(57)【要約】【課題】駆動部から発光素子へ供給されるバイアス電流および変調電流の双方を精度よく制御することが可能な光源装置などを提供する。【解決手段】駆動部１２からレーザダイオード１１へバイアス電流および変調電流が供給されることでレーザダイオード１１の光出力が駆動され、その出力光強度がモニタ部１７によりモニタされる。また、基準状態下における駆動部１２の駆動条件およびモニタ部１７のモニタ結果が記憶部１５により記憶されている。そして、制御部１６による制御によって、基準状態とは異なる他の状態となったときに、当該他の条件下におけるモニタ部１７のモニタ結果と、記憶部１５により記憶されている基準状態下における駆動条件およびモニタ結果とに基づいて、新たな駆動条件が求められ、当該他の状態下において新たな駆動条件となるよう駆動部１２が制御される。【選択図】  図１
2004253653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出力する発光素子と、
前記発光素子へバイアス電流および変調電流を供給して前記発光素子を駆動する駆動部と、
前記発光素子から出力される光の強度をモニタするモニタ部と、
基準状態下における前記駆動部の駆動条件および前記モニタ部のモニタ結果を記憶する記憶部と、
前記基準状態とは異なる他の状態下における前記モニタ部のモニタ結果と、前記記憶部により記憶されている前記基準状態下における駆動条件およびモニタ結果とに基づいて、新たな駆動条件を求め、前記他の状態下において前記新たな駆動条件となるよう前記駆動部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記制御部が、前記他の状態下における前記モニタ部のモニタ結果と前記記憶部により記憶されている前記基準状態下におけるモニタ結果との差が閾値を超えたときに、前記他の状態下において前記新たな駆動条件となるよう前記駆動部を制御する、ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
光を出力する発光素子と、前記発光素子へバイアス電流および変調電流を供給して前記発光素子を駆動する駆動部と、前記発光素子から出力される光の強度をモニタするモニタ部と、を備える発光モジュールを制御する装置であって、
基準状態下における前記駆動部の駆動条件および前記モニタ部のモニタ結果を記憶する記憶部と、
前記基準状態とは異なる他の状態下における前記モニタ部のモニタ結果と、前記記憶部により記憶されている前記基準状態下における駆動条件およびモニタ結果とに基づいて、新たな駆動条件を求め、前記他の状態下において前記新たな駆動条件となるよう前記駆動部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする発光モジュール制御装置。
【請求項４】
前記制御部が、前記他の状態下における前記モニタ部のモニタ結果と前記記憶部により記憶されている前記基準状態下におけるモニタ結果との差が閾値を超えたときに、前記他の状態下において前記新たな駆動条件となるよう前記駆動部を制御する、ことを特徴とする請求項３記載の発光モジュール制御装置。
【請求項５】
光を出力する発光素子と、前記発光素子へバイアス電流および変調電流を供給して前記発光素子を駆動する駆動部と、前記発光素子から出力される光の強度をモニタするモニタ部と、を備える発光モジュールを制御する方法であって、
基準状態下における前記駆動部の駆動条件および前記モニタ部のモニタ結果を記憶しておき、
前記基準状態とは異なる他の状態下における前記モニタ部のモニタ結果と、前記記憶部により記憶されている前記基準状態下における駆動条件およびモニタ結果とに基づいて、新たな駆動条件を求め、前記他の状態下において前記新たな駆動条件となるよう前記駆動部を制御する、ことを特徴とする発光モジュール制御方法。
【請求項６】
