(57)【要約】  【課題】  ＩＬ特性の非線形性を実運用時に検出することができるレーザダイオードのＩＬ特性の非線形性検出方法および装置を提供する。  【解決手段】  レーザダイオードから出射する光信号の送信中に、閾値を越えると非線形となるレーザダイオードのＩＬ特性の非線形性を検出するＩＬ特性の非線形性検出方法であって、レーザダイオードのバイアス電流、変調電流を変化させた後の平均光出力と、バイアス電流、前記変調電流を変化させる前の平均光出力と比較してＩＬ特性の前記非線形性を検出する。【選択図】  図１
2006019393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザダイオードから出射する光信号の平均光出力に基づき前記レーザダイオードのＩＬ特性の前記非線形性を検出するＩＬ特性の非線形性検出方法。
【請求項２】
前記レーザダイオードのバイアス電流及び変調電流を変化させた後の平均光出力と、前記バイアス電流及び前記変調電流を変化させる前の平均光出力とを比較して、前記ＩＬ特性の前記非線形性を検出する請求項１に記載のＩＬ特性の非線形性検出方法。
【請求項３】
前記バイアス電流を増加させるとともに前記変調電流を減少させることにより、前記バイアス電流及び前記変調電流を変化させる請求項２に記載のＩＬ特性の非線形性検出方法。
【請求項４】
前記バイアス電流を減少させるとともに前記変調電流を増加させることにより、前記バイアス電流及び前記変調電流の変化させる請求項２に記載のＩＬ特性の非線形性検出方法。
【請求項５】
前記変調電流の減少量又は増加量は、前記バイアス電流の増加量又は減少量のｋ倍（但し、ｋは２を含む実数）である請求項３又は請求項４に記載のＩＬ特性の非線形性検出方法。
【請求項６】
請求項１から５に記載のいずれかの方法を用いてＩＬ特性の非線形性を検出すると、前記レーザダイオード制御用のパラメータを変更してレーザダイオードからの出力光の消光比を制御するレーザダイオードの消光比制御方法。
【請求項７】
請求項１から５に記載のいずれかの方法を用いて検出したＩＬ特性の非線形性を検出すると、前記レーザダイオード制御用のパラメータを変更してレーザダイオードの変調振幅を制御するレーザダイオードの変調振幅制御方法。
【請求項８】
レーザダイオードを駆動中に平均光出力に基づきＩＬ特性の非線形性を検出する手段を有するＩＬ特性の非線形性検出装置。
【請求項９】
請求項８に記載のレーザダイオードのＩＬ特性の非線形性検出装置において、変調電流の変化量をバイアス電流の変化量に比例させる手段を有するＩＬ特性の非線形性検出装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のレーザダイオードのＩＬ特性の非線形性検出装置において、前記変調電流の変化量が、前記バイアス電流の変化量の２倍とする手段を有するＩＬ特性の非線形性検出装置。
【請求項１１】
請求項８から請求項１０に記載のいずれかの非線形性検出装置を用いてＩＬ特性の非線形性を検出すると、前記レーザダイオード制御用のパラメータを変更して消光比を制御する手段を有する消光比制御装置。
【請求項１２】
請求項８から請求項１０のいずれかに記載のレーザダイオードのＩＬ特性の非線形性検出装置を用いてＩＬ特性の非線形性を検出すると、前記レーザダイオード制御用のパラメータを変更してレーザダイオードの変調振幅を制御する手段を有する変調振幅制御装置。
【請求項１３】
請求項８から請求項１２のいずれかに記載の機能を有するレーザダイオードのＩＬ特性の非線形性検出装置、消光比制御装置又は変調振幅制御装置のいずれかを搭載する集積回路。
【請求項１４】
請求項８から請求項１３のいずれかに記載のＩＬ特性の非線形性検出装置、消光比制御装置又は変調振幅制御装置を備える送信装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の送信装置を備える通信システム。
