補正回路、駆動回路、発光装置、および電流パルス波形の補正方法
【課題】波長デチューニングΔλに起因する光出力の波形鈍りを低減することの可能な半導体レーザを提供する。
【解決手段】電流源２１から矩形状の電流パルス（電流Ｉop-none（ｔ））が出力され、補正回路２２からは、ＲＣ時定数回路２２Ａを用いて導出されたアシスト電流ＩA（ｔ）が出力される。レーザ駆動回路２０によって、電流源２１の出力と、補正回路２２の出力とを互いに重ね合わせた電流パルス（Ｉop（ｔ）＝Iop-none（ｔ）＋ＩA（ｔ））が半導体レーザ装置３１に印加される。
【解決手段】電流源２１から矩形状の電流パルス（電流Ｉop-none（ｔ））が出力され、補正回路２２からは、ＲＣ時定数回路２２Ａを用いて導出されたアシスト電流ＩA（ｔ）が出力される。レーザ駆動回路２０によって、電流源２１の出力と、補正回路２２の出力とを互いに重ね合わせた電流パルス（Ｉop（ｔ）＝Iop-none（ｔ）＋ＩA（ｔ））が半導体レーザ装置３１に印加される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上面からレーザ光を射出する面発光型の半導体レーザに印加する電流パルス波形を補正する補正回路ならびにこれを備えた駆動回路および発光装置に関する。また、本発明は、上記半導体レーザに印加する電流パルス波形の補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光型の半導体レーザは、従来のファブリペロー共振器型の半導体レーザとは異なり、基板に対して直交する方向に光を射出するものであり、同じ基板上に２次元アレイ状に多数の共振器構造を配列することが可能である。そのため、近年、面発光型の半導体レーザは、データ通信やプリンタなどの技術分野で注目されている。
【０００３】
面発光型の半導体レーザは、一般に、基板上に、下部ＤＢＲ層、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、電流狭窄層、上部ＤＢＲ層およびコンタクト層をこの順に積層してなるメサ形状の共振器構造を備えている。このような半導体レーザでは、発振波長は共振器構造の実効的な共振器長によって決定され、光出力の大きさは活性層のバンドギャップに相当する発光波長において最も大きくなる。そのため、通常は、共振器構造の実効的な共振器長と活性層の発光波長とが互いに等しくなるように、共振器構造および活性層が構成されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３０６１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、面発光型の半導体レーザにおいて、素子温度が変化すると、共振器構造の実効的な共振器長と活性層の発光波長との差（波長デチューニングΔλ）に変化が生じ、この波長デチューニングΔλの大きさに応じて閾値電流が変動する。例えば、図１１に示したように、素子温度が変化すると、閾値電流も変化する。また、図１１に示したように、波長デチューニングΔλが大きい場合（Δλ＝１８．５ｎｍ）の方が、波長デチューニングΔλが小さい場合（Δλ＝１５．５ｎｍ）よりも、閾値電流が最小となる素子温度が高温側に存在している。従って、高温高出力動作が容易ではない赤色系および赤外系の面発光型の半導体レーザでは、閾値電流が小さくなるように、波長デチューニングΔλを大きくすることが好ましい。
【０００６】
しかし、波長デチューニングΔλを大きくした場合には、新たな問題が生じていた。例えば、赤色系および赤外系の面発光型の半導体レーザにおいて、波長デチューニングΔλを大きくした上で、これらの半導体レーザをパルス駆動させると、図１２（Ａ），（Ｂ）に示したように、光出力の波形が電流パルス波形と比べて、鈍ってしまうという問題が生じていた。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、波長デチューニングΔλに起因する光出力の波形鈍りを低減することの可能な補正回路ならびにこれを備えた駆動回路および発光装置を提供することにある。また、第２の目的は、波長デチューニングΔλに起因する光出力の波形鈍りを低減することの可能な電流パルス波形の補正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による補正回路は、ＲＣ時定数回路を備えたものである。この補正回路は、面発光型の半導体レーザをパルス駆動する電流源から出力された電流パルスの波形を、ＲＣ時定数回路を用いて半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正するようになっている。
【０００９】
本発明による駆動回路は、面発光型の半導体レーザをパルス駆動する電流源と、上記の補正回路とを備えたものである。本発明による発光装置は、１または複数の面発光型の半導体レーザと、半導体レーザをパルス駆動する電流源と、上記の補正回路とを備えたものである。
【００１０】
本発明による電流パルス波形の補正方法は、面発光型の半導体レーザをパルス駆動する電流源から出力された電流パルスの波形を、ＲＣ時定数回路を含む補正回路を用いて半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正するステップを含むものである。
【００１１】
本発明による補正回路、駆動回路、発光装置、および電流パルス波形の補正方法では、面発光型の半導体レーザをパルス駆動する電流源から出力された電流パルスの波形が、ＲＣ時定数回路を含む補正回路を用いて半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正される。このように、ＲＣ時定数回路を用いることにより、電流パルス波形のうち立ち上がり後の緩やかなスロープの部分だけでなく、立ち上がり時の急激にカーブする部分についても、矩形に近づけることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による補正回路、駆動回路、発光装置、および電流パルス波形の補正方法によれば、ＲＣ時定数回路を用いることにより、電流パルス波形のうち立ち上がり後の緩やかなスロープの部分だけでなく、立ち上がり時の急激にカーブする部分についても、矩形に近づけることができるようにした。これにより、波長デチューニングΔλに起因する光出力の波形鈍りを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る発光装置の概略構成を表す図である。
【図２】図１のレーザ駆動回路の内部構成の一例を表す図である。
【図３】図１のレーザ駆動回路で生成される電流パルス波形の一例を表す図である。
【図４】図１の半導体レーザ装置のＩ−Ｌ特性の一例を表す図である。
【図５】図１の半導体レーザ装置の光出力波形の一例を表す図である。
【図６】図１の半導体レーザ装置の概略構成および熱回路の一例を表す図である。
【図７】熱方程式に含まれる変数について説明するための波形図である。
【図８】（Ａ）熱方程式を解くことにより得られた活性層温度の時間変化と、（Ｂ）実際の測定によって得られた活性層温度と光出力との関係と、（Ｃ）図８（Ａ），（Ｂ）から得られる光出力の時間変化とを表す図である。
【図９】光出力の時間変化の実測値と計算値とを表す図である。
【図１０】図２の電流源の出力波形と、図２の補正回路の出力波形との合成について説明するための波形図である。
【図１１】波長デチューニングと、閾値電流が最小となる素子温度との関係の一例を表す図である。
【図１２】電流パルス波形および光出力のパルス波形の一例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．構成
２．動作
３．原理
４．効果
【００１５】
［構成］
図１は、本発明による一実施の形態に係る発光装置１の概略構成の一例を表したものである。発光装置１は、例えば、図１に示したように、システム制御回路１０、レーザ駆動回路２０、および光学系３０を備えたものである。
【００１６】
