(57)【要約】【課題】安定的に光出力の平均値を一定かつ消光比を最大に制御するレーザ制御装置を提供する。【解決手段】レーザ２と、レーザ２の光出力をモニタする光モニタ回路１１と、入力されたデータ信号が論理「０」のときはレーザ２に駆動電流Ｉ０を印加し、論理「１」のときはレーザ２に駆動電流Ｉ１を印加すると共に、これら駆動電流Ｉ０，Ｉ１を制御するＩ０，Ｉ１電流源４，６を有し、Ｉ０電流に周期的なパルス波形である第１の試験電流を重畳し、光モニタ回路１１から出力される光モニタ信号から、第１の試験電流によって生じる光出力の変動量のうち、第１の試験電流と同じ周波数成分Ｆ１、および高調波成分Ｆ２を検出し、これら成分の比Ｆ２／Ｆ１に応じてＩ０電流源４を制御するレーザ駆動回路１６とを備えたものである。【選択図】図１
2007281294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザと、
レーザの光出力をモニタする光モニタ回路と、
入力されたデータ信号が論理「０」のときは前記レーザに駆動電流Ｉ０を印加し、論理「１」のときは前記レーザに駆動電流Ｉ１を印加すると共に、これら駆動電流Ｉ０，Ｉ１を制御するＩ０，Ｉ１電流源を有し、
前記Ｉ０電流に周期的なパルス波形である第１の試験電流を重畳し、
前記光モニタ回路から出力される光モニタ信号から、前記第１の試験電流によって生じる光出力の変動量のうち、第１の試験電流と同じ周波数成分Ｆ１、および高調波成分Ｆ２を検出し、
これら成分の比Ｆ２／Ｆ１に応じて前記Ｉ０電流源を制御するレーザ駆動回路と
を備えたことを特徴とするレーザ制御装置。
【請求項２】
前記第１の試験電流は正弦波あるいは離散化された正弦波である請求項１記載のレーザ制御装置。
【請求項３】
前記レーザ駆動回路は、前記Ｉ１電流に第２の試験パルス電流を重畳し、
前記光モニタ回路から出力される光モニタ信号から、前記第２の試験パルス電流によって生じる光出力の変動量を検出し、
検出した光出力の変動量に応じて前記Ｉ１電流源を制御する請求項１または２記載のレーザ制御装置。
【請求項４】
前記レーザ駆動回路は、第３のパルス試験電流を前記Ｉ１電流に重畳した後、続いて前記Ｉ０電流に重畳し、
前記光モニタ回路から出力される光モニタ信号から、前記第３の試験パルス電流によって生じる光出力の変動量を検出し、
検出した光出力の変動量に応じて前記Ｉ１電流源を制御し、前記駆動電流Ｉ１の大きさを補正する請求項１〜３いずれかに記載のレーザ制御装置。
【請求項５】
前記レーザ駆動回路は、前記第３の試験パルス電流によって生じる光出力の変動量が基準値を超えると、警告信号を発生する請求項４記載のレーザ制御装置。
【請求項６】
前記レーザ駆動回路は、前記第１〜３の試験電流として、前記駆動電流Ｉ１とＩ０の差（Ｉ１−Ｉ０）の０．１〜１０％の電流を生成する請求項１〜５いずれかに記載のレーザ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力されたデータ信号に基づいてレーザを発光させ、光信号を送信するレーザ制御装置に係り、特に、レーザの動作特性の温度および経年変化への対応に優れたレーザ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザは、図２に示すような光出力Ｐ（またはＬ）−電流Ｉ特性を有する。このため、従来のレーザ制御装置は、電流を、レーザ閾値Ｉth（以下、Ｉth）より大きいレーザ発振領域に制御し、かつ最大の消光比を得るために、すなわち、レーザに流れる電流Ｉと光出力Ｌの２階導関数（ｄ2 Ｌ/ｄＩ2 ）が一定になるように、レーザにバイアスするバイアス電流Ｉbias（以下、Ｉbias）を制御する。
【０００３】
（ｄ2 Ｌ/ｄＩ2 ）は試験電流をバイアス電流Ｉbiasに重畳することで、検出する。（ｄ2 Ｌ/ｄＩ2 ）はレーザ閾値Ｉth付近で値を持つ関数であるため、これにより、レーザに流すＩbiasをＩth付近に制御することが可能になる。このとき、装置に入力されるデータ信号の論理「０」に対応する光信号の光強度はほとんど０になり、消光比を最大に制御することができる。
【０００４】
また、光出力の平均値をフィードバックして変調電流を制御することも行われている。これにより、光出力の平均値を一定に制御することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−８５３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図４（ｂ）に示すように、Ｌ−Ｉ曲線２１（図２参照）の２階導関数（ｄ2 Ｌ/ｄＩ2 ）（特性線４１）は、Ｉthにピークを持ち、Ｉthを中心とした対称な関数であり、これを使った制御では複数個の動作点を持つ（図４（ｂ）中の●）。従来技術では（ｄ2 Ｌ/ｄＩ2 ）のピークが大きければ、一方の動作点に留まり、他方の動作点に移ることはないとしている。
