半导体激光器驱动装置、半导体激光器驱动方法、光发送装置、光布线模块、以及电子设备的制作方法

专利名称：半导体激光器驱动装置、半导体激光器驱动方法、光发送装置、光布线模块、以及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在以便携电话为首的信息传递装置内的电路基板之间，通过光信号的传输进行数据通信时，用作光源的半导体激光器的驱动装置。

背景技术：
当前，光通信、光网络(network)、光互连(interconnection)等，能够高速进行大容量的数据通信的光通信网正在扩大。并且，在通过光通信网进行电子设备内的基板之间的数据通信的情况下，例如通过以下所述的方法来进行通信。
即，通过光布线模块来连接电子设备内的多个基板。并且，在所述多个基板之间经由所述光布线模块来传输例如1GHz的光信号，从而进行基板之间的数据通信。
并且，在近几年，关注着使用面发光半导体激光器，作为通过这样的方法来形成光通信网时的光源的方法。
面发光半导体激光器通称为VCSEL(Vertical Cavity Surface EmittingLaser垂直腔面发射激光器)，是对半导体晶片垂直射出的激光。该面发光半导体激光器与以往使用的端面发光型(对半导体晶片平行射出的激光)相比，用低耗电获得高光输出，或者能够容易地生成一维或二维阵列，所以具有能够适用于多通道的光通信网等各种优点。因此，以光纤、光LAN(localarea network本地网络)为首，还期待面发光半导体激光器优选用作多通道的光互连、二维的并列光运算用的光源。
另外，如上所述那样，光通信网能够适用于各种各样的领域中，在各种条件下使用。因此，面发光半导体激光器被要求在任何条件下都能够良好地驱动。并且，为此，当然需要面发光半导体激光器本身的改良，但与此同时，也必须充分考虑用于驱动面发光半导体激光器的方法。
这里，使用图21简单说明一般的面发光半导体激光器的驱动方法。
图21(a)是表示在发送侧的面发光半导体激光器的输出光的功率与电流值的关系的图。
如图21(a)所示那样，面发光半导体激光器若超过阈值电流，则开始振荡动作。面发光半导体激光器若开始振荡动作，则使用偏置电流(用于输出“0”的信号而必要的电流值以下的电流)和在振荡时在光信号的调制动作时产生的驱动电流(调制电流，用于输出“0”的信号而必要的电流值以上且用于输出“1”的信号而必要的电流值以下的电流)进行直接调制。即，通过切换偏置电流和驱动电流，生成“1”和“0”的2值的信号。并且，将通过直接调制而生成的所述2值的信号传输到接收侧。
此外，图21(b)是表示在接收侧的面发光半导体激光器的传输特性的图。
具体地说，图21(b)被称为“眼孔图样(eye pattern)”，其图示了所述2值的信号的上升和下降的情况。该眼孔图样是，将接收侧接收到所述“0”的信号时的接收特性和接收到“1”的信号时的接收特性重合的图。如图21(b)所示那样，在眼孔图样的开口率比较大的情况下，在发送侧将电信号作为光信号来输出为止的时间(振荡延迟时间)较短，在接收侧能够获得良好的传输特性。相反，若振荡延迟时间变长，则眼孔图样的开口率减小。并且，这意味着在接收侧的信号质量混乱。另外，眼孔图样的开口率，意味着根据在眼孔图样中，用于表示在接收侧接收到所述“0”的信号时的接收特性和接收到“1”的信号时的接收特性的两个波形，如看到的那样被包围的部分，根据六角形的图样(被称为眼罩)，各规格粗略的标准被规定。
在面发光半导体激光器中，偏置电流和阈值电流之间的关系对动态特性产生较大影响。通常，偏置电流比阈值电流越大，则作为光信号的输出光的消光比(ON状态的输出光的功率与OFF状态的输出光的功率之比)越小，特性恶化。相反，偏置电流比阈值电流越小，则振荡延迟时间越长。即，接收侧的传输特性混乱，对数据通信产生不合适的情况。
除此之外，阈值电流对温度的依赖性非常强，即使是得到相同的输出光的功率，也根据用于驱动面发光半导体激光器的温度(驱动温度)，阈值电流大不相同。
如上所述，为了良好地驱动面发光半导体激光器而与驱动温度的变化无关，需要充分适当地设定偏置电流和阈值电流以及驱动电流之间的关系。
这里，简单说明考虑了偏置电流和阈值电流以及驱动电流之间的关系的驱动方法的公知例子，则举出例如以下的两个方法。
第1个方法是，如在专利文献1中公开的发明那样，通过APC(automaticpower control自动功率控制)电路，偏置电流保持一定电流值。并且，根据将多个线性特性合成来表示驱动电流的温度特性，根据exp函数来近似驱动电流本身的特性。此外，第2个方法是，如在专利文献2中公开的发明那样，各自通过两个电流源来驱动偏置电流和驱动电流的一个或者两个。并且，根据exp函数来近似这些温度特性和电流特性。通过这些方法，能够用exp函数来表现阈值电流和倾斜(slope)效率(将电流值从偏置电流上升到驱动电流时的、相对于电流值的变动的输出光的功率的变动的斜率)。并且，通过对应于驱动温度来控制这些电流值，输出光的功率成为一定而与驱动温度的变化无关。
但是，所述在专利文献1、2中公开的发明存在在阈值电流具有不能用exp函数近似的温度特性的情况下不能适用的问题。此外，在阈值电流的温度特性和倾斜效率的温度特性大不相同的情况下，存在输出光的功率进一步变得不稳定的问题。
因此，作为解决这样的问题的方法，在专利文献3中，公开了关于以对消光比和振荡延迟时间确保期望的值的同时能够降低驱动电流作为目的的半导体激光器的驱动方法的发明。
在专利文献3公开的发明中，首先，设定以下条件[A]～[C]。
条件[A]在驱动范围中，将温度维持规定值以下(驱动温度范围) 条件[B]在驱动温度范围的下限，将消光比设为一定 条件[C]在驱动温度范围的上限，将振荡延迟时间设为一定 具体地说，分别设定作为所述条件[A]，决定由激光器的可靠性等的条件而决定的活性层温度的上限的算式[A] Toh+ΔT(Id)＜TH ......(A)， 作为所述条件[B]，决定在驱动温度范围下限温度下的消光比一定的条件的算式[B] [Ib+Id-Ith(TL)]/[Ib-Ith(TL)]≥R ......(B)， 作为所述条件[C]，决定在驱动温度范围上限温度下的振荡延迟时间一定的条件的算式[C] Td≤T0......(C)。
(其中，Toh周围温度的上限、ΔT(Id)对半导体激光器流过驱动电流Id而引起的活性层的温度上升、TH由可靠性等的条件所决定的活性层的温度应满足的上限、R期望的消光比、Ib偏置电流、Id驱动电流、Ith(TL)在适用温度范围中下限温度下的阈值电流、Td振荡延迟时间、T0期望的振荡延迟时间)。
并且，将偏置电流和驱动电流的电流值固定为满足这些条件[A]～[C]全部的电流值。
通过这样的驱动方法，在专利文献3中，对消光比和振荡延迟时间，能够确保光通信网所期望的值的同时降低驱动电流，并且将输出光的功率设为一定。
专利文献1日本公开特许公报“特开平3-133187号公报(
公开日1991年6月6日)” 专利文献2日本公开特许公报“特开平10-209538号公报(
公开日1998年8月7日)” 专利文献3日本公开特许公报“特开平5-190947号公报(
公开日1993年7月30日)”

发明内容
但是，在专利文献3中公开的技术存在难以降低耗电的问题。
即，在专利文献3中，根据确保期望的消光比并且充分地降低振荡延迟时间所必须的所述条件[A]～[C]，设定偏置电流和驱动电流的电流值的区域。并且，将驱动电流值和偏置电流值分别固定为在所述区域内的最小的驱动电流值以及成为该驱动电流时的偏置电流值。
此时，在驱动温度为高温的情况下，偏置电流小于阈值电流以下。并且，若偏置电流小于阈值电流，则产生在进行1Gbps级的高速传输时发生振荡延迟，不能进行激光器的驱动本身，不能进行传输的不合适的情况。
此外，为了防止这种不合适的情况，需要增加偏置电流，但若增加偏置电流，则如上所述那样，消光比变小。因此，在驱动温度为低温时，为确保消光比而最低所需的驱动电流变得极大，这样，产生耗电大幅增加的问题。
另外，作为对这样的驱动温度和偏置电流之间产生的问题的应对方法，考虑附加APC电路或ATC(automatic temperature control自动温度控制)电路的方法。但是，这些APC电路或ATC电路的电路结构复杂，并且电路规模也比较大，所以在附加了这些电路的情况下，耗电、成本、装置整体的规模全部增大。因此，不适合导入以便携电话为首的面向一般消费者的信息传递装置中。
本发明是鉴于上述的问题点而完成的，其目的在于，能够提供一种可进行半导体激光器的低成本化、省空间化、低功率化，并且在半导体激光器的驱动中，能够在全部驱动温度范围，在接收侧获得良好的传输特性和光输出的半导体激光器驱动装置。
为了解决上述课题，本发明的半导体激光器驱动装置的特征在于，包括驱动部件，通过基于调制信号对半导体激光器施加偏置电流或者偏置电流和驱动电流，从该半导体激光器输出光信号；以及输出调整部件，控制在所述驱动部件施加的偏置电流值和驱动电流值，所述输出调整部件包括偏置电流设定部件，基于所述半导体激光器的驱动温度，设定该偏置电流值，使得相对于该驱动温度的偏置电流值的温度特性成为具有0以外的斜率的函数；以及驱动电流设定部件，基于所述驱动温度，设定该驱动电流值，使得相对于该驱动温度的驱动电流值的温度特性成为具有0以外的斜率的函数，将所述偏置电流值的温度特性和所述驱动电流值的温度特性设为互不相同的函数。
此外，为了解决上述课题，本发明的半导体激光器驱动方法的特征在于，包括驱动步骤，通过基于调制信号对半导体激光器施加偏置电流或者偏置电流和驱动电流，从该半导体激光器输出光信号；以及输出调整步骤，控制在所述驱动步骤施加的所述偏置电流值和驱动电流值，在所述输出调整步骤中，基于所述半导体激光器的驱动温度，设定该偏置电流值，使得相对于该驱动温度的偏置电流值的温度特性成为具有0以外的斜率的函数，并且，基于所述驱动温度，设定该驱动电流值，使得相对于该驱动温度的驱动电流值的温度特性成为具有0以外的斜率的函数，将所述偏置电流值的温度特性和所述驱动电流值的温度特性设为互不相同的函数。
根据上述结构，基于半导体激光器自身的驱动温度(驱动温度)，设定偏置电流值，使得相对于驱动温度的偏置电流值的温度特性成为具有0以外的斜率。此外，根据上述结构，基于驱动温度，设定驱动电流值，使得相对于驱动温度的驱动电流值的温度特性成为具有0以外的斜率的函数。
在以往的结构的情况下，驱动温度在高温时发生振荡延迟，在低温时通过消光比降低而耗电增加。
另一方面，本发明的半导体激光器驱动装置控制偏置电流值，使得相对于驱动温度的偏置电流值的温度特性成为具有0以外的斜率的线性函数。
因此，能够通过以稳定的传输特性驱动半导体激光器所必须的最低限的偏置电流值，驱动半导体激光器。即，在需要大的偏置电流的情况下，通过增加偏置电流值，从而能够降低振荡延迟的危险性。此外，在也可以是小的偏置电流的情况下，能够通过减小偏置电流值来降低耗电。
此外，偏置电流值的温度特性和驱动电流值的温度特性分别成为不同的函数。以下，说明其理由。
在以往使用的端面发光型的半导体激光器中，一般，阈值电流值的温度特性是基于与倾斜效率的温度特性相同的参数(半导体激光器的最大增益的温度特性)决定，所以阈值电流和倾斜效率的温度特性被认为具有大致相同的特性。因此，在端面发光型的半导体激光器中，无需将偏置电流值的温度特性和驱动电流值的温度特性设为分别不同的函数。
另一方面，在适合用于本发明的面发光半导体激光器中，倾斜效率的温度特性和阈值电流值的温度特性基于互不相同的参数而决定。
具体地说，与所述端面发光型的半导体激光器相同地，倾斜效率的温度特性也基于面发光半导体激光器的最大增益的温度特性而决定。另一方面，阈值电流的温度特性是基于面发光半导体激光器的最大增益的温度特性和增益频谱的温度特性而决定。这样，阈值电流值的温度特性在纵轴为该阈值电流值且横轴为该驱动温度的坐标中成为向下凸出的曲线(即，阈值电流的温度特性具有极值)的情况较多。
因此，阈值电流值的温度特性具有与倾斜效率的温度特性不同的温度特性。并且，在阈值电流的温度特性和倾斜效率的温度特性不同的情况下，通过将偏置电流值和驱动电流值设为互不相同的函数，从而能够抑制由驱动温度的变化所引起的、面发光半导体激光器的输出光的功率的变动的情况较多。
以上所述，偏置电流的温度特性和驱动电流的温度特性设为互不相同的函数较重要。并且，在本发明的半导体激光器驱动装置中，通过使用驱动部件和输出调整部件，从而能够分别独立决定偏置电流值和驱动电流值。即，在本发明的半导体激光器驱动装置中，通过使用驱动部件和输出调整部件，从而能够将偏置电流值和驱动电流值分别设为不同的函数。
因此，起到可进行半导体激光器的低成本化、省空间化、低功率化，并且在半导体激光器的驱动中，能够在全部驱动温度范围，在接收侧获得良好的传输特性和光输出的效果。
此外，本发明的半导体激光器驱动装置的特征也可以是，所述输出调整部件的偏置电流设定部件设定该偏置电流值，使得所述偏置电流值的温度特性成为具有0以外的斜率的线性函数。此外，本发明的半导体激光器驱动装置的特征也可以是，所述输出调整部件的偏置电流设定部件设定该偏置电流值，使得所述偏置电流值的温度特性成为至少包括第一线性函数和第二线性函数的函数，所述第一线性函数在从驱动温度范围内的下限温度到该驱动温度范围内的规定的温度为止之间线性变化，所述第二线性函数在从该规定的温度到该驱动温度范围内的上限温度为止之间线性变化，并且其斜率与该第一线性函数不同。
根据上述结构，偏置电流设定部件能够通过一个线性函数或者多个线性函数的组合，设定偏置电流值的温度特性。因此，能够通过使用了电阻等的简单的电路，构成偏置电流设定部件，并且，所述特性可以通过适当地变更电阻的设定值来进行设定。
即，在本发明的半导体激光器驱动方法中，无需使用APC电路、ATC电路等来控制偏置电流值。因此，能够抑制电路结构的复杂化和电路规模的增大。因此，本发明的半导体激光器驱动方法能够抑制耗电、成本、装置整体的规模的增大。
此外，在设定该偏置电流值，使得偏置电流值的温度特性成为包含所述第一线性函数和第二线性函数的函数(即，多个线性函数的组合)的情况下，通过适当地设定该多个线性函数的斜率，从而能够削减进一步的耗电。例如，通过将偏置电流值的温度特性成为由第一线性函数和第二线性函数组成的温度特性，其中，所述第一线性函数和所述第二线性函数在驱动温度范围内的上限和下限中的偏置电流值与规定的线性函数(另外，设为该规定的线性函数为在驱动温度范围全部区域中线性的函数)相同，并且所述第一线性函数的斜率比第二线性函数的斜率还小，从而能够与该规定的线性函数相比还降低由偏置电流所引起的耗电。
