(57)【要約】【課題】簡易な構成でより安定的に動作点を制御できるレーザ装置、その制御装置、レーザ駆動装置を提供する。また、簡易な構成でより安定的に動作点を制御するための制御方法を提供する。【解決手段】フォトダイオード１３でモニタされたレーザダイオード１２の出力波形から低周波成分の振幅を取り出し、これと基準電圧Ｖｒｅｆ１との比較より生成されたコントロール電圧Ｖｉｐ１に基づいてパイロット信号Ｐｉｌｏｔの振幅を制御することで、両者に相関を持たせる。また、これら両者を所定の割合で重畳させた信号に基づいてレーザドライバ１１からの変調信号Ｉｐの振幅を制御することで、変調信号Ｉｐにおける低周波成分とそれ以外との振幅に相関が保たれる。これにより、レーザ特性の変化の要因に応じて的確に対処でき、出力光が安定化される。【選択図】　　　　　図４
2004031450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザを含み、変調信号に基づいて前記レーザを駆動するレーザ装置であって、
前記変調信号の振幅に対して所定の割合で相関する振幅を有する低周波信号を前記変調信号に重畳することで前記レーザの光出力を制御することを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記低周波信号の振幅は、前記変調信号の振幅に対して１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記レーザより出力されたレーザ光に含まれる前記低周波信号の振幅に基づいて前記変調信号の振幅をフィードバック制御することで、前記レーザ光の光強度を一定に保つことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記レーザより出力されるレーザ光に含まれる前記低周波信号の振幅をモニタし、該振幅に応じた第１の電圧を出力する振幅モニタ手段と、前記第１の電圧と第１の基準電圧との差分に基づいた第２の電圧を出力する電圧出力手段と、
前記第２の電圧に依存した振幅を有する低周波なパイロット信号を出力するパイロット信号出力手段と、
前記パイロット信号と前記第２の電圧とを所定の比率で加算する加算手段と、前記パイロット信号が加算された前記第２の電圧に基づいて前記変調信号の振幅を制御することで、前記低周波信号が重畳された前記変調信号を出力する変調信号出力手段と、
を有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記加算手段は、演算増幅器と、該演算増幅器の入力端に並列に接続された第１の抵抗及び第２の抵抗と、前記演算増幅器の出力端から分岐して前記入力端に接続される配線上に設けられた第３の抵抗と、を含んで構成され、
前記パイロット信号及び前記第２の電圧はそれぞれ第１及び第２の抵抗を介して前記入力端に与えられ、
前記所定の割合は、前記第１の抵抗の抵抗値と前記第２の抵抗の抵抗値との比に基づいて決定されることを特徴とする請求項４に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記振幅モニタ手段は、前記レーザ光を電流信号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段で得られた前記電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、前記電圧信号の一部を整流して前記第１の電圧を出力する電圧信号整流手段と、を含んで構成されることを特徴とする請求項４又は５に記載のレーザ装置。
【請求項７】
レーザの駆動装置が生成する変調信号の振幅を制御するための制御装置であって、
前記変調信号の振幅に対して所定の割合で相関する振幅を有する低周波信号を前記変調信号に重畳させることを特徴とする制御装置。
【請求項８】
前記低周波信号の振幅が前記変調信号の振幅に対して１０％以下となるように制御することを特徴とする請求項７に記載の制御装置。
【請求項９】
前記レーザにより出力されたレーザ光に含まれる前記低周波信号の振幅に基づいて前記変調信号の振幅をフィードバック制御することで、前記レーザの光強度を一定に保つことを特徴とする請求項７又は８に記載の制御装置。
【請求項１０】
低周波なパイロット信号を出力するパイロット信号出力手段と、
前記レーザより出力されるレーザ光に含まれる前記低周波信号の振幅をモニタし、該振幅に応じた第１の電圧を出力する振幅モニタ手段と、
前記第１の電圧と第１の基準電圧との差分に基づいた第２の電圧を出力する電圧出力手段と、
前記第２の電圧に依存した振幅を有する低周波なパイロット信号を出力するパイロット信号出力手段と、
前記パイロット信号と前記第２の電圧とを所定の比率で加算する加算手段と、を有し、前記パイロット信号が加算された前記第２の電圧に基づいて前記所定の駆動回路から出力される変調信号の振幅を制御することで、該変調信号に前記低周波信号を重畳させることを特徴とする請求項７から９の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項１１】
前記加算手段は、演算増幅器と、該演算増幅器の入力端に並列に接続された第１の抵抗及び第２の抵抗と、前記演算増幅器の出力端から分岐して前記入力端に接続される配線上に設けられた第３の抵抗と、を含んで構成され、
前記パイロット信号及び前記第２の電圧はそれぞれ第１及び第２の抵抗を介して前記入力端に与えられ、
前記所定の割合は、前記第１の抵抗の抵抗値と前記第２の抵抗の抵抗値との比に基づいて決定されることを特徴とする請求項１０に記載の制御装置。
【請求項１２】
前記振幅モニタ手段は、前記レーザ光を電流信号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段で得られた前記電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、前記電圧信号の一部を整流して前記第１の電圧を出力する電圧信号整流手段と、を含んで構成されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の制御装置。
