(57)【要約】【課題】ＬＤのチャープを抑制しつつ、駆動電流の立ち上がり時間を短くできるＬＤ駆動回路を提供する。【解決手段】ＬＤ駆動回路１０Ａは、ＬＤ１２と、変調成分及びバイアス成分を含む駆動電流ＩｄをＬＤ１２に供給するＬＤドライバ１４と、ＬＤドライバ１４及びＬＤ１２の間に接続されたダイオード１６と、ＬＤ１２及びダイオード１６に対して並列に接続された容量１８ｂを含む分流回路１８とを備える。ローレベル及びハイレベルの駆動電流値それぞれに対応するダイオード１６の微分抵抗値ＲＤＤｏｆｆ及びＲＤＤｏｎの比（ＲＤＤｏｆｆ／ＲＤＤｏｎ）は、ローレベル及びハイレベルの駆動電流値それぞれに対応するＬＤ１２の微分抵抗値ＲＬＤｏｆｆ及びＲＬＤｏｎの比（ＲＬＤｏｆｆ／ＲＬＤｏｎ）より大きい。【選択図】図１
2008235701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザダイオードと、
変調成分を含む駆動電流を前記レーザダイオードに供給するドライバ回路と、
前記ドライバ回路及び前記レーザダイオードの間に接続されたダイオードと、
前記レーザダイオード及び前記ダイオードに対して並列に存在する容量を含む分流回路と
を備え、
ローレベル及びハイレベルの前記駆動電流値それぞれに対応する前記ダイオードの微分抵抗値ＲＤＤｏｆｆ及びＲＤＤｏｎの比（ＲＤＤｏｆｆ／ＲＤＤｏｎ）が、ローレベル及びハイレベルの前記駆動電流値それぞれに対応する前記レーザダイオードの微分抵抗値ＲＬＤｏｆｆ及びＲＬＤｏｎの比（ＲＬＤｏｆｆ／ＲＬＤｏｎ）より大きいことを特徴とする、レーザダイオード駆動回路。
【請求項２】
前記分流回路が、前記容量と直列に接続された抵抗を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載のレーザダイオード駆動回路。
【請求項３】
前記ダイオードと直列に接続された抵抗を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載のレーザダイオード駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザダイオード駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１４は、従来のレーザダイオード（以下、ＬＤ）駆動回路の例を示す図である。このＬＤ駆動回路１００は、ＬＤ１０２と、高周波の変調成分を含む駆動電流ＩｄをＬＤ１０２に供給するＬＤドライバ１０４と、ＬＤ１０２に対し並列に接続されたスナバ回路１０６とを備えている。スナバ回路１０６は、互いに直列接続された抵抗１０６ａ及び容量１０６ｂを含み、ＬＤドライバ１０４から出力される電流の一部を分流する。
【０００３】
スナバ回路１０６には容量１０６ｂが含まれているので、スナバ回路１０６のインピーダンスは高い周波数帯域ほど低くなり、駆動電流Ｉｄに含まれる変調成分の立ち上がり及び立ち下がりを鈍らせる作用がある。従って、このようなスナバ回路１０６は、駆動電流Ｉｄが立ち上がる際の急激な電流変化による緩和振動やＬＤ１０２のチャープを抑制するために用いられる。
【０００４】
なお、特許文献１には、上記したスナバ回路を備えるＬＤ駆動回路が開示されている。また、特許文献２には、差動アンプと差動スイッチング回路とを備えるＬＤ駆動回路において、差動アンプ出力の一方をコンデンサを介して接地させることにより、立ち上がり時の緩和振動を抑制する技術が開示されている。
【特許文献１】特開昭６０−１８７０７５号公報
