieser Prozeß als "kalibrierung" bezeichnet). Da die Kalibrierung nicht direkt den Ansteuerbetrieb der Laserdiode 1 betrifft, ist es schwierig, das System von Fig. 4 bei einer Vorrichtung zu verwenden, bei der der optische Ausgangspegel sehr häufig verändert werden sollte. Z.B. ändert sich bei einem optomagnetischen Plattenaufzeichnungsgerät die optische Ausgangsleistung in drei Pegeln (Lese-, Lösch- und Aufzeichnungspegel).
  • CA-B-1 210 070, auf der der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht, offenbart eine Vorrichtung zum Betreiben eines Halbleiterlaser-Bauteils, mit: einer Stromversorgungseinrichtung; einer Steuerungseinrichtung zum Steuern eines dem Laserbauteil durch die Stromversorgungseinrichtung zugeführten Stroms, wobei die Steuerungseinrichtung eine Speichereinrichtung enthält; einer Überwachungseinrichtung zum Überwachen der optischen Ausgangsleistung des Laserbauteils und zum Erzeugen eines Signals, das für die optische Ausgangsleistung des Laserbauteils repräsentativ ist; und einer Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des für die optische Ausgangsleistung repräsentativen Signals mit einem Bezugswert und zum Liefern eines Ausgangssignals, das vom Vergleich des für die optische Ausgangsleistung repräsentativen Signals mit dem Bezugswert abhängt; wobei die Speichereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie einen ersten Stromwert und einen ersten Wert für die optische Ausgangsleistung des Laserbauteils speichert, wobei der erste Wert der optischen Ausgangsleistung des Laserbauteils dann erhalten wird, wenn dem Laserbauteil der Strom mit dem ersten Wert zugeführt wird, und sie einen zweiten Stromwert und einen zweiten Wert der optischen Ausgangsleistung des Laserbauteils speichert, wobei der zweite Wert der optischen Ausgangsleistung des Laserbauteils erhalten wird, wenn das Laserbauteil mit dem Strom vom zweiten Wert versorgt wird.
  • Jedoch liefert die in CA-B-1 210 070 offenbarte Vorrichtung einen Vorversorgungsstrom (I) an einen in einem digitalen Datenübertragungssystem verwendeten Laser. Die Vorrichtung mißt die zweite Ableitung der Laserleistung (L) hinsichtlich des Stroms und stellt den Strom auf einen Wert ein, der einem Peak in d²L/dI² entspricht, da diese Stromstärke das Verhältnis der Laserausgangsleistung für den Datenwert "1" zur Laserausgangsleistung für den Datenwert "0" maximiert. CA-B-1 210 070 offenbart keine Vorrichtung, die so ausgebildet ist, daß sie den Strom berechnet, der dazu erforderlich ist, eine vorgegebene optische Ausgangsleistung vom Laserbauteil zu erhalten.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines Halbleiterlaser-Bauteils gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 geschaffen, wobei diese Vorrichtung zum Betreiben eines Halbleiterlaser-Bauteils dadurch gekennzeichnet ist, daß die Steuerungseinrichtung so ausgebildet ist, daß sie einen dritten Stromwert berechnet, der einer vorgegebenen optischen Ausgangsleistung des Laserbauteils entspricht, wobei der dritte Stromwert aus den abgespeicherten Werten berechnet wird; und daß sie ferner folgendes aufweist: eine Berechnungseinrichtung zum Erzeugen eines digitalen Signals für das von der Vergleichseinrichtung gelieferte Ausgangssignal; und eine D/A-Umsetzeinrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals zum Steuern der Stromversorgungseinrichtung auf das digitale Signal hin; und daß die Überwachungseinrichtung, die Vergleichseinrichtung, die Zähleinrichtung, die Steuerungseinrichtung, die D/A-Umsetzeinrichtung und die Stromversorgungseinrichtung eine Rückkopplungsschleife aufweisen.
  • Vorzugsweise berechnet die Steuerungseinrichtung den dritten Stromwert unter Verwendung der Gleichung:
  • Po = η IF + (1),
  • wobei die Konstanten η und aus den abgespeicherten Werten unter Verwendung der folgenden Gleichungen berechnet werden:
  • η = (Po2 - Po1) / (IF2 - IF1) (2)
  • = (Po1IF2 - IF1Po2) / (IF2 - IF1) (3).
  • So ermöglicht es die hier beschriebene Erfindung, eine Vorrichtung zum Betreiben einer Halbleiterlaserdiode zu schaffen, die die optische Ausgangsleistung mit sehr hoher Frequenz auf gewünschte Pegel verändern kann.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verständlich und ihre zahlreichen Aufgaben und Vorteile werden dem Fachmann daraus deutlich. Die Figuren zeigen folgendes:
  • Fig. 1 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen einem Strom IF in Durchlaßrichtung und der optischen Ausgangsleistung einer Laserdiode zeigt.
  • Fig. 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine herkömmliche Vorrichtung zeigt.
