(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子と、
この半導体レーザ素子と集積され、半導体レーザ素子からの出力光を強度変調する電界吸収型外部変調器とを有する半導体レーザモジュールにおいて、
上記電界吸収型外部変調器を流れる光電流の最大値及び最小値を検出し、この最大値及び最小値の比が所定の値になるように、上記電界吸収型外部変調器に与える変調信号の振幅を一定としたままその平均値を制御して、上記電界吸収型外部変調器の出力光の消光比が一定になるように制御する変調出力制御手段とを備えたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２】
半導体レーザ素子と、
この半導体レーザ素子と集積され、半導体レーザ素子からの出力光を強度変調する電界吸収型外部変調器と、
光ファイバーと、
上記電界吸収型外部変調器と上記光ファイバーを光結合する光学系と、
上記半導体レーザ素子と上記電界吸収型外部変調器と上記光ファイバー及び上記光学系を光結合状態を保って固定収納するとともに、気密封止端子を有するパッケージとを有する半導体レーザモジュールにおいて、
上記半導体レーザの温度を検出する温度検出手段と、
この温度検出手段により検出された温度信号に基づいて上記半導体レーザの温度を一定に制御する電子冷却手段と、
上記電界吸収型外部変調器を流れる光電流の最大値及び最小値を検出し、この最大値及び最小値の比が所定の値になるように、上記電界吸収型外部変調器に与える変調信号の振幅を一定としたままその平均値を制御して、上記電界吸収型外部変調器の出力光の消光比が一定になるように制御する変調出力制御手段とを備えたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項３】
半導体レーザ素子を有する半導体レーザモジュールからの出力光を光ファイバを用いて伝送する半導体レーザモジュールを用いた光通信システムにおいて、
上記半導体レーザモジュールは、
上記半導体レーザ素子と集積され、
半導体レーザ素子からの出力光を強度変調する電界吸収型外部変調器と、
上記電界吸収型外部変調器を流れる光電流の最大値及び最小値を検出し、この最大値及び最小値の比が所定の値になるように、上記電界吸収型外部変調器に与える変調信号の振幅を一定としたままその平均値を制御して、上記電界吸収型外部変調器の出力光の消光比が一定になるように制御する変調出力制御手段とを備えたことを特徴とする半導体レーザモジュールを用いた光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザモジュール及び半導体レーザモジュールを用いた光通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システム用発光素子モジュールは、一般に１０〜１５年以上の長期間連続して安定動作させる必要がある。従って、光通信システム用発光素子モジュールとして用いる半導体レーザモジュールは、その動作時間中、常に安定した光ファイバ出力を維持しなければならない。しかし、半導体レーザモジュールに用いる発光素子である半導体レーザは、通常状態で長期間動作させた場合、レーザ素子活性領域の結晶欠陥（例えば、点欠陥や転位）が増殖され、これに伴い、発光特性（光出力や、レーザ発振しきい電流値など）が経時変化を起こし、ついには寿命に至る。すなわち、半導体レーザモジュールは、通常状態での動作においてもレーザ素子の経時変化に伴い、その光出力が変動することが知られている。
【０００３】
