(57)【要約】【課題】部品点数を少なくすると共にレーザダイオードからパルスマスク規格および消光比規格を満足する光出力波形を発生させる光送信器を得る。【解決手段】変調電流駆動回路２は、データ入力端子１から入力されたデジタル信号に応じた変調電流Ｉｍｏｄをレーザダイオード３に与える。バイアス電流源４は、レーザダイオード３の製造ばらつきに対してパルスマスク規格および消光比規格を満足する予め決定された最適な固定バイアス電流Ｉｂをレーザダイオード３に与える。温度補償器５は、レーザダイオード３の周囲温度を検出し、その周囲温度が変化してもレーザダイオード３の消光比が一定になるように変調電流駆動回路２から与えられる変調電流Ｉｍｏｄを温度補償すると共に、バイアス電流源４から与えられる固定バイアス電流Ｉｂを温度補償する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力データに応じた変調電流に変換し、その変調電流をレーザダイオードに与える変調電流駆動回路と、
上記レーザダイオードの製造ばらつきに対してパルスマスク規格および消光比規格を満足する予め決定された最適な固定バイアス電流をそのレーザダイオードに与えるバイアス電流源とを備えた光送信器。
【請求項２】
レーザダイオードの周囲温度を検出し、その周囲温度が変化してもそのレーザダイオードの消光比が一定になるように変調電流駆動回路から与えられる変調電流を温度補償する温度補償器を備えたことを特徴とする請求項１記載の光送信器。
【請求項３】
温度補償器は、
バイアス電流源から与えられる固定バイアス電流を温度補償することを特徴とする請求項２記載の光送信器。
【請求項４】
バイアス電流源は、
データの送信時にのみ固定バイアス電流が与えられるように制御されたプリバイアスデータに応じて最適な固定バイアス電流をレーザダイオードに与えることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の光送信器。
【請求項５】
光送信器に用いられるレーザダイオードの発振遅延時間、キャリア寿命、そのレーザダイオードを駆動する変調電流およびバイアス電流、そのレーザダイオードの閾値電流からなる関係式において、その発振遅延時間にパルスマスク規格に基づく許容範囲値を、そのキャリア寿命に既定値を、それら閾値電流と変調電流にバイアス電流を加えたレーザダイオード動作電流との比にレーザダイオードの製造時の電流対光出力特性の検査で求まる最大値をそれぞれ設定して、それらバイアス電流と閾値電流との比の最小値を算出するバイアス電流比最小値算出工程と、
レーザダイオードの製造時の電流対光出力特性の検査で求まる製造ばらつきによる閾値電流最大値および閾値電流最小値から、上記バイアス電流比最小値算出工程で算出されたバイアス電流と閾値電流との比の最小値とその閾値電流最大値との積を算出し、その積がその閾値電流最小値よりも小さい時に、その積をレーザダイオードの製造ばらつきに対してパルスマスク規格および消光比規格を満足する最適な固定バイアス電流として決定する固定バイアス電流決定工程とを備えた光送信器の固定バイアス電流決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信分野に用いられる光送信器およびその固定バイアス電流決定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光送信器としては、レーザドライバから入力データに応じた変調電流をレーザダイオードに与えると共に、バイアス電流源からバイアス電流をそのレーザダイオードに与え、レーザダイオードでは、その入力データに応じた光出力で送信する。
フォトダイオードでは、その光出力を電流信号に変換し、プリアンプによりその電流信号を電圧信号に変換し、ピーク検波器によりその電圧信号のピーク値を保持し、バイアス電流コントローラでは、その電圧信号のピーク値が一定になるようにバイアス電流源からレーザダイオードに与えられるバイアス電流の大きさを制御する。
