(57)【要約】【課題】バースト送信に対応できるレーザ光送信装置において、レーザ駆動回路の高速応答性が確保され、レーザ駆動回路に入力される信号波形に応じた、正確な波形の発光出力が常時得られるレーザ光送信装置を提供する。【解決手段】通信のための光信号を照射する第１のレーザダイオードＬＤ１と、電流制御のためのモニター専用光信号を照射する第２のレーザダイオードＬＤ２と、第１及び第２のレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の発光をモニターするフォトダイオードＰＤと、前記フォトダイオードＰＤのモニター出力に基づいて第１、第２のレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の駆動電流を制御する自動電流制御回路３とを備える。第２のレーザダイオードＬＤ２には、第１のレーザダイオードＬＤ１への信号入力がない時間領域において第２のレーザダイオードＬＤ２が発光するような断続的なモニター用電気信号が入力される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信のための光信号を照射する第１のレーザダイオードと、電流制御のためのモニター用光信号を照射する第２のレーザダイオードと、第１及び第２のレーザダイオードの発光をモニターするフォトダイオードと、第１のレーザダイオードの駆動電流を生成する第１のレーザ駆動回路と、第２のレーザダイオードの駆動電流を生成する第２のレーザ駆動回路と、前記フォトダイオードのモニター出力に基づいて第１、第２のレーザダイオードの駆動電流を制御する自動電流制御回路とを備え、
前記第１のレーザ駆動回路には送信したい電気信号が入力され、第２のレーザ駆動回路には、第１のレーザ駆動回路への信号入力がない時間領域において第２のレーザダイオードが発光するような断続的なモニター用電気信号が入力されることを特徴とするレーザ光送信装置。
【請求項２】
第１及び第２のレーザダイオードが同一の半導体基板上に形成されている請求項１記載のレーザ光送信装置。
【請求項３】
第１及び第２のレーザ駆動回路が同一の半導体基板上に形成されている請求項１記載のレーザ光送信装置。
【請求項４】
前記フォトダイオードが、第１及び第２のレーザダイオードの発光をそれぞれモニターする、独立した第１、第２のフォトダイオードで構成されている請求項１記載のレーザ光送信装置。
【請求項５】
前記第１、第２のフォトダイオードが、同一の半導体基板上に形成されている請求項４記載のレーザ光送信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に適するレーザ光送信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＴＭ通信などに使われるレーザ光送信装置は、レーザダイオードとそれを駆動する駆動回路から構成されている。
レーザ光送信装置は、温度などの環境変化に対して安定した動作をすることが要求される。
そこで、レーザ光送信装置の駆動回路には、レーザダイオードの出力特性に応じて、常に一定強度の発光をさせるための自動電流制御回路  （Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｉｒｃｕｉｔ；「ＡＰＣ回路」ともいう）が搭載されている。
【０００３】
この自動電流制御回路３は、図９に示すように、レーザダイオードＬＤの出力光をフォトダイオードＰＤで受光して、この受光レベルに応じた信号をドライブ回路１にフィードバックする機能を有している。
送信しようとする信号は通常、断続的なバースト（ｂｕｒｓｔ  ｍｏｄｅ）信号が使われるが、バースト信号のレベルが長時間ローレベル又はハイレベルにとどまる場合、図９の回路では自動電流制御回路３が働かず、レーザダイオードＬＤの出力制御ができなくなることがある。
【０００４】
そこで、このような場合でも、常に安定した光信号を出力できるようにするため、図１０に示すように、レーザ光送信装置に電流制御用レーザダイオードＬＤ２を追加し、この電流制御用レーザダイオードＬＤ２に一定周波数で常時オン／オフするような連続信号ｂを駆動回路２に入力して、レーザダイオードＬＤ２からの出力光をフォトダイオードＰＤでモニターして、レーザダイオードＬＤ１の電流制御を行う制御方法が提案されている。
【０００５】
