(57)【要約】【課題】ロウレベルの変動を小さくすることが可能な光素子回路及び光モジュールを提供する。【解決手段】光素子回路１において、駆動回路１１は、電子素子１３と、第１のキャパシタ１５と、差動増幅部１９とを備える。入力１１ａは、半導体発光素子１３を駆動するための入力信号を受ける。参照入力１１ｂは、参照信号を受ける。出力１１ｃは、半導体発光素子１３に接続される。電子素子１３は、一端１３ａと他端１３ｂとの間に抵抗性インピーダンスとを有している。キャパシタ１５は、ノード１１ｅと電源線９との間に設けられている。差動増幅部１９は、ノード１１ｅに電気的に接続された入力１９ｂ、参照入力１１ｂに電気的に接続された入力１９ｃ、及びノード１１ｅに電気的に接続された出力１９ｄを有している。【選択図】　図１
2004047646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を駆動するための入力信号を受けるように設けられた信号入力、参照信号を受けるように設けられた参照入力、及び前記半導体発光素子に接続されるように設けられた出力を有する駆動回路と
を備え、
前記駆動回路は、
前記出力に電気的に接続された一端、第１のノードに電気的に接続された他端、及び前記一端と前記他端との間に抵抗性インピーダンスを有する電子素子と、
前記第１のノードと電源線との間に設けられた第１のキャパシタと、
前記第１のノードに電気的に接続された第１の入力、前記参照ノードに電気的に接続された第２の入力、及び前記第１のノードに電気的に接続された出力を有する差動増幅部と、
前記信号入力と前記出力との間に設けられ前記入力信号から駆動信号を生成する駆動信号生成部と
を備える、光素子回路。
【請求項２】
前記第１のノードと前記電源線との間に設けられた第２のキャパシタを更に備え、
前記第１のキャパシタの高周波特性は、前記第２のキャパシタの高周波特性より優れている、請求項１に記載の光素子回路。
【請求項３】
前記駆動信号生成部は、前記入力信号から相補駆動信号を更に生成しており、
当該駆動回路は、前記相補信号を提供する別の出力を更に備える、請求項１又は請求項２に記載の光素子回路。
【請求項４】
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を駆動するための入力信号を受けるように設けられた信号入力、前記半導体発光素子に接続された出力、前記負荷素子に接続されるように設けられた別の出力を有する駆動回路と
を備え、
前記駆動回路は、
前記出力及び前記別の出力にそれぞれ電気的に接続された第１及び第２の出力と前記信号入力に電気的に接続された入力とを有しており前記入力信号から駆動信号及び相補駆動信号を生成する信号駆動生成部と、
前記出力ノードに電気的に接続された一端と、前記別の出力に電気的に接続された他端と、前記一端と前記他端との間に設けられた抵抗性インピーダンスとを有する電子素子と
を備える、光素子回路。
【請求項５】
前記出力に電気的に接続された第１の電流源と、
前記別の出力に電気的に接続された第２の電流源と
を更に備える、請求項４に記載の光素子回路。
【請求項６】
前記電子素子は、前記一端と前記他端との間に設けられた抵抗素子及び半導体素子の少なくともいずれかを含む、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の光素子回路。
【請求項７】
前記半導体発光素子は、半導体レーザ素子及び半導体光増幅素子の少なくともいずれかを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の光素子回路。
【請求項８】
前記別の出力に接続された負荷素子を更に備える、請求項６又は請求項７に記載の光素子回路。
【請求項９】
前記負荷素子は半導体発光素子を含む、請求項８に記載の光素子回路。
【請求項１０】
前記駆動信号生成部は、前記半導体発光素子を第１の発光パワーで発光される第１の信号値と、前記半導体発光素子を第２の発光パワーで発光させる第２の信号値を有する駆動信号を発生するように構成されており、
前記第１の発光パワーは前記第２の発光パワーより大きく、
前記半導体発光素子のインピーダンスは、前記第１の発光パワーを生成するときに第１のインピーダンス以下の値を示すと共に前記第２の発光パワーを生成するときに第２のインピーダンス以上の値を示すように構成されており、
前記第１のインピーダンスは、前記第２のインピーダンスより小さく、
前記電子素子は、前記第２のインピーダンス値以下の抵抗性インピーダンスを有するように構成されている、請求項７〜１０のいずれかに記載の光素子回路。
【請求項１１】
半導体発光素子と、
参照入力を受けるための第１の入力、第２の入力及び出力を有する差動増幅回路を含む半導体素子と、
前記半導体発光素子に電気的に接続された一端と、前記差動増幅回路の第２の入力及び出力に電気的に接続されるように設けられた他端と、前記一端と前記他端との間に設けられた抵抗性インピーダンスとを有する電子素子と、
前記電子素子の他端に電気的に接続された一端と他端とを有するキャパシタと、
前記半導体発光素子の一端に電気的に接続されており所定の伝送レートの駆動信号を発生する駆動素子と、
前記半導体発光素子及び前記キャパシタを搭載する搭載部材と
を備える光モジュール。
【請求項１２】
半導体発光素子を備え、
前記半導体発光素子の一端に電気的に接続されており所定の伝送レートの駆動信号を発生する駆動素子を備え、前記駆動素子は、参照入力を受けるための第１の入力、第２の入力及び出力を有する差動増幅回路を含み、
前記半導体発光素子に電気的に接続された一端と、前記差動増幅回路の第２の入力及び出力に電気的に接続されるように設けられた他端と、前記一端と前記他端との間に設けられた抵抗性インピーダンスを有する電子素子を備え、
前記電子素子の他端に電気的に接続された一端と他端とを有するキャパシタを備え、
前記半導体発光素子及び前記キャパシタを搭載する搭載部材を備える、光モジュール。
【請求項１３】
