(57)【要約】【課題】  電源をＯＦＦした場合に、温度制御回路が動作しておらず、シャッターの動作が十分遅くても、短波長側の隣接波長への干渉を抑制する光送信器および光送信方法を提供することを目的とする。【解決手段】  電源電圧があるレベル以下になったことを検出し、順方向バイアス電流の供給を速やかに遮断する。電源１の電圧が低下したことを電源電圧検出部１０が検出し、スイッチ制御部１１により遮断用スイッチ１２をＯＦＦすれば、順方向バイアス電流はＬＤ３に供給されない。このスイッチ制御回路はロジックのみで構成できるため、アナログ定電流源２およびシャッター制御回路９よりも十分速い動作が可能であり、波長がシフトした光出力がレーザダイオードモジュール７の外部に出ることはない。【選択図】  図２
2007329212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペルチェ素子上に実装されたレーザダイオードと、前記レーザダイオードの温度を一定に保つ温度制御回路と、前記レーザダイオードに順方向バイアス電流を供給する定電流源を有する光送信器であって、電源電圧検出部と、レーザバイアス電流供給回路を遮断するスイッチと、スイッチを制御する制御部を有する光送信器。
【請求項２】
ペルチェ素子上に実装されたレーザダイオードと、前記レーザダイオードの温度を一定に保つ温度制御回路と、前記レーザダイオードに順方向バイアス電流を供給する定電流源を有する光送信器であって、電源電圧検出部と、レーザバイアス電流供給回路をＧＮＤにバイパスするスイッチと、スイッチを制御する制御部を有する光送信器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光送信器であって、レーザダイオードの出力端とをレーザダイオードモジュール外部に結合させる光ファイバ間に存在するシャッターと、前記シャッターの制御回路を有する光送信器
【請求項４】
ペルチェ素子上に実装されたレーザダイオードからの出力光を変調し、光信号を送出する光送信方法であって、
前記レーザダイオードの電源電圧を検出し、電源電圧が閾値以下であれば順方向バイアス電流供給回路を遮断するスイッチをＯＦＦし、電源電圧が閾値以上であれば順方向バイアス電流供給回路を遮断するスイッチをＯＮすることを特徴とする光送信方法。
【請求項５】
ペルチェ素子上に実装されたレーザダイオードからの出力光を変調し、光信号を送出する光送信方法であって、
前記レーザダイオードの電源電圧を検出し、電源電圧が閾値以下であれば順方向バイアス電流供給回路とＧＮＤとをバイパスするスイッチをＯＮし、電源電圧が閾値以上であれば順方向バイアス電流供給回路とＧＮＤとをバイパスするスイッチをＯＦＦすることを特徴とする光送信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は波長が一定となるよう制御された条件下で、光出力が一定となるよう、定電流源によってレーザダイオードに順方向バイアス電流を供給する光送信器および光送信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザダイオードの発振波長を一定とするためには、レーザの活性層の温度を一定に保つ必要がある。活性層温度の変動要因は、レーザダイオードの周囲温度の変化とレーザ順方向バイアス電流の変動である。レーザダイオードとサーミスタを同じペルチェ素子上に実装し、サーミスタの電圧をフィードバックすることにより、周囲温度および順方向バイアス電流が変化してもレーザダイオードの温度を一定に保つことができる。また、レーザダイオードモジュール内部に実装されたエタロンフィルタ透過後のフォトダイオード電圧をフィードバックすることにより、さらに高精度に波長を制御することができる。
【０００３】
一方、レーザダイオードはフォトダイオードの電圧をフィードバックすることにより、光出力を一定に保つことができる。この条件下では、レーザダイオードが経年劣化した場合、光出力を一定に保つために、順方向バイアス電流を増加させる。この順方向バイアス電流の増加は、活性層温度の増加をもたらし、波長を長波長側にシフトさせるが、上述のサーミスタによる温度制御ではこの波長変動を補正することができない。従来、このような波長変動への対策を検討したものとして、特開平１１−１６３４６２号公報（特許文献１）、および米国特許６９３４０６３号（特許文献２）に記載の技術がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１６３４６２号公報
【特許文献２】米国特許６９３４０６３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、上述した波長変動を補正するため、順方向バイアス電流の変動による波長変動分に相当する温度制御目標値を補正する光送信器が開示されている。このようなサーミスタによる温度制御を行い、エタロンフィルタの透過光をフィードバックし、かつ順方向バイアス電流の変動分を波長に換算して、温度目標値を変更する方式は、レーザの経年劣化のようにゆっくりとした変動に対しては有効である。しかしながらこの温度制御の時定数は数秒程度と遅いため、これより速い時定数での変動、すなわち急激な順方向バイアス電流の増加や減少による波長変動は補正できないという問題がある。
