(57)【要約】【課題】  高域強調しつつ半導体光デバイスのパターン効果を抑圧する。【解決手段】  多値化装置（１２）は、２値データ信号を多値化する。ＨＰＦ（１４）は、多値データ信号の高域成分を抽出する。可変増幅器（１８）は、ＨＰＦ（１４）の出力を増幅する。パターン判定装置（１６）は、多値データ信号の時間的な変化パターンを判定する。利得制御装置（２０）は、利得テーブル（２１）を参照し、パターン判定装置（１６）の判定結果に従い可変増幅器１８の利得を制御する。利得テーブル（２１）には、多値データ信号のありうるパターン変化に対して適用すべき利得値が格納されている。遅延器（２２）は、多値データ信号を、ＨＰＦ（１４）と可変増幅器（１８）の処理時間に相当する時間だけ遅延する。加算器（２４）は、遅延器（２２）の出力に可変増幅器（１８）の出力を加算する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ信号に従い半導体光デバイスを駆動する半導体光デバイス駆動装置であって、
当該データ信号の高域成分を抽出する高域抽出手段と、
当該高域抽出手段の出力をレベル調整値に従いレベル調整するレベル調整手段と、
当該データ信号の時間的な変化パターンを判定するパターン判定手段と、
当該パターン判定手段の判定結果に従い、当該レベル調整手段の当該レベル調整値を制御する制御手段と、
当該データ信号と当該レベル調整手段の出力とを加算する加算手段
とを具備することを特徴とする半導体光デバイス駆動装置。
【請求項２】
当該高域抽出手段が当該データ信号のエッジ成分を抽出することを特徴とする請求項１に記載の半導体光デバイス駆動装置。
【請求項３】
当該データ信号が多値データ信号であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体光デバイス駆動装置。
【請求項４】
当該制御手段が、当該パターン判定手段で判定される変化パターンと当該レベル調整値との対応表を具備することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の半導体光デバイス駆動装置。
【請求項５】
当該レベル調整手段が利得を制御可能な可変増幅手段であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の半導体光デバイス駆動装置。
【請求項６】
当該加算手段は、当該高域抽出手段及び当該レベル調整手段での処理時間に相当する時間、当該データ信号を遅延する遅延手段を具備することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の半導体光デバイス駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光デバイスを多値駆動する半導体光デバイス駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号による高速データ伝送を実現するには、半導体レーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体光増幅器、反射型半導体光増幅器、ＥＡ変調器及びＬＮ変調器等の半導体光デバイスを高速駆動する必要がある。
【０００３】
光信号の信号波形は一般に伝送により劣化し、伝送エラーレートを増大させる。このような波形劣化を改善する方法として、半導体光デバイスの駆動信号を予め高域強調しておくプリエンファシス処理が知られている。
【０００４】
特許文献１，２には、送信すべき２値データ信号を所定時間遅延すると共に反転して高域成分を生成又は抽出し、この高域成分を当該２値データ信号に対応する電流信号に加算してレーザダイオードの駆動電流とする構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０９７９８８号公報
【特許文献２】特開２０１２−０４３９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
データレートの高速化には、多値変調も有効である。しかし、半導体光デバイスを多値強度変調方式で駆動する場合、生成される光信号のパルス立ち上がりと立ち下がりが一様ではないので、特許文献１，２に記載されるようなプリエンファシス技術を適用したとしても、そのままでは、適切な高域強調を施した光信号を得ることができない。
【０００７】
また、多くの半導体光デバイスの生成する光信号は、駆動時の励起状態にも依存するので、単純に駆動信号を事前に高域強調するだけでは、良質な光信号を生成できない。
【０００８】
本発明は、これらの不都合を解消した半導体光デバイス駆動装置を提示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る半導体光デバイス駆動装置は、データ信号に従い半導体光デバイスを駆動する半導体光デバイス駆動装置であって、当該データ信号の高域成分を抽出する高域抽出手段と、当該高域抽出手段の出力をレベル調整値に従いレベル調整するレベル調整手段と、当該データ信号の時間的な変化パターンを判定するパターン判定手段と、当該パターン判定手段の判定結果に従い、当該レベル調整手段の当該レベル調整値を制御する制御手段と、当該データ信号と当該レベル調整手段の出力とを加算する加算手段とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、駆動対象の半導体光デバイスの持つパターン効果を考慮した駆動信号を生成できるので、半導体光デバイスにより良好な品質の光信号を生成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一実施例の概略構成ブロック図である。