システム制御回路１０は、レーザ駆動回路２０を介して半導体レーザ装置３１の駆動を制御するものである。
【００１７】
光学系３０は、例えば、半導体レーザ装置３１、サーミスタ３２、コリメートレンズ３３、および対物レンズ３４を有している。半導体レーザ装置３１は、１または複数の面発光型の半導体レーザ（図示せず）を含んで構成されている。半導体レーザ装置３１に含まれている面発光型の半導体レーザ（以下、単に半導体レーザと称する。）は、例えば、図６に示したように、基板５１上にレーザ構造部５２が設けられたものである。レーザ構造部５２は、一対の多層膜反射鏡（図示せず）で活性層５３を挟み込んだ垂直共振器構造を有しており、上面からレーザ光を射出するようになっている。活性層５３は、例えば、赤色系の材料（例えば、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰ）を含んで構成されている。このとき、活性層５３の発光波長と面発光型の半導体レーザの発振波長との差分である波長デチューニングΔλが１５ｎｍ以上となっている。なお、活性層５３は、他の材料によって構成されていてもよく、例えば、赤外系の材料（例えば、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ）を含んで構成されていてもよい。このとき、波長デチューニングΔλは１３ｎｍ以上となっている。
【００１８】
サーミスタ３２は、半導体レーザの温度を検知（測定）するものである。サーミスタ３２の抵抗値は、半導体レーザの温度に応じて変化する。これにより、サーミスタ３２の抵抗値を読み取ることにより、半導体レーザの温度を検知することが可能となっている。コリメートレンズ３３は、半導体レーザ装置３１から射出されたレーザ光を平行光に整形する光学素子である。対物レンズ３４は、コリメートレンズ３３で平行光化されたレーザ光を集光しつつ、図示しない被照射物に向けて照射する光学素子である。
【００１９】
レーザ駆動回路２０は、半導体レーザに電流を注入し、それにより半導体レーザを発光させるものである。レーザ駆動回路２０は、例えば、図２に示したように、電流源２１と、補正回路２２とを有している。
【００２０】
電流源２１は、半導体レーザをパルス駆動させるものであり、例えば、図３（Ａ）に示したように、矩形状の電流パルス（電流Ｉop-none（ｔ））を出力するようになっている。一方、補正回路２２は、ＲＣ時定数回路２２Ａを有しており、電流源２１から出力された電流パルスの波形を、ＲＣ時定数回路２２Ａを用いて半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正するようになっている。
【００２１】
ＲＣ時定数回路２２Ａは、電流源２１から出力された電流パルス（電流Ｉop-none（ｔ））の波高値を経時的に減衰させる複数の第１時定数回路（図示せず）を含んでいる。各第１時定数回路のＲＣ時定数は、互いに異なっている。具体的には、複数の第１時定数回路のうち少なくとも１つの第２時定数回路（図示せず）のＲＣ時定数は、２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下の範囲内の値となっている。一方、複数の第１時定数回路のうち第２時定数回路以外の１または複数の第３時定数回路（図示せず）のＲＣ時定数は、５０ｎｓｅｃを超える値（典型的には、３００ｎｓｅｃ以上１５００ｎｓｅｃ以下）となっている。補正回路２２は、複数の第１時定数回路を用いて、電流源２１から出力された電流パルスの波高値がＲＣ時定数回路のＲＣ時定数に応じて経時的に減衰するように補正するようになっている。補正回路２２は、例えば、図３（Ｂ）に示したように、波高値が経時的に減衰した電流パルス（電流ＩA（ｔ））を、上述の第１時定数回路を用いて出力するようになっている。
【００２２】
例えば、ＲＣ時定数回路２２Ａが、２つの第１時定数回路を含んでおり、一方の第１時定数回路（第２時定数回路）のＲＣ時定数ＴA1が２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下の範囲内の値となっており、他方の第１時定数回路（第３時定数回路）のＲＣ時定数ＴA2が５０ｎｓｅｃを超える値（典型的には、３００ｎｓｅｃ以上１５００ｎｓｅｃ以下）となっているとする。このとき、補正回路２２は、以下の数１に示すアシスト電流ＩA（ｔ）を出力するようになっている。
【数１】
【００２３】
ここで、κはアシスト電流因子ＶAを電流値に変換する定数である。アシスト電流因子ＶAは、以下の数２で表される。また、数２中のｇ（ｔ）は、以下の数３で表される。ｇ（ｔ）は、電流源２１から出力された電流パルス（電流Ｉop-none（ｔ））の波高値を経時的に減衰させる減衰度を規定するものである。
【数２】
【数３】
【００２４】
νはＲＣ時定数ＴA1に関する項に対する重みであり、アシスト電流ＩA（ｔ）においてＲＣ時定数ＴA1は支配的であることから、０．５よりも大きな値となっている。
【００２５】
数１中のアシスト電流因子ＶAには、素子温度Ｔo（周囲温度）を決定する因子Ｖoと、バイアス電流を決定する因子Ｖibと、動作電流を決定する因子ＶiOPとが含まれている。つまり、補正回路２２は、電流源２１から出力された電流パルスの波高値のピークを、素子温度Ｔo（周囲温度）を決定する因子Ｖoと、バイアス電流を決定する因子Ｖibと、動作電流を決定する因子ＶiOPとに応じて変化させるようになっている。
【００２６】
また、数１中のアシスト電流因子ＶAには、オフセット電圧Ｖoffsetが含まれている。オフセット電圧Ｖoffsetは、例えば、活性層５３の発光波長と面発光型の半導体レーザの発振波長との差分である波長デチューニングΔλのばらつきにより、図４のＡ、Ｂに示したように、Ｉ−Ｌ特性にばらつきが生じ、必要となるアシスト電流ＩA（ｔ）の大きさにばらつきが生じた場合に、そのばらつきを補償するものである。従って、補正回路２２は、オフセット電圧Ｖoffsetの値を調整することにより、電流源２１から出力された電流パルスの波高値のピークを、波長デチューニングΔλの大きさに応じて変化させることが可能となっている。
【００２７】
また、数１中には、κが含まれている。従って、補正回路２２は、アシスト電流因子ＶAを電流値に変換する定数κの値を調整することにより、電流源２１から出力された電流パルスの波高値のピークを変化させることも可能となっている。
【００２８】
ＲＣ時定数回路２２Ａは、電流源２１が電流パルスを連続して出力する場合には、さらに、電流源２１から出力された電流パルスの波高値のピークを調整する複数の第４時定数回路（図示せず）を含んでいる。複数の第４時定数回路は、電流源２１が電流パルスを出力して、半導体レーザを発光させたときに、半導体レーザ内（活性層５３内）に残存する熱因子を考慮するために用いられるものである。これにより、補正回路２２は、複数の第４時定数回路を用いて、電流源２１から出力された電流パルスの波高値を活性層５３の温度変動に対応して変動するように補正することが可能となっている。
【００２９】
各第４時定数回路のＲＣ時定数は、互いに異なっている。具体的には、複数の第４時定数回路のうち少なくとも１つの第５時定数回路（図示せず）のＲＣ時定数Ｔth1は、２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下の範囲内の値となっている。一方、複数の第４時定数回路のうち第５時定数回路以外の１または複数の第６時定数回路（図示せず）のＲＣ時定数Ｔth2は、５０ｎｓｅｃを超える値（典型的には、３００ｎｓｅｃ以上１５００ｎｓｅｃ以下）となっている。
【００３０】
例えば、ＲＣ時定数回路２２Ａが、２つの第４時定数回路を含んでおり、一方の第１時定数回路（第５時定数回路）のＲＣ時定数Ｔth1が２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下の範囲内の値となっており、他方の第４時定数回路（第６時定数回路）のＲＣ時定数Ｔth2が５０ｎｓｅｃを超える値（典型的には、３００ｎｓｅｃ以上１５００ｎｓｅｃ以下）となっているとする。このとき、補正回路２２は、以下の数４に示すアシスト電流ＩA（ｔ）を出力するようになっている。