半導体発光素子と、
負荷素子と、
前記半導体発光素子に電気的に接続された一端と、前記負荷素子の他端に電気的に接続された他端と、前記一端と前記他端との間に設けられた抵抗性インピーダンスとを有する電子素子と、
前記半導体発光素子及び前記負荷素子を搭載する搭載部材と、
前記半導体発光素子の前記他端及び前記負荷素子の前記他端に電気的にそれぞれ接続されており所定の伝送レートの駆動信号及び相補駆動信号を発生する駆動素子と
を備える、光モジュール。
【請求項１４】
前記電子素子と前記駆動素子とは、集積素子を構成しており、
前記駆動素子及び前記半導体発光素子は、前記駆動素子と前記半導体発光素子との間隔が前記所定の伝送レートに対応する波長の１／６以下の長さになるように配置されている、請求項１１〜請求項１３のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項１５】
前記電子素子と前記半導体発光素子とは、集積素子を構成している、請求項１１〜請求項１３のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項１６】
前記負荷素子は半導体発光素子を含む、請求項１１〜請求項１５のいずれかに記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光素子回路及び光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の分野では、光信号を発生するための光源として、半導体レーザ素子または半導体光増幅素子といった半導体発光素子を用いる。この光源を駆動するために、半導体発光素子と直列に電流源を接続している。この電流源は、所望の高速信号に応じて切り替えられる。電流源は、高速信号に応答できる電界効果トランジスタまたはバイポーラトランジスタを有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
発明者は、光通信のための光源を研究している。光通信では、信号を伝送するために、光パワーの大きな状態と、光パワーが小さい状態を形成している。発明者は、研究において、光信号のロウレベル、つまり、光パワーが小さい状態の信号レベルがバウンドしていることを発見した。より高速の信号を伝送するために、ロウレベルの変動を小さくすることが求められる。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、ロウレベルの変動を小さくすることが可能な光素子回路及び光モジュールを提供することにする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面は、光素子回路に関する。光素子回路は、半導体発光素子と、駆動回路とを備える。駆動回路は、信号入力と、参照入力と、出力と、電子素子と、第１のキャパシタ、差動増幅部と、駆動信号生成部とを備える。信号入力は、半導体発光素子を駆動するための入力信号を受けるように設けられている。参照入力は、参照信号を受けるように設けられている。出力は、半導体発光素子に接続されるように設けられている。電子素子は、出力に電気的に接続された一端と、第１のノードに電気的に接続された他端と、一端と他端との間に抵抗性インピーダンスとを有している。第１のキャパシタは、第１のノードと電源線との間に設けられている。差動増幅部は、第１のノードに電気的に接続された第１の入力、参照入力に電気的に接続された第２の入力、及び第１のノードに電気的に接続された出力を有している。駆動信号生成部は、信号入力と出力との間に設けられており、入力信号から駆動信号を生成する。
【０００６】
電子素子を介してキャパシタに接続されている駆動回路に半導体発光素子を接続した光源においては、発明者の実験によれば、光信号のロウレベルの変動を小さくできる。故に、駆動回路は、ロウレベルの変動を小さくすることが可能である。
【０００７】
本発明の駆動回路及び光素子回路では、駆動信号生成部は、入力信号から相補駆動信号を更に生成している。当該駆動回路は、相補信号を提供する別の出力ノードを更に備えている。
【０００８】
駆動信号及び相補駆動信号を生成する駆動回路に半導体発光素子を接続した光源においては、発明者の実験によれば、光信号のロウレベルの変動を小さくできる。
【０００９】
本発明の駆動回路及び光素子回路は、第１のノードと電源線との間に設けられた第２のキャパシタを更に備えることができる。第１のキャパシタの高周波特性は、第２のキャパシタの高周波特性より優れている。第２のキャパシタは、第１のノードの電位をより安定化するために役立つと共に、第１のキャパシタは、出力ノードにおいて生じる可能性のある高速の電位変位の大きさを小さくできる。
【００１０】
この駆動回路は、差動増幅部の出力と第１のノードとの間に設けられた抵抗素子を更に備えることができる。この抵抗素子によれば、第２のキャパシタを充電するときに、一時的に、大きな電流が差動増幅部に流れることを防止できる。
【００１１】
本発明の別の側面は、光素子回路に関する。光素子回路は、半導体発光素子と、駆動回路とを備える。駆動回路は、信号入力と、出力と、別の出力と、信号駆動生成部と、電子素子とを備える。信号入力は、半導体発光素子を駆動するための入力信号を受けるように設けられている。出力は、半導体発光素子に接続されるように設けられている。別の出力は、負荷素子に接続されるように設けられている。信号駆動生成部は、信号入力に電気的に接続された入力と、出力及び別の出力にそれぞれ電気的に接続された第１及び第２の出力とを有しており、駆動信号及び相補駆動信号を入力信号から生成する。電子素子は、出力に電気的に接続された一端と別の出力に電気的に接続された他端との間に設けられており、一端と他端との間に抵抗性インピーダンスを有する。
【００１２】
駆動信号及び相補駆動信号がそれぞれ提供される出力及び別の出力間に電子素子を接続した駆動回路に半導体発光素子を接続した光源においては、発明者の実験によれば、光信号のロウレベルの変動を小さくできる。故に、駆動回路は、ロウレベルの変動を小さくすることが可能である。