このように、バイアス電流をフィードバック制御することにより、レーザダイオードに製造ばらつきがあったり、レーザダイオードの周囲温度に変化があり、レーザダイオードの電流対光出力特性が変化しても、消光比が一定な光送信器を得ることができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２６９８９７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光送信器は以上のように構成されているので、バイアス電流をフィードバック制御しており、そのためフォトダイオード、プリアンプ、ピーク検波器およびバイアス電流コントローラ等を設けなくてはならず、部品点数が多くなり高価な構成になってしまう。
また、光送信器の製造後の検査段階において、レーザダイオードから規定のレベルで光出力されるように、レーザドライバからの変調電流と共にバイアス電流源からのバイアス電流を調整しなくてはならず、この光出力調整作業を簡略化することが困難であるなどの課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、部品点数を少なくすると共に光出力調整を簡略化し、レーザダイオードからパルスマスク規格および消光比規格を満足する光出力波形が発生される光送信器およびその固定バイアス電流決定方法を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光送信器は、レーザダイオードの製造ばらつきに対してパルスマスク規格および消光比規格を満足する予め決定された最適な固定バイアス電流をそのレーザダイオードに与えるバイアス電流源を備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による光送信器を示すブロック図であり、図において、変調電流駆動回路２は、データ入力端子１から入力されたデジタル信号に応じた変調電流Ｉｍｏｄに変換し、その変調電流Ｉｍｏｄをレーザダイオード３に与えるものである。
バイアス電流源４は、レーザダイオード３の製造ばらつきに対してパルスマスク規格および消光比規格を満足する予め決定された最適な固定バイアス電流Ｉｂをレーザダイオード３に与えるものである。
温度補償器５は、レーザダイオード３の周囲温度を検出し、その周囲温度が変化してもそのレーザダイオード３の消光比が一定になるように変調電流駆動回路２から与えられる変調電流Ｉｍｏｄを温度補償すると共に、バイアス電流源４から与えられる固定バイアス電流Ｉｂを温度補償するものである。
【０００８】
次に動作について説明する。
図１において、データ入力端子１からデジタル信号が変調電流駆動回路２に入力され、変調電流駆動回路２では、そのデジタル信号に応じた変調電流Ｉｍｏｄに変換する。また、バイアス電流源４では、後述する固定バイアス電流決定方法により、レーザダイオード３の製造ばらつきに対してパルスマスク規格および消光比規格を満足する最適な固定バイアス電流Ｉｂが予め決定されている。これら変調電流Ｉｍｏｄおよび固定バイアス電流Ｉｂは、レーザダイオード３に与えられ、そのレーザダイオード３を駆動する。
【０００９】
次に固定バイアス電流決定方法について説明する。
図２はレーザダイオードの電流対光出力特性を示す特性図であり、図では、横軸に駆動電流、縦軸に光電力を取ったもので示している。
図において、閾値電流Ｉｔｈまでの駆動電流に対してレーザダイオードはほとんど発光せず、その後、ある一定のスロープ効率で線形的に光電力は増大する。このような、レーザダイオードの特性のため、バイアス電流Ｉｂは閾値電流Ｉｔｈと同値に設定することが理想である。そしてその場合、変調電流Ｉｍｏｄに応じて図に示すＤＡＴＡ０〜ＤＡＴＡ１のレベルの光電力が発生される。なお、ＤＡＴＡ０の光電力とＤＡＴＡ１の光電力と比を消光比と言っている。
しかしながら、レーザダイオードは個々の電流対光出力特性に製造ばらつきがあるため、閾値電流Ｉｔｈにもばらつきがある。そのため、バイアス電流Ｉｂを固定電流とする場合は、レーザダイオードの電流対光出力特性の製造ばらつきを考慮した最適な値を決定する必要がある。
【００１０】
バイアス電流Ｉｂの最適値を求めるために、次式（１）を使用する。
Ｔｄ＝τｎ×ｌｎ｛Ｉｍｏｄ／（Ｉｍｏｄ＋Ｉｂ−Ｉｔｈ）｝        （１）
但し、Ｔｄは発振遅延時間、τｎはキャリア寿命、Ｉｍｏｄは変調電流、Ｉｂはバイアス電流、Ｉｔｈは閾値電流である。
ここで、発振遅延時間Ｔｄとは、レーザダイオードに電流を通電してから発光するまでの遅れ時間を言う。図３はレーザダイオードの発振遅延時間を示す説明図であり、レーザダイオードにこの図３に示すようにＩ＞Ｉｔｈの電流を流すと、レーザ発振（発光）は時間Ｔｄ後に起き、この時間Ｔｄを発振遅延時間と言う。このような発振の遅れは光伝送では好ましくないので、レーザダイオードにバイアス電流Ｉｂを流すことで遅れ時間を短縮している。