【数４】
【００３１】
数４中のＩmax（ｔ）は、以下の数５で表される。Ｉmax（ｔ）は，アシスト電流ＩA（ｔ）の最大値を規定するものである。数５中のｆ（ｔ）は、以下の数６で表される。ｆ（ｔ）は、半導体レーザ内（活性層５３内）に残存する熱因子の変動に対応した変動を示すものである。従って、補正回路２２は、まるで、活性層５３の温度変動をリアルタイムにモニタリングしているかのような、精度の高い補正を行うことを可能にしている。
【数５】
【数６】
【００３２】
ｕはＲＣ時定数Ｔth1に関する項に対する重みであり、アシスト電流ＩA（ｔ）においてＲＣ時定数Ｔth1は支配的であることから、０．５よりも大きな値となっている。 数６中の左辺に含まれるｔは、半導体レーザをオンオフ駆動したときのオン期間の開始時点またはオフ期間の開始時点を指している。
【００３３】
レーザ駆動回路２０では、例えば、図２に示したように、電流源２１および補正回路２２の出力端子は互いに接続されている。従って、レーザ駆動回路２０は、電流源２１の出力と、補正回路２２の出力とを互いに重ね合わせた電流パルス（Ｉop（ｔ）＝Ｉop-none（ｔ）＋ＩA（ｔ））を出力するようになっている。これにより、例えば、電流源２１の出力だけを半導体レーザに印加したときに、半導体レーザの光出力のパルス波形が、図５（Ａ）に示したように、電流源２１から出力された電流パルスの波形と比べて鈍ってしまう場合に、電流源２１の出力と、補正回路２２の出力とを互いに重ね合わせた電流パルスを半導体レーザに印加することにより、例えば、図５（Ｂ）に示したように、半導体レーザの光出力のパルス波形を矩形に近づけることが可能となる。
【００３４】
［動作］
このような構成の発光装置１では、電流源２１から矩形状の電流パルス（電流Ｉop-none（ｔ））が出力される（図１０（Ａ））。このとき、補正回路２２では、ＲＣ時定数回路２２Ａを用いて、電流源２１から出力された電流パルス（電流Ｉop-none（ｔ））の波高値を経時的に減衰させる減衰度を規定するｇ（ｔ）や、半導体レーザ内（活性層５３内）に残存する熱因子の変動に対応した変動を示すｆ（ｔ）（図１０（Ｂ））、アシスト電流ＩA（ｔ）の最大値を規定するＩmax（ｔ）が導出される（図１０（Ｃ））。続いて、補正回路２２において、半導体レーザをオンオフ駆動したときのオン期間の開始時点（ｔ2n）でＩmax（ｔ2n）の値を保持し、さらに、その値を起点にしてｇ（ｔ）に従って減衰させるアシスト電流ＩA（ｔ）が導出されたのち（図１０（Ｄ））、補正回路２２からアシスト電流ＩA（ｔ）が出力される。その後、レーザ駆動回路２０によって、電流源２１の出力と、補正回路２２の出力とを互いに重ね合わせた電流パルス（Ｉop（ｔ）＝Ｉop-none（ｔ）＋ＩA（ｔ））が半導体レーザ装置３１に印加される（図１０（Ｅ））。これにより、半導体レーザ装置３１から、例えば、図５（Ｂ）に示したような矩形状の光出力が外部に射出される。
【００３５】
［原理］
次に、半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づく理由について説明する。図６は、半導体レーザ装置３１に含まれている面発光型の半導体レーザの熱回路を表したものである。基板５１の温度をＴo、熱容量をＣth、熱抵抗をＲth、任意の時刻ｔにおける活性層５３の温度（活性層温度）をＴact（ｔ）、バイアス電流（＜閾値電流）による素子温度の上昇量をＴel（ｔ）、注入したエネルギーをＰel、光出力をＰoutとすると、活性層温度Ｔact（ｔ）に関する熱方程式は、以下の数７，数８のように表される。なお、ＲthＣthは熱時定数である。
【数７】
【数８】
【００３６】
上記の数７，数８を解くと、上記の数７，数８は、以下の数９，数１０に変形することができる。
【数９】
【数１０】
【００３７】
数９中のｔ2n（ｎは０以上の整数）は、図７に示したように、半導体レーザをオンオフ駆動したときのオン期間の開始時点を指している。一方、数１０中のｔ2n+1は、図７に示したように、半導体レーザをオンオフ駆動したときのオフ期間の開始時点を指している。数９中のτは、数９のＴact(ｔ)と数１０のＴact(ｔ)とを連続に保つ係数である。なお、熱時定数ＲthＣthの値を１μｓｅｃとしたときに、数９，数１０をグラフに表すと、図８（Ａ）のようになる。
【００３８】
ところで、一般に、面発光型の半導体レーザでは、キャビティ長が１λ〜２λ（λは発振波長）程度と、極めて微小であることから、発振波長はキャビティ長によって固定される。そのため、面発光型の半導体レーザは、活性層５３の発光波長（利得が最大となる波長）とは異なる波長で発振することが可能である。従って、波長デチューニングΔλの設計しだいで、閾値電流が最小となる素子温度を任意に選択することができる。もっとも、現実的には、閾値電流が最小となる素子温度は、０℃〜６０℃の範囲内の値となる。
【００３９】
高温側で十分な光出力を得たい場合には、波長デチューニングΔλを大きく設計する必要がある。例えば、活性層５３が赤色系の材料（ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰ）を含んで構成された６６０ｎｍ〜６８０ｎｍ帯の面発光型の半導体レーザでは、波長デチューニングΔλを１９ｎｍ程度にすれば、素子温度Ｔoが５０℃程度で、閾値電流が極小となる。ところで、閾値電流が温度依存性を持つということは、一定電流下の光出力もまた、温度依存性を持つということである。例えば、図８（Ｂ）に示したように、波長デチューニングΔλが１９ｎｍで設計された面発光型の半導体レーザの場合には、素子温度Ｔoが５０℃ぐらいで最大の光出力となり、素子温度Ｔoが５０℃前後である場合には、光出力が減少する。これにより、光出力の時間変化を描くことができる。図８（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、ＡからＢに移行するときには、活性層温度Ｔact（ｔ）が上昇すると共に、光出力Ｐoutも上昇し、電流がオフしている期間にＢからＣに移行すると、活性層温度Ｔact（ｔ）が減少し、このタイミングで光出力Ｐoutがゼロとなる。
【００４０】
このように、熱方程式と、光出力Ｐoutの活性層温度依存性とから、光出力Ｐoutの時間変化を導くことができる。そこで、例えば、図９に示したように、この結果（計算値）と、実際の測定によって得られた光波形（実測値）とを比較してみた。すると、熱時定数ＲthＣthを８００ｎｓｅｃとしたときに、両者が、パルス立ち上がり後、数１００ｎｓｅｃ以降において一致することがわかった。しかし、パルス立ち上がり時においては、両者は一致しないことがわかった。パルス立ち上がり時は、熱時定数ＲthＣthが８００ｎｓｅｃよりも一桁以上小さな値（おおよそ、２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下）で変化していることがわかった。
【００４１】
光波形に２つの時定数が存在するのは、パルス立ち上がり後と、パルス立ち上がり時とにおいて、面発光型の半導体レーザにおける発熱状態が異なっているのが原因である考えられる。パルス立ち上がり後では、面発光型の半導体レーザにおけるメサ全体が発熱しており、そのために時定数が大きくなっていると考えられる。一方、パルス立ち上がり時では、活性層が局所的に発熱しており、そのために時定数が小さくなっていると考えられる。熱方程式は、メサ全体が発熱していることを前提としていることから、パルス立ち上がり時の光波形を正確に表現しきれていない。
【００４２】
［効果］
そこで、本実施の形態では、上述したように、補正回路２２内のＲＣ時定数回路２２Ａにおいて、時定数の互いに異なる複数の時定数回路（第２時定数回路、第３時定数回路）が設けられている。これにより、面発光型の半導体レーザをパルス駆動する電流源２１から出力された電流パルスの波形を、ＲＣ時定数回路２２Ａを含む補正回路２２を用いて半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正することができる。このように、本実施の形態では、ＲＣ時定数回路２２Ａを用いることにより、電流源２１から出力された電流パルスの波形のうち立ち上がり後の緩やかなスロープの部分だけでなく、立ち上がり時の急激にカーブする部分についても、矩形に近づけることができる。その結果、波長デチューニングΔλに起因する光出力の波形鈍りを低減することができる。
