レーザダイオードの制御方法、制御回路、および光送信器
【課題】 製造時の調整が容易に行え、光信号特性を劣化させず、かつ高密度実装を可能にする光送信器のレーザダイオードの制御方法、制御回路、およびその光送信器を提供する。
【解決手段】 ＬＤ１は、電流源４によってバイアス電流が付与され、変調回路２によって変調電流が印加されることにより変調光を出力する。ＬＤ１の光出力はＰＤ５によって監視され、光出力測定回路６を通してマイクロプロセッサ８に取り込まれる。マイクロプロセッサ８は、ＬＤ１の出力光が目標値に一致するようにＡＰＣ（自動光出力制御）によりバイアス電流を調整し、更に、ＬＤ１のスロープ効率またはその相当量に基づいて、光変調振幅ＯＭＡまたは消光比が所定の値に一致するように、スロープ効率に応じてＡＡＣ（自動光変調振幅制御）により変調電流Ｉｍを調整する。
【解決手段】 ＬＤ１は、電流源４によってバイアス電流が付与され、変調回路２によって変調電流が印加されることにより変調光を出力する。ＬＤ１の光出力はＰＤ５によって監視され、光出力測定回路６を通してマイクロプロセッサ８に取り込まれる。マイクロプロセッサ８は、ＬＤ１の出力光が目標値に一致するようにＡＰＣ（自動光出力制御）によりバイアス電流を調整し、更に、ＬＤ１のスロープ効率またはその相当量に基づいて、光変調振幅ＯＭＡまたは消光比が所定の値に一致するように、スロープ効率に応じてＡＡＣ（自動光変調振幅制御）により変調電流Ｉｍを調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）の制御方法、制御回路、および光送信器に関し、特に、ＬＤの温度変化および経時変化に対応可能なレーザダイオードの制御方法、制御回路、および光送信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信に用いられる光送信器は、バイアス電流および変調電流に応じた強度で光出力する光源と、送信信号に基づいて変調電流を生成する変調回路とを備えており、外部機器から与えられた送信信号（ここでは、論理“１”、“０”に対応する電圧を有するデジタル信号をいう。）を差動増幅および緩衝増幅し、その差動増幅信号の一方または両方を光源であるレーザダイオードに印加すると、送信信号の“１”、“０”に対応して光出力強度が“１”レベルと“０”レベルとの間で強弱変化する光送信信号が得られる。
【０００３】
光送信器では良好な識別感度が得られるように、ＯＭＡ（Optical Modulation Amplitude：光変調振幅）および消光比をできるだけ大きくするＬＤ制御が求められる。ＯＭＡおよび消光比は光信号の識別感度に関する量であり、ＯＭＡは光出力の“１”レベルと“０”レベルの差、消光比は光出力の“１”レベルと“０”レベルの比である。
【０００４】
しかし、光信号の伝送速度が速くなると、消光比が大き過ぎた場合、ＬＤの発振が追随できず、波形が劣化し、光送信信号のジッタが増大する。また、既設のシングルモードファイバーを用いて高速および長距離の伝送を行う場合、消光比が大き過ぎると、ＬＤの発振波長の過渡的変動（チャープ： chirp）を引き起こし、光ファイバの分散特性によって長距離伝送後の波形が劣化し、かえって識別感度を悪くする。したがって、高速あるいは長距離伝送を行う光送信器においては、正確な消光比制御が要求される。
【０００５】
一方、ＬＤは、温度変化および経時変化にともない、その発振閾値電流およびスロープ効率が変化する特性を持っている。発振閾値電流の変化による光出力強度の変化と、スロープ効率の変化によるＯＭＡおよび消光比の変化を発生するため、バイアス電流および変調電流の制御が必要である。
【０００６】
図６は、ＬＤの印加電流と光出力強度の関係を示す。図６に示すように、ＬＤに印加される直流電流（印加電流Ｉ）が、発振閾値Ｉｔｈを超えるとＬＤが発光する。さらに、印加電流Ｉを大きくしていくと、光出力強度Ｐは印加電流Ｉに対して線形に増大する。この線形部分の傾きη（η＝光出力強度Ｐ／印加電流Ｉ）をＬＤのスロープ効率という。図６に示すように、ＬＤにバイアス電流Ｉｂおよび変調電流Ｉｍを印加すると、変調された光出力が得られる。このＩｂおよびＩｍの値は、所定の光出力とＯＭＡまたは消光比が得られるように設定される。
【０００７】
図７は、ＬＤの温度変化および経時変化（印加電流と光出力強度の関係）を示す。図７のように、発振閾値Ｉｔｈおよびスロープ効率ηは、温度変化および経時変化によって変化する。図７は、温度変化または経時変化によって、ＩｔｈがＩｔｈ′に増加すると共にηがη′に小さくなるように変化したとき、その変化に応じてバイアス電流ＩｂをＩｂ′に増大させると共に変調電流ＩｍをＩｍ′に増大させなければ、所定の光出力とＯＭＡまたは消光比を得ることができないことを示している。
【０００８】
ＬＤの光出力強度の変化を避けるためのバイアス電流の制御には、光出力をモニタし、バイアス電流にフィードバックをかけるＡＰＣ（Automatic Power Control ：自動光出力制御）が用いられる。ＯＭＡまたは消光比の変化を避けるための手段として、以下のものがある。
【０００９】
（１）温度センサを使用してＬＤの周囲温度を測定し、その周囲温度に応じて変調電流を制御する構成（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
（２）光出力をモニタするＰＤ（フォトダイオード）の光電流から、ピークホールド回路等を用いてＯＭＡまたは消光比を測定し、変調電流にフィードバックをかける構成（例えば、特許文献２参照。）。
【００１１】
（３）バイアス電流または変調電流に、低周波数のＲＦ信号を重畳し、光出力をモニタするＰＤの光電流からＲＦ信号成分のみを抽出し、ＯＭＡまたは消光比等を測定し、変調電流にフィードバックをかける構成（例えば、特許文献３参照。）。
【００１２】
（４）バイアス電流および変調電流の変動量から、ＯＭＡまたは消光比が一定になるようなバイアス電流または変調電流を予測し、変調電流にフィードフォワードをかける方法。この方法は、ＬＤ特性の変化によるバイアス電流および変調電流の変化は、その原因が温度変化または経時変化のどちらであっても、同じ変化をするという統計的予測に基づいており、具体的には、バイアス電流の変動量と変調電流の変動量との比が一定になるような制御を行い、製造時にその比を設定する。或いは、製造時に周囲温度を変化させて、ＯＭＡまたは消光比が一定になるようなバイアス電流および変調電流のデータを取り、そのデータに基づいて制御を行うものである。
【００１３】
前記（１）は、最も簡易に構成でき、広く利用されている方法である。また、前記（２）は、直接消光比を測定するため、確実に消光比を制御できる。更に、前記（３）は、ＰＤの応答速度に対応できる低周波数のＲＦ信号を用いるため、光出力のピーク値をとらえることができる。
【特許文献１】特開２００２−１１１１２０号公報（［００３０］〜［００５０］、図１、図２）
【特許文献２】特開２００１−３５２１２５号公報（［００２５］〜［００３８］、図１〜図３）
【特許文献３】特開２００３−１６９０２２号公報（［００１８］〜［００２０］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、従来のレーザダイオードの制御方法、制御回路、および光送信器によると、前記（１）は、ＬＤ特性の経時変化には対応できず、また、ＬＤの温度特性の個体差が大きいため、製造時の調整が難しい。前記（２）は、伝送信号が高速になると、伝送速度が光出力をモニタするＰＤの応答速度よりも速すぎ、ピーク検出ができなくなる。また、外付けの回路が増えるため、光送信器を小型化することが難しくなる。
【００１５】
前記（３）は、伝送信号に余分な試験信号を重畳するため、光波形の劣化やジッタの増大、発振などのリスクを伴う。また、外付けの回路が増えるため、高密度実装には不向きである。更に、前記（４）は、経時変化に対する保証が統計的なものにとどまるほか、ＬＤの特性のばらつきのため、製造時の調整にかかる負荷が大きい。
【００１６】
