JP2002319730A - Temperature control system for laser diode - Google Patents

Temperature control system for laser diode

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JP2002319730A
JP2002319730A JP2001123400A JP2001123400A JP2002319730A JP 2002319730 A JP2002319730 A JP 2002319730A JP 2001123400 A JP2001123400 A JP 2001123400A JP 2001123400 A JP2001123400 A JP 2001123400A JP 2002319730 A JP2002319730 A JP 2002319730A
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Japan
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laser diode
electric heater
peltier element
thermoelectric semiconductor
temperature control
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JP2001123400A
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Japanese (ja)
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Katsuhiko Hakomori
克彦 箱守
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a temperature control system for a laser diode, which can temperature control by a single power source, which has proper temperature control efficiency and low noise level generated in association with the temperature control. SOLUTION: In the temperature control system for the laser diode using a Peltier element, an electric heater is formed on the surface of a ceramic plate for constituting the Peltier element. Thus, cooling control by a thermoelectric semiconductor for constituting the Peltier element or a heating control by the electrothermal heater is selected, in response to the voltage for detecting the temperature of the laser diode.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信において電
気信号を光信号に変換するレーザ・ダイオードの発振波
長を一定に制御するためのレーザ・ダイオードの温度制
御方式に係り、特に、低電圧な単一電源で温度制御可能
な上に温度制御効率がよく、且つ、温度制御に伴って発
生する雑音レベルが低いレーザ・ダイオードの温度制御
方式に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser diode temperature control system for controlling an oscillation wavelength of a laser diode for converting an electric signal to an optical signal in optical communication, and more particularly to a low-voltage laser diode. The present invention relates to a temperature control method for a laser diode which can control the temperature with a single power supply, has good temperature control efficiency, and has a low noise level generated by the temperature control.

【0002】日本においては、電気信号によるデジタル
伝送方式は、おおよそ1965年に実用化の緒につき、
おおよそ1980年頃にアナログ伝送方式にとって代わ
って基幹回線を構成する主要な伝送方式として成長を遂
げた。
[0002] In Japan, the digital transmission system using electric signals began to be put into practical use in about 1965,
Around 1980, it grew as a main transmission system constituting a trunk line, replacing the analog transmission system.

【0003】一方、光信号によるデジタル伝送方式は、
電気信号によるデジタル伝送方式が主要な伝送方式とし
ての地位を確保したのと同じ頃に実用化の緒につき、1
980年代の後半に基幹回線における主要な伝送方式の
座を占めるようになった。
On the other hand, a digital transmission method using an optical signal is as follows.
At the same time that the digital transmission method using electric signals secured its position as the main transmission method,
In the latter half of the 980s, it became the dominant transmission system on trunk lines.

【0004】本来、光ファイバ・ケーブルは広帯域であ
るので、電気・光変換素子や光・電気変換素子の高速化
とあいまって、光デジタル伝送方式は大容量伝送システ
ムに好適な方式として成長してきたが、単一波長伝送に
よる大容量化は限界に近づきつつある。
[0004] Since optical fiber cables are originally broadband, the optical digital transmission system has grown as a system suitable for a large-capacity transmission system in combination with an increase in the speed of an electric-optical conversion element or an optical-electrical conversion element. However, capacity increase by single wavelength transmission is approaching its limit.

【0005】一方、マルチメディア時代の到来、特に、
最近のインターネットの急速な普及に伴ってより一層大
容量な光デジタル伝送方式の実現が急務となっている。
On the other hand, with the arrival of the multimedia age,
With the recent rapid spread of the Internet, there is an urgent need to realize an optical digital transmission system having an even larger capacity.

【0006】かねてより、1本の光ファイバ・ケーブル
で単一の波長の光信号を伝送する単一波長伝送方式と、
1本の光ファイバ・ケーブルに複数の波長の光信号を多
重化して伝送を行なう波長多重伝送方式(一般に,「W
DM方式」と呼ばれる。「WDM」は「Wavelength Div
ision Multplexing 」の頭文字をとった略語である。)
の双方が並行して開発されてきたが、上記のような背景
の下、伝送需要の急激な伸長に対処するために波長多重
伝送方式における多波長化に拍車がかかっている。
A single-wavelength transmission system for transmitting a single-wavelength optical signal over a single optical fiber cable;
A wavelength-division multiplexing transmission method for multiplexing and transmitting optical signals of a plurality of wavelengths on one optical fiber cable (generally, "W
It is called "DM system". "WDM" stands for "Wavelength Div
Ision Multplexing is an abbreviation that takes the initials. )
Both have been developed in parallel, but under the above-mentioned background, the use of multiple wavelengths in the wavelength division multiplexing transmission system has been spurred in order to cope with a rapid increase in transmission demand.