そこで、従来の光通信用半導体レーザモジュールは、例えば、特開平４−５０９０３号公報に記載のように、半導体レーザ後面から発光するレーザ光をモニタ用フォトダイオードで検出し、このモニタ光が一定となるように半導体レーザ駆動電流を制御し、光ファイバ出力を常に安定化させる自動光出力制御を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光ファイバ出力を安定化させる自動光出力制御方法は、半導体レーザ後面からの光出力をモニタし、半導体レーザ前方から光出力、すなわち、光ファイバ出力を一定に保持するように、半導体レーザの駆動電流を制御している。このため、半導体レーザの経時変化によってレーザ駆動電流に対する半導体レーザの光出力が経時変動しても、常に半導体レーザ前端面からの光出力と後端面からの光出力の比率が一定である必要があった。すなわち、半導体レーザ前端面からの光出力である光ファイバ出力の変動を、半導体レーザ後端面からのモニタ光で間接的に制御している従来の自動光出力制御方法では、半導体レーザの前方光出力と後方光出力の比率が変化した場合、正確な光ファイバ出力の安定化制御が不可能である。従来の半導体レーザの駆動電流に直接変調信号を与え、光強度変調を行う直接変調方式では、光ファイバ出力，モニタ光共同一の半導体レーザからの前端面および後端面からの出力光であるため、半導体レーザの経時劣化により、レーザ駆動電流に対する半導体レーザの光出力が変動しても、常に前方光出力と後方光出力の比率がほぼ一定である。このため、半導体レーザ後端面からのモニタ光を一定に保持するように、レーザ駆動電流を制御する従来の自動光出力制御方法が一般的に用いられてきた。
【０００５】
これに対し、最近、電界吸収型外部変調器を集積した半導体レーザを用いたレーザモジュールが用いられてきている。これは、直接変調方式に比べて、伝送距離を長距離にできるためである。即ち、直接変調方式では、半導体レーザの駆動電流をパルス状に変調するが、このようにパルス状に変調すると、半導体レーザから発せられる光のスペクトル幅（波長幅）の広がり、言わゆる、チャーピングが生じる。光信号の伝送に用いる光ファイバは、波長によって伝送速度が異なるため、波長広がりが生じると、それぞれの波長によって伝送速度が異なり、長距離伝送が困難になる。それに対して、外部変調方式では、半導体レーザの駆動電流は一定であるため、直接変調方式のような波長広がりの問題は生じないため、長距離伝送が可能で、最近実用化されつつある。
【０００６】
外部変調方式に用いる外部変調器については、半導体レーザ自体の経時変化に比べて少ないものの、電界吸収特性が経時変化する。
【０００７】
電界吸収型外部変調器の光電界吸収率（光透過率）の経時変化に伴い、光信号の論理"１"レベル光強度と、論理"０"レベル光強度との比率（消光比）も変動するため、光信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が変動する。しかしながら、従来の半導体レーザ後端面からの光モニタでは消光比の変動を検出しつつ十分なモニタ光を得るためには、高周波応答が可能な別光学系のモニタ用フォトダイオードを用いる必要があり、消光比を常に一定に保持するような制御は行われておらず、Ｓ／Ｎ比が変動するという問題があった。
【０００８】
また、外部変調方式おいて、従来行われているような、半導体レーザの後面からの発光をモニタ用フォトダイオードで検出する方法を適用しようとすると、モニタ用フォトダイオードで検出するモニタ光は、半導体レーザの経時変化による変動のみであるのに対して、光ファイバ出力は、半導体レーザの光出力の経時変化による変動と、電界吸収型外部変調器の光電界吸収率（光透過率）の経時変化とによる変動が生じるため、半導体レーザ及び電界吸収型外部変調器の経時変化に伴い、モニタ光と光ファイバ出力の比率が変動するため、正確な光ファイバ出力の安定化制御が不可能であるという問題がある。ここで、例えば、特開平４ー１６２４８１号公報若しくは特開平３−７３９１５号公報に記載のように、外部変調器を流れる光電流を用いて、温度制御をする試みは知られているが、光ファイバ出力自体を安定制御することは知られていない。
【０００９】