此外，本发明的半导体激光器驱动装置能优选用作，相对于自身的驱动温度的阈值电流值的温度特性在纵轴为该阈值电流值且横轴为该驱动温度的坐标中成为向下凸出的曲线的半导体激光器的驱动装置。另外，相对于该半导体激光器的驱动温度的阈值电流值的温度特性的极值，能够根据该半导体激光器的外延(epitaxial)结构和谐振器长度而任意地设定。
此外，本发明的半导体激光器驱动装置的特征在于，所述输出调整部件的驱动电流设定部件设定该驱动电流值，使得所述驱动电流值的温度特性成为具有0以外的斜率的线性函数。
作为将驱动电流值相对于驱动温度以非线性地改变，进一步，将驱动电流值与驱动温度无关地任意地改变的结构，例如举出使用APC电路的情况。但是，如上所述那样，这种电路的电路结构复杂，并且电路规模也比较大。因此，在使用了这种电路的情况下，由于耗电、成本、装置整体的规模全部增加，所以不优选。
因此，期望驱动电流设定部件构成为，设定驱动电流值，使得驱动电流值的温度特性相对于驱动温度成为线性的函数。根据这样的结构，驱动电流设定部件能够通过使用了电阻等的非常简单的电路来实现，所以能够抑制耗电、成本以及装置整体的规模的增加。
此外，本发明的半导体激光器驱动装置的特征在于，所述输出调整部件的偏置电流设定部件将所述偏置电流值的温度特性Ib(T)设定为Ib(T)＝rb·(T-Tr)+Ib(Tr)，将所述偏置电流值的温度特性的斜率rb设定为rb＝[Ith(Th)-Ith(Tl)±γ]/ΔT。其中，T是驱动温度、Tr是常温、Ib(Tr)是在常温Tr下的偏置电流，Ith(Th)是在驱动温度范围内的上限温度Th下的半导体激光器的阈值电流值、Ith(Tl)是在驱动温度范围内的下限温度Tl下的上述半导体激光器的阈值电流值、ΔT是驱动温度范围(即，Th-Tl)、γ是规定的偏置电流值，并且设定为Ith(Th)-Ith(Tl)±γ≠0。
根据上述结构，本发明的半导体激光器驱动装置的输出调整部件通过偏置电流设定部件，将偏置电流值的温度特性Ib(T)和偏置电流值的温度特性的斜率rb设定为满足上述算式的值。这样，偏置电流值成为在驱动温度范围的上限和下限中，不会产生由振荡延迟所引起的数据通信的不合适的程度的大小。在面发光半导体激光器中，阈值电流值的温度特性具有极值的情况较多。因此，在驱动温度范围内阈值电流成最大的温度成为驱动温度范围内的上限温度Th或者驱动温度范围内的下限温度Tl。因此，本发明的半导体激光器驱动装置的输出调整部件通过偏置电流设定部件，将偏置电流值的温度特性Ib(T)和偏置电流值的温度特性的斜率rb设定为满足上述算式的值。这样，能够在驱动温度范围的全部范围中，能够降低会产生由振荡延迟所引起的数据通信的不合适的危险性，同时能够降低半导体激光器驱动时的耗电。
此外，本发明的半导体激光器驱动装置的特征在于，所述输出调整部件的驱动电流设定部件将所述驱动电流值的温度特性设为相对于倾斜效率大致成反比例的函数或者将该函数近似的近似直线，所述倾斜效率是将半导体激光器的电流值从偏置电流上升至驱动电流时的、相对于电流值的变动的来自该半导体激光器的输出光的功率的变动的斜率。此外，本发明的半导体激光器驱动装置的特征在于，所述半导体激光器是对包括用于接收所述光信号的光接收元件的光接收装置输出该光信号的器件，所述输出调整部件的驱动电流设定部件将所述驱动电流值的温度特性成为，相对于将半导体激光器的电流值从偏置电流上升至驱动电流时的、所述光接收元件的光接收量大致成反比例的函数或者将该函数近似的近似直线。
根据上述结构，在所述偏置电流值的温度特性Ib(T)满足所述条件的情况下，通过驱动电流值的温度特性具有由所述函数或者将该函数近似的近似直线所示的特性，所以能够抑制半导体激光器的输出光的功率的变动。
此外，本发明的半导体激光器驱动装置的特征在于，所述半导体激光器是对包括用于接收所述光信号的光接收元件和对该光接收元件接收的光信号进行放大的接收侧集成电路的光接收装置，输出该光信号作为由“1”和“0”构成的2值信号的器件，所述输出调整部件将在所述驱动温度为常温时的所述偏置电流值和驱动电流值设定为满足以下条件的值第1条件，在驱动温度范围内来自所述半导体激光器的输出光的功率成最小的驱动温度下的、输出所述“1”信号的情况下的输出光的功率与输出所述“0”信号的情况下的输出光的功率之比即消光比为规定值以上的值；第2条件，在所述驱动温度范围内的规定的区域中，所述偏置电流值为所述半导体激光器的阈值电流值以上；以及第3条件，在所述驱动温度范围内的全部区域中，在所述光接收装置的光接收元件中的所述光信号的光接收量成为所述光接收装置的接收侧集成电路的、可进行光接收的入射光的最小功率即最小光接收灵敏度以上。
根据上述结构，本发明的半导体激光器驱动装置设置在如下的半导体激光器中，该半导体激光器对包括用于接收光信号的光接收元件和对该光接收元件接收的光信号进行放大的接收侧集成电路的光接收装置，输出该光信号作为由“1”和“0”构成的2值信号。此外，本发明的半导体激光器驱动装置的输出调整装置决定上述的第1～第3条件，并将偏置电流值和驱动电流值设定为满足该第1～第3条件的值。
在以往的结构的情况下，将偏置电流值和驱动电流值设定为在全部驱动温度范围中消光比成为规定值以上的值。因此，在阈值电流的温度特性具有极值的情况下，在输出光的功率较大的常温附近，偏置电流值和/或驱动电流值无用地增加，因此，存在耗电增加的问题。
另一方面，本发明的半导体激光器驱动装置的输出调整部件，为在输出光的功率成为最小的驱动温度下，确保光接收装置可接收输出光的消光比，设定了偏置电流值和驱动电流值。若在输出光的功率最小的驱动温度中，确保光接收装置可接收输出光的消光比，则自然能够在驱动温度范围的全部范围中确保可接收输出光的消光比。若所述消光比减小，则光接收装置的接收侧集成电路的最小接收灵敏度恶化，所以不能适当地接收功率小的光，但在本发明的半导体激光器驱动装置中，由于在半导体激光器的输出光的功率最小的温度下，确保在光接收装置中可接收光的程度的消光比，所以光接收装置即使是功率弱的光也能够适当地接收。
因此，起到可进行半导体激光器的低成本化、省空间化、低功率化，并且在半导体激光器的驱动中，能够在全部驱动温度范围，在接收侧获得良好的传输特性和光输出的效果。此外，还起到在消光比比较大的常温附近能够进一步减小偏置电流值和驱动电流值，由此，能够进一步减小耗电的效果。
此外，本发明的半导体激光器驱动装置的特征在于，所述输出调整部件的偏置电流设定部件和驱动电流设定部件根据下述算式[Ib(Tw)+Im(Tw)-Ith(Tw)]/[Ib(Tw)-Ith(Tl)]≥E，决定满足所述第1条件的、在所述驱动温度范围内来自所述半导体激光器的输出光的功率成为最小的驱动温度Tw下的偏置电流值Ib(Tw)和驱动电流值Im(Tw)，根据下述算式Im(Tr)≥-Ib(Tr)+(r2-r1)·(Tw-Tr)+Ith(Tw)+(Pmin/αη)，决定满足所述第3条件的、在所述驱动温度范围内来自所述半导体激光器的输出光的功率成为最小的驱动温度Tw下的偏置电流值Ib(Tw)和驱动电流值Im(Tw)，将在所述驱动温度为常温时的所述偏置电流值和驱动电流值设定为还满足第4条件的值，所述第4条件用于决定由内置所述半导体激光器的发送侧集成电路的特性所决定的、所述偏置电流值的上限值和驱动电流值的上限值。其中，Ith(Tw)是在Tw下的半导体激光器的阈值电流值、E是光接收装置可接收的输出光的消光比的最小值、r2是驱动电流值的温度特性的斜率、r1是偏置电流值的温度特性的斜率、Pmin是最小光接收灵敏度、α是在半导体激光器和光接收装置的光接收元件之间的路径的光损耗、η是倾斜效率。
根据上述结构，本发明的半导体激光器驱动装置通过输出调整装置的偏置电流设定部件和驱动电流设定部件，将满足第1条件和第3条件的、在驱动温度范围内输出光的功率成为最小的驱动温度Tw下的偏置电流值Ib(Tw)和驱动电流值Im(Tw)设定为满足上述算式的值。在驱动温度范围内消光比成为最小的驱动温度Tw下，光接收装置能够接收输出光，从而该输出光的功率将在光接收装置中可接收输出光的范围(动态范围)维持全部驱动温度范围以上的范围。这样，在驱动温度范围的全部范围中，能够驱动半导体激光器，而不会产生由消光比的降低所引起的数据通信的不合适的情况。
此外，在内置半导体激光器的发送侧集成电路中，存在该发送侧集成电路可输出的偏置电流值和驱动电流值的上限值。将由该发送侧集成电路所决定的偏置电流值和驱动电流值的上限值作为第4条件而添加到设定条件，从而能够更加适当地设定驱动温度为常温时的偏置电流值的设定值。
此外，本发明的半导体激光器驱动装置的特征在于，所述输出调整部件控制所述偏置电流值和驱动电流值，使得将在所述驱动温度范围内来自所述半导体激光器的输出光的功率成为最小的驱动温度与该驱动温度范围内的下限温度或者上限温度一致。
在阈值电流值的温度特性在常温附近具有极值的情况下，消光比成为一定(例如，规定的消光比E)的驱动电流值的温度特性由将常温附近设为极大值的向上凸出的曲线表示。这样，随着接近在驱动温度范围内的上限温度或者下限温度，输出光的功率下降。因此，在阈值电流值的温度特性在常温附近具有极值的情况下，输出光的功率成为最小的驱动温度始终成为驱动温度范围内的上限温度和下限温度Tl中的任一个。即，在驱动温度范围内的上限温度和下限温度中、在该温度下的输出光的功率较小的温度中，确保光接收装置可接收输出光的消光比E即可。另外，在消光比成为最小的常温附近，输出光的功率成为最大，所以不会对光接收装置接收输出光带来障碍。
此外，本发明的半导体激光器驱动装置的特征在于，所述输出调整部件的偏置电流设定部件在驱动温度范围内的下限温度和上限温度中，将所述偏置电流值与所述半导体激光器的阈值电流值一致。
根据上述结构，本发明的半导体激光器驱动装置通过输出调整部件的偏置电流设定部件，在驱动温度范围内的下限温度中，使阈值电流值和偏置电流值一致，并且在驱动温度范围内的上限温度中，使阈值电流值和偏置电流值一致。即，在驱动温度范围内的下限温度和上限温度中，将表示阈值电流值的温度特性的曲线和表示偏置电流值的温度特性的直线相交叉。另外，此时的偏置电流的斜率，成为最能够降低耗电而不会产生由振荡延迟或消光比的降低所引起的数据通信的不合适的情况的偏置电流斜率。
此外，本发明的半导体激光器驱动装置的特征在于，所述输出调整部件的偏置电流设定部件和驱动电流设定部件在所述驱动温度范围内的下限温度或者上限温度中，将所述偏置电流值与所述半导体激光器的阈值电流值一致，并且将在常温下的所述偏置电流值和驱动电流值设定为满足如下关系的值Im(Tr)＝-Ib(Tr)+(r2-r1)·(Tw-Tr)+Ith(Tw)+(Pmin/αη)，并且，Im(Tr)＝Im(Tw)-r2(Tw-Tr)。
根据上述结构，通过输出调整部件的偏置电流设定部件和驱动电流设定部件，将在常温下的所述偏置电流值和驱动电流值设定为满足上述关系的电流值。另外，此时的偏置电流值和驱动电流值的设定值成为最能够降低耗电的偏置电流值和驱动电流值的设定值，而不会产生由振荡延迟或消光比的降低所引起的数据通信的不合适的情况。
此外，本发明的半导体激光器驱动装置的特征在于，所述输出调整部件的偏置电流设定部件和驱动电流设定部件将在所述驱动温度为常温时的所述偏置电流值和驱动电流值设定为还满足第4条件的值，所述第4条件是常温下的消光比Er成为规定值以上的值。其中，常温下的消光比Er具有Er＜E的关系。
在半导体激光器具有短谐振器结构的类型的情况下，消光比成为一定(例如，规定的消光比E)的驱动电流的温度特性由向上凸出的曲线表示。特别在阈值电流值的温度特性的极值在常温附近存在的情况下，在常温附近的消光比与在其他温度下的消光比相比，成为比较小的值。因此，作为第4条件，将在常温附近的消光比设定为规定的消光比Er以上的值，从而能够降低由驱动温度的变化所引起的消光比的变化。这样，能够在全部驱动温度范围中，消光比的值稳定。因此，在接收侧获得非常稳定的传输特性和光输出。
此外，本发明的半导体激光器驱动装置的特征在于，所述输出调整部件的偏置电流设定部件和驱动电流设定部件将在所述驱动温度为常温时的所述偏置电流值和驱动电流值设定为还满足第4条件的值，所述第4条件是在所述驱动温度范围内的全部区域中，所述输出光的功率的变动幅度成为规定值以下的值。
根据上述结构，作为第4条件，决定在驱动温度范围的全部范围中，输出光的功率的变动幅度成为规定值以下的值的条件。并且，将在驱动温度为常温时的所述偏置电流和驱动电流的电流值设定为满足第1～第4条件的值。这样，能够降低驱动温度范围内的输出变动。因此，能够在全部驱动温度范围中，将输出光的功率抑制在光布线模块所期望的输出变动的范围内，所以在接收侧得到非常稳定的传输特性和光输出。
此外，本发明的半导体激光器驱动装置的特征在于，所述半导体激光器的阈值电流值的温度特性Ith(T)由下述算式(1)表示。其中，Ith(Tr)是在常温下的半导体激光器的阈值电流值、T01是用于规定相对于驱动温度的半导体激光器的增益频谱的变动幅度的特性温度、T02是用于规定相对于驱动温度的半导体激光器的最大增益的减少量的特性温度。
算式1
根据上述结构，半导体激光器的阈值电流值的温度特性由上述算式(1)表示。通过基于上述算式(1)来导出阈值电流值的温度特性，从而该阈值电流值的温度特性成为将常温Tr附近设为极小值的向下凸出的曲线。另外，在半导体激光器为具有短谐振器结构的类型的半导体激光器的情况下，阈值电流值的温度特性具有极值的情况较多，其极小值可根据外延结构和谐振器长度而任意设定。
此外，本发明的半导体激光器驱动装置的特征在于，所述半导体激光器的阈值电流值的温度特性Ith(T)由下述算式(2)表示。其中，Ith(Tc)是在温度Tc下的所述半导体激光器的阈值电流值，且设为Tc具有Tc≤驱动温度范围内的下限温度T1，或者，驱动温度范围内的上限温度Th≤Tc的关系。
算式2