【０００６】
また、特許文献２では、順方向バイアス電流の増加に対して、レーザダイオードモジュール内部でシャッターを設けておき、波長が十分安定してからシャッターを開けるという方法により、波長変動の影響を抑える光送信器が開示されている。しかしながら、光送信器の電源をＯＦＦにした場合の順方向バイアス電流の減少に対しては、前記シャッター機能では波長変動を抑制できない可能性がある。すなわち、レーザの順方向バイアス電流供給回路と、シャッターを制御する回路の時定数の関係で、シャッターが開いている時間で、順方向バイアス電流がゆっくりと減少するときに、短波長側への波長変動が観測されることになる。電源がＯＦＦされているため、温度制御回路も動作しておらず、仮に動作していても数秒程度の時定数ではこの波長変動を補正することができない。
【０００７】
本発明は、電源をＯＦＦした場合に、温度制御回路が動作しておらず、シャッターの動作が十分遅くても、波長変動の影響を抑制する光送信器および光送信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の光送信器は、電源電圧があるレベル以下になったことを検出し、順方向バイアス電流供給回路を速やかに遮断する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電源をＯＦＦした際に、短波長側の隣接波長への干渉を抑制した光送信器および光送信方法を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を説明する実施例を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１１】
まず、本発明の実施形態である光送信器について、図１、図２を用いて説明する。図１は光送信器のレーザダイオードおよびその温度制御、光出力制御の基本構成を説明するブロック図である。図２は本発明の実施例１を説明する光送信器のレーザダイオードおよびその温度制御、光出力制御のブロック図である。
【００１２】
図１に示すブロック図で、定電流源２によってレーザダイオード（以下ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）３に順方向バイアス電流を供給する。光出力を一定に保つための、フォトダイオードと制御回路を合わせて等価的に定電流源２として表している。サーミスタ５によりＬＤ３の温度をモニタし、温度制御回路８にてペルチェ素子６に加熱または冷却電流を流すことでＬＤ３の温度は一定に保たれる。この温度制御回路と図示を省略しているが、エタロンフィルタ、透過光を検出するフォトダイオードおよび制御回路によって高精度に波長が制御された状態で、シャッター制御回路９によりシャッター４が開けられれば、レーザダイオードモジュール７の外部に光が放出される。
【００１３】
図２に示すブロック図では、図１で説明した部分の説明は省略する。図２では、電源１の電圧を検出する電源電圧検出部１０の状態によりスイッチ制御部１１に制御信号が送られ、順方向バイアス電流供給回路の遮断用スイッチ１２を切り替える。すなわち通常動作状態では遮断用スイッチ１２はＯＮの状態であり、ＬＤ３に順方向バイアス電流が供給されるが、電源１の電圧が低下し電源電圧検出部１０の閾値を超えると、スイッチ制御部１１は遮断用スイッチ１２を速やかにＯＦＦする。
【００１４】
図１においては電源１の電圧が低下した場合は、定電流源２およびシャッター動作回路９はそれぞれの時定数でＯＦＦ状態となるため、シャッター４が閉まる前に定電流源２がＬＤ３に供給する電流がゆるやかに減少した場合、短波長側へ波長がシフトした光がレーザダイオードモジュール７の外部に放出されることになる。
【００１５】
これに対し、図２では電源１の電圧が低下したことを電源電圧検出部１０が検出し、スイッチ制御部１１により遮断用スイッチ１２をＯＦＦすれば、順方向バイアス電流はＬＤ３に供給されない。このスイッチ制御回路はロジックのみで構成できるため、アナログ定電流源２およびシャッター制御回路９よりも十分速い動作が可能であり、波長がシフトした光出力がレーザダイオードモジュール７の外部に出ることはない。
【実施例２】
【００１６】
本発明の実施の形態である光送信器の他の実施例について、図３を用いて説明する。ここで図３は、本発明の実施例２を説明する光送信器のレーザダイオードおよびその温度制御、光出力制御のブロック図である。図３において示すブロック図では、図１または図２で説明した部分の詳細な説明は省略する。
【００１７】
