(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの平均光出力の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、該相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記ピークから外れた平均光出力に設定するようにした
ことを特徴とする半導体レーザの平均光出力の設定方法。
【請求項２】
上記半導体レーザの使用する平均光出力をＰ* としたとき、Ｐ* ±０．５ｍＷの範囲内に上記ピークが含まれないように上記平均光出力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平均光出力の設定方法。
【請求項３】
直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、該相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記半導体レーザの緩和振動周波数ｆｒに対する上記高周波電流の周波数ｆｍを設定することにより上記ピークが上記半導体レーザの使用する平均光出力から外れるようにした
ことを特徴とする半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法。
【請求項４】
上記半導体レーザの使用する平均光出力が１０ｍＷより低い場合において、ｆｒ≧ｆｍ≧ｆｒ／５を満たすようにｆｍを設定するようにしたことを特徴とする請求項３記載の半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法。
【請求項５】
上記半導体レーザの使用する平均光出力が１０ｍＷより高い場合において、ｆｒ≧ｆｍ≧ｆｒ／１０を満たすようにｆｍを設定するようにしたことを特徴とする請求項３記載の半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法。
【請求項６】
直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、上記駆動電流の波形として矩形波を用い、上記相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記半導体レーザの発振遅れ時間Ｔｄに対する上記駆動電流のパルス幅Ｗｐを設定することにより上記ピークが上記半導体レーザの使用する平均光出力から外れるようにした
ことを特徴とする半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法。
【請求項７】
上記半導体レーザの緩和振動周波数をｆｒとしたとき、Ｔｄ＋１／ｆｒ≦Ｗｐ≦Ｔｄ＋２／ｆｒを満たすようにＷｐを設定するようにしたことを特徴とする請求項６記載の半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法。
【請求項８】
光ディスク装置の光学ピックアップの光源に用いられる半導体レーザを直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの平均光出力の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、該相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記ピークから外れた平均光出力に設定するようにした
ことを特徴とする半導体レーザの平均光出力の設定方法。
【請求項９】
上記半導体レーザの使用する平均光出力をＰ* としたとき、Ｐ* ±０．５ｍＷの範囲内に上記ピークが含まれないように上記平均光出力を設定するようにしたことを特徴とする請求項８記載の半導体レーザの平均光出力の設定方法。
【請求項１０】
光ディスク装置の光学ピックアップの光源に用いられる半導体レーザを直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、該相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記半導体レーザの緩和振動周波数ｆｒに対する上記高周波電流の周波数ｆｍを設定することにより上記ピークが上記半導体レーザの使用する平均光出力から外れるようにした
ことを特徴とする半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法。
【請求項１１】
上記半導体レーザの使用する平均光出力が１０ｍＷより低い場合において、ｆｒ≧ｆｍ≧ｆｒ／５を満たすようにｆｍを設定するようにしたことを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法。
【請求項１２】
上記半導体レーザの使用する平均光出力が１０ｍＷより高い場合において、ｆｒ≧ｆｍ≧ｆｒ／１０を満たすようにｆｍを設定するようにしたことを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法。