根据上述结构，阈值电流值的温度特性成为极值时的驱动温度并不限定于一定在驱动温度范围内。例如，在由上述算式(2)所示的算式中，阈值电流值的温度特性成为极值时的驱动温度被设定为驱动温度范围以下的温度。此时，阈值电流值的温度特性成为将驱动温度范围以下的温度设为极小值的向下凸出的曲线。并且，阈值电流值的温度特性的曲线在驱动温度范围内单调增加，并且在驱动温度范围内成为接近直线的曲线。于是，能够将偏置电流进一步接近所述曲线。
此外，本发明的半导体激光器驱动装置的特征在于，对相对于所述半导体激光器的驱动温度的阈值电流值的温度特性的偏差，所述偏置电流值的温度特性的斜率rb的允许范围为[Ith(Th)A-Ith(Tl)A]/ΔT≥rb≥[(Ith(Th)C-Ith(Tl)C)/ΔT]-α。其中，Ith(Th)A是在Ith(Th)-Ith(Tl)的值最大的半导体激光器的阈值电流值的温度特性中的Ith(Th)、Ith(Tl)A是在Ith(Th)-Ith(Tl)的值最大的半导体激光器的阈值电流值的温度特性中的Ith(Tl)、Ith(Th)C是在Ith(Th)-Ith(Tl)的值最小的半导体激光器的阈值电流值的温度特性中的Ith(Th)、Ith(Tl)C是在Ith(Th)-Ith(Tl)的值最小的半导体激光器的阈值电流值的温度特性中的Ith(Tl)。此外，设定为[(Ith(Th)C-Ith(Tl)C)/ΔT]-α≠0。
若偏置电流值的温度特性的斜率rb成为过小的值，则在驱动温度范围内的下限温度中消光比恶化且耗电增加。相反，若成为过大的值，则偏置电流在驱动温度范围内的下限温度中超出阈值电流，并由于振荡延迟而光接收装置侧的传输特性混乱，在数据通信中产生不合适的情况。因此，通过如上所述那样设定所述偏置电流的斜率rb的允许范围，从而能够进一步降低耗电而不会产生由振荡延迟所引起的数据通信的不合适的情况。
此外，本发明的光发送装置，包括上述任一项所述的半导体激光器驱动装置；以及半导体激光器，其相对于自身的驱动温度的阈值电流值的温度特性成为向下凸出的曲线，并通过输入从所述半导体激光器驱动装置输入的所述偏置电流和驱动电流来输出光信号。在这样的光发送装置中，优选地，所述半导体激光器驱动装置的输出调整部件具有2种以上所述偏置电流值的温度特性，根据所述半导体激光器的阈值电流值的温度特性的偏差，所述偏置电流值的温度特性可变。
此外，本发明的光布线模块的结构为，包括所述光发送装置；光接收装置，对所述光发送装置输出的所述光信号进行接收；以及光波导路径，通过连接所述光发送装置和所述光接收装置，从而在所述光发送装置和所述光接收装置之间进行数据通信。另外，光接收装置也可以包括接收元件和接收侧集成电路。
此外，由于该光布线模块进行数据通信，所以也可以包括在电子设备中。
这样，起到可进行半导体激光器的低成本化、省空间化、低功率化，并且在半导体激光器的驱动中，能够在全部驱动温度范围，在接收侧获得良好的传输特性和光输出的效果。
如上所述那样，本发明的半导体激光器驱动装置的结构为，包括驱动部件，基于调制信号，对半导体激光器施加偏置电流或者偏置电流和驱动电流，从而从该半导体激光器输出光信号；以及输出调整部件，控制在所述驱动部件施加的偏置电流值和驱动电流值，所述输出调整部件包括偏置电流设定部件，基于所述半导体激光器的驱动温度，设定该偏置电流值，使得相对于该驱动温度的偏置电流值的温度特性成为具有0以外的斜率的函数；以及驱动电流设定部件，基于所述驱动温度，设定该驱动电流值，使得相对于该驱动温度的驱动电流值的温度特性成为具有0以外的斜率的函数，将所述偏置电流值的温度特性和所述驱动电流值的温度特性设为互不相同的函数。
因此，起到可进行半导体激光器的低成本化、省空间化、低功率化，并且在半导体激光器的驱动中，能够在全部驱动温度范围，在接收侧获得良好的传输特性和光输出的效果。



图1是表示本发明的实施方式的图，是表示本发明的半导体激光器驱动方法的曲线。
图2是表示光布线模块的概略结构的图。
图3是表示包括本发明的半导体激光器驱动装置的光发送装置的电路结构的图。
图4是表示一般的面发光半导体激光器的阈值电流的温度特性的曲线。
图5是表示一般的面发光半导体激光器的倾斜效率的温度特性的曲线。
图6是表示本发明的其他实施方式的图，是表示本发明的半导体激光器驱动方法的曲线。
图7是表示本发明的其他实施方式的图，是表示本发明的半导体激光器驱动方法的曲线。
图8是表示在图7所示的曲线中常温下的偏置电流和驱动电流之间的关系的曲线。
图9是表示在本发明的其他实施方式中的常温下的偏置电流和驱动电流之间的关系的曲线。
图10是表示基于图9所示的偏置电流和驱动电流，驱动半导体激光器时的温度特性的曲线。
图11是表示在本发明的其他实施方式中的常温下的偏置电流和驱动电流之间的关系的曲线。
图12是表示在本发明的其他实施方式中的常温下的偏置电流和驱动电流之间的关系的曲线。
图13是表示基于图12所示的偏置电流和驱动电流，驱动半导体激光器时的温度特性的曲线。
图14是表示本发明的其他实施方式的图，是表示本发明的半导体激光器驱动方法的曲线。
图15是表示在图1所示的阈值电流的温度特性产生了偏差时的、偏置电流的温度特性的设定方法的图。
图16是表示在图1所示的阈值电流的温度特性产生了偏差的情况下，斜率最大的情况的偏置电流的温度特性的图。
图17是表示在图1所示的阈值电流的温度特性产生了偏差的情况下，斜率最小的情况的偏置电流的温度特性的图。
图18是通过光布线模块进行数据通信的便携电话的概略图、通过光布线模块进行数据通信的便携电话的内部电路的立体图、通过光布线模块进行数据通信的打印机的概略图、以及通过光布线模块进行数据通信的打印机的内部电路的立体图。
图19是表示具有本发明的半导体激光器驱动方法的光发送装置的其他电路结构的方框图、以及表示本发明的其他实施方式的图并且是表示本发明的半导体激光器驱动方法的曲线图。
图20是表示作为面发光半导体激光器驱动电路和面发光半导体激光器来实现所述光发送装置的情况下的电路结构的方框图。
图21是表示在发送侧的面发光半导体激光器的输出光的功率与电流值之间的关系的图、以及表示在接收侧的面发光半导体激光器的传输特性的图。
标号说明 1光布线模块 2a～2c光发送装置 3光接收装置 4光波导路径(传输介质) 22、52光发送装置主体 23、53a、53b输出调整电路(输出调整部件) 24、54驱动器电路(驱动部件) 25发光元件(半导体激光器) 30便携电话(电子设备) 40打印机(电子设备) 55面发光半导体激光器(半导体激光器) 56光传输介质(传输介质) 232、532偏置电流设定部分(偏置电流设定部件) 532a低温时偏置电流设定部分 532b高温时偏置电流设定部分 233、533驱动电流设定部分(驱动电流设定部件) 533a低温时驱动电流设定部分 533b高温时驱动电流设定部分
具体实施例方式 基于图1～图20，说明本发明的实施方式则如下所述。另外，为便于说明，对与已使用

的部件具有相同的功能的部件，附加相同的标号并省略其说明。
实施方式1
图2表示光布线模块的概略图。
图2所示的光布线模块1是包括光发送装置2、光接收装置3以及具有高的弯曲性的光波导路径(传输介质)4的结构，例如在便携电话中，将液晶驱动器电路基板和信号处理电路基板连接。
光发送装置2是包括面发光半导体激光器驱动电路(集成电路、驱动部件)和面发光半导体激光器(半导体激光器)的结构。另外，在本实施方式和后述的实施方式中，设为光发送装置2包括面发光半导体激光器作为半导体激光器。但是，光发送装置2包括的半导体激光器并不限定于面发光半导体激光器。即，光发送装置2包括的半导体激光器也可以是例如上述的端面发光型的半导体激光器。
光接收装置3是包括光接收元件和光接收IC的结构。另外，作为光接收元件来使用的元件，可例举光电二极管(Photo Diode)、CCD(Charge CoupledDevices电荷耦合器件)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor互补金属氧化物半导体)图像传感器等。
作为光波导路径4，例如使用由弯曲率大的芯(core)和对该芯的周围连接设置的弯曲率小的金属包层(clad)形成，且一边将入射到芯的光信号在该芯和金属包层的边界重复全反射一边传播光信号的路径。但是，适用于光布线模块1的光波导路径4的结构并不限定于上述结构，还可以使用以往公知的光波导路径。
接着，简单说明图2所示的光布线模块1的动作。
光发送装置2通过面发光半导体激光器驱动电路，对来自面发光半导体激光器的激光直接进行调制，并作为“1”和“0”的2值的信号输出。
从光发送装置2输出的上述2值的信号经由光波导路径4输入到光接收装置3。
光接收装置3在光接收元件接收上述2值的信号，并在接收IC对该2值的信号进行放大。
在图2的光布线模块1中，在该光源上使用面发光半导体激光器的情况下，在面发光半导体激光器的驱动中重要的是传输特性与驱动温度的变化无关地良好。并且，为了使传输特性良好而与驱动温度的变化无关，驱动光发送装置2以在面发光半导体激光器的全部驱动温度范围中，满足光接收装置3侧所期望的传输特性较重要。这里，说明为如上所述那样驱动光发送装置2所重要的、偏置电流和驱动电流的决定方法。
首先，叙述用于实施本发明的半导体激光器驱动方法所需的电路结构。
图3是表示包括本发明的半导体激光器驱动装置的光发送装置的电路结构的图。
如图3所示的光发送装置2a是包括电源21和光发送装置主体22的结构。此外，光发送装置主体22是包括输出调整电路(输出调整部件)23、驱动器电路(驱动部件)24、以及发光元件(半导体激光器)25的结构。
另外，本发明的半导体激光器驱动装置是包括输出调整电路23和驱动器电路24的结构。
电源21是用于通过对输出调整电路23和驱动器电路24提供电压Vcc，从而驱动输出调整电路23和驱动器电路24的电压源。
输出调整电路23是通过电源21驱动，并将驱动器电路24输出的偏置电流和驱动电流的电流值根据光发送装置2a本身的驱动温度的(驱动温度)的变化而改变的电路。
作为该输出调整电路23，例如考虑具有包括偏置电流设定部分(偏置电流设定部件)232和驱动电流设定部分(驱动电流设定部件)233的驱动控制部分231的结构。
并且，输出调整电路23的动作原理，例如考虑以下的动作原理。
即，在对应于驱动温度的控制电压施加到偏置电流设定部分232的情况下，偏置电流设定部分232基于该控制电压来生成用于表示期望的偏置电流的温度特性的信号Vb，并将该信号Vb输出到驱动器电路24。对于驱动电流设定部分233也是相同的，施加了所述控制电压的驱动电流设定部分233基于该控制电压来生成用于表示期望的驱动电流的温度特性的信号Vm，并将该信号Vm输出到驱动器电路24。
另外，偏置电流设定部分232和驱动电流设定部分233的、相对于控制电压的信号Vb(或者Vm)的特性，可根据驱动温度范围、阈值电流的温度特性、在常温下的偏置电流和驱动电流的设定值等而任意决定。此外，所述偏置电流设定部分232和驱动电流设定部分233能够由使用了电阻等的简单的电路构成，并且，上述特性也可以通过适当地变更电阻的设定值而设定。
另外，关于偏置电流和驱动电流的电流值的详细的设定方法在后面叙述。
驱动器电路24是通过电源21驱动，对发光元件25输出偏置电流和驱动电流。在驱动器电路24中，输入所述输出信号Vb和Vm、来自调制信号信号源(未图示)的调制信号MS-和Ms+。驱动器电路24基于输出信号Vb生成偏置电流Ib，并基于输出信号Vm生成驱动电流Im。并且，根据所述调制信号Ms-和Ms+而切换偏置电流Ib和驱动电流Im，从而直接进行调制，生成“1”和“0”的2值的信号，并将该2值的信号输出到发光元件25。
发光元件25是根据来自驱动器电路24的所述2值的信号来发光，从而输出光信号的元件，通过将该光信号传输到光接收装置3，从而在与光接收装置3之间进行数据通信。另外，该发光元件25在阈值电流的温度特性上具有极值的情况较多(但是，也有根据面发光半导体激光器的使用条件，阈值电流呈现不具有极值的特性的情况)。在本实施方式和后述的实施方式中，发光元件25作为在阈值电流的温度特性上具有极值的元件进行说明，但发光元件25并不一定需要在阈值电流的温度特性上具有极值。
另外，关于该光发送装置2a，在后述的实施方式中，也能够同样地使用。并且，为了将输出调整电路23设为对应于各个实施方式的结构，如上所述那样，将偏置电流设定部分232和驱动电流设定部分233的、相对于控制电压的输出信号Vb和/或Vm的特性适当地设定为获得与各个实施方式对应的偏置电流和驱动电流的电流值的特性即可。
接着，叙述用于实现使用了本发明的半导体激光器驱动装置的半导体激光器驱动方法的、偏置电流和驱动电流的温度特性的详细的设定方法。
图1是表示本发明的半导体激光器驱动方法的图。另外，设为在本发明中使用的驱动温度范围全部为-30℃～85℃来进行说明。
图1所示的本发明的半导体激光器驱动方法满足下述的条件[1]～[5](其中，在本发明的半导体激光器驱动方法中，无需一定满足下述的条件[1]、[2]、[4])。
条件[1]相对于驱动电流的阈值电流的温度特性(阈值电流的温度特性)具有极值 条件[2]相对于驱动温度的偏置电流的温度特性(偏置电流的温度特性)成为具有0以外的斜率的函数(优选是线性函数) 条件[3]偏置电流的温度特性和相对于驱动温度的驱动电流的温度特性(驱动电流的温度特性)具有互不相同的斜率 条件[4]驱动电流的温度特性是相对于倾斜效率大致成为反比例的函数、或者其近似直线 条件[5]偏置电流的温度特性是不依赖于阈值电流的温度特性的函数 首先，关于条件[1]，具体地说，将阈值电流Ith的温度特性Ith(T)作为阈值电流的近似值而设定为满足下述算式(1)的值。
数学式3
(其中，Tr常温(例如，25℃)、Ith(Tr)在常温下的阈值电流的电流值、T01特性温度(用于规定相对于驱动温度的半导体激光器的增益频谱的变动幅度的参数)、T02特性温度(用于规定相对于驱动温度的半导体激光器的最大增益的减少量的参数))。
另外，如上所述那样，在面发光半导体激光器(即，发光元件25)，阈值电流值的温度特性具有极值的情况较多，该极值可根据该面发光半导体激光器的外延结构和谐振器长度而任意设定。
通过上述算式(1)，如图4所示那样，阈值电流的温度特性成为将常温附近设为极小值的向下凸出的曲线，这样，在驱动温度范围的高温侧和低温侧的任一侧中，阈值电流的电流值都变得比较高。
此外，此时，如图5所示那样，倾斜效率的温度特性能够由exp函数表示。另外，该倾斜效率的温度特性具有与上述的端面发光型的半导体激光器大致相同的特性。