【図２】本実施例の波形例である。
【図３】可変増幅器の利得値の例である。
【図４】利得とカットオフ周波数を決定する手段を追加した構成の概略構成ブロック図である。
【図５】図４に示す構成の動作説明例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示し、図２は、図１の各部における波形例を示す。
【００１４】
入力端子１０には、光信号で搬送すべき２値データ信号が入力する。多値化装置１２は、入力端子１０からの２値データ信号を多値化する。具体的には、多値化装置１２は、入力する２値データ信号を１タイムスロット内に４値を具備する４値データ信号に変換する。図２（ａ）は、多値化装置１２の出力波形例を示す。多値化装置１２の出力は、高域抽出のためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１４、多値信号のレベル変化を検出するパターン判定装置１６、及び時間調整の遅延器２２に入力する。
【００１５】
ＨＰＦ１４は、多値化装置１２から出力される多値データ信号からその高域成分、より具体的には、レベル遷移のエッジ成分（又は、立ち上がり成分と立ち下がり成分）を抽出する。ＨＰＦ１４のカットオフ周波数は多値データ信号の伝送レートに応じて適切に設定又は調節される。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す多値データ信号に対するＨＰＦ１４の出力波形例を示す。図２（ｂ）に示すように、ＨＰＦ１４の出力信号の振幅は、多値化装置１２の出力波形のレベル遷移が大きいほど大きくなる。ＨＰＦ１４の出力信号は可変増幅器１８に供給される。
【００１６】
ＨＰＦ１４としては、アナログ構成のフィルタ回路以外にも、特許文献1，２に記載されるような遅延回路と差分回路からなるエッジ抽出装置でも良いことはいうまでもない。
【００１７】
パターン判定装置１６は、多値化装置１２から出力される多値データ信号の時間軸方向でのレベル変化パターンを判定し、その判定結果を利得制御装置２０に出力する。本実施例では、パターン判定装置１６は、現在のシンボル値と直前のシンボル値との間の変化を判定する。
【００１８】
利得制御装置２０は、利得テーブル２１を参照し、パターン判定装置１６の判定結果が示すレベル遷移量に応じた利得に可変増幅器１８を制御する。図２（ｃ）は可変増幅器１８の利得変化例を示す。図３は、図２に示す波形例に対する利得制御例を示す。直前のシンボル値”００”に対して、現在のシンボル値”００”、”０１”、”１０”及び”１１”に対する利得をそれぞれ、ｇ００，ｇ０１，ｇ０２及びｇ０３とする。直前のシンボル値”０１”に対して、現在のシンボル値”００”、”０１”、”１０”及び”１１”に対する利得をそれぞれ、ｇ１０，ｇ１１，ｇ１２及びｇ１３とする。直前のシンボル値”１０”に対して、現在のシンボル値”００”、”０１”、”１０”及び”１１”に対する利得をそれぞれ、ｇ２０，ｇ２１，ｇ２２及びｇ２３とする。直前のシンボル値”１１”に対して、現在のシンボル値”００”、”０１”、”１０”及び”１１”に対する利得をそれぞれ、ｇ３０，ｇ３１，ｇ３２及びｇ３３とする。利得ｇ００，ｇ１１，ｇ２２，ｇ３３は、実際には、レベル遷移が生じない状況に対する利得なので、不定でも、ゼロでも、直前値と同じでもよい。
【００１９】
半導体光デバイスは一般に、同じ駆動電流波形でも先行する駆動電流波形の影響を受けるいわゆるパターン効果を具備する。本実施例では、そのようなパターン効果を減殺又は軽減するように、可変増幅器１８の利得を、駆動信号の元となる多値データ信号のレベル変化パターンに応じて制御する。
【００２０】
具体的には、多値化装置１２で生成される多値データ信号の発生し得るレベル変化ポターンに対して高域成分をどの程度に増幅することで、駆動対象たる半導体光デバイス（この実施例では、レーザダイオード３０）のパターン効果を緩和できるかを、本実施例の利用開始前に計測する。利得テーブル２１には、その計測結果に基づいて、パターン判定装置１６で判定されるレベル変化パターンと、当該レベル変化パターンに対して適用すべき利得との対応を示す表データが格納されている。
【００２１】
遅延器２２は、ＨＰＦ１４及び可変増幅器１８の処理時間に相当する時間だけ、多値化装置１２の出力信号を遅延して、加算器２４に供給する。加算器２４は、可変増幅器１８の出力信号に遅延器２２の出力信号を加算する。図２（ｅ）は、加算器２４の出力信号波形例を示す。加算器２４により、多値データ信号のレベル遷移部分を高域強調した信号が得られる。加算器２４は、図２（ｅ）に示す波形の電流信号を加算器２６に出力する。
【００２２】