また、さらに、直接変調方式の半導体レーザモジュールを用いた光通信システムでは、長距離伝送が不可能であるという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、消光比の変動を防止して、Ｓ／Ｎ比の安定な半導体レーザモジュールを提供するにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、電界吸収型外部変調器を集積した半導体レーザ素子を光源とした半導体レーザモジュールにおける半導体レーザの経時変化を補正して、安定した光ファイバ出力の得られる半導体レーザモジュールを提供するにある。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、光ファイバ出力を長期間安定に保つことが可能な半導体レーザモジュールを用いた光通信システムを提供するにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子と集積され、半導体レーザ素子からの出力光を変調する電界吸収型外部変調器とを有する半導体レーザモジュールにおいて、上記電界吸収型外部変調器を流れる光電流の最大値及び最小値を検出し、この最大値及び最小値の比が所定の値になるように、上記電界吸収型外部変調器に与える変調信号の振幅を一定としたままその平均値を制御して、上記電界吸収型外部変調器の出力光の消光比が一定になるように制御する変調出力制御手段とを備えるようにしたものであり、かかる構成とすることにより、消光比の変動を防止して、Ｓ／Ｎ比を安定にし得るものとなる。
【００１６】
また、上記目的を達成するために、本発明は、半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子と集積され、半導体レーザ素子からの出力光を強度変調する電界吸収型外部変調器と、光ファイバーと、上記電界吸収型外部変調器と上記光ファイバーを光結合する光学系と、上記半導体レーザ素子と上記電界吸収型外部変調器と上記光ファイバー及び上記光学系を光結合状態を保って固定収納するとともに、気密封止端子を有するパッケージとを有する半導体レーザモジュールにおいて、上記半導体レーザの温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段により検出された温度信号に基づいて上記半導体レーザの温度を一定に制御する電子冷却手段と、上記電界吸収型外部変調器を流れる光電流の最大値及び最小値を検出し、この最大値及び最小値の比が所定の値になるように、上記電界吸収型外部変調器に与える変調信号の振幅を一定としたままその平均値を制御して、上記電界吸収型外部変調器の出力光の消光比が一定になるように制御する変調出力制御手段とを備えるようにしたものであり、かかる構成とすることにより、光ファイバ出力を安定にし得るものとなる。
【００１７】
また、さらに、上記目的を達成するために、本発明は、半導体レーザ素子を有する半導体レーザモジュールからの出力光を光ファイバを用いて伝送する半導体レーザモジュールを用いた光通信システムにおいて、上記半導体レーザモジュールは、上記半導体レーザ素子と集積され、半導体レーザ素子からの出力光を変調する電界吸収型外部変調器と、上記電界吸収型外部変調器を流れる光電流の最大値及び最小値を検出し、この最大値及び最小値の比が所定の値になるように、上記電界吸収型外部変調器に与える変調信号の振幅を一定としたままその平均値を制御して、上記電界吸収型外部変調器の出力光の消光比が一定になるように制御する変調出力制御手段とを備えるようにしたものであり、かかる構成とすることにより、光ファイバ出力を長期間安定に保ち得るものとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態による半導体レーザモジュールについて、図１、図２，図３及び図４を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による半導体レーザモジュールの部分断面の平面図であり、図２は、図１の側断面図であり、図３は、本発明の一実施の形態による半導体レーザモジュールの制御回路図であり、図４は、本発明の一実施の形態による半導体レーザモジュールの変調信号の制御の説明図である。
【００２０】
ステム１０には、電界吸収型外部変調器集積半導体レーザ素子（以下「半導体レーザ素子」と称す）２０が搭載されている。半導体レーザ素子２０は、半導体レーザ２２及び電界吸収型外部変調器２４が、電気的に絶縁された状態で、一体化（集積）された構造となっている。半導体レーザ素子２０の光軸上には、第１レンズ３０が配置され、第１レンズ３０は、同じくステム１０の上に搭載されている。第１レンズ３０は、球レンズ若しくは非球面レンズによって構成されている。