  • Fig. 3 ist ein Diagramm, das ein anderes Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Vorrichtung zeigt, bei der eine Abtast- Halte-Schaltung verwendet wird und die optische Ausgangsleistung einer Laserdiode mit hoher Frequenz geschaltet wird.
  • Fig. 4 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel einer herkömmlichen Vorrichtung zeigte bei der ein D/A-Umsetzer in einer Rückkopplungsschleife angeordnet ist.
  • Fig. 5 ist ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • Fig. 6 ist ein detailliertes Diagramm zum Ausführungsbeispiel von Fig. 5.
  • Fig. 7 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen des Betriebs der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiele.
    • Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
  • Fig. 5 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im System von Fig. 5 wird das Überwachungssignal, wie es durch einen aus einer Fotodiode 2 und einem Widerstand 5 bestehenden Kreis erfaßt wird, durch einen A/D-Umsetzer 23 in Digitalcodes umgesetzt und an eine Berechnungseinrichtung 24 geliefert. Die Berechnungseinrichtung 24 verfügt über einen Speicher. Die Digitalcodes vom A/D-Umsetzer 23 werden in der Berechnungseinrichtung 24 verarbeitet. Das erhaltene Ergebnis wird über einen D/A-Umsetzer 10, eine Stromquelle 4 und einen Schalter 6 an eine Laserdiode 1 zurückgeliefert.
  • Das System von Fig. 5 wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 spezieller beschrieben. Das System von Fig. 6 ist so aufgebaut, daß lediglich durch Ausführen zweimaliger Kalibrierung eine optische Ausgangsleistung mit beliebigem gewünschtem Pegel erhalten werden kann. Beim Beispiel besteht der A/D-Umsetzer 23 aus einem Komparator 3, einem Analogschalter 15, einem Auf/Ab-Zähler 11 und einem Oszillator 12. Im System von Fig. 6 kann die Beziehung zwischen der optischen Ausgangsleistung P&sub0; und dem Strom IF in Durchlaßrichtung aus der folgenden Gleichung (1) berechnet werden:
  • P&sub0; = η IF + (1).
  • Z.B. wird die Kalibrierung für zwei optische Ausgangspegel P&sub0;&sub1; und P&sub0;&sub2; ausgeführt, um den Wert des Stroms IF in Durchlaßrichtung für jeden Ausgangspegel zu erhalten. Wenn für den Ausgangspegel P&sub0;&sub1; ein Wert IF1 erhalten wird und für den Ausgangspegel P&sub0;&sub2; ein Wert IF2 erhalten wird, können die Konstanten aus den folgenden Gleichungen (2) und (3) berechnet werden:
  • Daher kann die Stärke IF3 des Stroms in Durchlaßrichtung, die erforderlich ist, um eine optische Ausgangsleistung mit einem beliebigen gewünschten Pegel P&sub0;&sub3; zu erhalten, aus der Gleichung (1) berechnet werden. Dies ist durch Fig. 7 veranschaulicht.
  • Es wird nun der Betrieb des Systems von Fig. 6 beschrieben. Die Werte der zwei Pegel p&sub0;&sub1; und P&sub0;&sub2;, für die jeweils eine Kalibrierung auszuführen ist, werden vorab im Speicher der Berechnungseinrichtung 24 abgespeichert. Die Kalibrierung erfolgt durch Anlegen einer Bezugsspannung Vref1 oder Vref2 an den Komparator 3. Die Bezugsspannungen Vref1 und Vref2 entsprechen den optischen Ausgangspegeln P&sub0;&sub1; bzw. P&sub0;&sub2;. Das Ausgangssignal des Zählers 11, wie es bei jeder Kalibrierung erhalten wird, wird im Speicher der Berechnungseinrichtung 24 abgespeichert. Das gespeicherte Ausgangssignal des Zählers 11 entspricht dem Strom IF1 oder IF2 in Durchlaßrichtung, bei dem die Laserdiode 1 so betrieben wird, daß sie die optische Ausgangsleistung mit dem Pegel P&sub0;&sub1; oder P&sub0;&sub2; abstrahlt. Aus den abgespeicherten Daten werden unter Verwendung der Gleichungen (2) und (3) η und berechnet. Dann führt das System einen Betriebsprozeß des Betreibens der Laserdiode 1 aus. Wenn eine optische Ausgangsleistung mit anderem Pegel P&sub0;&sub3; abzustrahlen ist, berechnet die Berechnungseinrichtung 24 den Wert des Stroms IF3 in Durchlaßrichtung, der dazu erforderlich ist, den gewünschten optischen Ausgangspegel P&sub0;&sub3; zu erhalten. Dieser wird aus der Gleichung (1) berechnet und an den D/A-Umsetzer 10 geliefert. Wie es aus dem Vorstehenden leicht ersichtlich ist, ist beim Betreiben der Laserdiode 1 die Rückkopplungsschleife von der Fotodiode 2 zum Zähler 11 nicht erforderlich. Selbst wenn sich der gewünschte optische Ausgangspegel P&sub0;&sub3; schnell ändert, kann das System daher die Laserdiode 1 genau mit dem gewünschten Pegel P&sub0;&sub3; betreiben. Die Kalibrierung kann ausgeführt werden, wenn sich eine Betriebsbedingung (z.B.die Umgebungstemperatur) ändert, die den optischen Ausgangspegel beeinflußt.