バイアス電流源２８は、レーザダイオード３０のレーザ発振閾値を十分に越える電流値のバイアス電流を加算器２６に出力する。加算器２６は、加算器２４から出力される電流信号にバイアス電流源２８からのバイアス電流を加算し、加算結果の電流でレーザダイオード３０を駆動する。
【００２３】
以上の説明から理解できるように、ＨＰＦ１４、パターン判定装置１６、可変増幅器１８、利得制御装置２０及び利得テーブル２１は、プリエンファシスのための高域成分を抽出する高域抽出装置を構成する。但し、本実施例のプリエンファシスは、単に伝送経路で生じ得る高域低減を補償するのみではなく、駆動対象となる半導体光デバイスのパターン効果をも補償するものとなっており、これは、多値信号に限らず、２値信号で駆動する場合にも有用である。
【００２４】
本実施例では、直前のシンボル値に応じて現在のシンボル値に対する可変増幅器１８の利得を制御したが、先に説明したように、駆動すべき半導体光デバイスに複数シンボル期間にわたる無視できないほどのパターン効果がある場合、そのような長期にわたるパターン変化を判定した結果に従い、可変増幅器１８の利得を制御するのが好ましい。過去に遡って考慮するシンボル期間の長さに従い、利得テーブル２１の表は拡大する。例えば、ｎ値の多値信号の場合で、ｍシンボルまで遡って考慮する場合、利得テーブル２１の要素数は、ｎｍ＋１となる。
【実施例２】
【００２５】
利得テーブル２１の利得値を決定する方法を説明する。図４は、ＨＰＦ１４のカットオフ周波数と、利得制御装置２０による可変増幅器１８の利得制御パラメータを決定する手段を追加した構成の概略構成ブロック図を示す。
【００２６】
カットオフ周波数の調整と可変増幅器１８の利得制御パラメータの決定のために、受光器４０、波形比較装置４２、パラメータ決定装置４４及びカットオフ周波数制御装置４６を追加している。利得制御装置２０Ａは利得制御装置２０の機能に加え、外部からの制御信号に従う利得に可変増幅器１８の利得を制御可能であり、利得テーブル２１を書き換え可能である。
【００２７】
受光器４０は、レーザダイオード３０の出力光信号を電気信号に変換する。詳細は後述するが、波形比較装置４２は、低速の多値データ信号に対して、パターン判定装置１６の判定結果に同期して、受光器４０の出力信号から多値データ信号の各シンボル値のレベルを決定し、シンボル期間の波形レベルを検出し記憶する。波形比較装置４２はまた、通常速度の多値データ信号に対して、各シンボル位置の光信号レベルの、基準レベルからの差分を検出する。差分が所定値以上の場合、波形比較装置４２は、パターン判定装置１６からのパターン判定結果と差分値をパラメータ決定装置４４に供給する。
【００２８】
パラメータ決定装置４４は、波形比較装置４２の比較結果に従い、ＨＰＦ１４のカットオフ周波数を決定し、カットオフ周波数制御装置４６を介してＨＰＦ１４のカットオフ周波数を制御させる。パラメータ決定装置４４はまた、波形比較装置４２の比較結果に従い、利得制御装置２０を介して可変増幅器１８の利得を制御させると共に、パターン判定装置の出力と制御すべき利得との対応を利得制御装置２０に記憶させる。
【００２９】
図４に示す構成において、ＨＰＦ１４のカットオフ周波数と利得制御の最適化をオフラインで行う動作を説明する。
【００３０】
先ず、多値データ信号のレベル変化又はパターン変化に対する可変増幅器１８の利得を一定値に初期化する。具体的には、パラメータ決定装置４４はまず、利得制御装置２０Ａに利得テーブル２１に格納される全ての利得値をゼロで初期化するように指示し、利得制御装置２０Ａがこの指示に従い、利得テーブル２１の利得値を初期化する。利得値がゼロになるので、可変増幅器１８の出力する高域成分の振幅はゼロとなり、プリエンファシスが無効化された状態になる。
【００３１】
この状態で、初期の光出力を安定化させ、理想出力を定義するためのロングパターンの２値データ信号を入力端子１０に入力する。ロングパターンの部分の変調速度は、レーザダイオード３０の応答速度に対し十分遅くする。このロングパターンに続いて、多値データ信号での全てのレベル遷移を含む、予定する変調速度のランダムパターンの２値データ信号を入力端子１０に入力する。もちろん、このようなロングパターン及びランダムパターンの多値データ信号を多値化装置１２に生成出力させてもよい。
【００３２】
図５（ａ）は、ロングパターンと、当該ロングパターンに続くランダムパターン（一部）の多値データ信号の波形例を示す。ランダムパターンについては一部を省略してある。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す多値データ信号に対するレーザダイオード３０の光出力波形を示す。
【００３３】
多値化装置１２の出力する多値データ信号は遅延器２２及び加算器２４を介して加算器２６に印加され、加算器２６は、加算器２４からの多値データ信号電流にバイアス電流源２８からのバイアス電流を加算して、レーザダイオード３０を駆動する。このとき、レーザダイオード３０は、多値化装置１２の出力する多値データ信号を反映した波形の光信号を出力する。ロングパターンでは、その変調速度がレーザダイオード３０の応答速度より十分に遅いので、レーザダイオード３０の光出力波形は、ロングパターンの波形にほぼ相似となる。波形比較装置４２は、ロングパターンでの受光器４０の出力レベルから、シンボル毎の光出力レベルＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤを記憶する。どのシンボル値に対する光出力レベルかは、パターン判定装置１６の出力から判別できる。