【0007】しかも、所要伝送容量の急増に対処するた
めに、約1,500ナノ・メートル(「ナノ」は10-9
である。)近傍の波長帯において、0.5ナノ・メート
ルのオーダーの波長間隔で波長多重する必要がある。
Furthermore, in order to cope with a sudden increase in required transmission capacity, about 1,500 nanometers (“nano” is 10 −9)
It is. ) In the nearby wavelength band, it is necessary to perform wavelength multiplexing at wavelength intervals on the order of 0.5 nanometer.

【0008】ところで、一般にレーザ・ダイオードの発
振波長はレーザ・ダイオード・チップの温度によって変
わるという特性があり、その温度係数は0.1ナノ・メ
ートル/℃のオーダーである。
In general, the oscillation wavelength of a laser diode has the characteristic that it varies with the temperature of the laser diode chip, and its temperature coefficient is on the order of 0.1 nanometer / ° C.

【0009】従って、約0.5ナノ・メートルのオーダ
ーの波長間隔で波長多重する場合には、レーザ・ダイオ
ード・チップの温度を1℃以下の変動に抑圧する必要が
ある。
Therefore, when wavelength multiplexing is performed at a wavelength interval on the order of about 0.5 nanometer, it is necessary to suppress the temperature of the laser diode chip to a fluctuation of 1 ° C. or less.

【0010】上記程度にレーザ・ダイオードの温度制御
をするために、ペルチェ素子の吸熱側の電極に接してい
るセラミック板にレーザ・ダイオード・チップをダイ・
ボンディングして、ペルチェ素子に流す電流の方向と電
流値によってレーザ・ダイオードの温度を制御するのが
通常である。
In order to control the temperature of the laser diode to the above extent, a laser diode chip is mounted on a ceramic plate in contact with the electrode on the heat absorption side of the Peltier device.
Normally, the temperature of the laser diode is controlled by the direction and value of the current flowing through the Peltier element after bonding.

【0011】図10は、ペルチェ素子による冷却・加熱
の原理を示す図で、一対のP型の熱電半導体とN型の熱
電半導体で構成されるペルチェ素子を示している。
FIG. 10 is a diagram showing the principle of cooling and heating by a Peltier element, and shows a Peltier element composed of a pair of P-type thermoelectric semiconductors and N-type thermoelectric semiconductors.

【0012】図10において、1はペルチェ素子で、P
型の熱電半導体1a、N型の熱電半導体1b、P型の熱
電半導体1aの一方の端子とN型の熱電半導体1bの一
方の端子とを接続する金属電極1d、N型の熱電半導体
1bのもう一方の端子に形成された金属電極1e、P型
の熱電半導体1aのもう一方の端子に形成された金属電
極1f、P型の熱電半導体1aとN型の熱電半導体1b
が接続された側に配置されるセラミック板1g及びP型
の熱電半導体1aとN型の熱電半導体1bが接続されな
い側に配置されるセラミック板1hによって構成され
る。
In FIG. 10, reference numeral 1 denotes a Peltier element,
Metal electrode 1d that connects one terminal of the N-type thermoelectric semiconductor 1a to one terminal of the N-type thermoelectric semiconductor 1b, the N-type thermoelectric semiconductor 1b, and the N-type thermoelectric semiconductor 1b. Metal electrode 1e formed on one terminal, metal electrode 1f formed on the other terminal of P-type thermoelectric semiconductor 1a, P-type thermoelectric semiconductor 1a and N-type thermoelectric semiconductor 1b
And a ceramic plate 1h arranged on the side where the P-type thermoelectric semiconductor 1a and the N-type thermoelectric semiconductor 1b are not connected.