したがって、本発明の目的は、製造時の調整が容易に行え、光信号特性を劣化させず、かつ高密度実装を可能にする光送信器のレーザダイオードの制御方法、制御回路、および光送信器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、前記の目的を達成するため、第１の特徴として、レーザダイオードにバイアス電流および変調電流を印加して前記レーザダイオードの光出力を変調すると共に、前記レーザダイオードの光出力と、光変調振幅または消光比とを制御するレーザダイオードの制御方法において、前記レーザダイオードの光出力を測定する第１の工程と、前記光出力が所定の値に一致するようにバイアス電流を調整するＡＰＣ（自動光出力制御）を行うと共に、スロープ効率または前記スロープ効率の相当量を測定する第２の工程と、前記光変調振幅または消光比が所定の値に一致するように前記スロープ効率またはその相当量に応じてＡＡＣ（自動光変調振幅制御）により前記変調電流を調整する第３の工程とを含むことを特徴とするレーザダイオードの制御方法を提供する。
【００１８】
本発明は、前記の目的を達成するため、第２の特徴として、レーザダイオードにバイアス電流および変調電流を印加して前記レーザダイオードの出力を変調するレーザダイオードの制御回路において、受光素子により測定された前記レーザダイオードの光出力が所定の値に一致するようにバイアス電流を調整するＡＰＣ（自動光出力制御）部と、前記レーザダイオードのスロープ効率またはその相当量を測定するスロープ効率測定部と、前記光変調振幅または消光比が所定の値に一致するように変調電流を前記スロープ効率測定部による測定結果に応じて調整するＡＡＣ（自動光変調振幅制御）部とを備えることを特徴とするレーザダイオードの制御回路を提供する。
【００１９】
本発明は、前記の目的を達成するため、第３の特徴として、レーザダイオードと、前記レーザダイオードにバイアス電流を付与する電流源と、前記レーザダイオードに変調電流を印加して前記レーザダイオードの出力を変調する変調回路と、前記レーザダイオードの光出力を測定する光出力測定回路と、前記光出力が所定の値に一致するように前記バイアス電流を調整するＡＰＣ（自動光出力制御）、およびレーザダイオードのスロープ効率またはその相当量の測定結果に基づいて、前記光変調振幅または消光比が所定の値に一致するように、前記スロープ効率またはその相当量に応じて変調電流を調整するＡＡＣ（自動光変調振幅制御）を行う制御部とを備えることを特徴とする光送信器を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のレーザダイオードの制御方法によれば、光出力の測定結果をフィードバックしてレーザダイオードのバイアス電流を制御すると共に、スロープ効率またはその相当量に基づいて変調電流を調整するようにしたので、製造時の調整が容易に行え、光信号特性の劣化を防止することができる。
【００２１】
また、本発明のレーザダイオードの制御回路および光送信器によれば、光出力の測定結果をフィードバックしてレーザダイオードのバイアス電流を制御すると共に、スロープ効率またはその相当量に基づいて変調電流を調整するようにしたので、製造時の調整が容易に行え、光信号特性が劣化するのを防止でき、しかも高密度実装が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を基に説明する。
［第１の実施の形態］
（光送信器の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光送信器の構成を示す。
光送信器１００は、バイアス電流および変調電流に応じた強度で発光したレーザ光を光導波路等へ出射するＬＤ（レーザダイオード）１と、ＬＤ１に印加する変調電流を生成する変調回路２と、変調回路２に電流を印加する電流源３と、ＬＤ１にバイアス電流を印加する電流源４と、ＬＤ１の後方出力と光結合され、ＬＤ１の光出力をモニタする受光素子としてのＰＤ（フォトダイオード）５と、光出力測定回路６と、周囲温度を測定する温度測定回路７と、プログラムを内蔵した制御部としてのマイクロプロセッサ８と、前記プログラムのほか、光出力およびＯＭＡの目標値が格納されると共にマイクロプロセッサ８に接続された不揮発性メモリ９と、電流源３とマイクロプロセッサ８との間に接続されたＤ／Ａ変換器１０と、電流源４とマイクロプロセッサ８との間に接続されたＤ／Ａ変換器１１と、光出力測定回路６とマイクロプロセッサ８との間に接続されたＡ／Ｄ変換器１２と、温度測定回路７とマイクロプロセッサ８との間に接続されたＡ／Ｄ変換器１３と、トランジスタ２ｂのコレクタとＬＤ１との間に接続されたコンデンサ１４とを備える。
【００２３】
ＬＤ１は、コンデンサ１４により変調回路２に交流結合され、変調回路２による変調電流がＬＤ１に印加される。このコンデンサ１４からの変調電流が図６に示した変調電流Ｉｍになり、ＬＤ１からは変調された光出力が発生し、光導波路等に入射される。
【００２４】
ＬＤ１による光出力の論理“１”レベルをＰ１、“０”レベルをＰ０とすると、ＬＤ１の光出力の平均値はＰ１とＰ０の和の１／２であり、ＯＭＡおよび消光比はそれぞれ、Ｐ１とＰ０の差および比である。したがって、光出力の平均値とＯＭＡが与えられれば、消光比は一意に決まるため、光出力とＯＭＡを制御することで消光比も制御することができる。
【００２５】
変調回路２は、一対のトランジスタ２ａ，２ｂと、それぞれのコレクタと電源Ｖｓの間に接続された抵抗２ｃ，２ｄと、入力端子２ｅ，２ｆとを備え、外部から入力端子２ｅ，２ｆに与えられた送信信号Ｓ１，Ｓ２に基づいてトランジスタ２ａ，２ｂがスイッチングされることにより、ＬＤ１に印加する変調電流がトランジスタ２ｂのコレクタから出力される。
【００２６】
光出力測定回路６は、ＰＤ５に直列接続されたコンデンサ６ａと、このコンデンサ６ａに並列接続された抵抗６ｂとを備え、ＰＤ５の光電流出力を積分してＬＤ１の光出力の平均値を生成し、その結果をＡ／Ｄ変換器１２に印加する。
【００２７】
温度測定回路７は、電源Ｖｓに接続された電流源７ａと、この電流源７ａに直列接続されたサーミスタ７ｂとを備える。サーミスタ７ｂは、設置雰囲気の温度に応じて抵抗値が変化し、その抵抗値に応じた端子電圧を温度検出値として生成する。
【００２８】
マイクロプロセッサ８は、例えば、ＣＰＵを用いて構成されると共に、光出力測定回路６および温度測定回路７によって測定された値に基づいて、電流源３，４の制御、変調電流およびバイアス電流の制御を、不揮発性メモリ９に格納されたプログラムに従って実行する。
【００２９】
この第１の実施の形態の動作は、次に説明する第２の実施の形態と同じであるので、図２を参照して第２の実施の形態と共に説明する。
【００３０】
［第２の実施の形態］
（レーザダイオードの制御方法）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザダイオードの制御方法、および第１の実施の形態の光送信器の動作を示し、その実行はマイクロブロセッサ８によってなされる。なお、同図中、Ｓはステップを表している。
【００３１】
また、図３は、光出力およびバイアス電流の変動量とスロープ効率との関係を示す特性図である。図１〜図３を参照してレーザダイオードの制御方法およびマイクロプロセッサの動作を説明する。
【００３２】
本実施の形態においては、発振閾値Ｉｔｈおよびスロープ効率ηの温度変化および経時変化に応じて、光出力およびＯＭＡ（光変調振幅）の自動制御が行われる。まず、マイクロプロセッサ８は、バイアス電流Ｉｂおよび変調電流Ｉｍの各初期値を出力し、電流源３，４を制御する（Ｓ２０１）。これらの初期値は、ＬＤ１が過度の強度で発光し、対向の光受信機の受光素子が破壊するのを防止するため、なるべく小さな値にする。具体的には、光送信器１００の動作温度範囲の最低温度におけるときの電流の半分程度の値でよい。ＬＤ１の個体差により、これらの値は異なるが、個別に調整する必要はなく、ＬＤ１のデータシート、設計値等から最も小さい駆動条件を算出すればよい。なお、これらの初期値は、予め不揮発性メモリ９に書き込まれている。
【００３３】
