FR2563663A1 - Dispositif de commande d'un laser a semi-conducteurs - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE COMMANDE D'UN LASER A SEMI-CONDUCTEURS. CE DISPOSITIF COMPREND DES MOYENS 2, 3 SERVANT A DETECTER LE SIGNAL DE SORTIE D'UN LASER A SEMI-CONDUCTEURS 1, DES PREMIERS MOYENS 4, 5, 6, 11, 12 SERVANT A COMMANDER LE COURANT DE COMMANDE DU LASER SUR LA BASE DU SIGNAL DE SORTIE INFERIEUR DU LASER A SEMI-CONDUCTEURS, DETECTE PAR LES MOYENS 2, 3, UN PREMIER CIRCUIT DE DETECTION ET DE MAINTIEN 7, 10 DETECTANT LE SIGNAL DE SORTIE MAXIMUM AU DEMARRAGE DE LA MODULATION D'IMPULSIONS ET CONSERVANT CE SIGNAL, ET DES SECONDS MOYENS 8, 9, 10, 11, 12 POUR REALISER LA COMMANDE EN DIRECT DE L'AMPLITUDE DES IMPULSIONS MODULEES DU LASER A SEMI-CONDUCTEURS APRES LE DEMARRAGE DE LA MODULATION D'IMPULSIONS. APPLICATION NOTAMMENT DANS LES APPAREILS DE LECTUREENREGISTREMENT A DISQUES OPTIQUES.

Description

Dispositif de commande d'un laser à semiconducteurs La présente invention

concerne un dispositif de

commande d'un laser à semiconducteurs.

Des dispositifs de commande de lasers à semicon-

ducteurs ont été proposés en vue d'être utilisés dans un

appareil à disque optique du type à enregistrement par ad-

dition et qui enregistre des données au moyen d'une modula-

tion directe d'un laser à semiconducteurs par des signaux d'enregistrement, et par formation de trous dans un support

d'enregistrement en forme de disque rotatif.

Un dispositif de commande typique pour un laser à semiconducteurs a été décrit dans la demande de brevet

japonais n 57-34-903, déposée au nom du déposant de la pré-

sente demande. Dans ce dispositif de commande classique à

semiconducteurs, le signal de sortie du laser à semiconduc-

teurs est contrôlé de façon continue par un détecteur opti-

que logé, en même temps que le laser à semiconducteurs, dans un boîtier, le signal de sortie du laser à semiconducteurs

étant échantillonné directement lorsque la modulation d'im-

pulsions n'est pas exécutée, ou bien la tension de contrôle

de sortie inférieure étant échantillonnée lorsque la modula-

tion d'impulsions est exécutée, au moyen d'un circuit de détection de maximum ou d'un circuit d'échantillonnage et

de maintien, et la tension de sortie ou la tension de con-

trôle de sortie inférieure est comparée à une tension de

référence(VB) correspondant à une tension inférieure prédé-

terminée pour la commande de réaction du courant de comman-

de du laser à semiconducteurs.

Un dispositif de commande pour lasers à semicon-

ducteurs possédant une telle constitution pose cependant un problème consistant en ce que, étant donné que seul le

signal de sortie inférieur est commandé lorsque la modula-

tion d'impulsions est effectuée, le signal de sortie maxi-

mum varie sous l'influence de la modification de la courbe caractéristique du laser à semiconducteurs en fonction de la température et de l'écoulement du temps. Dans un laser à semiconducteurs, la valeur du seuil d'oscillation et le rendement de quantification font l'objet d'une variation importante en fonction de la température et de l'écoulement du temps. Un but du dispositif de commande pour laser à semiconducteurs, mentionné plus haut, est de limiter à la

valeur la plus faible possible la variation du signal de sor-

tie d'un laser à semiconducteurs provoquée par la variation de la valeur du seuil d'oscillation. La figure 1, annexée à là présente demande, est une représentation graphique des caractéristiques de sortie d'un laser permettant d'expliquer les fonctions d'un dispositif classique de commande d'un laser à semiconducteurs, sur laquelle on a représenté

la relation entre le courant de commande du laser à semicon-

ducteurs et la caractéristique de sortie de ce dernier. Sur

la figure 1 une flèche G désigne la variation de la carac-

téristique de sortie d'un laser à semiconducteurs, d'une courbe A à une courbe B, sous l'effet de la variation du seuil d'oscillation. Une flèche H désigne la variation de la caractéristique de sortie d'un laser à semiconducteurs d'une courbe B à une courbe C reproduite sous la forme d'une

ligne formée de tirets, sous l'effet de la variation du ren-

dement de quantification. Sur la figure 1, VB est la tension de sortie inférieure du dispositif de contrôle, Vp est la tension de sortie maximum du dispositif de contrôle lorsque la modulation d'impulsions est exécutée, VR est l'amplitude

de la tension à modulation d'impulsions et RL est la résis-

tance de charge d'un laser à semiconducteurs.

Par conséquent l'amplitude du courant modu-

laire en impulsions est IR = VR/RL.

Le dispositif mentionné plus haut de commande d'un laser à semiconducteurs stabilise le signal de sortie

inférieur en décalant le courant de commande du laser à semi-

conducteurs de a à b lorsque la caractéristique de sortie du laser a semiconducteurs varie en passant de la courbe A à la courbe B, et assure également de façon indirecte la stabilisation du signal de sortie maximum par le fait que la variation de ce signal de sortie maximum est limitée à

la valeur la plus faible possible si l'amplitude VR de la ten-

sion modulée en impulsions est fixée, pourvu que le rende-

ment de quantification reste inchangé.

Cependant si le rendement de quantification varie,

le signal de sortie maximum augmente de façon correspondante.

Si le signal de sortie maximum du laser à semi-

conducteurs est commandé par l'intermédiaire d'un système de commande par réaction, tout démarrage de la modulation d'impulsions requiert une action de soutirage et la durée

de réglage est d'une valeur telle qu'elle ne peut être né-

gligée par rapport à la période de la modulation d'impul-

sions. Une tentative visant à réduire la durée de réglage

consiste à exécuterunemodificationétenduedusignal de sortie maxi-

mum au début de la modulation, ce qui entraîne des problèmes tels que par exemple un enregistrement et une lecture peu

satisfaisants lorsque le laser à semiconducteurs est utili-

sé avec un appareil, tel qu'un appareil à disque optique, et par conséquent on ne peut pas réaliser la réduction du

temps de réglage.

