(57)【要約】【課題】半導体レーザの光出力波形の劣化を抑制する。【解決手段】光信号を出力する半導体レーザ１２と、第１の出力端子１１１と第２の出力端子１１２を有する差動ドライバ１１と、第１の出力端子１１１と半導体レーザ１２を接続する信号線６０と、一端が差動ドライバ１１１の第２の出力端子１１２に接続され他端が信号線６０に接続され、半導体レーザ１２の周波数ピーキングを抑制する周波数ピーキング抑制部５０とを有する光送信装置。【選択図】図５
2018129416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を出力する半導体レーザと、
第１の出力端子と第２の出力端子を有する差動ドライバと、
前記第１の出力端子と前記半導体レーザを接続する信号線と、
一端が前記差動ドライバの前記第２の出力端子に接続され、他端が前記信号線に接続され、前記半導体レーザの周波数ピーキングを抑制する周波数ピーキング抑制部と、
を有することを特徴とする光送信装置。
【請求項２】
前記周波数ピーキング抑制部は、
前記差動ドライバの前記第２の出力端子に接続されたハイパスフィルタと、
一端が前記ハイパスフィルタに接続され、他端が前記信号線に接続された第１の容量素子と、
を有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】
前記差動ドライバは、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子から出力波形の正負が反転した信号をそれぞれ出力し、
前記ハイパスフィルタは、前記差動ドライバの前記第２の出力端子の出力波形から高周波成分を含む出力信号を出力し、
前記第１の出力端子の出力信号と、前記ハイパスフィルタの出力信号が前記第１の容量素子を通過して得られた出力信号を合成することにより、前記第１の出力端子の出力信号から前記ハイパスフィルタの出力信号を減算した減算信号を前記信号線に出力し、
前記半導体レーザには、前記信号線に出力された前記減算信号が入力されることを特徴とする請求項２に記載の光送信装置。
【請求項４】
前記周波数ピーキング抑制部は、前記半導体レーザに前記減算信号を与えることにより、前記周波数ピーキングを抑制することを特徴とする請求項３に記載の光送信装置。
【請求項５】
前記ハイパスフィルタは、第２の容量素子を有することを特徴とする請求項２に記載の光送信装置。
【請求項６】
前記第２の容量素子は、基板上に配置された前記差動ドライバと前記第１の容量素子との間の伝送線路に設けられたギャップにより構成されることを特徴とする請求項５に記載の光送信装置。
【請求項７】
前記周波数ピーキング抑制部は、
前記差動ドライバの前記第２の出力端子に接続された共振回路と、
一端が前記共振回路に接続され、他端が前記信号線に接続された第１の容量素子と、を有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８】
前記差動ドライバは、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子から出力波形の正負が反転した信号をそれぞれ出力し、
前記共振回路は、前記半導体レーザの前記周波数ピーキングの周辺帯域の成分の信号を通過させ、
前記第１の出力端子の出力信号と、前記共振回路の出力信号が前記第１の容量素子を通過して得られた出力信号を合成することにより、前記第１の出力端子の出力信号から前記周波数ピーキングの周辺帯域の成分の信号を減算した減算信号を前記信号線に出力し、
前記半導体レーザには、前記信号線に出力された前記減算信号が入力されることを特徴とする請求項７に記載の光送信装置。
【請求項９】
前記周波数ピーキング抑制部は、前記周波数ピーキングを有する前記半導体レーザに前記減算信号を与えることにより、前記周波数ピーキングを抑制することを特徴とする請求項８に記載の光送信装置。
【請求項１０】
前記共振回路は、
前記差動ドライバの前記第２の出力端子に接続された第３の容量素子と、
前記第３の容量素子と前記第１の容量素子に接続された誘導素子と、
を有することを特徴とする請求項７に記載の光送信装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の光送信装置の前記半導体レーザから出力された前記光信号が入力される光ファイバと、
前記光ファイバからの出力信号が入力される光受信装置と、
を有することを特徴とする光モジュール。
【請求項１２】
前記光受信装置は、フォトダイオードを有することを特徴とする請求項１１に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信装置及び光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、クラウドサービスやビッグデータ処理の進展により、情報装置における通信トラフィック量が増加し続けており、さらなる高速大容量化が求められている。このような高速大容量化の要求を満たすべく、光モジュールを用いた情報装置間の伝送システムが提案されている。