【請求項１３】
光ディスク装置の光学ピックアップの光源に用いられる半導体レーザを直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、上記駆動電流の波形として矩形波を用い、上記相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記半導体レーザの発振遅れ時間Ｔｄに対する上記駆動電流のパルス幅Ｗｐを設定することにより上記ピークが上記半導体レーザの使用する平均光出力から外れるようにした
ことを特徴とする半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法。
【請求項１４】
上記半導体レーザの緩和振動周波数をｆｒとしたとき、Ｔｄ＋１／ｆｒ≦Ｗｐ≦Ｔｄ＋２／ｆｒを満たすようにＷｐを設定するようにしたことを特徴とする請求項１３記載の半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法。
【請求項１５】
光送信装置の光源に用いられる半導体レーザを直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの平均光出力の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、該相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記ピークから外れた平均光出力に設定するようにした
ことを特徴とする半導体レーザの平均光出力の設定方法。
【請求項１６】
光送信装置の光源に用いられる半導体レーザを直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、該相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記半導体レーザの緩和振動周波数ｆｒに対する上記高周波電流の周波数ｆｍを設定することにより上記ピークが上記半導体レーザの使用する平均光出力から外れるようにした
ことを特徴とする半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法。
【請求項１７】
光送信装置の光源に用いられる半導体レーザを直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、上記駆動電流の波形として矩形波を用い、上記相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記半導体レーザの発振遅れ時間Ｔｄに対する上記駆動電流のパルス幅Ｗｐを設定することにより上記ピークが上記半導体レーザの使用する平均光出力から外れるようにした
ことを特徴とする半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法。
【請求項１８】
光送受信用の光ファイバーと光送信装置と光受信装置とを有する光通信ネットワークの上記光送信装置の光源に用いられる半導体レーザを直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの平均光出力の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、該相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記ピークから外れた平均光出力に設定するようにした
ことを特徴とする半導体レーザの平均光出力の設定方法。
【請求項１９】
光送受信用の光ファイバーと光送信装置と光受信装置とを有する光通信ネットワークの上記光送信装置の光源に用いられる半導体レーザを直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、該相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記半導体レーザの緩和振動周波数ｆｒに対する上記高周波電流の周波数ｆｍを設定することにより上記ピークが上記半導体レーザの使用する平均光出力から外れるようにした
ことを特徴とする半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法。
【請求項２０】
光送受信用の光ファイバーと光送信装置と光受信装置とを有する光通信ネットワークの上記光送信装置の光源に用いられる半導体レーザを直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、上記駆動電流の波形として矩形波を用い、上記相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記半導体レーザの発振遅れ時間Ｔｄに対する上記駆動電流のパルス幅Ｗｐを設定することにより上記ピークが上記半導体レーザの使用する平均光出力から外れるようにした