【００２１】
ステム１０には、半導体レーザ素子２０及び第１レンズ３０の周囲温度を検出する温度検出素子４０が配置されている。半導体レーザ素子２０，第１レンズ３０，温度検出素子４０を搭載したステム１０は、電子冷却素子５０の低温部側５０Ｌに固定してある。電子冷却素子５０の高温部側５０Ｈは、デュアルインライン気密封止端子を有するパッケージ６０の内壁面に固定されている。半導体レーザ素子２０及び第１レンズ３０の周囲温度が上昇した場合、半導体レーザ素子２０及び第１レンズ３０の近傍を電子冷却素子５０によって冷却すると共に、電子冷却素子５０の高温部側５０Ｈからパッケージ６０に伝導された熱は、パッケージ６０を介して大気側へ放熱される構成となっている。
【００２２】
半導体レーザ２２の前方からの出力光は、変調器２４を通過した後、第１レンズ３０によって平行光にされ、レンズホルダ７０に固定された光アイソレータ７２に導入される。光アイソレータ７２は、伝送路接続点及び伝送路間に設定された光機能部品，例えば、光ファイバ増幅器，光カプラ，光合分波器等や光受光器等からの半導体レーザ２２への反射戻り光を遮断する。光アイソレータ７２を通過したレーザ光は、同一の光軸上に配置された集束型屈折率分布円柱レンズ７４（以下「第２レンズ」と称す）によって集束し、その焦点位置に光ファイバホルダ８０によって固定されている光ファイバ８２に導入される。
【００２３】
光アイソレータ７２，第２レンズ７４，光ファイバ８２は、それぞれ、レンズホルダ７０や光ファイバホルダ８０に、半田付けやレーザ溶接などの半永久または永久固定方法によって、光軸を合わせた上で、パッケージ６０に気密封止固定されている。
【００２４】
パッケージ６０には、内部部品と外部回路との電気的導通をとるための絶縁封止されたピン９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄ，９０ｅ，９０ｆ，９０ｇ，９０ｈ，９０ｉ，９０ｊ，９０ｋ，９０ｌ，９０ｍ，９０ｎが固定されている。ピン９０ｆ，９０ｇは、温度検出素子４０に接続され、温度制御回路１００によって、ステム１０の温度を検出する。温度制御回路１００は、ピン９０ａ，９０ｂを介して、電子冷却素子５０に接続され、電子冷却素子５０によって、ステム１０の温度を制御する。半導体レーザ駆動回路１１０は、ピン９０ｅを介して、半導体レーザ２２に接続され、半導体レーザ２２に所定電流を供給し、半導体レーザ２２を発光させる。
【００２５】
変調回路１２０は、ピン９０ｍを介して、外部変調器２４に接続されている。外部変調器２４は、電圧を与えると、与えた電圧に比例してその内部を通過する光電界を吸収する性質を有している。従って、この外部変著器２４の特性を利用して、外部変調器２４に変調回路から高周波数のパルス電圧信号や三角波信号などを与えることで、半導体レーザ素子２０の光出力に強度変調をかけている。
【００２６】
さらに、外部変調器２４は、ピン９０ｌを介して、光出力制御回路２００に接続されており、外部変調器２４を流れる光電流（フォトカレント）を検出している。外部変調器２４は、吸収した光電界に比例した光電流（フォトカレント）が流れる。この光電流は、理論上は、変調電圧信号と連動した出力波形となる。従って、本発明では、この光電流を用いて、外部変調器２４と半導体レーザ２を集積した半導体レーザ２０の出力光の経時変化を検出し、半導体レーザ駆動回路１１０及び変調回路１２０をフィードバック制御するものであり、その詳細については、図３を用いて後述する。
【００２７】
尚、本構成による半導体レーザモジュールは、例えば、２．５Ｇｂ／ｓ〜１０Ｇｂ／ｓ以上の光信号を伝送する光通信システム用発光素子モジュールとして用いるために、変調回路１２０に与える変調信号は、２．５ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ以上の高周波信号を与える必要がある。このため、高周波変調信号を減衰させることなく有効に変調回路１２０に伝達するために、光出力制御回路２００内の光電流検出機能は、半導体レーザモジュール内の変調回路１２０の終端抵抗値と比較して十分大きな抵抗値（インピーダンス）を有していることが望ましい。