本実施例の光送信器では、電源１の電源電圧を電源電圧検出部１０にて検出し、スイッチ制御部１１により、順方向バイアス電流供給回路バイパス用スイッチ１３を切り替える。すなわち通常動作状態ではバイパス用スイッチ１３はＯＦＦの状態であり、ＬＤ３に順方向バイアス電流が供給されるが、電源１の電圧が低下し電源電圧検出部１０の閾値を超えると、スイッチ制御部１１はバイパス用スイッチ１３を速やかにＯＮする。順方向バイアス電流がバイパス用スイッチ１３を介してＧＮＤに流れることにより、ＬＤ３に順方向バイアス電流が供給されず、波長がシフトした光出力がレーザダイオードモジュール７の外部に出ることはない。
【００１８】
実施例１および実施例２に示すように、ＬＤ３の順方向バイアス電流を速やかにＯＦＦすることの効果は、回路の時定数によって決まる波長変動時間を短縮するだけではない。速やかに順方向バイアス電流をＯＦＦすることにより、レーザのＦＭ変調効率が低下するため、ｄλ／ｄＩ（バイアス電流変動分に対する波長変動分）が下がる。したがってより波長変動を抑制する方向に作用していると説明できる。
【実施例３】
【００１９】
本発明の実施の形態である光送信器の他の実施例について、図４を用いて説明する。ここで図４は、本発明の実施例３を説明する光送信器のブロック図である。また本実施例の光送信器は、実施例１のレーザダイオードおよびその温度制御、光出力制御のブロック図に、光送信器の他の回路ブロックを追加したものであるので、図１ないし図３で説明した部分の詳細な説明は省略する。
【００２０】
図４の光送信器１００は、１６ペアの６２２ＭＨｚの入力信号を多重化する信号処理回路１６と、信号処理回路１６で多重化された１０Ｇｂｉｔ/ｓの信号を外部変調器１４の駆動信号に変換する変調器駆動回路１５と、レーザダイオードモジュール７と、レーザダイオードモジュール７の温度および光出力制御回路と、図示を省略したレンズ等の光学部品とから構成されている。
【００２１】
本実施例の、光送信器は、電源電圧検出部１０によって、電源電圧の低下を検出した際にスイッチ制御部１１によってＬＤ３の順方向バイアス電流遮断用スイッチ１２を速やかにＯＦＦすることにより、短波長側に波長がシフトした光が光送信器１００の外部に出ることはない。
【００２２】
なお、実施例１および実施例２から自明なように、遮断用スイッチ１２の代わりに、図３のブロック図におけるバイパス用スイッチ１３を用いて、ＬＤ３への順方向バイアス電流の供給を断ってもよい。また本実施例ではＬＤの外部に変調器を設けているが、ＬＤと変調器とを集積した変調器集積型レーザダイオードであっても同様である。
【実施例４】
【００２３】
本発明の他の実施の形態である光送受信器の実施例について、図５を用いて説明する。ここで、図５は、本発明の実施例４を説明する、光送受信器のブロック図である。また、本実施例の光送受信器は、実施例３の光送信器のブロック図に、光受信器の他の回路ブロックを追加したものであるので、図１ないし図４で説明した部分の詳細な説明は省略する。
【００２４】
図５の光送受信器２００は、１６ペアの６２２ＭＨｚの入力信号を多重化する信号処理回路１６と、信号処理回路１６で多重化された１０Ｇｂｉｔ/ｓの信号を外部変調器１４の駆動信号に変換する変調器駆動回路１５と、レーザダイオードモジュール７と、レーザダイオードモジュール７の温度および光出力制御回路と、伝送路から伝送されてきた１０Ｇｂｉｔ/ｓの光信号を電気信号に変換する受光素子１７と、変換された電気信号を増幅する増幅回路１８と、増幅された信号を１６ペアの６２２ＭＨｚの信号に分離する信号処理回路１９と、図示を省略したレンズ等の光学部品とから構成されている。
【００２５】
本実施例の、光送受信器は、電源電圧検出部１０によって、電源電圧の低下を検出した際にスイッチ制御部１１によってＬＤ３の順方向バイアス電流遮断用スイッチ１２を速やかにＯＦＦすることにより、短波長側に波長がシフトした光が光送信器１００の外部に出ることはない。
【００２６】
なお、実施例１および実施例２から自明なように、遮断用スイッチ１２の代わりに、図３のブロック図におけるバイパス用スイッチ１３を用いて、ＬＤ３への順方向バイアス電流の供給を断ってもよい。また本実施例ではＬＤの外部に変調器を設けているが、ＬＤと変調器とを集積した変調器集積型レーザダイオードであっても同様である。
【００２７】
なお、本実施例１〜４にはいずれもシャッターを図示しているが、シャッターがない場合においては本発明の必要性がさらに高まることは言うまでもない。また、温度制御回路およびエタロンフィルタを含まない回路に関しても、当然本発明は有効であるが，議論している波長制御は温度制御条件下にあることが前提となるため、あえて図示していない。
【００２８】
実施例４に示した光送受信器を使用して、本発明の効果について図６および図７を用いて具体的に説明する。ここで図６は本発明における実施例４の光送受信器を用いて、本発明の効果を確認する測定系のブロック図である。図７は図６のブロック図中に示される光スペクトラムアナライザによって得られる実験結果の一例である。