一方、光出力測定回路６によって光出力が測定され（第１の工程）、その測定値はＡ／Ｄ変換器１２によってデジタル値に変換され、マイクロプロセッサ８に取り込まれる。マイクロプロセッサ８は、前記初期値とＡ／Ｄ変換器１２の出力とに基づいて、光出力の平均値が予め設定された目標値に一致するように、その測定値をフィードバックし、バイアス電流を制御するＡＰＣ（自動光出力制御）を実行する（Ｓ２０２；第２の工程）。なお、光出力の目標値は、予め不揮発性メモリ９に書き込まれている。
【００３４】
このＡＰＣの実行過程において、マイクロプロセッサ８は、光出力測定回路６による光出力強度Ｐと印加電流Ｉとから、ＬＤ１のスロープ効率ηを測定する（Ｓ２０２；第２の工程）。この工程で、ＡＰＣの実行過程における光出力の測定値の変動量ΔＰとバイアス電流の変動量ΔＩｂが得られる。図３に示すように、ＬＤ１のＩｔｈおよびηが破線で示す特性から、実線で示す特性に変化し、ＡＰＣを行う前に光出力がΔＰだけ減少すると、光出力を目標値に一致させるために、ＡＰＣによってバイアス電流はΔＩｂの増加がなされる。このとき、ΔＰとΔＩｂの比、ΔＰ／ΔＩｂがスロープ効率ηになるので、容易にηを算出することができる。
【００３５】
次に、マイクロプロセッサ８は、Ｓ２０２で得られたスロープ効率ηに基づいてＡＡＣ（自動光変調振幅制御）を実行する（Ｓ２０４；第３の工程）。このＡＡＣは、予め設定されたＯＭＡの目標値と一致するように、変調電流Ｉｍをηに基づいて算出することにより行われる。具体的には、ＯＭＡとＩｍの比がηであるから、ＯＭＡが一定のとき、Ｉｍはηに反比例する。したがって、ＯＭＡの目標値とηの比はＩｍになる。なお、ＯＭＡの目標値は、不揮発性メモリ９に予め書き込まれている。
【００３６】
次に、マイクロプロセッサ８は、光出力測定回路６によって測定された光出力の測定値をチェックする（Ｓ２０５）。ＬＤ１の特性が、温度変化または経時変化によって変化し、その測定値が光出力の目標値と一致しない場合、処理をＳ２０２に戻し、光出力の測定値が目標値と一致するまで、ＡＰＣおよびＡＡＣを繰り返し実行する。これにより、温度変化および経時変化に応じたＬＤ制御を行うことができる。光出力＝目標値であれば、Ｓ２０４の結果を維持する。
【００３７】
（光出力およびＯＭＡの目標値の決定方法）
次に、前記光出力およびＯＭＡの目標値の決定方法について説明する。ＬＤ１の後方出力とＰＤ５の光結合効率は、一般的に、組み立ての際にばらつきが生じる。そのため、光出力およびＯＭＡの目標値を個別に調整する必要がある。しかし、組立工程において、ＬＤ１の前方出力と光導波路とを光結合させるために調芯する際、ＰＤ５の光電流も同時に測定することができるため、ＬＤ１の前方出力とＰＤ５の光電流の比を予め知ることができる。この比を用いて光出力およびＯＭＡの目標値を算出すればよい。
【００３８】
ＬＤ１の前方出力とＰＤ５の光結合効率が、温度によって変動することがしばしば発生する。光結合効率の変動量は、一般に、２５〜７０℃において±０．５ｄＢ程度である。高い精度で制御したい場合は、恒温槽などを用い、必要な温度範囲において周囲温度をスイープさせ、ＬＤ１の前方出力とＰＤ５の光電流との比の温度特性データを測定する。それらのデータから、各温度における光出力およびＯＭＡの目標値を算出し、目標値のテーブルをそれぞれ作成し、不揮発性メモリ９に記憶する。このとき、Ｓ２０２およびＳ２０４における処理は、温度測定回路７で測定された温度を読み込み、テーブルからその温度に対応する目標値を取得する。
【００３９】
（第１および第２の実施の形態の効果）
この第１および第２の実施の形態によれば、ＡＰＣによりバイアス電流を調整すると共に、スロープ効率ηまたはその相当量に基づいてＡＡＣによりＯＭＡまたは消光比を所定の値になるようにすることにより、ＬＤ１の温度特性の個体差によらず製造時の調整が容易に行え、光信号特性の劣化を防止することができる。
【００４０】
更に、発振閾値Ｉｔｈおよびスロープ効率の温度変化および経時変化に応じて、光出力およびＯＭＡの自動制御を行うようにしたので、ＬＤ特性の経時変化に対応することが可能になる。
【００４１】
［第３の実施の形態］
（レーザダイオードの制御方法）
図４は、本発明の第３の実施の形態に係るレーザダイオードの制御方法を示す。同図中、Ｓはステップを表している。本実施の形態は、第２の実施の形態におけるＳ２０１およびＳ２０２の処理が異なる他は、第２の実施の形態と同じである。図４における処理も不揮発性メモリ９に格納されたプログラムに従ってマイクロプロセッサ８が実行する。
【００４２】
マイクロプロセッサ８は、Ｓ２０１の処理を実行後、ＡＰＣを行うと共に、光出力の変動に伴って変化したバイアス電流の変動量ΔＩｂをηの相当量としてΔＩｂ測定をする（Ｓ２０２）。次に、ΔＰ（光出力の変動量）＝ΔＰｓ（設定値）か否かを判定する（Ｓ３０１）。光出力測定回路６で測定されたΔＰが予め決められたΔＰｓになったとき、マイクロプロセッサ８の処理はＳ２０４へ移行する。Ｓ２０４の処理においては、測定されたΔＩｂに比例した変調電流Ｉｍを出力する。その後、光出力が目標値になるまで、以上のシーケンスが繰り返し実行される。なお、ＩｍとΔＩｂの比例定数は、目標とするＯＭＡとΔＰｓの比、ＯＭＡ／ΔＰｓ＝Ｉｍ／ΔＩｂであり、予め不揮発性メモリ９に格納されている。
【００４３】
さらに、マイクロプロセッサ８は、光出力測定回路６によって測定された光出力の測定値を監視し続け（Ｓ２０５）、ＬＤ１の特性が、温度変化または経時変化によって変化し、その測定値が光出力の目標値と一致しない場合は処理をＳ２０２に戻し、光出力の測定値が目標値と一致するまで、ＡＰＣおよびＡＡＣを繰り返し実行する。これにより、温度変化および経時変化に応じたＬＤ制御を行うことができる。光出力＝目標値であれば、Ｓ２０４の結果を維持する。
【００４４】
（第３の実施の形態の効果）
この第３の実施の形態によれば、前記した第１および第２の実施の形態と同様の効果が得られるほか、マイクロプロセッサ８の処理にかかる時間を軽減することができる。
【００４５】
［第４の実施の形態］
（制御回路の構成）
図５は、本発明の第４の実施の形態に係るレーザダイオードの制御回路を示す。本実施の形態は、図１の第１の実施の形態において、マイクロプロセッサ８に代えて、スロープ効率測定部１５と、ＡＰＣ（自動光出力制御）部１６と、ＡＡＣ（自動光変調振幅制御）部１７と、これらのほか不揮発性メモリ９および温度測定回路７に接続されて全体を管理する制御部１８とを設け、制御回路５００を構成したものである。他の構成は、図１の第１の実施の形態と同様である。従って、図５においては、図１に示したと同一であるものには同一引用数字を用いると共に、重複する説明は省略する。
【００４６】
スロープ効率測定部１５は、ＬＤ１のスロープ効率またはその相当量を測定し、制御部１８へ出力する。ＡＰＣ部１６は、光出力測定回路６による光出力を所定の値に一致するようにバイアス電流を調整する。ＡＡＣ部１７は、光変調振幅または消光比が所定の値に一致するように変調電流をスロープ効率測定部１５による測定結果に応じて調整する。なお、これらの機能をマイクロプロセッサ８に持たせる構成にすることも可能である。その場合の構成は、図１と同じになる。
【００４７】
（第４の実施の形態の動作）
第４の実施の形態による制御は、図２および図４で説明した通りである。図２の制御による場合、Ｓ２０２の処理がＡＰＣ部１６によって行われ、Ｓ２０３の処理がスロープ効率測定部１５によって行われ、その測定結果は制御部１８を介して不揮発性メモリ９に記憶され、必要時に読み出されてＡＡＣ部１７に供与される。また、Ｓ２０４の処理がＡＡＣ部１７によって行われる。その他の制御は、制御部１８によって実行される。また、図４の制御による場合、Ｓ３０１、Ｓ３０２の処理がスロープ効率測定部１５によって行われる。他は、図２の制御と同じである。
【００４８】
（第４の実施の形態の効果）
この第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、ＡＰＣ部１６によりバイアス電流を調整し、スロープ効率またはその相当量に基づいてＡＡＣ部１７により光変調振幅間または消光比を所定の値になるようにすることにより、ＬＤ１の温度特性の個体差によらず製造時の調整が容易に行え、光信号特性の劣化を防止することができる。