【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）のＩＬ特性の非線形性を検出するＩＬ特性の非線形性検出方法、消光比制御方法、変調振幅制御方法、及びレーザダイオードのＩＬ特性の非線形性検出装置、消光比制御装置、変調振幅制御装置、集積回路、送信装置、並びに通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザダイオードの消光比（＝Ｉmax／Ｉmin，但し、Ｉmin；最小出力光強度、Ｉmax；最大出力光強度）や平均出力パワーを一定に制御する方法として、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。
即ち、これは、例えば図５に示す送信装置１００において、ＣＷ発振ではなく間欠（バースト）的にレーザ光を発生するレーザダイオード１０１に対して、バースト単位で変調電流をわずかに変化させ、それぞれのバースト信号に対する、光平均出力パワーを、モニタフォトダイオード１０７を介して光平均パワー測定部１０２で測定する。そして、差分検出部１０３で変調電流をわずかに変化させることで生じる光平均パワーの差分値ΔＰを検出し、この光平均パワーの差分値ΔＰとΔＰref設定部１０４で設定される基準差分値ΔＰrefの比較を比較部１０５で行う。その結果から、変調電流制御部１０６が、基準変調電流Ｉmodを制御することで、光変調振幅制御を行う。なお、この送信装置１００には、環境温度の変化によるレーザダイオード１０１のＩＬ特性（電流-光出力特性）の変化（レーザダイオードのＩＬ特性は、図７に一例を示すように、環境温度が高温になるほど線形性が崩れて非線形になりやすいといった、現象が知られている）に対応した設定を行うために、環境温度を検知するサーミスタ１２１及びコントローラ１２２も設置されている。
また、図５に示すＩＬ特性の非線形性検出機能及び光変調振幅制御機能を備えた送信装置１００において、例えば図６に示すように、バイアス電流制御回路１１０を加えることにより、消光比制御も行うことが可能である。
【特許文献１】特開２００４−５６１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述した特許文献１には、変調振幅を制御する方法として、基準差分値ΔＰrefを環境温度に応じて変化させることが記載されている。ところが、この特許文献１に記載のものにあっては、環境温度により、ＩＬ特性（電流-光出力特性）の非線形性が顕著になり、基準差分値ΔＰrefを変更する必要があるが、ＩＬ特性の非線形性を検出する手段が開示されていない。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、実運用時であってもＩＬ特性の非線形性を検出することができるレーザダイオードのＩＬ特性の非線形性検出方法およびこれを用いた消光比制御方法、変調振幅制御方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、ＩＬ特性の非線形性検出方法を用いた消光比制御装置、変調振幅制御装置、これらのいずれかの装置を備えた集積回路、この集積回路を設けた送信装置、並びにこの送信装置を備えた通信システム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】
【０００５】
本発明のＩＬ特性の非線形性検出方法は、レーザダイオードから出射する光信号の平均光出力に基づき前記レーザダイオードのＩＬ特性の前記非線形性を検出する構成となっている。
これにより、ＩＬ特性の非線形性を実運用時に検出することができる。また、光平均出力を測定することで、ＩＬ特性の非線形性を検出しているため、例えば、ＬＤの光平均出力を監視するためにモニタフォトダイオードを使用する場合、モニタフォトダイオードのキャパシタンスによる速度の制限を抑えることができる。
【０００６】
また、本発明のＩＬ特性の非線形性検出方法は、前記レーザダイオードのバイアス電流及び変調電流を変化させた後の平均光出力と、前記バイアス電流及び前記変調電流を変化させる前の平均光出力とを比較して、前記ＩＬ特性の前記非線形性を検出する構成となっている。