【０００３】
この光モジュールは、特許文献１に示すように、差動ドライバと半導体レーザを有する。光モジュールに入力された信号は、差動ドライバに入力され直流電流が重畳されて出力される。差動ドライバの出力信号は、半導体レーザに入力されて光信号が出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３５６３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、光モジュールの信号品質は、半導体レーザの帯域によって決定される。半導体レーザが狭帯域の場合、高周波成分の特性不足によって信号品質が劣化する。そのため、光モジュールの信号品質を改善するためには、半導体レーザの広帯域化が必要である。半導体レーザの帯域は、半導体レーザ内の光子寿命に依存し、光子寿命を短くすれば広帯域化が可能である。
【０００６】
しかし、光子寿命を短くすると周波数ピーキング（周波数特性の波形における周波数のピーク部分）が生じる。このような周波数ピーキングを有する半導体レーザを用いた場合、周波数ピーキングが原因でオーバーシュートと呼ばれる波形歪みが発生する。このオーバーシュートによって、半導体レーザの光出力波形が劣化するという問題があった。特許文献１には、このようなオーバーシュートによって生じる半導体レーザの光出力波形の劣化の問題については言及されていない。  
本発明の目的は、半導体レーザの光出力波形の劣化を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る光送信装置は、光信号を出力する半導体レーザと、第１の出力端子と第２の出力端子を有する差動ドライバと、前記第１の出力端子と前記半導体レーザを接続する信号線と、一端が前記差動ドライバの前記第２の出力端子に接続され、他端が前記信号線に接続され、前記半導体レーザの周波数ピーキングを抑制する周波数ピーキング抑制部とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様に係る光モジュールは、前記光送信装置の半導体レーザから出力された光信号が入力される光ファイバと、前記光ファイバからの出力信号が入力される光受信装置とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体レーザの光出力波形の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】情報装置間の信号伝送システムの概略図である。
【図２】情報装置向け光モジュールのブロック図である。
【図３】半導体レーザの周波数特性を示す図である。
【図４】図３の点線部の周波数特性を有する半導体レーザの光出力のアイ波形を示す図である。
【図５】実施形態に係る光送信装置のブロック図である。
【図６】差動ドライバの一方の出力の信号波形と、ハイパスフィルタの出力の信号波形を示す図である。
【図７】実施形態に係る光送信装置の周波数特性と、従来の光送信装置の周波数特性を示す図である。
【図８】従来の半導体レーザの光出力のアイ波形を示す図である。
【図９】実施形態における半導体レーザの光出力のアイ波形を示す図である。
【図１０】実施例１の光送信装置の構成図である。
【図１１】実施例２の光送信装置の構成図である。
【図１２】実施例２に係る光送信装置の共振回路のブロック図である。
【図１３】実施例１に係る光送信装置のハイパスフィルタのブロック図である。
【図１４】実施例２に係る光送信装置の周波数特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
情報装置における急増するデータトラフィックに対応するためには、サーバ等の情報装置間の信号伝送ケーブルの高速化や大容量化が重要である。しかし、従来使用されているメタルケーブルでは、高速化に伴い伝送損失が増加するため、10m以上の装置間伝送は困難である。
【００１３】
この問題を解決するために、図１に示すような光モジュールを用いた情報装置間の伝送システムが提案されている。図１に示す伝送システムは、一対の情報装置１と光モジュール２で構成され、一対の情報装置１の間を光モジュール２で接続する。
【００１４】
図２を参照して、光モジュール２の構成例について説明する。光モジュール２は、差動ドライバ３、半導体レーザ４、フォトダイオード５、トランスインピーダンスアンプ６及び光ファイバ７で構成される。
【００１５】
次に、図２を参照して、光モジュール２の動作について説明する。  
光モジュール２に入力された信号１０１は、差動ドライバ３に入力され、信号１０１に直流電流が重畳されて出力される。差動ドライバ３の出力信号１０２は、半導体レーザ４に入力されて光信号１０３が出力される。そして、光信号１０３は光ファイバ７に入力され、光信号が光ファイバ７内を伝搬する。光ファイバ７からの出力信号１０４は、フォトダイオード５に入力されて光信号が電気信号に変換される。フォトダイオード５の出力信号１０５は、トランスインピーダンス６に入力され、微小電流信号が増幅される。その後、トランスインピーダンスアンプ６から、増幅した信号１０６が出力される。