【請求項１３】
レーザを制御する制御装置であって、
変調信号の振幅に対して所定の割合で相関する振幅を有する低周波信号を取り出す第１の回路と、
該第１の回路で取り出された前記低周波信号に基づいて前記レーザの特性を示す信号を出力する第２の回路と
を有することを特徴とする制御装置。
【請求項１４】
前記第２の回路は、前記低周波信号の振幅と所定の基準電圧とを比較する比較回路であることを特徴とする請求項１３記載の制御装置。
【請求項１５】
変調信号の振幅を制御するための制御方法であって、
前記変調信号の振幅に対して所定の割合で相関する振幅を有する低周波信号を前記変調信号に重畳することを特徴とする制御方法。
【請求項１６】
前記低周波信号の振幅は、前記変調信号の振幅に対して１０％以下であることを特徴とする請求項１５に記載の制御方法。
【請求項１７】
前記レーザより出力されたレーザ光に含まれる前記低周波信号の振幅に基づいて前記変調信号の振幅をフィードバック制御することで、前記レーザの光強度を一定に保つことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の制御方法。
【請求項１８】
変調信号の振幅に対して所定の割合で相関する振幅を有する低周波信号を取り出す第１のステップと、
該第１のステップで取り出された前記低周波信号に基づいて前記レーザの特性を示す信号を出力する第２のステップと
を有することを特徴とするレーザ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ装置並びにその制御装置及び制御方法に関し、特に変調信号に低周波成分を重畳させるレーザ装置並びにその制御装置及び制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷却手段を持たないレーザ装置では、温度変化に対するレーザ特性の変化を、量子効率特に微分量子効率ηの変化のみと見なしていた。このため、レーザ特性を安定化させるために、従来では、レーザ出力を電流に変換してモニタし、この平均値が一定を保つようにドライバの出力振幅の大きさを制御していた。
【０００３】
出力振幅の大きさを一定に制御する技術としては、例えば特開平３−２７８５８６号公報が開示するところの光振幅変調装置が存在する。これを以下、従来技術１とする。この光振幅変調装置は、図１に示すように、レーザダイオード（ＬＤ）１０１とフォトダイオード（ＰＤ）１０２と低域透過フィルタ１０３と低周波増幅器１０４と位相検波器１０５と制御部１０６と直流電源１０７と合成器１０８と低周波発振器１０９とを有して構成される。
【０００４】
図１において、合成器１０８は高周波変調周波に低周波発振器１０９からの低周波を重畳させる。レーザダイオード１０１は、高周波変調周はと低周波とが重畳された励振電流により駆動する。フォトダイオード１０２は、レーザダイオード１０１からの出力光を電気信号に変換する。低域透過フィルタ１０３は、レーザダイオード１０２で得られた電気信号から低周波成分を取り出す。低域増幅器１０４は得られた低周波成分を増幅する。位相検波器１０５は増幅された低周波成分と低周波発振器１０９からの低周波との位相を比較し、レーザ出力特性の勾配を検出する。更に位相検波器１０５は、検出した勾配を予め設定しておいた値へ補正するための誤差電圧を発生し、これを制御部１０６へ入力する。制御部１０６は入力された誤差電圧に基づいて直流電源１０７を制御する。合成器１０８は直流電源１０７から入力された電圧値に基づいてレーザダイオード１０１へ与える励振電流をの振幅を変化させる。これにより、レーザダイオード１０１の出力振幅の安定化が図られる。
【０００５】
また、その他の技術としては、例えば特開平８−２５４６７２号公報が開示するところの光変調装置が存在する。これを以下、従来技術２とする。この光変調装置は、図２に示すように、レーザダイオード（ＬＤ）２０１と光変調器２０２と光カプラ２０３と受光素子２０４とバンドバスフィルタ（ＢＰＦ）２０５と可変利得増幅器２０６と位相検出器２０７と低周波発振器２０８と直流アンプ２０９とドライブアンプ２１０とを有して構成される。
【０００６】
図２において、光変調器２０２は、低周波発振器２０８からの正弦波信号がドライブアンプ２１０において重畳された変調信号に基づいてレーザダイオード２０１からの出力光の強度を変調する。光カプラ２０３は光変調器２０２で変調されたレーザ光を分光し、一部を受光素子２０４へ入力する。受光素子２０４は入力されたレーザ光を電気信号に変換する。バンドパスフィルタ２０５はこの電気信号から正弦波信号の周波数成分を取り出す。取り出された周波数成分は、可変利得増幅器２０６を介して位相検出器２０７へ入力される。位相検出器２０７は低周波発振器２０８からの増幅された周波数成分と正弦波信号との位相差を基づいて、動作点を安定化させるように制御されたバイアス電圧を発生する。発生されたバイアス電圧は直流アンプ２０９を介して光変調器２０２へ入力される。これにより、光変調器２０２における強度変調が補正され、レーザ出力の動作点が安定的に維持される。
【０００７】
このように、上記従来技術１，２では、光主信号（数ＧＨｚの高周波）に対して、低周波成分（パイロット信号）を重畳させてηの変化を検出し、温度変化や寿命等による劣化を対処するように構成されている。
【０００８】
しかしながら、これら従来技術１，２では、温度変化による量子効率ηの傾きの変化にしか対応できていないという問題がある。即ち、温度変化によるレーザ特性への影響として、上述の量子効率ηの傾きの増加と、レーザ発光の閾値電流の上昇との２つが存在するが、上記従来技術ではその一方にしか対応できない。一般的には後者の方がレーザの出力波形に大きな影響を与えるため、この影響を解消しなければ温度変化や寿命による劣化に起因したレーザ特性の変化に対応することができない。