【００１３】
本発明の駆動回路及び光素子回路は、第１及び第２の電流源を更に備えることができる。第１の電流源は出力に電気的に接続されており、第２の電流源は別の出力に電気的に接続されている。第１の電流源は、半導体発光素子の動作点に規定するバイアス電流を提供できる。第２の電流源は、負荷素子の動作点に規定するバイアス電流を提供できる。第２の電流源は、半導体発光素子がロウレベルにあるとき、出力ノードに電子素子を介して電力を供給できる。
【００１４】
本発明の駆動回路及び光素子回路では、電子素子は、一端と他端との間に設けられた抵抗素子を含むことができる。また、電子素子は、一端と他端との間に設けられた半導体素子を含むことができる。
【００１５】
本発明の光素子回路では、半導体発光素子は、半導体レーザを含むことができる。或いは、光素子回路では、半導体発光素子は、半導体光増幅器を含むことができる。
【００１６】
本発明の光素子回路は、別の出力に接続された負荷素子を更に備えることができる。この光素子回路では、負荷素子は、半導体発光素子を含むことができる。この半導体発光素子は、負荷素子に加えられた電力を光として放出するために役立つ。
【００１７】
本発明の駆動回路及び光素子回路では、駆動信号生成部は、半導体発光素子を第１の発光パワーで駆動する第１の信号値と、第２の発光パワーで駆動する第２の信号値を有する駆動信号を発生するように構成されている。第１の発光パワーは第２の発光パワーより大きい。半導体発光素子のインピーダンスは、第１の発光パワーを生成するときに第１のインピーダンス以下を示すと共に第２の発光パワーを生成するときに第２のインピーダンス以上を示すように構成されている。第１のインピーダンスは、第２のインピーダンスより小さい。電子素子は、第２のインピーダンス値以下の抵抗性インピーダンスを有するように構成されている。この範囲の抵抗性インピーダンス値によれば、半導体発光素子が発生する光信号のロウレベルの変動を縮小することができる。
【００１８】
本発明の駆動回路及び光素子回路では、駆動信号生成部は、半導体発光素子を第１の発光パワーで駆動する第１の信号値と、第２の発光パワーで駆動する第２の信号値を有する駆動信号を発生するように構成されている。第１の発光パワーは第２の発光パワーより大きい。半導体発光素子のインピーダンスは、第１の発光パワーを生成するときに第１のインピーダンス以下を示すと共に第２の発光パワーを生成するときに第２のインピーダンス以上を示すように構成されている。第１のインピーダンスは、第２のインピーダンスより小さい。電子素子は、第１のインピーダンス値以上の抵抗性インピーダンスを有するように構成されている。この範囲の抵抗性インピーダンスの値によれば、パワーの消費を小さくすることが好適である。
【００１９】
本発明の更なる別の側面は、光モジュールに係わる。光モジュールは、半導体発光素子と、電子素子と、キャパシタと、搭載部材と、駆動素子とを備える。半導体発光素子は、一端及び他端を有する。この一端は、電源ラインに電気的に接続されている。電子素子は、半導体発光素子に電気的に接続された一端と、差動増幅回路の入力及び出力に電気的に接続されるように設けられた他端と、一端と他端との間に抵抗性インピーダンスを有している。キャパシタは、電子素子の他端に電気的に接続された一端と、他端とを有する。搭載部材は、半導体発光素子及びキャパシタを搭載する。駆動素子は、半導体発光素子の一端に電気的に接続されており、所定の伝送レートの駆動信号を発生する。
【００２０】
差動増幅回路に接続された電子素子を介してキャパシタを半導体発光素子に接続した光モジュールにおいては、発明者の実験によれば、光信号のロウレベルの変動を小さくできる。故に、光モジュールを用いると、ロウレベルの変動を小さくすることが可能である。
【００２１】
本発明の光モジュールは、差動増幅回路を含む半導体素子を更に備えることができる。差動増幅回路は、参照入力を受けるための第１の入力、第２の入力及び出力を有する。或いは、駆動素子は、差動増幅回路を含むことができる。この差動増幅回路は、参照入力を受けるための第１の入力、第２の入力及び出力を有する。
【００２２】
本発明の光モジュールは、半導体発光素子と、負荷素子と、電子素子と、搭載部材と、駆動素子とを備える。半導体発光素子は、一端及び他端を有する。負荷素子は、一端及び他端を有する。電子素子は、半導体発光素子に電気的に接続された一端と、負荷素子の他端に電気的に接続された他端と、一端と他端との間に抵抗性インピーダンスとを有している。搭載部材は、半導体発光素子及び負荷素子を搭載する。駆動素子は、半導体発光素子の他端及び負荷素子の他端に電気的にそれぞれ接続されており、所定の伝送レートの駆動信号及び相補駆動信号を発生する。
【００２３】
電子素子が半導体発光素子と負荷素子との間に接続されている光モジュールにおいては、発明者の実験によれば、光信号のロウレベルの変動を小さくできる。
【００２４】
本発明の光モジュールでは、負荷素子は半導体発光素子を含むことができる。この半導体発光素子は、負荷素子に加えられた電力を光として放出するために役立つ。
【００２５】
本発明の光モジュールでは、電子素子と駆動素子とは、集積素子を構成している。駆動素子及び半導体発光素子は、駆動素子と半導体発光素子との間隔が所定の伝送レートに対応する波長の１／６以下の長さになるように配置されている。
【００２６】
本発明の光モジュールでは、電子素子と半導体発光素子とは集積素子を構成している。電子素子と半導体発光素子との距離を短縮できる。
【００２７】
本発明の光モジュールは、ペルチェ素子を更に備えることができる。搭載部材は、ペルチェ素子上に設けられている。ペルチェ素子上には、電子素子を配置できるので、電子素子と半導体発光素子との距離を短縮できる。
