(57)【要約】【課題】ＬＤの特性にばらつきが存在する場合であっても、光出力のみならず、周波数特性も一定に維持することができる光送信装置を提供する。【解決手段】光送信装置は、光信号を出力するレーザダイオード（ＬＤ）１と、ＬＤ１の光出力をモニタするフォトダイオード（ＰＤ）２を備え、ＰＤ２のモニタ値によりＬＤ１のバイアス電流Ｉｂを負帰還制御している。ＬＤ１の変調電流は、個別に制御可能なレーザダイオードドライバ回路２とプリエンファシスドライバ回路３とにより生成し、プリエンファシスドライバ回路３の駆動電流源８をバイアス電流Ｉｂに基づいて制御している。そして、高電気光変換効率のＬＤでは、バイアス電流が小さくなるが、プリエンファシスドライバ回路３の出力電流を大きくして、高速伝送に必要な周波数応答特性を得ている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を出力するレーザダイオードと、該レーザダイオードの光出力をモニタするフォトダイオードを備え、該フォトダイオードのモニタ値により前記レーザダイオードのバイアス電流を負帰還制御する光送信装置であって、
前記レーザダイオードの変調電流は、個別に制御可能なレーザダイオードドライバ回路とプリエンファシスドライバ回路とにより生成し、該プリエンファシスドライバ回路の駆動電流源を前記バイアス電流に基づいて制御することを特徴とする光送信装置。
【請求項２】
前記レーザダイオードドライバ回路の駆動電流源を前記モニタ値に基づいて負帰還制御することを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
【請求項３】
前記バイアス電流が小さいほど前記プリエンファシスドライバ回路の出力電流を大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載の光送信装置。
【請求項４】
前記レーザダイオードの電気光変換効率が高いほど前記バイアス電流を小さくすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の光送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信装置に関し、詳しくは、光信号を出力するレーザダイオードと、その光出力をモニタするフォトダイオードを備える光送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光送信装置において、レーザダイオード等の発光素子から出力される光信号の強度および消光比を、適正な値で安定に制御するための種々の提案がなされている。例えば、特許文献１に開示されたレーザダイオード（ＬＤ）駆動回路では、レーザダイオード（ＬＤ）の光出力をフォトダイオード（ＰＤ）によりモニタし、このＰＤ出力値を基準値と比較し、その比較結果をＬＤバイアス電流源に負帰還することにより、バイアス電流を制御している。また、ＰＤ出力値を基準値と比較し、その比較結果をレーザ駆動電流（パルス電流）源に負帰還して、ＬＤ駆動電流を制御し、ＬＤ信号のデューティ比やリンギングを改善しながら、高速動作が可能なＬＤ駆動回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１００５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のＬＤ駆動回路においては、高速動作に対応するために、前置増幅回路の駆動電流を補償する補償電流を供給することにより、スルーレート（Slew Rate）を可変とし、信号の立ち上がり／立ち下り時間を短くし、高速伝送を実現するようにしている。しかしながら、ドライバ出力強度が高周波側で低下し、ＬＤドライバ回路の帯域制限があると、高周波成分の光信号強度が低下するため、前置増幅回路のスルーレートを改善するだけではアイパターンを改善することは難しい。
【０００５】
また、ＬＤには、それぞれスロープ効率の温度依存性があり、個々のＬＤはそれぞれスロープ効率の温度依存性にばらつきを有している。このばらつきがある場合に、ＡＰＣ制御（Automatic Power Control）を行うと、レーザの温度変動に伴う高周波特性の補償ができないという問題がある。このため、ＬＤの特性にばらつきが存在する場合、各個に対する適切な帯域補償ができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、ＬＤの特性にばらつきが存在する場合であっても、光出力のみならず、周波数特性も一定に維持することができる光送信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光送信装置は、光信号を出力するレーザダイオードと、該レーザダイオードの光出力をモニタするフォトダイオードを備え、該フォトダイオードのモニタ値によりレーザダイオードのバイアス電流を負帰還制御する光送信装置である。レーザダイオードの変調電流は、個別に制御可能なレーザダイオードドライバ回路とプリエンファシスドライバ回路とにより生成し、プリエンファシスドライバ回路の駆動電流源をバイアス電流に基づいて制御することを特徴とする。