C'est pourquoi un but de la présente invention est de fournir un dispositif de commande pour un laser à semiconducteurs, apte à limiter la variation du signal de sortie maximum d'un laser à semiconducteurs, provoquée par la variation du rendement de quantification en fonction de la température et de l'écoulement du temps, et à stabiliser

le signal de sortie maximum en un bref intervalle de temps.

Le but de la présente invention est obtenu à

l'aide d'un dispositif de commande d'un laser à semiconduc-

teurs caractérisé en ce qu'il comprend: (a) des moyens op-

tiques de détection servant à détecter le signal de sortie d'un laser à semiconducteurs; (b) des premiers moyens pour commander le courant de commande du laser à semiconducteurs

sur la base d'un signal de sortie inférieur du laser à semi-

conducteurs, détecté par les moyens de détection optique;

(c) un premier circuit de détection et de maintien, qui dé-

tecte le signal de sortie maximum au démarrage de la modula-

tion d'impulsions du laser à semiconducteurs et maintient

le signal de sortie maximum; et (d) des seconds moyens ser-

vant à commander, selon une action directe, l'amplitude d'im-

pulsions moduléesdu laser à semiconducteurs après le début

de la modulation d'impulsions.

D'autres caractéristiques et avantages de la pré-

sente invention ressortiront de la description donnée ci-

après prise en référence aux dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1, dont il a déjà été fait mention, est un graphique représentant les caractéristiques de sortie

d'un laser, permettant d'expliquer les fonctions d'un dis-

positif classique de commande d'un laser à semiconducteurs; - la figure 2 représente le schéma-bloc d'une forme de réalisation préférée d'un dispositif de commande de laser à semiconducteurs, conforme à la présente invention; - la figure 3, formée des figures partielles 3a

à 3d, représente des diagrammes de formes d'ondes et la fi-

gure 4 représente un graphique de la courbe caractéristique de sortie d'un laser, ces figures permettant d'expliquer les fonctions de la forme de réalisation de la présente invention; - les figures 5 et 6 sont des schémas-blocs de circuits respectifs de commande d'amplitude conformes a la présente invention;

- la figure 7 est un schéma-bloc d'une autre for-

me de réalisation d'un dispositif de commande de laser à se-

miconducteurs, conforme à la présente invention; - la figure 8, formée des figures partielles 8a

à 8e, représente des diagrammes de formes d'ondes et la fi-

gure 9 représente un graphique montrant la courbe caracté-

ristique de sortie d'un laser, pour la forme de réalisation conforme à la présente invention;

- les figures 10, 11 et 12 représentent respec-

tivement des schémas de circuits de commande d'un laser à semiconducteurs conforme à la présente invention; - la figure 13 est le schéma d'un circuit d'échan-

tillonnage et de maintien conforme à la présente invention.

Ci-après on va décrire les formes de réalisation

préférées de l'invention.

Sur la figure 2 on a représenté un dispositif

de commande d'un laser à semiconducteurs, conforme à la pré-

sente invention. Sur cette figure 2, on a représenté un la-

ser à semiconducteurs 1, un détecteur optique 2, comme par exemple un phototransistor logé en même temps que le laser à semiconducteurs 1 dans un boîtier, et un préamplificateur

3 servant à convertir le signal de sortie du détecteur opti-

que en un niveau de tension prédéterminé. Le détecteur opti-

que 2 et le préamplificateur 3 constituent des moyens de détection optique servant à détecter le signal de sortie du laser à semiconducteurs 1. Comme cela est représenté sur

la figure 2, il est prévu un circuit 4 de détection des maxi-

mum, servant à réaliser la détection du signal de sortie maximum fourni par le préamplificateur 3, un comparateur 5 qui compare le signal de sortie du circuit 4 de détection des maximum à une tension de référence de sortie inférieure

prédéterminée VB, un circuit d'échantillonnage et de main-

tien 7 servant à réaliser l'échantillonnage et le maintien des signaux de sortie maximum du préamplificateur 3 lorsque le laser à semiconducteurs 1 est modulé en impulsions, par exemple, les signaux de sortie maximum correspondant aux

deux impulsions initiales au début de la modulation d'impul-

sions, un circuit différentiel 8 servant à soustraire la tension de référence de sortie inférieure prédéterminée VB du signal de sortie du circuit d'échantillonnage et de maintien 7, un circuit de commande d'amplitude servant à modifier l'amplitude des impulsions après le début de la modulation

d'impulsions, conformément aux signaux de sortie échantil-

lonnés et conservés, un circuit de cadencement 10 qui détec-

te le démarrage de la modulation d'impulsions, produit une impulsion d'échantillonnage servant à échantillonner les signaux de sortie maximum correspondant par exemple à deux

impulsions uniquement après le départ de la modulation d'im-

pulsions et ramène à zéro le circuit de commande d'amplitude 9 pendant l'échantillonnage, un circuit de verrouillage 11 servant à superposer l'impulsion modulée a une polarisation de commande de sortie inférieure, et un circuit de commande 12 servant à commander le laser à semiconducteurs 1. Les circuits 4, 5, 6, 11 et 12 constituent les premiers moyens

servant à commander le courant de commande du laser à semi-

conducteurs sur la base des résultats de la détection du signal de sortie inférieur du laser à semiconducteurs 1, les circuits 7 et 10 constituent un circuit de détection et d'échantillonnage servant à détecter et à conserver les

signaux de sortie maximum au début de la modulation d'impul-

sions et les circuits 8, 9, 10, 11 et 12 constituent les seconds moyens servant à réaliser la commande, effectuée en mode direct, de l'amplitude des impulsions du laser à semiconducteurs conformément au signal de sortie du circuit de détection et de maintien après le début de la modulation d'impulsions. On va décrire ci-après les fonctions de cette

forme de réalisation en référence aux figures 3 et 4.