これにより、変調電流、バイアス電流を変化させることで、ＩＬ特性の非線形性を検出する手段を提供することができるので、実運用中であっても、ＩＬ特性の非線形性が検出可能であり、この検出した結果により、レーザダイオードの制御パラメータを変更することも可能となる。このため、レーザダイオードの初期調整を大幅に削減することができる。
【０００７】
また、本発明のＩＬ特性の非線形性検出方法は、前記バイアス電流を増加させるとともに前記変調電流を減少させることにより、前記バイアス電流及び前記変調電流を変化させる構成となっている。
【０００８】
また、本発明のＩＬ特性の非線形性検出方法は、前記バイアス電流を減少させるとともに前記変調電流を増加させることにより、前記バイアス電流及び前記変調電流の変化させる構成となっている。
【０００９】
また、本発明のＩＬ特性の非線形性検出方法は、前記変調電流の減少量又は増加量が、前記バイアス電流の増加量又は減少量のｋ倍（但し、ｋは２を含む実数）である構成となっている。
これにより、一般的に、通信では送信データのマーク率は５０％となっているため、変調電流Ｉｍの減少（増加）量を、バイアス電流Ｉｂの増加（減少）量の２倍とすることで、光平均出力を変化させることなく、ＩＬ特性の非線形性を検出することができる。
【００１０】
また、本発明の消光比制御方法は、上記のいずれかの方法を用いてＩＬ特性の非線形性を検出すると、前記レーザダイオード制御用のパラメータを変更してレーザダイオードからの出力光の消光比を制御する構成となっている。
これにより、レーザダイオード制御用のパラメータを変更してレーザダイオードからの出力光の消光比を一定に制御することができる。
【００１１】
また、本発明の変調振幅制御方法は、上記のいずれかの方法を用いて検出したＩＬ特性の非線形性を検出すると、前記レーザダイオード制御用のパラメータを変更してレーザダイオードの変調振幅を制御する構成となっている。
これにより、レーザダイオード制御用のパラメータを変更してレーザダイオードからの出力光の変調振幅を一定に制御することができる。
【００１２】
また、本発明のＩＬ特性の非線形性検出装置は、レーザダイオードを駆動中に平均光出力に基づきＩＬ特性の非線形性を検出する手段を有する構成となっている。
これにより、ＩＬ特性の非線形性を実運用時に検出することができる。また、光平均出力を測定することで、ＩＬ特性の非線形性を検出しているため、例えば、ＬＤの光平均出力を監視するためにモニタフォトダイオードを使用する場合、モニタフォトダイオードのキャパシタンスによる速度の制限を受けない。
【００１３】
また、本発明のＩＬ特性の非線形性検出装置は、上記のレーザダイオードのＩＬ特性の非線形性検出装置において、変調電流の変化量をバイアス電流の変化量に比例させる手段を有する構成となっている。
これにより、変調電流の変化量をバイアス電流の変化量に比例させることで、ＩＬ特性の非線形性が検出可能であり、この検出した結果により、実運用中であっても、レーザダイオードの制御パラメータを変更することも可能となる。このため、レーザダイオードの初期調整を大幅に削減することができる。
【００１４】
また、本発明のＩＬ特性の非線形性検出装置は、上記のレーザダイオードのＩＬ特性の非線形性検出装置において、前記変調電流の変化量が、前記バイアス電流の変化量の２倍とする手段を有する構成となっている。
これにより、一般的に、通信では送信データのマーク率は５０％となっているため、変調電流Ｉｍの減少（増加）量を、バイアス電流Ｉｂの増加（減少）量の２倍とすることで、光平均出力を変化させることなく、ＩＬ特性の非線形性を検出することができる。
【００１５】
また、本発明の消光比制御装置は、上記のいずれかの非線形性検出装置を用いてＩＬ特性の非線形性を検出すると、前記レーザダイオード制御用のパラメータを変更して消光比を制御する手段を有する構成となっている。
