(57)【要約】【課題】  モニタ用半導体受光素子の受光感度の温度依存性に起因する半導体発光素子の波長変動を低減可能な光送信器を提供する。【解決手段】  本発明の実施の形態に係る光送信器は、発光モジュール、駆動回路、温度検出器、ＬＵＴ、補整回路、及び制御回路を備えている。発光モジュールは、半導体発光素子、及び半導体発光素子からの光をモニタする半導体受光素子を有している。補整回路は、温度検出器によって検出された半導体受光素子の温度に応じた補整係数をＬＵＴから取得し、当該補整係数によってモニタ信号を補整した補整信号を生成する。制御回路は、補整信号と所定の基準電圧との誤差に基づいて駆動回路の駆動電流を制御する。【選択図】  図１
2007059537.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からの光をモニタする半導体受光素子と、を有する発光モジュールと、
前記半導体発光素子に駆動電流を供給する駆動回路と、
前記半導体受光素子の温度を検出する温度検出器と、
前記半導体受光素子からの光電流に基づくモニタ信号に対する補整係数であって該半導体受光素子の温度に応じた該補整係数を格納している記憶手段と、
前記温度検出器によって検出された温度に対応し前記記憶手段に格納された前記補整係数によって前記モニタ信号を補整した補整信号を出力する補整回路と、
前記補整信号と所定の基準電圧との誤差に基づき、前記駆動電流を制御する制御回路と、
を備える光送信器。
【請求項２】
半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの光をモニタする半導体受光素子と、を有する発光モジュールと、
前記半導体発光素子に駆動電流を供給する駆動回路と、
基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
前記半導体受光素子からの光電流に基づくモニタ信号と前記基準電圧との誤差に基づき、前記駆動電流を制御する制御回路と、
前記半導体受光素子の温度を検出する温度検出器と、
前記基準電圧に対する補整係数であって前記半導体受光素子の温度に応じた該補整係数を格納している記憶手段と、
を備え、
前記基準電圧発生回路は、前記温度検出器によって検出された温度に対応する前記補整係数に応じた基準電圧を出力する、
光送信器。
【請求項３】
前記発光モジュールはさらに上部板、下部板、該上部板と該下部板とに挟まれた熱電素子を有する熱電冷却器を含み、前記半導体発光素子は該熱電冷却器の上部板に搭載され、前記半導体受光素子は、前記熱電冷却器の該下部板に搭載されており、
前記温度検出器は、前記発光モジュール外に設けられている、
請求項１又は２に記載の光送信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光送信器には、所謂同軸型と称されるタイプの発光モジュールを備えるものがある。この同軸型の発光モジュールには、半導体レーザの温度を一定に保つための熱電冷却器（ＴＥＣ：Thermoelectric Controller）を有するものがあり、例えば、特開２００３−１４２７６６号公報に記載の発光モジュールが知られている。この発光モジュールにおいては、ＴＥＣの吸熱面上に半導体レーザと、この半導体レーザからの光をモニタするモニタ用のフォトダイオードが搭載されている。
【特許文献１】特開２００３−１４２７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ＴＥＣ内蔵の発光モジュールには、低消費電力化のために、大きな熱容量を有するフォトダイオードを吸熱面とは異なる領域に設けたものがある。しかしながら、この発光モジュールでは、フォトダイオードの受光感度が、環境温度に依存して変化する。その結果、半導体レーザの駆動電流が変動して、半導体発光素子の出力光の波長が変動する。
【０００４】
そこで、本発明は、モニタ用半導体受光素子の受光感度の温度依存性に起因する半導体発光素子の波長変動を低減可能な光送信器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の光送信器は、発光モジュールと、駆動回路と、温度検出器と、記憶手段と、補整回路と、制御回路と、を備えている。発光モジュールは、半導体発光素子と、半導体受光素子と、を有している。半導体受光素子は、半導体発光素子からの光をモニタする素子である。駆動回路は、半導体発光素子に駆動電流を供給する。温度検出器は、半導体受光素子の温度を検出する。記憶手段には、半導体受光素子からの光電流に基づくモニタ信号に対する補整係数であって半導体受光素子の温度に応じた補整係数が格納されている。補整回路は、温度検出器によって検出された温度に対応し記憶手段に格納された補整係数によってモニタ信号を補整した補整信号を出力する。制御回路は、補整信号と所定の基準電圧との誤差に基づき、駆動電流を制御する。