Le signal de sortie du laser à semiconducteurs 1 est contrôlé de façon continue par le détecteur optique 2, puis le signal de sortie est transformé en une tension possédant un niveau prédéterminé, par le préamplificateur 3. Le signal de sortie du préamplificateur 3 correspond au signal de sortie inférieur du laser à semiconducteurs et est contrôlé de manière à permettre une détection de maximum par le circuit de détection' de maximum 4. Le comparateur 5 compare le signal de sortie contrôlé du préamplificateur 3 à une tension de référence VB correspondant au signal de sortie inférieur de référence. L'amplificateur 6 amplifie la différence entre le signal de sortie du préamplificateur 3 et la tension de référence VB pour la contre-réaction du signal de sortie amplifié de l'amplificateur 6 passant par le circuit de verrouillage 11 et aboutissant au circuit 12 de commande du laser à semiconducteurs. Par conséquent la tension de contrôle du signal de sortie inférieur du laser à semiconducteurs est toujours maintenue au niveau de la sortie inférieure de référence VB, et par conséquent le signal de sortie inférieur du laser à semiconducteurs 1 est réglé sur le niveau de sortie inférieur prédéterminé. Lorsque

la modulation n'est pas exécutée, le signal de sortie infé-

rieur du laser à semiconducteurs 1 est maintenu au niveau d'un signal de sortie régénératif correspondant au signal de sortie inférieur de référence VB. A cet instant le circuit de verrouillage 11 n'intervient pas dans cette boucle. Ces fonctions sont les mêmes que celles du dispositif classique de commande d'un laser à semiconducteurs. Conformément à la présente invention, en plus des fonctions mentionnées précédemment, alors que le laser à semiconducteurs 1 fait l'objet d'une modulation d'impulsions pendant une période

correspondante, par exemple pendant une période T de modula-

tion d'impulsions de la figure 3(a), le signal de sortie maximum du préamplificateur 3 est échantillonné et conservé par le circuit d'échantillonnage et de maintien 7 uniquement

au début de la modulation d'impulsions, par exemple les si-

gnaux de sortie correspondant aux deux impulsions initiales,

puis le circuit de commande d'amplitude 9 modifie l'ampli-

tude des impulsions modulées conformément au reste de la soustraction de la tension de référence de sortie inférieure

VB des échantillons conservés par le circuit d'échantillon-

nage et de maintien 7. Pendant la variation de l'amplitude des impulsions modulées, le circuit de commande d'amplitude 9 est ramené à zéro pendant une période correspondant à un

nombre prédéterminé d'impulsions, par exempie deux impul-

sions, par un signal de remise a l'état initial tel que re-

présenté sur la figure 3(c), au moyen de la détection du

début de la modulation d'impulsions, et des impulsions d'é-

chantillonnage telles que représentées sur la figure 3(b)

servant à réaliser l'échantillonnage du côté de sortie maxi-

mum des deux impulsions sont produites par le circuit de cadencement 10. Le circuit 9 de commande d'amplitude est

réglé de manière a fournir une amplitude d'impulsions modu-

lée VR telle que représentée sur la figure 3(d), lorsqu'il est ramenée à l'état initial de -telle manière que latension de contrôle du signal de sortie maximum du laser à semiconducteurs 1I coincide avec une tension maximum prédéterminée Vp. Par conséquent les impulsions modulées commandées sont superposées à la polarisation de commande

de sortie inférieure, et par conséquent l'amplitude des im-

pulsions modulées devient VR' comme cela est représenté sur

la figure 3(d), à la température normale.

La figure 4 est un graphique d'une courbe carac-

téristique de sortie d'un laser, permettant d'expliquer le

fonctionnement d'un dispositif de commande d'un laser à semi-

conducteurs, conforme à la présente invention. On suppose que la courbe caractéristique de sortie d'un laser est celle d'un laser à semiconducteurs représentée à la température normale par une courbe C, représentant la relation entre

le courant de commande du laser à semiconducteurs et la ten-

sion de contrôle du signal de sortie du laser à semiconduc-

teurs. La tension de sortie maximum du laser a semiconduc-

teurs est désignée par Vp et le signal, de sortie maximum

de ce laser coincide avec un signal de sortie maximum pré-

déterminé au début de la modulation d'impulsions, lorsque le circuit de commande d'amplitude est ramené a zéro, pourvu

que la courbe caractéristique de sortie du laser à semicon-

ducteurs corresponde à la courbe C. Lorsque la courbe carac-

téristique du laser a semiconducteurs a varié en fonction

de la température et de l'écoulement du temps, en étant pas-

sée de la courbe C à la courbe D, la tension du dispositif de contrôle de maximum du laser à semiconducteurs 1 passe

à la valeur Vp', et par conséquent le signal de sortie maxi-

mum du laser à semiconducteurs diminue pour tomber à un ni-

veau inférieur au signal de sortie maximum normal.

Alors, la tension Vp' du dispositif de contrôle

de maximum du laser à semiconducteurs est soumise à une opé-

ration d'échantillonnage et de maintien, dans un état dans lequel le circuit de commande d'amplitude est ramené à zéro, et la différence Vp' VB, à savoir la différence entre la tension de contrôle maximum du laser à semiconducteurs et

la tension de référence inférieure normale, est calculée.

Par exemple si l'amplitude des impulsions modulées VR' est modifiée à partir de la troisième impulsion, de la manière exprimée comme suit:

VR' = VR(VP - VB)/(VP' - VB),

comme cela est reproduit sur la figure 3, la tension Vp de

contrôle du signal de sortie maximum du laser à semiconduc-

teurs 1 est corrigée en étant ramenée à Vp, et de ce fait le

signal de sortie maximum du laser à semiconducteurs est ré-

glé sur le signal de sortie maximum normal. C'est-à-dire

que lorsque le mode de remise à zéro est annulé comme repré-

senté sur la figure 3(c) lors de la réception d'une tension

Vp' - VB, le circuit de commande d'amplitude 9 modifie l'am-

plitude des impulsions modulées en la faisant passer de VR à VR' comme représenté sur la figure 3(d), de manière à régler le signal de sortie maximum du laser à semiconducteurs au niveau normal par l'intermédiaire du dispositif de commande

en mode direct.