これにより、レーザダイオード制御用のパラメータを変更してレーザダイオードからの出力光の消光比を一定に制御することができる。
【００１６】
また、本発明の変調振幅制御装置は、上記のレーザダイオードのＩＬ特性の非線形性検出装置を用いてＩＬ特性の非線形性を検出すると、前記レーザダイオード制御用のパラメータを修正してレーザダイオードの変調振幅を制御する手段を有する構成となっている。
これにより、レーザダイオード制御用のパラメータを変更してレーザダイオードからの出力光の変調振幅を一定に制御することができる。
【００１７】
また、本発明の集積回路は、上記のいずれかに記載の機能を有するレーザダイオードのＩＬ特性の非線形性検出装置、消光比制御装置又は変調振幅制御装置のいずれかを搭載する構成となっている。
【００１８】
また、本発明の送信装置は、上記のいずれかに記載のＩＬ特性の非線形性検出装置、消光比制御装置又は変調振幅制御装置を備える構成となっている。
これにより、本発明をバースト送信に用いる場合、バースト単位で電流をわずかに変化させることでＩＬ特性の非線形性が検出できるので、伝送中の光信号に悪影響を及ぼすことがない。
【００１９】
また、本発明の通信システムは、上記した送信装置を備える構成となっている。
同様に、本発明をバースト送信に用いる場合、バースト単位で電流をわずかに変化させることでＩＬ特性の非線形性が検出できるので、伝送中の光信号に悪影響を及ぼすことがない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、変調電流、バイアス電流を変化させることで、ＩＬ特性の非線形性を検出する手段を提供することができるので、実運用中であっても、ＩＬ特性の非線形性が検出可能であり、この検出した結果により、レーザダイオードの制御パラメータを変更することも可能となる。このため、レーザダイオードの初期調整を大幅に削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る送信装置２０を示すブロック図であり、この送信装置２０は、図示外の通信システムの送信部を構成しており、レーザダイオード１と、モニタフォトダイオード２と、光平均パワー測定部４と、記憶部５と、比較部６と、制御パラメータ設定部７と、変調電流制御部８と、バイアス電流制御部９と、変調電流源１０と、バイアス電流源１１と、スイッチ１２、１３と、各部を制御するコントローラ１４と、比較結果記憶部１５とを備えている。
【００２２】
レーザダイオード１は、光出力レベルをモニタフォトダイオード２でモニタする。このレーザダイオード１と前記モニタフォトダイオード２をまとめて光学系を構成したものが、レーザダイオードモジュール３である。
モニタフォトダイオード２からの出力により光平均パワーを測定する光平均パワー測定部４は、測定された値をデータとして記憶する記憶部５と接続されている。また、光平均出力測定部４は、先に記憶した光平均パワーと比較する比較部６とも接続されている。
比較部６は、制御パラメータ設定部７と接続されているとともに、比較部６での比較の結果を格納する比較結果記憶部１５と接続されていてもよい。
制御パラメータ設定部７は、ＩＬ特性の非線形性を検出すると、レーザダイオード１の制御用パラメータを最適な値に保持する。
変調電流制御部８、バイアス電流制御部９は、制御パラメータ設定部７と接続されており、制御パラメータ設定部７で設定される制御パラメータを用いて変調電流、バイアス電流を制御する。
コントローラ１４は、バイアス電流、変調電流をバースト信号送信中に変更しないためのタイミングの制御や、平均光出力パワー測定部４の出力を記憶部５あるいは比較部６に取り込むタイミングの制御等、各部の動作タイミングを制御する。
また、この送信装置２０では、信号のデータが“１”の場合に接続状態となり、データが“０”の場合に開放状態となるスイッチ１２を有している。また、送信信号が間欠的に発生するバースト信号である場合には、バースト信号出力中に接続状態となるスイッチ１３も有する。
【００２３】