【０００６】
この光送信器によれば、制御回路が、半導体受光素子の温度に応じてモニタ信号が補整されてなる補整信号に基づいて駆動電流を制御するので、半導体受光素子の受光感度の温度依存性に起因する駆動電流の変動が低減される。その結果、半導体受光素子の受光感度の温度依存性に起因する半導体発光素子の波長変動が低減される。
【０００７】
なお、特定の波長帯に対する受光感度が温度に依存しない半導体受光素子は、他の波長帯に対する受光感度に温度依存性をもつ。したがって、半導体発光素子の波長帯毎に、受光感度に温度依存性がない半導体受光素子を複数用意することが、一般的な解決策である。しかしながら、半導体受光素子を複数種類設けるために、高コストになる。一方、本発明の光送信器は、１種類の半導体受光素子のモニタ信号に基づいて、当該半導体受光素子の温度に応じた適切な駆動電流の制御が可能であるので、低コストである。
【０００８】
本発明の第２の光送信器は、本発明の光送信器は、発光モジュールと、駆動回路と、基準電圧発生回路と、制御回路と、温度検出器と、記憶手段と、を備えている。発光モジュールは、半導体発光素子と、半導体受光素子と、を有している。半導体受光素子は、半導体発光素子からの光をモニタする素子である。駆動回路は、半導体発光素子に駆動電流を供給する。基準電圧発生回路は、基準電圧を発生する。制御回路は、半導体受光素子からの光電流に基づくモニタ信号と基準電圧発生回路からの基準電圧との誤差に基づき駆動電流を制御する。温度検出器は、半導体受光素子の温度を検出する。記憶手段は、基準電圧に対する補整係数であって半導体受光素子の温度に応じた補整係数を格納している。基準電圧発生回路は、温度検出器によって検出された温度に対応する補整係数に応じた基準電圧を出力する。
【０００９】
この光送信器によれば、制御回路が、半導体受光素子からのモニタ信号と当該半導体受光素子の温度に応じた基準電圧との誤差に基づいて駆動電流を制御するので、半導体受光素子の受光感度の温度依存性に基づく駆動電流の変動が低減される。したがって、導体受光素子の受光感度の温度依存性に基づく半導体発光素子の波長変動が低減される。また、この光送信器は、一つの半導体受光素子のモニタ信号に基づいて、半導体受光素子の温度に応じた適切な駆動電流の制御が可能であるので、低コストである。
【００１０】
また、上述の第１及び第２の光送信器において、発光モジュールはさらに上部板、下部板、該上部板と該下部板とに挟まれた熱電素子を有する熱電冷却器を含み、半導体発光素子は該熱電冷却器の上部板に搭載され、半導体受光素子は、熱電冷却器の該下部板に搭載されており、温度検出器は、発光モジュール外に設けられていてもよい。本願発明者は、半導体受光素子の温度と発光モジュール外（例えば駆動回路が設けられている回路基板上）の温度とには、駆動電流を制御する上で大きな差はないことを見出している。したがって、この発明によれば、温度測定器を設ける領域の自由度が増す。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、モニタ用半導体受光素子の受光感度の温度依存性に起因する半導体発光素子の波長変動を低減可能な光送信器が、提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１３】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光送信器の構成を示す図である。図１に示す光送信器１０は、発光モジュール１２と、サーミスタ電圧検出回路１４と、ＴＥＣドライバ１６と、駆動回路１８と、制御回路２０と、補整回路２２と、基準電圧発生回路２４と、モニタ電流検出回路２６と、温度検出器２８と、ルックアップテーブル（記憶手段）３０とを備えている。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態における発光モジュールを一部破断して示す斜視図である。図２に示すように、発光モジュール１２は、半導体発光素子４０と、第１のキャリア４２と、サーミスタ４４と、熱電冷却器（以下、「ＴＥＣ」という）４６と、第２のキャリア４８と、半導体受光素子５０と、ハウジング５２と、を有している。
【００１５】
半導体発光素子４０は複数のキャリア４２ａ、４２ｂ、４２ｃを介してＴＥＣ４６の上部板４６ａ上に搭載されている。本実施の形態のＴＥＣ４６においては、下部板４６ｃのサイズが、上部板４６ａのサイズより大きくなっており、半導体受光素子５０はキャリア４８を介してＴＥＣ４６の下部板４６ｃ上に搭載されている。