【００４９】
更に、発振閾値Ｉｔｈおよびスロープ効率の温度変化および経時変化に応じて、光出力およびＯＭＡの自動制御を行うようにしたので、ＬＤ特性の経時変化に対応することが可能になる。
【００５０】
［他の実施の形態］
前記実施の形態においては、ＬＤ１と変調回路２のトランジスタ２ｂとをコンデンサ１４による交流結合にしたが、両方のトランジスタと交流結合する差動駆動方式としてもよい。また、ＬＤ１と変調回路２との結合は、交流結合に代えて直流結合とすることも可能である。
【００５１】
また、第１の実施の形態においては、マイクロプロセッサ８を用いてＬＤ１のＡＰＣおよびＡＡＣを行ったが、これに限るものではない。例えば、論理回路、アナログ演算回路、および各種の半導体素子を用いて構成してもよい。
【００５２】
また、第２の実施の形態においては、Ｓ２０４のＡＡＣを行うに際しては、変調電流Ｉｍの変動が大きい場合、チャープの増大を防ぐために、例えば、計算で得られた変調電流Ｉｍの１／１０ずつの変化としてもよい。
【００５３】
更に、前記各実施の形態においては、光出力およびＯＭＡ（光変調振幅）を一定にする制御を行ったが、或る状態に応じて光出力またはＯＭＡの目標値を変化させる制御を行っても良い。例えば、温度や信号の伝送速度の状態、あるいは温度やバイアス電流、変調電流が所定の閾値を超えた状態、信号無入力状態等に応じて、目標値を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光送信器の回路図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るレーザダイオードの制御方法および第１の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図３】光出力およびバイアス電流の変動量とスロープ効率との関係を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るレーザダイオードの制御方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係るレーザダイオードの制御回路の構成を示す回路図である。
【図６】レーザダイオードの印加電流と光出力強度の関係を示す特性図である。
【図７】レーザダイオードの温度変化および経時変化を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ ＬＤ（レーザダイオード）
２ 変調回路
２ａ，２ｂ トランジスタ
２ｃ，２ｄ 抵抗
２ｅ，２ｆ 入力端子
３，４ 電流源
５ ＰＤ（フォトダイオード）
６ 光出力測定回路
６ａ コンデンサ
６ｂ 抵抗
７ 温度測定回路
７ａ 電流源
７ｂ サーミスタ
８ マイクロプロセッサ
９ 不揮発性メモリ
１０，１１ Ｄ／Ａ変換器
１２，１３ Ａ／Ｄ変換器
１４ コンデンサ
１５ スロープ効率測定部
１６ ＡＰＣ部
１７ ＡＡＣ部
１８ 制御部
１００ 光送信器
５００ 制御回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）の制御方法、制御回路、および光送信器に関し、特に、ＬＤの温度変化および経時変化に対応可能なレーザダイオードの制御方法、制御回路、および光送信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信に用いられる光送信器は、バイアス電流および変調電流に応じた強度で光出力する光源と、送信信号に基づいて変調電流を生成する変調回路とを備えており、外部機器から与えられた送信信号（ここでは、論理“１”、“０”に対応する電圧を有するデジタル信号をいう。）を差動増幅および緩衝増幅し、その差動増幅信号の一方または両方を光源であるレーザダイオードに印加すると、送信信号の“１”、“０”に対応して光出力強度が“１”レベルと“０”レベルとの間で強弱変化する光送信信号が得られる。
【０００３】
光送信器では良好な識別感度が得られるように、ＯＭＡ（Optical Modulation Amplitude：光変調振幅）および消光比をできるだけ大きくするＬＤ制御が求められる。ＯＭＡおよび消光比は光信号の識別感度に関する量であり、ＯＭＡは光出力の“１”レベルと“０”レベルの差、消光比は光出力の“１”レベルと“０”レベルの比である。
【０００４】
しかし、光信号の伝送速度が速くなると、消光比が大き過ぎた場合、ＬＤの発振が追随できず、波形が劣化し、光送信信号のジッタが増大する。また、既設のシングルモードファイバーを用いて高速および長距離の伝送を行う場合、消光比が大き過ぎると、ＬＤの発振波長の過渡的変動（チャープ： chirp）を引き起こし、光ファイバの分散特性によって長距離伝送後の波形が劣化し、かえって識別感度を悪くする。したがって、高速あるいは長距離伝送を行う光送信器においては、正確な消光比制御が要求される。
【０００５】
一方、ＬＤは、温度変化および経時変化にともない、その発振閾値電流およびスロープ効率が変化する特性を持っている。発振閾値電流の変化による光出力強度の変化と、スロープ効率の変化によるＯＭＡおよび消光比の変化を発生するため、バイアス電流および変調電流の制御が必要である。
【０００６】
図６は、ＬＤの印加電流と光出力強度の関係を示す。図６に示すように、ＬＤに印加される直流電流（印加電流Ｉ）が、発振閾値Ｉｔｈを超えるとＬＤが発光する。さらに、印加電流Ｉを大きくしていくと、光出力強度Ｐは印加電流Ｉに対して線形に増大する。この線形部分の傾きη（η＝光出力強度Ｐ／印加電流Ｉ）をＬＤのスロープ効率という。図６に示すように、ＬＤにバイアス電流Ｉｂおよび変調電流Ｉｍを印加すると、変調された光出力が得られる。このＩｂおよびＩｍの値は、所定の光出力とＯＭＡまたは消光比が得られるように設定される。
【０００７】
図７は、ＬＤの温度変化および経時変化（印加電流と光出力強度の関係）を示す。図７のように、発振閾値Ｉｔｈおよびスロープ効率ηは、温度変化および経時変化によって変化する。図７は、温度変化または経時変化によって、ＩｔｈがＩｔｈ′に増加すると共にηがη′に小さくなるように変化したとき、その変化に応じてバイアス電流ＩｂをＩｂ′に増大させると共に変調電流ＩｍをＩｍ′に増大させなければ、所定の光出力とＯＭＡまたは消光比を得ることができないことを示している。
【０００８】
ＬＤの光出力強度の変化を避けるためのバイアス電流の制御には、光出力をモニタし、バイアス電流にフィードバックをかけるＡＰＣ（Automatic Power Control ：自動光出力制御）が用いられる。ＯＭＡまたは消光比の変化を避けるための手段として、以下のものがある。
【０００９】
（１）温度センサを使用してＬＤの周囲温度を測定し、その周囲温度に応じて変調電流を制御する構成（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
（２）光出力をモニタするＰＤ（フォトダイオード）の光電流から、ピークホールド回路等を用いてＯＭＡまたは消光比を測定し、変調電流にフィードバックをかける構成（例えば、特許文献２参照。）。
【００１１】
（３）バイアス電流または変調電流に、低周波数のＲＦ信号を重畳し、光出力をモニタするＰＤの光電流からＲＦ信号成分のみを抽出し、ＯＭＡまたは消光比等を測定し、変調電流にフィードバックをかける構成（例えば、特許文献３参照。）。
【００１２】
（４）バイアス電流および変調電流の変動量から、ＯＭＡまたは消光比が一定になるようなバイアス電流または変調電流を予測し、変調電流にフィードフォワードをかける方法。この方法は、ＬＤ特性の変化によるバイアス電流および変調電流の変化は、その原因が温度変化または経時変化のどちらであっても、同じ変化をするという統計的予測に基づいており、具体的には、バイアス電流の変動量と変調電流の変動量との比が一定になるような制御を行い、製造時にその比を設定する。或いは、製造時に周囲温度を変化させて、ＯＭＡまたは消光比が一定になるようなバイアス電流および変調電流のデータを取り、そのデータに基づいて制御を行うものである。