【０００９】
このような問題を解決する従来技術としては、例えば特開平７−２２６７１４号公報が開示するところの光送信装置が存在する。これを以下、従来技術３とする。この光送信装置は、図３に示すように、レーザダイオード（ＬＤ）３０１とフォトダイオード（ＰＤ）３０２と電流スイッチ回路３０４とＤ−フリップフロップ（Ｄ−ＦＦ）３０５とコンデンサＣ１と増幅回路３０６と可変抵抗Ｒｖ１と誤差増幅回路３０７とバイアス電流回路３０８と分周回路３０９と波形等化回路３１０と減衰器３１１と電流電圧変換増幅回路３１２とクリップ回路３１３と低周波検波回路３１４とコンデンサＣ２と可変抵抗Ｒｖ２と誤差増幅回路３１５とを有して構成される。
【００１０】
図３において、Ｄ−フリップフロップ３０５は外部からの入力データ（ＤＡＴＡ）をクロック信号（ＣＬＯＣＫ）の周期で打ち直した信号を電流スイッチ回路３０４へ供給する。電流スイッチ回路３０４はレーザダイオード３０１へ電流信号を供給する。フォトダイオード３０２はレーザダイオード３０１の光出力レベルをモニタする。電流電圧変換増幅回路３１２はフォトダイオード３０２の電流信号を電圧信号に変換する。変換された電圧信号は増幅回路３０６で増幅され、コンデンサＣ１で平滑化された後、誤差増幅回路３０７に入力される。また、誤差増幅回路３０７には可変抵抗Ｒｖ１で作り出された第１の基準電圧も入力される。誤差増幅回路３０７は入力された２つの信号の電位差に基づく信号をバイアス電流回路３０８へ出力する。
【００１１】
また、分周器３０９は外部から入力されたクロック信号を低い周波数に変換する。波形等化回路３１０は分周回路３０９の出力波形を矩形波から正弦波に変換する。減衰回路３１１はこの正弦波を減衰し、これをバイアス電流回路３０８に与える。バイアス電流回路３０８は入力された２つの信号に基づいてレーザダイオード３０１を駆動するためのバイアス電流を発生し、これをレーザダイオード３０１に与える。
【００１２】
更にまた、電流電圧変換増幅回路３１２から出力された電圧信号はクリップ回路３１３に入力され、その一部が取り除かれる。低周波検波回路３１４はクリップ回路３１３出力信号から低周波成分を取り出す。取り出された低周波成分はコンデンサＣ２で平滑化された後、誤差増幅回路３１５に入力される。また、誤差増幅回路３１５には可変抵抗Ｒｖ２で作り出された第２の基準電圧も入力される。誤差増幅回路３１５は入力された２つの信号を比較し、その差分を増幅した後、これを電流スイッチ回路３０４へ与える。従って、電流スイッチ回路３０４はＤ−フリップフロップ３０５から入力された信号と誤差増幅回路３１５から入力された信号とに基づいて生成された電流信号を供給する。
【００１３】
このように図３に示す光振幅変調装置では、レーザダイオード３０１が、光出力の平均値とクロック信号に基づいて生成された低周波成分とに依存して生成されたバイアス電流と、光出力における一部の低周波成分の平均値とデータ信号とに基づいて生成された電流信号とで駆動されるため、バイアス電流だけでなく、変調電流までも制御することが可能となり、量子効率ηの傾きの増加とレーザ発光の閾値電流の上昇との２つの問題が対処される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術３では、一定振幅の低周波信号を変調波信号に重畳するよう構成されているため、複雑な演算回路が必要となり、装置が大型化し、高価となる問題が存在する。
【００１５】
更に、パイロット信号の振幅が固定である場合は、高温時や寿命による劣化により、レーザＩ−Ｐｆ特性のηが傾くため、ドライバの振幅を増やす増やさないに関係なく、光信号に含まれるパイロット信号の量が徐々に小さくなる。このため、光信号に含まれる一定量のノイズに対してパイロット信号が小さくなると、精度が悪くなりフィードバックの結果、レーザ波形が不安定になるという問題が存在する。
【００１６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成でより安定的に動作点を制御できるレーザ装置を提供することを目的とする。
また、その他の目的としては、簡易な構成でより安定的に動作点を制御するための制御装置及び制御方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、レーザを含み、変調信号に基づいて前記レーザを駆動するレーザ装置であって、前記変調信号の振幅に対して所定の割合で相関する振幅を有する低周波信号を前記変調信号に重畳することで前記レーザの光出力を制御することを特徴としている。これにより、本発明では、簡易な構成でより安定的に動作点を制御できるレーザ装置を提供することが可能となる。即ち、変調信号の振幅に相関した振幅を持つ低周波信号を用いてレーザ特性の変化を補正することが可能となるため、量子効率の傾きηの変化によるレーザ特性の変化と、それ以外に起因したレーザ特性の変化とを区別して、的確に対処することができ、より安定した誤りのない制御が可能となる。
【００１８】
上記の構成において、例えば、前記低周波信号の振幅が、前記変調信号の振幅に対して１０％以下である。
【００１９】
また、別の例として、前記レーザより出力されたレーザ光に含まれる前記低周波信号の振幅に基づいて前記変調信号の振幅をフィードバック制御することで、前記レーザ光の光強度を一定に保つ。
【００２０】
また、別の例として、前記レーザより出力されるレーザ光に含まれる前記低周波信号の振幅をモニタし、該振幅に応じた第１の電圧を出力する振幅モニタ手段と、前記第１の電圧と第１の基準電圧との差分に基づいた第２の電圧を出力する電圧出力手段と、前記第２の電圧に依存した振幅を有する低周波なパイロット信号を出力するパイロット信号出力手段と、前記パイロット信号と前記第２の電圧とを所定の比率で加算する加算手段と、前記パイロット信号が加算された前記第２の電圧に基づいて前記変調信号の振幅を制御することで、前記低周波信号が重畳された前記変調信号を出力する変調信号出力手段と、を有する。