【００３４】
ランダムパターンに対しては、図５（ｂ）に示すように、光出力波形の劣化が顕著になり、本来のレベルＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤに到達しなくなることがある。波形比較装置４２は、パターン判定装置１６の判定出力により、現在の受光器４０の出力光レベルがどのシンボル位置のものかを判別できるので、受光器４０の出力レベルを本来のレベルＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤと比較する。図５（ｂ）に示す例では、シンボル位置Ｎに対してレベル差ａが生じており、波形比較装置４２は、このレベル差ａと、この時点でのパターン判定装置１６の判定結果をパラメータ決定装置４４に供給する。
【００３５】
波形比較装置４２で検出されるレベル差ａが所定閾値以上である場合、プリエンファシスが必要である。そこで、パラメータ決定装置４４は、波形比較装置４２からのレベル差ａに応じて可変増幅器１８の利得を決定し、決定した利得とパターン判定装置１６の判定結果を利得制御装置２０に供給する。利得制御装置２０は、パラメータ決定装置４４からのレベル差ａとパターン判定装置１６の判定結果とを対にして、利得テーブル２１に格納する。
【００３６】
パラメータ決定装置４４は、このような利得制御を想定可能なパターン変化について実行した後に、ＨＰＦ１４のカットオフ周波数を決定する。具体的には、利得テーブル２１に利得を設定した状態では、利得制御装置２０Ａは、パターン判定装置１６の判定結果に応じた利得を利得テーブル２１から読出して可変増幅器１８にセットするので、波形比較装置４２は、プリエンファシス処理をされた光出力のレベルを検出し、基準レベルＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤとからの差分値を算出する。パラメータ決定装置４４は、波形比較装置４２からの差分値が所定値以上の場合、カットオフ周波数制御装置４６を介してＨＰＦ１４のカットオフ周波数を調整する。
【００３７】
以上の説明では、本来の変調度のランダムパターンで利得とカットオフ周波数を決定するので、利得を適切な範囲に絞り込むことができない。これに対しては、例えば、多値化装置１２から所望のレベル変化パターンになる多値データ信号を繰り返し出力させ、差分値ａの計測と利得の調整を繰り返し、差分値ａが好ましい範囲に入った段階で利得を最終的に決定すればよい。また、利得の調整によっても差分値ａが閾値未満にならない場合には、カットオフ周波数を調整し、必要により利得の調整を再開すればよい。逐次的に利得を調整する場合、パラメータ決定装置４４は、例えば、利得制御装置２０Ａに所定量の利得増加（又は減少）を指示し、利得制御装置２０Ａは、利得テーブル２１から読み出した利得を指示された所定量だけ増加（又は減少）した利得に可変増幅器１８を制御すると共に、変更後の利得値で利得テーブル２１を上書きすれば良い。
【実施例３】
【００３８】
レーザダイオード３０の出力光をビームスプリッタで２分割し、一方の分割光を受光器４０に、他方を光伝送路に出力するようにすることで、インラインサービスでの利得及び／又はカットオフ周波数の逐次調整が可能になる。
【００３９】
もちろん、光信号の受信側からＢＥＲ（Bit Error Rate）等の情報を受けて利得及び／又はカットオフ周波数の逐次調整を行っても良い。
【００４０】
レーザダイオードを駆動する駆動装置の実施例を説明したが、本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体光増幅器、反射型半導体光増幅器、ＥＡ変調器及びＬＮ変調器等のその他の半導体光デバイスを駆動する駆動装置にも適用可能であり、同様の作用効果を奏することができる。
【００４１】
バイアス電流が不要な半導体光デバイスに対しては、加算器２６及びバイアス電流源２８が不要になることはいうまもでない。
【００４２】
また、抽出した高域成分又はパルスエッジ成分のレベル調整に可変増幅器を使用する実施例を説明したが、一般的には、減衰量を変更可能な減衰器を使用しても良いし、更には、増幅と減衰を組み合わせても良いことは、明らかである。
【００４３】
特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４４】
１０：入力端子
１２：多値化装置
１４：ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
１６：パターン判定装置
１８：可変増幅器
２０，２０Ａ：利得制御装置
２１：利得テーブル
２２：遅延器
２４：加算器
２６：加算器
２８：バイアス電流源
３０：半導体光デバイス
４０：受光器
４２：波形比較装置
４４：パラメータ決定装置
４６：カットオフ周波数制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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