【００２８】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の光モジュールに係わる実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００３０】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係わる光素子回路を示す回路図である。光素子回路１ａは、半導体発光素子３と、負荷素子７と、駆動回路１１とを備える。
【００３１】
半導体発光素子３としては、半導体レーザ又は半導体光増幅器が例示され、また半導体レーザとしては、ファブリペロー型半導体レーザ及びＤＦＢ型半導体レーザが例示される。半導体発光素子３は、一端３ａ及び他端３ｂを有する。半導体発光素子３が半導体レーザ又は半導体光増幅器である場合、一端３ａはアノード及びカソートの一方（図１では、カソード）であり、他端３ｂはアノード及びカソートの他方（図１では、アノード）である。半導体発光素子３は、光ファイバといった光導波路５に光５ａを提供するように光学的に結合されている。半導体発光素子３は、また、駆動信号を受けて信号光５ｂを発生する。半導体発光素子３の他端３ｂは、基準電位が与えられた導電体（以下、基準電位線ともいう）９、例えば電源線に電気的に接続されている。
【００３２】
駆動回路１１は、信号入力１１ａと、参照入力１１ｂと、出力１１ｃとを有する。信号入力１１ａは、半導体発光素子３を駆動するための入力信号を受ける。参照入力１１ｂは、参照信号を受ける。出力１１ｃは、半導体発光素子に接続される。
【００３３】
駆動回路１１は、電子素子１３と、第１のキャパシタ１５と、第２のキャパシタ１７と、差動増幅部１９と、駆動信号生成部２１とを備える。電子素子１３は、一端１３ａ及び他端１３ｂを有しており、一端１３ａは、ノード１１ｄ（出力１１ｃ）に電気的に接続されており、他端１３ｂは、ノード１１ｅに電気的に接続されている。電子素子１３は、一端１３ａと他端１３ｂとの間に抵抗性インピーダンスを有している。抵抗性インピーダンスは、複素インピーダンスの実部の値により与えられる。電子素子１３は、一端１３ａと他端１３ｂとの間に設けられた抵抗素子を含むことができる。図２（ａ）は、一端２３ａと他端２３ｂとを有する抵抗素子２３を示している。抵抗素子２３は、抵抗性インピーダンスに対応した抵抗値を有する。抵抗素子２３は、サイズが小さく、また半導体素子内に集積化することもできる。また、電子素子１３は、一端１３ａと他端１３ｂとの間に設けられた半導体素子を含むことができる。図２（ｂ）は、半導体素子２５を示している。半導体素子２５は、電界効果トランジスタ２５ａを含む。電界効果トランジスタ２５ａは、一端２５ｂ（例えば、ソース）と、他端２５ｃ（例えば、ドレイン）と、ゲート２５ｄを有している。ゲート２５ｄには、バイアス回路２５ｅから電圧が供給されている。電界効果トランジスタ２５ａは、抵抗性インピーダンスに対応しておりソース・ドレイン間電圧及びゲート電圧により決定される等価抵抗値を示す。半導体素子は、サイズが小さく、半導体素子に集積化することもできる。
【００３４】
第１のキャパシタ１５及び第２のキャパシタ１７は、第１のノード１１ｅと基準電位線９との間に設けられる。第１のキャパシタ１５の高周波特性は、第２のキャパシタ１７の高周波特性より優れる。第１のキャパシタ１５は、出力ノード１１ｃにおいて生じる可能性のある高速の電位変位の大きさを縮小できる。第２のキャパシタ１７のキャパシタンスは、第１のキャパシタ１５のキャパシタンスより大きい。第２のキャパシタ１７は、第１のノード１１ｅの電位をより安定化するために役立つ。
【００３５】
差動増幅部１９は、オペアンプといった差動増幅素子１９ａを含む。差動増幅素子１９ａは、第１のノード１１ｅに電気的に接続された第１の入力１９ｂ、参照ノード１１ｂに電気的に接続された第２の入力２１ｃ、及び第１のノード１１ｅに電気的に接続された出力２１ｄを有している。差動増幅部１９は、参照ノード１１ｂに与えられた参照電圧に出力２１ｃの電圧値を近づけるように動作する。第１のノード１１ｅの電圧は、参照ノード１１ｂに与えられた信号に応じて決定される。差動増幅部１９は、差動増幅部１９ａの出力１９ｄと第１のノード１１ｅとの間に設けられた抵抗素子１９ｅを更に備えることができる。抵抗素子１９ｅの一端１９ｆは差動増幅部１９ａの出力１９ｄに電気的に接続されており、他端１９ｇは第１のキャパシタ１５及び第２のキャパシタ１７の一端に電気的に接続されている。抵抗素子１９ｅによれば、第２のキャパシタ１７を充電するときに、一時的に、大きな電流が差動増幅部１９に流れることを防止できる。
【００３６】
駆動信号生成部２１は、入力ノード１１ａに電気的に接続された入力２１ａと、出力ノード１１ｃに電気的に接続された第１の出力２１ｂと、相補出力ノード１１ｆに電気的に接続された第２の出力２１ｃとを有する。駆動信号生成部２１は、入力ノード１１ａと出力ノード１１ｃ及び１１ｆとの間に設けられており、入力信号２６ａから駆動信号２６ｂを生成する。具体例を示せば、駆動信号生成部２１は、信号処理部２１ｄ及びバイアス電流部２１ｅを有する。信号処理部２１ｄは、入力信号２６ａから一対の差動信号（変調信号Ｉｍ、Ｉｍｂ）を生成して、これを出力ノード１１ｃ及び１１ｆに提供する。バイアス電流部２１ｅは、出力１１ｃに電気的に接続されており、出力ノード１１ｃに接続された半導体発光素子にバイアス電流Ｉｂを提供する。
【００３７】
光素子回路１ａでは、負荷素子７が、基準電位線９と出力ノード１ｆとの間に設けられている。負荷素子７は、一端７ａ及び他端７ｂを有しており、一端７ａは、出力ノード１１ｆに電気的に接続されており、他端７ｂは、基準電位線９に電気的に接続されている。負荷素子７は、抵抗性インピーダンスを一端７ａと他端７ｂとの間に有している。負荷素子７では、半導体発光素子３の変調信号Ｉｍに対応する変調信号Ｉｍｂのパワーが消費される。例えば、負荷素子７は、一端７ａと他端７ｂとの間に設けられた抵抗素子を含むことができる。図３（ａ）は、一端２７ａと他端２７ｂとを有する抵抗素子２７を示している。抵抗素子２７は、サイズが小さくできる。また、負荷素子７は、一端７ａと他端７ｂとの間に設けられた半導体レーザ素子といった半導体発光素子２９を含むことができる。図３（ｂ）は、半導体発光素子２９を示している。半導体発光素子２９は、一端２９ａ（例えば、アノード）と他端２９ｂ（例えば、カソード）とを有している。半導体発光素子２９は、駆動回路１１からのパワーを熱だけでなく光に変換できるので、負荷素子７の発熱を小さくできる。