【００２１】
また、別の例として、前記加算手段が、演算増幅器と、該演算増幅器の入力端に並列に接続された第１の抵抗及び第２の抵抗と、前記演算増幅器の出力端から分岐して前記入力端に接続される配線上に設けられた第３の抵抗と、を含んで構成され、前記パイロット信号及び前記第２の電圧がそれぞれ第１及び第２の抵抗を介して前記入力端に与えられ、前記所定の割合が、前記第１の抵抗の抵抗値と前記第２の抵抗の抵抗値との比に基づいて決定される。
【００２２】
また、別の例として、前記振幅モニタ手段が、前記レーザ光を電流信号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段で得られた前記電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、前記電圧信号の一部を整流して前記第１の電圧を出力する電圧信号整流手段と、を含んで構成される。
【００２３】
また、本発明は、レーザの駆動装置が生成する変調信号の振幅を制御するための制御装置であって、前記変調信号の振幅に対して所定の割合で相関する振幅を有する低周波信号を前記変調信号に重畳させることを特徴としている。これにより、本発明では、簡易な構成でより安定的に動作点を制御できる制御装置を提供することが可能となる。即ち、変調信号の振幅に相関した振幅を持つ低周波信号を用いて制御信号を生成するため、誤制御することなく、要因に応じて的確に対処することが可能となり、制御対象のデバイスを安定的に動作させることが可能になる。
【００２４】
また、上記の構成の制御装置において、例えば、前記低周波信号の振幅が前記変調信号の振幅に対して１０％以下となるように制御する。
【００２５】
また、上記制御装置において、例えば、前記レーザにより出力されたレーザ光に含まれる前記低周波信号の振幅に基づいて前記変調信号の振幅をフィードバック制御することで、前記レーザの光強度を一定に保つ。
【００２６】
また、上記制御装置の更に別の例として、上記レーザ装置と同様の構成とすることができる。
【００２７】
また、本発明は、レーザを制御する制御装置であって、変調信号の振幅に対して所定の割合で相関する振幅を有する低周波信号を取り出す第１の回路（この一例は、後述する検波回路２３）と、該検波回路で取り出された前記低周波信号に基づいて前記レーザの特性を示す信号を出力する第２の回路（この一例は後述する比較回路２３）とを有することを特徴としている。これにより、変調信号に相関を持った低周波信号を検出することでレーザの特性を簡単かつ容易に検出することができる。即ち、変調信号の振幅に相関した振幅を持つ低周波信号を用いてレーザ特性の変化を検出することが可能となる。こため、量子効率の傾きηの変化によるレーザ特性の変化と、それ以外に起因したレーザ特性の変化とを区別して、的確に対処することができ、より安定した誤りのない制御が可能となる。
【００２８】
また、本発明は、変調信号の振幅を制御するための制御方法であって、前記変調信号の振幅に対して所定の割合で相関する振幅を有する低周波信号を前記変調信号に重畳することを特徴としている。これにより、本発明では、簡易な構成でより安定的に動作点を制御できる制御方法を提供することが可能となる。即ち、変調信号の振幅に相関した振幅を持つ低周波信号を用いて制御信号を生成するため、誤制御することなく、要因に応じて的確に対処することが可能となり、制御対象のデバイスを安定的に動作させることが可能になる。
【００２９】
また、上記の構成において、例えば、前記低周波信号の振幅が、前記変調信号の振幅に対して１０％以下である。
【００３０】
また、上記制御方法において、例えば、前記レーザより出力されたレーザ光に含まれる前記低周波信号の振幅に基づいて前記低周波信号の信号源をフィードバック制御することで、該低周波信号の振幅と前記変調信号の振幅とに相関を持たせる。
【００３１】
また、本発明はレーザを制御する方法であって、変調信号の振幅に対して所定の割合で相関する振幅を有する低周波信号を取り出す第１のステップと、該第１のステップで取り出された前記低周波信号に基づいて前記レーザの特性を示す信号を出力する第２のステップとを有することを特徴としている。これにより、変調信号に相関を持った低周波信号を検出することでレーザの特性を簡単かつ容易に検出することができる。即ち、変調信号の振幅に相関した振幅を持つ低周波信号を用いてレーザ特性の変化を検出することが可能となる。こため、量子効率の傾きηの変化によるレーザ特性の変化と、それ以外に起因したレーザ特性の変化とを区別して、的確に対処することができ、より安定した誤りのない制御が可能となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
〔原理〕
本発明を好適に実施した形態について説明するにあたり、本発明の原理について先に述べる。
【００３３】
本発明は、簡易な構成でより安定的に動作点を制御できるレーザ装置、レーザ装置における制御装置、レーザ装置におけるレーザ駆動装置、及びそのレーザ装置における制御方法を提供するためのものである。
これを実現するにあたり、本発明では、変調信号に基づいてレーザを駆動するにあたり、前記変調信号の振幅に対して所定の割合で相関する振幅を有する低周波信号を前記変調信号に重畳する。
【００３４】
以下、上記のような構成を有する本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００３５】
〔一実施形態〕
以下、本発明を好適に実施した一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００３６】
図４は、本実施例によるレーザ装置１の構成を示すブロック図である。
図４を参照すると、レーザ装置１０は、レーザドライバ１１とレーザダイオード（ＬＤ）１２とフォトダイオード（ＰＤ）１３と電流電圧変換回路１４と変調電流制御系２０とバイアス電流制御系３０とを有して構成される。
