(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５０〜９００ＭＨｚの交流信号が重畳された電流によって駆動されるレーザダイオードと、上記レーザダイオードを収納するケースと、上記ケースに設置されたレーザダイオードのアノード端子と、上記ケースに設置され上記レーザダイオードのカソード電極と電気的に接続された第１のカソード端子と、上記ケースに設置され上記レーザダイオードのカソード電極と電気的に接続された第２のカソード端子を有するレーザダイオードモジュールにおいて、上記第２のカソード端子と上記レーザダイオードの上記カソード電極との間に、５０〜９００ＭＨｚの周波数範囲におけるインピーダンスが１００Ω以上であるインピーダンスデバイスが挿入されていることを特徴とするレーザダイオードモジュール。
【請求項２】
５０〜９００ＭＨｚの交流信号が重畳された電流によって駆動されるレーザダイオードと、上記レーザダイオードを収納するケースと、上記ケースに設置されたレーザダイオードのアノード端子と、上記ケースに設置され上記レーザダイオードのカソード電極と電気的に接続された第１のカソード端子と、上記ケースに設置され上記レーザダイオードのカソード電極と電気的に接続された第２のカソード端子を有するレーザダイオードモジュールにおいて、上記第２のアノード端子と上記レーザダイオードの上記アノード電極との間に、５０〜９００ＭＨｚの周波数範囲におけるインピーダンスが１００Ω以上であるインピーダンスデバイスが挿入されていることを特徴とするレーザダイオードモジュール。
【請求項３】
上記インピーダンスデバイスとしてフェライトビーズを使用していることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザダイオードモジュール。
【請求項４】
上記インピーダンスデバイスとして空芯コイルとフェライトビーズを直列に接続したものを用いたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザダイオードモジュール。
【請求項５】
上記ケースが金属でできていることを特徴とする請求項１記載のレーザダイオードモジュール。
【請求項６】
上面に金パターンが設けられ下面がメタライズされたセラミック基板を具備し、上記第１のカソード端子と上記レーザダイオードのカソード電極との間に当該セラミック基板が接続されたことを特徴とする請求項１記載のレーザダイオードモジュール。
【請求項７】
上面に金パターンが設けられ下面がメタライズされた基板を具備し、当該基板の金パターンの一端が上記第１のカソード端子に接続されるとともに、上記基板の金パターンの他端が上記レーザダイオードのカソード電極にワイヤ接続されたことを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオードモジュール。
【請求項８】
上記金パターンは該パターンと直列に２０Ωの抵抗が挿入されたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のレーザダイオードモジュール。
【請求項９】
上記第１のカソード端子と上記レーザダイオードのカソード電極との間に特性インピーダンスが２５Ωの分布定数回路が架設されたことを特徴とする請求項１記載のレーザダイオードモジュール。
【請求項１０】
上記第２のカソード端子の外部にバイパスコンデンサが接続されたことを特徴とする請求項１記載のレーザダイオードモジュール。
【請求項１１】