Par conséquent étant donné que le dispositif de commande du laser à semiconducteurs, conforme à la présente invention, comporte des moyens de détection optique servant à détecter le signal de sortie d'un laser à semiconducteurs, des premiers moyens pour commander le courant de commande du laser à semiconducteurs conformément au signal de sortie inférieur du laser à semiconducteurs, détecté par les moyens de détection optique, un circuit d'échantillonnage et de

maintien pour échantillonner et conserver le signal de sor-

tie maximum du laser à semiconducteurs au début de la modu- lation d'impulsions, et des seconds moyens utilisés pour la commande en mode direct de l'amplitude des impulsions modulées du laser à semiconducteurs après le démarrage de la modulation d'impulsions conformément au signal de sortie du circuit d'échantillonnage et de maintien, le signal de sortie maximum du laser à semiconducteurs peut, lorsqu'il est modulé en impulsions, être commandé et stabilisé en un

bref intervalle de temps, par exemple en l'espace d'une du-

rée correspondant à deux impulsions.

Le circuit de commande d'amplitude utilisé dans la forme de réalisation mentionnée précédemment peut être

réalisé sous la forme d'un circuit représenté par un schéma-

bloc sur la figure 5 ou 6. Sur la figure 5 la référence 13 désigne un amplificateur à gain variable et A représente une valeur exprimée par

A = K/(Vp' - VB), K =Vp - VB.

Dans ce circuit l'impulsion' modulée est appliquée directe-

ment à l'amplificateur à gain variable 13 et le gain est

modifié au moyen de Vp' - VB (diviséepar Vp' - VB) de maniè-

re à réaliser la commande de l'impulsion modulée. Ce circuit

est d'une constitution simple, mais requiert un amplifica-

teur à gain variable possédant une excellente caractéristi-

que en fréquence, qui ne provoque aucune distorsion de la forme d'onde d'impulsion, qui est un inconvénient du point

de vue du coût. La figure 6 représente un circuit perfec-

tionné, dans lequel la référence 13 désigne un amplificateur

à gain variable et la référence 14 désigne un circuit d'écrê-

tage. Une tension fixe VREF est appliquée a l'amplifica-

teur à gain variable 13 et le gain est commandé au moyen de Vp' - VB de manière à permettre l'obtention d'une tension VR' exprimée par: VR' = AVR = (Vp - VB).VR/(VP' - VB) et l'amplitude de l'impulsion modulée est limitée par le circuit d'écrêtage 14 à cette tension. Conformément à ce circuit, étant donné qu'un signal impulsionnel quelconque

est appliqué à l'amplificateur à gain variable 13, cet ampli-

ficateur à gain variable 13 doit posséder une caractéristi-

que de fréquence permettant d'obtenir une tension en cou-

rant continu VR' lors de la réception de Vp' - VB pendant une

période, par exemple entre la seconde impulsion et la troi-

sième impulsion. Par conséquent le circuit, qui commande

directement l'amplitude des impulsions, présente comme avan-

tage le fait qu'il peut utiliser un circuit d'écrêtage bon

marché possédant une bonne caractéristique de fréquence.

Ce circuit présente également comme avantage le fait que l'on peut utiliser un amplificateur à gain variable de grande précision et bon marché, conformément à la modération de

la caractéristique de fréquence.

Bien que le circuit de commande d'amplitude ait été décrit comme étant un circuit utilisant deux impulsions pour obtenir une tension d'échantillonnage et de maintien, une seule impulsion est suffisante pour obtenir une tension

d'échantillonnage et de maintien lorsque le circuit d'échan-

tillonnage et de maintien 7 possède une bonne caractéristi-

que de fréquence. En outre des impulsions d'échantillonnage

peuvent être produites de façon continue jusqu'à ce que l'ac-

croissement de la température, résultant de la modulation d'impulsions du laser à semiconducteurs, soit arrêté et

que la température soit stabilisée.

Bien que cette forme de réalisation réalise l'é-

chantillonnage et la conservation du signal de sortie maxi-

mum au début de la modulation d'impulsions, à l'aide du cir-

cuit d'échantillonnage et de maintien 7 et du circuit de

cadencement 10, il est également possible de réaliser l'échan-

tillonnage et le maintien du signal de sortie maximum unique-

ment au début de la modulation d'impulsions.

Ce dispositif de commande d'un laser à semicon-

ducteurs peut être utilisé avec une carte à laser optique ou analogue ainsi qu'avec un appareil a disque optique, de manière a fournir une performance hautement fiable.

La figure 7 représente une autre forme de réali-

sation de la présente invention. Sur les figures 1 et 7, des chiffres de référence identiques désignent des parties identiques ou se correspondant. On va décrire ci-après les parties constitutives et les fonctions de cette forme de réalisation, qui diffèrent de celles de la première forme de réalisation. Sur la figure 7 on a représenté un premier

circuit d'échantillonnage et de maintien 17 servant à réali-

ser l'échantillonnage et le maintien du signal de sortie

maximum d'un préamplificateur 3, lorsqu'un laser à semicon-

ducteurs 1 est modulé en impulsions, pendant l'intervalle

de temps correspondant par exemple à deux impulsions produi-

tes aussitôt après le démarrage de la modulation d'impul-

sions, à un second circuit d'échantillonnage et de maintien 18 servant a réaliser l'échantillonnage et le maintien du signal de sortie inférieur du préamplificateur 3 lorsque

le laser à semiconducteurs lsubitunemodification d'Jipu]sions,pen-

dant un intervalle de temps correspondant par exemple à deux

impulsions produites aussitôt après le démarrage de la modu-

lation d'impulsions, un circuit arithmétique 19 servant à

calculer l'amplitude des impulsions modulées après le démar-

rage de la modulation d'impulsions, sur la bae du signal de sortie Vp' du premier circuit d'échantillonnage et de

maintien 17, et du signal de sortie VB' du second circuit d'é-

chantillonnage et de maintien 18, un amplificateur 20 ser-

vant à amplifier le signal de sortie du circuit arithmétique 19, un circuit 21 de commande d'un laser à semiconducteurs servant à réaliser la commande continue du courant servant