【００４３】
また、本実施の形態では、補正回路２２において、電流源２１から出力された電流パルスの波高値のピークが、素子温度Ｔo（周囲温度）を決定する因子Ｖoに応じて変化する。これにより、環境温度（例えば、プリンタ筐体内の温度）が変化し、それに伴って波長デチューニングΔλに変化が生じた場合であっても、光出力の波形鈍りを低減することができる。
【００４４】
また、本実施の形態では、補正回路２２において、電流源２１から出力された電流パルスの波高値が活性層５３の温度変動に対応して変動する。これにより、電流源２１から電流パルスが連続して出力され、半導体レーザ内（活性層５３内）に熱因子が残存している場合であっても、当該電流パルスの波高値の補正量を適切な値に設定することができる。その結果、電流源２１が電流パルスを連続して出力しているときであっても、光出力の波形鈍りを低減することができる。
【００４５】
また、本実施の形態では、補正回路２２において、オフセット電圧Ｖoffsetの値を調整するか、または、アシスト電流因子ＶAを電流値に変換する定数κの値を調整することにより、電流源２１から出力された電流パルスの波高値のピークを、波長デチューニングΔλの大きさに応じて変化させることが可能となっている。いずれの値を調整するかは、温度変化に対する光出力の変動の傾向から判断することが好ましい。例えば、製造バラツキによって、面発光型の半導体レーザの電流狭窄径が所望の値よりも大きくなってしまったとする。この場合には、温度変化に対する光出力の変動量が大きくなる（つまり、光出力の温度依存性が高くなる）ので、定数κの値を調整することが好ましい。また、例えば、製造バラツキによって、面発光型の半導体レーザの波長デチューニングΔλが大きくなったとする。この場合には、光出力が最大となる温度が高温側にシフトする（つまり、光出力の温度依存性が高温側にシフトする）ので、オフセット電圧Ｖoffsetの値を調整することが好ましい。このように、本実施の形態では、温度変化に対する光出力の変動の傾向に基づいて、好ましい補正方法を選択することができるので、光出力の波形鈍りを確実に低減することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１…発光装置、１０…システム制御回路、２０…レーザ駆動回路、２１…電流源、２２…補正回路、２２Ａ…ＲＣ時定数回路、３０…光学系、３１…半導体レーザ装置、３２…サーミスタ、３３…コリメートレンズ、３４…対物レンズ、５１…基板、５２…レーザ構造部、５３…活性層、ｆ（ｔ）…変動、ｇ（ｔ）…減衰度、ＩA（ｔ）…アシスト電流、Ｉop-none（ｔ）…電流、Ｉmax（ｔ）…最大値、Ｐel…エネルギー、Ｐout…光出力、ＲthＣth…熱時定数、ｔ2n…オン期間の開始時点、ｔ2n+1…オフ期間の開始時点、Ｔact（ｔ）…活性層温度、Ｔel（ｔ）…素子温度の上昇量、ＴA1，ＴA2，Ｔth1，Ｔth2…時定数、Ｔo…素子温度、ＶA…アシスト電流因子、Ｖib，ＶiOP，Ｖo…因子、Ｖoffset…オフセット電圧、Δλ…波長デチューニング、κ…定数、ν…重み。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上面からレーザ光を射出する面発光型の半導体レーザに印加する電流パルス波形を補正する補正回路ならびにこれを備えた駆動回路および発光装置に関する。また、本発明は、上記半導体レーザに印加する電流パルス波形の補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光型の半導体レーザは、従来のファブリペロー共振器型の半導体レーザとは異なり、基板に対して直交する方向に光を射出するものであり、同じ基板上に２次元アレイ状に多数の共振器構造を配列することが可能である。そのため、近年、面発光型の半導体レーザは、データ通信やプリンタなどの技術分野で注目されている。
【０００３】
面発光型の半導体レーザは、一般に、基板上に、下部ＤＢＲ層、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、電流狭窄層、上部ＤＢＲ層およびコンタクト層をこの順に積層してなるメサ形状の共振器構造を備えている。このような半導体レーザでは、発振波長は共振器構造の実効的な共振器長によって決定され、光出力の大きさは活性層のバンドギャップに相当する発光波長において最も大きくなる。そのため、通常は、共振器構造の実効的な共振器長と活性層の発光波長とが互いに等しくなるように、共振器構造および活性層が構成されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３０６１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、面発光型の半導体レーザにおいて、素子温度が変化すると、共振器構造の実効的な共振器長と活性層の発光波長との差（波長デチューニングΔλ）に変化が生じ、この波長デチューニングΔλの大きさに応じて閾値電流が変動する。例えば、図１１に示したように、素子温度が変化すると、閾値電流も変化する。また、図１１に示したように、波長デチューニングΔλが大きい場合（Δλ＝１８．５ｎｍ）の方が、波長デチューニングΔλが小さい場合（Δλ＝１５．５ｎｍ）よりも、閾値電流が最小となる素子温度が高温側に存在している。従って、高温高出力動作が容易ではない赤色系および赤外系の面発光型の半導体レーザでは、閾値電流が小さくなるように、波長デチューニングΔλを大きくすることが好ましい。
【０００６】
しかし、波長デチューニングΔλを大きくした場合には、新たな問題が生じていた。例えば、赤色系および赤外系の面発光型の半導体レーザにおいて、波長デチューニングΔλを大きくした上で、これらの半導体レーザをパルス駆動させると、図１２（Ａ），（Ｂ）に示したように、光出力の波形が電流パルス波形と比べて、鈍ってしまうという問題が生じていた。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、波長デチューニングΔλに起因する光出力の波形鈍りを低減することの可能な補正回路ならびにこれを備えた駆動回路および発光装置を提供することにある。また、第２の目的は、波長デチューニングΔλに起因する光出力の波形鈍りを低減することの可能な電流パルス波形の補正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による補正回路は、ＲＣ時定数回路を備えたものである。この補正回路は、面発光型の半導体レーザをパルス駆動する電流源から出力された電流パルスの波形を、ＲＣ時定数回路を用いて半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正するようになっている。
【０００９】
本発明による駆動回路は、面発光型の半導体レーザをパルス駆動する電流源と、上記の補正回路とを備えたものである。本発明による発光装置は、１または複数の面発光型の半導体レーザと、半導体レーザをパルス駆動する電流源と、上記の補正回路とを備えたものである。
【００１０】
本発明による電流パルス波形の補正方法は、面発光型の半導体レーザをパルス駆動する電流源から出力された電流パルスの波形を、ＲＣ時定数回路を含む補正回路を用いて半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正するステップを含むものである。
【００１１】