【００２８】
ステム１０は、ピン９０ｊを介して接地されている。半導体レーザ２２と外部変調器２４の一端子は、ステム１０と導通しており、半導体レーザ２２と外部変調器２４の一部は、アース電位となっている。
【００２９】
図３において、パッケージ６０の中に配置された温度検出素子４０は、その周囲温度を検出し、検出された温度は温度検出素子の抵抗値変化として、温度制御回路１００に取り込まれる。温度制御回路１００は、電子冷却素子５０の駆動電流を制御することにより、半導体レーザー２０の温度を制御する。
【００３０】
半導体レーザ２２のカソード側は、接地され、アノード側には、駆動回路１１０が接続されている。駆動回路１１０からは、例えば、数十ｍＡの直流電流が半導体レーザ２２に供給され、半導体レーザ２２を一定強度で発光させている。
【００３１】
半導体レーザ２２の出力光は、外部変調器２４に導入される。外部変調器２４は、変調回路１２０から供給される変調電圧によって強度変調されている。変調回路１２０から供給される電圧は、例えば、０Ｖから−２Ｖのパルス電圧で、２．５ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの高周波変調されている。変調回路１２０から外部変調器２４への印加電圧が、０Ｖの時は、外部変調器２４は、半導体レーザ２２からの光をほぼ１００％透過して、第１レンズ３０に導入する。また、変調回路１２０から外部変調器２４への印加電圧が、−２Ｖの時は、外部変調器２４は、半導体レーザ２２からの光をほぼ１００％遮る。従って、半導体レーザ素子２０から伝送する光信号との関係では、変調回路１２０からの変調電圧が０Ｖの時、論理”１”レベルの光信号を出力し、変調回路１２０からの変調電圧が−２Ｖの時、論理”０”レベルの光信号を出力する。
【００３２】
また、外部変調器２４の終端抵抗２６を用いて、光電流を検出し、この検出した光電流を光出力制御回路２００に取り込む。検出される光電流と、変調回路１２０から供給される変調電圧との関係は、変調電圧が０Ｖの時は、光電界は殆ど吸収しないため、光電流も殆ど０である。一方、変調電圧が−２Ｖの時は、変調電圧に応じた光電界を吸収し、この光電界に応じた光電流が流れる。
【００３３】
光出力制御回路２００は、レーザー出力制御回路２１０と、変調出力制御回路２２０を有している。
【００３４】
最初に、レーザー出力制御回路２１０の動作について説明する。上述したように、変調回路からは高周波変調されたパルス電圧が外部変調器２４に供給されると、このパルス電圧に応じたパルス状の光電流が終端抵抗２６を介して検出される。ここで、外部変調器２４は、所定の変調比で正常に動作しており、半導体レーザ２２からの出力光が、半導体レーザ２２の経時変化の影響で低減した場合を考える。
【００３５】
この場合、レーザー出力制御回路２１０の中の平均電流検出回路２１２は、検出されたパルス状の光電流の平均電流を求める。光電流は、パルス変調された交流信号であるため、これによって、半導体レーザ２２の出力光の実効（平均）パワーを検出することができる。平均電流検出回路２１２の出力信号は、駆動電流制御回路２１４に入力する。駆動電流制御回路２１４は、予め定めておいた基準値と検出された平均電流とを比較し、その差分が０となるように、半導体レーザ２２の駆動電流を増加するための制御信号を半導体レーザ駆動回路１１０に出力する。半導体レーザ駆動回路１１０は、この制御信号に基づいて、半導体レーザ２２の駆動電流を増加する。これによって、半導体レーザ２２の出力光が経時変化により低減しても、この経時変化分を補正して、常に、一定の出力光を得ることができる。
【００３６】
次に、外部変調器２４の光電界吸収率（光透過率）の経時変化の補正について説明する。外部変調器２４の光電界吸収率（光透過率）が変化すると、光信号の論理”１”レベルの光強度と、論理”０”レベルの光強度との比率（消光比）が変動するため、光信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が変動する。