上記空芯コイルとフェライトビーズに、それぞれ抵抗が並列接続されたことを特徴とする請求項４記載のレーザダイオードモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ケーブルテレビの電気信号を光ファイバ内の強度変調に変換するために用いられるレーザダイオードモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、たとえば米国特許４，９８９，９３０号に示されたレーザダイオードモジュールの断面図である。図において、１はレーザダイオード、２はレーザダイオード１の下面に蒸着したレーザダイオードのアノード電極、３はレーザダイオード１の上面に蒸着した上記レーザダイオードのカソード電極、４はレーザダイオード１の前に置かれたレンズ、５はレーザダイオード１及びレンズ４を保持する金属キャリア、６は金属キャリア５の下部に取り付けられた電子冷却素子、７はダイオードレーザ１を気密封止する金属ケース、８は金属ケース７と金属キャリア５の間に橋渡しされたセラミック基板、９はセラミック基板８の下面全体に蒸着されたメタライズ面、１０はセラミック基板８の上面に走る金パターン、１１は金パターン１０と上記レーザダイオードのカソード電極３を電気的に接続するワイヤ、１２は金パターン１０と図示されないレーザダイオードモジュールの外部回路を電気的に接続するカソード端子、１３ａはカソード端子１２を金属ケース７に固定する第１の低融点ガラス、１４は金属ケース７と図示されないレーザダイオードモジュールの外部回路を電気的に接続するアノード端子、１５はレーザダイオード１からの出射光路、１６は出射光路１５を透過するガラス窓、１３ｂはガラス窓１６を金属ケース７に固定する第２の低融点ガラスである。
【０００３】
このようなレーザダイオードモジュールにおいては、カソード端子１２とアノード端子１４の間に電圧をかけることによりレーザダイオードに電流を流し発光させる。電流はケーブルテレビの映像信号に代表される５０〜９００ＭＨｚの交流信号を直流電流に重畳したものであり、これによりレーザダイオード１からの出射光は出射光路１５を通り、ガラス窓１６を通過して気密封止した金属ケース７の外に取り出され、光ファイバ通信用の強度変調光信号となる。レーザダイオード１の温度は金属キャリア５の下部に取り付けられた電子冷却素子６により所望の温度に保つことができるようになっており、強度変調信号の出力を一定に保つ働きをしている。また、カソード端子１２にかけられた高周波の交流信号は、セラミック基板８、メタライズ面９、金パターン１０によって形成された特性インピーダンス２５Ωの分布定数回路によってレーザダイオード１まで無損失で伝播され、低電力での駆動ができる。
【０００４】
このようなレーザダイオードモジュールにおいて、高周波変調特性を損なわずに低消費電力性を向上させる目的でしばしばカソード端子１２を交流用と直流用の２端子に分ける手段がとられる。図５は、例えば１９９７年４月に米国ルーセントテクノロジース社より公開されたＡ２３００型アナログアイソレータ付レーザダイオードモジュールの内部回路図である。図において、１はレーザダイオード、６はレーザダイオード１を冷却する電子冷却素子、１７はレーザダイオード１に接続された２０Ω抵抗、１２ａはレーザダイオード１のカソード側と図示されない交流発生回路を電気的に接続する第１のカソード端子、１４はレーザダイオード１のアノード側を取り出すアノード端子、１２ｂはレーザダイオード１のカソードと電気的に接続された第２のカソード端子、１８は第２のカソード端子とレーザダイオード１のカソード側との間に挿入された１６０ｎＨのインダクタ、１９はレーザダイオード１からの出射光を導波した光ファイバ、２０はレーザダイオード１と光ファイバ１９の間に挿入された光アイソレータ、２１はレーザダイオードからの出射光の一部を受光し光量をモニタするフォトダイオード、２２はレーザダイオード１の温度に依存した抵抗値を示すサーミスタである。
【０００５】
このようなレーザダイオードモジュールにおいては、第２のカソード端子１２ｂとアノード端子１４の間に電圧をかけることによりレーザダイオード１に直流電流を流し発光させる。通常は、最適な動作のためにアノード端子１４は接地して動作させる。レーザダイオード１からの出射光は光ファイバ１９の伝播光となるが、一部の光ファイバ内での反射光は逆進して有害な光信号となるため、その反射戻り光を遮断するために光アイソレータ２０が挿入されている。レーザダイオード１の温度はサーミスタ２２の抵抗値として検出できるため、電子冷却素子６に流す電流にフィードバックをかけることによりレーザダイオード１の温度を２５℃に保ち安定に発光させることができる。