【０００８】
本発明では、レーザダイオードドライバ回路の駆動電流源をフォトダイオードのモニタ値に基づいて負帰還制御してもよい。また、バイアス電流が小さいほどプリエンファシスドライバ回路の出力電流を大きくなるようにし、また、レーザダイオードの電気光変換効率が高いほどバイアス電流を小さくするようにしている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フォトダイオードのモニタ値によりレーザダイオードのバイアス電流を負帰還制御し、レーザダイオードの変調電流を生成するプリエンファシスドライバ回路の駆動電流源をバイアス電流に基づいて制御している。このため、レーザダイオードの特性にばらつきが存在する場合であっても、光出力のみならず、周波数特性も一定に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の光送信装置の一構成例を示す図である。
【図２】本発明の光送信装置の他の構成例を示す図である。
【図３】レーザダイオードの電気光応答特性の周波数依存性を説明するための図である。
【図４】プリエンファシスによる電流の出力波形を説明するための図である。
【図５】プリエンファシス量を変化させた場合のアイ波形の変化を示す図である。
【図６】プリエンファシスによる電気光変換強度の周波数依存性を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の光送信装置に係る好適な実施の形態について説明する。図１は本発明による光送信装置の一構成例を示す図である。図中、１はレーザダイオード（以下、「ＬＤ」という。）、２はＬＤドライバ回路、３はプリエンファシスドライバ回路、４はプリドライバ回路、５は遅延回路、６はバイアス電流源、７はＬＤドライバ電流源、８はプリエンファシスドライバ電流源、９はプリドライバ電流源、１０はフォトダイオード（以下、「ＰＤ」という。）、１１はトランスインピーダンスアンプ（以下、「ＴＩＡ」という。）、１２，１３は比較増幅回路、１４，１５は基準電圧発生回路を示す。
【００１２】
光送信装置は、光信号を送出するＬＤ１と、該ＬＤ１の光出力をモニタするＰＤ１０を備える。ＬＤ１の駆動回路は、ＬＤ１に変調電流を与えるＬＤドライバ回路２と、変調電流をエンファシスするプリエンファシスドライバ回路３とを有し、ＬＤドライバ回路２，プリエンファシスドライバ回路３によるＬＤ駆動出力が負荷抵抗Ｒ２およびＲ３と結合コンデンサＣを介してＬＤ１に加えられる。なお、変調電流のプリエンファシスについては、後述する。
【００１３】
ＬＤ１に所定の光パルス出力を生じさせるＬＤドライバ回路２とプリエンファシスドライバ回路３には、プリドライバ回路４（前置増幅回路ともいう）からの駆動信号が入力され、プリエンファシスドライバ回路３には、遅延回路５により若干遅延された信号が入力される。そして、ＬＤ１にはバイアス電流源６が接続され、ＬＤドライバ回路２にはＬＤドライバ電流源７が接続され、プリエンファシスドライバ回路３にはプリエンファシスドライバ電流源８が接続され、プリドライバ回路４にはプリドライバ電流源９がそれぞれ制御可能に接続される。
【００１４】
ここで、ＬＤドライバ電流源７、プリエンファシスドライバ電流源８、および、プリドライバ電流源９は、それぞれ、ＬＤドライバ回路２、プリエンファシスドライバ回路３、および、プリドライバ回路４の振幅制御電流源であり、ＬＤドライバ電流源７、プリエンファシスドライバ電流源８、および、プリドライバ電流源９の各電流値に応じた出力電流が、ＬＤドライバ回路２、プリエンファシスドライバ回路３、および、プリドライバ回路４から出力される。
【００１５】
次に、本発明の光送信装置の動作について説明する。ＬＤ１から出力される光信号のほとんどは、光ファイバ等に結合されて光伝送路に送出されるが、残りの一部の光信号は、モニタ用のＰＤ１０で受光される。ＰＤ１０で受光した光信号は光電流信号に変換される。次いで、この光電流信号は、トランスインピーダンスアンプ１１（以下、ＴＩＡという）により電圧信号に変換されて、ＬＤ１の光出力のモニタ値として出力される。