【０００７】
しかしながら、（ｄ2 Ｌ/ｄＩ2 ）のピークは、バイアス電流Ｉbiasやレーザを変調する変調電流（振幅）Ｉmod（以下、Ｉmod）に重畳する試験電流の振幅に比例し、レーザの発光微分効率（Ｌ−Ｉ曲線２１の傾きｄＬ/ｄＩ、あるいはη）に比例する。そのため、温度変動や経年劣化によってレーザの発光微分効率が低下すると、（ｄ2 Ｌ/ｄＩ2 ）のピークも低下し、別の動作点に移る危険性が高まる。それを避けるために試験電流の振幅を大きくすると、光信号に過剰なノイズを重畳することになり、伝送特性を悪化させてしまうおそれがある。
【０００８】
さらに、変調電流振幅ＩmodがＩthより小さいと、（ｄ2 Ｌ/ｄＩ2 ）は（Ｉth−Ｉmod）付近にもピークが発生するという問題点もあった（図４（ｂ）の特性線４５）。つまり、レーザ制御装置に入力されるデータ信号の論理レベル「０」，「１」に対応するレーザ駆動電流をそれぞれＩ０，Ｉ１（以下、Ｉ０，Ｉ１）とすると、Ｉbiasに重畳した試験電流は、Ｉ０（＝Ｉbias）およびＩ１（＝Ｉbias＋Ｉmod）の両方を変動させることになり、Ｉ１をＩth近くに、Ｉbiasを（Ｉth−Ｉmod）近くに制御してしまうことが起こりうるのである。
【０００９】
ここで、図２に示すように、データ信号の論理レベル「０」に応じた駆動電流Ｉ０は、Ｉth、すなわちＩbiasであり、光出力がＰ０で、レーザがＯＦＦ状態のことをいう。また、データ信号の論理レベル「１」に応じた駆動電流Ｉ１は、Ｉbias＋Ｉmodであり、光出力がＰ１で、レーザがＯＮ状態のことをいう。
【００１０】
Ｉmodの制御はＩbiasの制御とは独立に行っており、定常状態では問題はないが、過渡状態において不安定になり、レーザの発光遅延を引き起こすことになる。これはＩmodやＩbiasの下限値を設定することで回避することができるかもしれない。しかし、レーザの動作特性は温度変動や経年劣化によって、大きく変動してしまうため、実際的ではない。
【００１１】
また、経年劣化、過電流、温度上昇等で、レーザの微分効率（傾き）η（あるいはｄＬ/ｄＩ）が飽和してしまうという問題もある。駆動電流が、微分効率の飽和が発生する電流Ｉsatを超えた状態でレーザを動作させると、光信号の伝送特性を悪化させてしまうので、通常は微分効率の飽和領域でレーザを駆動させるべきではない。
【００１２】
したがって、レーザの経年劣化等で微分効率の飽和が発生したら、レーザ制御装置は上位装置に警告信号を通知し、スイッチングハブやメディアコンバータなどのネットワーク機器に代表される上位装置は、微分効率の飽和が発生したレーザ制御装置が使用されているポートを止め、他のポートに送信データを振り分ける等の措置を講ずることが望ましい。しかし従来のレーザ制御装置は、データ送信中に直接微分効率の飽和を検出することができない。
【００１３】
他方、複数のレーザを駆動する多チャンネル型レーザ制御装置では、すべてのレーザにそれぞれモニタ用受光素子を光結合させるのは大変な手間がかかる。そのため、通常は、代表して１個のレーザをモニタ用受光素子でモニタし、複数のレーザを制御する。あるいは、すべてのレーザの光出力を１個のモニタ用受光素子でモニタし、複数のレーザを制御する。
【００１４】
しかし、いずれの場合も、個々のレーザの光出力の平均値をモニタすることはできないため、光出力の平均値をフィードバックしてレーザ駆動電流を制御する従来技術は、多チャンネル型レーザ制御装置には適用できない。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、安定的に光出力の平均値を一定かつ消光比を最大に制御するレーザ制御装置を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の別の目的は、微分効率の飽和を検出し、光信号の伝送特性の悪化を上位装置に通知するレーザ制御装置を提供することにある。
【００１７】
本発明のさらに別の目的は、１個のモニタ用受光素子で複数のレーザの光出力をモニタする多チャンネル型においても、それぞれのレーザを個別、正確に制御できるレーザ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、
レーザと、
レーザの光出力をモニタする光モニタ回路と、