【００１６】
駆動回路１８は、バイアス電流源１８ａ、電流スイッチ回路１８ｂ、及び変調電流源１８ｃを含んでいる。バイアス電流源１８ａは、半導体発光素子４０にバイアス電流を供給する。
【００１７】
電流スイッチ回路１８ｂは、入力端子１８ｄに入力されるＲＦ信号を受けて、変調電流のスイッチングを行なう。
【００１８】
変調電流源１８ｃは、電流スイッチ回路１８ｂを介して、半導体発光素子４０に変調電流を供給する。変調電流源１８ｃによって供給される変調電流の電流値は、制御回路２０からの制御信号によって制御される。
【００１９】
制御回路２０は、半導体発光素子４０の光出力を一定に維持するように、半導体受光素子５０からの光電流に応じて変調電流源１８ｃに制御信号を供給する。
【００２０】
そのために、制御回路２０は、補整回路２２からの信号と基準電圧発生回路からの所定の基準電圧との誤差を反映した制御信号を、変調電流源１８ｃへ出力する。
【００２１】
ここで、半導体受光素子５０の受光感度の温度依存性について説明する。図３は、半導体受光素子の受光感度の温度依存性を示すグラフである。図３には、複数の波長の光それぞれに対する温度依存性であって、波長１５５０ｎｍ（Ｃバンド）の光に対する受光感度が温度に実質的に依存しない半導体受光素子の温度依存性が示されている。図３に示すように、Ｃバンドの光に対する受光感度が温度に実質的に依存しない半導体受光素子では、波長１６２５ｎｍ（Ｌバンド）の光に対する受光感度に温度依存性が生じる。具体的には、低温における受光感度が低下する。
【００２２】
したがって、半導体受光素子からの光電流が電流−電圧変換等によりモニタ信号に変換されて当該モニタ信号が単純に制御回路に入力される光送信器では、半導体発光素子４０がＬバンドの光を出力しており環境温度が低温であると、半導体発光素子４０に過剰な変調電流が供給されることになる。即ち、半導体受光素子の受光感度の低下に起因してモニタ信号のレベルが低下するので、半導体発光素子４０の光出力を増すように制御が働く。その結果、半導体発光素子４０の出力光の波長が変動する。具体的には、半導体発光素子４０の出力光の波長が、長波長側にシフトする。
【００２３】
かかる現象に対処するために、本実施の形態の光送信器１０は、半導体受光素子５０の温度に応じてモニタ信号を補整してなる補整信号が制御回路に出力されるように構成されている。
【００２４】
具体的には、図１に示すように、補整回路２２に、モニタ電流検出回路２６、温度検出器２８、及びルックアップテーブル（以下、「ＬＵＴ」という）３０が接続されている。
【００２５】
モニタ電流検出回路２６は、電流−電圧変換器、及びＡ／Ｄ変換器を含んでいる。モニタ電流検出回路２６では、半導体受光素子５０からの光電流が電流−電圧変換回路によって電圧信号に変換される。この電圧信号がＡ／Ｄ変換器によるＡ／Ｄ変換を経てモニタ信号となって、補整回路２２に出力される。
【００２６】
温度検出器２８は、半導体受光素子５０の温度を検出する。温度検出器２８は、当該温度に対応する電圧を補整回路２２に出力する。本実施の形態では、この温度検出器２８は、発光モジュール１２の外部に設けられている。
【００２７】
図４は、環境温度に対する光リンクの各部における温度の関係を示す図である。図４は、この光送信器１０を搭載している光リンクにおける発光モジュール１２の外部の温度、及び半導体受光素子５０の温度と、環境温度との関係を示している。図４において、一方の縦軸の「リンク温度」は発光モジュール１２の外部の温度を示しており、他方の縦軸の「ＴＯＳＡ（ＰＤ）温度」は半導体受光素子５０の温度を示している。なお、半導体受光素子５０の温度は、発光モジュール１２のステム５２ａの温度である。半導体受光素子５０は、下部板４６ｃを介してステム５２ａに搭載されているので、ステム５２ａの温度と半導体受光素子５０の温度とは略一致する。
【００２８】
図４に示すように、環境温度が変化しても、発光モジュール１２の外部の光リンクの温度と半導体受光素子５０の温度とには数℃程度の差しか認められず、この程度の差は図３に基づきモニタ信号を補整する上で無視できる程度の差である。
【００２９】
図１に戻り、ＬＵＴ３０は、ＣＰＵ及びメモリから構成されており、半導体受光素子５０の温度に応じた補整係数を格納している。この補整係数は、基準温度における半導体受光素子５０の受光感度をηＳとし、ある温度Ｔにおける半導体受光素子５０の受光感度をηＴとすると、ηＳ／ηＴである。
【００３０】