【００３７】
図４において、レーザドライバ１１は、外部から入力されたデータ信号ＤＡＴＡ（但し、クロック信号も含む）に基づいて変調信号Ｉｐを生成して出力する。即ち、レーザドライバ１１は、レーザダイオード１２を駆動する装置として機能する。また、レーザドライバ１１は、自己が出力する変調信号Ｉｐの振幅値をモニタし、これにより得られた振幅値を振幅モニタ電圧Ｖｉｐｍとして変調電流制御系２０へ入力するとともに、変調電流制御系２０から入力されたコントロール電圧Ｖｉｐ３に基づいて、出力する変調信号Ｉｐの振幅を制御する。尚、この構成においてレーザドライバ１１は、集積化されたＩＣチップで構成されるとよい。
【００３８】
レーザダイオード１２は、半導体レーザ等で構成されたレーザ光源であり、レーザドライバ１１から入力された変調信号Ｉｐ及びバイアス電流制御系３０から入力されたバイアス電流Ｉｂに基づいてレーザ発振する。尚、本実施形態では、このレーザダイオード１２にペルチェ素子やファン等の冷却手段が設けられていないものとする。
【００３９】
フォトダイオード１３は、レーザダイオード１２を挟んでファイバ２３と反対側に設けられており、レーザダイオード１２からの出力光をバックモニタする。また、フォトダイオード１３はモニタした電流を電流信号Ｉｍとして出力する。電流電圧変換回路１４は、フォトダイオード１３から出力された電流信号Ｉｍを電圧信号Ｖｍ１に変換して、変調電流制御系２０及びバイアス電流制御系３０へそれぞれ出力する。尚、フォトダイオード１３は、高周波成分（変調信号）を取り除くローパスフィルタ（ＬＰＦ）の役割も果たす。即ち、フォトダイオード１３では、レーザ光の低周波成分と平均パワーとがモニタされる。但し、フォトダイオード１３に高周波成分をモニタできるものを適用した場合、例えば変調電流制御系２０にローパスフィルタを設けることで同等の構成とすることができる。また、このように取り出された電圧信号Ｖｍ１を増幅する増幅回路等を変調電流制御系２０に設けてもよい。
【００４０】
変調電流制御系２０は、入力された電圧信号Ｖｍ１とレーザドライバ１１から入力された振幅モニタ電圧Ｖｉｐｍに基づいて、レーザドライバ１１から出力される変調信号Ｉｐの振幅を制御するためのコントロール信号Ｖｉｐ３を生成し、これをレーザドライバ１１へフィードバックする。即ち、変調電流制御系２０は、レーザドライバ１１が出力する変調信号Ｉｐの振幅をフィードバック制御する制御装置として機能するものである。これにより、レーザ特性における量子効率の傾きηが変化したことについて対応する。制御装置として機能する変調電流制御系２０は例えば、１つのチップ上に形成することができる。
【００４１】
バイアス電流制御系３０は、入力された電圧信号Ｖｍ１に基づいてバイアス電流Ｉｂを生成し、これをレーザダイオード１２へ入力する。即ち、バイアス電流制御系３０は、レーザダイオード１２に入力する変調電流Ｉｐにオフセットを設けるように制御する装置として機能するものである。これにより、レーザ特性における発光の閾値電流が変化したことについて対応する。
【００４２】
次に、変調電流制御系２０の詳細な構成及び動作について、以下に図面を用いて説明する。変調電流制御系２０は、図４に示すように、フィルタ２１と増幅回路２２と検波回路２３と比較回路２４と低周波発振器２５と加算回路２６と比較回路２７とを有して構成される。
【００４３】
この構成において、フィルタ２１は、電流電圧変換回路１４から出力された電圧信号Ｖｍ１の直流成分ＤＣを除去し、低周波成分を取り出すバンドパスフィルタである。取り出された低周波成分は電圧信号Ｖｍ２として出力され、増幅回路２２において増幅された後、電圧信号Ｖｍ３として検波回路２３に入力される。
【００４４】
検波回路２３は半端整流回路で構成される。従って、検波回路２３は入力された電圧信号Ｖｍ３から振幅の上半分を取り出し、これを整流することで、電圧信号Ｖｍ３の振幅値を示す電圧値Ｖｍ４を生成する。尚、以上で説明したフィルタ２１から検波回路２３までの構成は、変調電流制御系２０に入力された電圧信号の振幅をモニタする手段を構成するものである。このモニタ手段は、変調信号の振幅に対して所定の割合で相関する振幅を有する低周波信号を取り出し、取り出された低周波信号に基づいてレーザ１２の特性を示す信号を出力する制御装置である。なお、この入力された電圧信号の振幅をモニタする構成としては、上記構成に限定されず、結果として同様な電圧を得ることができれば如何様にも変形してよい。更に、この構成に光をモニタして電流信号を出力するフォトダイオード及び該フォトダイオードから出力された電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路を追加することで、光の振幅をモニタする手段とすることができる。
【００４５】
以上のようにして生成された電圧値Ｖｍ４は、比較回路２４に入力される。また、比較回路２４には、変調信号Ｉｐの振幅の基準値を規定するための基準電圧Ｖｒｅｆ１も入力される。比較回路２４は、入力された電圧値Ｖｍ４と基準電圧Ｖｒｅｆ１とを比較し、両者が等しくなるように、コントロール電圧Ｖｉｐ１の電圧値を制御する。即ち、比較回路２４は、レーザ光若しくは電圧信号をモニタして得られた振幅と基準値とを比較して、これらの差分に基づいた電圧を出力する手段として機能する。従って、比較回路２４は、レーザ出力をモニタして得られた電圧値Ｖｍ４が基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも小さい場合、電圧値Ｖｍ４を大きくするために、出力するコントロール電圧Ｖｉｐ１の値を上昇する。また、電圧値Ｖｍ４が基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも大きい場合、比較回路２４は、電圧値Ｖｍ４を小さくするために、出力するコントロール電圧Ｖｉｐ１の値を減少する。