入力されたデータ信号が論理「０」のときは前記レーザに駆動電流Ｉ０を印加し、論理「１」のときは前記レーザに駆動電流Ｉ１を印加すると共に、これら駆動電流Ｉ０，Ｉ１を制御するＩ０，Ｉ１電流源を有し、
前記Ｉ０電流に周期的なパルス波形である第１の試験電流を重畳し、
前記光モニタ回路から出力される光モニタ信号から、前記第１の試験電流によって生じる光出力の変動量のうち、第１の試験電流と同じ周波数成分Ｆ１、および高調波成分Ｆ２を検出し、
これら成分の比Ｆ２／Ｆ１に応じて前記Ｉ０電流源を制御するレーザ駆動回路と
を備えたレーザ制御装置である。
【００１９】
請求項２の発明は、前記第１の試験電流は正弦波あるいは離散化された正弦波である請求項１記載のレーザ制御装置である。
【００２０】
請求項３の発明は、前記レーザ駆動回路は、前記Ｉ１電流に第２の試験パルス電流を重畳し、
前記光モニタ回路から出力される光モニタ信号から、前記第２の試験パルス電流によって生じる光出力の変動量を検出し、
検出した光出力の変動量に応じて前記Ｉ１電流源を制御する請求項１または２記載のレーザ制御装置である。
【００２１】
請求項４の発明は、前記レーザ駆動回路は、第３のパルス試験電流を前記Ｉ１電流に重畳した後、続いて前記Ｉ０電流に重畳し、
前記光モニタ回路から出力される光モニタ信号から、前記第３の試験パルス電流によって生じる光出力の変動量を検出し、
検出した光出力の変動量に応じて前記Ｉ１電流源を制御し、前記駆動電流Ｉ１の大きさを補正する請求項１〜３いずれかに記載のレーザ制御装置である。
【００２２】
請求項５の発明は、前記レーザ駆動回路は、前記第３の試験パルス電流によって生じる光出力の変動量が基準値を超えると、警告信号を発生する請求項４記載のレーザ制御装置である。
【００２３】
請求項６の発明は、前記レーザ駆動回路は、前記第１〜３の試験電流として、前記駆動電流Ｉ１とＩ０の差（Ｉ１−Ｉ０）の０．１〜１０％の電流を生成する請求項１〜５いずれかに記載のレーザ制御装置である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、複数個の動作点を持たず、安定的に、光出力の平均値を一定かつ消光比を最大に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。
（第１の実施形態）
（装置の構成）
図１は、本発明の好適な第１の実施形態を示すレーザ制御装置の構成図である。
【００２６】
図１に示すように、第１の実施形態に係るレーザ制御装置１は、
バイアス電流Ｉbiasおよび変調電流Ｉmodに応じた強度で発光するＬＤ（レーザダイオード）２と、
ＬＤ２の光出力の一部と光結合し、ＬＤ２の光出力をモニタするモニタ用受光素子としてのＰＤ（フォトダイオード）３と、
ＬＤ２にＩbiasを印加するバイアス電流源４と、
入力されたデータ信号に基づいて２つのトランジスタをスイッチすることでＬＤ２に印加する変調電流を生成する変調回路５と、
変調回路５の２つのトランジスタに変調電流振幅Ｉmodを印加する変調電流源６と、
ＰＤ３の光モニタ電流を電圧に変換する変換器７と、
そのＡＣ成分を取り出すコンデンサ８と、
コンデンサ８の出力を線形増幅し、光モニタ信号Ｐmonを出力する増幅器９と、
Ｐmonの値を基に電流源４，６を制御し、ＩbiasおよびＩmodを制御するＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）１０と
から構成される。
【００２７】
レーザの光出力をモニタする光モニタ回路１１は、ＰＤ３、変換器７、コンデンサ８、増幅器９、Ａ／Ｄ変換器１２とからなる。ＭＰＵ１０と電流源４間、ＭＰＵ１０と電流源６間にはＤ／Ａ変換器１３，１４がそれぞれ設けられている。これらＡ／Ｄ変換器１０、Ｄ／Ａ変換器１３，１４の動作は自明であるので、後述する動作説明では省略する。また、ＭＰＵ１０は、電流源４，６を制御することによって、各試験電流のＩbias及び／又はＩmodへの重畳を行う。
【００２８】
また、ＩbiasとＩmodは結合器１５で結合されているが、結合方法はＤＣでもＡＣでもよい。以下の説明では、特に断らない限り、ＩbiasとＩmodはＤＣ結合されているものとする。
【００２９】
上述した駆動電流Ｉ０を制御するＩ０電流源は、ＤＣ結合の場合、後述する数式（１）により、Ｉ０＝Ｉbiasなので、バイアス電流源４である。また、駆動電流Ｉ１を制御するＩ１電流源は、同じく数式（１）により、Ｉ１＝Ｉbias＋Ｉmodなので、バイアス電流源４および変調電流源６である。
【００３０】
他方、ＡＣ結合の場合には、後述する数式（２）により、Ｉ０電流源、Ｉ１電流源共に、バイアス電流源４および変調電流源６である。