【００１６】
ここで、光モジュール２の信号品質は、半導体レーザ４の帯域によって決定される。半導体レーザ４が狭帯域の場合、高周波成分の特性不足によって信号品質が劣化する。そのため、光モジュール２の信号品質を改善するためには、半導体レーザ４の広帯域化が必要である。半導体レーザ４の帯域は、半導体レーザ内の光子寿命に依存し、光子寿命を短くすれば広帯域化できる。
【００１７】
図３に、半導体レーザ４の周波数特性の一例を示す。ここで、横軸は周波数であり、縦軸は透過特性（周波数特性）である。また、図３の実線は光子寿命が長い場合、波線は光子寿命が短い場合の周波数特性である。
【００１８】
図３を見ると、光子寿命を短くすれば半導体レーザ４の特性を広帯域化できることが分かる。しかし、光子寿命を短くすると、図３の一点破線部で示すような周波数ピーキング（周波数特性の波形に周波数のピーク部分）８が生じる。
【００１９】
周波数ピーキング８を有する半導体レーザ４を用いた場合のアイ波形のシミュレーション結果を図４に示す。ここで、図４の横軸は時間であり、縦軸は電圧である。また、図４の点線部はアイ開口９と呼ばれ、矢印で示すアイ開口９の幅（横方向のマージン）が増加するほど信号品質が向上する。しかし、周波数ピーキング８によって、図４の一点破線部に示すオーバーシュート１０と呼ばれる波形歪みが発生し、矢印で示すアイ開口９の幅が減少してしまう。
【００２０】
このように、半導体レーザ４の周波数ピーキングが原因でオーバーシュートが発生し、半導体レーザ４の光出力波形が劣化してしまう。本発明の実施形態は、半導体レーザの周波数ピーキングを低減して波形品質を改善するものである。
【００２１】
本発明の実施形態に係る光送信装置は、図５に示すように、光信号を出力する半導体レーザ１２と、第１の出力端子１１１と第２の出力端子１１２を有する差動ドライバ１１と、第１の出力端子１１１と半導体レーザ１２を接続する信号線６０と、一端が差動ドライバ１１１の第２の出力端子１１２に接続され他端が信号線６０に接続され半導体レーザ１２の周波数ピーキングを抑制する周波数ピーキング抑制部５０とを有する。
【００２２】
ここで、周波数ピーキング抑制部５０とは、図５に示すハイパスフィルタ１３と容量素子１４の組み合わせ、あるいは、図１２に示す共振回路３３と図５に示す容量素子１４の組み合わせのことである。ただし、本発明の実施形態の周波数ピーキング抑制部５０は、これらの組み合わせに限定されず、半導体レーザ１２の周波数ピーキングを抑制可能であれば、どのような素子又は回路の組み合わせで構成してもよい。
【００２３】
次に、図５を参照して、実施形態１に係る光送信装置の構成について説明する。  
実施形態１に係る光送信装置は、差動ドライバ１１、半導体レーザ１２、ハイパスフィルタ１３及び容量素子１４を有する。差動ドライバ１１は、第１の出力端子１１１と第２の出力端子１１２を有する。差動ドライバ１１の出力端子１１１からは、信号１１３が信号線６０に出力される。一方、差動ドライバの第２の出力端子１１２は、信号１１４を出力しハイパスフィルタ１３に入力される。ハイパスフィルタ１３の出力１１５は、容量素子１４を介して接続部１１６で出力信号１１３と合成される。そして、この合成信号１１７は、信号線６０を介して半導体レーザ素子１２に入力される。ここで、ハイパスフィルタ１３は、例えば、図１３に示すような容量素子３８で構成されている。
【００２４】
図６は、信号１１３と信号１１５における信号波形を示す。ここで、横軸は時間であり、縦軸は電圧である。また、図６の実線は信号１１３の波形であり、破線が信号１１５の波形である。オーバーシュート特性は、図３に示す周波数ピーキング８、つまり高周波帯における透過特性の増加によって発生する。
【００２５】
図６の破線に示す信号１１５の波形は、図３の一点破線部に示す周波数ピーキング８を含む高周波成分を含む信号が出力されるように、ハイパスフィルタ１３の容量を調整する。これにより、差動ドライバ１１の出力波形から図３の一点破線部に示す周波数ピーキング８を含む高周波成分が出力される。そして、差動ドライバ１１の第１の出力端子１１１と第２の出力端子１１２の出力波形は、正負が反転した信号が出力される。従って、出力１１３と出力１１５とを容量素子１４を介して接続すると、接続部１１６においては、図６の実線の波形から図６の破線の波形が減算された信号１１７が出力される。この減算された信号１１７が、図３の実線のような周波数ピーキング８を持つ半導体レーザ１２に信号線６０を介して入力される。この結果、図３に示す周波数ピーキング８が抑制されて、図４に示すオーバーシュート１０が低減される。
【００２６】