【特許文献２】特開平０４−２６７５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光通信において高い周波数の光信号を長距離伝送する場合には、光信号の立ち上がり時間Ｔｒを短くして光信号波形の劣化を抑えることが望ましい。一方、ＬＤへの駆動電流が急激に立ち上がるとＬＤにおいてチャープが発生する。特に立ち上がりの始期においては、駆動電流値がＬＤの閾値電流値に近く、ＬＤの発光波長が不安定なためチャープが発生し易い。従って、チャープを抑制するためには、駆動電流の立ち上がりを鈍らせることが望ましい。このように、駆動電流の立ち上がり波形には二つの相反する要請がある。図１４に示した従来のＬＤ駆動回路や特許文献１または２に記載された回路は、これらの要請のうち後者のみを解決するものであり、これらの要請の双方を解決できるＬＤ駆動回路が望まれている。
【０００６】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、ＬＤのチャープを抑制しつつ、駆動電流の立ち上がり時間を短くできるＬＤ駆動回路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】
上記した課題を解決するために、本発明によるＬＤ駆動回路は、レーザダイオードと、変調成分を含む駆動電流をレーザダイオードに供給するドライバ回路と、ドライバ回路及びレーザダイオードの間に接続されたダイオードと、レーザダイオード及びダイオードに対して並列に存在する容量を含む分流回路とを備え、ローレベル及びハイレベルの駆動電流値それぞれに対応するダイオードの微分抵抗値ＲＤＤｏｆｆ及びＲＤＤｏｎの比（ＲＤＤｏｆｆ／ＲＤＤｏｎ）が、ローレベル及びハイレベルの駆動電流値それぞれに対応するレーザダイオードの微分抵抗値ＲＬＤｏｆｆ及びＲＬＤｏｎの比（ＲＬＤｏｆｆ／ＲＬＤｏｎ）より大きいことを特徴とする。
【０００８】
上記したＬＤ駆動回路においては、ドライバ回路とＬＤとの間にダイオードが接続されており、ＬＤ及びダイオードの微分抵抗値が、（ＲＤＤｏｆｆ／ＲＤＤｏｎ）＞（ＲＬＤｏｆｆ／ＲＬＤｏｎ）という関係を満たしている。ドライバ回路からの駆動電流がローレベルからハイレベルへ立ち上がる際にダイオードの微分抵抗値はＲＤＤｏｆｆからＲＤＤｏｎへ変化するが、前述した関係は、この変化率がＬＤの微分抵抗値の変化率よりも大きいことを意味する。すなわち、立ち上がりの始期においてはダイオードの微分抵抗値が大きいので分流回路を流れる電流が多くなり、駆動電流の立ち上がりが鈍くなる。逆に、立ち上がりの終期においてはダイオードの微分抵抗値が小さくなるので分流回路を流れる電流が小さくなり、ＬＤを流れる電流が増えて駆動電流の立ち上がりが鋭くなる。
【０００９】
前述したように、ＬＤのチャープは立ち上がりの始期に発生し易い。上記したＬＤ駆動回路によれば、ＬＤと直列に接続されたダイオードによって駆動電流の立ち上がりの始期が重点的に鈍るので、チャープを効果的に抑制できる。また、駆動電流の立ち上がりの終期が鋭くなるので、駆動電流の立ち上がり時間を短くできる。
【００１０】
また、ＬＤ駆動回路は、分流回路が、容量と直列に接続された抵抗を更に含むことを特徴としてもよい。或いは、ＬＤ駆動回路は、ダイオードと直列に接続された抵抗を更に含むことを特徴としてもよい。これらのうち少なくとも一方により、駆動電流の立ち上がり波形を好適に調整できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のＬＤ駆動回路によれば、立ち上がり時間が劣化することなくチャープ特性を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明によるＬＤ駆動回路の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
（実施の形態）