若阈值电流变大，则与阈值电流小的情况相比，在特定的偏置电流和驱动电流下得到的面发光半导体激光器的输出光的功率变小。并且，此时，为了正确地执行面发光半导体激光器的数据通信，在面发光半导体激光器的输出光的功率降低的情况下，该功率也需要在动态范围内收敛。因此，上述功率的输出变动必须抑制在规定值(例如，3dB)以下的值。
根据以上说明，需要在考虑了上述功率的输出变动的基础上，将偏置电流和驱动电流的温度特性决定为低耗电但也能够执行正常的通信的程度的大小。
另外，作为在这里应注意的点，如上述条件[2]所示那样，举出偏置电流的温度特性成为，将电流值相对于驱动温度变化(即，偏置电流的温度特性是具有0以外的斜率的函数)的函数，优选地，偏置电流和驱动电流的温度特性成为相对于驱动温度成线性函数的情况。另外，在本发明的半导体激光器驱动方法中，使用输出调整电路23，相对于温度变化线性地改变偏置电流和驱动电流的电流值。
另一方面，作为将偏置电流和驱动电流的电流值相对于温度变化以非线性地变化，即将偏置电流和驱动电流的电流值与温度变化无关地任意变化的结构，例如举出使用APC电路的结构。但是，如上所述那样，APC电路的电路结构复杂，并且电路规模也比较大。因此，在使用了APC电路的情况下，会增加耗电、成本、装置整体的规模的全部，所以不优选。
因此，在这里，使用输出调整电路23来控制偏置电流和驱动电流，偏置电流和驱动电流的温度特性相对于驱动温度成为线性函数。
但是，偏置电流和驱动电流的温度特性并不一定需要由线性函数表示，只要是具有0以外的斜率的函数(即，不是恒流)，并没有特别限定。另外，不使用APC电路等，而将偏置电流和驱动电流的温度特性设为“具有0以外的斜率的函数”的方法，如后所述那样，例如举出将具有互不相同的斜率的多个线性函数进行组合的方法。
此外，如上述条件[3]所示那样，在偏置电流的温度特性和驱动电流的温度特性中，它们是具有互不相同的斜率的直线较好。
在以往使用的端面发光型的半导体激光器中，一般，阈值电流的温度特性不具有极值。此时，阈值电流和倾斜效率的温度特性相互基于相同的参数(成为与exp(-T/T02)成比例的函数的、半导体激光器的最大增益的温度特性)决定，所以阈值电流和倾斜效率的温度特性被认为具有大致相同的特性。因此，无需将偏置电流的温度特性和驱动电流的温度特性分别设为不同的斜率。
另一方面，面发光半导体激光器的倾斜效率的温度特性和阈值电流的温度特性基于互不相同的参数而决定。
具体地说，倾斜效率的温度特性基于面发光半导体激光器的最大增益的温度特性而决定。因此，倾斜效率的温度特性与上述的端面发光型的半导体激光器具有相同的特性。另一方面，阈值电流的温度特性基于面发光半导体激光器的最大增益的温度特性和增益频谱的温度特性而决定。因此，阈值电流的温度特性成为具有极值(上述条件[1])的特性的情况较多。
如上可知，阈值电流的温度特性和倾斜效率的温度特性具有互不相同的特性的情况较多。并且，在这里，为了将偏置电流和驱动电流的温度特性设为满足在后面说明的上述条件[4]和[5]的特性，需要将偏置电流和驱动电流设为具有互不相同的斜率的直线的情况较多。因此，如上述条件[3]所示那样，期望偏置电流的温度特性和驱动电流的温度特性为具有互不相同的斜率的直线。
另外，在光发送装置2a中，使用输出调整电路23和驱动器电路24，分别独立地决定偏置电流的电流值和驱动电流的电流值。
因此，驱动电流和偏置电流能够与一个电流值的变化无关地，任意地改变另一个电流值。但是，在如后述那样决定了偏置电流的温度特性的结果，需要将偏置电流的温度特性设定作为与驱动电流的温度特性具有相同的斜率的函数的情况下，也可以是具有相互相同的斜率的直线。
并且，若考虑上述功率的输出变动，则如上述条件[4]所示那样，期望驱动电流的温度特性是相对于倾斜效率大致成为反比例的函数或者将该函数近似化的近似直线。换言之，期望驱动电流的温度特性为将电流值从偏置电流上升至驱动电流时的、相对于光接收元件25的光接收量大致成为反比例的函数或者将该函数近似化的近似直线。
此外，如上述条件[5]所示那样，设偏置电流的温度特性为不依赖阈值电流的温度特性的函数。具体地说，例如，将偏置电流Ib的温度特性Ib(T)设定为满足下述算式(11)的值 Ib(T)＝rb·(T-Tr)+Ib(Tr)...(11) (其中，T面发光半导体激光器的驱动温度(以下，称为“驱动温度)、Tr常温、Ib(Tr)在Tr下的偏置电流)。
此外，将偏置电流Ib(T)的斜率即斜率rb设定为满足下述算式(12) rb＝[Ith(Th)-Ith(Tl)]/ΔT...(12) (其中，Th在驱动温度范围内的上限温度(即，85℃)、Tl在驱动温度范围内的下限温度(即，-30℃)、Ith(Th)在Th下的阈值电流、Ith(Tl)在Tl下的阈值电流、ΔT驱动温度范围(Th-Tl)。此外，设定为rb是0以外的常数)。
在偏置电流变得大幅小于阈值电流的情况下，发生长时间的振荡延迟，在数据通信上产生问题。在进行1Gbps级的高速传输的情况下，需要大致完全抑制这样的振荡延迟。因此，在本发明的半导体激光器驱动方法中，在全部驱动温度范围中，始终将偏置电流追随阈值电流，并且将偏置电流设定为上述的条件。
通过将驱动电流的温度特性设定为满足上述条件[4]的特性的同时将偏置电流的温度特性设定为满足上述条件[5]的特性，能够抑制由驱动温度的变化所引起的面发光半导体激光器的输出光的功率的变动。
这里，详细说明通过满足上述条件[4]和[5]而获得的作用效果。这里，使用在驱动温度T上升至特定的驱动温度T+ΔT1为止时的面发光半导体激光器的输出光的功率P(T+ΔT1)，进行关于上述作用效果的说明。
首先，面发光半导体激光器的输出光的功率P，通过下述算式(13)而求出 P＝η(Im+Ib-Ith)......(13) (其中，η倾斜效率)。
这里，通过上述条件[4]，在驱动电流Im的温度特性由相对于倾斜效率大致成为反比例的函数或者其近似直线表示的情况下，在驱动温度T+ΔT1下的驱动电流Im(T+ΔT1)能够看作与Im·exp(-ΔT1/T02)大致相等。
此外，在驱动温度T+ΔT1下的、面发光半导体激光器的输出光的功率P(T+ΔT1)，通过下述算式(14)求出 P(T+ΔT1)＝η·exp(ΔT1/T02){Im·exp(-ΔT1/T02)+(Ib+Δ1Ib)-(Ith+Δ1Ith)}＝η·Im+η·exp(ΔT1/T02){(Ib-Ith)+(Δ1Ib-Δ1Ith)}......(14) (其中，Δ1Ib在驱动温度从T增加至T+ΔT1时的偏置电流的增加量、Δ1Ith在驱动温度从T增加至T+ΔT1时的阈值电流的增加量)。即，在驱动温度从T增加至T+ΔT1时的面发光半导体激光器的输出光的功率的变动量成为下述算式(15) η·exp(ΔT1/T02){(Ib-Ith)+(ΔIb1-ΔIth1)}......(15)。
这里，根据上述条件[5]，偏置电流Ib在全部驱动温度范围内成为追随阈值电流Ith的值。即，可以说偏置电流Ib与阈值电流Ith大致相等。
这样，阈值电流Ith、偏置电流Ib、以及驱动电流Im具有下述算式(16)的关系 Im＞＞Ib-Ith......(16)， 并且，在驱动温度从T增加至T+ΔT1时的偏置电流的增加量ΔIb1和阈值电流的增加量ΔIth1大致相等。
因此，能够将在上述驱动温度从T增加至T+ΔT1时的面发光半导体激光器的输出光的功率的变动量大致设为0。这样，能够抑制由驱动温度的变化所引起的、面发光半导体激光器的输出光的功率的变动。
在以往的技术中，如上述条件[1]所示那样，在阈值电流的温度特性具有极值的情况下，将偏置电流作为固定值，驱动了半导体激光器。因此，若偏置电流小，则在驱动温度为高温时发生振荡延迟，若偏置电流大，则在低温时的耗电大幅增加。
另一方面，本发明的半导体激光器驱动方法，能够将偏置电流作为线性函数，驱动半导体激光器。因此，在驱动温度为低温时成为小的偏置电流，在驱动温度为高温时成为大的偏置电流，所以能够削减多余的耗电，同时能够大致完全抑制振荡延迟。
这样，将阈值电流具有极值的面发光半导体激光器的输出变动抑制为低耗电。并且，能够实现可进行廉价、省空间、低功率化，且在全部驱动温度范围中，在接收侧获得良好的传输特性和光输出的半导体激光器的驱动。
另外，在本实施方式中，阈值电流和偏置电流的交点，即阈值电流的电流值和偏置电流的电流值相等的温度，成为在驱动温度范围内的上限温度Th和驱动温度范围内的下限温度Tl。
但是，根据下述的理由，阈值电流的电流值和偏置电流的电流值相等的温度并不限定于Th和Tl。
即，阈值电流的电流值和偏置电流的电流值相等的情况是指，Ith(T)和Ib(T)相等的情况。换言之，阈值电流的电流值和偏置电流的电流值相等的情况是指，满足下述的二次方程式(17)的情况。
“上述算式(1)的右边”＝rb·(T-Tr)+Ib(Tr)......(17) 另外，此时，由于上述算式(17)中的T的解Ta是二次函数，所以具有两个解。这里，将上述两个解设为Ta1和Ta2(其中，设为具有互不相同的解，并且Ta1＜Ta2)。
如上所述那样，为了降低发生振荡延迟的危险性，需要在全部驱动温度范围内，将偏置电流设为阈值电流以上的电流值。并且，该条件，能够通过将阈值电流的电流值和偏置电流的电流值相等的、较低温度Ta1和较高温度Ta2设为具有Ta1≤Tl并且Ta2≥Th的关系来满足。
其中，作为在这里应注意的点，举出若Ta1或Ta2变化，则表示偏置电流的温度特性的直线的斜率rb变化的情况。
若该斜率rb稍微变化，则能够充分地抑制由振荡延迟所引起的数据通信的不合适以及由消光比的降低所引起的耗电的增加。但是，若斜率rb大幅变化，则存在在Tl下的偏置电流Ib(Tl)和/或在Th下的偏置电流Ib(Th)大幅变化至不能抑制上述振荡延迟和消光比的降低的程度。
因此，若Ta1是具有Ta1≤Tl的关系的温度，则可以设定任何Ta1，但期望具有Ta1＝Tl的关系。此外，若Ta2是具有Ta2≥Th的关系的温度，则可以设定任何Ta2，但期望具有Ta2＝Th的关系。
此外，在后述的实施方式中也同样，阈值电流的电流值和偏置电流的电流值相等的温度成为Th和Tl。
但是，在后述的实施方式中也同样，阈值电流的电流值和偏置电流的电流值相等的温度Ta1和Ta2是具有Ta1≤Tl并且Ta2≥Th的关系的温度即可，但期望具有Ta1＝Tl并且Ta2＝Th的关系。
实施方式2
图6是表示本发明的其他实施方式的半导体激光器驱动方法的图。另外，图6所示的实施方式与上述的图1所示的半导体激光器驱动方法同样地满足上述条件[1]～[5]。
在图1所示的半导体激光器驱动方法中，由上述条件[1]所决定的阈值电流的温度特性的极值设定在常温附近。并且，如图4所示那样，阈值电流的温度特性成为将常温附近设为极小值的向下凸出的曲线，在驱动温度范围的高温侧和低温侧的任一侧，阈值电流的电流值都比较高。因此，在常温附近，难以将表示阈值电流的温度特性的曲线和表示偏置电流的温度特性的直线充分接近，从而抑制激光器输出光强度的变动并不容易。
另一方面，在图6所示的半导体激光器驱动方法中，将阈值电流的温度特性设定为满足将上述算式(1)稍微变形的下述算式(2)的值。
数学式4
(其中，Tc阈值电流成为极小值的温度(其中，Tc≤Tl)，Ith(Tc)在Tc下的Ith)。
这样，阈值电流的温度特性成为将Tl以下的温度设为极小值的向下凸出的曲线。并且，阈值电流的温度特性的曲线在驱动温度范围内大致单调增加，并且在驱动温度范围内成为接近直线的曲线。
这里，如上述条件[2]所示那样，考虑偏置电流的温度特性成为相对于驱动温度成线性函数的情况。此时，根据上述条件[5]，将偏置电流Ib、偏置电流Ib的斜率即斜率rb，分别设定为下述算式(18)以及下述算式(19) Ib(T)＝rb·(T-Tr)+Ib(Tr) ......(18) rb＝[Ith(Th)-Ith(Tl)]/ΔT ......(19)。
于是，阈值电流的温度特性的曲线成为在驱动温度范围内接近直线的曲线。因此，偏置电流的温度特性的直线在全部驱动温度范围内接近阈值电流的温度特性的曲线。
这样，能够将阈值电流具有极值的面发光半导体激光器的输出变动抑制为更低的耗电。并且，能够实现可进行廉价、省空间、低功率化，并且在全部驱动温度范围，在接收侧获得良好的传输特性和光输出的半导体激光器的驱动。
并且，在本实施方式中，能够使表示阈值电流的温度特性的曲线和表示偏置电流的温度特性的直线进一步接近。因此，能够在全部驱动温度范围内提高消光比，可进行耗电的进一步削减。
另外，在本实施方式中，将阈值电流的温度特性的极值设定为Tl以下的温度。但是，设定阈值电流的温度特性的极值的温度并不限定于此，例如也可以设定为Th以上的温度。即，在本实施方式中，只要设定为驱动温度范围外，则阈值电流的温度特性的极值可以是任何值。
实施方式3
使用图7和图8说明本发明的其他实施方式的半导体激光器驱动方法。
在上述的实施方式中，在阈值电流具有极值的情况下，主要着眼于振荡延迟时间，决定偏置电流和驱动电流的温度特性。即，决定上述条件[1]～[5]，决定满足这些全部条件的偏置电流和驱动电流的温度特性，从而降低了在数据通信时的耗电，而不会产生由振荡延迟所引起的数据通信的不合适的情况。
在本实施方式中，说明在阈值电流具有极值的情况下，主要着眼于消光比，决定偏置电流和驱动电流的温度特性的方法。
用于执行本实施方式的半导体激光器驱动方法所需的光发送装置的电路结构可以与上述的光发送装置2a相同。并且，光发送装置2a的电路结构可以是图3所示的电路结构。另外，在本实施方式中，将偏置电流的温度特性的直线的斜率设为r1，将驱动电流的温度特性的直线的斜率设为r2。
接着，叙述用于实现本实施方式的半导体激光器驱动方法的偏置电流和驱动电流的温度特性的设定方法。
图7是表示本实施方式的半导体激光器驱动方法的图。另外，如图7所示的阈值电流的温度特性与图1相同地成为将常温附近设为极小值的向下凸出的曲线，在驱动温度范围的高温侧和低温侧的任一侧，阈值电流的电流值都变得比较高。