また、キャリア寿命τｎとは、半導体の物性を示すパラメータの一つで、電子または正孔が再結合するまでに要する時間であり、上式（１）では、定数（既定値）として扱っている。
【００１１】
次に、上式（１）に、次式（２）から（４）を代入し変形を行う。
Ｉｏｐ＝Ｉｍｏｄ＋Ｉｂ                                          （２）
ａ    ＝Ｉｂ／Ｉｔｈ                                            （３）
α    ＝Ｉｔｈ／Ｉｏｐ                                          （４）
変形後の式は、次式（５）となる。
Ｔｄ＝τｎ×ｌｎ｛（１−ａα）／（１−α）｝                    （５）
但し、Ｉｏｐはレーザダイオード動作電流、ａはバイアス電流Ｉｂと閾値電流Ｉｔｈとの比（以下、バイアス電流比と言う）、αは閾値電流Ｉｔｈとレーザダイオード動作電流Ｉｏｐとの比である。
【００１２】
上式（５）において、発振遅延時間Ｔｄにパルスマスク規格に基づく許容範囲値を、キャリア寿命τｎに既定値を、閾値電流Ｉｔｈとレーザダイオード動作電流Ｉｏｐとの比αにレーザダイオードの製造時の電流対光出力特性の検査で求まる最悪値（最大値）をそれぞれ代入すれば、上式（５）は未知数がバイアス電流比ａのみの式となるので、その式から発振遅延時間Ｔｄの許容範囲値を満たすバイアス電流比ａの最小値を算出する（バイアス電流比最小値算出工程）。
ここで、パルスマスクとは、光出力波形のことを示すものである。図４はパルスマスクおよびパルスマスク規格を示す説明図であり、例えば、図に示したような波形を、パルスマスクと言い、上下長方形、中央六角形のようなマスクを、パルスマスク規格と言う。パルスマスクはパルスマスク規格のマスクにかぶらないようにしなければならない。
また、図５は発振遅延時間の許容範囲値とパルスマスク規格との関係を示す説明図であり、パルスマスクの立上りがパルスマスク規格のマスクにかぶらないようにするには、パルスマスクの立上りが点線Ａと点線Ｂとの間に存在すれば良いので、この場合は、矢印Ｃの時間間隔の発振遅延を許容範囲値として求めることができる。
さらに、閾値電流Ｉｔｈとレーザダイオード動作電流Ｉｏｐとの比αの最悪値とは、レーザダイオード動作電流Ｉｏｐを固定値として、閾値電流Ｉｔｈが大きい場合に発振遅延時間Ｔｄが大きくなることから、Ｉｔｈ／Ｉｏｐの最大値のことを示すものである。これら閾値電流Ｉｔｈおよびレーザダイオード動作電流Ｉｏｐは、レーザダイオードの製造時に電流対光出力特性の検査を実施しているので、比αを求めることができる。なお、製造時の検査では、上記最悪値以上の比αを有するレーザダイオードを不良として除外している。
【００１３】
次に、レーザダイオードの製造時の電流対光出力特性の検査で求まる閾値電流Ｉｔｈの製造ばらつきによる閾値電流最大値Ｉｔｈ（Ｍａｘ）および閾値電流最小値Ｉｔｈ（ｍｉｎ）を用い、次式（６）、（７）を満たすバイアス電流Ｉｂを求め、レーザダイオードの製造ばらつきに対してパルスマスク規格および消光比規格を満足する最適な固定バイアス電流Ｉｂとして決定する（固定バイアス電流決定工程）。
Ｉｂ＝ａ×Ｉｔｈ（Ｍａｘ）                                      （６）
Ｉｂ＜Ｉｔｈ（ｍｉｎ）                                          （７）
ここで、上式（６）は、レーザダイオードの製造ばらつきに対してパルスマスク規格を満たす条件式である。なぜなら、バイアス電流比ａの最小値がパルスマスク規格を満足する発振遅延時間Ｔｄの許容範囲値から求められたものであるからである。
また、上式（７）は、消光比規格を満たす条件式である。一般に、Ｉｂ≧Ｉｔｈの場合、Ｉｂ＜Ｉｔｈと比較して消光比劣化が大きくなる。なぜなら、消光比はデータｈｉｇｈとデータｌｏｗとの光出力の比率で決定されるからである。電流対光出力特性でも分かるように閾値電流Ｉｔｈを境にしてレーザダイオードは発光し、Ｉｂ≧Ｉｔｈの場合、データｌｏｗでも発光するため消光比が小さくなる。そこで、消光比劣化を防ぐためＩｂ＜Ｉｔｈの条件を設定している。