【００１３】
前記（１）は、最も簡易に構成でき、広く利用されている方法である。また、前記（２）は、直接消光比を測定するため、確実に消光比を制御できる。更に、前記（３）は、ＰＤの応答速度に対応できる低周波数のＲＦ信号を用いるため、光出力のピーク値をとらえることができる。
【特許文献１】特開２００２−１１１１２０号公報（［００３０］〜［００５０］、図１、図２）
【特許文献２】特開２００１−３５２１２５号公報（［００２５］〜［００３８］、図１〜図３）
【特許文献３】特開２００３−１６９０２２号公報（［００１８］〜［００２０］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、従来のレーザダイオードの制御方法、制御回路、および光送信器によると、前記（１）は、ＬＤ特性の経時変化には対応できず、また、ＬＤの温度特性の個体差が大きいため、製造時の調整が難しい。前記（２）は、伝送信号が高速になると、伝送速度が光出力をモニタするＰＤの応答速度よりも速すぎ、ピーク検出ができなくなる。また、外付けの回路が増えるため、光送信器を小型化することが難しくなる。
【００１５】
前記（３）は、伝送信号に余分な試験信号を重畳するため、光波形の劣化やジッタの増大、発振などのリスクを伴う。また、外付けの回路が増えるため、高密度実装には不向きである。更に、前記（４）は、経時変化に対する保証が統計的なものにとどまるほか、ＬＤの特性のばらつきのため、製造時の調整にかかる負荷が大きい。
【００１６】
したがって、本発明の目的は、製造時の調整が容易に行え、光信号特性を劣化させず、かつ高密度実装を可能にする光送信器のレーザダイオードの制御方法、制御回路、および光送信器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、前記の目的を達成するため、第１の特徴として、レーザダイオードにバイアス電流および変調電流を印加して前記レーザダイオードの光出力を変調すると共に、前記レーザダイオードの光出力と、光変調振幅または消光比とを制御するレーザダイオードの制御方法において、前記レーザダイオードの光出力を測定する第１の工程と、前記光出力が所定の値に一致するようにバイアス電流を調整するＡＰＣ（自動光出力制御）を行うと共に、スロープ効率または前記スロープ効率の相当量を測定する第２の工程と、前記光変調振幅または消光比が所定の値に一致するように前記スロープ効率またはその相当量に応じてＡＡＣ（自動光変調振幅制御）により前記変調電流を調整する第３の工程とを含むことを特徴とするレーザダイオードの制御方法を提供する。
【００１８】
本発明は、前記の目的を達成するため、第２の特徴として、レーザダイオードにバイアス電流および変調電流を印加して前記レーザダイオードの出力を変調するレーザダイオードの制御回路において、受光素子により測定された前記レーザダイオードの光出力が所定の値に一致するようにバイアス電流を調整するＡＰＣ（自動光出力制御）部と、前記レーザダイオードのスロープ効率またはその相当量を測定するスロープ効率測定部と、前記光変調振幅または消光比が所定の値に一致するように変調電流を前記スロープ効率測定部による測定結果に応じて調整するＡＡＣ（自動光変調振幅制御）部とを備えることを特徴とするレーザダイオードの制御回路を提供する。
【００１９】
本発明は、前記の目的を達成するため、第３の特徴として、レーザダイオードと、前記レーザダイオードにバイアス電流を付与する電流源と、前記レーザダイオードに変調電流を印加して前記レーザダイオードの出力を変調する変調回路と、前記レーザダイオードの光出力を測定する光出力測定回路と、前記光出力が所定の値に一致するように前記バイアス電流を調整するＡＰＣ（自動光出力制御）、およびレーザダイオードのスロープ効率またはその相当量の測定結果に基づいて、前記光変調振幅または消光比が所定の値に一致するように、前記スロープ効率またはその相当量に応じて変調電流を調整するＡＡＣ（自動光変調振幅制御）を行う制御部とを備えることを特徴とする光送信器を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のレーザダイオードの制御方法によれば、光出力の測定結果をフィードバックしてレーザダイオードのバイアス電流を制御すると共に、スロープ効率またはその相当量に基づいて変調電流を調整するようにしたので、製造時の調整が容易に行え、光信号特性の劣化を防止することができる。
【００２１】
また、本発明のレーザダイオードの制御回路および光送信器によれば、光出力の測定結果をフィードバックしてレーザダイオードのバイアス電流を制御すると共に、スロープ効率またはその相当量に基づいて変調電流を調整するようにしたので、製造時の調整が容易に行え、光信号特性が劣化するのを防止でき、しかも高密度実装が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を基に説明する。
［第１の実施の形態］
（光送信器の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光送信器の構成を示す。
光送信器１００は、バイアス電流および変調電流に応じた強度で発光したレーザ光を光導波路等へ出射するＬＤ（レーザダイオード）１と、ＬＤ１に印加する変調電流を生成する変調回路２と、変調回路２に電流を印加する電流源３と、ＬＤ１にバイアス電流を印加する電流源４と、ＬＤ１の後方出力と光結合され、ＬＤ１の光出力をモニタする受光素子としてのＰＤ（フォトダイオード）５と、光出力測定回路６と、周囲温度を測定する温度測定回路７と、プログラムを内蔵した制御部としてのマイクロプロセッサ８と、前記プログラムのほか、光出力およびＯＭＡの目標値が格納されると共にマイクロプロセッサ８に接続された不揮発性メモリ９と、電流源３とマイクロプロセッサ８との間に接続されたＤ／Ａ変換器１０と、電流源４とマイクロプロセッサ８との間に接続されたＤ／Ａ変換器１１と、光出力測定回路６とマイクロプロセッサ８との間に接続されたＡ／Ｄ変換器１２と、温度測定回路７とマイクロプロセッサ８との間に接続されたＡ／Ｄ変換器１３と、トランジスタ２ｂのコレクタとＬＤ１との間に接続されたコンデンサ１４とを備える。
【００２３】
ＬＤ１は、コンデンサ１４により変調回路２に交流結合され、変調回路２による変調電流がＬＤ１に印加される。このコンデンサ１４からの変調電流が図６に示した変調電流Ｉｍになり、ＬＤ１からは変調された光出力が発生し、光導波路等に入射される。
【００２４】
ＬＤ１による光出力の論理“１”レベルをＰ１、“０”レベルをＰ０とすると、ＬＤ１の光出力の平均値はＰ１とＰ０の和の１／２であり、ＯＭＡおよび消光比はそれぞれ、Ｐ１とＰ０の差および比である。したがって、光出力の平均値とＯＭＡが与えられれば、消光比は一意に決まるため、光出力とＯＭＡを制御することで消光比も制御することができる。
【００２５】
変調回路２は、一対のトランジスタ２ａ，２ｂと、それぞれのコレクタと電源Ｖｓの間に接続された抵抗２ｃ，２ｄと、入力端子２ｅ，２ｆとを備え、外部から入力端子２ｅ，２ｆに与えられた送信信号Ｓ１，Ｓ２に基づいてトランジスタ２ａ，２ｂがスイッチングされることにより、ＬＤ１に印加する変調電流がトランジスタ２ｂのコレクタから出力される。
【００２６】
光出力測定回路６は、ＰＤ５に直列接続されたコンデンサ６ａと、このコンデンサ６ａに並列接続された抵抗６ｂとを備え、ＰＤ５の光電流出力を積分してＬＤ１の光出力の平均値を生成し、その結果をＡ／Ｄ変換器１２に印加する。
【００２７】
温度測定回路７は、電源Ｖｓに接続された電流源７ａと、この電流源７ａに直列接続されたサーミスタ７ｂとを備える。サーミスタ７ｂは、設置雰囲気の温度に応じて抵抗値が変化し、その抵抗値に応じた端子電圧を温度検出値として生成する。
【００２８】
マイクロプロセッサ８は、例えば、ＣＰＵを用いて構成されると共に、光出力測定回路６および温度測定回路７によって測定された値に基づいて、電流源３，４の制御、変調電流およびバイアス電流の制御を、不揮発性メモリ９に格納されたプログラムに従って実行する。