图7所示的本实施方式的半导体激光器驱动方法，通过满足用于决定偏置电流和驱动电流的上限的条件[11]、用于决定在驱动温度范围内半导体激光器的输出光强度最小的驱动温度下，消光比成为一定以上的值的条件[12]、用于决定在驱动温度范围的全部区域中，偏置电流成为阈值电流以上的电流值的条件[13]、以及用于决定在驱动温度范围的全部区域中，光接收装置3的光接收元件的光接收量成为光接收装置3的光接收IC的最小光接收灵敏度(在光接收装置3中可进行光接收的入射光的最小功率)以上的条件[14]的偏置电流和驱动电流，驱动半导体激光器。
这里，说明由上述条件[11]～[14]所决定的、驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)和驱动电流Im(Tr)的温度特性的设定方法。
首先，说明上述条件[11]。
上述条件[11]是由内置了面发光半导体激光器的IC的特性而决定的条件。因此，可根据使用的IC的特性而任意地设定。
图8是表示在本实施方式的半导体激光器驱动方法中的、偏置电流和驱动电流之间的关系的图。在图8中，将驱动温度为常温时的、驱动温度的上限值设为Immax，将偏置电流的上限值设为Ibmax。因此，在图8中，上述条件[11]是驱动电流在上限值Immax以下且偏置电流在上限值Ibmax以下的区域。
接着，说明上述条件[12]。
如上所述那样，若阈值电流变大，则与阈值电流小的情况相比，通过规定的偏置电流和驱动电流所获得的面发光半导体激光器的输出光的功率减小。并且，此时，为了正确地执行面发光半导体激光器的数据通信，需要在面发光半导体激光器的输出光的功率降低的情况下，该功率也收敛到光接收装置3的动态范围内。
这里，考虑动态范围的宽度和消光比之间的关系。
在阈值电流为Ith、偏置电流为Ib、驱动电流为Im的情况下，消光比成为(Im+Ib-Ith)/(Ib-Ith)。由该算式表示的消光比减小是指，驱动电流Im与偏置电流Ib之差减小。即，在消光比减小的情况下，面发光半导体激光器输出的光信号的“1”信号的振幅与“0”信号的振幅之差减小。
另一方面，上述光信号的噪声电平不依赖于上述“1”信号的振幅与“0”信号的振幅之差的变动。因此，根据上述“1”信号的振幅与“0”信号的振幅之差的变动，上述光信号的信噪比(SN比)减小。由于光接收装置3的光接收IC的最小光接收灵敏度由该光信号的SN比决定，且随着SN比的减小，该最小光接收灵敏度减小，所以上述SN比的减小意味着动态范围变窄。
如上可知，为了正常地执行光接收装置3的输出光的接收，在输出光的功率低的情况下，必须维持高的消光比。
这里，在驱动温度范围内面发光半导体激光器的输出光强度最小的驱动温度Tw，不能获得光接收装置3可接收输出光的程度的输出光的功率的情况下，在该驱动温度为Tw时，光接收装置3不能接收输出光。并且，之后，随着消光比变得越小，则从面发光半导体激光器的输出光强度低的部分起依次不能接收。
如上可知，上述动态范围的宽度依赖于消光比。即，若消光比上升，则动态范围变宽，若消光比下降，则动态范围变窄。
因此，调整偏置电流和驱动电流的电流值，以在Tw中获得光接收装置3可接收输出光的消光比的程度。由此，能够在全部驱动温度范围，驱动面发光半导体激光器，而不会产生由消光比的降低所引起的数据通信的不合适。另外，关于Tw的详细的说明在后面叙述。
根据以上的情况，通过下述算式(20)，求出在Tw中光接收装置3可接收输出光的消光比E的设定范围 [Ib(Tw)+Im(Tw)-Ith(Tw)]/[Ib(Tw)-Ith(Tl)]≥E ...(20)， (其中，Tw在驱动温度范围中面发光半导体激光器的输出光强度最小的驱动温度、Ib(Tw)在Tw下的偏置电流、Im(Tw)在Tw下的驱动电流、Ith(Tw)在Tw下的阈值电流、E消光比的规定值)。
若由在Tw下的偏置电流Ib(Tw)和驱动电流Im(Tw)表现满足用于表示上述消光比E的设定范围的算式的区域，则成为图8的线段W上的区域或比线段W还上面的区域。另外，由于消光比E成为常数，所以该线段W一定能够由直线表示。
此外，由于由斜率r1的直线表示偏置电流的温度特性，所以在驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)比上述线段W还向偏置电流变化的方向偏移r1(Tr-Tw)。即，若由在驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)和驱动电流Im(Tr)表现满足用于表示上述消光比E的设定范围的算式的消光比E的区域，则成为将图8的线段W向偏置电流变化的方向偏移了r1(Tr-Tw)的、图8的线段X上的区域或比线段X还上面的区域。并且，该图8的线段X上或比线段X还上面的区域对应于满足上述条件[12]的区域。
接着，说明上述条件[13]。
如上所述那样，在进行1Gbps级的高速传输的情况下，需要大致完全抑制振荡延迟。因此，需要在全部驱动温度范围中，将偏置电流和驱动电流设定为不会产生由振荡延迟所引起的数据通信的不合适的情况的程度的值。
这里，偏置电流Ib始终不会小于阈值电流Ith的条件由下述算式(21)表示 Ib(Tr)≥Ith(Tw)-r1(Tw-Tr) ......(21)。
即，由于偏置电流的温度特性由斜率r1的直线表示，所以在Tw中，最低所需的偏置电流的电流值可使用驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)，如上述的算式那样表示。
并且，若由在驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)表现满足用于表示上述偏置电流Ib始终不会小于阈值电流Ith的条件的算式的区域，则成为图8的线段Y上或比线段Y还右的区域(偏置电流变大的区域)。并且，该线段Y上或比线段Y还右的区域对应于满足上述条件[13]的区域。
最后，说明上述条件[14]。
在驱动温度范围的全部区域中，光接收装置3的光接收元件的光接收量成为光接收装置3的光接收IC的最小光接收灵敏度以上的条件，成为下述算式(22) αP≥Pmin ......(22)， (其中，α在光发送装置2a的发光元件25与光接收装置3的光接收元件之间的路径中的光损耗、Pmin最小光接收灵敏度)。
此外，若在上述算式(22)中应用在上述的实施方式中使用的、面发光半导体激光器的输出光的功率P与倾斜效率η之间的关系式(P＝η(Im+Ib-Ith))，则成为下述算式(23) αη(Ib+Im-Ith)≥Pmin......(23)。
并且，根据这个算式，在驱动温度范围内面发光半导体激光器的输出光强度最小的驱动温度Tw下的驱动电流Im(Tw)的条件，通过下述算式(24)求出 Im(Tw)≥-Ib(Tw)+Ith(Tw)+(Pmin/αη)......(24)。
这里，由于偏置电流的温度特性由斜率r1的直线表示，驱动电流的温度特性由斜率r2的直线表示，所以在驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)以及驱动温度为常温时的驱动电流Im(Tr)的电流值分别由下述算式(25)和(26)表示 Ib(Tr)＝Ib(Tw)+r1(Tw-Tr)......(25) Im(Tr)＝Im(Tw)+r2(Tw-Tr)......(26)。
并且，通过将这些算式代入用于表示在上述Tw下的驱动电流Im(Tw)的条件的算式，可知在驱动温度为常温时的驱动电流Im(Tr)的条件成为下述算式(27) Im(Tr)≥-Ib(Tr)+(r2-r1)·(Tw-Tr)+Ith(Tw)+(Pmin/αη) ...(27) 并且，若由在驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)和驱动电流Im(Tr)表现在上述驱动温度范围的全部区域中，满足用于表示光接收装置3的光接收元件的光接收量成为光接收装置3的光接收IC的最小光接收灵敏度以上的条件的算式的区域，则成为图8的线段Z上或比线段Z还上面的区域。并且，该线段Z上或比线段Z还上面的区域对应于满足上述条件[14]的区域。
其结果，由图8的上限值Immax、线段X、线段Y、以及线段Z所包围的区域100成为满足上述条件[11]～[14]的、驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)和驱动电流Im(Tr)的电流值的范围。并且，在区域100内设定驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)和驱动电流Im(Tr)。这样，能够实现本实施方式的半导体激光器驱动方法。
这里，说明在驱动温度范围中消光比最小的驱动温度Tw。
如上所述那样，在面发光半导体激光器的情况下，阈值电流的温度特性具有极值的情况较多。此外，此时，面发光半导体激光器的阈值电流的温度特性成为将常温附近设为极小值的向下凸出的曲线，并在驱动温度范围的高温侧和低温侧的任一侧，阈值电流的电流值都变得比较高。
在面发光半导体激光器具有这样的阈值电流和偏置电流的温度特性的情况下，若根据上述表示消光比E的设定范围的算式来导出消光比成规定值E的驱动电流的温度特性，则该消光比成规定值E的驱动电流的温度特性由将常温附近设为极大值的向上凸出的曲线表示。换言之，在驱动电流的温度特性相对于驱动温度成为线性函数的情况下，消光比的温度特性成为将常温附近设为极小值的向下凸出的曲线，并随着接近上限温度Th或者下限温度Tl，消光比上升。
由此可知，在阈值电流的温度特性具有极值的情况下，面发光半导体激光器的输出光强度成为最小的驱动温度Tw始终成为上限温度Th或者下限温度Tl中的任一个。即，在上限温度Th和下限温度Tl中，将在该温度下的面发光半导体激光器的输出光强度更小的温度设为Tw较好。
使用上述表示消光比E的设定范围的算式，并例如根据图7所示的阈值电流、偏置电流以及驱动电流的温度特性，求出消光比成为规定值E的驱动电流的温度特性的曲线就是图7所示的曲线E(T)。在图7的情况下，消光比最小的驱动温度Tw成为驱动温度范围内的下限温度Tl。
因此，由于在Tl下得到光接收装置3可接收输出光的消光比，所以通过如上所述那样调节偏置电流和驱动电流的电流值，能够实现本发明的半导体激光器驱动方法。
另外，在图7中，常温附近的消光比小于上述消光比的规定值E。但是，此时，由于面发光半导体激光器的输出光强度充分大，所以不会对光接收装置3的输出光的接收带来障碍。
由此，将阈值电流具有极值的面发光半导体激光器的输出变动进一步抑制为低耗电。并且，能够实现可进行廉价、省空间、低功率化，且在全部驱动温度范围中，在接收侧获得良好的传输特性和光输出的半导体激光器驱动方法。
此外，在本实施方式的情况下，起到以下的效果。
即，在以往的半导体激光器驱动方法中，在全部驱动温度范围内将消光比设定为规定的值以上。因此，在阈值电流的温度特性具有极值的面发光半导体激光器的情况下，在面发光半导体激光器的输出光强度比较大的常温附近，偏置电流或驱动电流的电流值浪费地加大，由此，产生耗电增加的问题。
另一方面，在本实施方式的半导体激光器驱动方法中，为在面发光半导体激光器的输出光强度最小的驱动温度下，应确保光接收装置3可接收输出光的消光比，设定了偏置电流和驱动电流的电流值。由此，可在面发光半导体激光器的输出光强度比较大的常温附近，进一步减小偏置电流和驱动电流，所以能够进一步减小耗电。
另外，本实施方式与上述的实施方式相同地，以阈值电流的温度特性的极值设定在驱动温度范围内的情况为例进行了说明。但是，并不需要阈值电流的温度特性的极值必须设定在驱动温度范围内。即，在本实施方式中，阈值电流的温度特性的极值可以与上述的图6所示的实施方式相同地，设定在驱动温度范围外的温度上。
此外，在后述的实施方式中也同样地，阈值电流的温度特性的极值可以是驱动温度范围内的温度，也可以设定在驱动温度范围外的温度上。
实施方式4
使用图9和图10说明本实施方式的半导体激光器驱动方法。
在本实施方式中，除了上述的实施方式的条件[11]～[14]之外，设定了在Tl下的偏置电流Ib(Tl)和在Tl下的阈值电流Ith(Tl)一致并且在Th下的偏置电流Ib(Th)和在Th下的阈值电流Ith(Th)一致的条件[15]。
这里，说明上述条件[15]。
为了满足上述条件[15]，将偏置电流的斜率r1设定为下述算式(28)即可 r1＝[Ith(Th)-Ith(T1)]/(Th-Tl) ......(28)。
并且，在如上所述那样决定了偏置电流的斜率r1的情况下，驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)由下述算式(29)表示 Ib(Tr)＝[Ith(Tl)-(Ith(Th)-Ith(T1))·(Tl-Tr)]/(Th-Tr) ...(29)。
图9是表示在本实施方式的半导体激光器驱动方法中的偏置电流和驱动电流之间的关系的图。该图9除了图示了由图8的上述条件[11]所决定的偏置电流的上限值Ibmax和驱动电流的上限值Immax、由上述条件[12]所决定的线段W和线段X、由上述条件[14]所决定的线段Z之外，还图示了由上述条件[15]所决定的线段Y`。
在图9中，满足上述条件[15]的区域在线段Y`上是理所当然的。
因此，由线段Y`和Immax的交点Y`1以及线段Y`和线段Z的交点Y`2所决定的线段101的线上成为满足上述条件[11]～[15]的、驱动温度为常温下的偏置电流Ib(Tr)和驱动电流Im(Tr)的电流值的范围。并且，在线段101上设定在驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)和驱动电流Im(Tr)。由此，能够实现本实施方式的半导体激光器驱动方法。
图10示出根据这样导出的驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)驱动了面发光半导体激光器的情况下的、偏置电流Ib和阈值电流Ith的温度特性。
也从图10可知那样，表示偏置电流Ib的温度特性的直线与表示阈值电流Ith的温度特性的直线在Tl和Th中一致。
通过如上所述那样设定在驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)，能够进一步降低偏置电流的耗电。
另外，本实施方式也可以与上述的图6所示的实施方式相组合。即，在本实施方式中，阈值电流的极值也可以设定在驱动温度范围外。
实施方式5
使用图11说明本实施方式的半导体激光器驱动方法。