【００３１】
レーザ駆動回路１６は、レーザ制御装置１のうち、ＬＤ２と光モニタ回路１１を除いた部分、すなわち電流源４，６、変調回路５、ＭＰＵ１０、Ｄ／Ａ変換器１３，１４とからなる。レーザ駆動回路１６の機能は、後述するレーザ制御装置１の動作で詳細を説明する。
（レーザの動作）
図２に示すように、電流Ｉが閾値Ｉth以下のときは、レーザ発振はなく、光出力は自然放出光のみで非常に小さい。電流ＩがＩthを超えるとレーザ発振が起こり、電流Ｉと光出力Ｐ（Ｌ）の関係は直線的なる。この直線の傾き（より正確には、光出力Ｐと電流Ｉの微小変化量の比）を微分効率ηと呼ぶ。さらに電流Ｉを増加すると、ηが小さくなる現象が現れる。これを微分効率の飽和と呼ぶ。微分効率の飽和が発生する電流の最小値をＩsatとする。
【００３２】
ＬＤの光出力の強弱で信号を伝送する場合、信号波形が歪んで伝送特性を悪化させないためには、電流に対する光出力の応答が直線的な領域を使用する必要がある。すなわち駆動電流をＩthより大きく、Ｉsatより小さくする必要がある。さらに、ディジタル信号を伝送する場合は、良好な識別感度を得るために消光比（光信号のＯＮ／ＯＦＦ比）を大きくする必要がある。
【００３３】
ここで、データ信号の論理「０」，「１」に対応する光出力をそれぞれＰ０，Ｐ１とすると、消光比はＰ１／Ｐ０で与えられる。Ｐ０が０の極限では消光比は無限大となり、最大の消光比を与えることがわかる。上述したように、論理「０」，「１」に対応する電流をそれぞれ駆動電Ｉ０，Ｉ１とすると、図２から、Ｉ０がＩth付近のときＰ０がほぼ０になり、最大の消光比を当てることがわかる。
【００３４】
また、Ｉ０とＩ１、ＩbiasとＩmodの関係は次のようになる。
【００３５】
ＩbiasとＩmodがＤＣ結合されているとき：
Ｉ０＝Ｉbias、Ｉ１＝Ｉbias＋Ｉmod                         （１）
Ｉbiasに対してＩmodがＡＣ結合されているとき：
Ｉ０＝Ｉbias−Ｉmod／２、Ｉ１＝Ｉbias＋Ｉmod／２          （２）
である。
（試験電流）
レーザ駆動電流に重畳する試験電流振幅は変調電流振幅（すなわち、Ｉ１とＩ０の差（Ｉ１−Ｉ０））に比例させる。比例係数αは次のように決定する。
【００３６】
試験電流の振幅は光信号の伝送特性を損なわない程度に小さくする必要がある。システムの伝送速度、距離、帯域によって異なるが、試験電流の振幅は光信号振幅、すなわち変調電流振幅の１０％以下または１％以下にすればよい。一方、レーザ閾値近傍は自然放出光の影響で、検出する高調波のピークが小さくなるおそれがある。自然放出光は通常使用する光出力の０．００１〜０．０１％程度であるので、試験電流振幅は自然放出光の影響が無視できるよう、変調電流振幅の０．１％以上にするとよい。以上より、比例係数αは０．１〜１０％程度にするとよい。
【００３７】
また、レーザの微分効率ηは温度変動および経年劣化により、変動する。そのため、試験電流の振幅を一定にすると、検出される光モニタ信号の試験電流成分は、温度変化や経年劣化により変化してしまい、システムの伝送特性を損なうおそれがある。したがって、本発明のように試験電流の振幅は変調電流振幅に比例させるとよい。
【００３８】
ここで、試験電流と、高調波の検出方法について述べる。
【００３９】
第１の試験電流によるＩbias（すなわちＩ０）の制御では、後述するとおり、試験電流の高調波成分を利用する。図３（ａ）に示すような正弦波を第１の試験電流として利用するとよい。
【００４０】
ＭＰＵ１０を用いてディジタル制御を行う場合は、離散化された正弦波の方が生成しやすく、高調波の検出には、連続的な正弦波よりもむしろ適している。ただし、離散化による解像度（図３（ｂ）では時間軸の分割数）をｎとすると、ｎが４以上でなければならない。図３（ｂ）にｎ＝４のときの離散化された正弦波を示す。検出した光モニタ信号Ｐmonの、第１の試験電流と同じ周波数成分Ｆ１および高調波成分Ｆ２を求めるためには、次の離散フーリエ変換を行えばよい：
Ｆｋ＝ΣＰmon［ｊ］ｅｘｐ（２πｉｊｋ／ｎ）、ｋ＝１，２      （３）
ただし、和の記号Σはｊに関する０からｎ−１までの和、Ｐmon［ｊ］は離散化された正弦波のｊ＝０〜ｎ−１に対応する光モニタ信号のレベル、πは円周率、ｉは虚数単位である。
【００４１】
解像度ｎを増やし、ｋが３以上のフーリエ成分を高調波として利用しても構わない。
【００４２】
一方、第２および第３の試験パルス電流を印加した後、検出される光モニタ信号では高調波を利用しないので、図３（ｃ）に示すような２値のパルス電流で十分である。