この制御方法では、自動電流制御回路３は、フォトダイオードＰＤに流れる電流の実効値ないし平均値を検出し、その実効値ないし平均値が所定の設定値になるように、第１のレーザ駆動回路１及び第２のレーザ駆動回路２の発光駆動電流を制御する。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−６４２４２号公報
【非特許文献１】”Ａ  １５−ｍＷ，  １５５−Ｍｂ／ｓ  ＣＭＯＳ  Ｂｕｒｓｔ−Ｍｏｄｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｒｉｖｅｒ  ｗｉｔｈ  Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｎｄ  Ｅｎｄ−ｏｆ−Ｌｉｆｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”，  ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ  ＣＩＲＣＵＩＴＳ，  ＶＯＬ．  ３４，  ＮＯ．  １２，  ＤＥＣＥＭＢＥＲ  １９９９
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来の構成では、図１１に示すように、連続信号ｂのオン／オフ時点がパルス発生雑音源になって、その雑音が信号用レーザダイオードＬＤ１の駆動電流に乗って、信号用レーザダイオードＬＤ１の発光信号のＳ／Ｎを低下させることがある。また、連続信号ｂが正弦波であっても、その存在が、信号用レーザダイオードＬＤ１の発光条件に影響を与え、結果的に発光信号のＳ／Ｎを低下させることになる。
【０００８】
また、信号用レーザダイオードＬＤ１からフォトダイオードＰＤに光の回り込みが生じるような構造であれば、フォトダイオードＰＤの受光レベルが、電流制御用レーザダイオードＬＤ２の発光レベルに対応したものとならず、適正な電流制御ができないことになる。
そこで、本発明は、バースト送信に対応できるレーザ光送信装置において、適切な発光駆動電流条件が常時得られ、レーザ駆動回路の高速応答性が確保され、レーザ駆動回路に入力される信号波形に応じた、正確な波形の発光出力が得られるレーザ光送信装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザ光送信装置は、通信のための光信号を照射する第１のレーザダイオードと、電流制御のためのモニター専用光信号を照射する第２のレーザダイオードと、第１及び第２のレーザダイオードの発光をモニターするフォトダイオードと、第１のレーザダイオードの駆動電流を生成する第１のレーザ駆動回路と、第２のレーザダイオードの駆動電流を生成する第２のレーザ駆動回路と、前記フォトダイオードのモニター出力に基づいて第１、第２のレーザダイオードの駆動電流を制御する自動電流制御回路とを備え、第１のレーザ駆動回路には送信したい電気信号が入力され、第２のレーザ駆動回路には、第１のレーザ駆動回路への信号入力がない時間領域において第２のレーザダイオードが発光するような断続的なモニター用電気信号が入力されるものである（請求項１）。
【００１０】
この構成であれば、第１、第２のレーザダイオードの発光は、時間的に重なることがない。したがって、フォトダイオードＰＤの受光レベルは、常に、電流制御用レーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２の発光レベルに対応したものとなり、適正な電流制御を行うことができる。また、第１のレーザダイオードの発光中は、第２のレーザダイオードを発光させるモニター専用電気信号が断になるので、第１のレーザダイオードの発光に対してノイズ源になることもない。
【００１１】
前記第１及び第２のレーザダイオードが同一の半導体基板上に形成されていることが好ましい（請求項２）。一般に同一の半導体基板から得た素子同士、特に基板上で近接して作成された素子同士の特性が揃う傾向にある。したがって、２つのレーザダイオードが同一の半導体基板上に形成されていれば、レーザダイオードの特性が揃い、発光出力が厳密に制御できる。さらに、同一基板上であれば、部品点数も少なくなるので、組み立て工数の面でも簡略化できる。
【００１２】
前記第１及び第２のレーザ駆動回路が、同一の半導体基板上に形成されていることが好ましい（請求項３）。こうすると、２つのレーザ駆動回路の特性が揃い、発光出力が厳密に制御できる。さらに、同一基板上であれば、部品点数も少なくなるので、組み立て工数の面でも簡略化できる。