本発明による補正回路、駆動回路、発光装置、および電流パルス波形の補正方法では、面発光型の半導体レーザをパルス駆動する電流源から出力された電流パルスの波形が、ＲＣ時定数回路を含む補正回路を用いて半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正される。このように、ＲＣ時定数回路を用いることにより、電流パルス波形のうち立ち上がり後の緩やかなスロープの部分だけでなく、立ち上がり時の急激にカーブする部分についても、矩形に近づけることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による補正回路、駆動回路、発光装置、および電流パルス波形の補正方法によれば、ＲＣ時定数回路を用いることにより、電流パルス波形のうち立ち上がり後の緩やかなスロープの部分だけでなく、立ち上がり時の急激にカーブする部分についても、矩形に近づけることができるようにした。これにより、波長デチューニングΔλに起因する光出力の波形鈍りを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る発光装置の概略構成を表す図である。
【図２】図１のレーザ駆動回路の内部構成の一例を表す図である。
【図３】図１のレーザ駆動回路で生成される電流パルス波形の一例を表す図である。
【図４】図１の半導体レーザ装置のＩ−Ｌ特性の一例を表す図である。
【図５】図１の半導体レーザ装置の光出力波形の一例を表す図である。
【図６】図１の半導体レーザ装置の概略構成および熱回路の一例を表す図である。
【図７】熱方程式に含まれる変数について説明するための波形図である。
【図８】（Ａ）熱方程式を解くことにより得られた活性層温度の時間変化と、（Ｂ）実際の測定によって得られた活性層温度と光出力との関係と、（Ｃ）図８（Ａ），（Ｂ）から得られる光出力の時間変化とを表す図である。
【図９】光出力の時間変化の実測値と計算値とを表す図である。
【図１０】図２の電流源の出力波形と、図２の補正回路の出力波形との合成について説明するための波形図である。
【図１１】波長デチューニングと、閾値電流が最小となる素子温度との関係の一例を表す図である。
【図１２】電流パルス波形および光出力のパルス波形の一例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．構成
２．動作
３．原理
４．効果
【００１５】
［構成］
図１は、本発明による一実施の形態に係る発光装置１の概略構成の一例を表したものである。発光装置１は、例えば、図１に示したように、システム制御回路１０、レーザ駆動回路２０、および光学系３０を備えたものである。
【００１６】
システム制御回路１０は、レーザ駆動回路２０を介して半導体レーザ装置３１の駆動を制御するものである。
【００１７】
光学系３０は、例えば、半導体レーザ装置３１、サーミスタ３２、コリメートレンズ３３、および対物レンズ３４を有している。半導体レーザ装置３１は、１または複数の面発光型の半導体レーザ（図示せず）を含んで構成されている。半導体レーザ装置３１に含まれている面発光型の半導体レーザ（以下、単に半導体レーザと称する。）は、例えば、図６に示したように、基板５１上にレーザ構造部５２が設けられたものである。レーザ構造部５２は、一対の多層膜反射鏡（図示せず）で活性層５３を挟み込んだ垂直共振器構造を有しており、上面からレーザ光を射出するようになっている。活性層５３は、例えば、赤色系の材料（例えば、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰ）を含んで構成されている。このとき、活性層５３の発光波長と面発光型の半導体レーザの発振波長との差分である波長デチューニングΔλが１５ｎｍ以上となっている。なお、活性層５３は、他の材料によって構成されていてもよく、例えば、赤外系の材料（例えば、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ）を含んで構成されていてもよい。このとき、波長デチューニングΔλは１３ｎｍ以上となっている。
【００１８】
サーミスタ３２は、半導体レーザの温度を検知（測定）するものである。サーミスタ３２の抵抗値は、半導体レーザの温度に応じて変化する。これにより、サーミスタ３２の抵抗値を読み取ることにより、半導体レーザの温度を検知することが可能となっている。コリメートレンズ３３は、半導体レーザ装置３１から射出されたレーザ光を平行光に整形する光学素子である。対物レンズ３４は、コリメートレンズ３３で平行光化されたレーザ光を集光しつつ、図示しない被照射物に向けて照射する光学素子である。
【００１９】
レーザ駆動回路２０は、半導体レーザに電流を注入し、それにより半導体レーザを発光させるものである。レーザ駆動回路２０は、例えば、図２に示したように、電流源２１と、補正回路２２とを有している。
【００２０】
電流源２１は、半導体レーザをパルス駆動させるものであり、例えば、図３（Ａ）に示したように、矩形状の電流パルス（電流Ｉop-none（ｔ））を出力するようになっている。一方、補正回路２２は、ＲＣ時定数回路２２Ａを有しており、電流源２１から出力された電流パルスの波形を、ＲＣ時定数回路２２Ａを用いて半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正するようになっている。
【００２１】
ＲＣ時定数回路２２Ａは、電流源２１から出力された電流パルス（電流Ｉop-none（ｔ））の波高値を経時的に減衰させる複数の第１時定数回路（図示せず）を含んでいる。各第１時定数回路のＲＣ時定数は、互いに異なっている。具体的には、複数の第１時定数回路のうち少なくとも１つの第２時定数回路（図示せず）のＲＣ時定数は、２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下の範囲内の値となっている。一方、複数の第１時定数回路のうち第２時定数回路以外の１または複数の第３時定数回路（図示せず）のＲＣ時定数は、５０ｎｓｅｃを超える値（典型的には、３００ｎｓｅｃ以上１５００ｎｓｅｃ以下）となっている。補正回路２２は、複数の第１時定数回路を用いて、電流源２１から出力された電流パルスの波高値がＲＣ時定数回路のＲＣ時定数に応じて経時的に減衰するように補正するようになっている。補正回路２２は、例えば、図３（Ｂ）に示したように、波高値が経時的に減衰した電流パルス（電流ＩA（ｔ））を、上述の第１時定数回路を用いて出力するようになっている。
【００２２】
例えば、ＲＣ時定数回路２２Ａが、２つの第１時定数回路を含んでおり、一方の第１時定数回路（第２時定数回路）のＲＣ時定数ＴA1が２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下の範囲内の値となっており、他方の第１時定数回路（第３時定数回路）のＲＣ時定数ＴA2が５０ｎｓｅｃを超える値（典型的には、３００ｎｓｅｃ以上１５００ｎｓｅｃ以下）となっているとする。このとき、補正回路２２は、以下の数１に示すアシスト電流ＩA（ｔ）を出力するようになっている。
【数１】
【００２３】
ここで、κはアシスト電流因子ＶAを電流値に変換する定数である。アシスト電流因子ＶAは、以下の数２で表される。また、数２中のｇ（ｔ）は、以下の数３で表される。ｇ（ｔ）は、電流源２１から出力された電流パルス（電流Ｉop-none（ｔ））の波高値を経時的に減衰させる減衰度を規定するものである。
【数２】
【数３】
【００２４】
νはＲＣ時定数ＴA1に関する項に対する重みであり、アシスト電流ＩA（ｔ）においてＲＣ時定数ＴA1は支配的であることから、０．５よりも大きな値となっている。
【００２５】
数１中のアシスト電流因子ＶAには、素子温度Ｔo（周囲温度）を決定する因子Ｖoと、バイアス電流を決定する因子Ｖibと、動作電流を決定する因子ＶiOPとが含まれている。つまり、補正回路２２は、電流源２１から出力された電流パルスの波高値のピークを、素子温度Ｔo（周囲温度）を決定する因子Ｖoと、バイアス電流を決定する因子Ｖibと、動作電流を決定する因子ＶiOPとに応じて変化させるようになっている。
【００２６】