à commander le signal de sortie inférieur du laser à semi-

conducteurs conformément au signal de sortie d'un amplifi-

cateur 6 et à superposer un courant impulsionnel modulé fixe

au début de la modulation d'impulsions et un courant d'im-

pulsions modulé conformément au signal de sortie de l'ampli-

ficateur 20 après le démarrage de la modulation d'impulsions, au courant de commande de sortie inférieure, et un circuit

de cadencement 22 servant à détecter le démarrage de la mo-

* dulation d'impulsions et produisant les impulsions d'échan-

tillonnage pour réaliser l'échantillonnage par exemple de

deux impulsions, uniquement lors du démarrage de la modula-

tion d'impulsions et à indiquer la période d'échantillonnage au circuit 21 de commande du laser à semiconducteurs. Les circuits 4, 5, 6 et 21 constituent des premiers moyens pour

commander le courant servant à commander le laser à semicon-

ducteurs 1, au moyen d'une détection du signal de sortie inférieur du laser à semiconducteurs 1. Les circuits 7 et

22 constituent des premiers circuits de détection et d'échan-

tillonnage servant à réaliser la détection du signal de sor-

tie maximum du laser à semiconducteurs lorsqu'il est modulé en impulsions, au début de la modulation d'impulsions, et

à conserver le signal de sortie maximum détecté, et à con-

server le signal de sortie maximum détecté, les circuits 8 et 22 constituent un second circuit de détection et de

maintien servant à détecter et à conserver le signal de sor-

tie inférieur du laser à semiconducteurs lors d'une modula-

tion d'impulsions. Les circuits 9, 20, 21 et 22 constituent des seconds moyens servant à réaliser la commande en mode direct de l'amplitude du courant des impulsions modulées

et du laser à semiconducteurs après le démarrage de la modu-

lation d'impulsions, conformément aux signaux de sortie des

premiers et seconds circuits de détection et de maintien.

On va décrire ci-après les fonctions du disposi-

tif de commande du laser à semiconducteurs, en se référant

aux dessins.

En se référant à la figure 7, on voit que le si-

gnal de sortie du laser à semiconducteurs 1 est contrôlé en permanence par le détecteur optique 2 et est transformé

en une tension possédant un niveau prédéterminé, par le pré-

amplificateur 3. La tension de sortie du préamplificateur 3 correspondantau signal de sortie inférieur du laser a semiconducteurs est contrôlée de façon continue de manière

à réaliser la détection du maximum par le circuit de détec-

tion de maximum 4, et est comparée à une tension de référen-

ce VB correspondant au signal de sortie inférieur normal délivré par le comparateur 5. La différence entre la tension de sortie du préamplificateur 3 et la tension de référence

VB est amplifiée par l'amplificateur 6 et la valeur ampli-

fiée est envoyée au circuit 21 de commande du laser à semi-

conducteurs en vue d'une contre-réaction. Par conséquent

la tension de sortie inférieure contrôlée du laser à semi-

conducteurs 1 est maintenue en permanence à la valeur de sortie inférieure de référence VB, de sorte que le laser à

semiconducteurs 1 fournit le signal de sortie inférieur nor-

mal. Lorsque la modulation d' impulsions n'est pas effec-

tuées, le signal de sortie inférieur est maintenu à une va-

leur de régénération correspondant au signal de sortie infé-

rieur de référence.

Ces fonctions sont les mêmes que celles du dis-

positif classique de commande d'un laser à semiconducteurs.

Cette forme de réalisation comporte, en plus des fonctions mentionnées précédemment, une fonction d'échantillonnage et de maintien du signal de tension de sortie maximum et du signal de tension de sortie inférieur du préamplificateur 3 lorsque le laser à semiconducteurs 1 fait l'objet d'une

modulation d'impulsions, au début de la modulation d'impul-

sions et pendant un intervalle de temps correspondant par exemple à deux impulsions initiales, et ce grâce au premier et au second circuits d'échantillonnage et de maintien 17

et 18, et, ensuite, une fonction consistant à modifier l'am-

plitude du courant à moduler conformément aux valeurs main-

tenues dans les premier et second circuits d'échantillonnage

et de maintien 17 et 18. Le circuit de cadencement 22 détec-

te le démarrage de la modulation d'impulsions pour un signal de modulation d'une période T comme représenté sur la figure 8(a), envoie un signal de remise à zéro comme représenté sur la figure 8(d) au circuit 21 de commande du laser à semi-

conducteurs, perdant la durée d'un nombre prédéterminé d'im-

pulsions, par exemple deux impulsions, et produit des impul-

sions d'échantillonnage comme cela est représenté sur la figure 8(b) pour réaliser l'échantillonnage du signal de

sortie maximum de deux impulsions, et des impulsions d'échan-

tillonnage comme représenté sur la figure 8(d) pour réaliser l'échantillonnage du signal de sortie inférieur des deux impulsions.

Le circuit 21 de commande du laser à semiconduc-

teurs est supposé être réglé de telle sorte que, lors de la réception du signal de remise à l'état initial pour ce circuit de cadencement 22, un courant àmodulation d'impulsions

IR = VR/RL, qui règle la tension de contrôle de sortie.maxi-

mum du laser à semiconducteurs 1 pour qu'elle coïncide avec la tension de contrôle de sortie maximum normal Vp dans le mode de réglage de la température normale, est superposé

au courant de commande de sortie inférieure.

La figure 9 représente un diagramme montrant une

courbe caractéristique de sortie d'un laser, permettant d'ex-

pliquer les fonctions de la forme de réalisation de la pré-

sente invention.

On va décrire ci-après, en référence aux figures

7, 8 et 9, la manière de commander le signal de sortie maxi-

mum d'un laser à semiconducteurs grâce à l'utilisation du dispositif de commande du laser à semiconducteurs, possédant

la constitution mentionnée précédemment.