这里，叙述在图7所示的、在上述的实施方式中决定的区域100中最能够降低耗电的、驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)和驱动电流Im(Tr)的电流值的设定方法。
图7中的区域100是表示在驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)和驱动电流Im(Tr)设定在该区域内的任一个部分的情况下，都不会产生振荡延迟且能够降低耗电的区域。
因此，只要都是收敛到区域100内的值，则在驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)和驱动电流Im(Tr)的电流值可以是任何值。
因此，将在驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)的电流值设定在线段Y上，即满足下述算式(30)的值。
Ib(Tr)＝Ith(Tw)-r1(Tw-Tr) ......(30) 此外，此时，将在驱动温度为常温时的驱动电流Im(Tr)的电流值设定在线段Y和线段Z的交点，即满足下述算式(31)和(32)的值。
Im(Tr)＝-Ib(Tr)+(r2-r1)·(Tw-Tr)+Ith(Tw)+(Pmin/αη)...(31)， 并且， Im(Tr)＝Im(Tw)-r2(Tw-Tr) ......(32)。
图11是图示了基于上述的三个算式(30)～(32)所决定的、在区域100中的驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)和驱动电流Im(Tr)的电流值的最小值。图11中的点100a表示在区域100中也最能够降低耗电的、驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)和驱动电流Im(Tr)的电流值。
另外，本实施方式也可以与上述的图6所示的实施方式相组合。即，在本实施方式中，阈值电流的极值也可以设定在驱动温度范围外。
此外，在至此说明的实施方式中，最能够降低耗电的实施例是将本实施方式与上述的图6所示的实施方式相组合的实施例。即，在实施方式1～5中，最能够降低耗电的实施例是在本实施方式5中，阈值电流的温度特性的极值如上述的实施方式2所示那样，设定在驱动温度范围外的温度的实施例。
实施方式6
使用图12和图13说明本实施方式的半导体激光器驱动方法。
在本实施方式中，除了上述的实施方式的条件[11]～[14]之外，还设定了决定在常温下消光比成规定值以下的值的条件[16]。
这里，说明上述条件[16]。
通过下述算式(33)，求出在常温Tr下的规定的消光比Er的设定范围 [Ib(Tr)+Im(Tr)-Ith(Tr)]/[Ib(Tr)-Ith(Tl)]≥Er ...(33)。
另外，根据需要将在常温下的消光比设为什么程度的值以上，可适当地决定规定的消光比Er的数值的设定方法，但作为具体的值，消光比Er设定在2～4dB的范围较好。
若由驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)和驱动电流Im(Tr)表现满足用于表示决定在常温中消光比为规定值以下的值的条件的算式的区域，则成为图12的线段X`上或比线段X`还上面的区域。并且，该线段X`上或比线段X`还上面的区域对应于满足上述条件[16]的区域。另外，由于消光比Er为常数，所以该线段X`一定能够由直线表示，并且线段X`成为与线段X平行。
作为结果，在图12示出的由驱动电流的上限值Immax、线段X、线段Y、线段Z以及线段X`所包围的区域102成为满足上述条件[11]～[14]以及[16]的、驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)和驱动电流Im(Tr)的电流值的范围。并且，在区域102内设定驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)和驱动电流Im(Tr)。这样，能够实现本实施方式的半导体激光器驱动方法。
另外，能够通过与上述的实施方式相同的方法，导出在图12的区域102中最能够降低耗电的、驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)和驱动电流Im(Tr)的电流值。
即，将驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)的电流值设定在线段Y上，即设定为Ib(Tr)＝Ith(Tw)-r1(Tw-Tr)，将驱动温度为常温时的驱动电流Im(Tr)的电流值设定为线段Y和线段Z的交点，即设定为满足下述算式(34)和下述算式(35)的值 Im(Tr)＝-Ib(Tr)+(r2-r1)·(Tw-Tr)+Ith(Tw)+(Pmin/αη) ...(34)， Im(Tr)＝Im(Tw)-r2(Tw-Tr) ......(35)。
并且，在图12中的点102a示出在区域102中也最能够降低耗电的、驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)和驱动电流Im(Tr)的电流值。
另外，图13示出根据以上条件所导出的、驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)驱动了面发光半导体激光器的情况下的、阈值电流Ith和偏置电流Ib的温度特性。
图13所示那样，在本实施方式的情况下，消光比的温度特性成为曲线D(T)，从该图也能够得知，在常温下驱动的情况下，消光比成为E以上且Er以下。
因此，通过将常温附近的消光比设定为规定的消光比Er以下的值，从而能够降低由驱动温度的变化所引起的消光比的变化。即，在全部驱动温度范围中，消光比的值稳定。因此，可在接收侧获得非常稳定的传输特性和光输出。
实施方式7
使用图14说明本实施方式的半导体激光器驱动方法。
在本实施方式中，除了上述的实施方式的条件[11]～[14]之外，还设定了在全部驱动温度范围中，决定输出光的功率的变动幅度为规定值以下的值的条件[17]。
这里，说明上述条件[17]。
若将在全部驱动温度范围中的输出光的功率的变动幅度的下限设为m1、上限设为m2，则通过下述算式(36)，求出输出光的功率的变动幅度 m1＜Pm(T)+Pb(T)＜m2 ......(36)。
(其中，Pm(T)在驱动温度T下的驱动电流的输出光的强度、Pb(T)在驱动温度T下的偏置电流的输出光的强度) 更具体地说，上述算式(36)可变形为下述算式(37)。
m1＜[Im(Tr)+2Ib(Tr)-(Ith(Tl)+Ith(Tr))]Vcc＜m2 ...(37) (其中，Ib(T)在驱动温度T下的偏置电流、Im(T)在驱动温度T下的驱动电流、Ith(T)在驱动温度T下的阈值电流、Vcc电源21的电压值) 即，通过在成为Tl＜T＜Th的全部的驱动温度T中，满足用于决定上述输出光的功率的变动幅度的算式(37)，从而能够在全部驱动温度范围中，将输出光的功率的变动幅度设为规定值以下的值。
另外，根据将在全部驱动温度范围中的输出光的功率的变动幅度抑制为什么程度的值，可适当地决定输出光的功率的变动幅度的下限m1和上线m2的设定方法，但作为具体值，输出光的功率的变动幅度的下限m1和上限m2之差设定在3～4dB的范围较好。
图14示出根据以上的条件求出的、驱动温度为常温时的偏置电流Ib(Tr)和驱动电流Im(Tr)驱动了面发光半导体激光器的情况下的、阈值电流Ith、偏置电流Ib、以及驱动电流Im的温度特性。
如图14所示那样，在全部驱动温度范围内，输出光的功率的变动幅度成为m1以上m2以下。
由此，在全部驱动温度范围中，能够将由驱动温度所引起的输出变动抑制为一定值以下。即，由于能够在全部驱动温度范围中，将输出光的功率抑制为光布线模块所期望的输出变动的范围内，所以可在接收侧获得非常稳定的传输特性和光输出。
实施方式8
在上述的实施方式中，说明了通过对阈值电流、偏置电流、以及驱动电流的温度特性的设定方法下功夫，从而能够降低耗电，而不会产生由振荡延迟或消光比的降低所引起的数据通信的不合适的半导体激光器驱动方法。
作为在这里应注意的点，根据Typ特性，面发光半导体激光器的阈值电流的温度特性产生偏差。伴随于此，在通过上述的实施方式的方法设定了偏置电流的温度特性的情况下，该特性也同样地被上述偏差左右。
因此，在本实施方式中，使用图15～17说明考虑了阈值电流的温度特性的偏差的基础上设定偏置电流的温度特性的方法。
图15是表示在阈值电流的温度特性产生了偏差时的偏置电流的温度特性的设定方法的图。
在图15中，根据Typ特性，阈值电流产生偏差，呈现Ith1、Ith2以及Ith3的三种温度特性。此外，在Th下的阈值电流Ith(Th)和在Tl下的阈值电流Ith(Tl)之差sth，具有下述算式(38)的关系 sth(Ith3)＞sth(Ith2)＞sth(Ith1) ...(38)。
(其中，sth(Ith3)在Ith3下的sth、sth(Ith2)在Ith2下的sth、sth(Ith1)在Ith1下的sth) 此外，伴随于此，考虑偏置电流具有Ib1、Ib2以及Ib3的三种温度特性的模式。此外，在Th下的偏置电流Ib(Th)和在Tl下的偏置电流Ib(Tl)之差sb，具有下述算式(39)的关系 sb(Ib3)＞sb(Ib2)＞sb(Ib1) ......(39)。
(其中，sb(Ib3)在Ib3下的sb、sb(Ib2)在Ib2下的sb、sb(Ib1)在Ib1下的sb) 此外，据此，偏置电流的斜率rb也同样具有下述算式(40)的关系 rb(Ib3)＞rb(Ib2)＞rb(Ib1) ......(40)。
(其中，rb(Ib3)在Ib3下的rb、rb(Ib2)在Ib2下的rb、rb(Ib1)在Ib1下的rb) 这里，在如Ith3那样，sth大的情况下，期望作为偏置电流，设定rb大的Ib3，在如Ith2那样，sth普通的情况下，期望作为偏置电流，设定rb普通的Ib2，在如Ith1那样，sth小的情况下，期望作为偏置电流，设定rb小的Ib1。这样，通过将在驱动温度范围内的上限温度下的阈值电流和驱动温度范围内的下限温度下的阈值电流之差、以及偏置电流的温度特性的斜率相互关联起来设定偏置电流的温度特性，从而即使在阈值电流的温度特性产生了偏差的情况下，也能够适当地设定偏置电流。
接着，使用图16和图17说明在上述的图1所示的实施方式中，考虑了阈值电流的温度特性的偏差的基础上，设定偏置电流的温度特性的方法。另外，在这里，作为设定上述偏置电流的温度特性的方法，叙述偏置电流Ib的斜率的允许范围，即斜率rb的允许范围。
若斜率rb成为过大的值，则在Tl中消光比恶化且耗电增加。相反地，若成为过小的值，则偏置电流Ib在Th中大幅小于阈值电流Ith，由于振荡延迟而光接收装置侧的传输特性混乱，在数据通信上产生不合适的情况。因此，在这里，考虑在最终搭载了面发光半导体激光器的光布线模块的传输速度带中，仅维持可使用该光布线模块的性能，且能够充分降低耗电的斜率rb。
首先，考虑斜率rb最大的情况。
图16是表示在图1所示的阈值电流的温度特性产生了偏差的情况下，斜率rb最大的情况的偏置电流Ib的温度特性的图。另外，曲线A～C都是根据Typ特性而产生了偏差的、阈值电流的温度特性的曲线。
斜率rb最大的情况是，即在阈值电流的温度特性中，具有Ith(Th)与Ith(Tl)之差即sth成为最大的温度特性的情况。并且，连接了表示这样的温度特性的曲线A的、表示Ith(Tl)的点a1与表示Ith(Th)的点a2的直线是斜率rb最大的偏置电流Ib的温度特性。
即，在斜率rb最大的情况下，斜率rb能够由下述算式(41)表示 rb∝(Ith(Th)A-Ith(Tl)A)/ΔT......(41) (其中，Ith(Th)A在图17的曲线A中的Ith(Th)、Ith(Tl)A在图17的曲线A中的Ith(Tl))。
接着，考虑斜率rb最小的情况。
图17是表示在图1所示的阈值电流的温度特性产生了偏差的情况下，斜率rb最小的情况的偏置电流Ib的温度特性的图。
斜率rb最小的情况是，即在阈值电流的温度特性中，具有sth成为最小的温度特性的情况。并且，将连接了表示这样的温度特性的曲线C的、表示Ith(Tl)的点c1与表示Ith(Th)的点c2的直线作为偏置电流Ib的温度特性当然也是可以的。
但是，此时，还可以进一步忽略稍微的振荡延迟而使偏置电流小于阈值电流。即，通过在Th下，设定不会产生由于振荡延迟所引起的数据通信的不合适的最小的偏置电流的电流值，从而能够进一步降低耗电。
在偏置电流Ib小于阈值电流Ith时的振荡延迟时间TD可以由下述算式(3)表示。
数学式5
这里，由于振荡延迟时间TD是由来自系统的要求所决定的已知常数，所以从上述算式(3)求出偏置时的稳定载波密度N0和阈值载波密度Nth。
并且，能够通过下述算式(4)和(5)，求出仅发生了TD的振荡延迟的情况下的电流的下降程度ΔI。
数学式6
Nth/τs(Nth)＝Jth/dq......(4) 数学式7
N0/τs(N0)＝J0/dq ......(5) (其中，N0偏置时的稳定载波密度、Nth阈值载波密度、J驱动时的电流密度、N载波密度、τs载波复合时间、τs(N)在载波密度N中的复合时间、τs(Nth)在阈值下的载波复合时间、Jth阈值电流密度、J0偏置时的电流密度) 即，根据通过上述算式(3)求出的阈值载波密度Nth和上述算式(4)，求出阈值电流密度J0。此外，根据通过上述算式(3)求出的偏置时的稳定载波密度N0和上述算式(5)，求出偏置时的电流密度J0。
这里，偏置电流由偏置电流密度J0与活性层面积之积表示，但活性层面积是已知的，所以能够从偏置电流密度J0求出偏置电流。同样地，阈值电流由阈值电流密度Jth与活性层面积之积表示，但活性层面积是已知的，所以能够从阈值电流密度Jth求出阈值电流。
并且，通过上述的方法所求出的偏置电流与阈值电流之差成为ΔI。
即，若在Th下的偏置电流的电流值为Ith(Th)-ΔI以上，则即使该偏置电流Ib小于在Th下的阈值电流Ith(Th)，也不会产生由振荡延迟所引起的数据通信的不合适的情况。
因此，将连接了点c1与在Th下成为Ib＝Ith(Th)-ΔI的点c3的直线设为斜率rb最小的偏置电流Ib的温度特性。由此，能够进一步降低耗电，而不会产生由于振荡延迟所引起的数据通信的不合适的情况。