ケーブルテレビの５０〜９００ＭＨｚの交流の映像信号電圧を第１のカソード端子１２ａと接地されたアノード端子１４の間にかけると交流信号電圧は２０Ω抵抗１７により電圧降下した後に直流電流によりバイアスされたレーザダイオード１とインダクタ１８にかかる。インダクタ１８に流れる交流電流はレーザダイオードの発光に寄与しないため損失となるが、レーザダイオードの微分抵抗は約５Ωであり、１６０ｎＨのインダクタンスを持つインダクタ１８の５０ＭＨｚにおけるインピーダンスはその１０倍の５０Ωであるため、５０〜９００ＭＨｚの交流信号は１０％以下の電流損失でレーザダイオードの駆動電流となる。このようなレーザダイオードモジュールにおいては純度の高い正弦波信号を伝送するために電気−光変換における直線性が非常に重要である。直線性は５０〜９００ＭＨｚの周波数帯域全般に均等に８０チャンネルの正弦波信号をのせた場合の複合２次相互変調歪成分としてスペクトラムアナライザによって観測され、ケーブルテレビ幹線系における複合２次相互変調歪量は−６０ｄＢｃ以下が要求される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなレーザダイオードモジュールにおいては、レーザダイオード１の微分抵抗の順電流依存性により無視できない量の歪が発生することが筆者により明らかにされた。図６は、レーザダイオードの電流−電圧特性を示したものである。ダイオードに一般的な電流−電圧特性の非直線性が見られる。図６を微分することにより図７の電流−微分抵抗特性が得られる。レーザダイオードの直流バイアス電流である４０ｍＡ付近においては微分抵抗値は約５Ω程度になるがわずかな電流依存性が避けられない。したがって、理想的な電流源、すなわち出力インピーダンス無限大の電流源でレーザダイオードが駆動されない場合には、歪が発生する。ここで、レーザダイオードを駆動する電流源の出力インピーダンスＺ１ｄは、第１のカソード端子１２ａに接続される交流信号源の特性インピーダンスＺｏ、２０Ω抵抗１７の抵抗値Ｒ１、インダクタ１８のインダクタンスＬ１、信号の周波数ｆにより数１で定義される。
【０００７】
【数１】
0003716603.tif 000002
【０００８】
したがって、一般的な場合として、Ｚｏ＝２５Ω、Ｒ１＝２０Ω、ｆ＝５０ＭＨｚを代入するとインダクタンスＬ１の値が１６０ｎＨ及び無限大である場合のＺ１ｄの絶対値はそれぞれ３３．５Ω及び４５Ωとなる。すなわちＬ１が１６０ｎＨであることによりレーザダイオードの駆動電流のインピーダンスが下がり微分抵抗の変動による歪が大きくなるという問題点があった。
【０００９】
さらに、インダクタンスＬ１によりレーザダイオードの駆動電流のインピーダンスが３３．５Ωに下がるばかりではなく、その位相が４２度回転し、外部に取り付けられた歪補償回路等で容易に歪改善を図ることができなくなるという問題点があった。
【００１０】
また、インダクタ１８のインダクタンスが小さいため、第２のカソード端子１２ｂからの交流信号が雑音となってレーザダイオードにまで進入し、光信号上の雑音となるという問題点もあった。
【００１１】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第２のカソード端子を設けることにより発生する複合２次相互変調歪量を−６０ｄＢｃ以下に抑えたレーザダイオードモジュールを得るものである。
【００１２】
また、第２の目的は、レーザダイオードの極性が反転し、第２のアノード端子を設けた場合にも、それにより発生する複合２次相互変調歪量を−６０ｄＢｃ以下に抑えたレーザダイオードモジュールを得るものである。
【００１３】
また、第３の目的は、複合２次相互変調歪の位相回転を抑え、外部の歪補償回路により容易に歪改善が図れるようにしたレーザダイオードモジュールを得るものである。
【００１４】
また、第４の目的は、１ＧＨｚをこえる高周波数に至るまで安定した低歪特性及び歪の位相特性をもつレーザダイオードモジュールを得るものである。
【００１５】