ことを特徴とする半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体レーザの平均光出力の設定方法および半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法に関し、特に、高周波重畳を行った駆動電流で半導体レーザを駆動する半導体レーザの駆動方法ならびに光源としての半導体レーザの駆動にそのような駆動方法を用いる光ディスク装置、光送信装置および光通信ネットワークに適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク装置の光学ピックアップの光源に用いられる半導体レーザにおいては、いわゆる戻り光雑音の低減を図る目的で、直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で半導体レーザを駆動すること、すなわち半導体レーザに高周波重畳を行うことがある。この場合、これまでは、半導体レーザが適用される光学系に応じて、その高周波重畳周波数、振幅、波形などを適正化していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、本発明者による最近の研究によれば、ＣＤ（コンパクトディスク）−ＲＯＭに比べてはるかに記録密度が高いＤＶＤ（ディジタルビデオディスク）−ＲＯＭの再生に用いられる光ディスク装置において、光学ピックアップの光源に用いられるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザに十分な高周波重畳を行ったにもかかわらず、ある特定の光出力で雑音に起因すると見られるジッターの異常な増大が発生することが判明した。このジッターの異常な増大は読み取り特性の悪化をもたらすため、その対策が求められる。
【０００４】
この問題は、高記録密度のＤＶＤ−ＲＯＭの再生において顕在化したものであるが、基本的には、光ディスクの高記録密度化に伴ってピットサイズが小さくなったことに起因するものと考えられ、例えば、直径１２ｃｍの光ディスクで考えると、容量がギガバイト程度になると顕著になる。ここで、例えば、半導体レーザの発振波長を６５０ｎｍとする直径１２ｃｍの光ディスク（ＤＶＤ−ＲＯＭなど）では容量は４．７ギガバイト、半導体レーザの発振波長を７８０ｎｍとする直径１２ｃｍの光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭなど）では容量は０．６４ギガバイト（６４０メガバイト）である。
【０００５】
したがって、この発明の目的は、半導体レーザに高周波重畳を行う場合にある特定の光出力でジッターの異常な増大が発生するのを防止することができることにより、低雑音で半導体レーザを使用することができる半導体レーザの平均光出力の設定方法および半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法ならびに光ディスク装置の光源に用いられる半導体レーザの平均光出力の設定方法および半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法を提供することにある。
【０００６】
この発明の他の目的は、光送信装置の光源に用いられる半導体レーザに高周波重畳を行う場合において低雑音で半導体レーザを使用することができることにより、低雑音で高品質の光通信を行うことができる半導体レーザの平均光出力の設定方法および半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来技術が有する上述の課題を解決すべく、鋭意検討を行った。
以下にその概要を説明する。
【０００８】
まず、従来技術が有する課題について改めて詳細に説明する。すなわち、本発明者は、ＤＶＤ−ＲＯＭ用の光ディスク装置の光学ピックアップの光源に用いられている発振波長６５０ｎｍの屈折率導波型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザに３５０ＭＨｚの高周波重畳を行ったときに得られるジッターのＲＦレベル（半導体レーザの光出力に線形対応する）依存性において、特定のＲＦレベル、具体的には約１．３Ｖ（約２．５ｍＷの光出力に対応する）の所で、ジッターの異常な増大が見られることを見い出した。これは、高周波重畳を十分に行った状況下での現象であり、かつ、いつも同じＲＦレベルで再現性よく現れていることから、戻り光雑音に起因するものではない。さらに、この現象は、各種ＤＶＤ用半導体レーザにおいても同様に発生することもわかった。
【０００９】
図１に、高周波重畳を行った場合と高周波重畳を行わなかった場合との双方の典型的な光出力（Ｌ）−駆動電流（Ｉ）特性を示す。図１より、高周波重畳を行わない場合、すなわちＤＣ駆動の場合、Ｌ−Ｉ特性は直線的であるが、高周波重畳を行うとしきい値電流Ｉthが下がり、Ｌ−Ｉ特性に非直線的なうねりが生じることがわかる。このうねりを微分量子効率の変化でみると、減衰する周期的な変動であることがわかる。このＬ−Ｉ特性のうねりは、従来、十分に理解されていなかった。
【００１０】