【００２９】
この第１の実施の形態の動作は、次に説明する第２の実施の形態と同じであるので、図２を参照して第２の実施の形態と共に説明する。
【００３０】
［第２の実施の形態］
（レーザダイオードの制御方法）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザダイオードの制御方法、および第１の実施の形態の光送信器の動作を示し、その実行はマイクロブロセッサ８によってなされる。なお、同図中、Ｓはステップを表している。
【００３１】
また、図３は、光出力およびバイアス電流の変動量とスロープ効率との関係を示す特性図である。図１〜図３を参照してレーザダイオードの制御方法およびマイクロプロセッサの動作を説明する。
【００３２】
本実施の形態においては、発振閾値Ｉｔｈおよびスロープ効率ηの温度変化および経時変化に応じて、光出力およびＯＭＡ（光変調振幅）の自動制御が行われる。まず、マイクロプロセッサ８は、バイアス電流Ｉｂおよび変調電流Ｉｍの各初期値を出力し、電流源３，４を制御する（Ｓ２０１）。これらの初期値は、ＬＤ１が過度の強度で発光し、対向の光受信機の受光素子が破壊するのを防止するため、なるべく小さな値にする。具体的には、光送信器１００の動作温度範囲の最低温度におけるときの電流の半分程度の値でよい。ＬＤ１の個体差により、これらの値は異なるが、個別に調整する必要はなく、ＬＤ１のデータシート、設計値等から最も小さい駆動条件を算出すればよい。なお、これらの初期値は、予め不揮発性メモリ９に書き込まれている。
【００３３】
一方、光出力測定回路６によって光出力が測定され（第１の工程）、その測定値はＡ／Ｄ変換器１２によってデジタル値に変換され、マイクロプロセッサ８に取り込まれる。マイクロプロセッサ８は、前記初期値とＡ／Ｄ変換器１２の出力とに基づいて、光出力の平均値が予め設定された目標値に一致するように、その測定値をフィードバックし、バイアス電流を制御するＡＰＣ（自動光出力制御）を実行する（Ｓ２０２；第２の工程）。なお、光出力の目標値は、予め不揮発性メモリ９に書き込まれている。
【００３４】
このＡＰＣの実行過程において、マイクロプロセッサ８は、光出力測定回路６による光出力強度Ｐと印加電流Ｉとから、ＬＤ１のスロープ効率ηを測定する（Ｓ２０２；第２の工程）。この工程で、ＡＰＣの実行過程における光出力の測定値の変動量ΔＰとバイアス電流の変動量ΔＩｂが得られる。図３に示すように、ＬＤ１のＩｔｈおよびηが破線で示す特性から、実線で示す特性に変化し、ＡＰＣを行う前に光出力がΔＰだけ減少すると、光出力を目標値に一致させるために、ＡＰＣによってバイアス電流はΔＩｂの増加がなされる。このとき、ΔＰとΔＩｂの比、ΔＰ／ΔＩｂがスロープ効率ηになるので、容易にηを算出することができる。
【００３５】
次に、マイクロプロセッサ８は、Ｓ２０２で得られたスロープ効率ηに基づいてＡＡＣ（自動光変調振幅制御）を実行する（Ｓ２０４；第３の工程）。このＡＡＣは、予め設定されたＯＭＡの目標値と一致するように、変調電流Ｉｍをηに基づいて算出することにより行われる。具体的には、ＯＭＡとＩｍの比がηであるから、ＯＭＡが一定のとき、Ｉｍはηに反比例する。したがって、ＯＭＡの目標値とηの比はＩｍになる。なお、ＯＭＡの目標値は、不揮発性メモリ９に予め書き込まれている。
【００３６】
次に、マイクロプロセッサ８は、光出力測定回路６によって測定された光出力の測定値をチェックする（Ｓ２０５）。ＬＤ１の特性が、温度変化または経時変化によって変化し、その測定値が光出力の目標値と一致しない場合、処理をＳ２０２に戻し、光出力の測定値が目標値と一致するまで、ＡＰＣおよびＡＡＣを繰り返し実行する。これにより、温度変化および経時変化に応じたＬＤ制御を行うことができる。光出力＝目標値であれば、Ｓ２０４の結果を維持する。
【００３７】
（光出力およびＯＭＡの目標値の決定方法）
次に、前記光出力およびＯＭＡの目標値の決定方法について説明する。ＬＤ１の後方出力とＰＤ５の光結合効率は、一般的に、組み立ての際にばらつきが生じる。そのため、光出力およびＯＭＡの目標値を個別に調整する必要がある。しかし、組立工程において、ＬＤ１の前方出力と光導波路とを光結合させるために調芯する際、ＰＤ５の光電流も同時に測定することができるため、ＬＤ１の前方出力とＰＤ５の光電流の比を予め知ることができる。この比を用いて光出力およびＯＭＡの目標値を算出すればよい。
【００３８】
ＬＤ１の前方出力とＰＤ５の光結合効率が、温度によって変動することがしばしば発生する。光結合効率の変動量は、一般に、２５〜７０℃において±０．５ｄＢ程度である。高い精度で制御したい場合は、恒温槽などを用い、必要な温度範囲において周囲温度をスイープさせ、ＬＤ１の前方出力とＰＤ５の光電流との比の温度特性データを測定する。それらのデータから、各温度における光出力およびＯＭＡの目標値を算出し、目標値のテーブルをそれぞれ作成し、不揮発性メモリ９に記憶する。このとき、Ｓ２０２およびＳ２０４における処理は、温度測定回路７で測定された温度を読み込み、テーブルからその温度に対応する目標値を取得する。
【００３９】
（第１および第２の実施の形態の効果）
この第１および第２の実施の形態によれば、ＡＰＣによりバイアス電流を調整すると共に、スロープ効率ηまたはその相当量に基づいてＡＡＣによりＯＭＡまたは消光比を所定の値になるようにすることにより、ＬＤ１の温度特性の個体差によらず製造時の調整が容易に行え、光信号特性の劣化を防止することができる。
【００４０】
更に、発振閾値Ｉｔｈおよびスロープ効率の温度変化および経時変化に応じて、光出力およびＯＭＡの自動制御を行うようにしたので、ＬＤ特性の経時変化に対応することが可能になる。
【００４１】
［第３の実施の形態］
（レーザダイオードの制御方法）
図４は、本発明の第３の実施の形態に係るレーザダイオードの制御方法を示す。同図中、Ｓはステップを表している。本実施の形態は、第２の実施の形態におけるＳ２０１およびＳ２０２の処理が異なる他は、第２の実施の形態と同じである。図４における処理も不揮発性メモリ９に格納されたプログラムに従ってマイクロプロセッサ８が実行する。
【００４２】
マイクロプロセッサ８は、Ｓ２０１の処理を実行後、ＡＰＣを行うと共に、光出力の変動に伴って変化したバイアス電流の変動量ΔＩｂをηの相当量としてΔＩｂ測定をする（Ｓ２０２）。次に、ΔＰ（光出力の変動量）＝ΔＰｓ（設定値）か否かを判定する（Ｓ３０１）。光出力測定回路６で測定されたΔＰが予め決められたΔＰｓになったとき、マイクロプロセッサ８の処理はＳ２０４へ移行する。Ｓ２０４の処理においては、測定されたΔＩｂに比例した変調電流Ｉｍを出力する。その後、光出力が目標値になるまで、以上のシーケンスが繰り返し実行される。なお、ＩｍとΔＩｂの比例定数は、目標とするＯＭＡとΔＰｓの比、ＯＭＡ／ΔＰｓ＝Ｉｍ／ΔＩｂであり、予め不揮発性メモリ９に格納されている。
【００４３】
さらに、マイクロプロセッサ８は、光出力測定回路６によって測定された光出力の測定値を監視し続け（Ｓ２０５）、ＬＤ１の特性が、温度変化または経時変化によって変化し、その測定値が光出力の目標値と一致しない場合は処理をＳ２０２に戻し、光出力の測定値が目標値と一致するまで、ＡＰＣおよびＡＡＣを繰り返し実行する。これにより、温度変化および経時変化に応じたＬＤ制御を行うことができる。光出力＝目標値であれば、Ｓ２０４の結果を維持する。
【００４４】
（第３の実施の形態の効果）
この第３の実施の形態によれば、前記した第１および第２の実施の形態と同様の効果が得られるほか、マイクロプロセッサ８の処理にかかる時間を軽減することができる。
【００４５】
［第４の実施の形態］
（制御回路の構成）
図５は、本発明の第４の実施の形態に係るレーザダイオードの制御回路を示す。本実施の形態は、図１の第１の実施の形態において、マイクロプロセッサ８に代えて、スロープ効率測定部１５と、ＡＰＣ（自動光出力制御）部１６と、ＡＡＣ（自動光変調振幅制御）部１７と、これらのほか不揮発性メモリ９および温度測定回路７に接続されて全体を管理する制御部１８とを設け、制御回路５００を構成したものである。他の構成は、図１の第１の実施の形態と同様である。従って、図５においては、図１に示したと同一であるものには同一引用数字を用いると共に、重複する説明は省略する。