また、第５の目的は、外部からの有害電波の進入を受けない低雑音のレーザダイオードモジュールを得るものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るレーザダイオードモジュールは、５０〜９００ＭＨｚの交流信号が重畳された電流によって駆動されるレーザダイオードと、上記レーザダイオードを収納するケースと、上記ケースに設置されたレーザダイオードのアノード端子と、上記ケースに設置され上記レーザダイオードのカソード電極と電気的に接続された第１のカソード端子と、上記ケースに設置され上記レーザダイオードのカソード電極と電気的に接続された第２のカソード端子を有するレーザダイオードモジュールにおいて、上記第２のカソード端子と上記レーザダイオードの上記カソード電極との間に、５０〜９００ＭＨｚの周波数範囲におけるインピーダンスが１００Ω以上であるインピーダンスデバイスが挿入されていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の請求項２に係るレーザダイオードモジュールは、５０〜９００ＭＨｚの交流信号が重畳された電流によって駆動されるレーザダイオードと、上記レーザダイオードを収納するケースと、上記ケースに設置されたレーザダイオードのアノード端子と、上記ケースに設置され上記レーザダイオードのカソード電極と電気的に接続された第１のカソード端子と、上記ケースに設置され上記レーザダイオードのカソード電極と電気的に接続された第２のカソード端子を有するレーザダイオードモジュールにおいて、上記第２のアノード端子と上記レーザダイオードの上記アノード電極との間に、５０〜９００ＭＨｚの周波数範囲におけるインピーダンスが１００Ω以上であるインピーダンスデバイスが挿入されていることを特徴とするものである。
【００１８】
また、第３の発明によるレーザダイオードモジュールは、１００Ω以上のインピーダンスデバイスとしてフェライトビーズを用いたものである。
【００１９】
また、第４の発明によるレーザダイオードモジュールは、１００Ω以上のインピーダンスデバイスとしてフェライトビーズと空芯コイルを直列に接続したものである。
【００２０】
また、第５の発明によるレーザダイオードモジュールは、レーザダイオードを収納するケースが金属でできているものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示す断面図であり、図において、１はレーザダイオード、２はレーザダイオード１の下面に蒸着したレーザダイオードのアノード電極、３はレーザダイオード１の上面に蒸着した上記レーザダイオードのカソード電極、４はレーザダイオード１の前に置かれたレンズ、５はレーザダイオード１及びレンズ４を保持する金属キャリア、６は金属キャリア５の下部に取り付けられた電子冷却素子、７はダイオードレーザ１を外気から遮断する金属ケース、８は金属ケース７と金属キャリア５の間に橋渡しされたセラミック基板、９はセラミック基板８の下面全面に蒸着されたメタライズ面、１０はセラミック基板８の上面に走る金パターン、１７は金パターン１０の一部を削って取り付けられた２０Ω抵抗、１１ａは金パターン１０と上記レーザダイオードのカソード電極３を電気的に接続する第１のワイヤ、１２ａは金パターン１０と図示されない交流発生回路を電気的に接続する第１のカソード端子、１３ａは第１のカソード端子１２ａを金属ケース７に固定する第１の低融点ガラス、１４は金属ケース７に取り付けられたアノード端子、１２ｂは金属ケース７に取り付けられた第２のカソード端子、１３ｃは第２のカソード端子１２ｂを金属ケース７に固定する第３の低融点ガラス、１１ｂは上記レーザダイオードのカソード電極３と第２のカソード端子１２ｂの間を電気的に接続する第２のワイヤ、２３は第２のワイヤ１１ｂの一部を曲げて形成した空芯コイル、２４は第２のワイヤ１１ｂが中心を貫通するように取り付けられたフェライトビーズ、２５ａは空芯コイル２３と並列に接続された第１の１ｋΩ抵抗、２５ｂはフェライトビーズ２４と並列に接続された第２の１ｋΩ抵抗、１５はレーザダイオード１からの出射光路、１６は出射光路１５を透過するガラス窓、１３ｂはガラス窓１６を金属ケース７に固定する第２の低融点ガラスである。