【００３７】
即ち、外部変調器２４への印加電圧（変調信号）と、外部変調器２４の光出力の関係は、図４に示すようになる。即ち、初期の外部変調器は、実線Ａで示すような、外部変調器２４への印加電圧に対する外部変調器２４の光出力の関係がある。ここで、初期の外部変調器への印加電圧を０Ｖ及び−Ｖ1Ｖのパルス状電圧とする。印加電圧が０Ｖの時の、光出力は、Ｈであり、印加電圧が−Ｖ1Ｖの時の、光出力は、Ｌとする。即ち、この時の消光比は、Ｈ／Ｌである。
【００３８】
それに対して、外部変調器２４の光電界吸収率（光透過率）が経時変化をすると、例えば、一点鎖線Ｂで示す特性に変化する。なお、ここで、半導体レーザ２２の出力光は、一定になるように制御されているものとする。実線Ａの状態から一点鎖線Ｂの状態に変化したにも拘らず、外部変調器への印加電圧を０Ｖ及び−Ｖ1Ｖのパルス状電圧としたままにすると、印加電圧０Ｖに対する光出力は、Ｈのままで変化しないが、印加電圧−Ｖ1Ｖに対する光出力は、Ｌ1に増加する。従って、消光比は、Ｈ／ＬからＨ／Ｌ1に低下することになる。
【００３９】
そこで、変調信号振幅Ｖw（＝Ｖ1)を変えることなく、変調信号の平均値を変えるようにしている。即ち、外部変調器への印加電圧を０／−Ｖ1Ｖから、例えば、−Ｖ2／−Ｖ3Ｖに変える。ここで、（（−Ｖ2）−（−Ｖ3））＝Ｖwとすることにより、変調信号振幅は変えないようにしてある。また、変調信号の平均値は、（−Ｖ1／２）Ｖから、（（−Ｖ2）＋（−Ｖ3））／２Ｖに増加している。このようにして、外部変調器への印加電圧を−Ｖ2及び−Ｖ3Ｖとした時の、印加電圧−Ｖ2Ｖに対する光出力を、Ｈ2とし、印加電圧−Ｖ3Ｖに対する光出力は、Ｌ2とすると、消光比は、Ｈ2／Ｌ2となる。従って、Ｈ2／Ｌ2が、初期状態の消光比Ｈ／Ｌに等しくなるように、外部変調器への印加電圧を−Ｖ2及び−Ｖ3Ｖを選択することにより、消光比の経時変化を補正することができる。
【００４０】
以上のようにして、消光比の経時変化を補正するための、回路構成について、図３を用いて説明する。
【００４１】
光出力制御回路２００の中の変調出力制御回路２２０は、光電流最大値検出回路２２２と光電流最小値検出回路２２４を有している。光電流最大値検出回路２２２及び光電流最小値検出回路２２４は、それぞれ、終端抵抗２６に接続されており、光電流の最大値及び最小値を検出する。光電流最大値検出回路２２２及び光電流最小値検出回路２２４の出力は、比演算回路２２６に接続され、光電流の最大値ｍａｘ及び最小値ｍｉｎの比（ｍａｘ／ｍｉｎ）を演算する。
【００４２】
前述したように、光出力が論理”１”レベルの時は、光電流は少なく、論理”０”レベルの時、光電流は増加するので、比演算回路２２６が求める比（ｍａｘ／ｍｉｎ）は、図４を用いて説明した消光比Ｈ／Ｌと逆の関係になるが、比（ｍａｘ／ｍｉｎ）によっても、実質的に消光比相当の数値を求めることができる。比演算回路２２６に接続された平均値制御回路２２８は、この求めた消光比が一定になるように、外部変調器２４への印加電圧を制御すべく、変調回路１２０が出力する変調信号の平均値を変化させる。この時、図４において説明したように、変調信号の振幅は変化させないようにしている。
【００４３】
本実施の形態によれば、半導体レーザの経時変化を補正して、安定した光ファイバ出力が得られる。
【００４４】
また、外部変調器の消光比の変動を防止して、安定した消光比を得ることが可能となる。従って、信頼性の高い光信号伝送を長期間維持することが可能となる。
【００４５】
次に、図５及び図６を用いて、本発明の他の実施の形態による消光比の制御方法について説明する。
図５は、本発明の他の実施の形態による消光比制御の原理図であり、図６は、本発明の他の実施の形態による半導体レーザモジュールの変調出力制御回路の回路図である。
【００４６】