【００３８】
電子素子１３を介してキャパシタ１５及び１７に接続されている駆動回路１１に半導体発光素子３を接続した光素子回路１ａにおいては、発明者の実験によれば、光信号のロウレベルの変動を小さくできる。また、駆動回路は、ロウレベルの変動を小さくすることが可能である。
【００３９】
半導体発光素子３として半導体レーザ素子又は半導体光増幅素子を用いる光素子回路では、第１のノード１１ｅの電圧は、好適な実施例として、Ｖｃｃ−１（ボルト）程度に設定される。Ｖｃｃは基準電位線９の電圧を示す。第１のノード１１ｅの電圧は、参照ノードに与えられる信号によって決定される。
【００４０】
図４（ａ）は、別の駆動回路に接続された半導体レーザ素子の出力光の波形を示している。図４（ｂ）は、半導体レーザ素子への入力信号を示している。別の駆動回路は、図１に示された駆動回路と異なっており、電子素子１３、キャパシタ１５及び１７、並びに差動増幅部１９を含まない。図１に示された駆動回路１１を用いると、出力光のロウレベルの変動を小さくできる。発明者の行った様々な実験によれば、半導体光回路において、２０オーム程度の抵抗値を有する電子素子１３、１００ピコファラッド程度のキャパシタンスを有するキャパシタ１５、０．０１マイクロファラッド程度のキャパシタンスを有するキャパシタ１７を用いたときに、ある半導体レーザ素子を用いている。
【００４１】
図４（ｃ）は、半導体レーザ素子及び半導体光増幅素子といった半導体発光素子の特性図を示している。特性図では、横軸は半導体発光素子の光パワーであり、縦軸は半導体発光素子の抵抗性インピーダンスを示している。発明者による実験によれば、上記の半導体レーザ素子のハイレベルにおける抵抗性インピーダンス（図４（ｃ）の領域ＲＨ）は、５オームから１０オームの範囲にあり、ロウレベルにおける抵抗性インピーダンス（図４（ｃ）の領域ＲＬ）は、２０オームから４０オームの範囲にある。そこで、ロウレベルの変動を小さくするためには、電子素子１３の抵抗性インピーダンスは、ロウレベルにおける抵抗性インピーダンス値よりも小さい。また、電子素子１３の抵抗性インピーダンスを光信号のハイレベルにおける抵抗性インピーダンス値よりも大きくすれば、ロウレベルの波形を整えるだけでなくハイレベルの波形には影響を与えにくいという利点がある。
【００４２】
本実施の形態の光素子回路１ａによれば、駆動信号生成部２１に流れる電流の一部分は電子素子１３から供給されるので、半導体発光素子のロウレベルの波形が乱れない。また、半導体発光素子のロウレベルの波形を乱すことなく、駆動信号生成部２１の電流駆動能力を小さくできる。
【００４３】
発明者の知見によれば、半導体発光素子の消光比を（好ましくは、半分程度に）小さくすることにより、ロウレベルの変動を小さくできる。しかしながら、消光比を小さくすると、光信号の振幅が小さくなると共にロウレベルの光パワーが相対的に増加する。故に、光信号伝送におけるＳＮ比に対して好ましくない。本実施の形態の光素子回路を用いれば、消光比を変更しなくても、ロウレベルの変動を小さくできる。
【００４４】
また、発明者の知見によれば、半導体発光素子のチャーピングを小さくすれば、直接変調の半導体レーザ素子及び半導体光増幅素子といった半導体発光素子を用いて光信号を相対的に長距離の伝送を行うことができる。半導体発光素子に流す信号電流を小さくすれば、半導体発光素子のチャーピングは小さくできるけれども、駆動回路に関連する寄生容量を速やかに充電及び放電できなくなる場合がある。しかしながら、本実施の形態の光素子回路を用いれば、駆動回路に流す電流に比べて発光素子に流す電流をより小さくできるので、速やかに充放電ができる。
【００４５】
さらに、発明者の知見によれば、半導体レーザ素子といった半導体発光素子は、光信号の立ち上がりが早く、立ち下がりが遅い。実施の形態の光素子回路を用いれば、光信号の立ち上がりが相対的に遅くでき、立ち下がりを相対的に早いという特性を示す。長距離伝送を行う場合、チャーピングの観点から、立ち上がりを相対的に遅くすると共に、立ち下がりを相対的に早くすることが好ましい。
【００４６】
本実施の形態の光素子回路では、電子素子１３の一端１３ａを出力ノード１１ｃに接続すると共に、他端１３ｂを、基準電位線９に直接に接続することなく、差動増幅部１９の出力に接続している。この接続形態により、光素子回路の消費で電流を小さくできる。なぜなら、光通信用の半導体発光素子の順方向電圧Ｖｆは、例えば、１．５ボルト程度であり、故に、基準電位線に直接に接続する回路の消費電流は、本実施の形態の光素子回路の消費電流に比べて大きくなる。故に、ノード１１ｅの電圧は、基準電位線９の電圧と、半導体発光素子の順方向電圧Ｖｆとの間の電圧に設定される。本実施の形態の光素子回路では、参照ノードの信号値は、基準電位線の電位を基準に決定されている。
【００４７】
後の実施の形態において説明されるけれども、光モジュールの形態では、電子素子１３はペルチェ素子上に配置されるものがある。電子素子１３の消費電流が小さくなれば、ペルチェ素子への負荷が減る。
【００４８】
電子素子１３の他端を基準電位線に直接に接続する回路では、半導体発光素子のカソードの電圧が上昇するとき、基準電位線の電圧に向けて指数関数的に変化していく。この回路では、指数関数的な変化のため、カソードの電圧の変化が速い。この回路におけるロウレベルの変動は、電子素子１３を備えない回路におけるロウレベルの変動に比べて小さく、本実施の形態の回路におけるロウレベルの変動に比べて大きい。
【００４９】