【００４６】
出力されたコントロール電圧Ｖｉｐ１は、低周波発振器２５及び加算回路２６に入力される。低周波発振器２５は、入力されたコントロール電圧Ｖｉｐ１に基づいた振幅を有する所定周波数の低周波なパイロット信号Ｐｉｌｏｔを出力する。即ち、低周波発振器２５は、入力された電圧に依存した振幅を有するパイロット信号を出力する手段である。このようにコントロール電圧Ｖｉｐ１に基づいてパイロット信号Ｐｉｌｏｔの振幅を制御することで、コントロール電圧Ｖｉｐ１の電圧値とパイロット信号Ｐｉｌｏｔの振幅値とに相関が保たれる。これは即ち、コントロール電圧Ｖｉｐ３の電圧値とこれに含まれる低周波成分の振幅値とに相関が保たれることに繋がり、更には、コントロール電圧Ｖｉｐ３で振幅制御される変調信号Ｉｐの振幅値とこの変調信号Ｉｐに含まれる低周波成分の振幅値とに相関が保たれることに繋がる。尚、パイロット信号Ｐｉｌｏｔの周波数は、主信号である変調信号Ｉｐの周波数に対して１％以下となるように構成するとよい。また、出力されたパイロット信号Ｐｉｌｏｔは、コントロール電圧Ｖｉｐ１と共に加算回路２６に入力される。
【００４７】
加算回路２６は、パイロット信号Ｐｉｌｏｔの振幅値がコントロール電圧Ｖｉｐ１の電圧値の所定割合、例えば略１％、好ましくは１０％以下となるように、パイロット信号Ｐｉｌｏｔの振幅を変換した後に、両者を加算するものである。即ち、加算回路２６は、入力された信号と電圧とを所定の割合で加算する手段として機能するものである。但し、パイロット信号Ｐｉｌｏｔの振幅を変換する値は固定であるため、コントロール電圧Ｖｉｐ１の電圧値とパイロット信号Ｐｉｌｏｔの振幅値との相関は保たれる。図５に加算回路２６の詳細な構成を示す。
【００４８】
図５を参照すると、加算回路２６は、オペレーショナルアンプ（演算増幅器ともいう：以下、ＯＰアンプと称する）２６ａで構成された反転増幅回路の構成を有する。この構成において、ＯＰアンプ２６ａの反転入力端６には、抵抗Ｒ１を介してコントロール電圧Ｖｉｐ１と、抵抗Ｒ２を介してパイロット信号Ｐｉｌｏｔとが入力される。また、非反転入力端５は設置されている。更に、ＯＰアンプ２６ａの出力は分岐し、抵抗Ｒ３を介して反転入力端子６に帰還する。
【００４９】
この構成において、パイロット信号Ｐｉｌｏｔの電圧値をＰｉｌｏｔ、コントロール電圧Ｖｉｐ１の電圧値をＶｉｐ１、抵抗Ｒ１，抵抗Ｒ２，抵抗Ｒ３の抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３とすると、ＯＰアンプ２６ａを介した後のパイロット信号Ｐｉｌｏｔの電圧値Ｖｐは以下の式１で求まり、また、ＯＰアンプ２６ａを介した後のコントロール電圧Ｖｉｐ２の電圧値Ｖｖは以下の式２で求まる。
【数１】
2004031450.tif 000003
【数２】
2004031450.tif 000004
【００５０】
従って、ＶｐのＶｖに対する割合は、以下の式３となる。
【数３】
2004031450.tif 000005
【００５１】
尚、本実施形態では、ＯＰアンプ２６ａから出力されるパイロット信号（以下、これを低周波信号という）の電圧値Ｖｐが、ＯＰアンプ２６ａからのコントロール電圧Ｖｉｐ２の電圧値Ｖｖの１０％以下となるように構成するとよい。
【００５２】
このような加算回路２６から出力されたコントロール電圧Ｖｉｐ２は、比較回路２７に入力される。また、比較回路２７には、レーザドライバ１１から出力される変調信号ＩＰの振幅値Ｖｉｐｍも入力される。比較回路２７は、入力されたコントロール電圧Ｖｉｐ２と振幅値Ｖｉｐｍとを比較し、両者が等しくなるようにレーザドライバ１１を制御するためのコントロール電圧Ｖｉｐ３を出力する。即ち、比較回路２７は駆動装置であるレーザドライバ１１から出力される変調信号Ｉｐの振幅を低周波信号が重畳された電圧に基づいて制御するための手段として機能する。言い換えれば、比較回路２７とレーザドライバ１１とは、低周波信号が重畳された電圧に基づいて振幅が制御された変調信号Ｉｐを出力する手段として機能する。従って、比較回路２７は、変調信号Ｉｐをモニタして得られた電圧値Ｖｉｐｍが、コントロール電圧Ｖｉｐ２よりも小さい場合、電圧値Ｖｉｐｍを大きくするために、出力するコントロール電圧Ｖｉｐ３の値を上昇する。また、電圧値Ｖｉｐｍが、コントロール電圧Ｖｉｐ２よりも大きい場合、比較回路２７は、電圧値Ｖｉｐｍを小さくするために、出力するコントロール電圧Ｖｉｐ３の値を減少する。
【００５３】
また、比較回路２７からの出力に基づいて変調信号Ｉｐの振幅をフィードバック制御するレーザドライバ１１の構成を図６に示す。図６を参照すると、レーザドライバ１１は、差動バッファの構成を有し、これに流れる変調電流ＩｐをトランジスタＱ１１で制御する構成となっている。即ち、変調電流Ｉｐの振幅は、トランジスタＱ１１のベースに印加されるコントロール電圧Ｖｉｐ３により制御される。また、トランジスタＱ１１のコレクタ（又はエミッタ）に１Ωの抵抗Ｒ１１を設けることで、トランジスタＱ１１のエミッタ・コレクタ間に流れる電流（変調信号Ｉｐ）を電圧に変換し、変調信号Ｉｐの振幅値Ｖｉｐｍとして取り出すことができる。この振幅値Ｖｉｐｍは上述のように比較回路２７に入力される。
【００５４】
以上に示す構成で得られる変調電流制御系２０の作用について、以下に図７を用いて詳細に説明する。
【００５５】
図７（ａ）はレーザ特性における量子効率の傾きηが当初の設計状態である場合における出力強度Ｐと変調電流値Ｉの量子効率との関係を示すグラフである。この状態から温度や寿命等の要因により量子効率の傾きηが変化した場合を図７（ｂ）に示す。
【００５６】
図７（ｂ）に示すように、温度や寿命等の要因により量子効率の傾きηが小さくなると（η→η’）、入力する変調信号Ｉｐの振幅が変化せずとも、レーザダイオード１２の発光量が減少する。従って、フォトダイオード１３で出力強度Ｐも小さくなる。また、これに伴い、レーザ光に含まれる低周波成分の振幅も小さくなり、また、その平均パワーも低くなる。