即，在斜率rb最小的情况下，斜率rb能够由下述算式(42)表示 rb∝[(Ith(Th)C-ΔI)-Ith(Tl)C)]/ΔT......(42) (其中，Ith(Th)C在图17的曲线C中的Ith(Th)、Ith(Tl)C在图17的曲线C中的Ith(Tl)) 另外，这里，说明了在图1所示的实施方式中，考虑了阈值电流的温度特性的偏差的基础上设定偏置电流的温度特性的方法，但并不限定于此，在图6所示的实施方式中，也能够使用上述算式rb∝[(Ith(Th)A-Ith(Tl)A)]/ΔT和上述算式rb∝[(Ith(Th)C-ΔI)-Ith(Tl)C)]/ΔT来表示斜率rb的允许范围的设定。
实施方式9
使用图19和图20说明本实施方式的半导体激光器驱动方法。
在上述的实施方式中，作为偏置电流的温度特性为线性函数，进行了本实施方式的半导体激光器驱动方法的说明。但是，如上所述那样，上述偏置电流的温度特性并不限定于线性函数。
即，在上述的实施方式中，将偏置电流的温度特性设为线性函数的目的在于，避免使用耗电、成本、装置整体的规模的增加的主要原因的电路(APC电路、ATC电路等)。因此，只要是不使用这样的电路的结构，偏置电流的温度特性可以是线性函数以外的函数。
并且，作为上述结构，例如考虑图19(a)所示的结构。
图19(a)是表示包括本实施方式的半导体激光器驱动装置的光发送装置的电路结构的图。
图19(a)所示的光发送装置2b是包括电源21和光发送装置主体52的结构。此外，光发送装置主体52是包括输出调整电路53a、驱动器电路24、以及发光元件25的结构。
另外，本发明的半导体激光器驱动装置是包括输出调整电路53a和驱动器电路24的结构。
输出调整电路53a是，通过电源21而驱动，并根据光发送装置2b自身的驱动温度(驱动温度)的变化，改变驱动器电路24输出的偏置电流和驱动电流的电流值的电路。该输出调整电路53a包括具有低温时偏置电流设定部分532a和高温时偏置电流设定部分532b的偏置电流设定部分532、以及具有驱动电流设定部分233的驱动控制部分531a。
另外，驱动控制部分531a的驱动电流设定部分233的动作原理可以与输出调整电路23相同。
另一方面，驱动控制部分531a的偏置电流设定部分532在生成用于表示期望的偏置电流的温度特性的信号Vb并将该信号Vb输出到驱动器电路24的方面，与偏置电流设定部分232具有相同的动作原理。
其中，偏置电流设定部分532与偏置电流设定部分232的不同点在于，通过偏置电流的温度特性互不相同的低温时偏置电流设定部分532a和高温时偏置电流设定部分532b，根据驱动温度而切换该温度特性。
即，低温时偏置电流设定部分532a和高温时偏置电流设定部分532b基于互不相同的温度特性来设定偏置电流。并且，偏置电流设定部分532在驱动温度小于规定的温度的情况下，通过低温时偏置电流设定部分532a设定偏置电流的电流值，在驱动温度为该规定的温度以上的情况下，通过高温时偏置电流设定部分532b设定偏置电流的电流值。
另外，在低温时偏置电流设定部分532a和高温时偏置电流设定部分532b，相对于驱动温度的偏置电流的温度特性都成为线性函数，并且，表示低温时偏置电流设定部分532a的温度特性的线性函数(以下，称为“第一线性函数”)与表示高温时偏置电流设定部分532b的温度特性的线性函数(以下，称为“第二线性函数”)的斜率互不相同。此外，若第一线性函数与第二线性函数的斜率互不相同，则该两个线性函数中的任一个的斜率也可以为0，即恒流。
此外，作为用于根据驱动温度来切换低温时偏置电流设定部分532a和高温时偏置电流设定部分532b的结构，例如考虑以下的结构。
即，在偏置电流设定部分532中的低温时偏置电流设定部分532a和高温时偏置电流设定部分532b的前级设置晶体管(未图示)。并且，也可以是根据与输入到自身的驱动温度对应的控制电压，切换该晶体管的导通/截止，从而进行低温时偏置电流设定部分532a和高温时偏置电流设定部分532b的切换的结构。
另外，低温时偏置电流设定部分532a和高温时偏置电流设定部分532b能够由使用了电阻等的简单的电路构成，并且上述特性能够通过适当变更电阻的设定值来进行设定。
这里，叙述低温时偏置电流设定部分532a和高温时偏置电流设定部分532b的电流值的设定方法。另外，在本实施方式中，设为在常温Tr下进行基于低温时偏置电流设定部分532a和高温时偏置电流设定部分532b的偏置电流的温度特性的切换，但进行该切换的温度当然并不限定于此。
在本实施方式中，说明在图1所示的实施方式中，为将在Tr下的偏置电流降低规定值Ib(Tro)，设定低温时偏置电流设定部分532a和高温时偏置电流设定部分532b的电流值的例子。
此时，将第一线性函数设定为满足下述算式(43)的值 Ib(T)＝rb·(T-Tr)+[Ib(Tr)-Ib(Tro)] ...(43)， 并且，将偏置电流Ib(T)的斜率即斜率rb设定为下述算式(44) rb＝[(Ith(Tr)-Ith(Tro))-Ith(Tl)]/ΔT ...(44)。
此外，将第二线性函数设定为满足下述算式(45)的值 Ib(T)＝rb·(T-Tr)+[Ib(Tr)-Ib(Tro)] ...(45)， 并且，将偏置电流Ib(T)的斜率即斜率rb设定为下述算式(46) rb＝[Ith(Th)-(Ith(Tr)-Ith(Tro))]/ΔT ...(46)。
图19(b)表示由通过以上的条件求出的第一线性函数和第二线性函数所设定的偏置电流的温度特性。如图19(b)所示那样，本实施方式的偏置电流Ib的温度特性Ib(Tr-Tro)成为在常温Tr下斜率变化的折线状的温度特性。
如图19(b)所示那样，在本实施方式的偏置电流Ib的温度特性Ib(Tr-Tro)与图1所示的在驱动温度范围的全部区域中温度特性成为线性的偏置电流的温度特性Ib(T)相比，在常温tr附近和其周边温度下的偏置电流降低。
因此，可进行半导体激光器的低成本化、省空间化、低功率化，并且在半导体激光器的驱动中，可在全部驱动温度范围中，在接收侧获得良好的传输特性和光输出。
此外，如上所述那样，通过驱动具有包含多个线性函数的特性作为偏置电流的温度特性的半导体激光器，从而能够进一步降低由偏置电流所引起的耗电，并且可在接收侧获得非常稳定的传输特性和光输出。
另外，在本实施方式中，具有包含两种线性函数的特性作为偏置电流的温度特性，但并不限定于此，偏置电流的温度特性可以是具有包含三种以上的线性函数的特性。
例如，在具有包含三种线性函数的特性作为偏置电流的温度特性而驱动半导体激光器的情况下，在偏置电流设定部分内，除了低温时偏置电流设定部分、高温时偏置电流设定部分之外，还设置常温附近时偏置电流设定部分。此外，切换它们的规定的温度由两点决定(第一规定温度和第二规定温度。另外，设为第一规定温度＜第二规定温度)。并且，偏置电流设定部分在驱动温度小于第一规定温度的情况下，通过低温时偏置电流设定部分设定偏置电流的电流值，在驱动温度为第一规定温度以上且小于第二规定温度的情况下，通过常温附近时偏置电流设定部分设定偏置电流的电流值，在驱动温度为第二规定温度以上的情况下，通过高温时偏置电流设定部分设定偏置电流的电流值。
此外，在本实施方式中，在切换第一线性函数和第二线性函数的驱动温度(即，在本实施方式中常温Tr)中，通过第一线性函数所求出的偏置电流值与通过第二线性函数所求出的偏置电流值相等，但并不限定于此。即，在切换第一线性函数和第二线性函数的驱动温度(即，在上述规定的温度)中，通过第一线性函数所求出的偏置电流值与通过第二线性函数所求出的偏置电流值也可以是互不相同的值。
此外，在本实施方式中，在图1所示的实施方式中，说明了在第一线性函数与第二线性函数上切换偏置电流的温度特性的例子，但并不限定于此。即，上述偏置电流的温度特性的切换也可以应用于上述的其他的实施方式中。
此外，在本实施方式中，在偏置电流设定部分532中设置低温时偏置电流设定部分532a和高温时偏置电流设定部分532b，仅将偏置电流的温度特性由对应于驱动温度的多种线性函数来表现，但并不限定于此。即，在本实施方式的半导体激光器驱动方法中，也可以代替驱动电流设定部分233，设置包括驱动电流的温度特性成为互不相同的线性函数的低温时驱动电流设定部分533a和高温时驱动电流设定部分533b的驱动电流设定部分533(关于低温时驱动电流设定部分533a、高温时驱动电流设定部分533b以及驱动电流设定部分533的细节的说明在后面叙述)，并根据驱动温度来切换它们，从而能够由多种线性函数来表示驱动电流的温度特性。此外，此时，低温时驱动电流设定部分533a和高温时驱动电流设定部分533b能够由使用了电阻等的简单的电路来构成，并且，上述特性能够通过适当地变更电阻的设定值来设定。
根据上述结构，能够实现可削减由驱动电流所引起的耗电的半导体激光器驱动装置。
另外，在由面发光半导体激光器驱动电路和面发光半导体激光器实现具有上述结构的光发送装置2b的情况下，该电路结构例如成为图20所示的光发送装置2c。
图20所示的光发送装置2c是包括如下部分的结构电源(VCS)51；输出调整电路53b，包括具有偏置电流设定部分(Ib Set)532与驱动电流设定部分(Im Set)533的驱动控制部分531b；驱动器电路(LDD)54；面发光半导体激光器55；以及放大电路(IN-Buf)57。另外，其中，电源51、输出调整电路53b、驱动器电路54、以及放大电路57设置在同一基板上(发送IC)。此外，面发光半导体激光器55设置在与发送IC不同的基板上(VCSEL)，并经由光传输介质(例如，光波导路径4)56连接到外部(例如，光接收装置3)。
电源51是用于通过对放大电路57和输出调整电路53b提供电压Vcc，从而驱动放大电路57和输出调整电路53b的电压源。
放大电路57的输入端连接到发送侧的基板(未图示)的外部端子，输出端连接到驱动器电路54，该发送侧的基板是连接到光发送装置2c的、进行数据通信的多个基板中的基板。该放大电路57通过电源51驱动，对来自该发送侧的基板的外部输入信号(由“1”和“0”构成的二值的电信号)进行放大，并作为调制信号Ms-(表示“0”信号的调制信号)和Ms+(表示“1”信号的调制信号)施加到驱动器电路54。
输出调整电路53b的输入端连接到电源51，输出端中的一端连接到驱动器电路54，另一端连接到“R”。该输出调整电路53b通过电源51驱动，并根据光发送装置2c自身的驱动温度来改变驱动器电流54输出的偏置电流和驱动电流的电流值。
这里，输出调整电路53b在驱动控制部分531b中，包括具有低温时偏置电流设定部分532a和高温时偏置电流设定部分532b的偏置电流设定部分532；以及具有低温时驱动电流设定部分533a和高温时驱动电流设定部分533b的驱动电流设定部分533。并且，该偏置电流设定部分532和驱动电流设定部分533根据下述的要领来控制偏置电流和驱动电流。
偏置电流设定部分532通过偏置电流的温度特性成为互不相同的线性函数的低温时偏置电流设定部分532a和高温时偏置电流设定部分532b，根据驱动温度来切换该温度特性。即，低温时偏置电流设定部分532a和高温时偏置电流设定部分532b基于成为互不相同的线性函数的温度特性来设定偏置电流。并且，偏置电流设定部分532在驱动温度小于规定的温度的情况下，通过低温时偏置电流设定部分532a来设定偏置电流的电流值，在驱动温度为该规定的温度以上的情况下，通过高温时偏置电流设定部分532b来设定偏置电流的电流值。
此外，驱动电流设定部分533通过驱动电流的温度特性成为互不相同的线性函数的低温时驱动电流设定部分533a和高温时驱动电流设定部分533b，根据驱动温度来切换该温度特性。即，低温时驱动电流设定部分533a和高温时驱动电流设定部分533b基于成为互不相同的线性函数的温度特性来设定驱动电流。并且，驱动电流设定部分533在驱动温度小于规定的温度的情况下，通过低温时驱动电流设定部分533a来设定驱动电流的电流值，在驱动温度为该规定的温度以上的情况下，通过高温时驱动电流设定部分533b来设定驱动电流的电流值。
并且，在对应于驱动温度的控制电压被施加到偏置电流设定部分532(低温时偏置电流设定部分532a和高温时偏置电流设定部分532b)的情况下，偏置电流设定部分532基于该控制电压，生成用于表示期望的偏置电流的温度特性的信号Vb，并将该信号Vb输出到驱动器电路54。关于驱动电流设定部分533(低温时驱动电流设定部分533a和高温时驱动电流设定部分533b)也是相同地，被施加了上述控制电压的驱动电流设定部分533基于该控制电压，生成用于表示期望的驱动电流的温度特性的信号Vm，并将该信号Vm输出到驱动器电路54。
驱动器电路54的一个输入端连接到放大电路57，另一个输入端连接到输出调整电路53b，输出端连接到面发光半导体激光器55。该驱动器电路54对面发光半导体激光器55输出偏置电流和驱动电流。在驱动器电路54中，输入上述输出信号Vb和Vm、上述调制信号Ms-和Ms+。驱动器电路54基于输出信号Vb生成偏置电流Ib，并基于输出信号Vm生成驱动电流Im。并且，根据上述调制信号Ms-和Ms+来切换偏置电流Ib和驱动电流Im，直接进行调制，从而生成“1”和“0”的二值的信号，并将该二值的信号输出到面发光半导体激光器55。
面发光半导体激光器55是根据来自驱动器电路54的上述二值的信号而发光，从而输出光信号的器件，其将该光信号经由光传输介质56而发送到外部。
实施方式10
图18表示通过作为光源而具有由在上述的实施方式中说明的驱动方式驱动的面发光半导体激光器的光布线模块，进行数据通信的设备的一例。另外，上述光布线模块的结构可以是与图2所示的光布线模块1相同的结构。
图18(a)是通过光布线模块进行数据通信的便携电话的概略图。此外，图18(b)是通过光布线模块进行数据通信的便携电话的内部电路的立体图。
图18(a)所示的便携电话30通过光布线模块1连接信号处理电路基板31和包括显示部分33的液晶驱动器电路基板32。具体地说，如图18(b)所示那样，将光发送装置2与信号处理电路基板31连接，将光接收装置3与液晶驱动器电路基板32连接，进而，通过具有高的弯曲性的光波导路径4连接光发送装置2和光接收装置3的结构。