前記フォトダイオードが、第１及び第２のレーザダイオードの発光をモニターする、それぞれ独立した第１、第２のフォトダイオードであれば（請求項４）、フォトダイオードの光軸をレーザダイオードに合わせることが容易にでき、２つのレーザダイオードの光を正確にモニターできる。この場合、第１、第２のフォトダイオードが同一の半導体基板上に形成されていれば、２つのフォトダイオードの特性が揃い、発光出力の制御が厳密に行える（請求項５）。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明のレーザ光送信装置の概略回路図である。レーザ光送信装置は、通信のための光信号を照射する第１のレーザダイオードＬＤ１と、電流制御のためのモニター用光信号を照射する第２のレーザダイオードＬＤ２と、第１及び第２のレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の発光をモニターするフォトダイオードＰＤと、第１のレーザダイオードＬＤ１の駆動電流を生成する第１のレーザ駆動回路１と、第２のレーザダイオードＬＤ２の駆動電流を生成する第２のレーザ駆動回路２と、フォトダイオードＰＤのモニター出力に基づいてレーザダイオードの駆動電流を制御する自動電流制御回路３とを備えている。
【００１４】
前記フォトダイオードＰＤは、第２のレーザダイオードＬＤ２の発光をモニターするとともに、第１のレーザダイオードＬＤ１の発光をもモニターしている。このため、前記第１のレーザダイオードＬＤ１は、通信のための照射する光信号がフォトダイオードＰＤでモニター可能なように、２つの出力窓から光が照射されるタイプのものを用いている。このような構造は、レーザダイオードＬＤ１の前後のへき界面をそれぞれ半透過性にすることによって実現できる（特開２００２−２７０９５２号公報の段落〔０００２〕参照）。
【００１５】
第１のレーザ駆動回路１には第１のレーザダイオードＬＤ１から送信したいバースト信号ａを入力し、第２のレーザ駆動回路２には第２のレーザダイオードＬＤ２が連続発光するようなモニター用電気信号ｂを入力している。フォトダイオードＰＤの受光信号をｃで表す。
前記バースト信号ａとモニター用電気信号ｂとの関係は、図１に示すように、バースト信号ａがオフの期間ｔＢのみモニター用電気信号ｂが通電し、バースト信号ａがオンの期間ｔＡは、モニター用電気信号ｂがヌル（無）の状態となっている。このバースト信号ａとモニター用電気信号ｂとを発生する回路を図２に示す。
【００１６】
図２は、バースト信号ａとモニター用電気信号ｂとを発生する信号発生回路の一例を示す機能的な回路図である。変調回路（図示せず）で所定の符号でパルス変調された信号ｄは、バッファ回路を通して、バースト信号ａとして取り出される。一方、前記信号ｄは、前記符号の変化を平滑化できる遮断周波数を持ったローパスフィルタＬＰＦを通り、信号ｅとしてＮＡＮＤ回路に印加される。このＮＡＮＤ回路には、パルス信号発生器ＯＳＣの発振信号も入力される。ＮＡＮＤ回路には、バースト信号ａと同一振幅で、バースト信号ａがない時間領域においてのみ変化するモニター用電気信号ｂを取り出すことができる。バースト信号ａの発振時の周波数は、例えば１５５ＭＨｚ、モニター用電気信号ｂの周波数は、例えば１００ＭＨｚである。
【００１７】
このような回路構成により、時間的に見れば第１のレーザダイオードＬＤ１又は第２のレーザダイオードＬＤ２のいずれかが発光していることになるので、フォトダイオードＰＤは、図１の波形ｃに示すように、時間的に連続した光を受光することができる。
このように、フォトダイオードＰＤは、時間的に連続した、結果的に断続のない光を受光するため、自動電流制御回路３は、フォトダイオードＰＤのモニター値を用いてレーザ駆動電流を制御する際に、適切な発光駆動電流条件が常時得られる。そのため、第１のレーザ駆動回路１の高速応答性が確保され、第１のレーザ駆動回路１に入力される断続信号に応じた、正確な波形の発光出力が得られる。また、バースト信号ａが存在する時間領域では、モニター用電気信号ｂは発生しないので、第１のレーザダイオードＬＤ１の光信号のＳ／Ｎ低下要因となることもない。
【００１８】
図３は、２つのレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２及びモニター用のフォトダイオードＰＤを搭載したレーザモジュール４の内部構造を示す斜視図である。