補整回路２２は、温度検出器２８によって検出された温度Ｔに対応する補整係数ηＳ／ηＴをＬＵＴ３０から取得し、モニタ信号Ｉ×補整係数ηＳ／ηＴの演算によって、補整信号を生成する。この補整信号は、制御回路２０に出力されて、当該補整信号と基準電圧との誤差が制御回路２０によって変調電流源１８ｃにフィードバックされる。
【００３１】
以下、光送信器１０の作用について説明する。この光送信器１０によれば、半導体受光素子５０の温度に応じて、モニタ信号が補整される。したがって、半導体受光素子５０の受光感度の温度依存性に起因する変調電流の変動が低減される。その結果、半導体発光素子４０の波長変動が低減される。
【００３２】
また、温度検出器２８を発光モジュール１２の外部に設けることができるので、温度検出器２８の選択自由度が高い。
【００３３】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態に係る光送信器について説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態に係る光送信器の構成を示す図である。光送信器１０ではモニタ信号が補整されていたが、図５に示す光送信器１０Ｂでは基準電圧発生回路２４Ｂから出力される基準電圧が半導体受光素子５０の温度に応じて補整される。以下、光送信器１０Ｂについて、光送信器１０と異なる点を説明する。
【００３４】
図５に示すように、光送信器１０Ｂでは、モニタ電流検出回路２６が制御回路２０に直接接続されている。したがって、モニタ電流検出回路２６からのモニタ信号Ｉが制御回路２０に直接出力される。
【００３５】
また、基準電圧発生回路２４Ｂには、温度検出器２８とＬＵＴ３０Ｂが接続されている。ＬＵＴ３０Ｂは、半導体受光素子５０の温度に応じた補整係数を格納している。この補整係数は、基準温度における半導体受光素子５０の受光感度をηＳとし、ある温度Ｔにおける半導体受光素子５０の受光感度をηＴとすると、ηＴ／ηＳである。
【００３６】
基準電圧発生回路２４Ｂは、温度検出器２８によって検出された温度Ｔに対応する補整係数ηＴ／ηＳをＬＵＴ３０Ｂから取得し、所定の基準電圧Ｖ×補整係数ηＳ／ηＴの演算によって、補整基準電圧を決定する。制御回路２０は、この補整基準電圧とモニタ信号Ｉとの誤差を変調電流源１８ｃにフィードバックする。このように、基準電圧を半導体受光素子５０の温度に応じて可変とすることによって、半導体受光素子５０の受光感度の温度依存性に起因する半導体発光素子４０の波長変動を低減することが可能である。
【００３７】
以上、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、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。例えば、第１の実施の形態における補整係数は、ηＴ／ηＳであってもよく、この場合には、モニタ信号Ｉと補整係数ηＴ／ηＳとの商演算によって制御信号が生成される。一方、第２の実施の形態における補整係数は、ηＳ／ηＴであってもよく、この場合には、所定の基準電圧Ｖと補整係数ηＳ／ηＴとの商演算によって補整基準電圧が決定される。
【００３８】
また、上記実施の形態では、変調電流のみが制御されているが、変調電流に加えてバイアス電流が制御されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光送信器の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態における発光モジュールを一部破断して示す斜視図である。
【図３】図３は、半導体受光素子の受光感度の温度依存性を示すグラフである。
【図４】図４は、環境温度に対する光リンクの各部における温度の関係を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態に係る光送信器の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…光送信器、１２…発光モジュール、１４…サーミスタ電圧検出回路、１６…ＴＥＣドライバ、１８…駆動回路、１８ａ…バイアス電流源、１８ｂ…電流スイッチ回路、１８ｃ…変調電流源、２０…制御回路、２２…補整回路、２４…基準電圧発生回路、２６…モニタ電流検出回路、２８…温度検出器、４０…半導体発光素子、４２…第１のキャリア、４４…サーミスタ、４６…熱電冷却器（ＴＥＣ）、４６ａ…吸熱板、４６ｂ…ペルチエ素子、４６ｃ…排熱板、４８…第２のキャリア、５０…半導体受光素子、５２…ハウジング。
【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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