【００４３】
次に、各試験電流の重畳（入力）方法について説明する。
【００４４】
１）第１の試験電流
第１の試験電流は、Ｉth付近の高調波成分を検出するために使用されるので、Ｉ０のみに、周期的なパルス波形である第１の試験電流として、正弦波または離散化された正弦波を重畳する。
【００４５】
ＩbiasとＩmodがＤＣ結合の場合、ＩbiasとＩmodに同振幅・逆位相で重畳する：
Ｉ＃bias＝Ｉbias＋αＩmod ｆ（ｔ）、
Ｉ＃mod＝Ｉmod−αＩmod ｆ（ｔ）          （４）
ＩbiasとＩmodがＡＣ結合の場合、Ｉbiasに重畳する試験電流に対してＩmodに重畳する試験電流は２倍の振幅で逆位相を重畳する：
Ｉ＃bias＝Ｉbias＋αＩmod ｆ（ｔ）／２、
Ｉ＃mod＝Ｉmod−αＩmod ｆ（ｔ）          （５）
ここで、ｆ（ｔ）は重畳される第１の試験電流で、正弦波あるいは離散化された正弦波であり、Ｉ＃biasおよびＩ＃modは、それぞれ重畳後のバイアス電流および変調電流振幅を表す。αは上述した比例定数である。
【００４６】
前述したＩ０とＩ１、ＩbiasとＩmodの関係式（１）、（２）から、第１の試験電流は、Ｉ０のみに重畳される（ＤＣ結合の場合、電流源４のみに入力される）ことが容易に確かめられる。
【００４７】
２）第２の試験パルス電流
第２の試験パルス電流は、Ｉ１付近の微分効率η１を検出するために使われるので、Ｉ１のみに重畳する。
【００４８】
ＩmodとＩbiasがＤＣ結合の場合、Ｉmodのみに重畳する：
Ｉ＃bias＝Ｉbias、Ｉ＃mod＝Ｉmod＋αＩmod                     （６）
ＩmodとＩbiasがＡＣ結合の場合、ＩbiasとＩmodに２倍の振幅、同位相で重畳する：
Ｉ＃bias＝Ｉbias＋αＩmod／２、Ｉ＃mod＝Ｉmod＋αＩmod        （７）
これも、前述したＩ０とＩ１、ＩbiasとＩmodの関係式（１）、（２）から、第２の試験パルス電流は、Ｉ１のみに重畳される（ＤＣ結合の場合、電流源４，６の両方に入力される）ことが容易に確かめられる。
【００４９】
３）第３の試験パルス電流
第３の試験パルス電流は、Ｉ１およびＩ０の微分効率η１およびη０を検出するために使用されるので、まずＩ１のみに重畳し、続いてＩ０のみに重畳する。Ｉ１に重畳する第３の試験パルス電流は第２の試験パルス電流と同じである。Ｉ０にパルス電流を重畳する方法は第１の試験電流と同様なので、数式による説明は省略する。ただし、試験電流としてパルス電流を用いるので、数式（４）、（５）においてｆ（ｔ）＝１であることに注意する。また、試験電流がＩthを下回らないように重畳している。
【００５０】
レーザ制御装置１の動作を説明する。
（レーザ制御）
レーザ制御プロセスはＭＰＵ１０にプログラムされていて、以下に説明する「バイアス電流制御」、「変調電流制御」、「微分効率の飽和検出」の順に繰り返し反復される。バイアス電流Ｉbiasおよび変調電流振幅Ｉmodの初期値は、決められた温度および電源電圧の使用範囲において、光出力（平均値やピーク値）が決められた上限を超えないように設定する。
【００５１】
以下に、「バイアス電流制御」、「変調電流制御」、「微分効率の飽和検出」について具体的に述べる。
【００５２】
まず、各制御に先立ち、レーザ制御装置１を作動しておく。このとき、ＬＤ２、ＰＤ３、変調回路５のトランジスタ５ａには、電源電圧Ｖｃｃが印加される。レーザ駆動回路１６は、入力されたデータ信号（正のデータ信号Ｄａｔａ＋と負のデータ信号Ｄａｔａ−）に基づき、ＬＤ２をＯＮ／ＯＦＦする。ただし、ＬＤ２には、電流源４により常にＩbiasが流れるようにしておく。
【００５３】
ここで、変調回路５は、データ信号の論理「１」のとき、トランジスタ５ａをＯＮ、トランジスタ５ｂをＯＦＦにし、ＬＤ２にＩbiasに加えてＩmodを流し、ＬＤ２をＯＮして発光させる。また、変調回路５は、データ信号の論理「０」のとき、トランジスタ５ａをＯＦＦ、トランジスタ５ｂをＯＮにし、ＬＤ２にＩbiasのみ流し、ＬＤ２をＯＦＦして消光させる。
【００５４】
この状態で、光モニタ回路１０はＬＤ２の光出力をモニタし、このモニタ信号に基づき、ＭＰＵ１０は電流源４，６を制御することで、以下の動作を行う。
（バイアス電流制御）
図５にバイアス電流制御のフローチャートを示す。
【００５５】
図５に示すように、ステップ５１において、ＭＰＵ１０は、電流源４に第１の試験電流を入力してＩ０に重畳し、光モニタ信号Ｐmonの変動を検出する。すなわち、ステップ５１では、離散化された正弦波ｆ［ｊ］，ｊ＝０，…，ｎ−１をＩmodに比例した振幅で、ＩbiasとＩmodに互いに逆位相になるように重畳することで、Ｉ０のみに第１の試験電流を重畳している（数式（１）、（２）、（４）参照））。