図５に示すように、外部変調器２４への印加電圧（変調信号）と、外部変調器２４の光出力の関係はなっており、初期の外部変調器は、実線Ａで示すような、外部変調器２４への印加電圧に対する外部変調器２４の光出力の関係がある。ここで、初期の外部変調器への印加電圧を０Ｖ及び−Ｖ1Ｖのパルス状電圧とする。印加電圧が０Ｖの時の、光出力は、Ｈであり、印加電圧が−Ｖ1Ｖの時の、光出力は、Ｌとする。即ち、この時の消光比は、Ｈ／Ｌである。
【００４７】
それに対して、外部変調器２４の光電界吸収率（光透過率）が経時変化をすると、例えば、一点鎖線Ｂで示す特性に変化する。なお、ここで、半導体レーザ２２の出力光は、一定になるように制御されているものとする。実線Ａの状態から一点鎖線Ｂの状態に変化したにも拘らず、外部変調器への印加電圧を０Ｖ及び−Ｖ1Ｖのパルス状電圧としたままにすると、印加電圧０Ｖに対する光出力は、Ｈのままで変化しないが、印加電圧−Ｖ1Ｖに対する光出力は、Ｌ1に増加する。従って、消光比は、Ｈ／ＬからＨ／Ｌ1に低下することになる。
【００４８】
そこで、変調信号振幅Ｖwを変えるようにしている。即ち、外部変調器への印加電圧を０／−Ｖ1Ｖから、例えば、０／−Ｖ4Ｖに変える。これによって振幅Ｖw（＝Ｖ1）は、振幅Ｖw’（＝Ｖ4）に増加する。このようにして、外部変調器への印加電圧を０及び−Ｖ4Ｖとした時の、印加電圧−Ｖ4Ｖに対する光出力を、Ｌとすると、消光比は、Ｈ／Ｌとなり、初期状態の消光比Ｈ／Ｌに等しくなるように、外部変調器への印加電圧を−Ｖ4Ｖを選択することにより、消光比の経時変化を補正することができる。
【００４９】
以上のようにして、消光比の経時変化を補正するための、回路構成について、図６を用いて説明する。
【００５０】
光出力制御回路２００’は、レーザ出力制御回路２１０及び変調出力制御回路２２０’を有しており、レーザ出力制御回路２１０の構成及び動作は、図３において説明したものと同一である。
【００５１】
光出力制御回路２００’の中の変調出力制御回路２２０’は、光電流最大値検出回路２２２と光電流最小値検出回路２２４を有している。光電流最大値検出回路２２２及び光電流最小値検出回路２２４は、それぞれ、終端抵抗２６に接続されており、光電流の最大値及び最小値を検出する。光電流最大値検出回路２２２及び光電流最小値検出回路２２４の出力は、比演算回路２２６に接続され、光電流の最大値ｍａｘ及び最小値ｍｉｎの比（ｍａｘ／ｍｉｎ）を演算する。
【００５２】
前述したように、光出力が論理”１”レベルの時は、光電流は少なく、論理”０”レベルの時、光電流は増加するので、比演算回路２２６が求める比（ｍａｘ／ｍｉｎ）は、図５を用いて説明した消光比Ｈ／Ｌと逆の関係になるが、比（ｍａｘ／ｍｉｎ）によっても、実質的に消光比相当の数値を求めることができる。比演算回路２２６に接続された振幅制御回路２２９は、この求めた消光比が一定になるように、外部変調器２４への印加電圧を制御すべく、変調回路１２０が出力する変調信号の振幅を変化させる。
【００５３】
本実施の形態によれば、外部変調器の消光比の変動を防止して、安定した消光比を得ることが可能となる。従って、信頼性の高い光信号伝送を長期間維持することが可能となる。
【００５４】
なお、以上の説明では、消光比を一定になるように制御する方法として、変調信号の平均値を制御する方法と、変調信号の振幅を制御する方法について説明したが、変調信号制御回路としてμ−ＣＰＵを利用することにより、両者の方法、即ち、変調信号の平均値を制御する方法と変調信号の振幅を制御する方法を、検出した消光比に応じて、複合的に制御するようにしてもよい。かかる方法を用いることにより、きめ細かい制御を行うことが可能となる。
【００５５】
次に、図７を用いて、本発明のその他の実施の形態による光通信システムについて説明する。
図７は、本発明のその他の実施の形態による光通信システムの構成図である。
【００５６】
光送信器３００は、その内部に、半導体レーザモジュール３１０を有している。半導体レーザモジュール３１０の構成は、図１乃至図３若しくは図６において説明したとおりである。
【００５７】