図７に、本発明の実施形態を用いて半導体レーザ４を駆動させた場合の周波数特性を示す。図７の横軸は周波数であり、縦軸は透過特性である。また、図７の実線は本発明の実施形態の周波数特性であり、破線は従来構成の周波数特性である。図７を見ると、本発明の実施形態では、従来構成に比べて周波数ピーキング１５の低減を確認できる。
【００２７】
また、図８と図９に、従来構成と本発明の実施形態の構成におけるアイ波形のシミュレーション結果を示す。図８と図９は、それぞれ横軸が時間、縦軸が電圧である。図８（従来構成）と図９（本発明の実施形態の構成）を比較すると、本発明の実施形態のアイ波形は、従来構成のアイ波形に比べて、オーバーシュート（図中の黒塗りの部分）が低減し、矢印で示すアイ開口（図中の白塗りの部分）の幅の増加を確認できる。
【００２８】
このように、本発明の実施形態によれば、半導体レーザ１２のオーバーシュートを低減し、光出力信号の品質を改善することができる。
【００２９】
次に、本発明の実施形態を実現するための実施例について説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１０を参照して、実施例１の光送信装置の構成について説明する。実施例１の光送信装置は、図５に示す光送信装置に対応する。
【００３１】
図１０に示すように、基板２１には、差動ドライバ２２、ハイパスフィルタ２３、チップ容量２４及び半導体レーザ２５を配置する。ここで、ハイパスフィルタ２３は、伝送線路１２１と伝送線路１２２とのギャップにより作製する。伝送線路１２２と伝送線路１２３がチップ容量２４を介して接続されている。さらに、伝送線路１２３の先端は、金属ワイヤ１２４を介して半導体レーザ２５に接続されている。
【００３２】
次に、実施例１の光送信装置の動作について説明する。差動ドライバ２２から出力された信号のうち、伝送線路１２２における信号は、ハイパスフィルタ２３によって高周波成分が通過する。オーバーシュート（図４参照）は、高周波帯の周波数ピーキング（図３参照）によって生じるため、伝送線路１２２での信号は、オーバーシュートを含む高周波成分の信号である。ここで、差動ドライバ２２の各出力からは、正負が反転した信号が出力される。そのため、伝送線路１２２と伝送線路１２３とをチップ容量２４を介して接続すると、伝送線路１２３の信号からオーバーシュートを含む高周波成分の信号を減算することができる。この結果、半導体レーザ２５には、オーバーシュートを低減した信号が入力される。このため、実施例１によれば、半導体レーザ２５の周波数ピーキングによって生じるオーバーシュートを低減することができる。
【実施例２】
【００３３】
図１１を参照して、実施例２の光送信装置の構成について説明する。実施例２の光送信装置は、図１０に示す実施例１の光送信装置において、ハイパスフィルタ２３の代わりに共振回路３３を付加したものである。
【００３４】
図１１に示すように、基板３１には、差動ドライバ３２、共振回路３３、チップ容量３４、半導体レーザ３５が配置されている。ここで、共振回路３３は、図１２に示すように、容量素子３６と誘導素子３７で構成されている。そして、伝送線路１３３の先端は、金属ワイヤ１３４を介して半導体レーザ２５に接続されている。
【００３５】
次に、実施例２の光送信装置の動作について説明する。  
差動ドライバ３２から出力された信号のうち、伝送線路１３２における信号は、共振回路３３によって、図１４の実線で示すように半導体レーザ３５の周波数ピーキングの周辺帯域の成分の信号だけを通過させる。ここで、差動ドライバ３２の各出力からは、正負が反転した信号が出力される。そのため、伝送線路１３２と伝送線路１３３とをチップ容量３４を介して接続すると、伝送線路１３３の信号から周波数ピーキングの周辺帯域の成分を有する信号を減算することができる。そのため、半導体レーザ３５には、オーバーシュートが低減された信号が入力される。このため、実施例２によれば、半導体レーザ３５の周波数ピーキング（図３参照）によって生じるオーバーシュート（図４参照）を低減することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  情報装置
２  光モジュール
３  差動ドライバ
４  半導体レーザ
５  フォトダイオード
６  トランスインピーダンスアンプ
７  光ファイバ
８  周波数ピーキング
９  アイ開口
１０  オーバーシュート
１１  差動ドライバ
１２  半導体レーザ
１３  ハイパスフィルタ
１４  容量素子
３１  基板
３３  共振回路
３４  チップ容量
３８  容量素子
３７  誘導素子
５０  周波数ピーキング抑制部
６０  信号線
１１６  接続部
【図１】
2018129416.tif 000003
【図２】
2018129416.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2018129416.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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