【００２２】
このように構成されたレーザダイオードモジュールにおいては、第２のカソード端子１２ｂとアノード端子１４の間に直流電流を流し発光させる。通常は、最適な動作のためにアノード端子１４は接地して動作させる。レーザダイオード１からの出射光は出射光路１５を通り、ガラス窓１６を通過して気密封止した金属ケース７の外に取り出され、光ファイバ通信用の強度変調光信号となる。レーザダイオード１の温度は金属キャリア５の下部に取り付けられた電子冷却素子６により所望の温度に保つことができるようになっており、強度変調信号の出力を一定に保つ働きをしている。ケーブルテレビの５０〜９００ＭＨｚの交流の映像信号を発生する出力インピーダンス２５Ωの信号源を第１のカソード端子１２ａと接地されたアノード端子１４に接続すると交流信号はセラミック基板８、メタライズ面９、金パターン１０によって形成された特性インピーダンス２５Ωの分布定数回路によってレーザダイオード１の近傍まで無損失で伝播された後、２０Ω抵抗１７により電圧降下した後に直流電流によりバイアスされたレーザダイオード１にかかる。空芯コイル２３、フェライトビーズ２４を通して第２のカソード端子１２ｂに漏れる交流電流はレーザダイオードの発光に寄与しないため損失となるが、レーザダイオードの微分抵抗は約５Ωであり、１６０ｎＨのインダクタンスを持つ空芯コイル２３と５０ＭＨｚにおいて４００Ωのフェライトビーズの直列インピーダンスより十分に小さいため、５０〜９００ＭＨｚの交流信号はほぼ無損失でレーザダイオードの駆動電流となる。第１の１ｋΩ抵抗２５ａ及び第２の１ｋΩ抵抗２５ｂは、空芯コイル２３やフェライトビーズ２４の自己共振を抑えるために並列に付加されている。図２にフェライトビーズのインピーダンスの周波数依存性を示す。フェライトビーズのインピーダンスは表皮効果により実抵抗性を示すため、空芯コイルとフェライトビーズの直列接続状態においても実抵抗成分が支配的となる。この合成実抵抗値をＲｂｉａｓ、ダイオードレーザの１０ｍＡの順電流の変化に対する微分抵抗の変化をΔＲｂとすると、ケーブルテレビ信号８０チャンネル伝送時の複合２次相互変調歪ＣＳＯは数２で示される。
【００２３】
【数２】
0003716603.tif 000003
【００２４】
レーザダイオード１の製造工程の管理によりＲｄ＜０．１Ωまでは半導体歩留りを損なうことなく製造が可能である。数２に最悪の場合であるΔＲｄ＝０．１Ωを代入して、計算することにより図３が得られる。図３より、ＣＳＯ＜−６０ｄＢｃを得るための必要条件として、Ｒｂｉａｓ＞１００Ωが得られる。また、図３より、Ｒｂｉａｓ＜１００Ωの領域においてはＲｂｉａｓが小さくなればなるほどＣＳＯ特性の急峻な劣化が起こるため、Ｒｂｉａｓ＞１００Ωを保つことが直線性のよい電気−光変換を安定的に行うためには非常に重要であることがわかる。また、第２のカソード端子１２ｂと上記レーザダイオードのカソード電極３の間のインピーダンスがフェライトビーズによる実抵抗成分であるため、わずかに発生する歪も位相回転をせず、容易に外部回路で補償することが可能となる。さらに、図２に示したようにフェライトビーズ単体ではインピーダンスが１ＧＨｚ近傍で急速に低下することが懸念され、自動車電話といったより高い周波数を扱う分野にとっては問題となるが、そのような高い周波数においては自己共振周波数が数ＧＨｚ以上の空芯コイル２３のインピーダンスが有効に働き、１ＧＨｚ以上の高周波数においても第２のカソード端子１２ｂとレーザダイオードのカソード電極３の間の合成インピーダンスを１００Ω以上に保つことができる。また、ケーブルテレビのようなアナログ映像信号においては有害電波の影響が映像品質の劣化に直接結び付くため電磁波の回り込みには特別な配慮が必要である。特に、高インピーダンスの回路はアンテナとして機能し電波を拾いがちである。そのような危惧に対しても本実施形態においては、レーザダイオードのカソード電極３から第２のカソード端子１２ｂまでのインピーダンスの高い部分が金属ケース７によって外界よりシールドされているために、第２のカソード端子１２ｂの外部に適当なバイパスコンデンサ等を取り付けることにより容易に外部雑音対策をとることができる。