【0013】尚、P型の熱電半導体1a及びN型の熱電
半導体1bは通常ビスマス・テルルを基本材料とする熱
電半導体であり、P型の熱電半導体1a及びN型の熱電
半導体1bとセラミック板1g及び1hの間の熱抵抗は
微小である。
The P-type thermoelectric semiconductor 1a and the N-type thermoelectric semiconductor 1b are thermoelectric semiconductors usually made of bismuth tellurium as a basic material. The P-type thermoelectric semiconductor 1a, the N-type thermoelectric semiconductor 1b, and the ceramic plate 1g And 1 h is very small.

【0014】又、3は電池で、図10の如く正電極を金
属電極1eに、負電極を金属電極1fに接続されてい
る。
A battery 3 has a positive electrode connected to the metal electrode 1e and a negative electrode connected to the metal electrode 1f as shown in FIG.

【0015】従って、電流は図10の矢印の方向に流れ
る。即ち、金属電極1d側では電子はP型の熱電半導体
からN型の熱電半導体の方に移動し、金属電極1e及び
1fの側では電子はN型の熱電半導体からP型の熱電半
導体の方に移動する。
Therefore, the current flows in the direction of the arrow in FIG. That is, electrons move from the P-type thermoelectric semiconductor toward the N-type thermoelectric semiconductor on the metal electrode 1d side, and electrons move from the N-type thermoelectric semiconductor toward the P-type thermoelectric semiconductor on the metal electrodes 1e and 1f. Moving.

【0016】金属電極1d側で電子はP型の熱電半導体
からN型の熱電半導体の方に移動するということは、電
子はエネルギーの低い状態から高い状態に移行すること
を意味するので、金属電極1d側では周囲の物質の結晶
格子の振動エネルギーを吸収する。即ち、セラミック板
1gは冷却される。
The fact that electrons move from the P-type thermoelectric semiconductor to the N-type thermoelectric semiconductor on the metal electrode 1d side means that electrons move from a low energy state to a high energy state. On the 1d side, the vibration energy of the crystal lattice of the surrounding material is absorbed. That is, 1 g of the ceramic plate is cooled.

【0017】一方、金属電極1e及び1fの側で電子は
N型の熱電半導体からP型の熱電半導体の方に移動する
ということは、電子はエネルギーの高い状態から低い状
態に移行することを意味するので、金属電極1e及び1
fの側では放出するエネルギーを周囲の物質に供給す
る。即ち、セラミック板1hは加熱される。
On the other hand, the fact that electrons move from the N-type thermoelectric semiconductor to the P-type thermoelectric semiconductor on the side of the metal electrodes 1e and 1f means that the electrons shift from a high energy state to a low energy state. Therefore, the metal electrodes 1e and 1
On the f side, the released energy is supplied to the surrounding substances. That is, the ceramic plate 1h is heated.

【0018】そして、電池の極性を図10とは逆にする
と、セラミック板1gが加熱され、セラミック板1hが
冷却される。
When the polarity of the battery is reversed from that in FIG. 10, the ceramic plate 1g is heated and the ceramic plate 1h is cooled.

【0019】つまり、ペルチェ素子の加熱・冷却は電流
の方向によって異なるので、レーザ・ダイオード・チッ
プを一方のセラミック板にダイ・ボンディングしてお
き、電流をスイッチングすればレーザ・ダイオード・チ
ップの温度を任意の方向に制御することができる。そし
て、加熱又は冷却効果は電流の大きさに依存し、ペルチ
ェ素子には通常アンペアのオーダーを流すことが必要に
なる。
That is, since the heating and cooling of the Peltier element differ depending on the direction of the current, the laser diode chip is die-bonded to one of the ceramic plates, and if the current is switched, the temperature of the laser diode chip is reduced. It can be controlled in any direction. The heating or cooling effect depends on the magnitude of the current, and the Peltier element usually needs to flow on the order of amperes.