En se référant tout d'abord à la figure 9, on suppose que la courbe caractéristique de sortie du laser à semiconducteurs, réglée sur la condition de température

normale, est représentée par une courbe E montrant la varia-

tion de la tension de contrôle de sortie du laser a semicon-

ducteurs à l'aide du courant de commande de ce laser. Tant

que la variation du signal de sortie du laser à semiconduc-

teurs en fonction du courant de commande du laser correspond à la courbe E, la tension de contrôle de sortie maximum Vp(E)

au démarrage de la modulation d'impulsions est Vp et par con-

séquent le laser à semiconducteurs 1 délivre le signal de

sortie maximum normal. Si la courbe caractéristique de sor-

tie du laser à semiconducteurs 1 varie en fonction de la température ou en fonction du temps, en passant de la courbe E à la courbe F, la tension de contrôle de sortie maximum

du laser à semiconducteurs 1 lors du démarrage de la modula-

tion d'impulsions passe à Vp(F) et par conséquent le signal de sortie maximum du laser à semiconducteurs 1 diminue en tombant à une valeur inférieure au signal de sortie maximum normal. Afin de maintenir le signal de sortie maximum du laser à semiconducteurs i au niveau du signal de sortie maximum normal, on compare une tension de contrôle de sortie maximum d'échantillonnage Vp' et une tension de contrôle

de sortie inférieure d'échantillonnage VB' du laser à semicon-

ducteurs 1 échantillonné aussitôt après le démarrage de la modulation d'impulsions de manière à obtenir la différence

Vp' - VB', et l'amplitude de la tension d'impulsions modu-

lées est modifiée de manière à prendre une valeur d'amplitu-

de de tension d'impulsions modifiées VR', exprimée par: VR' = VR(VP - VB) /(Vp' - VB')

à partir de la troisième impulsion. Ensuite, comme cela res-

sort de la figure 9, la tension de contrôle de sortie maxi-

mum du laser à semiconducteurs 1 est réglée à Vp et par con-

séquent le signal de sortie maximum du laser à semiconduc-

teurs 1 coincide avec le signal de sortie maximum normal.

Le circuit arithmétique 19 représenté sur la fi-

gure 7 réalise la division:

K1/(VP' - VB')

Par conséquent le facteur d'amplification K2 de l'amplifica-

teur 20 a besoin d'être réglé de -telle sorte que l'on ait:

K2 = (Vp - VB)/K1.

D'autre part l'amplificateur 20 applique VR' au circuit 21 de commande du laser à semiconducteurs. Comme

cela est représenté sur la figure 8(d), lors de la libéra-

tion du signal de remise à zéro, l'amplitude du courant mo-

dulé en impulsions est modifiée immédiatement en étant ame-

née de VR/RL =IR à VR'/RL = IR'. Par conséquent, comme cela est représenté sur la figure 8(e), la tension de contrôle de sortie maximum du laser à semiconducteurs 1 passe de Vp(F) à Vp(E) en un intervalle de temps nettement plus court que le temps de réglage de l'action de soutirage qui accompagne toujours la commande par réaction, et de ce fait le signal de sortie maximum du laser à semiconducteurs est réglé au

signal de sortie maximum normal.

Le circuit 21 de commande du laser à semiconduc-

teurs utilisé dans cette forme de réalisation peut être cons-

titué sous la forme d'un circuit tel que représenté par exem-

ple sur la figure 10, 11 ou 12.

Sur la figure 10, la référence 33 désigne un com-

mutateur analogique qui raccorde le côté VR ou le côté VR' au circuit lorsque le signal de remise à zéro est au niveau

H ou au niveau L respectivement (figure 8(d)). Le commuta-

teur logique 33 délivre un signal de sortie VC. La référence 34 désigne un multiplicateur. Lorsqu'une impulsion modulée

possédant une amplitude V0 = 1 est appliquée au multiplica-

teur 34, ce dernier fournit une impulsion modulée possédant l'amplitude VC. Dans ce circuit le multiplicateur 34 peut

être remplacé par un diviseur de manière que le circuit ari-

thmétique 19 exécute une soustraction à la place d'une mul-

tiplication. Lorsque l'on utilise un diviseur, le circuit arithmétique 19 est supposé exécuteX une soustraction VA' = Vp - VBI, et 1/VR ou 1/VR' est apliquée, à la place de VR ou

de VR', au commutateur analogique 33. Par conséquent le fac-

teur d'amplification K2 de l'amplificateur 20 doit être ré-

glé à 1/VR (Vp' - VB). Dans cet état, l'amplificateur 20

applique 1/VR' au circuit 21 de commande du laser à semicon-

ducteurs. Dans ces conditions, l'impulsion modulée est ap- pliquée directement au multiplicateur 34 ou au diviseur 34

ouiréalise une multiplication ou une division par Vc de ma-

nière à commander l'amplitude de la tension d'impulsion modulée. Cette configuration est d'une constitution simple, mais requiert un multiplicateur ou un diviseur possédant une bonne caractéristique de fréquence, qui ne déforme pas la forme d'onde d'impulsions et pose des problèmes du point

de vue de la précision et du coût.

L'impulsion modulée ayant pour amplitude V ou V

R R

commandée par un multiplicateur 34 ou le diviseur 34 est superposée à la tension servant à commander le signal de

sortie inférieur du laser à semiconducteurs 1, par un cir-

cuit de verrouillage constitué par un condensateur 35 et

une diode 36. La tension mixte de commande du laser à semi-

conducteurs est envoyée à la base d'un transistor 37 de com-

mande du laser à semiconducteurs de telle sorte qu'un cou-

rant de commande du laser est envoyé à la résistance de char-

ge 38 du laser à semiconducteurs 1 de manière à commander

ce dernier.

En se référant à la figure 11 montrant une autre

forme de réalisation du circuit de commande du laser à semi-

conducteurs, les références 39 et 40 désignent respective-

ment un transistor et une résistance. Le transistor 39 et

la résistance 40 constituent un circuit de commutation ser -

vant à réaliser une commutation entre la masse et Tc, confor-

mément à l'impulsion modulée. Par conséquent l'amplitude

de l'impulsion modulée est convertie de V0 à VC. Alors le la-

ser à semiconducteurs 1 est commandé de la même manière que cela a été expliqué en référence à la figure 4. Cette forme de réalisation ne nécessite ni le multiplicateur 34, ni le

diviseur 34, mais le circuit arithmétique 19 doit être uti-

lisé pour réaliser une division: K1/(Vp' - VB'), avant que le signal de remise à zéro soit libéré, c'est-à-dire dans ce cas avant que le signal de remise à zéro passe du niveau H au niveau L. Cette division est ce qu'on appelle une opé- ration en courant continu et n'a pas de rapport direct avec l'impulsion modulée, et c'est pourquoi la caractéristique de fréquence ne déformant pas la forme d'onde impulsionnelle n'est pas essentielle, et par conséquent il est possible d'utiliser un circuit bon marché et extrêmement précis. Il

est possible d'utiliser un circuit intégré analytique.