また、数１中のアシスト電流因子ＶAには、オフセット電圧Ｖoffsetが含まれている。オフセット電圧Ｖoffsetは、例えば、活性層５３の発光波長と面発光型の半導体レーザの発振波長との差分である波長デチューニングΔλのばらつきにより、図４のＡ、Ｂに示したように、Ｉ−Ｌ特性にばらつきが生じ、必要となるアシスト電流ＩA（ｔ）の大きさにばらつきが生じた場合に、そのばらつきを補償するものである。従って、補正回路２２は、オフセット電圧Ｖoffsetの値を調整することにより、電流源２１から出力された電流パルスの波高値のピークを、波長デチューニングΔλの大きさに応じて変化させることが可能となっている。
【００２７】
また、数１中には、κが含まれている。従って、補正回路２２は、アシスト電流因子ＶAを電流値に変換する定数κの値を調整することにより、電流源２１から出力された電流パルスの波高値のピークを変化させることも可能となっている。
【００２８】
ＲＣ時定数回路２２Ａは、電流源２１が電流パルスを連続して出力する場合には、さらに、電流源２１から出力された電流パルスの波高値のピークを調整する複数の第４時定数回路（図示せず）を含んでいる。複数の第４時定数回路は、電流源２１が電流パルスを出力して、半導体レーザを発光させたときに、半導体レーザ内（活性層５３内）に残存する熱因子を考慮するために用いられるものである。これにより、補正回路２２は、複数の第４時定数回路を用いて、電流源２１から出力された電流パルスの波高値を活性層５３の温度変動に対応して変動するように補正することが可能となっている。
【００２９】
各第４時定数回路のＲＣ時定数は、互いに異なっている。具体的には、複数の第４時定数回路のうち少なくとも１つの第５時定数回路（図示せず）のＲＣ時定数Ｔth1は、２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下の範囲内の値となっている。一方、複数の第４時定数回路のうち第５時定数回路以外の１または複数の第６時定数回路（図示せず）のＲＣ時定数Ｔth2は、５０ｎｓｅｃを超える値（典型的には、３００ｎｓｅｃ以上１５００ｎｓｅｃ以下）となっている。
【００３０】
例えば、ＲＣ時定数回路２２Ａが、２つの第４時定数回路を含んでおり、一方の第１時定数回路（第５時定数回路）のＲＣ時定数Ｔth1が２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下の範囲内の値となっており、他方の第４時定数回路（第６時定数回路）のＲＣ時定数Ｔth2が５０ｎｓｅｃを超える値（典型的には、３００ｎｓｅｃ以上１５００ｎｓｅｃ以下）となっているとする。このとき、補正回路２２は、以下の数４に示すアシスト電流ＩA（ｔ）を出力するようになっている。
【数４】
【００３１】
数４中のＩmax（ｔ）は、以下の数５で表される。Ｉmax（ｔ）は，アシスト電流ＩA（ｔ）の最大値を規定するものである。数５中のｆ（ｔ）は、以下の数６で表される。ｆ（ｔ）は、半導体レーザ内（活性層５３内）に残存する熱因子の変動に対応した変動を示すものである。従って、補正回路２２は、まるで、活性層５３の温度変動をリアルタイムにモニタリングしているかのような、精度の高い補正を行うことを可能にしている。
【数５】
【数６】
【００３２】
ｕはＲＣ時定数Ｔth1に関する項に対する重みであり、アシスト電流ＩA（ｔ）においてＲＣ時定数Ｔth1は支配的であることから、０．５よりも大きな値となっている。 数６中の左辺に含まれるｔは、半導体レーザをオンオフ駆動したときのオン期間の開始時点またはオフ期間の開始時点を指している。
【００３３】
レーザ駆動回路２０では、例えば、図２に示したように、電流源２１および補正回路２２の出力端子は互いに接続されている。従って、レーザ駆動回路２０は、電流源２１の出力と、補正回路２２の出力とを互いに重ね合わせた電流パルス（Ｉop（ｔ）＝Ｉop-none（ｔ）＋ＩA（ｔ））を出力するようになっている。これにより、例えば、電流源２１の出力だけを半導体レーザに印加したときに、半導体レーザの光出力のパルス波形が、図５（Ａ）に示したように、電流源２１から出力された電流パルスの波形と比べて鈍ってしまう場合に、電流源２１の出力と、補正回路２２の出力とを互いに重ね合わせた電流パルスを半導体レーザに印加することにより、例えば、図５（Ｂ）に示したように、半導体レーザの光出力のパルス波形を矩形に近づけることが可能となる。
【００３４】
［動作］
このような構成の発光装置１では、電流源２１から矩形状の電流パルス（電流Ｉop-none（ｔ））が出力される（図１０（Ａ））。このとき、補正回路２２では、ＲＣ時定数回路２２Ａを用いて、電流源２１から出力された電流パルス（電流Ｉop-none（ｔ））の波高値を経時的に減衰させる減衰度を規定するｇ（ｔ）や、半導体レーザ内（活性層５３内）に残存する熱因子の変動に対応した変動を示すｆ（ｔ）（図１０（Ｂ））、アシスト電流ＩA（ｔ）の最大値を規定するＩmax（ｔ）が導出される（図１０（Ｃ））。続いて、補正回路２２において、半導体レーザをオンオフ駆動したときのオン期間の開始時点（ｔ2n）でＩmax（ｔ2n）の値を保持し、さらに、その値を起点にしてｇ（ｔ）に従って減衰させるアシスト電流ＩA（ｔ）が導出されたのち（図１０（Ｄ））、補正回路２２からアシスト電流ＩA（ｔ）が出力される。その後、レーザ駆動回路２０によって、電流源２１の出力と、補正回路２２の出力とを互いに重ね合わせた電流パルス（Ｉop（ｔ）＝Ｉop-none（ｔ）＋ＩA（ｔ））が半導体レーザ装置３１に印加される（図１０（Ｅ））。これにより、半導体レーザ装置３１から、例えば、図５（Ｂ）に示したような矩形状の光出力が外部に射出される。
【００３５】
［原理］
次に、半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づく理由について説明する。図６は、半導体レーザ装置３１に含まれている面発光型の半導体レーザの熱回路を表したものである。基板５１の温度をＴo、熱容量をＣth、熱抵抗をＲth、任意の時刻ｔにおける活性層５３の温度（活性層温度）をＴact（ｔ）、バイアス電流（＜閾値電流）による素子温度の上昇量をＴel（ｔ）、注入したエネルギーをＰel、光出力をＰoutとすると、活性層温度Ｔact（ｔ）に関する熱方程式は、以下の数７，数８のように表される。なお、ＲthＣthは熱時定数である。
【数７】
【数８】
【００３６】
上記の数７，数８を解くと、上記の数７，数８は、以下の数９，数１０に変形することができる。
【数９】
【数１０】
【００３７】
数９中のｔ2n（ｎは０以上の整数）は、図７に示したように、半導体レーザをオンオフ駆動したときのオン期間の開始時点を指している。一方、数１０中のｔ2n+1は、図７に示したように、半導体レーザをオンオフ駆動したときのオフ期間の開始時点を指している。数９中のτは、数９のＴact(ｔ)と数１０のＴact(ｔ)とを連続に保つ係数である。なお、熱時定数ＲthＣthの値を１μｓｅｃとしたときに、数９，数１０をグラフに表すと、図８（Ａ）のようになる。
【００３８】
ところで、一般に、面発光型の半導体レーザでは、キャビティ長が１λ〜２λ（λは発振波長）程度と、極めて微小であることから、発振波長はキャビティ長によって固定される。そのため、面発光型の半導体レーザは、活性層５３の発光波長（利得が最大となる波長）とは異なる波長で発振することが可能である。従って、波長デチューニングΔλの設計しだいで、閾値電流が最小となる素子温度を任意に選択することができる。もっとも、現実的には、閾値電流が最小となる素子温度は、０℃〜６０℃の範囲内の値となる。
【００３９】
高温側で十分な光出力を得たい場合には、波長デチューニングΔλを大きく設計する必要がある。例えば、活性層５３が赤色系の材料（ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰ）を含んで構成された６６０ｎｍ〜６８０ｎｍ帯の面発光型の半導体レーザでは、波長デチューニングΔλを１９ｎｍ程度にすれば、素子温度Ｔoが５０℃程度で、閾値電流が極小となる。ところで、閾値電流が温度依存性を持つということは、一定電流下の光出力もまた、温度依存性を持つということである。例えば、図８（Ｂ）に示したように、波長デチューニングΔλが１９ｎｍで設計された面発光型の半導体レーザの場合には、素子温度Ｔoが５０℃ぐらいで最大の光出力となり、素子温度Ｔoが５０℃前後である場合には、光出力が減少する。これにより、光出力の時間変化を描くことができる。図８（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、ＡからＢに移行するときには、活性層温度Ｔact（ｔ）が上昇すると共に、光出力Ｐoutも上昇し、電流がオフしている期間にＢからＣに移行すると、活性層温度Ｔact（ｔ）が減少し、このタイミングで光出力Ｐoutがゼロとなる。