前記他の状態下における前記モニタ部のモニタ結果と前記記憶部により記憶されている前記基準状態下におけるモニタ結果との差が閾値を超えたときに、前記他の状態下において前記新たな駆動条件となるよう前記駆動部を制御する、ことを特徴とする請求項５記載の発光モジュール制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子を含む発光モジュールを備える光源装置、ならびに、発光モジュールを制御する装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおいて光送信器に設けられる発光モジュールは、光を出力する発光素子（例えばレーザダイオード）と、発光素子へバイアス電流および変調電流を供給して発光素子を駆動する駆動部と、発光素子から出力される光の強度をモニタするモニタ部（例えばフォトダイオードおよび受光回路を含む）と、を備えている。この発光モジュールでは、発光素子は、駆動部からバイアス電流および変調電流が供給されることで、時間的に強度変調された光すなわち信号光を出力することができる。また、発光素子の後端面から出力される光の強度がモニタ部により検出され、これにより、発光素子の光出射面から出力される光の強度がモニタされる。そして、この発光モジュールを制御する発光モジュール制御装置により、このモニタ結果に基づいて、発光素子から出力される光の強度が一定となるように、駆動部から発光素子へ供給される電流がフィードバック制御される（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第５，０１９，７６９号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、モニタ部は、低コスト化および特性安定化のために受光回路が狭帯域のものとされており、したがって、発光素子から出力される光の強度の瞬時的な変化の様子を検出することができず、出力光強度の時間的な平均値しか検出することができない。その一方で、制御対象の発光素子が非線形素子であることから、発光素子を高速に駆動するには、発光素子の閾値電流の近傍にバイアス電流を設定するとともに、出力光強度の目標値に応じて変調電流を設定することが必要である。
【０００５】
また、発光素子の閾値電流の温度依存性が大きいことから、温度変化に伴って閾値電流に応じたバイアス電流を適切に設定することが重要である。すなわち、バイアス電流が閾値電流より大きいと、消光比が小さくなり、これに因る消光比ペナルティが大きくなる。逆に、バイアス電流が閾値電流より小さいと、発光素子の発光の遅延やチャープの増大の問題が生じ、発光素子から出力される光の波形や伝送特性に悪影響が生じる。それ故、温度変化に因り閾値電流が変動した場合にも、それに応じて閾値電流の近傍にバイアス電流を設定することが重要である。
【０００６】
しかしながら、従来の発光モジュールの制御では、モニタ部が出力光強度の時間的な平均値しか検出することができないことから、駆動部から発光素子へ供給されるバイアス電流および変調電流の双方を精度よく制御することが困難である。特に、高速化および長距離化が進む光リンクでは消光比を厳密に制御することが重要であるが、従来の発光モジュールの制御では不可能である。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、駆動部から発光素子へ供給されるバイアス電流および変調電流の双方を精度よく制御することが可能な光源装置、発光モジュール制御装置および発光モジュール制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光源装置は、（１）  光を出力する発光素子と、（２）  発光素子へバイアス電流および変調電流を供給して発光素子を駆動する駆動部と、（３）  発光素子から出力される光の強度をモニタするモニタ部と、（４）  基準状態下における駆動部の駆動条件およびモニタ部のモニタ結果を記憶する記憶部と、（５）  基準状態とは異なる他の状態下におけるモニタ部のモニタ結果と、記憶部により記憶されている基準状態下における駆動条件およびモニタ結果とに基づいて、新たな駆動条件を求め、他の状態下において新たな駆動条件となるよう駆動部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る発光モジュール制御装置は、光を出力する発光素子と、発光素子へバイアス電流および変調電流を供給して発光素子を駆動する駆動部と、発光素子から出力される光の強度をモニタするモニタ部と、を備える発光モジュールを制御する装置であって、（１）  基準状態下における駆動部の駆動条件およびモニタ部のモニタ結果を記憶する記憶部と、（２）  