次に、この送信装置の光変調振幅制御機能部分の動作について、図１と図２を用いて説明する。なお、ここでは、送信する信号がバースト送信信号であり、送信する信号のマーク率を５０％と想定した場合について述べる。この条件の場合、閾値以上でのＩＬ特性が線形であると仮定するとバイアス電流をΔＩ増加（減少）させ、変調電流を２ΔＩ減少（増加）させると光平均出力は変化しないという特徴がある。そこで、本実施形態では、上記した条件に基づき説明を行う。
【００２４】
まず、第１ステップＳ２１において、変調電流をＩｍ、バイアス電流をＩｂの状態でバースト＃１を送信する。この時、光平均出力測定部４はモニタフォトダイオード２からの出力により、第２ステップＳ２２において、バースト＃１送信時の光平均パワーＰ１を測定し、Ｐ１を記憶部５に保存する。その後、第３ステップＳ２３において、変調電流制御部８は、変調電流Ｉｍを予め決められた量（２×ΔＩ）だけ減少させるとともに、バイアス電流制御部９は、バイアス電流Ｉｂを予め決められた量（ΔＩ）だけ増加させた状態で、バースト＃２送信を送信する。第４ステップＳ２４では、バースト＃２送信時に、光平均出力測定部４がモニタフォトダイオード２からの出力により、バースト＃２送信時の光平均パワーＰ２を測定する。
【００２５】
第５ステップＳ２５において、比較部６において、保存しておいたＰ１と測定したＰ２の光平均パワーを比較する。この比較の結果により、第６ステップＳ２６において、制御パラメータの変更が必要であるか否かを判断する。そして、制御パラメータの変更が必要であれば、第７ステップＳ２７において、制御パラメータを変更し、変更が不要である場合には制御パラメータの変更は行わない。その後、通常の制御動作へ移行する。
なお、ここで述べた前回の比較結果の初期値は、初期調整時に設定した値、もしくは０である。また、制御パラメータの変更が不要である場合に制御パラメータは変更しないと述べたが、同じ値に変更すると解釈しても良い。そして、ここではバースト信号送信時について述べているが、連続信号であっても同様の手法でＩＬ特性の非線形性を検出することが容易に理解できる。
【００２６】
次に、図３、図４に示す一般的なＩＬ特性を用いて、本発明の動作原理、即ちレーザダイオード１におけるＩＬ特性の非線形性の検出方法について説明する。なお、図中のＰLはディジタル“０”の光出力、ＰHはディジタル“１”の光出力を示している。
図３に、閾値以上のＩＬ特性が直線的である場合について示す。このとき、バイアス電流、変調電流の組み合わせが（Ｉｂ，Ｉｍ）の場合と、バイアス電流がΔＩだけ変化したときのバイアス電流、変調電流の組み合わせである（Ｉｂ＋ΔＩ，Ｉｍ−２ΔＩ）の場合の光平均出力は等しい。一方、図４に示すように、閾値以上のＩＬ特性が非線形である場合には、バイアス電流、変調電流の組み合わせが（Ｉｂ，Ｉｍ）の場合と、（Ｉｂ＋ΔＩ，Ｉｍ−２ΔＩ）の場合での光平均出力が異なる。これについて、数式を用いて定性的に説明する。
【００２７】
初めに、閾値以上のＩＬ特性（これを「Ｐout」で表す）を、次式
Ｐout＝Ｇ（Ｉd−Ｉth）                                  ・・・（１）
Ｇ；閾値以上のＩＬ特性を近似した関数
（但し、Ｉd≧Ｉth）
で表すことができ、次式のように展開できる。
【００２８】
【数１】
2006019393.tif 000003
【００２９】
と表す。
また、Id−Ithをxとおくと、上式は、
【００３０】
【数２】
2006019393.tif 000004
【００３１】
となる。
【００３２】
次に、バイアス電流、変調電流の組み合わせが（Ｉｂ，Ｉｍ）の場合について、光平均出力（これを「Ｐave」で表す）は次の(２)式から求められる。なお、ここではＩb＝Ｉb0−Ｉth（ただし、Ｉb0が実際の電流値）である。
【００３３】
【数３】
2006019393.tif 000005
【００３４】
より、
【００３５】
【数４】
2006019393.tif 000006
【００３６】
となる。