レーザモジュール４は、キャップ７付きの底板６に、第１のレーザダイオードＬＤ１及び第２のレーザダイオードＬＤ２を搭載した基台１０と、第１のレーザダイオードＬＤ１及び第２のレーザダイオードＬＤ２の発光をモニターするフォトダイオードＰＤとを収容している。
【００１９】
底板６には、複数の電極端子５が導入され、第１のレーザダイオードＬＤ１、接地、第２のレーザダイオードＬＤ２、フォトダイオードＰＤをこれらの電極端子５に配線している。
キャップ７の開口には、無反射コーティングガラス板８が取り付けられ、第１のレーザダイオードＬＤ１の出力光は、このガラス板８を通して、外部の光ファイバの端面に照射される。第１のレーザダイオードＬＤ１及び第２のレーザダイオードＬＤ２の発光は、フォトダイオードＰＤによって検出され、レーザダイオードの駆動電流を制御するために、基板９に供給される。
【００２０】
図４は、第１のレーザ駆動回路１、第２のレーザ駆動回路２、及び自動電流制御回路３を搭載した基板９に、レーザモジュール４を接続した状態を示す斜視図である。
レーザモジュール４の電極端子５のうち、第２のレーザダイオードＬＤ２につながる電極端子を５ａ、第１のレーザダイオードＬＤ１につながる電極端子を５ｂ、フォトダイオードＰＤにつながる電極端子を５ｃで示している。
【００２１】
基板９上の配線を通して、第１のレーザ駆動回路１の出力端子は電極端子５ｂに接続され、第２のレーザ駆動回路２の出力端子は電極端子５ａに接続され、フォトダイオードＰＤにつながる電極端子５ｃは自動電流制御回路３の入力端子に接続される。また、基板９上の配線３ａを通して、自動電流制御回路３から、第１のレーザ駆動回路１、第２のレーザ駆動回路２に、それぞれ制御信号が供給される。
【００２２】
さらに、第１のレーザ駆動回路１には、配線９ａを通して、外部からバースト信号ａが入力され、第２のレーザ駆動回路２には、配線９ｂを通して、モニター用電気信号ｂが信号が入力される。
図５は、２つのレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２及びモニター用のフォトダイオードＰＤを搭載したレーザモジュール４′の内部構造の、他の一例を示す斜視図である。このレーザモジュール４′と図４のレーザモジュール４との相違点は、２つのレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２が同一の半導体基板上に形成されていることであり、他は共通である。
【００２３】
この半導体基板の共通化により、２つのレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の特性が揃い、温度を含む環境条件もほぼ同じとなる。したがって、レーザダイオードＬＤ２の発光に基づいてレーザダイオードＬＤ１の駆動電流を制御する際に、精度のよい適正な制御が行える。さらに、部品点数が少なくなるので、組み立て工数の面でも簡略化できる。
図６は、第１のレーザ駆動回路１、第２のレーザ駆動回路２、及び自動電流制御回路３を搭載した他の基板９′を示す斜視図である。図４の基板９との相違点は、第１のレーザ駆動回路１及び第２のレーザ駆動回路２が、同一の半導体基板上に形成されていることであり、他は共通である。同一の半導体基板上に近接して形成された回路どうしの特性は揃う傾向にあり、温度などの環境条件も類似となる。したがって、レーザダイオードＬＤ２の発光に基づいてレーザダイオードＬＤ１の駆動電流を制御する際に、精度のよい適正な制御が行える。さらに、部品点数が少なくなるので、組み立て工数の面でも簡略化できる。
【００２４】
なお、図５の２つのレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の半導体基板の共通化と、図６の２つのレーザ駆動回路１，２の半導体基板の共通化とを、両方実現することも可能であり、制御の精度向上のためには好ましい。
図７は、モニター用のフォトダイオードＰＤを２つ設置したレーザモジュール４″の内部構造を示す斜視図である。これらのフォトダイオードを、ＰＤ１，ＰＤ２で表す。フォトダイオードＰＤ１によってレーザダイオードＬＤ１の発光をモニターし、フォトダイオードＰＤ２によってレーザダイオードＬＤ２の発光をモニターする。したがって、レーザダイオードＬＤ１とフォトダイオードＰＤ１との光軸、レーザダイオードＬＤ２とフォトダイオードＰＤ２との光軸を揃えることが容易になり、それぞれ最適な位置でモニター光を受光できる。このため、レーザダイオードＬＤ１の駆動電流制御の正確化が図れる。なお、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の出力は、レーザモジュール４″の中で配線論理和（ｗｉｒｅｄ  ｏｒ）をとっているが、レーザモジュール４″の出力端子を別々に出して、自動電流制御回路３の中で合わせてもよい。