図１は、本発明によるＬＤ駆動回路の一実施形態の構成を示す回路図である。このＬＤ駆動回路１０Ａは、ＬＤ１２と、高周波の変調成分を含む駆動電流ＩｄをＬＤ１２に供給するドライバ回路であるＬＤドライバ１４と、ＬＤ１２及びＬＤドライバ１４の間に接続されたダイオード１６と、ＬＤ１２及びダイオード１６に対し並列に接続された分流回路（スナバ回路）１８とを備えている。ダイオード１６は、順方向がＬＤ１２と同じ向きになるようにＬＤ１２と直列に設けられている。分流回路１８は、互いに直列接続された抵抗１８ａ及び容量１８ｂを含み、ＬＤドライバ１４から出力される電流の一部を分流する。
【００１４】
ここで、ＬＤ１２及びダイオード１６のインピーダンス特性について説明する。図２は、市販の１．３μｍ帯ＬＤの微分抵抗−電流特性の実測値を示すグラフである。なお、同図において、ＬＤの閾値電流は１０ｍＡである。同図に示すように、ＬＤの微分抵抗は閾値電流を超える電流領域では殆ど一定である。一般的に、ＬＤを駆動する際には閾値電流よりやや大きいバイアス成分を重畳するので、駆動電流の変化範囲は閾値電流を常に超えており、例えば図中の範囲Ａとなる。この場合、駆動電流の大きさはローレベル時で１５ｍＡ、ハイレベル時で４０ｍＡである。すなわち、駆動電流に含まれるバイアス成分は１５ｍＡ、変調成分は２５ｍＡである。
【００１５】
また、図３は、ダイオード１６の微分抵抗−電流特性例を示すグラフである。同図に示すように、一般的なダイオードの微分抵抗値は電流が大きくなるほど低下する傾向がある。本実施形態では、ダイオード１６として、ＬＤ１２の閾値電流値（本例では１０ｍＡ）以上の電流領域において、微分抵抗値の電流依存性が大きいものを使用する。すなわち、ローレベルの駆動電流Ｉｄに対応するダイオード１６の微分抵抗値ＲＤＤｏｆｆと、ハイレベルの駆動電流Ｉｄに対応するダイオード１６の微分抵抗値ＲＤＤｏｎとの比（ＲＤＤｏｆｆ／ＲＤＤｏｎ）が、ローレベルの駆動電流Ｉｄに対応するＬＤ１２の微分抵抗値ＲＬＤｏｆｆ（図２参照）と、ハイレベルの駆動電流Ｉｄに対応するＬＤ１２の微分抵抗値ＲＬＤｏｎとの比（ＲＬＤｏｆｆ／ＲＬＤｏｎ）より大きくなるように、ダイオード１６を選定する。
【００１６】
図４は、ＬＤ１２及びダイオード１６からなる直列回路の微分抵抗−電流特性、すなわち図２に示したＬＤ１２の微分抵抗−電流特性と、図３に示したダイオード１６の微分抵抗−電流特性とを合成したグラフである。図４に示すように、ＬＤ１２の微分抵抗とダイオード１６の微分抵抗との和は、ダイオード１６の微分抵抗（図３）の影響により、ＬＤ１２の閾値電流値（１０ｍＡ）以上の電流領域において電流が大きくなるほど低下する。
【００１７】
続いて、ＬＤ駆動回路１０Ａの動作について説明する。図１に示した回路において、ＬＤドライバ１４から出力された電流は、ダイオード１６及びＬＤ１２からなる直列回路と分流回路１８とに分流される。このときの分流比は、ダイオード１６及びＬＤ１２の合成インピーダンスと分流回路１８のインピーダンスとの比の逆になる。すなわち、ＬＤドライバ１４から出力される電流の大きさをＩｐｕｌｓｅ、ダイオード１６及びＬＤ１２へ分流される電流の大きさをＩｌｄとすると、Ｉｌｄは、次の（１）式で表される。
【数１】
2008235701.tif 000003
なお、（１）式において、ＺｌｄはＬＤ１２とダイオード１６との合成インピーダンス（すなわちＬＤ１２の微分抵抗とダイオード１６の微分抵抗との和）に相当し、Ｚｓは分流回路１８の合成インピーダンスであって、次の（２）式となる。
【数２】
2008235701.tif 000004
なお、（２）式において、Ｒｓは抵抗１８ａの抵抗値であり、Ｃｓは容量１８ｂの容量値である。
【００１８】