En se référant à la figure 2 montrant une autre

forme de réalisation du circuit de commande du laser à semi-

conducteurs, on y voit représentés des transistors 51, 52

et 53 et des résistances 54, 55 et 56. Le collecteur et l'é-

metteur du transistor 51 sont branchés ou débranchés con-

formément a l'impulsion modulée. Bien que le transistor 51 soit placé a l'état bloqué, un courant IL = IB traverse le

laser à semiconducteurs 1 et par conséquent ce laser à semi-

conducteurs 1 est commandé uniquement par le courant de com-

mande de sortie inférieur, et donc le signal de sortie infé-

rieur normal du laser à semiconducteurs 1 est conservé. Bien

que le transistor 51 soit placé à l'état conducteur, le cou-

rant IL, qui traverse le laser à semiconducteurs 1, devient:

IL = IB + IR = IB + VC/RL,

et par conséquent le laser à semiconducteurs est commandé

par un courant correspondant à la somme du courant de com-

mande de sortie inférieur et du courant d'impulsions modulé

de manière à maintenir le signal de sortie du laser à semi-

conducteurs au niveau du signal de sortie maximum normal.

On néglige la tension VBE entre la base et l'émetteur du

transistor 52, mais la tension réelle est VC + VBE.

Un circuit d'échantillonnage et de maintien re-

présenté sur la figure 13 peut être utilisé pour constituer les premier et second circuits d'échantillonnage et de maintien 7 et 8 de cette forme de réalisation. Sur la figure 13 on a représenté un convertisseur de niveaux de tension 57, un transistor à effet de champ 58, un condensateur de

maintien 59 et un amplificateur opérationnel 60 du type com-

portant une entrée formée d'un transistor à effet de champ. Les impulsions d'échantillonnage situées au niveau TTL sont

transformées en un niveau + Vccetnun niveau - VDD par le con-

vertisseur de niveaux de tension 57, et sont envoyées a la

grille G du transistor à effet de champ 58. Bien que la ten-

sion de grille soit + VCC, une tension d'entrée de source inférieure à + Vcc - Vth est appliquée. Bien que la tension

de grille soit - VDD, une tension d'entrée de source supé-

rieure à - VDD est déconnectée. Vth désigne une tension né-

cessaire pour raccorder la source R sur la grille G du tran-

sistor à effet de champ. Les niveaux respectifs de + VC et VDD sont déterminés conformément à la gamme de la tension de contrôle de sortie du laser à semiconducteurs, à savoir

le signal de sortie du préamplificateur 3 pour l'échantil-

lonnage et le maintien. Lorsque le niveau des impulsions d'échantillonnage passe de la valeur L à la valeur H, comme cela est représenté sur la figure 8(d), la tension de sortie du transistor à effet de champ 58 passe de - VDD a + Vcc et de ce fait la source S et le drain D sont raccordés. Par

conséquent la tension de contrôle de sortie du laser a semi-

conducteurs est envoyée au condensateur de maintien 59 et

est transmise par l'intermédiaire d'un tampon du type sui-

veur de tension moyennant l'utilisation de l'amplificateur

opérationnel 60. Lorsque le niveau des impulsions d'échan-

tillonnage passe de la valeur H a la valeur L, la tension de grille du transistor à effet de champ 58 passe de + VCC a

- VDD et de ce fait la source S et le drain D sont débran-

chés, et la tension de contrôle de sortie du laser à semi-

conducteurs aussitôt avant le débranchement est délivrée par

l'intermédiaire du tampon.

Cette forme de réalisation utilise le circuit

de détection de maximum 4 en tant que premiers moyens pour dé-

tecter le signal de sortie inférieur du laser à semiconduc-

teurs afin de commander le courant de commande,etun procédé

utilisant un circuit semblable aux circuits d'échantillon-

nage et de maintien 7 et 8 pour conserver la tension de con-

trôle de sortie inférieure du laser à semiconducteurs aussi-

tôt avant le démarrage de la modulation d'impulsions, pen-

dant cette modulation d'impulsions, ou bien on peut utiliser un procédé servant à réaliser en continu l'échantillonnage

et le maintien du signal de sortie inférieur du laser à semi-

conducteurs pendant la modulation d'impulsions. Ces procédés

peuvent en outre utiliser le second circuit d'échantillonna-

ge et de maintien 8. Dans ce cas les impulsions d'échantil-

lonnage envoyées par le second circuit d'échantillonnage

et de maintien 8 sont envoyées par l'intermédiaire du cir-

cuit de cadencement 22 à un cadencement servant à réaliser

l'échantillonnage du signal de sortie inférieure, immédia-

tement avant le démarrage de la modulation d'impulsions ou

bien pendant toute la période de la modulation d'impulsions.

Bien que la modulation d'impulsions ne soit pas réalisée,

le niveau de l'impulsion d'échantillonnage doit être le ni-

veau H. En outre cette forme de réalisation utilise le

second circuit d'échantillonnage et de maintien 8 pour réa-

liser l'échantillonnage et le maintien du signal de sortie inférieur modulé en impulsions du laser à semiconducteurs, aussitôt après le démarrage de la modulation d'impulsions, et le circuit de cadencement 22 en tant que second circuit

de détection et de maintien, mais le circuit d'échantillon-

nage et de maintien 8 et le circuit de cadencement 22 peu-

vent être constitués de telle sorte que le signal de sortie

inférieur soit échantillonné et conservé non seulement aussi-

tôt après le démarrage de la modulation d'impulsions, mais

également immédiatement avant le démarrage de cette modula-

tion d'impulsions ou bien pendant l'ensemble de la période

de base de la modulation d'impulsions.

Dans le cas de l'explication fournie précédemment, la forme de réalisation est considérée comme fournissant la tension d'échantillonnage et de maintien sur la base des deux impulsions initiales intervenant au début de la modula- tion d'impulsions, mais une seule impulsion est suffisante pour obtenir la tension d'échantillonnage et de maintien, pourvu que les circuits d'échantillonnage et de maintien

7 et 8 possèdent de bonnes caractéristiques et que la varia-

tion de température intervenant au niveau de la jonction

et résultant de la modulation d'impulsions du laser à semi-

conducteurs soit stabilisée en l'espace d'une impulsion, ou bien on peut utiliser plus de deux impulsions dans une durée appropriée par rapport à la période de modulation des

impulsions.