本発明者は、このＬ−Ｉ特性のうねりとほぼ同期して、固有雑音（量子雑音）がいわば「こぶ」のような変化を生じていることを見い出した。すなわち、高周波重畳を行った半導体レーザの相対雑音強度（Relative Noise Intensity，ＲＩＮ）対平均光出力（Ｐｏｕｔ）特性は一般に図２に示すようになるが、このＲＩＮ対Ｐｏｕｔ特性においては、上述のＬ−Ｉ特性のうねりとほぼ同期して固有雑音が「こぶ」のような変化を生じている。なお、図２において、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・はＲＩＮが極大をとる平均光出力を示す。
【００１１】
そして、高周波重畳応答光波形を観測した結果、Ｌ−Ｉ特性のうねりと同期して、緩和振動の第１パルス、第２パルス、第３パルスが生じていることがわかった。各パルスの発生が始まる位置がＬ−Ｉ特性の傾きの極小位置（ボトム）にほぼ対応しており、この付近で新たな発振モード発生に起因する固有雑音が生成されている。その様子を図３に示す。なお、図３において、Ｄ１、Ｄ２がＬ−Ｉ特性の傾きのボトムを示す。この新たな発振モード発生に起因する固有雑音の生成は原理的にはキンク発生に伴う量子雑音の増加と類似の現象とも言え、上述の固有雑音の「こぶ」の元とみなせる。
【００１２】
以上のように、半導体レーザに高周波重畳を行った場合、固有雑音が特定の光出力で周期的にピークを持つ現象が存在し、光ディスク装置の光学ピックアップの光源に用いられる半導体レーザに高周波重畳を行った場合には、これらのピークの所でジッター悪化の問題を引き起こすことがわかった。この現象の性質をまとめると以下のようになる。
【００１３】
ＲＩＮ対Ｐｏｕｔ特性における固有雑音の「こぶ」の位置（光出力位置）は、緩和振動周波数（ｆｒ）と高周波重畳周波数（高周波重畳周期）との相対関係、高周波重畳波形、高周波重畳振幅などで決定され、次のような性質を有する。
【００１４】
（性質１）高周波重畳振幅を大きくすると変動周期は長くなる。
【００１５】
（性質２）高周波重畳周波数を高くすると（高周波重畳周期を短くすると）
変動周期は長くなる。
【００１６】
（性質３）緩和振動周波数が高くなると変動周期は短くなる。
【００１７】
（性質４）温度を高くするとわずかに変動周期が長くなる。
【００１８】
（性質５）戻り光が増えると雑音量が増え、変動周期が短くなる。
【００１９】
（性質６）高周波重畳周波数を高くすると低光出力時の雑音量が低減する。
【００２０】
これらの性質は次のような理由により生じる。図４は、ＤＣバイアス電流値を変化させたときの光応答の変化を示し、Ａ、Ｂ、Ｃの順でＤＣバイアス電流値が増大している。ＤＣバイアス電流値が低いとき（図４Ａ）は緩和振動の第１ピークのみ出力する状態であり、この状態でＤＣバイアス電流に対応して緩和振動の第１ピークが成長する。さらにＤＣバイアス電流値が上がり、有効パルス幅Ｗｐが緩和振動の第２ピークの励起にかかる図４Ｂに示す状態になると、緩和振動の第２ピークが発生し始める。ところで、一般に、半導体レーザは、ある新たな発振モードが成長し始めるときに固有雑音（自然放出光が種となって生じる量子雑音）を発生することが知られている。今回見い出した発振モードは、時間的な意味での、すなわち時間軸上での新たな発振モードであるが、現象としては、新たな発振モードが生じるという意味で等価な物理現象と考えられ、この新たな発振モードに対応して固有雑音が発生することになる。さらにＤＣバイアス電流値を増していくと、緩和振動の第３ピークが発生する所で次の雑音が発生する（図４Ｃ）。そして、時間の経過とともに、以上のことが順次繰り返される。なお、図４において、Ｔｄは半導体レーザの発振遅れ時間を示す。
【００２１】
以上のように、高周波重畳を行った半導体レーザは一般にＲＩＮ対Ｐｏｕｔ特性に固有雑音の「こぶ」を持つが、この「こぶ」を実用光出力で問題のないレベル、具体的には、例えばＲＩＮ＜−１３０ｄＢ／Ｈｚに抑え込むことが重要である。このためには、以上の考察より、次のような対策が考えられる。対策の基本思想は、
（Ａ）緩和振動の第２パルスの発生を遅くさせ（高出力側に追いやり）、そこで発生する固有雑音量を減らす。
【００２２】
（Ｂ）緩和振動の高次パルスを最初から早く発生させてしまい（低出力側に追
い込み）、それ以降での発生を抑える。
【００２３】
のどちらかである。実用光出力がその半導体レーザの仕様に対して比較的低めなら（Ａ）の方法が有効であり、比較的高めなら（Ｂ）の方法を利用するのが有効である。また、低めでも高めでも使いたいという場合は低めを優先し、（Ａ）の手法を用いるのが望ましい。
【００２４】
（Ａ）を実現するためには以下の方法が考えられる。（Ｂ）を実現するためには、以下のことと逆のことをやればよい。
【００２５】
（Ａ−１）高周波重畳振幅を大きくする。
【００２６】
（Ａ−２）高周波重畳周波数を高くする。
【００２７】
（Ａ−３）半導体レーザの緩和振動周波数を低くする。
【００２８】
（Ａ−４）高周波重畳波形を狭い矩形波にする。
【００２９】