由此，能够进行在便携电话30中的、信号处理电路基板31和液晶驱动器电路基板32之间的数据通信。即，例如能够将存储在信号处理电路基板31侧的信息显示到设置在液晶驱动器电路基板32侧的显示部分33上。
此外，图18(c)是通过光布线模块1进行数据通信的打印机的概略图。并且，图18(d)是通过光布线模块1进行数据通信的打印机的内部电路的立体图。
图18(c)所示的打印机40通过光布线模块1连接打印机头41和打印机主体侧的基板43。具体地说，如图18(d)所示那样，将光发送装置2与打印机主体侧的基板43连接，将光接收装置3与打印机头41连接，进而，通过具有高的弯曲性的光波导路径4连接光发送装置2和光接收装置3的结构。
由此，能够进行在打印机40中的、打印机头41和打印机主体侧的基板43之间的数据通信。即，例如在图18(c)中，将与存储在打印机主体侧的基板43侧的字符或图像有关的信息发送到打印机头41。并且，接收到上述信息的打印机头41从该信息中读取上述字符或图像。由此，打印机头41能够在用纸42上打印上述字符或图像。
本发明并不限定于上述的各个实施方式，可在权利要求所示的范围中进行各种变更，将在各个实施方式中分别公开的技术手段适当组合而得的实施方式也包含在本发明的技术范围。
产业上的可利用性 本发明的半导体激光器驱动装置和半导体激光器驱动方法可进行廉价、省空间、低功率化，并且在全部驱动温度范围中，在接收侧获得良好的传输特性和光输出，所以能够用于面发光半导体激光器的驱动。此外，还能够用于将面发光半导体激光器用作光源的光布线模块，以及使用了该光布线模块的光通信、光网络、光互连等的可高速进行大容量的数据通信的光通信网中。
权利要求
1.一种半导体激光器驱动装置，其特征在于，包括
驱动部件，通过基于调制信号对半导体激光器施加偏置电流或者偏置电流和驱动电流，从该半导体激光器输出光信号；以及
输出调整部件，控制在所述驱动部件施加的偏置电流值和驱动电流值，
所述输出调整部件包括
偏置电流设定部件，基于所述半导体激光器的驱动温度，设定该偏置电流值，使得相对于该驱动温度的偏置电流值的温度特性成为具有0以外的斜率的函数；以及
驱动电流设定部件，基于所述驱动温度，设定该驱动电流值，使得相对于该驱动温度的驱动电流值的温度特性成为具有0以外的斜率的函数，
将所述偏置电流值的温度特性和所述驱动电流值的温度特性设为互不相同的函数。
2.如权利要求1所述的半导体激光器驱动装置，其特征在于，
所述输出调整部件的偏置电流设定部件设定该偏置电流值，使得所述偏置电流值的温度特性成为具有0以外的斜率的线性函数。
3.如权利要求1所述的半导体激光器驱动装置，其特征在于，
所述输出调整部件的偏置电流设定部件设定该偏置电流值，使得所述偏置电流值的温度特性成为至少包括第一线性函数和第二线性函数的函数，所述第一线性函数在从驱动温度范围内的下限温度到该驱动温度范围内的规定的温度为止之间线性变化，所述第二线性函数在从该规定的温度到该驱动温度范围内的上限温度为止之间线性变化，并且其斜率与该第一线性函数不同。
4.如权利要求1所述的半导体激光器驱动装置，其特征在于，
在所述半导体激光器中，相对于自身的驱动温度的阈值电流值的温度特性在纵轴为该阈值电流值且横轴为该驱动温度的坐标中成为向下凸出的曲线。
5.如权利要求1所述的半导体激光器驱动装置，其特征在于，
所述输出调整部件的驱动电流设定部件设定该驱动电流值，使得所述驱动电流值的温度特性成为具有0以外的斜率的线性函数。
6.如权利要求1所述的半导体激光器驱动装置，其特征在于，
所述输出调整部件的偏置电流设定部件将所述偏置电流值的温度特性Ib(T)设定为
Ib(T)＝rb·(T-Tr)+Ib(Tr)，
其中，T驱动温度、Tr常温、Ib(Tr)在常温Tr下的偏置电流，
将所述偏置电流值的温度特性的斜率rb设定为
rb＝[Ith(Th)-Ith(Tl)±γ]/ΔT，
其中，Ith(Th)在驱动温度范围内的上限温度Th下的半导体激光器的阈值电流值、Ith(Tl)在驱动温度范围内的下限温度Tl下的半导体激光器的阈值电流值、ΔT驱动温度范围，即驱动温度范围内的上限温度Th-驱动温度范围内的下限温度Tl、γ规定的偏置电流值，此外，设定为Ith(Th)-Ith(Tl)±γ≠0。
7.如权利要求1所述的半导体激光器驱动装置，其特征在于，
所述输出调整部件的驱动电流设定部件将所述驱动电流值的温度特性设为相对于倾斜效率大致成反比例的函数或者将该函数近似的近似直线，所述倾斜效率是将半导体激光器的电流值从偏置电流上升至驱动电流时的、相对于电流值的变动的来自该半导体激光器的输出光的功率的变动的斜率。
8.如权利要求1所述的半导体激光器驱动装置，其特征在于，
所述半导体激光器是对包括用于接收所述光信号的光接收元件的光接收装置输出该光信号的器件，
所述输出调整部件的驱动电流设定部件将所述驱动电流值的温度特性设为，相对于将半导体激光器的电流值从偏置电流上升至驱动电流时的、所述光接收元件的光接收量大致成反比例的函数或者将该函数近似的近似直线。
9.如权利要求1所述的半导体激光器驱动装置，其特征在于，
所述半导体激光器是对包括用于接收所述光信号的光接收元件和对该光接收元件接收的光信号进行放大的接收侧集成电路的光接收装置，输出该光信号作为由“1”和“0”构成的2值信号的器件，
所述输出调整部件将在所述驱动温度为常温时的所述偏置电流值和驱动电流值设定为满足以下条件的值
第1条件，在驱动温度范围内来自所述半导体激光器的输出光的功率成为最小的驱动温度下的、输出所述“1”信号的情况下的输出光的功率与输出所述“0”信号的情况下的输出光的功率之比即消光比为规定值以上的值；
第2条件，在所述驱动温度范围内的规定区域中，所述偏置电流值为所述半导体激光器的阈值电流值以上；以及
第3条件，在所述驱动温度范围内的全部区域中，在所述光接收装置的光接收元件中的所述光信号的光接收量成为所述光接收装置的接收侧集成电路的、可进行光接收的入射光的最小功率即最小光接收灵敏度以上。
10.如权利要求9所述的半导体激光器驱动装置，其特征在于，
所述输出调整部件的偏置电流设定部件和驱动电流设定部件根据下述算式决定满足所述第1条件的、在所述驱动温度范围内来自所述半导体激光器的输出光的功率成为最小的驱动温度Tw下的偏置电流值Ib(Tw)和驱动电流值Im(Tw)，
[Ib(Tw)+Im(Tw)-Ith(Tw)]/[Ib(Tw)-Ith(Tl)]≥E，
其中，Ith(Tw)在Tw下的所述半导体激光器的阈值电流值、E光接收装置可接收的输出光的消光比的最小值，
根据下述算式决定满足所述第3条件的、在所述驱动温度范围内来自所述半导体激光器的输出光的功率成为最小的驱动温度Tw下的偏置电流值Ib(Tw)和驱动电流值Im(Tw)，
Im(Tr)≥-Ib(Tr)+(r2-r1)·(Tw-Tr)+Ith(Tw)+(Pmin/αη)，
其中，r2驱动电流值的温度特性的斜率、r1偏置电流值的温度特性的斜率、Pmin最小光接收灵敏度、α在半导体激光器和光接收装置的光接收元件之间的路径的光损耗、η倾斜效率，
将在所述驱动温度为常温时的所述偏置电流值和驱动电流值设定为还满足第4条件的值，所述第4条件用于决定由内置所述半导体激光器的发送侧集成电路的特性所决定的、所述偏置电流值的上限值和驱动电流值的上限值。
11.如权利要求9所述的半导体激光器驱动装置，其特征在于，
所述输出调整部件控制所述偏置电流值和驱动电流值，使得将在所述驱动温度范围内来自所述半导体激光器的输出光的功率成为最小的驱动温度与该驱动温度范围内的下限温度或者上限温度一致。
12.如权利要求1所述的半导体激光器驱动装置，其特征在于，
所述输出调整部件的偏置电流设定部件在驱动温度范围内的下限温度和上限温度中，将所述偏置电流值与所述半导体激光器的阈值电流值一致。
13.如权利要求9所述的半导体激光器驱动装置，其特征在于，
所述输出调整部件的偏置电流设定部件和驱动电流设定部件在所述驱动温度范围内的下限温度或者上限温度中，将所述偏置电流值与所述半导体激光器的阈值电流值一致，并且将在常温下的所述偏置电流值和驱动电流值设定为满足如下关系的值
Im(Tr)＝-Ib(Tr)+(r2-r1)·(Tw-Tr)+Ith(Tw)+(Pmin/αη)，
并且，
Im(Tr)＝Im(Tw)-r2(Tw-Tr)。
14.如权利要求9所述的半导体激光器驱动装置，其特征在于，
所述输出调整部件的偏置电流设定部件和驱动电流设定部件将在所述驱动温度为常温时的所述偏置电流值和驱动电流值设定为还满足第4条件的值，所述第4条件是常温下的消光比Er成为规定值以上的值，其中，Er＜E。
15.如权利要求9所述的半导体激光器驱动装置，其特征在于，
所述输出调整部件的偏置电流设定部件和驱动电流设定部件将在所述驱动温度为常温时的所述偏置电流值和驱动电流值设定为还满足第4条件的值，所述第4条件是在所述驱动温度范围内的全部区域中，所述输出光的功率的变动幅度成为规定值以下的值。
16.如权利要求1所述的半导体激光器驱动装置，其特征在于，
所述半导体激光器的阈值电流值的温度特性Ith(T)由下述算式(1)表示
数学式1
其中，Ith(Tr)在常温下的所述半导体激光器的阈值电流值、T01用于规定相对于驱动温度的半导体激光器的增益频谱的变动幅度的特性温度、T02用于规定相对于驱动温度的半导体激光器的最大增益的减少量的特性温度。
17.如权利要求1所述的半导体激光器驱动装置，其特征在于，
所述半导体激光器的阈值电流值的温度特性Ith(T)由下述算式(2)表示
数学式2
其中，Ith(Tc)在温度Tc下的所述半导体激光器的阈值电流值、T01用于规定相对于驱动温度的半导体激光器的增益频谱的变动幅度的特性温度、T02用于规定相对于驱动温度的半导体激光器的最大增益的减少量的特性温度，此外，Tc≤驱动温度范围内的下限温度T1，或者，驱动温度范围内的上限温度Th≤Tc。
18.如权利要求6所述的半导体激光器驱动装置，其特征在于，
对相对于所述半导体激光器的驱动温度的阈值电流值的温度特性的偏差，所述偏置电流值的温度特性的斜率rb的允许范围为
[Ith(Th)A-Ith(Tl)A]/ΔT≥rb≥[(Ith(Th)C-Ith(Tl)C)/ΔT]-α，
其中，Ith(Th)A在Ith(Th)-Ith(Tl)的值最大的半导体激光器的阈值电流值的温度特性中的Ith(Th)、Ith(Tl)A在Ith(Th)-Ith(Tl)的值最大的半导体激光器的阈值电流值的温度特性中的Ith(Tl)、Ith(Th)C在Ith(Th)-Ith(Tl)的值最小的半导体激光器的阈值电流值的温度特性中的Ith(Th)、Ith(Tl)C在Ith(Th)-Ith(Tl)的值最小的半导体激光器的阈值电流值的温度特性中的Ith(Tl)，此外，设定为[(Ith(Th)C-Ith(Tl)C)/ΔT]-α≠0。
19.一种半导体激光器驱动方法，包括
驱动步骤，通过基于调制信号对半导体激光器施加偏置电流或者偏置电流和驱动电流，从该半导体激光器输出光信号；以及
输出调整步骤，控制在所述驱动步骤施加的所述偏置电流值和驱动电流值，
在所述输出调整步骤中，基于所述半导体激光器的驱动温度，设定该偏置电流值，使得相对于该驱动温度的偏置电流值的温度特性成为具有0以外的斜率的函数，并且，
基于所述驱动温度，设定该驱动电流值，使得相对于该驱动温度的驱动电流值的温度特性成为具有0以外的斜率的函数，
将所述偏置电流值的温度特性和所述驱动电流值的温度特性设为互不相同的函数。
20.一种光发送装置，包括
权利要求1～7、12、16～18中的任一项所述的半导体激光器驱动装置；以及
半导体激光器，其相对于自身的驱动温度的阈值电流值的温度特性在纵轴为该阈值电流值且横轴为该驱动温度的坐标中成为向下凸出的曲线，并且，通过输入从所述半导体激光器驱动装置输入的所述偏置电流和驱动电流来输出光信号。
21.如权利要求20所述的光发送装置，其特征在于，
所述半导体激光器驱动装置的输出调整部件具有2种以上所述偏置电流值的温度特性，
根据所述半导体激光器的阈值电流值的温度特性的偏差，所述偏置电流值的温度特性可变。
22.一种光发送装置，包括
权利要求8～11、13～15中的任一项所述的半导体激光器驱动装置；以及
半导体激光器，其相对于自身的驱动温度的阈值电流值的温度特性在纵轴为该阈值电流值且横轴为该驱动温度的坐标中成为向下凸出的曲线，并且，通过输入从所述半导体激光器驱动装置输入的所述偏置电流和驱动电流来输出光信号。
23.如权利要求22所述的光发送装置，其特征在于，
所述半导体激光器驱动装置的输出调整部件具有2种以上所述偏置电流值的温度特性，
根据所述半导体激光器的阈值电流值的温度特性的偏差，所述偏置电流值的温度特性可变。
24.一种光布线模块，包括
权利要求20或21所述的光发送装置；
光接收装置，对所述光发送装置输出的所述光信号进行接收；以及
传输介质，通过连接所述光发送装置和所述光接收装置，从而在所述光发送装置和所述光接收装置之间进行数据通信。
25.一种光布线模块，其特征在于，包括
权利要求22或23所述的光发送装置；
光接收装置，包括用于接收光信号的光接收元件和对该光接收元件接收的光信号进行放大的接收侧集成电路，并且接收该光信号作为由“1”和“0”构成的2值信号；以及
传输介质，通过连接所述光发送装置和所述光接收装置，从而在所述光发送装置和所述光接收装置之间进行数据通信，
所述光接收装置经由所述传输介质接收所述光发送装置输出的所述光信号。
26.一种电子设备，通过权利要求24或25所述的光布线模块进行数据通信。
全文摘要
包括偏置电流设定部分(232)，基于驱动温度，设定偏置电流值，使得相对于该驱动温度的偏置电流值的温度特性成为具有0以外的斜率的线性函数；以及驱动电流设定部分(233)，基于驱动温度，设定驱动电流值，使得相对于该驱动温度的驱动电流值的温度特性成为具有0以外的斜率的函数。此外，偏置电流的温度特性和驱动电流的温度特性成为互不相同的函数。这样，能够提供一种可进行半导体激光器的低成本化、省空间化、低功率化，并且在半导体激光器的驱动中，能够在全部驱动温度范围，在接收侧获得良好的传输特性和光输出的半导体激光器驱动装置。
文档编号H01S5/068GK101779346SQ20088010261
公开日2010年7月14日 申请日期2008年8月8日 优先权日2007年8月13日
发明者滨名建太郎, 榎并显, 寺川裕佳里, 宇野圭辅, 细川速美 申请人:欧姆龙株式会社