【００２５】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１ではレーザダイオードのアノード電極２をケースに電気的に接続し、カソード端子として直流用と交流用の２端子を設けたが、レーザダイオードの極性を反転させ、アノード端子として直流用と交流用の２端子を設けても同様の効果が得られる。
【００２６】
【発明の効果】
第１の発明によれば、第２のカソード端子とレーザダイオードのカソード電極との間に５０ＭＨｚにおけるインピーダンスが１００Ω以上のインピーダンスデバイスを挿入することにより、第２のカソード端子を設けることにより発生する複合２次相互変調歪を−６０ｄＢｃ以下に抑えることができる。
【００２７】
また、第２の発明によれば、第２のアノード端子とレーザダイオードのアノード電極との間に５０ＭＨｚにおけるインピーダンスが１００Ω以上のインピーダンスデバイスを挿入することにより、第２のアノード端子を設けることにより発生する複合２次相互変調歪を−６０ｄＢｃ以下に抑えることができる。
【００２８】
また、第３の発明によれば、上記インピーダンスデバイスとしてフェライトビーズを使用することにより、インピーダンスがフェライトの表皮効果により実抵抗成分をもつため、複合２次相互変調歪の位相の回転を抑えることができる。
【００２９】
また、第４の発明によれば、上記インピーダンスデバイスとして空芯コイルとフェライトビーズを直列に接続したものを用いたため、１ＧＨｚ以上の高い周波数においてもインピーダンスの低下を抑えることができ複合２次相互変調歪の発生を抑えることができる。
【００３０】
また、第５の発明によれば、ケースが金属でできているため、ケースの電磁シールド効果により第２のカソード端子１２ｂとレーザダイオードのカソード電極３の間のインピーダンスの高い部分からの雑音の混入を抑え低雑音の光信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１によるレーザダイオードモジュールを示す断面図である。
【図２】  この発明の実施の形態１によるレーザダイオードモジュールの特性図である。
【図３】  この発明の実施の形態１によるレーザダイオードモジュールの特性図である。
【図４】  従来のレーザダイオードモジュールを示す断面図である。
【図５】  従来のレーザダイオードモジュールの回路図である。
【図６】  従来のレーザダイオードモジュールの特性図である。
【図７】  従来のレーザダイオードモジュールの特性図である。
【符号の説明】
１  レーザダイオード、２  アノード電極、３  カソード電極、４  レンズ、５  金属キャリア、６  電子冷却素子、７  金属ケース、８  セラミック基板、９  メタライズ面、１０  金パターン、１１  ワイヤ、１１ａ  第１のワイヤ、１１ｂ  第２のワイヤ、１２  カソード端子、１２ａ  第１のカソード端子、１２ｂ  第２のカソード端子、１３ａ  第１の低融点ガラス、１３ｂ  第２の低融点ガラス、１３ｃ  第３の低融点ガラス、１４  アノード端子、１５  出射光路、１６  ガラス窓、１７  ２０Ω抵抗、１８  インダクタ、１９  光ファイバ、２０  光アイソレータ、２１  フォトダイオード、２２  サーミスタ、２３  空芯コイル、２４  フェライトビーズ、２５ａ  第１の１ｋΩ抵抗、２５ｂ  第２の１ｋΩ抵抗。
【図１】
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【図２】
0003716603.tif 000005
【図３】
0003716603.tif 000006
【図４】
0003716603.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003716603.tif 000010