【００４０】
このように、熱方程式と、光出力Ｐoutの活性層温度依存性とから、光出力Ｐoutの時間変化を導くことができる。そこで、例えば、図９に示したように、この結果（計算値）と、実際の測定によって得られた光波形（実測値）とを比較してみた。すると、熱時定数ＲthＣthを８００ｎｓｅｃとしたときに、両者が、パルス立ち上がり後、数１００ｎｓｅｃ以降において一致することがわかった。しかし、パルス立ち上がり時においては、両者は一致しないことがわかった。パルス立ち上がり時は、熱時定数ＲthＣthが８００ｎｓｅｃよりも一桁以上小さな値（おおよそ、２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下）で変化していることがわかった。
【００４１】
光波形に２つの時定数が存在するのは、パルス立ち上がり後と、パルス立ち上がり時とにおいて、面発光型の半導体レーザにおける発熱状態が異なっているのが原因である考えられる。パルス立ち上がり後では、面発光型の半導体レーザにおけるメサ全体が発熱しており、そのために時定数が大きくなっていると考えられる。一方、パルス立ち上がり時では、活性層が局所的に発熱しており、そのために時定数が小さくなっていると考えられる。熱方程式は、メサ全体が発熱していることを前提としていることから、パルス立ち上がり時の光波形を正確に表現しきれていない。
【００４２】
［効果］
そこで、本実施の形態では、上述したように、補正回路２２内のＲＣ時定数回路２２Ａにおいて、時定数の互いに異なる複数の時定数回路（第２時定数回路、第３時定数回路）が設けられている。これにより、面発光型の半導体レーザをパルス駆動する電流源２１から出力された電流パルスの波形を、ＲＣ時定数回路２２Ａを含む補正回路２２を用いて半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正することができる。このように、本実施の形態では、ＲＣ時定数回路２２Ａを用いることにより、電流源２１から出力された電流パルスの波形のうち立ち上がり後の緩やかなスロープの部分だけでなく、立ち上がり時の急激にカーブする部分についても、矩形に近づけることができる。その結果、波長デチューニングΔλに起因する光出力の波形鈍りを低減することができる。
【００４３】
また、本実施の形態では、補正回路２２において、電流源２１から出力された電流パルスの波高値のピークが、素子温度Ｔo（周囲温度）を決定する因子Ｖoに応じて変化する。これにより、環境温度（例えば、プリンタ筐体内の温度）が変化し、それに伴って波長デチューニングΔλに変化が生じた場合であっても、光出力の波形鈍りを低減することができる。
【００４４】
また、本実施の形態では、補正回路２２において、電流源２１から出力された電流パルスの波高値が活性層５３の温度変動に対応して変動する。これにより、電流源２１から電流パルスが連続して出力され、半導体レーザ内（活性層５３内）に熱因子が残存している場合であっても、当該電流パルスの波高値の補正量を適切な値に設定することができる。その結果、電流源２１が電流パルスを連続して出力しているときであっても、光出力の波形鈍りを低減することができる。
【００４５】
また、本実施の形態では、補正回路２２において、オフセット電圧Ｖoffsetの値を調整するか、または、アシスト電流因子ＶAを電流値に変換する定数κの値を調整することにより、電流源２１から出力された電流パルスの波高値のピークを、波長デチューニングΔλの大きさに応じて変化させることが可能となっている。いずれの値を調整するかは、温度変化に対する光出力の変動の傾向から判断することが好ましい。例えば、製造バラツキによって、面発光型の半導体レーザの電流狭窄径が所望の値よりも大きくなってしまったとする。この場合には、温度変化に対する光出力の変動量が大きくなる（つまり、光出力の温度依存性が高くなる）ので、定数κの値を調整することが好ましい。また、例えば、製造バラツキによって、面発光型の半導体レーザの波長デチューニングΔλが大きくなったとする。この場合には、光出力が最大となる温度が高温側にシフトする（つまり、光出力の温度依存性が高温側にシフトする）ので、オフセット電圧Ｖoffsetの値を調整することが好ましい。このように、本実施の形態では、温度変化に対する光出力の変動の傾向に基づいて、好ましい補正方法を選択することができるので、光出力の波形鈍りを確実に低減することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１…発光装置、１０…システム制御回路、２０…レーザ駆動回路、２１…電流源、２２…補正回路、２２Ａ…ＲＣ時定数回路、３０…光学系、３１…半導体レーザ装置、３２…サーミスタ、３３…コリメートレンズ、３４…対物レンズ、５１…基板、５２…レーザ構造部、５３…活性層、ｆ（ｔ）…変動、ｇ（ｔ）…減衰度、ＩA（ｔ）…アシスト電流、Ｉop-none（ｔ）…電流、Ｉmax（ｔ）…最大値、Ｐel…エネルギー、Ｐout…光出力、ＲthＣth…熱時定数、ｔ2n…オン期間の開始時点、ｔ2n+1…オフ期間の開始時点、Ｔact（ｔ）…活性層温度、Ｔel（ｔ）…素子温度の上昇量、ＴA1，ＴA2，Ｔth1，Ｔth2…時定数、Ｔo…素子温度、ＶA…アシスト電流因子、Ｖib，ＶiOP，Ｖo…因子、Ｖoffset…オフセット電圧、Δλ…波長デチューニング、κ…定数、ν…重み。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＣ時定数回路を有し、面発光型の半導体レーザをパルス駆動する電流源から出力された電流パルスの波形を、前記ＲＣ時定数回路を用いて前記半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正する
補正回路。
【請求項２】
前記電流パルスの波形を、前記電流パルスの波高値が前記ＲＣ時定数回路のＲＣ時定数に応じて経時的に減衰するように補正する
請求項１に記載の補正回路。
【請求項３】
前記ＲＣ時定数回路は、前記電流パルスの波高値を経時的に減衰させる複数の第１時定数回路を含み、
各第１時定数回路のＲＣ時定数は、互いに異なっており、
前記複数の第１時定数回路のうち少なくとも１つの第２時定数回路のＲＣ時定数は、２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下の範囲内の値となっており、
前記複数の第１時定数回路のうち前記第２時定数回路以外の１または複数の第３時定数回路のＲＣ時定数は、５０ｎｓｅｃを超える値となっている
請求項２に記載の補正回路。
【請求項４】
前記半導体レーザは、一対の多層膜反射鏡で活性層を挟み込んだ垂直共振器構造を有し、
当該補正回路は、前記電流パルスの波形を、前記電流パルスの波高値が前記活性層の温度変動に対応して変動するように補正する
請求項３に記載の補正回路。
【請求項５】
前記ＲＣ時定数回路は、前記電流パルスの波高値のピークを調整する複数の第４時定数回路を含み、
各第４時定数回路のＲＣ時定数は、互いに異なっており、
前記複数の第４時定数回路のうち少なくとも１つの第５時定数回路のＲＣ時定数は、２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下の範囲内の値となっており、
前記複数の第４時定数回路のうち前記第５時定数回路以外の１または複数の第６時定数回路のＲＣ時定数は、５０ｎｓｅｃを超える値となっている
請求項４に記載の補正回路。
【請求項６】
当該補正回路は、前記電流パルスの波高値のピークを、周囲温度、バイアス電流、および駆動電流に応じて変化させる