本実施の形態の光素子回路１ａにおいては、第１のノード１１ｅの電圧を（Ｖｃｃ−２）ボルト程度に設定することができる。この設定のために、参照ノードには、Ｖｃｃ−Ｖｆより大きい電圧が提供される。
【００５０】
図５は、図１に示された光素子回路１ａの変形例の回路１ｂを示す。本実施の形態の光素子回路１ｂにおいては、第１のノード１１ｅの電圧は、参照ノード信号によって決定されることなく、参照信号生成回路部１９ｈにより与えられる。参照信号生成回路部１９ｈの出力１９ｉは、差動増幅素子１９ａの入力１９ｃに接続されている。本変形例では、参照信号生成回路部１９ｈは、（Ｖｃｃ−２）ボルトの電圧を出力１９ｉに提供する。この形態では、半導体発光素子のためのバイアス電流は、電子素子１３を介して提供される。光素子回路１ｂは、駆動信号生成部２１に替えて駆動信号生成部３３を備えている。駆動信号生成部３３では、バイアス電流部が不要になる。
【００５１】
なお、光素子回路１ａに参照信号生成回路部１９ｈを加えることができる。この形態においては、参照信号生成回路部１９ｈは、Ｖｃｃと（Ｖｃｃ−Ｖｆ）との間の電圧を提供する。
【００５２】
光素子回路１ａにおいて、参照ノード１１ｂに（Ｖｃｃ−Ｖｆ）を越える電圧を出力１９ｉに提供することができる。この形態では、半導体発光素子のためのバイアス電流は、電子素子１３を介して提供される。光素子回路１ａでは、バイアス電流部が不要になる。
【００５３】
（第２の実施の形態）
図６は、別の実施の形態の光素子回路を示す回路図である。光素子回路１ｃは、半導体発光素子３と、負荷素子７と、駆動回路１４とを備える。半導体発光素子３は、半導体レーザ又は半導体光増幅器といった半導体発光素子を含むことができる。
【００５４】
駆動回路１４は、信号入力１４ａと、第１の出力１４ｃと、第２の出力１４ｆとを有する。信号入力１４ａは、半導体発光素子３を駆動するための入力信号を受ける。出力１４ｃは、半導体発光素子３に接続される。出力１４ｆは、負荷素子７に接続される。
【００５５】
駆動回路１４は、電子素子３５と、駆動信号生成部３７とを備える。電子素子３５は、一端３５ａ及び他端３５ｂを有しており、一端３５ａは、出力１４ｃ及びノード１４ｄに電気的に接続されており、他端３５ｂは、出力１４ｆ及びノード１４ｅに電気的に接続されている。電子素子３５は、一端３５ａと他端３５ｂとの間に抵抗性インピーダンスを有している。電子素子３５は、一端３５ａと他端３５ｂとの間に設けられた抵抗素子を含むことができる。図２（ａ）は、一端１５ａと他端１５ｂとを有する抵抗素子１５を示している。抵抗素子は、サイズが小さく、また半導体素子内に集積化することもできる。また、電子素子３５は、一端３５ａと他端３５ｂとの間に設けられた半導体素子を含むことができる。図２（ｂ）は、半導体素子２５を示している。半導体素子２５は、電界効果トランジスタ２５ａを含む。半導体素子は、サイズが小さく、また半導体素子に集積化できる。
【００５６】
別の実施の形態の光素子回路１ｃによっても、光素子回路１ａによって与えられる作用を得ることができる。
【００５７】
発明者による実験によれば、電子素子３５の抵抗性インピーダンスの値は、８０オーム以下であることが好ましい。負荷素子７の端子間には、キャパシタ７ｄを接続してもよい。
（第３の実施の形態）
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第１の実施の形態の光素子回路を使用できる光モジュールを示す模式図である。
【００５８】
図７（ａ）を参照すると、光モジュール５０ａは、半導体レーザ素子５２、駆動回路５４、負荷素子５６、ハウジング５８及び光導波路６０を備える。ハウジング５８は、半導体レーザ素子５２、駆動回路５４及び負荷素子５６を収容しており、光ファイバといった光導波路６０を支持している。半導体レーザ素子５２は、一対の光反射面５２ａ及び５２ｂを備える。一対の光反射面５２ａ及び５２ｂは、光共振器を構成するように設けられている。光反射面５２ａの反射率は、光反射面５２ｂの反射率より小さい。光反射面５２ａは、光導波路６０に光学的に結合されている。ハウジング５８は、リード端子５８ａ〜５８ｃを有している。リード端子５８ａは、駆動回路５４の信号入力５４ａ（図１における入力１１ａ）に接続されている。リード端子５８ｂは、駆動回路５４の参照入力５４ａ（図１における入力１１ｂ）に接続されている。リード端子５８ｃは、電源５４ｇ（図１における基準電位線９）、負荷素子５６の一端、及び半導体レーザ素子５２の一端に接続されている。半導体レーザ素子５２の他端は、駆動回路５４の出力５４ｃに接続されている。負荷素子５６の他端は、駆動回路５４の相補出力５４ｆに接続されている。
【００５９】
図７（ｂ）を参照すると、光モジュール５０ｂは、半導体光増幅素子６２、駆動回路６４、負荷素子６６、ハウジング６８及び光導波路７０を備える。ハウジング６８は、半導体光増幅素子６２、駆動回路６４及び負荷素子６６を収容しており、コア部に回折格子を有するグレーティングファイバといった光導波路７０を支持している。光導波路７０は、回折格子７０ａを備えている。半導体光増幅素子６２は、光出射面６２ａ及び光反射面６２ｂを備える。光出射面６２ａは、光導波路７０に光学的に結合されている。光出射面６２ａの反射率は、光反射面６２ｂの反射率より小さい。光反射面６２ｂと回折格子７０ａは、光共振器を構成するように設けられている。ハウジング６８は、リード端子６８ａ〜６８ｃを有している。リード端子６８ａは、駆動回路６４の信号入力６４ａ（図１における入力１１ａ）に接続されている。リード端子６８ｂは、駆動回路６４の参照入力６４ａ（図１における入力１１ｂ）に接続されている。リード端子６８ｃは、電源６４ｇ（図１における基準電位線９）、負荷素子６６の一端、及び半導体光増幅素子６２の一端に接続されている。半導体光増幅素子６２の他端は、駆動回路６４の出力６４ｃに接続されている。負荷素子６６の他端は、駆動回路６４の相補出力６４ｆに接続されている。
【００６０】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第２の実施の形態の光素子回路を使用できる光モジュールを示す模式図である。