【００２５】
図８は、レーザモジュール４″の変形構造を示す斜視図である。この構造では、２つのフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２が同一の半導体基板上に形成されていることであり、他は図７の構造と共通である（ただしフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の出力配線の図示は省略している）。半導体基板の共通化により、２つのフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の特性が揃えやすくなり、精度のよい適正な制御が行える。さらに、部品点数が少なくなるので、組み立て工数の面でも簡略化できる。
【００２６】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において種々の変更が可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、フォトダイオードは、時間的に連続した、断続のない光を受光することができるため、自動電流制御回路は、フォトダイオードの光検出値を用いてレーザ駆動電流を制御する際に、適切な発光駆動電流条件が常時得られる。そのため、レーザ駆動回路の高速応答性が確保され、レーザ駆動回路に入力される信号波形に応じた、正確な波形の発光出力が得られる。また、バースト信号が存在する時間領域では、モニター用の電気信号は発生しないので、第１のレーザダイオードＬＤ１の光信号のＳ／Ｎ低下要因となることがない。
【００２８】
また、レーザダイオード、レーザ駆動回路又はフォトダイオードとして、同一の半導体基板上に形成されたものを用いる場合、素子の特性が揃えやすくなり、発光出力の制御を厳密にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザ光送信装置の概略回路図である。
【図２】バースト信号ａとモニター用電気信号ｂとを発生する信号発生回路の一例を示す回路図である。
【図３】２つのレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２及びモニター用のフォトダイオードＰＤを搭載したレーザモジュール４の内部構造を示す斜視図である。
【図４】第１のレーザ駆動回路１、第２のレーザ駆動回路２、及び自動電流制御回路３を搭載した基板９に、レーザモジュール４を接続した状態を示す斜視図である。
【図５】２つのレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２及びモニター用のフォトダイオードＰＤを搭載したレーザモジュール４′の内部構造の、他の一例を示す斜視図である。
【図６】第１のレーザ駆動回路１、第２のレーザ駆動回路２、及び自動電流制御回路３を搭載した他の基板９′を示す斜視図である。
【図７】モニター用のフォトダイオードＰＤを２つ設置したレーザモジュール４″の内部構造を示す斜視図である。
【図８】レーザモジュール４″の変形構造を示す斜視図である。
【図９】従来のレーザ光送信装置の駆動回路図である。
【図１０】従来の改良型レーザ光送信装置の駆動回路図である。
【図１１】連続信号ｂのオン／オフ時点がパルス発生雑音源になって、信号用レーザダイオードＬＤ１の発光信号のＳ／Ｎを低下させる様子を説明するための波形図である。
【符号の説明】
１  第１のレーザ駆動回路
２  第２のレーザ駆動回路
３  自動電流制御回路
４  レーザモジュール
５  電極端子
６  底板
７  キャップ
８  ガラス板
９  基板
１０  基台
ＬＤ１  第１のレーザダイオード
ＬＤ２  第２のレーザダイオード
ＰＤ  フォトダイオード
【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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