(57)【要約】【課題】  温度センサの検出値のみを用いてレーザダイオード１のバイアス電流のフィードフォワード型制御を行う光送信器において、レーザダイオード１の実際の温度を温度センサ３では検出できないため、温度変化による電流変化量が大きい高温時に電流制御の精度が低下する。そのため、送信特性の変動が大きくなり、動作保証温度範囲に制限を与える。また、高精度の制御データ作成のために、調整データを多く取得することは調整時間の増加、製品出荷のコスト増加につながる。【解決手段】  レーザダイオード１の閾値電流の温度特性式を実際のレーザダイオード１の温度と温度センサ３の検出値との乖離ぐあいに合わせて変形することによって電流の調整データから精度の高いバイアス電流の制御データを生成する。また、変形式は数台をサンプルとして測定し、最適変形式を適用することにより、調整温度点の削減、出荷工数の削減により低コスト化が可能となる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動されることにより光信号を発生するレーザダイオード、送信データに基づいて所定の電流を供給することにより、上記レーザダイオードを駆動するドライバ回路、上記レーザダイオードの周囲温度を検出する温度センサ、温度に対するバイアス電流及び変調電流の出力量が記憶されたメモリ回路、上記温度センサの検出する周囲温度に基づいて上記メモリ回路からバイアス電流及び変調電流の出力量を読み出し、該出力量に基づいて上記ドライバ回路が上記レーザダイオードに供給する所定の電流値を調整する電流制御回路を備え、上記メモリ回路に記憶された、温度に対するバイアス電流及び変調電流の出力量は温度特性式に非線形な変形がなされていることを特徴とする光送信器。
【請求項２】
温度が高くなるにしたがって、急峻な非線形の変形がなされていることを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
【請求項３】
レーザダイオード及び温度センサは近接して配置されており、かつ、他の部品とは隔離してケースに収納されていることを特徴とする請求項１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、レーザダイオード等の半導体発光素子を利用して電気−光変換してデータ送信する光送信器に関し、特に、温度変化による半導体発光素子の出力特性の変動を抑制するようにした光送信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光送信器に搭載されるレーザダイオードの閾値電流と光出力パワーは温度によって大きく変動し、その変動量は高温になるほどより大きくなるため、高温を含む広い温度範囲でのレーザダイオードの駆動電流を高精度に制御することは困難であった。また、レーザダイオードの閾値の温度特性は素子によるばらつきがあり、そのばらつきに対応するには、光送信器ごとにバイアス電流と変調電流を個別調整する必要があり、個別調整による生産コストが増大する。
【０００３】
従来の光送信器においては、温度変化によるレーザダイオードの光送信性能の変動を高い精度で制御するために、モニターフォトダイオードによりレーザダイオードの光出力パワーを検出するとともに、温度センサによりレーザダイオードの周囲温度を検出し、これらの検出値に基づいてレーザダイオードに供給するバイアス電流と変調電流を決定している。これにより、低温から高温まで多数の測定温度でバイアス電流と変調電流の調整を行い、そのレーザダイオードに対応した精度の高い電流の温度特性データを作成しなくても、送信特性の安定化が可能となった。
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００２／０６９４６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の光送信器は、光送信器の周囲温度と光出力パワーを検出し、レーザダイオードへ供給するバイアス電流と変調電流を決定するフィードバック型制御を行っている。しかしながら、フィードバック型制御を用いることによって、高精度な送信特性の制御が可能となる一方で、ＡＣＣ（Ａｕｔｏ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）機能の応答速度が遅くなり、高速なバースト送信機能を必要とする光データ通信には適用することができない問題点があった。
【０００６】
一方、従来技術として高速な応答ができるように、温度センサの検出温度のみを参照し、レーザダイオードの駆動電流を制御するフィードフォワード型制御もあるが、バイアス電流と変調電流の調整を行った所定の調整温度以外の温度でレーザダイオードの温度と乖離してしまい、精度の高い制御が困難となる。特にバイアス電流を決定するレーザダイオードの閾値電流の温度特性は、指数関数で表され、高温になるほど顕著に増加するため、この温度の乖離によるバイアス電流のズレは高温部の送信特性に大きな影響を与える。この問題の対策として、レーザダイオードの駆動電流の温度特性データの高精度化を行うためにはデータ作成用の調整データを多くの調整温度で取得する必要があった。