Cette forme de réalisation utilise les premier et second circuits d'échantillonnage et de maintien 7 et 8, qui réalisent l'échantillonnage et le maintien du signal de sortie maximum et du signal de sortie inférieur du laser à semiconducteurs modulé en impulsions, aussitôt après le démarrage de la modulation d'impulsions, les circuits de cadencement 22 en tant que premier circuit de détection et de maintien pour détecter et conserver le signal de sortie maximum du laser à semiconducteurs modulé en impulsions, aussitôt après le démarrage de la modulation d'impulsions,

et le second circuit de détection et de maintien pour détec-

ter le signal de sortie inférieur du laser à semiconducteurs

modulé en impulsions aussitôt après le démarrage de la modu-

lation d'impulsions et la conservation du signal de sortie

inférieur détecté, pendant le reste de la période de la mo-

dulation d'impulsions, mais on peut utiliser un circuit de détection de maximum pour réaliser la détection du signal

de sortie maximum du laser à semiconducteurs modulé en im-

pulsions aussitôt après le démarrage de la modulation d'im-

pulsions, un circuit de détection maximum pour détecter le signal de sortie maximum immédiatement avant le démarrage

de la modulation d'impulsions, immédiatement après le démar-

rage de la modulation d'impulsions ou bien pendant la pério-

de de base de la modulation d'impulsions.

Manifestement de nombreuses variantes et modifi- cations de la présente invention sont possibles à la lumière des enseignements indiqués précédemment et c'est pourquoi

la présente invention n'est pas limitée aux formes de réali-

sation décrites ici.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de commande d'un laser à semicon-

ducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend:

(a) des moyens de détection optique (2, 3) servant a dé-

tecter le signal de sortie d'un laser à semiconducteurs (1), (b) des premiers moyens (4, 5, 6, 11, 12; 4, 5, 6, 21) servant à commander le courant de commande du laser à

semiconducteurs sur la base d'un signal de sortie infé-

rieur du laser a semiconducteurs, détecté par les moyens de détection optique (2, 3), (c) un premier circuit de détection et de maintien (7, ; 7, 17, 22), qui détecte le signal de sortie maximum au démarrage de la modulation d'impulsions du laser à

semiconducteurs (1) et conserve ce signal de sortie maxi-

mum, et (d) des seconds moyens (8, 9, 10, 11, 12; 9, 19, 20, 21, 22) servant à réaliser la commande en mode direct

de l'amplitude des impulsions modulées du laser a semi-

conducteurs (1) après le démarrage de la modulation d'im-

pulsions.

2. Dispositif de commande d'un laser a semicon-

ducteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second circuit de détection et de maintien (8, 22) servant à détecter et à conserver le signal de sortie

inférieur du laser à semiconducteurs (1) modulant l'ampli-

tude est prévu en supplément et que lesdits seconds mo-

yens (8, 9, 10, 11, 12; 9, 19, 20, 21, 22) sont aptes à effectuer la commande en mode direct de l'amplitude

du courant modulé en impulsions du laser à semiconduc-

teurs (1) après le démarrage de la modulation d'impul-

sions, en tenant compte du signal de sortie du second

circuit de détection et de maintien en plus du si-

gnal de sortie du premier circuit de détection et de main-

tien.

3. Dispositif de commande d'un laser a semicon-

ducteurs selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit second circuit de détection et de maintien (8, 22)

est apte à détecter le signal de sortie inférieur immé-

diatement avant ou aussit6t après le démarrage de la mo- dulation d'impulsions et à conserver le signal de sortie inférieur pendant le reste de la durée de la modulation d'impulsions.

4. Dispositif de commande d'un laser à semi-

conducteurs selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit second circuit de détection et de maintien (8,

22) détecte le signal de sortie inférieur pendant la pé-

riode de base de la modulation d'impulsions et maintient le même signal de sortie inférieur pendant le reste de

la période de la modulation d'impulsions.

5. Dispositif de commande d'un laser à semi-

conducteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens (8, 9, 10, 11il, 12) comprennent un circuit différentiel (8) qui soustrait un signal de

sortie inférieur de référence du signal de sortie du cir-

cuit de détection et de maintien, et un circuit de com-

mande d'amplitude (9) qui commande l'amplitude d'impul-

sions modulées sur la base du signal de sortie du circuit

différentiel (8) après le démarrage de la modulation d'im-

pulsions, et envoie un signal de sortie aux premiers mo-

yens (5, 6, 11, 12).

6. Dispositif de commande d'un laser à semi-

conducteurs selon la revendication 5, caractérisé en ce

que ledit circuit de commande d'amplitude (9) est un am-

plificateur à gain variable, que des impulsions modulées

sont appliquées directement à la borne d'entrée de l'am-

plificateur à gain variable et que l'amplitude des im-

pulsions modulées est commandée sur la base du signal

de sortie du circuit différentiel (8).

7. Dispositif de commande d'un laser a semicon-

ducteurs selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit circuit de commande d'amplitude (9) se compose d'un amplificateur à gain variable (13) et d'un circuit de verrouillage (11), qu'une tension fixe est appliquée à la borne d'entrée d'un amplificateur à gain variable et que le gain de ce dernier est commandé sur la base du

signal de sortie du circuit différentiel (8), que le si-

gnal de sortie du circuit de commande d'amplitude (9)

est envoyé au circuit de verrouillage (11) et que l'ampli-

tude de l'impulsion modulée est commandée sur la base

du signal de sortie de l'amplificateur à gain variable.

8. Dispositif de commande d'un laser à semicon-

ducteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier circuit de détection et de maintien (7, 10; 16, 17, 22) utilise une pluralité d'impulsions pour

fournir une tension d'échantillonnage et de maintien.

9. Dispositif de commande pour un laser à semi-

conducteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce

que lesdits seconds moyens (9, 19, 20, 21, 22) compren-

nent un circuit arithmétique (19) qui reçoit les signaux de sortie respectifs des premiers et seconds circuits de détection et de maintien (7, 10; 7, 17, 22; 8, 22), et calcule l'amplitude des impulsions modulées après le démarrage de la modulation d'impulsions,et queles premiers

moyens (4, 5, 6, 11, 12; 4, 5, 6, 21) commandent l'ali-

mentation du courant de commande, a savoir le courant des impulsions modulées, conformément au signal de sortie

du circuit arithmétique (19).