【００１６】
ＴＩＡ１１の出力電圧は、比較増幅回路１２により、基準電圧発生回路１４からの基準電圧Ｖ１と比較され、その電圧差に応じた電圧信号が生成される。比較増幅回路１２からの電圧信号は、ＬＤ１のバイアス電流源６に負帰還され、ＴＩＡ１１の出力電圧が基準電圧Ｖ１と等しくなるようにＤＣバイアス電流Ｉｂが制御される。この負帰還制御により、ＬＤ１の光出力は一定値に保持される。このように、ＬＤ１のＤＣバイアス電流ＩｂはＡＰＣ回路によって制御されている。
【００１７】
一方でＬＤ１はＬＤドライバ回路２により変調駆動される。なお、ＬＤドライバ回路２の出力である変調電流についても、ＡＰＣ回路によって制御してもよい。すなわち、図２に示すように、比較増幅回路１６により、ＴＩＡ１１の出力電圧を基準電圧発生回路１７からの所定の基準電圧と比較し、その電圧差に応じた信号電圧をＬＤドライバ電流源８に負帰還することにより、ＴＩＡ１１の出力電圧が所定の基準電圧と等しくなるように、ＬＤドライバ電流源８を制御してもよい。
【００１８】
そして、ＬＤドライバ回路２によって変調駆動されるＬＤ１は、電気変調を緩和振動周波数（ｆｒ：resonance frequency）で決められる応答速度で光信号に変換する。ここで、ＬＤ１の緩和振動周波数ｆｒは電流の平方根とＬＤ固有の比例定数（Δｆｒ）の積に比例する。また、一方でＬＤ１は固有の電気光変換効率（ＳＥ）を持つ。そして、ある温度において光出力ＰｆになるようＡＰＣ制御された時の、緩和振動周波数ｆｒは、次式の理論式で決まってしまう。
【数１】
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【００１９】
図３は、レーザダイオードの電気光応答特性の周波数依存性を説明するための図であり、電気光変換効率の高中低３種類のＬＤの電気光変換特性の周波数依存性を示している。同図から分かるように、電気光変換効率ＳＥの高いものは帯域が狭くなり、低いものほど帯域が広がる傾向にある。本発明は、このようにＬＤの電気光変換効率ＳＥにばらつきがあった場合にも、一定の高周波応答特性を得ることができる光送信装置を提供することをその目的にしており、このためにプリエンファシスによる周波数応答特性を利用している。
【００２０】
ここで、プリエンファシスドライバについて説明する。伝送信号をＧｂｐｓ以上で高速伝送すると、高周波成分の信号波形がなまってくる。特に、信号の立ち上がり／立ち下り部分の波形がなまる。そこで、送信側で予め信号波形の立ち上がりまたは立ち下り部分をそれぞれオーバーシュートまたはアンダーシュートさせて送るようにすると、受信側でちょうどよい波形にすることができる。このように送信側で伝送信号を送り出す前に、信号波形を強調して送ることをプリエンファシスという。
【００２１】
図４は、プリエンファシスによる電流の出力波形を説明するための図である。プリエンファシスされたドライバ電流と、ＬＤ１の変調電流について説明する図である。ＬＤ１を駆動する変調電流Ｉｍは、ＬＤドライバ回路２からの出力電流とプリエンファシスドライバ回路３からの出力電流により生成されるが、それぞれの出力電流は、プリドライバ回路４からのパルス信号を増幅して生成される。
【００２２】
図４（Ａ）は、ＬＤドライバ回路２におけるドライバ電流ＩＬＤＤの出力波形で、この出力波形に応じた信号がＬＤ１に付与される。また、図４（Ｂ）は、プリエンファシスドライバ回路３におけるドライバ電流ＩＰＥの出力波形で、この出力波形に応じた信号がＬＤ１に付与される。ＬＤドライバ回路２におけるドライバ電流ＩＬＤＤはプリドライバ回路４からのパルス信号から生成される。また、プリエンファシスドライバ回路３におけるドライバ電流ＩＰＥは、プリドライバ回路４からのパルス信号を遅延時間τだけ遅延させる共に、パルス信号を反転して生成されたものである。
【００２３】
図４（Ｃ）はＬＤ１に流れる変調電流Ｉｍを示し、変調電流Ｉｍは、図４（Ａ）のＬＤドライバ回路２の電流ＩＬＤＤと、図４（Ｂ）のプリエンファシスドライバ回路３の電流ＩＰＥとを合計したものとなり、この変調電流Ｉｍは、パルス状の電流信号の立ち上がり部分と立ち下り部分がプリエンファシスドライバ回路３からの出力電流ＩＰＥだけ強調されたものとなる。
【００２４】
そして、上記のようにＬＤ１側で送信信号の立ち上がり／立ち下り部分を予め強調して送信することにより、受信側で送信信号を受信した際に、受信信号の立ち上がり／立ち下り部分のなまりの度合いが軽減された状態で受信することができる。
【００２５】