また、バイアス電流、変調電流の組み合わせが（Ｉｂ＋ΔＩ，Ｉｍ−２ΔＩ）の場合についても、同様に光平均出力であるＰaveは次の(３)式から求められ、
【００３７】
【数５】
2006019393.tif 000007
【００３８】
となる。
従って、この２つの光平均出力Ｐave は、（２）、(３)式を用いて一義的に算出できる。また、両者の差である光平均出力差は、(３)式−(２)式で求まる。即ち、この光平均出力差（ΔＰave）は、
【００３９】
【数６】
2006019393.tif 000008
【００４０】
となる。
ここで、光平均出力差（ΔＰave）である(４)式を見ると、全ての項で、ＩＬ特性の２次以上の項を示すに関係する因数が、積の形で存在している。したがって、である場合、つまり、閾値以上のＩＬ特性が線形である場合、(４)式は常に０となる。逆に、(４)式が０とならない場合は、であるため、閾値以上のＩＬ特性が非線形であることを意味する。
【００４１】
さらに、一般的に、閾値以上のＩＬ特性は、３次以上の項が２次以下の項と比較すると無視できるほど小さい値となる。そこで、ＩＬ特性であるＰoutをｆ（Ｉｄ−Ｉｔｈ）＝ａとすると、次式で表すことができる。
【００４２】
【数７】
2006019393.tif 000009
【００４３】
と近似すると、光平均出力差（Ｐave）である（４）式は
【００４４】
【数８】
2006019393.tif 000010
【００４５】
と整理することができる。
このことから、(２)，(３)式で求まる光平均出力の差（Ｐave）は、非線形性の大きさを示す定数ａに比例することがわかる。したがって、非線形性の大きさにより、制御パラメータを変更することが容易である。
【００４６】
なお、本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。即ち、本実施形態では、バイアス電流と変調電流の変化量の比が１：２である場合について説明を行ったが、バイアス電流と変調電流の変化量の比が１：２の場合以外でも、同様の考えを用い、閾値以上のＩＬ特性の非線形性を検出することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明のレーザダイオードのＩＬ特性の非線形性検出方法方法は、変調電流、バイアス電流を変化させることで、ＩＬ特性の非線形性を検出する手段を提供するように構成されており、実運用中であっても、ＩＬ特性の非線形性が検出可能であり、検出した結果により、制御パラメータを変更することも可能なため、初期調整を大幅に削減することができるという効果を有し、レーザダイオードを用いた光通信装置やシステム等の分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態のブロック図
【図２】本発明の実施の形態のフローチャート
【図３】閾値以上で直線的になるＩＬ特性
【図４】閾値以上で非線形性を有するＩＬ特性
【図５】従来の光変調制御回路を示すブロック図
【図６】従来の消光比制御回路を示すブロック図
【図７】レーザダイオードのＩＬ特性の環境温度依存性を示すグラフ
【符号の説明】
【００４９】
１  レーザダイオード（ＬＤ）
２  モニタフォトダイオード
４  光平均パワー測定部
５  記憶部
６  比較部
７  制御パラメータ設定部
８  変調電流制御部
９  バイアス電流制御部
１０  変調電流源
１１  バイアス電流源
１２、１３  スイッチ
１４  コントローラ（非線形性検出装置、消光比制御装置、変調振幅制御装置）
１５  比較結果記憶部
２０  送信装置
【図１】
2006019393.tif 000011
【図２】
2006019393.tif 000012
【図３】
2006019393.tif 000013
【図４】
2006019393.tif 000014
【図５】
2006019393.tif 000015
【図６】
2006019393.tif 000016
【図７】
2006019393.tif 000017