ここで、（Ａ−１）を用いる場合には、緩和振動の第１パルスが大きくなりすぎて信頼性が損なわれるおそがあることに注意する必要がある。（Ａ−２）は（Ａ−１）と同様のおそれもあるが、これは高周波重畳振幅を低めに設定することで回避することができる。さらに、（性質６）で述べたように全体の固有雑音を抑えることができるため、都合がよい。
【００３０】
また、（Ａ−３）は、端面反射率を高める、長共振器化、量子井戸効果を少なくするなどにより実現することができる。これらは半導体レーザの基本特性を悪化させるため、あまり好ましくないが、これしか方法がない場合は考慮する価値はある。（Ａ−４）は非常に効果的であるが、やはり（Ａ−１）と同じおそれがある高出力半導体レーザなどで端面が破壊に強い構造の場合には、利用する価値がある。ただし、高周波重畳波形は厳密に矩形波である必要はなく、半導体レーザの緩和振動周波数ｆｒに対して相対的に短いパルスであればよい。
【００３１】
以上は、光ディスク装置において読み取りを行う場合についてであるが、書き込みを行う場合についても、基本的には同様のことが成立する。さらには、伝送路に光ファイバーを用い、光源に半導体レーザを用いる光通信システムにおいても、同様のことが成立する。この発明は、本発明者による以上のような考察に基づいて鋭意検討した結果案出されたものである。
【００３２】
すなわち、この発明の第１の発明は、
直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの平均光出力の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、該相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記ピークから外れた平均光出力に設定するようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第２の発明は、
直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、該相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記半導体レーザの緩和振動周波数ｆｒに対する上記高周波電流の周波数ｆｍを設定することにより上記ピークが上記半導体レーザの使用する平均光出力から外れるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第３の発明は、
直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、上記駆動電流の波形として矩形波を用い、上記相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記半導体レーザの発振遅れ時間Ｔｄに対する上記駆動電流のパルス幅Ｗｐを設定することにより上記ピークが上記半導体レーザの使用する平均光出力から外れるようにした
ことを特徴とするものである。
【００３３】
この発明の第４の発明は、
光ディスク装置の光学ピックアップの光源に用いられる半導体レーザを直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの平均光出力の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、該相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記ピークから外れた平均光出力に設定するようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第５の発明は、
光ディスク装置の光学ピックアップの光源に用いられる半導体レーザを直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、該相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記半導体レーザの緩和振動周波数ｆｒに対する上記高周波電流の周波数ｆｍを設定することにより上記ピークが上記半導体レーザの使用する平均光出力から外れるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第６の発明は、
光ディスク装置の光学ピックアップの光源に用いられる半導体レーザを直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、上記駆動電流の波形として矩形波を用い、上記相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記半導体レーザの発振遅れ時間Ｔｄに対する上記駆動電流のパルス幅Ｗｐを設定することにより上記ピークが上記半導体レーザの使用する平均光出力から外れるようにした
ことを特徴とするものである。
【００３４】
この発明の第７の発明は、