（２）式に示すように、分流回路１８の合成インピーダンスＺｓは、周波数依存性を有しており、周波数が高くなるほど小さくなる。従って、ＬＤドライバ１４から出力される電流のうち高周波成分のみが分流回路１８へ分流される。このため、分流回路１８はＬＤ１２へ分流される駆動電流Ｉｄの変調成分の立ち上がり・立ち下がりを鈍らせる作用を有し、その鈍る度合いは抵抗１８ａ及び容量１８ｂによって調整可能である。
【００１９】
また、（１）式に示したように、ダイオード１６及びＬＤ１２へ分流される電流（すなわち駆動電流Ｉｄ）の大きさＩｌｄは、ＬＤ１２の微分抵抗とダイオード１６の微分抵抗との和に依存する。上述したように、ＬＤ１２及びダイオード１６の微分抵抗値は、図２及び図３において（ＲＤＤｏｆｆ／ＲＤＤｏｎ）＞（ＲＬＤｏｆｆ／ＲＬＤｏｎ）という関係を満たしている。すなわち、ＬＤドライバ１４からの駆動電流Ｉｄがローレベルからハイレベルへ立ち上がる際に、ダイオード１６の微分抵抗値は、図３に示すＲＤＤｏｆｆからＲＤＤｏｎへ変化する。そして、この変化率（ＲＤＤｏｆｆ／ＲＤＤｏｎ）は、ＬＤ１２の微分抵抗値が、図２に示すＲＬＤｏｆｆからＲＬＤｏｎへ変化する際の変化率（ＲＬＤｏｆｆ／ＲＬＤｏｎ）よりも大きい。結果的に、ＬＤ１２の微分抵抗とダイオード１６の微分抵抗との和は、ダイオード１６の特性の影響を受け、駆動電流Ｉｄがローレベルからハイレベルへ立ち上がるにつれてその値が小さくなる。
【００２０】
従って、駆動電流Ｉｄの立ち上がりの始期においては分流回路１８を流れる電流が多くなり、駆動電流Ｉｄの立ち上がりが鈍くなる。逆に、駆動電流Ｉｄの立ち上がりの終期においては分流回路１８を流れる電流が小さくなり、ＬＤ１２への分流量が増えて駆動電流Ｉｄの立ち上がりが鋭くなる。図５は、このような駆動電流Ｉｄの波形を概念的に示す図である。なお、図５において、実線は、本実施形態のＬＤ駆動回路１０Ａにおける駆動電流Ｉｄの立ち上がり波形を示し、破線は、比較のため図１４に示した従来のＬＤ駆動回路における波形を示している。図５に示すように、駆動電流Ｉｄの立ち上がりの始期Ｂにおいては、従来の回路と比べて本実施形態の回路では立ち上がりが鈍くなる。また、駆動電流Ｉｄの立ち上がりの終期Ｃにおいては、従来の回路と比べて本実施形態の回路では立ち上がりが鋭くなる。
【００２１】
例えば２．５Ｇｂｐｓといった高速光通信において、例えば８０ｋｍといった長距離を伝送する場合には、光信号の立ち上がり時間を短くして光信号の劣化を抑えることが望ましい。また、立ち上がりの始期Ｂにおいては、駆動電流ＩｄがＬＤ１２の閾値電流に近く、ＬＤ１２の発光波長が不安定なためチャープが発生し易い。従って、駆動電流Ｉｄの立ち上がりを鈍らせることが望ましい。本実施形態のＬＤ駆動回路１０Ａによれば、ダイオード１６を設けることによって駆動電流Ｉｄの立ち上がりの始期Ｂを重点的に鈍らせ、終期Ｃを鋭く立ち上げることによって、ＬＤ１２のチャープを効果的に抑制すると共に、駆動電流Ｉｄの立ち上がり時間を短くできる。
【００２２】
なお、ＬＤ１２及びダイオード１６が図２〜図４に示した微分抵抗特性を有する場合、駆動電流Ｉｄがローレベル（１５ｍＡ）の時にはＬＤ１２及びダイオード１６の合成インピーダンスＺｌｄは約２０Ω、駆動電流Ｉｄがハイレベル（４０ｍＡ）の時には合成インピーダンスＺｌｄは約１１Ωとなる。従って、立ち上がりの始期Ｂにおける合成インピーダンスＺｌｄは立ち上がりの終期Ｃに対して約２倍となり、立ち上がりの始期Ｂを効果的に鈍らせることができる。
【００２３】
本実施形態では分流回路１８が抵抗１８ａ及び容量１８ｂを含んで構成されているが、分流回路１８は、容量１８ｂのみで構成されてもよい。但し、分流回路１８が抵抗１８ａを含むことにより、駆動電流Ｉｄの立ち上がり波形をより好適に調整できる。