【００５６】
ステップ５２では、ＭＰＵ１０は、ｆ［ｊ］に対応する光モニタ信号Ｐmonを検出し、その値を変数配列ｘ［ｊ］に格納している。ステップ５３では、ｘ［ｊ］，ｊ＝０，…，ｎ−１に対し、離散フーリエ変換を行い、第１の試験電流と同じ周波数成分Ｆ１、および高調波成分Ｆ２を計算する（数式（３）参照）。
【００５７】
ステップ５４では、ＭＰＵ１０は、Ｆ２／Ｆ１が定められた目標値を超えていたら、電流源４を制御してＩbiasを増加し、目標値を下回っていたら電流源４を制御してＩbiasを減少する制御を行う。
【００５８】
つまり、バイアス電流制御では、ＭＰＵ１０はＩmodを一定に制御し、Ｆ２／Ｆ１に応じてＩ０電流源を制御してＩ０を制御する。
【００５９】
Ｉ０のみに第１の試験電流を重畳しているので、図４（ａ）に示すように、Ｆ２（特性線４２）はＩth付近のみに値を持ち、それ以外では０である。Ｆ１（特性線４３）はＩthより小さい領域は急激に小さくなってほぼ０、Ｉthより大きい領域はある一定の値になる。したがって、Ｆ２／Ｆ１（特性線４４）はＩbiasに対し単調に減少し、動作点は一意に定まる（図４（ａ）中の●）。
（変調電流制御）
図６に変調電流制御のフローチャートを示す。
【００６０】
図６に示すように、ステップ６１において、ＭＰＵ１０は、電流源４，６に第２の試験パルス電流を入力してＩ１に重畳する。ここでは、パルス電流を重畳するだけなので、単にＩmodを（１＋α）倍するだけである（数式（６）参照）。
【００６１】
ステップ６２において、ＭＰＵ１０は、第２の試験パルス電流を重畳したときの光モニタ信号Ｐmonの値を変数ｈ１に保存する。このｈ１は後述する微分効率の飽和検出においても使用することに注意。
【００６２】
ステップ６３では、以前の「バイアス電流制御」、「変調電流制御」、後述する「微分効率の飽和検出」のサイクルにおいて、微分効率の飽和を検出したなら（Ｎｏ）、過剰な電流を避けるため、Ｉmodの制御は行わない。微分効率の飽和を検出していないなら（Ｙｅｓ）、ステップ６４に進む。ステップ６４において、ＭＰＵ１０は、ｈ１が目標値を下回っていたら電流源６を制御してＩmodを増加し、目標値を超えていたら電流源６を制御してＩmodを減少する制御を行う。
【００６３】
前述のバイアス電流制御で、Ｉ０すなわちＩbiasが閾値Ｉth付近で安定したならば、Ｐ０はほとんど０である。このとき、光出力の平均値ＰavはＰ１の半分、すなわち下式：
Ｐav＝Ｐ１／２＝ηＩmod／２          （８）
のようになる。
【００６４】
また、第２の試験パルス電流が重畳されたときの光モニタ信号Ｐmon＝ｈ１は、微分効率ηおよび第２の試験パルス電流振幅、すなわちＩmodに比例する：
ｈ１∝ηＩmod                        （９）
したがって、ｈ１を一定に制御することで、光出力平均値を一定に制御できる。
【００６５】
つまり、変調電流制御では、ＭＰＵ１０は、Ｉbiasを一定に制御し、変数ｈ１に応じてＩ１電流源を制御してＩ１を制御する。
（微分効率の飽和検出）
図７に微分効率の飽和検出のフローチャートを示す。
【００６６】
ステップ６１、６２に続いて、ステップ７１において、ＭＰＵ１０は、Ｉ０に第３の試験パルス電流を重畳する。すなわちＩbiasとＩmodに同振幅・同位相の第３の試験パルス電流を重畳する（数式（４）でｆ（ｔ）＝１とした場合）。
【００６７】
ステップ７２において、ＭＰＵ１０は、第３の試験パルス電流を重畳したときの光モニタ信号Ｐmonの値を変数ｈ０に保存する。このｈ０は駆動電流Ｉ０付近の微分効率η０に比例し、前述の変調電流制御で求めたｈ１は駆動電流Ｉ１付近のη１に比例する。したがって、通常はｈ０とｈ１はほぼ同じ値だが、微分効率の飽和が発生するとｈ１はｈ０より小さくなる。
【００６８】
ステップ７３において、ＭＰＵ１０は、ｈ０とｈ１がほぼ等しければ（Ｙｅｓ）、微分効率の飽和が発生していないので、この処理を終了する。ＭＰＵ１０は、ｈ０とｈ１が等しくなければ（Ｎｏ）、ステップ７４に進む。
【００６９】
ステップ７４において、ＭＰＵ１０は、ｈ０とｈ１の差（ｈ０−ｈ１）が基準値を超えれば（Ｙｅｓ）、ステップ７５に進み、ステップ７５において、微分効率の飽和検出の警告信号を発生し、スイッチングハブやメディアコンバータなどのネットワーク機器に代表される上位装置に通知する。上位装置は、警告信号を受信すると、微分効率の飽和が発生したレーザ制御装置が使用されているポートを止め、他のポートに送信データを振り分ける等の措置を講ずる。