光送信装置の光源に用いられる半導体レーザを直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの平均光出力の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、該相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記ピークから外れた平均光出力に設定するようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第８の発明は、
光送信装置の光源に用いられる半導体レーザを直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、該相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記半導体レーザの緩和振動周波数ｆｒに対する上記高周波電流の周波数ｆｍを設定することにより上記ピークが上記半導体レーザの使用する平均光出力から外れるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第９の発明は、
光送信装置の光源に用いられる半導体レーザを直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、上記駆動電流の波形として矩形波を用い、上記相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記半導体レーザの発振遅れ時間Ｔｄに対する上記駆動電流のパルス幅Ｗｐを設定することにより上記ピークが上記半導体レーザの使用する平均光出力から外れるようにした
ことを特徴とするものである。
【００３５】
この発明の第１０の発明は、
光送受信用の光ファイバーと光送信装置と光受信装置とを有する光通信ネットワークの上記光送信装置の光源に用いられる半導体レーザを直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの平均光出力の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、該相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記ピークから外れた平均光出力に設定するようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第１１の発明は、
光送受信用の光ファイバーと光送信装置と光受信装置とを有する光通信ネットワークの上記光送信装置の光源に用いられる半導体レーザを直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、該相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記半導体レーザの緩和振動周波数ｆｒに対する上記高周波電流の周波数ｆｍを設定することにより上記ピークが上記半導体レーザの使用する平均光出力から外れるようにした
ことを特徴とするものである。
この発明の第１２の発明は、
光送受信用の光ファイバーと光送信装置と光受信装置とを有する光通信ネットワークの上記光送信装置の光源に用いられる半導体レーザを直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で駆動する半導体レーザの高周波電流の重畳条件の設定方法であって、
上記半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、上記駆動電流の波形として矩形波を用い、上記相対雑音強度対平均光出力特性に基づいて、
上記半導体レーザの発振遅れ時間Ｔｄに対する上記駆動電流のパルス幅Ｗｐを設定することにより上記ピークが上記半導体レーザの使用する平均光出力から外れるようにした
ことを特徴とするものである。
【００３６】
この発明における半導体レーザの相対雑音強度（ＲＩＮ）対平均光出力（Ｐｏｕｔ）特性の一例を示すと図２のようになる。図２において、ピークＰ２、Ｐ３が固有雑音の「こぶ」を示す。
【００３７】
この発明においては、典型的には、半導体レーザの使用する平均光出力（推奨平均光出力）をＰ* としたとき、Ｐ* ±ΔＰ（ただし、ΔＰは使用する平均光出力（推奨平均光出力）に対するマージン（図２参照））の範囲内、より具体的にはＰ* ±０．５ｍＷの範囲内にピークが含まれないように高周波電流の重畳条件を設定する。このようにすることにより、レーザ光の利用効率のマージンを実用上十分に大きく確保しつつ、固有雑音の「こぶ」を避けて低雑音で半導体レーザを使用することができ、例えば光ディスク装置においては光学ピックアップのロット間ばらつきに対して十分なマージンを確保することができ、製造歩留まりを十分に大きくすることができる。
【００３８】
この発明において、半導体レーザの使用する平均光出力が１０ｍＷより低い場合において固有雑音の「こぶ」を避けて低雑音で半導体レーザを使用するためには、高周波電流の周波数をｆｍ、半導体レーザの緩和振動周波数をｆｒとしたとき、ｆｒ≧ｆｍ≧ｆｒ／５を満たすようにｆｍを設定する。これは、先に述べた対策（Ａ）で（Ａ−２）の方法を採った場合に対応する。
【００３９】