光送信器３００には、光ファイバ４００を介して、光増幅器４１０が接続されている。光送信器３００からの光出力は、光増幅器４１０で増幅される。増幅された光信号は、光ファイバ４００を介して、送信局４２０に送られる。送信局４２０からは、さらに、光ファイバ４００を介して、中継局４３０，受信局４４０に接続されており、送信局４２０から出力される光信号を、受信局４４０に伝送する。
【００５８】
ここで、光送信器３００の内部に使用する半導体レーザモジュール３１０は、図１乃至図３若しくは図６において説明した構成を有する。従って、変調方式として、外部変調器による外部変調方式を使用するため、直接変調方式に比べて、伝送距離を長くすることができる。また、半導体レーザの経時変化や外部変調器の経時変化をも補正して、半導体レーザモジュールを駆動できるため、長期間に亘って、安定した光通信を行うことが可能となる。
【００５９】
なお、図７において説明した光通信システムの構成は、この図示した構成に限られものでなく、図７に示した例は、光通信システムの一例である。
【００６０】
本発明においては、図１乃至図３若しくは図６に示した半導体レーザモジュールを光送信器の発光素子モジュールとして使用し、それを光通信システムに使用するものであり、光通信システムの構成については、問わないものである。
【００６１】
本実施の形態によれば、光通信システムにおける経時変化を補正して、長期間安定した光通信を可能とする。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、電界吸収型外部変調器を集積した半導体レーザ素子を光源とした半導体レーザモジュールにおける半導体レーザの経時変化を補正して、安定した光ファイバ出力の得ることが可能となる。
【００６３】
また、本発明によれば、電界吸収型外部変調器の経時変化による消光比の変動を防止して、Ｓ／Ｎ比を安定にすることが可能となる。
【００６４】
また、さらに、半導体レーザモジュールを用いた光通信システムにおいて、光ファイバ出力が長期間安定に保てるものとなる。
【００６５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による半導体レーザモジュールの部分断面の平面図である。
【図２】図１の側断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態による半導体レーザモジュールの制御回路図である。
【図４】本発明の一実施の形態による半導体レーザモジュールの変調信号の制御の説明図である。
【図５】本発明の他の実施の形態による半導体レーザモジュールの変調信号の制御の説明図である。
【図６】本発明の他の実施の形態による半導体レーザモジュールの制御回路図である。
【図７】本発明のその他の実施の形態による半導体レーザモジュールを用いた光通信システムの構成図である。
【符号の説明】
１０…ステム
２０…電界吸収型外部変調器集積半導体レーザ素子
２２…半導体レーザ
２４…電界吸収型外部変調器
２６…終端抵抗
３０…第１レンズ
４０…温度検出素子
５０…電子冷却素子
５０Ｈ…電子冷却素子高温部
５０Ｌ…電子冷却素子低温部
６０…パッケージ
７０…レンズホルダ
７２…光アイソレータ
７４…集束型屈折率分布円柱レンズ
８０…光ファイバホルダ
８２…光ファイバ
９０…ピン
１００…温度制御回路
１１０…レーザ駆動回路
１２０…変調回路
２００，２００’…光出力制御回路
２１０…レーザー出力制御回路
２１２…平均電流検出回路
２１４…駆動電流制御回路
２２０…変調出力制御回路
２２２…光電流最大値検出回路
２２４…光電流最小値検出回路
２２６…比演算回路
２２８…平均値制御回路
２２９…振幅制御回路
３００…光送信器
３１０…半導体レーザモジュール
４００…光ファイバ
４１０…光増幅器
４２０…送信局
４３０…中継局
４４０…受信局
【図１】
0003853411.tif 000002
【図２】
0003853411.tif 000003
【図３】
0003853411.tif 000004
【図４】
0003853411.tif 000005
【図５】
0003853411.tif 000006
【図６】
0003853411.tif 000007
【図７】
0003853411.tif 000008