【００７０】
ステップ７４において、ＭＰＵ１０は、ｈ０とｈ１の差が基準値を超えていなければ（Ｎｏ）、光信号の伝送特性に重大な支障を来すほどの微分効率の飽和は発生していないが、若干光出力が低下しているおそれがあるので、ステップ７６においてＩmodの補正を行う。ステップ７６における補正は、図６のステップ６４において行ったｈ１を一定にする制御の代わりに、ＭＰＵ１０により電流源６を制御してｈ１とｈ０の平均値を一定にする制御を行う。
【００７１】
つまり、微分効率の飽和検出では、ＭＰＵ１０は、差（ｈ０−ｈ１）に応じてＩ１電流源を制御してＩ１の大きさを補正する。
【００７２】
以上説明した「バイアス電流制御」、「変調電流制御」、「微分効率の飽和検出」は、ＩbiasとＩmodがＡＣ結合されているときも同様にして行うことができる。
【００７３】
第１の実施形態の作用を説明する。
【００７４】
レーザ制御装置１は、レーザ制御回路１６により、Ｉ０電流に第１の試験電流を重畳し、比Ｆ２／Ｆ１を予め定められた基準値に一致するようにＩ０を制御することで、ＬＤ２の動作特性が温度変動や経年劣化によって変動しても、Ｉ０はレーザ閾値Ｉth近くに定まり、最大の消光比を得ることができる。
【００７５】
つまり、バイアス電流制御において、複数個の動作点を持たず、安定的に制御するために、Ｉ０のみに第１の試験電流を重畳している。これにより、Ｆ２／Ｆ１がＩ０に関して単調になり、動作点が唯一に定まる（図４（ａ）参照）。
【００７６】
したがって、Ｆ２／Ｆ１を基準にして制御することで、複数個の動作点を持たず、安定的に、ＬＤ２の光出力の平均値を一定かつ消光比を最大に制御することができる。
【００７７】
また、レーザ制御装置１では、Ｉ１電流に第２の試験パルス電流を重畳することで、第２の試験パルス電流によって生じる光出力の変動量はＩ１近傍の微分効率η１に比例する。Ｉ０がＩth近くに定まっていれば、Ｐ０はほとんど０であるので、微分効率η１に応じて所定量のＰ１を得ることが可能であり、これにより、光出力の平均出力（Ｐ０＋Ｐ１）／２を所定量に制御できる。
【００７８】
ところで、１個のモニタ受光用素子で複数のレーザの光出力をモニタする多チャンネル型レーザ制御装置においては、個々のレーザの光出力平均値は検出できない。しかし、第１の実施形態に係る第２の試験パルス電流を用いた制御は、光出力の平均値を利用しないので、後述するように、個々のＬＤに独立に第２の試験パルス電流を印加すれば、装置１を多チャンネル型にも適用でき、個々のレーザの光出力平均値も正確に制御できる。
【００７９】
さらに、レーザ制御装置１では、第３の試験パルス電流をまずＩ１に重畳し、続いてＩ０に重畳する。第３の試験パルス電流によって生じる光出力の変動量は、Ｉ１に重畳したときはＩ１近傍の微分効率η１に比例し、Ｉ０に重畳したときはＩ０近傍の微分効率η０に比例する。
【００８０】
この第３の試験パルス電流をＩ１に重畳したときの光出力変動量は、前述した第２の試験パルス電流を重畳したときの光出力変動量と同じであり、流用可能である。通常η１とη０は等しいが、微分効率の飽和が発生し、η１がη０より小さくなると、上記Ｉ１の制御で得られるＰ１が低下し、光出力平均値の低下を招く。
【００８１】
したがって、レーザ制御装置１では、η１（ｈ１）の代わりにη０（ｈ０）とη１（ｈ１）の平均値に応じてＩ１を制御することで、Ｐ１の低下分を補正する。これにより、光信号の伝送特性に重大な支障を来すほどの微分効率の飽和は発生していないが、若干光出力が低下している場合にも、光出力平均値の低下を防止できる。
【００８２】
また、レーザ制御装置１は、第３の試験パルス電流により、経年劣化、過電流、温度上昇等でレーザの微分効率の飽和を検出すると、データ送信中でも警告信号を発生し、光信号の伝送特性の悪化を上位装置に通知する。このため、上位装置は、微分効率の飽和が発生したレーザ制御装置が使用されているポートを止め、他のポートに送信データを振り分ける等の措置を講じることができ、障害に迅速に対応できる。
（第２の実施形態）
図８に示すように、レーザ制御装置８１は、４個のＬＤ２ａ〜２ｄを備えた多チャンネル型のレーザ制御装置である。ここでは例としてＬＤの数を４個としたが、複数個のＬＤを備えていればよい。
【００８３】
このレーザ制御装置８１は、図１のレーザ制御装置１と基本的には同じ構成であり、ＬＤの個数に対応して４個のトランジスタからなる変調回路８２、４個のバイアス電流源８３、４個の変調電流源８４、４個のＤ／Ａ変換器８５、４個のＤ／Ａ変換器８６、図１と同じ構成の光モニタ回路１１を備える。