基準状態とは異なる他の状態下におけるモニタ部のモニタ結果と、記憶部により記憶されている基準状態下における駆動条件およびモニタ結果とに基づいて、新たな駆動条件を求め、他の状態下において新たな駆動条件となるよう駆動部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る発光モジュール制御方法は、光を出力する発光素子と、発光素子へバイアス電流および変調電流を供給して発光素子を駆動する駆動部と、発光素子から出力される光の強度をモニタするモニタ部と、を備える発光モジュールを制御する方法であって、基準状態下における駆動部の駆動条件およびモニタ部のモニタ結果を記憶しておき、基準状態とは異なる他の状態下におけるモニタ部のモニタ結果と、記憶部により記憶されている基準状態下における駆動条件およびモニタ結果とに基づいて、新たな駆動条件を求め、他の状態下において新たな駆動条件となるよう駆動部を制御する、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る光源装置、発光モジュール制御装置または発光モジュール制御方法では、他の状態下におけるモニタ部のモニタ結果と記憶部により記憶されている基準状態下におけるモニタ結果との差が閾値を超えたときに、他の状態下において新たな駆動条件となるよう駆動部を制御するのが好適である。
【００１２】
本発明では、駆動部から発光素子へバイアス電流および変調電流が供給されることで発光素子の光出力が駆動され、その出力光強度がモニタ部によりモニタされる。また、基準状態下における駆動部の駆動条件およびモニタ部のモニタ結果が記憶部により記憶されている。そして、制御部による制御によって、基準状態とは異なる他の状態となったときに、当該他の条件下におけるモニタ部のモニタ結果と、記憶部により記憶されている基準状態下における駆動条件およびモニタ結果とに基づいて、新たな駆動条件が求められ、当該他の状態下において新たな駆動条件となるよう駆動部が制御される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明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。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る光源装置１の構成図である。この図に示される光源装置１は、レーザダイオード１１、駆動部１２、フォトダイオード１３、受光回路１４、記憶部１５および制御部１６を備えている。これらのうち、レーザダイオード１１、駆動部１２、フォトダイオード１３および受光回路１４は、モジュール化されていて、発光モジュールを構成している。また、記憶部１５および制御部１６は、上記発光モジュールの動作を制御する発光モジュール制御装置を構成している。
【００１５】
レーザダイオード１１は、光を出力する半導体発光素子である。レーザダイオード１１は、活性層を挟んで光出射面と高反射率の後端面とが共振器を構成しており、駆動部１２から駆動電流が供給されることでレーザ発振して、光出射面から外部へ光ＬＡを出力する。また、このレーザダイオード１１は、後端面からも弱い光ＬＢを出力する。後端面から出力される光ＬＢの強度は、光出射面から出力される光ＬＡの強度に対して比例関係にある。
【００１６】
駆動部１２は、制御部１６により制御されて、レーザダイオード１１へ駆動電流を供給し、レーザダイオード１１を駆動する。光源装置１が光通信システムにおいて信号源として用いられる場合、駆動部１２は、レーザダイオード１１へ駆動電流としてバイアス電流Ｉｂおよび変調電流Ｉｍを供給する。
【００１７】
フォトダイオード１３および受光回路１４は、レーザダイオード１１から出力される光の強度をモニタするモニタ部１７を構成している。すなわち、フォトダイオード１３は、レーザダイオード１１の後端面から出力される光ＬＢを受光し、その受光強度に応じた値の電流を受光回路１４へ出力する。受光回路１４は、フォトダイオード１３から出力された電流を入力して、この電流値に応じた電圧値を出力する。これにより、フォトダイオード１３および受光回路１４を含むモニタ部１７は、レーザダイオード１１の光出射面から出力される光ＬＡの強度をモニタして、そのモニタ結果に応じた電圧値を出力することができる。この電圧値は、レーザダイオード１１の光出射面から出力される光ＬＡの強度の時間的な平均値を表している。