この発明においては、固有雑音の「こぶ」を避けて低雑音で半導体レーザを使用するためには、駆動電流の波形として矩形波を用い、駆動電流のパルス幅をＷｐ、上記半導体レーザの発振遅れ時間をＴｄとしたとき、Ｔｄ＋１／ｆｒ≦Ｗｐ≦Ｔｄ＋２／ｆｒを満たすようにＷｐを設定してもよい。これは、先に述べた対策（Ａ）で（Ａ−４）の方法を採った場合に対応する。
【００４０】
この発明において、半導体レーザの使用する平均光出力が１０ｍＷより高い場合において固有雑音の「こぶ」を避けて低雑音で半導体レーザを使用するためには、高周波電流の周波数をｆｍ、半導体レーザの緩和振動周波数をｆｒとしたとき、ｆｒ≧ｆｍ≧ｆｒ／１０を満たすようにｆｍを設定する。これは、先に述べた対策（Ａ）で（Ａ−２）の方法を採った場合に対応する。
【００４１】
また、この発明においては、例えば、実用光出力を低めおよび高めの双方で使用したい場合、その一方の要求で高周波重畳条件がある条件に固定された場合、他方の要求を満たすためにそのときに使用する平均光出力を、図２のピークから十分に外れた平均光出力に設定する。
【００４２】
この発明において、半導体レーザは、基本的にはどのような種類のものであってもよく、半導体材料、レーザ構造、活性層の構造などを問わないが、具体例を挙げれば、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザなどである。また、活性層を量子井戸構造とする場合、歪量子井戸構造とするか、その歪の大きさをどのように設定するか、量子井戸数や井戸層の厚さをどのように設定するかなどの多くの自由度がある。
【００４３】
上述のように構成されたこの発明によれば、半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す曲線が少なくとも一つのピークを有し、これらのピークから外れた平均光出力が得られる条件で半導体レーザを駆動するようにしていることにより、固有雑音の「こぶ」を避けて低雑音で半導体レーザを使用することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４５】
まず、この発明の第１の実施形態について説明する。この第１の実施形態は、先に述べた対策（Ａ）で（Ａ−２）の方法を採る場合に対応する。
【００４６】
図５は半導体レーザの駆動回路を示す。図５において、符号１は半導体レーザ、２はＤＣバイアス電流源、３は高周波電流源を示し、ＤＣバイアス電流源２によるＤＣバイアス電流に高周波電流源３による高周波電流を重畳した駆動電流を半導体レーザ１に流して駆動する。
【００４７】
この第１の実施形態においては、高周波重畳周波数ｆｍを６００ＭＨｚ以上に設定し、高周波重畳振幅ａｍはΔＩthで５ｍＡ程度に設定する。また、半導体レーザ１の緩和振動周波数ｆｒを５ｍＷ程度で３ＧＨｚ程度以下に抑える。このためには、半導体レーザ１の基本特性を実用上支障が生じる程度に劣化させず、信頼性に悪影響が生じない範囲で、半導体レーザ１の端面反射率を高める、長共振器化する、半導体レーザ１が量子井戸型半導体レーザである場合には量子井戸効果を少なくするなどの方法を採る。
【００４８】
半導体レーザ１の具体例を挙げると、例えば、発振波長６５０ｎｍの屈折率導波型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザである。
【００４９】
以上のように、この第１の実施形態によれば、高周波重畳周波数ｆｍを６００ＭＨｚ以上に設定し、高周波重畳振幅ａｍはΔＩthで５ｍＡ程度に設定し、半導体レーザ１の緩和振動周波数ｆｒを５ｍＷ程度で３ＧＨｚ程度以下に抑えていることにより、図２に示すような固有雑音の「こぶ」を避け、雑音が極小となる光出力で半導体レーザ１を使用することができ、低雑音で半導体レーザ１を使用することができる。
【００５０】
このため、例えば、光ディスク記録および／または再生装置の光学ピックアップの光源に用いられる半導体レーザの駆動にこの第１の実施形態による駆動方法を適用した場合には、読み取り時および／または書き込み時のジッターを実用上十分に低く抑えることができ、良好な読み取り特性および／または書き込み特性を得ることができる。また、戻り光が存在する場合においても、上述の固有雑音の「こぶ」の付近で大きな雑音が発生するので、この第１の実施形態による駆動方法を適用してこの雑音の発生を抑えることにより、良好な読み取り特性および／または書き込み特性を得ることができる。さらに、一つの半導体レーザを読み取りおよび書き込みの双方に使用するように複数の光出力で使用する場合においても、この第１の実施形態による駆動方法を用いることにより、読み取り特性および書き込み特性とも良好にすることができる。ここで、光ディスク記録および／または再生装置の具体例を挙げると、発振波長６５０ｎｍの屈折率導波型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを光学ピックアップの光源に用いたＤＶＤ−ＲＯＭ再生装置である。
【００５１】