【００２４】
また、本実施形態のＬＤ駆動回路１０Ａは、ＬＤドライバ１４を内蔵するＩＣの外部にダイオード１６や分流回路１８を設けるだけで実現できるので、上記効果を極めて容易に得ることができる。
【００２５】
（実施例）
続いて、本発明者が行ったシミュレーション結果について説明する。図６〜図８は、シミュレーションに用いたモデルを示す回路図である。図６に示すＬＤ駆動回路モデル２０Ａは、本発明の一形態となる構成を備えており、ＬＤ等価回路２２、ＬＤドライバ２４、ＬＤ等価回路２２とＬＤドライバ２４との間に接続されたダイオード２６、及び、ＬＤ等価回路２２と並列に存在する分流回路としての容量２８を備えている。ＬＤ等価回路２２は、互いに並列に接続された微分抵抗２２ａ及びＰＮジャンクション容量２２ｂからなる。図７に示すＬＤ駆動回路モデル２０Ｂは、図１４に示した従来のＬＤ駆動回路と同様の構成を備えており、ＬＤ等価回路２２、ＬＤドライバ２４、容量２８、及びスナバ回路３０を備えている。スナバ回路３０は、ＬＤ等価回路２２と並列に接続され、互いに直列に接続された抵抗３０ａ及び容量３０ｂからなる。図８に示すＬＤ駆動回路モデル２０Ｃは、ダイオードもスナバ回路も備えておらず、ＬＤ等価回路２２、ＬＤドライバ２４、及び容量２８からなる。
【００２６】
なお、本シミュレーションに用いた各回路要素の数値は以下のとおりである。
微分抵抗２２ａ：６［Ω］
ＰＮジャンクション容量２２ｂ：８［ｐＦ］
容量２８：１［ｐＦ］
抵抗３０ａ：１０［Ω］
容量３０ｂ：５［ｐＦ］
【００２７】
また、本シミュレーションに用いたダイオード２６の特性を図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す。図９（ａ）は、ダイオード２６の電流−電圧特性を示すグラフである。図９（ｂ）は、ダイオード２６の微分抵抗−電流特性を示すグラフである。また、本シミュレーションに用いたＬＤドライバ２４の出力波形を図１０に示す。同図に示すＬＤドライバ２４からの出力電流波形は、周波数１．２５ＧＨｚ（２．５Ｇｂｐｓ）、立ち上がり時間及び立ち下がり時間（共に０−１００％）５０［ｐｓ］、駆動電流０［ｍＡ］（ローレベル時）２０［ｍＡ］（ハイレベル時）となっている。
【００２８】
図１１は、本シミュレーションにおいて算出された駆動電流Ｉｄの波形を示す図である。また、図１２は、図１１における駆動電流Ｉｄの立ち上がり部分を拡大した図である。図１１及び図１２において、Ｇ１は図６に示したＬＤ駆動回路モデル２０Ａにおける波形を示し、Ｇ２は図７に示したＬＤ駆動回路モデル２０Ｂにおける波形を示し、Ｇ３は図８に示したＬＤ駆動回路モデル２０Ｃにおける波形を示している。Ｇ３のように、ＬＤ駆動回路がダイオードもスナバ回路も備えない場合には、駆動電流Ｉｄが鋭く立ち上がってしまい、ＬＤにおいてチャープが顕著に発生することとなる。また、Ｇ２のように、ＬＤ駆動回路がスナバ回路を備える場合には、駆動電流Ｉｄの立ち上がりの早さが全体的に緩和されてＬＤのチャープを抑制できるが、立ち上がり時間が長くなってしまう。これらに対し、Ｇ１のように、ＬＤ駆動回路がＬＤと直列にダイオードを備えると、駆動電流Ｉｄの立ち上がり始期をより効果的に緩和しつつ、終期の立ち上げを早めて立ち上がり時間をＧ２より短くできることがわかる。
【００２９】
本シミュレーション結果から、ＬＤに直列接続されたダイオードをＬＤ駆動回路が備えることによって、駆動電流の立ち上がりの始期を重点的に鈍らせ且つ終期を鋭く立ち上げ、ＬＤのチャープを効果的に抑制すると共に、駆動電流の立ち上がり時間を短くできることが理解される。
【００３０】
（変形例）