しかしながら、レーザダイオードの素子のばらつきに対応するために個別調整を行っている光送信器において、電流制御データを生成するために温度データを多く取得するには、調整に時間がかかり、生産コストが増加してしまうという問題点があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、温度センサの検出温度のみを用いたフィードフォワード型制御において、少ない温度データの取得によって、精度の高い電流の制御データを生成し、低コストで高速応答が可能な光送信器を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る光送信器は、駆動されることにより光信号を発生するレーザダイオード、送信データに基づいて所定の電流を供給することにより、上記レーザダイオードを駆動するドライバ回路、上記レーザダイオードの周囲温度を検出する温度センサ、温度に対するバイアス電流及び変調電流の出力量が記憶されたメモリ回路、上記温度センサの検出する周囲温度に基づいて上記メモリ回路からバイアス電流及び変調電流の出力量を読み出し、該出力量に基づいて上記ドライバ回路が上記レーザダイオードに供給する所定の電流値を調整する電流制御回路を備え、上記メモリ回路に記憶された、温度に対するバイアス電流及び変調電流の出力量は温度特性式に非線形な変形をなしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、温度センサの検出する周囲温度に基づいてメモリ回路からバイアス電流及び変調電流の出力量を読み出し、レーザダイオードに供給する所定の電流値を調整するように構成するとともに、上記メモリ回路に記憶された、温度に対するバイアス電流及び変調電流の出力量は温度特性式に非線形な変形を行っているので、精度の高い電流の制御データを生成することができ、低コストで高速応答が可能な光送信器を得ることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳述する。図１は本発明の実施の形態に係るフィードフォワード型ＡＣＣ回路を備えた光発信器の構成を示す回路図である。図１において、１は電気信号を光信号に変換するレーザダイオード、２は入力される電気の信号により上記レーザダイオード１を動作させるドライバ回路、３は周囲温度を検出する温度センサ、４はレーザダイオード１の変調電流Ｉｍｏｄとバイアス電流Ｉｂｉａｓの温度特性を記憶するメモリ回路、５は温度センサ３からの検出値に対応する変調電流とバイアス電流をメモリ回路４から読み出し、レーザダイオード１へ供給する電流量を決定する電流制御回路である。
【００１１】
即ち、温度センサ３はレーザダイオード１の周囲温度を検出し、電流制御回路５へ出力する。電流制御回路５は温度センサ３から周囲温度を入力すると、該周囲温度に対応した変調電流Ｉｍｏｄ及びバイアス電流Ｉｂｉａｓをメモリ回路４から読み出し、ドライバ回路２へ変調電流Ｉｍｏｄ及びバイアス電流Ｉｂｉａｓの出力量を指示する。ドライバ回路２は入力した電気の信号に基づいて、電流制御回路５から指示された変調電流Ｉｍｏｄ及びバイアス電流Ｉｂｉａｓの出力量でレーザダイオード１を動作させる。これにより、ドライバ回路２が入力する電気の信号が所定のパワーの光信号に変換されてレーザダイオード１から出力される。
【００１２】
ここで、本発明におけるメモリ回路４は少ない温度データの取得によって、精度の高い変調電流Ｉｍｏｄ及びバイアス電流Ｉｂｉａｓの制御データを記憶するものであり、以下にメモリ回路４に格納するレーザダイオード１のバイアス電流Ｉｂｉａｓの温度特性データの作成方法について説明する。なお、変調電流Ｉｍｏｄについても同様に作成されるが、本発明の主旨とは異なるため省略する。
【００１３】
図２に示すように、まず、ターゲットとする光出力パワー、消光比を設定し、数点の温度Ｔ１〜Ｔ５において光出力パワー、消光比のどちらの値もターゲット値となるようにＩｍｏｄとＩｂｉａｓを調整し、そのときの電流値を調整データとする。取得した調整データから式を一意に決定するため、調整温度数以下の未知数を有する温度特性式を用いて、調整データより未知数を決定することにより、そのレーザダイオードの個体ばらつきに対応した個別の温度特性式を作成する。調整温度点以外の温度での電流量を温度特性式より算出される補間値を適用することにより制御を行う。
【００１４】
バイアス電流作成用の温度特性式には、閾値電流≒バイアス電流と仮定し、レーザダイオード１の閾値電流の温度特性式（式１）を用いる。
【００１５】
Ｉｔｈ＝Ｉｔｈｂ・ｅｘｐ［（Ｔ−Ｔｂ）／Ｔ０］                    （式１）
ここで、Ｉｔｈ：閾値電流、Ｔ：各温度、Ｔｂ：基準温度、Ｔ０：特性温度、Ｉｔｈｂ：基準温度Ｔｂでの閾値電流。
【００１６】
式１より２点の調整データからその温度間の制御データを作成する。例えば、図３に示すように、温度Ｔ４及びＴ５間の制御データを導出するには式１を用いて、特性温度Ｔ０（Ｔ４＜Ｔ０＜Ｔ５）を式１に代入してＴ０における制御データＡを導出する。さらに、温度Ｔ４及びＴ０間の制御データを生成するには制御データＡを用いて式１で導出する。
【００１７】
ここで式１に代入する温度は、温度センサ３での検出温度（Ｔｓｅｎｓ）であり、実際のレーザダイオード１の温度（Ｔｌｄ）と異なる。そのため、調整温度点では、Ｔｓｅｎｓ＝Ｔｌｄとなるが、その他の補間温度部においては、二つの温度は乖離する。この乖離によって、温度特性式で電流量を決定する温度補間部ではレーザダイオード１に適切な電流を供給することができず、ターゲットとしている所定の光出力パワー、消光比から変動が生じる。
【００１８】
