LD発光モジュール(LM-101-A2)を使用して、電流と光強度の特性

質問

LD発光モジュール(LM-101-A2)を使用して、電流と光強度の特性を測定しています。
直流安定化電源を定電流源として用い、電流を1mA,2mA…と1mAずつ増加させながら
PDで光を受け、その電流値を測定しています。

その測定中に、11～15mAを流した時にLDが消灯してしまうという動作が起こりました。

LDが破損したのかな？とも思ったのですが、乾電池2本を直列にして接続すると
普通にレーザー光が出力されるのが確認できました。

モジュール的にも、LD的にも定格にはまだ余裕がありますので、
どうしてだろうと悩んでいます。

どなたかこの現象についてご存知の方おられましたらご回答ください。
よろしくお願いいたします。

回答No.2

inara1 · ベストアンサー

状況は分かりました。
ANo.1でも書きましたが、このモジュールはLDの光出力を一定に保つ回路が内蔵されています（説明書にその回路が載っています）。したがってモジュールの電源電圧を変えてもLDの光出力は一定なので、このままではLD単独の電流-光出力特性は得られません。

モジュール基板の端っこについている３本足の金色の缶パケージの部品がLDです（３本足のうち真ん中がLDのアノード、Q1につながっているほうの足がLDのカソード、残りの足が光出力モニタ用のフォトダイオードのアノード）。モジュールの制御回路を動作させずに、LD単体のアノード-カソード間に電圧を印加し、少しずつ電流を増加させていけば、ある電流（しきい値電流）から、LED発光からレーザ発振に変わり、急に光出力が増大するという特性が得られます。ただし、レーザ発振し始めると、電流をわずかに増やしても光出力が大きく変化するので、過大電流が流れないように注意する必要があります（光出力が1mW越えると劣化します）。

もし、LD単独の電流-光出力特性を取りたいのであれば、添付図のように、R2(1kΩ）を取り外してモジュールの動作を止め、LD単体のアノード-カソード間に安定化電源を接続してください。安定化電源は定電流モードとし、最大電圧（電圧リミット）は 3V～3.5V 程度にしてください。添付図のスイッチ（トグルスイッチ）は、LDの破壊防止用です。以下の手順で電流を流してください。
　　　（１）　安定化電源を定電流モードにして、電圧リミットを3Vから3.5Vに設定する
　　　（２）　安定化電源の出力をOFFにした状態で安定化電源とLDをつなぎ、トグルスイッチをOFFの位置にする
　　　（３)　安定化電源の電流設定を 0 にした状態で、安定化電源の出力をONにする（このとき、トグルスイッチが導通しているのでLDにはサージ電圧がかからない）
　　　（４）　トグルスイッチをON位置にしてから、安定化電源の電流設定を少しずつ上げていく（しきい値電流を超えると急に発光が強くなるので電流を上げすぎないように）
　　　（５）　測定が終わったら、安定化電源の電流設定を 0 に戻した後、トグルスイッチをOFFの位置にし、安定化電源の出力をOFFにする
光出力が1mW越えるとLDが劣化しますので、流す電流に十分注意してください。

お礼

図解付きの丁寧なご説明、ありがとうございました。
おかげでLDの特性測定が順調に行えそうです。
出力光に注意が必要だということを見落としていました。
注意して測定を行いたいと思います。

ありがとうございました。

回答No.1

inara1

LD発光モジュール(LM-101-A2) は手元にありますが、モジュールが壊れるかもしれないので、同じような実験をするのをためらっています。
質問文で分からないところがあるので教えてください。

＞直流安定化電源を定電流源として用い、電流を1mA,2mA…と1mAずつ増加させながら
安定化電源を定電流モードで動作させて、電源の出力電流を増加させているという意味でしょうか。だとしたら、安定化電源の最大電圧（これ以上の電圧になると定電圧動作に切り替わる電圧）の設定は何Vにしていますか。

＞PDで光を受け、その電流値を測定しています
モジュールのままだと、PDの電流は測定できませんが、「その電流値」というのはPD電流でなく、直流安定化電源の電流値のことでしょうか。

＞その測定中に、11～15mAを流した時にLDが消灯してしまうという動作が起こりました
11～15mAの電流というのはどこの電流でしょうか。

このモジュール は3Vの電源電圧で動作しますが、モジュール内部にAPC回路（光出力を一定にする回路）が入っているので、電源電圧が3Vを多少越えてもLDが壊れることはありません。しかし、このAPC回路の動作を回路シミュレータで見てみたところ、電源電圧があまりにも高いとLD電流が０になってしまいました（このときのLD電流は10数mAでした）。たぶん保護回路が働いただけだと思いますが、電源電圧を大きくしていっても、LDに流れる電流はほぼ一定で、モジュール内部の抵抗に流れる電流が増えるだけです。

そもそも、モジュールに流れる電流とLDに流れる電流は同じではありませんが、どのような目的でこのような測定をされているのでしょうか？

補足

ご丁寧な回答、ありがとうございます。
私の説明不足だったところを補足します。

＞安定化電源を定電流モードで動作させて、電源の出力電流を増加させているという意味でしょうか。
そのとおりです。
安定化電源の最大電圧は、まず始めに定格の3Vに設定していましたが、
LDの消灯が起こったので出力電圧にリミットがかかってそうなったのかな、と思い、
8Vに上げて同様にしたところ、やはり消灯しました。

＞モジュールのままだと、PDの電流は測定できませんが、「その電流値」というのはPD電流でなく、直流安定化電源の電流値のことでしょうか。
ここでいうPDとはモジュールに内蔵されているPDではなく、別のPDを用意して
LDモジュールと向かい合わせに設置し、それをマルチメーターに繋いで電流を測定しているということです。

＞11～15mAの電流というのはどこの電流でしょうか。
これは安定化電源がLDモジュールに流した電流値です。安定化電源のディスプレイに表示されている電流値になります。

＞そもそも、モジュールに流れる電流とLDに流れる電流は同じではありませんが、どのような目的でこのような測定をされているのでしょうか？
モジュールに流す電流と電圧値と出力される光強度の関係を調べたかったわけです。
LDは閾値電流以上の電流を流すと、出力される光がLED的からLD的な波長にスイッチするのが
特徴なので、徐々に電流を上げていったらその閾値付近で光強度にも特徴的な変化があるのかなぁ
といったことを試したかったということです。

おっしゃられているAPC回路は、私のほうでも調べてみました。
モジュールに内蔵されているPDでLDから出力される光を監視してフィードバックをかけ、
LDに流れる電流をダイナミックに制御している
という解釈で正しいのでしょうか？

つまり、私がLDに十数mA流そうとすると、LD定格に比べて高い電圧が印加されて、
そのためにAPC回路の保護機能が働いてLDが消灯したということでしょうか。

また、使用している安定化電源の電流制御が若干遅いために、
電流値のオーバーシュート部分がAPC回路に流れて
見ている設定値よりも多量の電流が流れたせいで保護機能がかかったとも考えられるような
気がします。(そのせいでAPC回路なしのLDを何個か壊したということもありました)

以上です。
長文、散文で読みにくいと思いますが、
ご一読よろしくお願いいたします。