図１３は、上記実施形態に係るＬＤ駆動回路の変形例を示す回路図である。本変形例のＬＤ駆動回路１０Ｂは、ＬＤ１２、ＬＤドライバ１４、ダイオード１６、分流回路３２、及び抵抗３４を備えている。これらのうち、ＬＤ１２、ＬＤドライバ１４、及びダイオード１６の構成および特性は上記実施形態と同様である。分流回路３２は、ＬＤ１２及びダイオード１６に対して並列に接続された容量３２ａを含み、ＬＤドライバ１４から出力される電流の一部を分流する。抵抗３４は、ダイオード１６と直列に接続されており、分流回路３２に対して並列に設けられている。本変形例のように、ＬＤ駆動回路は分流回路内の抵抗に代えて、ダイオードと直列に接続された抵抗を備えても良く、これによって駆動電流Ｉｄの立ち上がり波形を好適に調整できる。
【００３１】
本発明によるＬＤ駆動回路は、上記した実施形態、実施例および変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では分流回路が抵抗を含み、変形例ではダイオードと直列に抵抗が設けられているが、これらの抵抗を併設してもよい。また、図３に示したダイオードの微分抵抗−電流特性は一例であり、（ＲＤＤｏｆｆ／ＲＤＤｏｎ）＞（ＲＬＤｏｆｆ／ＲＬＤｏｎ）の関係を満たすダイオードであれば、様々な特性のものを採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明によるＬＤ駆動回路の一実施形態の構成を示す回路図である。
【図２】図２は、或るＬＤの微分抵抗−電流特性の実測値を示すグラフである。
【図３】図３は、ダイオードの微分抵抗−電流特性例を示すグラフである。
【図４】図４は、ＬＤ及びダイオードからなる直列回路の微分抵抗−電流特性を示すグラフである。
【図５】図５は、駆動電流の波形を概略的に示す図である。
【図６】図６は、シミュレーションに用いたモデルを示す回路図である。
【図７】図７は、シミュレーションに用いたモデルを示す回路図である。
【図８】図８は、シミュレーションに用いたモデルを示す回路図である。
【図９】図９（ａ）は、シミュレーションに用いたダイオードの電流−電圧特性を示すグラフである。図９（ｂ）は、シミュレーションに用いたダイオードの微分抵抗−電流特性を示すグラフである。
【図１０】図１０は、シミュレーションに用いたＬＤドライバの出力波形を示す図である。
【図１１】図１１は、シミュレーションにおいて算出された駆動電流の波形を示す図である。
【図１２】図１２は、図１１における駆動電流の立ち上がり部分を拡大した図である。
【図１３】図１３は、ＬＤ駆動回路の変形例を示す回路図である。
【図１４】図１４は、従来のＬＤ駆動回路の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０Ａ，１０Ｂ…ＬＤ駆動回路、１４…ＬＤドライバ、１６…ダイオード、１８…分流回路、２０Ａ〜２０Ｃ…駆動回路モデル、Ｉｄ…駆動電流。
【図１】
2008235701.tif 000005
【図２】
2008235701.tif 000006
【図３】
2008235701.tif 000007
【図４】
2008235701.tif 000008
【図５】
2008235701.tif 000009
【図６】
2008235701.tif 000010
【図７】
2008235701.tif 000011
【図８】
2008235701.tif 000012
【図９】
2008235701.tif 000013
【図１０】
2008235701.tif 000014
【図１１】
2008235701.tif 000015
【図１２】
2008235701.tif 000016
【図１３】
2008235701.tif 000017
【図１４】
2008235701.tif 000018