この現象は、上述のとおり、基準温度をＴｌｄではなく、Ｔｓｅｎｓを用いているために発生する。そこで、式１に示した温度特性式を変形することによって、Ｔｓｅｎｓと真値であるＴｌｄの温度差を緩和することが可能となる。
【００１９】
即ち、ＴｌｄとＴｓｅｎｓが乖離する要因として、周囲温度からのレーザダイオード１と温度センサ３の温度変化量の違いであり、指数関数的に必要な電流量が増加するレーザダイオード１の温度変化に温度センサ３の変動値を対応させるには、高温になるほど変化量が大きくなるように温度に対して非線形な急峻さを与えて変形する必要がある。
【００２０】
式１を変更するにあたり、式１中の温度センサ３の検出温度値Ｔに高温での急峻さを与えるため、Ｔにべき乗の変数ｘを追加、またＴ、ｘ以外の項について式１をまとめると式２となる。
【００２１】
Ｉｔｈ＝Ａｅｘｐ（Ｂ・Ｔｘ）                                （式２）
Ａ＝Ｉｔｈｂ・ｅｘｐ（Ｔｂ／Ｔ０）、Ｂ＝１／Ｔ０
ここで、未知数Ａ、Ｂ、ｘのうち、未知数Ａ、Ｂは、レーザダイオード１の素子ばらつきに依存し、未知数ｘは光送信器の構成に依存する。したがって、温度センサ３の検出温度と実際のレーザダイオード１の温度との乖離ぐあいを補正する変数ｘを決定することによって、未知数はＡ、Ｂの２個のみとなり、従来式と同様に２点のみの調整データから温度特性式を決定することが可能となる。
【００２２】
ある温度２点（例えばＴ４、Ｔ５）に対して変数ｘを変化させたときの温度特性式の変化を図４に示す。ｘを１より大きくすることによって急峻さを調整することが可能となる。製造によるばらつきを考慮し、数サンプルを対象として調整温度を細かく取得し、ｘの最適値を求めることにより、毎回調整温度を多く取得し、２つの温度の乖離ぐあいを調べる必要がないため、その後のサンプルについては、調整温度の削減が可能となる。
【００２３】
以上説明したように、本発明の第１効果はバイアス電流の温度特性式に式１の代わりに、式２を用いることにより、高精度な制御データを得ることができ、送信特性の安定化、レーザダイオード駆動回路の動作温度範囲の拡張が可能となることである。また、第２効果として、通常、制御データの高精度化と調整温度数の削減は通常トレードオフの関係にあるが、本発明ではどちらも実現しており、調整時間の短縮、生産コストの低減が可能となる。
【００２４】
次に、図５は図１の構成にケース６を追加した他の実施の形態を示す。すでに述べたように、温度センサ３の検出温度Ｔｓｅｎｓとレーザダイオード１の実際の温度Ｔｌｄとにはズレが生じる。そこで、レーザダイオード１に近接して温度センサ３を設置することによってＴｓｅｎｓとＴｌｄのズレを物理的に抑制するように構成した実施の形態である。
【００２５】
具体的な設置位置については、レーザダイオード１と温度センサ３間の熱抵抗を可能な限り小さくするため、温度センサ３をレーザダイオード１に近接設置し、周囲温度以外の熱源からの熱伝導を遮断するため、レーザダイオード１と温度センサ３とをケース６で覆う。また、ドライバ回路２や電流制御回路５など大きな熱源となりうる部品については、ケースで隔離する配置とする。
【００２６】
本構成を用いることにより、レーザダイオード１に対する温度センサ３の測定指示率が向上し、式２を用いる場合の温度センサ３と実際のレーザダイオード１の温度との乖離ぐあいの変動が抑制される。そのため、初期のサンプル数個より求める乖離ぐあいを表す変数ｘの変動も抑制されるので、細かく調整データを取得せずに変数ｘに最適値を適用するサンプルに対して、更なる制御データの高精度化が可能となる。
【００２７】
この実施の形態を用いる効果としては、レーザダイオード１と温度センサ３をケース６で覆い、また、ハードウェア構成に検証時間を多く要するが、実際のレーザダイオード１の温度と温度センサ３との乖離ぐあいのばらつきが抑制され、バイアス電流の温度特性を算出するために、式２を用いると精度の高いバイアス電流の制御データが作成可能となる。また、乖離ぐあいを表す変数ｘの変動が小さくなるため、調整を行う温度間隔を広く取ることが可能となり、調整温度の削減が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、ＧＥ−ＰＯＮ等の光通信システムに用いられる光発信器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る光送信器の構成を示す回路図である。
【図２】本発明におけるメモリ回路に格納する制御データの生成方法を説明するための特性図である。
【図３】本発明におけるメモリ回路に格納する制御データの生成方法を説明するための特性図である。
【図４】本発明におけるメモリ回路に格納する制御データの生成方法を説明するための特性図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る光送信器の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  レーザダイオード    ２  ドライバ回路    ３  温度センサ    ４  メモリ回路    ５  電流制御回路    ６  ケース。
【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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