なお、閾値電流Ｉｔｈに、最大値Ｉｔｈ（Ｍａｘ）および最小値Ｉｔｈ（ｍｉｎ）を用いているのは、レーザダイオードの電流対光出力特性の製造ばらつきを考慮したためである。
【００１４】
このようにして、レーザダイオードの製造ばらつきに対してパルスマスク規格および消光比規格を満足する最適な固定バイアス電流Ｉｂが決定され、バイアス電流源４からレーザダイオード３に与えられる。
さらに、図１において、温度補償器５は、レーザダイオード３の周囲温度を検出する。ここで、レーザダイオード３は、その周囲温度の変化により電流対光出力特性が変化してしまうが、温度補償器５では、その周囲温度が変化し、電流対光出力特性が変化しても、レーザダイオード３の消光比が一定になるように変調電流駆動回路２から与えられる変調電流Ｉｍｏｄを温度補償すると共に、バイアス電流源４から与えられる固定バイアス電流Ｉｂを温度補償する。
【００１５】
以上のように、この実施の形態１によれば、レーザダイオード３の電流対光出力特性の製造ばらつきに対してパルスマスク規格および消光比規格を満足する予め決定された最適な固定バイアス電流Ｉｂをレーザダイオード３に与えるバイアス電流源４を備えたので、バイアス電流をフィードバック制御する場合のように部品点数が多くなることなく、部品点数を少なくし、安価に構成することができる。
また、予め固定バイアス電流Ｉｂに決定されているので、光送信器の製造後の検査段階においてバイアス電流源４を調整する必要が無く、光出力調整を簡略化することができる。
さらに、レーザダイオード３からパルスマスク規格および消光比規格を満足する光出力波形を得ることができる。
さらに、データ送信を時間軸上で連続的に行う連続モード光送信器に適した光送信器を得ることができる。
さらに、レーザダイオード３の周囲温度が変化し、そのレーザダイオード３の電流対光出力特性が変化しても、変調電流Ｉｍｏｄおよび固定バイアス電流Ｉｂを温度補償し、レーザダイオード３の消光比を一定にすることができる。
【００１６】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２による光送信器を示すブロック図であり、図において、バイアス電流源７は、プリバイアスデータ入力端子６から入力される、データの送信時にのみ固定バイアス電流Ｉｂが与えられるように制御されたプリバイアスデータに応じて最適な固定バイアス電流Ｉｂをレーザダイオード３に与えるものである。その他の構成については実施の形態１と同一である。
【００１７】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１では、連続モード光送信器に適した光送信器について説明したが、この実施の形態２では、データ送信を時間軸上で与えられた時間のみ断続的に行うバーストモード光送信器に適した光送信器について説明するものである。
バーストモード光送信器は、与えられた時間のみデータ送信が可能であり、それ以外の時間は、別の光送信器がデータ送信を行うためレーザダイオード３の発光が禁止されている。また、固定バイアス電流Ｉｂは、閾値電流Ｉｔｈよりも小さい値に設定されているが、固定バイアス電流Ｉｂがレーザダイオード３に与えられれば、僅かであるが発光する。
そこで、図６において、バイアス電流源７では、プリバイアスデータ入力端子６から入力されるプリバイアスデータに応じて固定バイアス電流Ｉｂをレーザダイオード３に与える。
図７はデジタル信号とプリバイアスデータとを示す説明図であり、上段がデータ入力端子１から入力されるデジタル信号、下段がプリバイアスデータ入力端子６から入力されるプリバイアスデータである。プリバイアスデータは、データ送信の可能時、すなわち、デジタル信号の入力時のみ固定バイアス電流Ｉｂがレーザダイオード３に与えられるように、ｈｉｇｈレベルに制御されている。
【００１８】
以上のように、この実施の形態２によれば、バイアス電流源７において、データの送信時にのみ固定バイアス電流Ｉｂが与えられるように制御されたプリバイアスデータに応じて最適な固定バイアス電流Ｉｂをレーザダイオード３に与えるようにしたので、連続モード光送信器ではなく、データ送信を時間軸上で与えられた時間のみ断続的に行うバーストモード光送信器に適した光送信器を得ることができる。