【００２９】
図６に示すブロック図において、パルスパターンジェネレータ２０から１０Ｇｂｉｔ/ｓの電気信号が出力され、治具２４上に実装された電気モジュール２２に入力される。この電気信号は治具２４を介してレファレンス光送受信器（ＲＥＦ．ＴＲＶと略す）３００に入力される。ＲＥＦ．ＴＲＶ３００からは１０Ｇｂｉｔ/ｓで変調された信号が光ファイバに出力される。
【００３０】
このときの中心波長を１５５９．７９４ｎｍとする。この光出力信号はスプリッタ２３によって二分割され、一方はＥＤＦＡ２６、アッテネータ２７、フォトカプラ３０、フィルタ２８を経由して、ＲＥＦ．ＴＲＶ３００の受信器に入力される。この信号は治具２４を介して電気信号として電気治具２２に入力され、電気モジュール２２の出力としてエラーディテクター２１により、ビットエラーレート（ＢＥＲと略す）を測定する。
【００３１】
一方、スプリッタ２３によって分割されたもう一方の光信号はアッテネータ２５を介して光送受信器（ＤＵＴと略す）４００に入力される。ＤＵＴ４００から出た電気信号は治具２９上で折り返して再びＤＵＴ４００に入る。この信号がＤＵＴ４００の送信部より、中心波長を１５６０.１９４ｎｍの光信号として出力され、フォトカプラ３０を介してＲＥＦ.ＴＲＶ３００の光信号に重畳される。この光信号のスペクトラムを光スペクトラムアナライザ３１にて観察した。
【００３２】
図６の測定を実施する目的は、５０ＧＨｚグリッドに相当する４００ｐｍ波長差がある二種類の波長成分間で干渉があった場合に、エラーディテクター２１によりエラーが確認することである。波長計や光スペクトラムアナライザではデータサンプリング周期が遅いため、ごく短い時間での波長干渉をモニタできない可能性がある。これに対し図６の測定系は１０Ｇｂｉｔ/ｓでの伝送に対するエラーカウントであるため、ナノ秒オーダーでの波長干渉をモニタすることができる。
【００３３】
結果は、ＤＵＴ４００として、本発明における実施例４の光送受信器を使用した場合、電源をＯＦＦした際の伝送エラーはカウントされなかった。これに対し、ＤＵＴ４００として本発明における実施例４の光送受信器のうち遮断用スイッチ１２が常にＯＮとなるように改造した光送受信器を使用した場合、１０００〜１００００カウントの伝送エラーが観測された。
【００３４】
１０Ｇｂｉｔ/ｓにおけるこのエラーカウントはマイクロ秒オーダーに相当し、波長計や光スペクトラムアナライザでは観測できないレベルの波長干渉であった。もちろん波長可変光送受信器において隣接する波長への干渉は許されず、本発明の効果が示される結果となった。
【００３５】
図７に示す光スペクトラムアナライザ３１の波形には、上述した波長変動の軌跡は確認できなかったが、現象の解釈としては、本発明による効果は、電源ＯＦＦ時のスペクトラムの移動が矢印Ａの方向ではなく、矢印Ｂの方向に移動することであると説明できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】光送信器のレーザダイオードおよびその温度制御、光出力制御の基本構成を説明するブロック図である。
【図２】本発明の実施例１を説明する光送信器のレーザダイオードおよびその温度制御、光出力制御のブロック図である。
【図３】本発明の実施例２を説明する光送信器のレーザダイオードおよびその温度制御、光出力制御のブロック図である。
【図４】本発明の実施例３を説明する光送信器のブロック図である。
【図５】本発明の実施例４を説明する光送受信器のブロック図である。
【図６】本発明の効果を確認する実験の測定系を示すブロック図である。
【図７】本発明の効果を確認する実験結果の一例である。
【符号の説明】
【００３７】
1・・・電源、２・・・定電流源、３・・・発光素子、４・・・シャッター、５・・・サーミスタ、６・・・ペルチェ素子、７・・・レーザダイオードモジュール、８・・・温度制御回路、９・・・シャッター制御回路、１０・・・電源電圧検出部、１１・・・スイッチ制御部、１２・・・レーザ順方向バイアス電流遮断用スイッチ、１３・・・レーザ順方向バイアス電流バイパス用スイッチ、１４・・・変調器、１５・・・変調器駆動回路、１６・・・信号処理回路、１７・・・受光素子、１８・・・増幅回路、１９・・・信号処理回路、２０・・・パルスパターンジェネレータ、２１・・・エラーディテクター、２２・・・電気モジュール、２３・・・スプリッタ、２４・・・電気治具、２５・・・アッテネータ、２６・・・ＥＤＦＡ、２７・・・アッテネータ、２８・・・フィルタ、２９・・・電気治具、３０・・・フォトカプラ、３１・・・光スペクトラムアナライザ、１００・・・光送信器、２００・・・光送受信器、３００・・・レファレンス光送受信器、４００・・・光送受信器
【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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