【００６１】
図８（ａ）を参照すると、光モジュール９０ａは、半導体レーザ素子９２、駆動回路９４、負荷素子９６、ハウジング９８及び光導波路１００を備える。ハウジング９８は、半導体レーザ素子９２、駆動回路９４及び負荷素子９６を収容しており、光ファイバといった光導波路１００を支持している。半導体レーザ素子９２は、一対の光反射面９２ａ及び９２ｂを備える。一対の光反射面９２ａ及び９２ｂは、光共振器を構成するように設けられている。光反射面９２ａの反射率は、光反射面９２ｂの反射率より小さい。光反射面９２ａは、光導波路６０に光学的に結合されている。ハウジング９８は、リード端子９８ａ及び９８ｂを有している。リード端子９８ａは、駆動回路９４の信号入力９４ａ（図６における入力１４ａ）に接続されている。リード端子９８ｂは、電源９４ｇ（図１における基準電位線９）、負荷素子９６の一端及び半導体レーザ素子９２の一端に接続されている。半導体レーザ素子９２の他端は、駆動回路９４の出力９４ｃに接続されている。負荷素子９６の他端は、駆動回路９４の相補出力９４ｆに接続されている。
【００６２】
図８（ｂ）を参照すると、光モジュール９０ｂは、半導体光増幅素子１０２、駆動回路１０４、負荷素子１０６、ハウジング１０８及び光導波路１１０を備える。ハウジング１０８は、半導体光増幅素子１０２、駆動回路１０４及び負荷素子１０６を収容しており、コア部に回折格子を有するグレーティングファイバといった光導波路１１０を支持している。光導波路１１０は、回折格子１１０ａを備えている。半導体光増幅素子１０２は、光出射面１０２ａ及び光反射面５２ｂを備える。光出射面１０２ａは、光導波路７０に光学的に結合されている。光出射面１０２ａの反射率は、光反射面１０２ｂの反射率より小さい。光反射面１０２ｂと回折格子１１０ａは、光共振器を構成するように設けられている。ハウジング１０８は、リード端子１０８ａ及び１０８ｂを有している。リード端子１０８ａは、駆動回路１０４の信号入力１０４ａ（図６における入力１４ａ）に接続されている。リード端子１０８ｂは、電源１０４ｇ（図６における基準電位線９）、負荷素子１０６の一端及び半導体光増幅素子１０２の一端に接続されている。半導体光増幅素子１０２の他端は、駆動回路１０４の出力１０４ｃに接続されている。負荷素子１０６の他端は、駆動回路１０４の相補出力１０４ｆに接続されている。
【００６３】
図９は、第１〜第３の実施の形態のために使用できる半導体レーザ素子又は半導体光増幅素子といった半導体発光素子を示す斜視図である。半導体発光素子１１２は、複数の半導体層の積層物を基板上に有する半導体発光素子部１１２ａと、基板上に抵抗素子を有する抵抗素子部１１２ｂとを備える集積素子である。半導体発光素子部１１２ａは、電極（例えば、アノード電極）１１２ｃ及び電極（例えば、カソード電極）１１２ｆに接続されており、抵抗素子部１１２ｂの一端は、導電層１１２ｅを介して電極１１２ｃに接続されており、抵抗素子部１１２ｂの他端は電極１１２ｄに接続されている。
（第４の実施の形態）
図１０は、半導体集積回路素子を示す斜視図である。半導体集積回路素子１１４は、駆動信号生成回路部１１４ｂ及び差動増幅部１１４ｃを備える。駆動信号生成回路部１１４ｂ及び差動増幅部１１４ｃは、基板１１４ａ上に設けられる。この形態においては、差動増幅部１１４ｃと駆動信号生成回路部１１４ｂとは集積回路素子１１４を構成している。
【００６４】
図１１は、図１０に示された半導体集積回路素子を含む光モジュールを示す斜視図である。図１１は、第１の実施の形態の光素子回路を搭載している光モジュール１２０ａを示す。光モジュール１２０ａでは、半導体発光素子１２６、電子素子１２８、負荷素子１３０及び第１のキャパシタ１３２が、ペルチェ素子１２２上に搭載部材１２４を介して搭載される。この形態は、半導体発光素子１２６、電子素子１２８及び第１のキャパシタ１３２が互いに近接してペルチェ素子１２２上に配置できるので、ロウレベルの変動を小さくするために好適である。電子素子１２８が抵抗素子又は電界効果トランジスタといった小型素子であるので、相対的に小さい搭載領域の搭載部材１２４であっても電子素子１２８を搭載できる。半導体素子１３４は、集積回路素子１１４及び第２のキャパシタ１３４を含んでおり、搭載部材１３６上に搭載されている。搭載部材１３６は、ハウジング１４０の底面上に配置されている。搭載部材１２４ａ及び１２８ｂは、ハウジング１３８の底面上にペルチェ素子１２２を介して配置される。光ファイバ１３８は、半導体発光素子１２６に光学的に結合するようにハウジング１４０に支持される。
（第５の実施の形態）
図１２は、半導体集積回路素子を示す斜視図である。半導体集積回路素子１１６は、駆動信号生成回路部１１６ｂ及び抵抗素子部１１６ｃを備えている。駆動信号生成回路部１１６ｂ及び抵抗素子部１１６ｃは、半導体基板１１６ａ上に設けられている。この形態においては、抵抗素子部１１６ｃと駆動信号生成回路部１１６ｂとは集積回路素子１１６を構成している。
【００６５】
図１３は、図１２に示された半導体集積回路素子を含む光モジュールを示す斜視図である。図１３は、第１の実施の形態の光素子回路を搭載している光モジュール１２０ｂを示している。光モジュール１２０ｂでは、半導体発光素子１２６、負荷素子１３０及び第１のキャパシタ１３２が、ペルチェ素子１２２上に搭載部材１２４を介して搭載されている。半導体素子１４２、集積回路素子１１６、及び第２のキャパシタ１３４は搭載部材１３６上に搭載されており、半導体素子１４２は差動増幅部１９を含んでいる。搭載部材１３２は、ハウジング１３８の底面上に配置されている。搭載部材１２４ａは、ハウジング１３８の底面上にペルチェ素子１２２を介して配置されている。光ファイバ１３８は、半導体発光素子１２６に光学的に結合するようにハウジング１４０に支持されている。集積回路素子１１６は、所定の伝送レートに駆動信号を半導体発光素子１２６に与えている。この形態では、集積回路素子１１６と半導体発光素子１２６との間隔Ｄがこの伝送レートに対応する波長の１／６以下の長さになるように配置されている。この配置では、反射、やドライバ・半導体発光素子間の伝送線路特性を考えなくてもよいという利点がある。２．５Ｇｂｐｓの伝送レートでは間隔Ｄは７ミリメートル程度（最大周波数成分４ＧＨｚ、アルミナ基板として）であり、また、１０Ｇｂｐｓの伝送レートでは間隔Ｄは１．３ミリメートル程度（最大周波数成分１０ＧＨｚ、アルミナ基板として）である。