【００８４】
変調回路８２は、入力された４つのデータ信号Ｄａｔａ１〜４に基づいて、それぞれ４つのトランジスタをスイッチすることで、各ＬＤ２に印加する変調電流を生成する。各バイアス電流源８３は、各ＬＤ２にそれぞれバイアス電流Ｉbias１〜４を印加する。変調電流源８４は、変調回路８２の４つのトランジスタに変調電流振幅Ｉmod１〜４を印加する。
【００８５】
また、Ｉbias１〜４とＩmod１〜４はそれぞれ４個の結合器８７で結合されているが、結合方法はＤＣでもＡＣでもよい。
【００８６】
レーザ駆動回路８８は、装置８１のうち、ＬＤ２ａ〜２ｄと光モニタ回路１１を除いた部分、すなわち変調回路８２、電流源８３，８４、ＭＰＵ１０、Ｄ／Ａ変換器８５，８６とからなる。
【００８７】
レーザ制御装置８１の動作を説明する。
（レーザ制御）
ＰＤ３はＬＤ２ａ〜２ｄのすべてと光結合されているため、４つのＬＤ２ａ〜２ｄの光出力の平均値の総和は検出できるが、個々のＬＤ２ａ〜２ｄの光出力平均値を検出することはできない。しかし、個々のＬＤ２ａ〜２ｄに独立に時分割して試験電流を印加すれば、個々のＬＤ２ａ〜２ｄの試験電流による光出力変動は検出可能である。
【００８８】
レーザ制御プロセスはＭＰＵ１０にプログラムされていて、まずＬＤ２ａに対して、上述した「バイアス電流制御」、「変調電流制御」、「微分効率の飽和検出」の順にプロセスを実行する。ただし、ＭＰＵ１０は、各試験電流をＬＤ２ａに対応する電流源８３，８４に入力してＩbias１及び／又はＩmod１に重畳する。ＭＰＵ１０の制御対象はＩbias１およびＩmod１である。
【００８９】
つづいてＬＤ２ａに対して行ったのと同様の制御を、ＬＤ２ｂ〜２ｄの順に時分割して行う。当然、各ＬＤ２ｂ〜２ｄに対応するバイアス電流Ｉbias２〜４および変調電流Ｉmod２〜４に対し、試験電流を重畳し、制御する。以降、これらの制御を順次繰り返す。
【００９０】
このように、各ＬＤ２ａ〜２ｄに対して独立に、第１の実施形態と同様の制御を行えば、各ＬＤ２ａ〜２ｄの消光比と光出力平均値を正確に制御することが可能である。
【００９１】
バイアス電流Ｉbias１〜４および変調電流Ｉmod１〜４の初期値は、決められた温度および電源電圧の使用範囲において、光出力（平均値やピーク値）が決められた上限を超えないように設定する。
【００９２】
したがって、レーザ制御装置８１によれば、ＰＤ３で複数個のＬＤ３の光出力をモニタする多チャンネル型においても、それぞれのＬＤ２ａ〜２ｄを個別、正確に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の好適な第１の実施形態を示すレーザ制御装置の構成図である。
【図２】ＬＤの光出力Ｐと電流Ｉの関係を示すグラフである。
【図３】本発明でレーザ駆動電流に重畳する各試験電流の波形図であり、図３（ａ）は第１の試験電流として使用する正弦波、図３（ｂ）は同じく離散化された正弦波、図３（ｃ）は第２および第３の試験パルス電流として使用するパルス電流である。
【図４】第１の試験電流を重畳したとき発生する光出力変動の周波数成分とバイアス電流の関係を示すグラフであり、図４（ａ）は駆動電流Ｉ０のみに試験電流を重畳した場合、図４（ｂ）は駆動電流Ｉ１，Ｉ１の両方に試験電流を重畳した場合である。
【図５】本発明におけるバイアス電流制御プロセスのフローチャートである。
【図６】本発明における変調電流制御プロセスのフローチャートである。
【図７】本発明における微分効率の飽和検出プロセスのフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施形態を示す多チャンネル型レーザ制御装置の構成図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  レーザ制御装置
２  レーザ
４  バイアス電流源（ＤＣ結合のときＩ０電流源）
５  変調回路
６  変調電流源
（ＤＣ結合のときＩ１電流源：バイアス電流源４および変調電流源６）
１０  ＭＰＵ
１１  光モニタ回路
１５  レーザ駆動回路
【図１】
2007281294.tif 000003
【図２】
2007281294.tif 000004
【図３】
2007281294.tif 000005
【図４】
2007281294.tif 000006
【図５】
2007281294.tif 000007
【図６】
2007281294.tif 000008
【図７】
2007281294.tif 000009
【図８】
2007281294.tif 000010