【００５７】
本実施形態は、このような問題を解決するために、図７（ｃ）に示すように、量子効率の傾きηが小さくなった分だけ変調信号Ｉｐの振幅を増加させる。また、これに伴い、変調信号Ｉｐに含まれている重畳された低周波信号の振幅も同等の比率で増加される。これにより、量子効率の傾きηが変化したことに対して的確に補正を行うことが可能となり、レーザダイオード１２の発光量が維持される。よって、レーザ装置１０が安定して動作する。
【００５８】
次に、バイアス電流制御系３０の詳細な構成及び動作について、以下に図面を用いて説明する。バイアス電流制御系３０は、図４に示すように、フィルタ３１と比較回路３２とを有して構成される。
【００５９】
フィルタ３１は、電流電圧変換回路１４から出力された電圧信号Ｖｍ１における低周波成分を除去し、直流成分である平均パワーを取り出すローパスフィルタである。これにより取り出された平均パワーは、電圧信号Ｖｍ５として比較回路３２に入力される。
【００６０】
比較回路３２には、電圧信号Ｖｍ５と基準電圧Ｖｒｅｆ２とが入力される。従って、比較回路３２は、この電圧信号Ｖｍ５と基準電圧Ｖｒｅｆ２とを比較する。即ち、フィルタ３１と比較回路３２とは、バイアス電流制御系３０に入力された電圧信号の振幅をモニタする手段を構成するものである。更に、この構成に光をモニタして電流信号を出力するフォトダイオード及び該フォトダイオードから出力された電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路を追加することで、光の振幅をモニタする手段とすることができる。
【００６１】
また、比較回路３２は、上記比較した両者の値が等しくなるように、出力するバイアス電流Ｉｂの電流値を制御する。尚、比較回路３２の出力段には、上記比較により得られた電圧値を電流値に変換するための電流電圧変換回路が構成されている。即ち、比較回路３２は、レーザ光の平均出力と基準値とを比較して、これらの差分に基づいたバイアス電流を出力する手段として機能する。
【００６２】
このような構成により、比較回路３２は、レーザ出力をモニタして得られた平均パワーが基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも小さい場合、平均パワーを大きくするために、出力するバイアス電流Ｉｂの値を大きくする。尚、基準電圧Ｖｒｅｆ２の方が小さい場合はその逆の動作をする。
【００６３】
以上に示す構成で得られるバイアス電流制御系３０の作用について、以下に図８を用いて詳細に説明する。
【００６４】
図８（ａ）はレーザ特性における閾値電流Ｉｔｈが当初の設計状態である場合における出力強度Ｐと変調電流値Ｉの量子効率との関係を示すグラフである。この状態から温度や寿命等の要因により閾値電流Ｉｔｈが変化した場合を図７（ｂ）に示す。
【００６５】
図８（ｂ）に示すように、温度や寿命等の要因により閾値電流Ｉｔｈが大きくなると（Ｉｔｈ→Ｉｔｈ’）、レーザダイオード１２の動作に必要となる電流量にオフセットが加わる。このため、入力する変調信号Ｉｐの振幅が変化せずとも、レーザダイオード１２における量子効率の反応線がグラフ右方向（電流→大の方向）にシフトし、発光量が減少する。但し、出力強度Ｐに含まれる低周波成分は、振幅は変化しないが、平均強度が減少する。
【００６６】
本実施形態は、このような問題を解決するために、図８（ｃ）に示すように、閾値電流Ｉｔｈがシフトした分だけ、レーザダイオード１２に入力する変調信号Ｉｐにオフセット（バイアス電流Ｉｂ）を設ける。これにより、量子効率の反応線のシフトを解消でき、レーザダイオード１２の発光量が維持される。よって、レーザ装置１０が安定して動作する。
【００６７】
以上、説明したように、本実施形態によるレーザ装置は、低周波信号の振幅と変調信号の振幅とが相関を持つため、量子効率の傾きηの変化した場合や、それ以外の要因によって変調信号の振幅を変化する必要が生じた場合でも、それぞれの要因に応じた的確な振幅の低周波信号を重畳し続けることができる。
【００６８】
〔他の実施形態〕
以上、説明した実施形態は本発明の好適な一実施形態にすぎず、本発明はその趣旨を逸脱しない限り種々変形して実施可能である。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡易な構成でより安定的に動作点を制御できるレーザ装置、その制御装置、レーザ駆動装置を提供することが可能となる。即ち、変調信号の振幅に相関した振幅を持つ低周波信号を用いてレーザ特性の変化を補正することが可能となるため、量子効率の傾きηの変化によるレーザ特性の変化と、それ以外に起因したレーザ特性の変化とを区別して、的確に対処することができ、より安定した誤りのない制御が可能となる。
【００７０】
更に、本発明によれば、簡易な構成でより安定的に動作点を制御できる制御方法を提供することが可能となる。即ち、変調信号の振幅に相関した振幅を持つ低周波信号を用いて制御信号を生成するため、簡易な構成で的確に対処することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術１による光振幅変調装置の構成を示すブロック図である。
【図２】従来技術２による光変調装置の構成を示すブロック図である。
【図３】従来技術３による光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態によるレーザ装置１０の構成を示すブロック図である。
【図５】図４における加算回路２６の構成を示す回路図である。
【図６】図４におけるレーザドライバ１１の構成を示す回路図である。
【図７】図４に示すレーザ装置１０で得られる変調電流制御系２０の作用を説明するためのグラフであり、（ａ）はレーザ特性の変化がない場合の各信号成分の関係を示し、（ｂ）は量子効率の傾きηが小さくなった場合における補正なしでの各信号成分の関係を示し、（ｃ）は量子効率の傾きηが小さくなった場合における補正ありでの各信号成分の関係を示す。