【００４６】
スロープ効率測定部１５は、ＬＤ１のスロープ効率またはその相当量を測定し、制御部１８へ出力する。ＡＰＣ部１６は、光出力測定回路６による光出力を所定の値に一致するようにバイアス電流を調整する。ＡＡＣ部１７は、光変調振幅または消光比が所定の値に一致するように変調電流をスロープ効率測定部１５による測定結果に応じて調整する。なお、これらの機能をマイクロプロセッサ８に持たせる構成にすることも可能である。その場合の構成は、図１と同じになる。
【００４７】
（第４の実施の形態の動作）
第４の実施の形態による制御は、図２および図４で説明した通りである。図２の制御による場合、Ｓ２０２の処理がＡＰＣ部１６によって行われ、Ｓ２０３の処理がスロープ効率測定部１５によって行われ、その測定結果は制御部１８を介して不揮発性メモリ９に記憶され、必要時に読み出されてＡＡＣ部１７に供与される。また、Ｓ２０４の処理がＡＡＣ部１７によって行われる。その他の制御は、制御部１８によって実行される。また、図４の制御による場合、Ｓ３０１、Ｓ３０２の処理がスロープ効率測定部１５によって行われる。他は、図２の制御と同じである。
【００４８】
（第４の実施の形態の効果）
この第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、ＡＰＣ部１６によりバイアス電流を調整し、スロープ効率またはその相当量に基づいてＡＡＣ部１７により光変調振幅間または消光比を所定の値になるようにすることにより、ＬＤ１の温度特性の個体差によらず製造時の調整が容易に行え、光信号特性の劣化を防止することができる。
【００４９】
更に、発振閾値Ｉｔｈおよびスロープ効率の温度変化および経時変化に応じて、光出力およびＯＭＡの自動制御を行うようにしたので、ＬＤ特性の経時変化に対応することが可能になる。
【００５０】
［他の実施の形態］
前記実施の形態においては、ＬＤ１と変調回路２のトランジスタ２ｂとをコンデンサ１４による交流結合にしたが、両方のトランジスタと交流結合する差動駆動方式としてもよい。また、ＬＤ１と変調回路２との結合は、交流結合に代えて直流結合とすることも可能である。
【００５１】
また、第１の実施の形態においては、マイクロプロセッサ８を用いてＬＤ１のＡＰＣおよびＡＡＣを行ったが、これに限るものではない。例えば、論理回路、アナログ演算回路、および各種の半導体素子を用いて構成してもよい。
【００５２】
また、第２の実施の形態においては、Ｓ２０４のＡＡＣを行うに際しては、変調電流Ｉｍの変動が大きい場合、チャープの増大を防ぐために、例えば、計算で得られた変調電流Ｉｍの１／１０ずつの変化としてもよい。
【００５３】
更に、前記各実施の形態においては、光出力およびＯＭＡ（光変調振幅）を一定にする制御を行ったが、或る状態に応じて光出力またはＯＭＡの目標値を変化させる制御を行っても良い。例えば、温度や信号の伝送速度の状態、あるいは温度やバイアス電流、変調電流が所定の閾値を超えた状態、信号無入力状態等に応じて、目標値を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光送信器の回路図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るレーザダイオードの制御方法および第１の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図３】光出力およびバイアス電流の変動量とスロープ効率との関係を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るレーザダイオードの制御方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係るレーザダイオードの制御回路の構成を示す回路図である。
【図６】レーザダイオードの印加電流と光出力強度の関係を示す特性図である。
【図７】レーザダイオードの温度変化および経時変化を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ ＬＤ（レーザダイオード）
２ 変調回路
２ａ，２ｂ トランジスタ
２ｃ，２ｄ 抵抗
２ｅ，２ｆ 入力端子
３，４ 電流源
５ ＰＤ（フォトダイオード）
６ 光出力測定回路
６ａ コンデンサ
６ｂ 抵抗
７ 温度測定回路
７ａ 電流源
７ｂ サーミスタ
８ マイクロプロセッサ
９ 不揮発性メモリ
１０，１１ Ｄ／Ａ変換器
１２，１３ Ａ／Ｄ変換器
１４ コンデンサ
１５ スロープ効率測定部
１６ ＡＰＣ部
１７ ＡＡＣ部
１８ 制御部
１００ 光送信器
５００ 制御回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザダイオードにバイアス電流および変調電流を印加して前記レーザダイオードの光出力を変調すると共に、前記レーザダイオードの光出力と、光変調振幅または消光比とを制御するレーザダイオードの制御方法において、
前記レーザダイオードの光出力を測定する第１の工程と、
前記光出力が所定の値に一致するようにバイアス電流を調整するＡＰＣ（自動光出力制御）を行うと共に、スロープ効率または前記スロープ効率の相当量を測定する第２の工程と、
前記光変調振幅または消光比が所定の値に一致するように前記スロープ効率またはその相当量に応じてＡＡＣ（自動光変調振幅制御）により前記変調電流を調整する第３の工程とを含むことを特徴とするレーザダイオードの制御方法。
【請求項２】
前記第１の工程は、前記レーザダイオードの光出力を受光素子により測定し、
前記第３の工程は、前記受光素子の光電流および前記レーザダイオードの設置雰囲気の温度検出値に基づいて、前記光出力の所定の値および前記光変調振幅の所定の値を変化させることを特徴とする請求項１記載のレーザダイオードの制御方法。
【請求項３】
前記第２の工程における前記光出力の変動量と前記バイアス電流の変動量の比を前記スロープ効率とすることを特徴とする請求項１記載のレーザダイオードの制御方法。
【請求項４】
前記第３の工程は、前記スロープ効率またはその相当量に反比例した変調電流が出力されるように前記ＡＡＣを実行することを特徴とする請求項１記載のレーザダイオードの制御方法。
【請求項５】
前記第３の工程は、前記ＡＰＣの実行過程における前記光出力の変動量が予め定められた値に達したとき、前記バイアス電流の変動量を前記スロープ効率の相当量とし、前記スロープ効率の相当量に比例した変調電流を出力して前記ＡＡＣを行うことを特徴とする請求項１記載のレーザダイオードの制御方法。
【請求項６】
レーザダイオードにバイアス電流および変調電流を印加して前記レーザダイオードの出力を変調するレーザダイオードの制御回路において、
受光素子により測定された前記レーザダイオードの光出力が所定の値に一致するようにバイアス電流を調整するＡＰＣ（自動光出力制御）部と、
前記レーザダイオードのスロープ効率またはその相当量を測定するスロープ効率測定部と、
前記光変調振幅または消光比が所定の値に一致するように変調電流を前記スロープ効率測定部による測定結果に応じて調整するＡＡＣ（自動光変調振幅制御）部とを備えることを特徴とするレーザダイオードの制御回路。
【請求項７】
前記ＡＡＣ部は、前記スロープ効率測定部で測定されたスロープ効率またはその相当量に反比例した変調電流を出力することを特徴とする請求項６記載のレーザダイオードの制御回路。
【請求項８】
前記スロープ効率測定部は、前記ＡＰＣ部における光出力の変動量とバイアス電流の変動量の比を前記スロープ効率として測定することを特徴とする請求項６または７記載のレーザダイオードの制御回路。
【請求項９】
前記スロープ効率測定部は、前記ＡＰＣの過程における前記光出力の変動量が予め定められた値に達したとき、前記バイアス電流の変動量を前記スロープ効率の相当量とし、