  • Wie es aus der vorstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele ersichtlich ist, kann in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ein D/A-Umsetzer mit kleiner Auflösung verwendet werden, der leicht mit geringen Kosten hergestellt werden kann. Daher kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung leicht mit geringen Kosten hergestellt werden und sie kann leicht integriert werden.
  • Es ist zu beachten, daß dem Fachmann verschiedene andere Modifizierungen erkennbar sind und von ihm leicht ausgeführt werden können, ohne daß der Schutzbereich der Erfindung verlassen wird. Demgemäß ist es nicht beabsichtigt, daß der Schutzbereich der Erfindung auf die hier dargelegte Beschreibung beschränkt ist, sondern er soll durch die beigefügten Ansprüche gegeben sein.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum Betreiben eines Halbleiterlaser-Bauteils (1), mit:
- einer Stromversorgungseinrichtung (4);
- einer Steuerungseinrichtung (24) zum Steuern eines dem Laserbauteil (1) durch die Stromversorgungseinrichtung (4) zugeführten Stroms, wobei die Steuerungseinrichtung (24) eine Speichereinrichtung enthält;
- einer Überwachungseinrichtung (2) zum Überwachen der optischen Ausgangsleistung (Po) des Laserbauteils (1) und zum Erzeugen eines Signals, das für die optische Ausgangsleistung (Po) des Laserbauteils (1) repräsentativ ist; und
- einer Vergleichseinrichtung (3) zum Vergleichen des für die optische Ausgangsleistung repräsentativen Signals mit einem Bezugswert und zum Liefern eines Ausgangssignals, das vom Vergleich des für die optische Ausgangsleistung repräsentativen Signals mit dem Bezugswert abhängt;
- wobei die Speichereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie einen ersten Stromwert (IF1) und einen ersten Wert (Po1) für die optische Ausgangsleistung des Laserbauteils (1) speichert, wobei der erste Wert (Po1) der optischen Ausgangsleistung des Laserbauteils (1) dann erhalten wird, wenn dem Laserbauteil (1) der Strom mit dem ersten Wert (IF1) zugeführt wird, und sie einen zweiten Stromwert (IF2) und einen zweiten Wert (P&sub0;&sub2;) der optischen Ausgangsleistung des Laserbauteils (1) speichert, wobei der zweite Wert (P&sub0;&sub2;) der optischen Ausgangsleistung des Laserbauteils erhalten wird, wenn das Laserbauteil (1) mit dem Strom vom zweiten Wert (IF2) versorgt wird;
- wobei die Vorrichtung zum Betreiben eines Halbleiterlaser- Bauteils (1) dadurch gekennzeichnet ist, daß die Steuerungseinrichtung (24) so ausgebildet ist, daß sie einen dritten Stromwert (IF3) berechnet, der einer vorgegebenen optischen Ausgangsleistung (Po3) des Laserbauteils entspricht, wobei der dritte Stromwert aus den abgespeicherten Werten (IF1, Po1, IF2, Po2) berechnet wird;
- und daß sie ferner folgendes aufweist:
- eine Berechnungseinrichtung (11) zum Erzeugen eines digitalen Signals für das von der Vergleichseinrichtung (3) gelieferte Ausgangssignal; und
- eine D/A-Umsetzeinrichtung (10) zum Erzeugen eines Steuersignals zum Steuern der Stromversorgungseinrichtung (4) auf das digitale Signal hin;
- und daß die Überwachungseinrichtung (2), die Vergleichseinrichtung (3), die Zähleinrichtung (11), die Steuerungseinrichtung (24), die D/A-Umsetzeinrichtung (10) und die Stromversorgungseinrichtung (4) eine Rückkopplungsschleife aufweisen.
2. Vorrichtung zum Betreiben eines Halbleiterlaser-Bauteils (1) gemäß Anspruch 1, bei dem die Steuerungseinrichtung den dritten Stromwert (IF3) unter Verwendugn der folgenden Gleichung berechnet:
Po = η IF + (1),
wobei die Konstanten η und aus den abgespeicherten Werten (IF1, Po1, IF2, Po2) unter Verwendung der folgenden Gleichungen berechnet werden:
η = (Po2 - Po1) / (IF2 - If1) (2)
= (Po1IF2 - IF1Po2) / (1F2 - 1F1) (3).
DE3854094T 1987-04-13 1988-04-13 Apparat zum Betreiben einer Halbleiterlaservorrichtung. Expired - Lifetime DE3854094T2 (de)

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