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の補正回路。
【請求項７】
前記半導体レーザは、一対の多層膜反射鏡で活性層を挟み込んだ垂直共振器構造を有し、
当該補正回路は、前記電流パルスの波高値のピークを、前記活性層の発光波長と前記垂直共振器構造の発振波長との差分である波長デチューニングの大きさに応じて変化させる
請求項６に記載の補正回路。
【請求項８】
当該補正回路は、周囲温度、バイアス電流、および駆動電流に応じて設定された電圧値を電流値に変換する変換定数の値を調整することにより、前記電流パルスの波高値のピークを変化させる
請求項６に記載の補正回路。
【請求項９】
前記活性層は、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰを含み、
前記活性層の発光波長と前記垂直共振器構造の発振波長との差分である波長デチューニングが、１５ｎｍ以上となっている
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の補正回路。
【請求項１０】
前記活性層は、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓを含み、
前記活性層の発光波長と前記垂直共振器構造の発振波長との差分である波長デチューニングが、１３ｎｍ以上となっている
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の補正回路。
【請求項１１】
面発光型の半導体レーザをパルス駆動する電流源と、
ＲＣ時定数回路を有し、前記電流源から出力された電流パルスの波形を、前記ＲＣ時定数回路を用いて前記半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正する補正回路と
を備えた駆動回路。
【請求項１２】
１または複数の面発光型の半導体レーザと、
前記半導体レーザをパルス駆動する電流源と、
ＲＣ時定数回路を有し、前記電流源から出力された電流パルスの波形を、前記ＲＣ時定数回路を用いて前記半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正する補正回路と
を備えた発光装置。
【請求項１３】
面発光型の半導体レーザをパルス駆動する電流源から出力された電流パルスの波形を、ＲＣ時定数回路を含む補正回路を用いて前記半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正する
電流パルス波形の補正方法。
【請求項１】
ＲＣ時定数回路を有し、面発光型の半導体レーザをパルス駆動する電流源から出力された電流パルスの波形を、前記ＲＣ時定数回路を用いて前記半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正する
補正回路。
【請求項２】
前記電流パルスの波形を、前記電流パルスの波高値が前記ＲＣ時定数回路のＲＣ時定数に応じて経時的に減衰するように補正する
請求項１に記載の補正回路。
【請求項３】
前記ＲＣ時定数回路は、前記電流パルスの波高値を経時的に減衰させる複数の第１時定数回路を含み、
各第１時定数回路のＲＣ時定数は、互いに異なっており、
前記複数の第１時定数回路のうち少なくとも１つの第２時定数回路のＲＣ時定数は、２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下の範囲内の値となっており、
前記複数の第１時定数回路のうち前記第２時定数回路以外の１または複数の第３時定数回路のＲＣ時定数は、５０ｎｓｅｃを超える値となっている
請求項２に記載の補正回路。
【請求項４】
前記半導体レーザは、一対の多層膜反射鏡で活性層を挟み込んだ垂直共振器構造を有し、
当該補正回路は、前記電流パルスの波形を、前記電流パルスの波高値が前記活性層の温度変動に対応して変動するように補正する
請求項３に記載の補正回路。
【請求項５】
前記ＲＣ時定数回路は、前記電流パルスの波高値のピークを調整する複数の第４時定数回路を含み、
各第４時定数回路のＲＣ時定数は、互いに異なっており、
前記複数の第４時定数回路のうち少なくとも１つの第５時定数回路のＲＣ時定数は、２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下の範囲内の値となっており、
前記複数の第４時定数回路のうち前記第５時定数回路以外の１または複数の第６時定数回路のＲＣ時定数は、５０ｎｓｅｃを超える値となっている
請求項４に記載の補正回路。
【請求項６】
当該補正回路は、前記電流パルスの波高値のピークを、周囲温度、バイアス電流、および駆動電流に応じて変化させる
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の補正回路。
【請求項７】
前記半導体レーザは、一対の多層膜反射鏡で活性層を挟み込んだ垂直共振器構造を有し、
当該補正回路は、前記電流パルスの波高値のピークを、前記活性層の発光波長と前記垂直共振器構造の発振波長との差分である波長デチューニングの大きさに応じて変化させる
請求項６に記載の補正回路。
【請求項８】
当該補正回路は、周囲温度、バイアス電流、および駆動電流に応じて設定された電圧値を電流値に変換する変換定数の値を調整することにより、前記電流パルスの波高値のピークを変化させる
請求項６に記載の補正回路。
【請求項９】
前記活性層は、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰを含み、
前記活性層の発光波長と前記垂直共振器構造の発振波長との差分である波長デチューニングが、１５ｎｍ以上となっている
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の補正回路。
【請求項１０】
前記活性層は、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓを含み、
前記活性層の発光波長と前記垂直共振器構造の発振波長との差分である波長デチューニングが、１３ｎｍ以上となっている
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の補正回路。
【請求項１１】
面発光型の半導体レーザをパルス駆動する電流源と、
ＲＣ時定数回路を有し、前記電流源から出力された電流パルスの波形を、前記ＲＣ時定数回路を用いて前記半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正する補正回路と
を備えた駆動回路。
【請求項１２】
１または複数の面発光型の半導体レーザと、
前記半導体レーザをパルス駆動する電流源と、
ＲＣ時定数回路を有し、前記電流源から出力された電流パルスの波形を、前記ＲＣ時定数回路を用いて前記半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正する補正回路と
を備えた発光装置。
【請求項１３】
面発光型の半導体レーザをパルス駆動する電流源から出力された電流パルスの波形を、ＲＣ時定数回路を含む補正回路を用いて前記半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正する
電流パルス波形の補正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−７１３３０（Ｐ２０１１−７１３３０Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２１２５５（Ｐ２００９−２２１２５５）
【出願日】平成２１年９月２５日（２００９．９．２５）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２５日（２００９．９．２５）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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