【００１８】
記憶部１５は、基準状態下における駆動部１２の駆動条件およびモニタ部１７のモニタ結果を記憶するものである。ここで、基準状態とは、例えば光源装置１が実使用される際の標準的な環境下におけるレーザダイオード１１の当初の動作状態である。基準状態下における駆動部１２の駆動条件とは、基準状態のときに駆動部１２からレーザダイオード１１へ供給すべきバイアス電流Ｉｂ０および変調電流Ｉｍ０、ならびに、基準状態のときにレーザダイオード１１が出力すべき光ＬＡの消光比ｅｒ  を含む。また、基準状態下におけるモニタ部１７のモニタ結果とは、基準状態のときにレーザダイオード１１から強度変調されて出力された光ＬＡがモニタ部１７によりモニタされて得られた光ＬＡの強度Ｐ０  を含む。記憶部１５は、光源装置１の工場出荷の際に、または、光通信システムにおける光源装置１の供用開始の際に、基準状態下における駆動部１２の駆動条件およびモニタ部１７のモニタ結果を予め記憶している。
【００１９】
制御部１６は、基準状態とは異なる他の状態下におけるモニタ部１７のモニタ結果と、記憶部１５により記憶されている基準状態下における駆動条件およびモニタ結果とに基づいて、新たな駆動条件を演算により求め、この求めた新たな駆動条件となるよう駆動部１２を制御する。また、制御部１６は、モニタ部１７のモニタ結果（出力光ＬＡの強度Ｐ１）と、記憶部１５により記憶されている基準状態下におけるモニタ結果（出力光ＬＡの強度Ｐ０）との差ΔＰ（＝Ｐ０−Ｐ１）が、所定の閾値を超えたときに、求めた新たな駆動条件となるよう駆動部１２を制御するのが好適である。ここで、基準状態とは異なる他の状態とは、例えば温度等の環境の変化や経時劣化に伴ってレーザダイオード１１の動作特性が基準状態時から変化した状態である。
【００２０】
次に、本実施形態に係る光源装置１に含まれる制御部１６の制御動作について詳細に説明するとともに、本実施形態に係る発光モジュール制御方法について説明する。図２は、本実施形態に係る光源装置１に含まれる制御部１６の制御動作について説明する図である。同図では、駆動部１２からレーザダイオード１１へ供給される電流の値を横軸とし、レーザダイオード１１から出力される光ＬＡの強度を縦軸として、基準状態Ｓ０および他の状態Ｓ１それぞれについて、供給電流値と出力光強度との関係が示されている。
【００２１】
ここでは、基準状態Ｓ０において、駆動部１２からレーザダイオード１１へ供給されるバイアス電流をＩｂ０とし、駆動部１２からレーザダイオード１１へ供給される変調電流をＩｍ０とする。基準状態Ｓ０において、バイアス電流Ｉｂ０が供給されているときにレーザダイオード１１から出力される光ＬＡの強度をＰＬとし、バイアス電流Ｉｂ０に加えて変調電流Ｉｍ０が供給されているときにレーザダイオード１１から出力される光ＬＡの強度をＰＨとし、レーザダイオード１１から強度変調されて出力される光ＬＡがモニタ部１７によりモニタされて得られた光ＬＡの強度をＰ０とする。また、基準状態Ｓ０において、一定電流Ｉｏｐが供給されているときにレーザダイオード１１から出力される光ＬＡの強度がＰ０となるとする。これらのパラメータは記憶部１５により記憶されている。
【００２２】
そして、環境変化や経時劣化に因り、基準状態Ｓ０から他の状態Ｓ１へ遷移したとする。この状態Ｓ１において、駆動部１２からレーザダイオード１１へバイアス電流Ｉｂ０および変調電流Ｉｍ０が供給されているときに、そのレーザダイオード１１から強度変調されて出力される光ＬＡがモニタ部１７によりモニタされて得られた光ＬＡの強度Ｐ１が、基準状態Ｓ１のときのＰ０からΔＰだけ減少したとする。また、この強度差ΔＰが所定の閾値を越えているとする。このとき、制御部１６は以下のような制御動作を行なう。
【００２３】
制御部１６は、駆動部１２からレーザダイオード１１へ供給される一定電流がＩｏｐから次第に増加するよう駆動部１２を制御するとともに、モニタ部１７によりモニタされた光ＬＡの強度の値を取得する。そして、制御部１６は、モニタ部１７によりモニタされた光ＬＡの強度と、記憶部１５により記憶されている基準状態Ｓ０時の強度Ｐ０とを比較して、両者が一致したときに上記一定電流の増加を停止させて、それまでの一定電流の増加分ΔＩｏｐの値を取得する。すなわち、状態Ｓ１において駆動部１２からレーザダイオード１１へ一定電流（Ｉｏｐ＋ΔＩｏｐ）が供給されているときにレーザダイオード１１から出力される光ＬＡの強度は、基準状態Ｓ０において駆動部１２からレーザダイオード１１へ一定電流Ｉｏｐが供給されているときにレーザダイオード１１から出力される光ＬＡの強度Ｐ０と等しくなる。