前記ＡＡＣ部は、前記相当量に比例した変調電流を出力することを特徴とする請求項６記載のレーザダイオードの制御回路。
【請求項１０】
前記ＡＡＣ部は、前記レーザダイオードの光出力を受光素子により測定した際の前記受光素子の光電流および前記レーザダイオードの設置雰囲気の温度検出値に基づいて、前記光出力の所定の値および前記光変調振幅の所定の値を変化させることを特徴とする請求項６，７または９に記載のレーザダイオードの制御回路。
【請求項１１】
レーザダイオードと、
前記レーザダイオードにバイアス電流を付与する電流源と、
前記レーザダイオードに変調電流を印加して前記レーザダイオードの出力を変調する変調回路と、
前記レーザダイオードの光出力を測定する光出力測定回路と、
前記光出力が所定の値に一致するように前記バイアス電流を調整するＡＰＣ（自動光出力制御）、およびレーザダイオードのスロープ効率またはその相当量の測定結果に基づいて、前記光変調振幅または消光比が所定の値に一致するように、前記スロープ効率またはその相当量に応じて変調電流を調整するＡＡＣ（自動光変調振幅制御）を行う制御部とを備えることを特徴とする光送信器。
【請求項１２】
前記制御部は、前記スロープ効率またはその相当量に反比例した変調電流を生成して前記ＡＡＣを行うことを特徴とする請求項１１記載の光送信器。
【請求項１３】
前記制御部は、前記光出力の変動量と前記バイアス電流の変動量の比を前記スロープ効率として用いることを特徴とする請求項１１または１２記載の光送信器。
【請求項１４】
前記制御部は、前記ＡＰＣの実行過程にあって、前記光出力の変動量が予め定められた値に達したとき、前記バイアス電流の変動量を前記スロープ効率の相当量として測定し、前記相当量に比例した変調電流を生成して前記ＡＡＣを行うことを特徴とする請求項１１記載の光送信器。
【請求項１５】
前記レーザダイオードの光出力を測定する受光素子を備え、
前記制御部は、前記受光素子の光電流および前記レーザダイオードの設置雰囲気の温度検出値に基づいて、前記光出力の所定の値および前記光変調振幅の所定の値を変化させることを特徴とする請求項１１，１２または１３記載の光送信器。
【請求項１】
レーザダイオードにバイアス電流および変調電流を印加して前記レーザダイオードの光出力を変調すると共に、前記レーザダイオードの光出力と、光変調振幅または消光比とを制御するレーザダイオードの制御方法において、
前記レーザダイオードの光出力を測定する第１の工程と、
前記光出力が所定の値に一致するようにバイアス電流を調整するＡＰＣ（自動光出力制御）を行うと共に、スロープ効率または前記スロープ効率の相当量を測定する第２の工程と、
前記光変調振幅または消光比が所定の値に一致するように前記スロープ効率またはその相当量に応じてＡＡＣ（自動光変調振幅制御）により前記変調電流を調整する第３の工程とを含むことを特徴とするレーザダイオードの制御方法。
【請求項２】
前記第１の工程は、前記レーザダイオードの光出力を受光素子により測定し、
前記第３の工程は、前記受光素子の光電流および前記レーザダイオードの設置雰囲気の温度検出値に基づいて、前記光出力の所定の値および前記光変調振幅の所定の値を変化させることを特徴とする請求項１記載のレーザダイオードの制御方法。
【請求項３】
前記第２の工程における前記光出力の変動量と前記バイアス電流の変動量の比を前記スロープ効率とすることを特徴とする請求項１記載のレーザダイオードの制御方法。
【請求項４】
前記第３の工程は、前記スロープ効率またはその相当量に反比例した変調電流が出力されるように前記ＡＡＣを実行することを特徴とする請求項１記載のレーザダイオードの制御方法。
【請求項５】
前記第３の工程は、前記ＡＰＣの実行過程における前記光出力の変動量が予め定められた値に達したとき、前記バイアス電流の変動量を前記スロープ効率の相当量とし、前記スロープ効率の相当量に比例した変調電流を出力して前記ＡＡＣを行うことを特徴とする請求項１記載のレーザダイオードの制御方法。
【請求項６】
レーザダイオードにバイアス電流および変調電流を印加して前記レーザダイオードの出力を変調するレーザダイオードの制御回路において、
受光素子により測定された前記レーザダイオードの光出力が所定の値に一致するようにバイアス電流を調整するＡＰＣ（自動光出力制御）部と、
前記レーザダイオードのスロープ効率またはその相当量を測定するスロープ効率測定部と、
前記光変調振幅または消光比が所定の値に一致するように変調電流を前記スロープ効率測定部による測定結果に応じて調整するＡＡＣ（自動光変調振幅制御）部とを備えることを特徴とするレーザダイオードの制御回路。
【請求項７】
前記ＡＡＣ部は、前記スロープ効率測定部で測定されたスロープ効率またはその相当量に反比例した変調電流を出力することを特徴とする請求項６記載のレーザダイオードの制御回路。
【請求項８】
前記スロープ効率測定部は、前記ＡＰＣ部における光出力の変動量とバイアス電流の変動量の比を前記スロープ効率として測定することを特徴とする請求項６または７記載のレーザダイオードの制御回路。
【請求項９】
前記スロープ効率測定部は、前記ＡＰＣの過程における前記光出力の変動量が予め定められた値に達したとき、前記バイアス電流の変動量を前記スロープ効率の相当量とし、
前記ＡＡＣ部は、前記相当量に比例した変調電流を出力することを特徴とする請求項６記載のレーザダイオードの制御回路。
【請求項１０】
前記ＡＡＣ部は、前記レーザダイオードの光出力を受光素子により測定した際の前記受光素子の光電流および前記レーザダイオードの設置雰囲気の温度検出値に基づいて、前記光出力の所定の値および前記光変調振幅の所定の値を変化させることを特徴とする請求項６，７または９に記載のレーザダイオードの制御回路。
【請求項１１】
レーザダイオードと、
前記レーザダイオードにバイアス電流を付与する電流源と、
前記レーザダイオードに変調電流を印加して前記レーザダイオードの出力を変調する変調回路と、
前記レーザダイオードの光出力を測定する光出力測定回路と、
前記光出力が所定の値に一致するように前記バイアス電流を調整するＡＰＣ（自動光出力制御）、およびレーザダイオードのスロープ効率またはその相当量の測定結果に基づいて、前記光変調振幅または消光比が所定の値に一致するように、前記スロープ効率またはその相当量に応じて変調電流を調整するＡＡＣ（自動光変調振幅制御）を行う制御部とを備えることを特徴とする光送信器。
【請求項１２】
前記制御部は、前記スロープ効率またはその相当量に反比例した変調電流を生成して前記ＡＡＣを行うことを特徴とする請求項１１記載の光送信器。
【請求項１３】
前記制御部は、前記光出力の変動量と前記バイアス電流の変動量の比を前記スロープ効率として用いることを特徴とする請求項１１または１２記載の光送信器。
【請求項１４】
前記制御部は、前記ＡＰＣの実行過程にあって、前記光出力の変動量が予め定められた値に達したとき、前記バイアス電流の変動量を前記スロープ効率の相当量として測定し、前記相当量に比例した変調電流を生成して前記ＡＡＣを行うことを特徴とする請求項１１記載の光送信器。
【請求項１５】
前記レーザダイオードの光出力を測定する受光素子を備え、
前記制御部は、前記受光素子の光電流および前記レーザダイオードの設置雰囲気の温度検出値に基づいて、前記光出力の所定の値および前記光変調振幅の所定の値を変化させることを特徴とする請求項１１，１２または１３記載の光送信器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１３２５２（Ｐ２００６−１３２５２Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１９０３７１（Ｐ２００４−１９０３７１）
【出願日】平成１６年６月２８日（２００４．６．２８）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２８日（２００４．６．２８）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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