なお、従来の技術では、バイアス電流をフィードバック制御したが、この実施の形態２で示したようなデータ送信を断続的に行うバーストモード光送信器では、その光出力が断続的なため安定せず、信頼性のあるフィードバック値が得られないので、バーストモード光送信器にバイアス電流をフィードバック制御する方式を適用することは不向きであるが、この実施の形態２では、フィードバック制御ではなく、予め決定された最適な固定バイアス電流Ｉｂをレーザダイオード３に与える方式なので、バーストモード光送信器との組合せにおいて適している。
【００１９】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３による光送信器を示すブロック図であり、図において、温度補償器８は、レーザダイオード３の周囲温度を検出し、その周囲温度が変化してもそのレーザダイオード３の消光比が一定になるように変調電流駆動回路２から与えられる変調電流Ｉｍｏｄを温度補償するものであり、上記実施の形態１とは異なり、バイアス電流源４から与えられる固定バイアス電流Ｉｂは温度補償しないものである。その他の構成については実施の形態１と同一である。
【００２０】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１における温度補償器５では、変調電流駆動回路２から与えられる変調電流Ｉｍｏｄと共に、バイアス電流源４から与えられる固定バイアス電流Ｉｂを温度補償したが、この実施の形態３における温度補償器８では、変調電流駆動回路２から与えられる変調電流Ｉｍｏｄのみ温度補償し、バイアス電流源４から与えられる固定バイアス電流Ｉｂは温度補償しないものである。
このように構成しても、レーザダイオード３の周囲温度が変化し、そのレーザダイオード３の電流対光出力特性が変化しても、変調電流Ｉｍｏｄを温度補償し、レーザダイオード３の消光比を一定にすることができる。
【００２１】
以上のように、この実施の形態３によれば、レーザダイオード３の周囲温度を検出し、その周囲温度が変化してもレーザダイオード３の消光比が一定になるように変調電流駆動回路２から与えられる変調電流Ｉｍｏｄを温度補償する温度補償器８を備えたので、バイアス電流源４から与えられる固定バイアス電流Ｉｂを温度補償する必要が無いので、温度補償器８において、固定バイアス電流Ｉｂを温度補償する回路を簡略化することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、レーザダイオードの製造ばらつきに対してパルスマスク規格および消光比規格を満足する予め決定された最適な固定バイアス電流をそのレーザダイオードに与えるバイアス電流源を備えるように構成したので、バイアス電流をフィードバック制御する場合のように部品点数が多くなることなく、部品点数を少なくし、安価に構成することができる。
また、予め固定バイアス電流に決定されているので、光送信器の製造後の検査段階においてバイアス電流源を調整する必要が無く、光出力調整を簡略化することができる。
さらに、レーザダイオードからパルスマスク規格および消光比規格を満足する光出力波形を得ることができる。
さらに、データ送信を時間軸上で連続的に行う連続モード光送信器に適した光送信器を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による光送信器を示すブロック図である。
【図２】レーザダイオードの電流対光出力特性を示す特性図である。
【図３】レーザダイオードの発振遅延時間を示す説明図である。
【図４】パルスマスクおよびパルスマスク規格を示す説明図である。
【図５】発振遅延時間の許容範囲値とパルスマスク規格との関係を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２による光送信器を示すブロック図である。
【図７】デジタル信号とプリバイアスデータとを示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態３による光送信器を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  データ入力端子、２  変調電流駆動回路、３  レーザダイオード、４，７バイアス電流源、５，８  温度補償器、６  プリバイアスデータ入力端子。
【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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