【００２４】
或いは、制御部１６は、駆動部１２からレーザダイオード１１へ供給されるバイアス電流Ｉｂ０がそのままで、変調電流がＩｍ０から次第に増加するよう駆動部１２を制御するとともに、モニタ部１７によりモニタされた強度変調光ＬＡの強度の時間的な平均値を取得する。そして、制御部１６は、モニタ部１７によりモニタされた光ＬＡの強度と、記憶部１５により記憶されている基準状態Ｓ０時の強度Ｐ０とを比較して、両者が一致したときに上記変調電流の増加を停止させて、それまでの変調電流の増加分の半分をΔＩｏｐの値として取得する。
【００２５】
制御部１６は、このようにして求めたΔＰおよびΔＩｏｐそれぞれの値、ならびに、記憶部１５により記憶されている基準状態Ｓ０時の駆動条件（バイアス電流Ｉｂ０，変調電流Ｉｍ０，消光比ｅｒ）およびモニタ結果（出力光強度Ｐ０）に基づいて、以下のような演算を行なう。
【００２６】
状態Ｓ１におけるスロープ効率Ｎｆ１は次式で表される。
【００２７】
【数１】
2004253653.tif 000003
また、消光比ｅｒは次式で表される。
【００２８】
【数２】
2004253653.tif 000004
ここで、δＩｂは、バイアス電流Ｉｂと閾値電流Ｉｔｈとの差（Ｉｂ−Ｉｔｈ）である。この（２）式より、状態Ｓ１において消光比ｅｒが一定となるための条件は次式で表される。
【００２９】
【数３】
2004253653.tif 000005
状態Ｓ１において基準状態Ｓ０時と同様の出力光強度ＰＬ，ＰＨを得るために必要なバイアス電流調整量をΔＩｂとし変調電流調整量をΔＩｍとすると、これらのパラメータを用いてＰ０は次式で表される。
【００３０】
【数４】
2004253653.tif 000006
この（４）式より、バイアス電流調整量ΔＩｂおよび変調電流調整量ΔＩｍそれぞれは次式で表される。
【００３１】
【数５】
2004253653.tif 000007
そして、状態Ｓ１時のバイアス電流Ｉｂ１および変調電流Ｉｍ１は次式で求められる。
【００３２】
【数６】
2004253653.tif 000008
状態Ｓ１において、制御部１６は、上記（５）式および（６）式により求めた新たな駆動条件（バイアス電流Ｉｂ１、変調電流Ｉｍ１）となるよう駆動部１２を制御する。そして、制御部１６により制御された駆動部１２は、レーザダイオード１１へバイアス電流Ｉｂ１および変調電流Ｉｍ１を供給する。本実施形態では、このような制御を行なうことにより、安価で狭帯域の受光回路１４を用いた場合であっても、駆動部１２からレーザダイオード１１へ供給されるバイアス電流および変調電流の双方を精度よく制御することが可能となり、消光比を厳密に制御することが可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、駆動部から発光素子へバイアス電流および変調電流が供給されることで発光素子の光出力が駆動され、その出力光強度がモニタ部によりモニタされる。また、基準状態下における駆動部の駆動条件およびモニタ部のモニタ結果が記憶部により記憶されている。そして、制御部による制御によって、基準状態とは異なる他の状態となったときに、当該他の条件下におけるモニタ部のモニタ結果と、記憶部により記憶されている基準状態下における駆動条件およびモニタ結果とに基づいて、新たな駆動条件が求められ、当該他の状態下において新たな駆動条件となるよう駆動部が制御される。このような制御が行なわれることにより、駆動部から発光素子へ供給されるバイアス電流および変調電流の双方を精度よく制御することが可能となり、消光比を厳密に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光源装置１の構成図である。
【図２】本実施形態に係る光源装置１に含まれる制御部１６の制御動作について説明する図である。
【符号の説明】
１…光源装置、１１…レーザダイオード、１２…駆動部、１３…フォトダイオード、１４…受光回路、１５…記憶部、１６…制御部、１７…モニタ部。
【図１】
2004253653.tif 000009
【図２】
2004253653.tif 000010