図５は、プリエンファシス量を変化させた場合のアイ波形の変化を示す図である。図５（Ａ）は、ＩＰＥ／ＩＬＤＤ＝０、図５（Ｂ）は、ＩＰＥ／ＩＬＤＤ＝０.２、図５（Ｃ）は、ＩＰＥ／ＩＬＤＤ＝０.４の場合をそれぞれ示している。これらの図から、ＬＤドライバ回路２の電流ＩＬＤＤに対するプリエンファシスドライバ回路３の電流ＩＰＥの比率を増やすにつれ、送信信号の立ち上がりが早くなることが分かる。また、図６は、プリエンファシスによる電気光変換強度の周波数依存性を説明するための図である。プリエンファシスドライバ回路３の電流ＩＰＥ＝０では振幅は増幅されていないが、ＩＰＥを増加させるにつれて、高周波側での応答振幅が増大している。
【００２６】
以上から、帯域が狭くなる高電気光変換効率のＬＤほど、プリエンファシスドライバ回路３からの出力電流ＩＰＥを大きくし、帯域が広くなる低電気光変換効率のＬＤほど、プリエンファシスドライバ回路３からの出力電流ＩＰＥを小さくすればよい。
【００２７】
次に、本発明の光送信装置の動作の説明に戻る。まず、ＬＤ１の電気光変換効率ＳＥがばらつきの中心値よりも高い場合は、ＬＤ１の光出力はばらつきの平均値よりも大きくなる。このため、ＰＤ１０の出力もばらつきの平均値よりが大きくなり、ＡＰＣ動作によるバイアス電流Ｉｂはばらつきの平均値よりも小さくなる。このバイアス電流Ｉｂは抵抗Ｒ１によって電流電圧変換され、比較増幅回路２に入力される電圧信号を減少させる。
【００２８】
比較増幅回路２は入力信号電圧と基準電圧発生回路１５からの基準電圧Ｖ２との差分を増幅するため、比較増幅回路２の出力を増加させ、結果としてプリエンファシスドライバ回路２のプリエンファシスドライバ電流源８の電流ＩＰＥをばらつきの平均値よりも増加させる。このため、ＬＤ１の変調電流は、その立ち上がり／立下りがより強調されることとなり、ＬＤ１の電気光変換効率ＳＥがばらつきの中心値よりも高く、帯域が狭い場合であっても、帯域を伸ばすことが可能となる。
【００２９】
そして、バイアス電流Ｉｂが小さくなることで緩和振動周波数ｆｒが減少するが、この作用を打ち消すように、基準電圧Ｖ２と比較増幅回路２の増幅率を適切に設定することにより、伝送に最適な高周波応答特性を得ることが可能となる。例えば、基準電圧Ｖ２と比較増幅回路２の増幅率の設定は、基準となるＬＤおよび基準の電気光変換効率からずれたＬＤを２つ準備し、最適な信号波形となるように、ＩＰＥとＩＬＤＤの比率を求め、バイアス電流Ｉｂと基準電圧Ｖ２の関係を調整しておくことで可能となる。
【００３０】
次に、ＬＤ１の電気光変換効率が、ばらつきの中心値よりも低い場合は、ＡＰＣ動作によりバイアス電流Ｉｂはばらつきの平均値よりも大きくなる。このバイアス電流Ｉｂは抵抗Ｒ１によって電流電圧変換され、比較増幅回路２に入力される電圧信号を増大させる。このため、比較増幅回路２の出力は減少し、結果としてプリエンファシスドライバ回路２のプリエンファシスドライバ電流源８の電流ＩＰＥを減少させる。そして、プリエンファシスの効果により、ＩＰＥが小さくなるため帯域を伸ばす効果も減少する。
【００３１】
しかし、バイアス電流Ｉｂが増加しているので、緩和振動周波数ｆｒは増大している。そして、低電気光変換効率であるため帯域は元々広く、上記のように基準電圧Ｖ２と比較増幅回路２の増幅率を適切に設定しておけば、帯域を伸ばす効果は抑制されるものの、伝送に最適な高周波応答特性を得ることが可能となる。このように、プリエンファシスドライバ回路２の電流ＩＰＥの振幅を、ＬＤ１の電気光変換効率ＳＥが関係するバイアス電流Ｉｂに合わせて調整することにより、高速伝送に必要な周波数応答特性を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００３２】
１…レーザダイオード（ＬＤ）、２…ＬＤドライバ回路、３…プリエンファシスドライバ回路、４…プリドライバ回路、５…遅延回路、６…バイアス電流源、７…ＬＤドライバ電流源、８…プリエンファシスドライバ電流源、９…プリドライバ電流源、１０…フォトダイオード（ＰＤ）、１１…トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）、１２，１３，１６…比較増幅回路、１４，１５，１７…基準電圧発生回路。
【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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【図６】
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