【００６６】
以上説明したように、上記の実施の形態の光素子回路及び光モジュールによれば、様々な利点が得られる。例えば、以下のような不利益を低減できる。
【００６７】
ロウレベルの変動が大きい場合には、単に光信号の波形が歪むだけでなく、次のような不利益を生じる。半導体レーザ素子といった半導体発光素子は、その光パワーが小さいとき、チャーピングが大きくなる傾向にある。チャーピングが大きくなると、長距離伝送におけるペナルティが大きくなる。つまり、波形の歪みだけでなくペナルティへも影響を与える。また、波形の歪みは、長距離及び短距離の両方に影響を与える。
【００６８】
ロウレベルのときに流れる電流を大きくすれば、ロウレベルの変動を小さくできる。この電流を大きくすると、消光比が小さくなる。つまり、実効的な信号振幅が小さくなる。加えて、ロウレベルにおける外部雑音の影響により、伝送特性が悪くなる。
【００６９】
信号伝送路に配置される光増幅器の数を増やして、消光比を小さくしたり、半導体レーザ素子への駆動電流を小さくすることが可能である。しかしながら、駆動電流を小さくすることにも限界がある。半導体レーザ素子の個々の特性ばらつきを調整する程度に駆動電流を変化させることは可能である程度であり、実質的に駆動電流を小さくことはできない。なぜなら、駆動電流は、寄生容量の充電及び放電にも利用されるからである。故に、駆動電流を小さくすることは、駆動信号の波形を劣化させる。また、駆動電流が小さい場合には、周囲の電子素子からの雑音の影響を受けやすくなる。
【００７０】
上記の実施の形態の光素子回路及び光モジュールによれば、これらの影響を低減できる。
【００７１】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることができることは、当業者によって認識され、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【００７２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の光素子回路及び光モジュールによれば、ロウレベルの変動を小さくすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本実施の形態に係わる光素子回路を示す回路図である。
【図２】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、電子素子の例示を示す図面である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、負荷素子の例示を示す図面である。
【図４】図４（ａ）は、別の駆動回路に接続された半導体レーザ素子の出力光の波形を示す図面であり、図４（ｂ）は、半導体レーザ素子への入力信号を示す図面であり、図４（ｃ）は、半導体発光素子の特性図を示している。
【図５】図５は、図１に示された光素子回路の変形例の回路を示す図面である。
【図６】図６は、別の実施の形態の光素子回路を示す回路図である。
【図７】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第１の実施の形態の光素子回路を使用できる光モジュールを示す模式図である。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第２の実施の形態の光素子回路を使用できる光モジュールを示す模式図である。
【図９】図９は、第１〜第３の実施の形態のために使用できる半導体発光素子を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、半導体集積回路素子を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、図１０に示された半導体集積回路素子を含む光モジュールを示す斜視図である。
【図１２】図１２は、半導体集積回路素子を示す斜視図である。
【図１３】図１３は、図１２に示された半導体集積回路素子を含む光モジュールを示す斜視図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ…光素子回路、３…半導体発光素子、７…負荷素子、９…基準電位線、１１…駆動回路、１１ａ…信号入力、１１ｂ…参照入力、１１ｃ…出力、１４…駆動回路、１５…第１のキャパシタ、１７…第２のキャパシタ、１９…差動増幅部、２１…駆動信号生成部、２３…抵抗素子、２５…半導体素子、２７…抵抗素子、２９…半導体発光素子、３３…駆動信号生成部、３５…電子素子３７…、駆動信号生成部、５０ａ、５０ｂ、９０ａ、９０ｂ…光モジュール、５２、９２…半導体レーザ素子、５４、６４、９４、１０４…駆動回路、５６、６６、９６、１０６…負荷素子、５８、６８、９８、１０８…ハウジング、６０、７０、１００、１１０…光導波路
【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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【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】
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【図１３】
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