また、光送受信用の光ファイバーの一端および他端にそれぞれ光送信装置および光受信装置を設け、その光送信装置の光源に用いられる半導体レーザに高周波重畳を行う光通信ネットワークにおいて、その半導体レーザの駆動にこの第１の実施形態による駆動方法を適用した場合には、上述のように低雑音で半導体レーザを使用することができるので、低雑音で高品質の光通信が可能となる。
【００５２】
次に、この発明の第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態は、半導体レーザ１を比較的高い光出力で使いたい場合で、先に述べた対策（Ｂ）を採る場合である。
【００５３】
この第２の実施形態においては、高周波重畳周波数ｆｍを５００ＭＨｚ以下に設定する。ここで、ｆｍは、低くしすぎると（性質６）で述べた固有雑音の全体的上昇が問題になるおそれがある一方、この場合は半導体レーザ１を比較的高い光出力で使う場合であるのでそのおそれは少ないが、実用的には１００ＭＨｚ程度が下限と考えられる。また、高周波重畳振幅ａｍは、戻り光雑音を抑えることができる範囲でできるだけ低めに抑え、具体的にはｆｍにもよるが例えばΔＩthで７ｍＡ程度以下に設定する。さらに、半導体レーザ１の緩和振動周波数ｆｒを５ｍＷ程度で４ＧＨｚ程度以上に高くする。
【００５４】
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、図２に示すような固有雑音の「こぶ」を避け、雑音が極小となる光出力で半導体レーザ１を使用することができ、低雑音で半導体レーザ１を使用することができる。
【００５５】
そして、光ディスク記録および／または再生装置の光学ピックアップの光源に用いられる半導体レーザの駆動にこの第２の実施形態による駆動方法を適用した場合には良好な読み取り特性および／または書き込み特性を得ることができる。また、光送受信用の光ファイバーの一端および他端にそれぞれ光送信装置および光受信装置を設け、その光送信装置の光源に用いられる半導体レーザに高周波重畳を行う光通信ネットワークにおける半導体レーザの駆動に適用した場合には、低雑音で高品質の光通信が可能となる。
【００５６】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００５７】
例えば、上述の第１の実施形態においては、高周波重畳周波数ｆｍを６００ＭＨｚ以上に設定し、高周波重畳振幅ａｍをΔＩthで５ｍＡ程度に設定し、半導体レーザ１の緩和振動周波数ｆｒを５ｍＷ程度で３ＧＨｚ程度以下に抑えたが、高周波重畳周波数ｆｍを６００ＭＨｚ以上に設定し、高周波重畳振幅ａｍをΔＩthで５ｍＡ程度に設定するだけでも実用上十分な効果を得ることができる。また、半導体レーザ１が、高周波重畳振幅ａｍを大きくしても信頼性にさほど悪影響が生じないものであれば、高周波重畳振幅ａｍの制限をなくしてもよい。むしろ、対策（Ａ）による効果を大きくする観点からは、高周波重畳振幅ａｍを大きくするほど大きな効果が得られる。これは、特に低光出力でも高光出力でも低雑音で半導体レーザ１を使用したい場合には効果的である。
【００５８】
また、上述の第２の実施形態において、パルス波形としてパルス幅の広い矩形波を用いることにより、より低雑音で半導体レーザを使用することができる。また、半導体レーザ１側での対策として、ストライプ幅を狭くするか、導波型を利得導波型的にして注入電流を横方向に拡散させることで緩和振動を減衰させるとさらに効果的である。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明による半導体レーザの駆動方法によれば、半導体レーザに高周波重畳を行う場合にある特定の光出力でジッターの異常な増大が発生するのを防止することができ、低雑音で半導体レーザを使用することができる。
【００６０】
この発明による光ディスク装置によれば、低雑音で半導体レーザを使用することができることにより、良好な読み取りおよび／または書き込み特性を得ることができる。
【００６１】
この発明による光送信装置および光通信ネットワークによれば、低雑音で半導体レーザを使用することができることにより、低雑音で高品質の光通信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高周波重畳を行った場合および高周波重畳を行わなかった場合の半導体レーザの光出力−駆動電流特性を示す略線図である。
【図２】半導体レーザの相対雑音強度対平均光出力特性を示す略線図である。
【図３】半導体レーザの微分量子効率の周期的変動と緩和振動パルスおよび雑音発生との関係を説明するための略線図である。
【図４】ＤＣバイアス電流値を変化させた場合における半導体レーザの光応答の変化を説明するための略線図である。
【図５】半導体レーザの駆動回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１・・・半導体レーザ、２・・・ＤＣバイアス電流源、３・・・高周波電流源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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