【図８】図４に示すレーザ装置１０で得られるバイアス電流制御系３０の作用を説明するためのグラフであり、（ａ）はレーザ特性の変化がない場合の各信号成分の関係を示し、（ｂ）は閾値電流Ｉｔｈが増加した場合における補正なしでの各信号成分の関係を示し、（ｃ）は閾値電流Ｉｔｈが増加した場合における補正ありでの各信号成分の関係を示す。
【符号の説明】
１０　レーザ装置
１１　レーザドライバ
１２　レーザダイオード
１３　フォトダイオード
１４　電流電源変換回路
２０　変調電流制御系
２１、３１　フィルタ
２２　増幅回路
２３　検波回路
２４、２７、３２　比較回路
２５　低周波発振器
２６　加算回路
２６ａ　オペレーショナルアンプ
３０　バイアス電流制御系
【図１】
2004031450.tif 000006
【図２】
2004031450.tif 000007
【図３】
2004031450.tif 000008
【図４】
2004031450.tif 000009
【図５】
2004031450.tif 000010
【図６】
2004031450.tif 000011
【図７】
2004031450.tif 000012
【図８】
2004031450.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月11日(2003.7.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
図１において、合成器１０８は高周波変調周波に低周波発振器１０９からの低周波を重畳させる。レーザダイオード１０１は、高周波変調周波とは低周波とが重畳された励振電流により駆動する。フォトダイオード１０２は、レーザダイオード１０１からの出力光を電気信号に変換する。低域透過フィルタ１０３は、フォトダイオード１０２で得られた電気信号から低周波成分を取り出す。低域増幅器１０４は得られた低周波成分を増幅する。位相検波器１０５は増幅された低周波成分と低周波発振器１０９からの低周波との位相を比較し、レーザ出力特性の勾配を検出する。更に位相検波器１０５は、検出した勾配を予め設定しておいた値へ補正するための誤差電圧を発生し、これを制御部１０６へ入力する。制御部１０６は入力された誤差電圧に基づいて直流電源１０７を制御する。合成器１０８は直流電源１０７から入力された電圧値に基づいてレーザダイオード１０１へ与える励振電流をの振幅を変化させる。これにより、レーザダイオード１０１の出力振幅の安定化が図られる。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
図４は、本実施例によるレーザ装置１０の構成を示すブロック図である。
図４を参照すると、レーザ装置１０は、レーザドライバ１１とレーザダイオード（ＬＤ）１２とフォトダイオード（ＰＤ）１３と電流電圧変換回路１４と変調電流制御系２０とバイアス電流制御系３０とを有して構成される。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
検波回路２３は半波整流回路で構成される。従って、検波回路２３は入力された電圧信号Ｖｍ３から振幅の上半分を取り出し、これを整流することで、電圧信号Ｖｍ３の振幅値を示す電圧値Ｖｍ４を生成する。尚、以上で説明したフィルタ２１から検波回路２３までの構成は、変調電流制御系２０に入力された電圧信号の振幅をモニタする手段を構成するものである。このモニタ手段は、変調信号の振幅に対して所定の割合で相関する振幅を有する低周波信号を取り出し、取り出された低周波信号に基づいてレーザ１２の特性を示す信号を出力する制御装置である。なお、この入力された電圧信号の振幅をモニタする構成としては、上記構成に限定されず、結果として同様な電圧を得ることができれば如何様にも変形してよい。更に、この構成に光をモニタして電流信号を出力するフォトダイオード及び該フォトダイオードから出力された電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路を追加することで、光の振幅をモニタする手段とすることができる。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
図５を参照すると、加算回路２６は、オペレーショナルアンプ（演算増幅器ともいう：以下、ＯＰアンプと称する）２６ａで構成された反転増幅回路の構成を有する。この構成において、ＯＰアンプ２６ａの反転入力端６には、抵抗Ｒ１を介してコントロール電圧Ｖｉｐ１と、抵抗Ｒ２を介してパイロット信号Ｐｉｌｏｔとが入力される。また、非反転入力端５は接地されている。更に、ＯＰアンプ２６ａの出力７は分岐し、抵抗Ｒ３を介して反転入力端子６に帰還する。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
図７（ｂ）に示すように、温度や寿命等の要因により量子効率の傾きηが小さくなると（η→η’）、入力する変調信号Ｉｐの振幅が変化せずとも、レーザダイオード１２の発光量が減少する。従って、フォトダイオード１３の出力電流Ｉｍも小さくなる。また、これに伴い、レーザ光に含まれる低周波成分の振幅も小さくなり、また、その平均パワーも低くなる。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
図８（ａ）はレーザ特性における閾値電流Ｉｔｈが当初の設計状態である場合における出力強度Ｐと変調電流値Ｉの量子効率との関係を示すグラフである。この状態から温度や寿命等の要因により閾値電流Ｉｔｈが変化した場合を図８（ｂ）に示す。


【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2004031450.tif 000014
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2004031450.tif 000015