【0020】尚、図10のようなP型とN型の熱電半導
体の対を電気的に複数並列にした1段モジュールと、図
10のようなP型とN型の熱電半導体の対を電気的に複
数直列にした多段モジュールとがあるが、多段モジュー
ルの方が冷却側と加熱側の温度差を大きくすることがで
きる。ただ、多段モジュールの場合には当然のことなが
ら駆動電圧が高くなる。
A one-stage module in which a plurality of pairs of P-type and N-type thermoelectric semiconductors as shown in FIG. 10 are electrically connected in parallel, and a pair of P-type and N-type thermoelectric semiconductors as shown in FIG. There is a multistage module in which a plurality of modules are serially connected, but the multistage module can increase the temperature difference between the cooling side and the heating side. However, in the case of a multi-stage module, the driving voltage naturally increases.

【0021】従って、レーザ・ダイオードの温度制御方
式にペルチェ素子を使用する以上、電流を供給する駆動
回路の大型化という問題と、駆動回路からの雑音の発生
という問題が生ずる恐れがある。この意味で、小型化が
可能で、発生する雑音レベルが低いレーザ・ダイオード
の温度制御方式の実用化が重要である。
Therefore, if a Peltier element is used for the temperature control method of the laser diode, there is a possibility that the drive circuit for supplying the current becomes large and the drive circuit generates noise. In this sense, it is important to practically use a laser diode temperature control method that can be miniaturized and generates a low noise level.

【0022】[0022]

【従来の技術】図7は、従来のペルチェ素子駆動回路
(その1)で、駆動パルスのデューティ比を制御するこ
とによってペルチェ素子の吸熱及び発熱を制御する、パ
ルス幅変調方式(よく「PWM」方式と呼ばれる。「P
WM」は「Pulse Width Modulationの頭文字による略語
である。)の構成の概略を示している。
2. Description of the Related Art FIG. 7 shows a conventional Peltier element driving circuit (part 1) in which a pulse width modulation method (often referred to as "PWM") in which heat absorption and heat generation of a Peltier element are controlled by controlling a duty ratio of a driving pulse. The method is called “P.
"WM" is an abbreviation for "Pulse Width Modulation".)

【0023】図7において、1はペルチェ素子、106
はペルチェ素子に直列に接続される抵抗、101は駆動
パルスの論理レベルを反転するインバータ、102乃至
105は、例えば、供給されるパルスの論理レベルが
“1”の時に開放になり、供給されるパルスの論理レベ
ルが“0”の時に短絡になるスイッチである。
In FIG. 7, reference numeral 1 denotes a Peltier element;
Is a resistor connected in series to the Peltier element, 101 is an inverter for inverting the logic level of the drive pulse, and 102 to 105 are opened and supplied when the logic level of the supplied pulse is "1", for example. This switch is short-circuited when the pulse logic level is "0".

【0024】スイッチの動作を上記のように定義すれ
ば、図8は、該駆動パルスの論理レベルが“1”の時を
示している。即ち、駆動パルスの論理レベルが“1”で
あればインバータ101の出力の論理レベルは“0”で
あるから、スイッチ103及び104が短絡になり、ス
イッチ102及び105が開放になるので、この時には
図8において細い実線の矢印で示している方向にペルチ
ェ電流が流れる。
If the operation of the switch is defined as above, FIG. 8 shows a case where the logic level of the drive pulse is "1". That is, if the logical level of the drive pulse is "1", the logical level of the output of the inverter 101 is "0", so that the switches 103 and 104 are short-circuited and the switches 102 and 105 are open. Peltier current flows in the direction shown by the thin solid line arrow in FIG.

【0025】一方、該駆動パルスの論理レベルが“0”
になると、インバータ101の出力の論理レベルが
“1”になるから、スイッチ102及び105が短絡に
なり、スイッチ103及び104が開放になって、図7
において細い実線の矢印で示している方向とは逆方向に
ペルチェ電流が流れる。
On the other hand, the logic level of the drive pulse is "0"
7, the logical level of the output of the inverter 101 becomes “1”, so that the switches 102 and 105 are short-circuited, and the switches 103 and 104 are opened.
, A Peltier current flows in a direction opposite to the direction indicated by the thin solid arrow.

【0026】先に記載した如く、N型の熱電半導体から
P型の熱電半導体側に電流を流すと、P型の熱電半導体
とN型の熱電半導体の接続部では電子のエネルギー・レ
ベルが高い状態から低い状態に遷移して周囲の結晶格子
の振動エネルギーを吸収するので吸熱量が増加して温度
を低下させる。
As described above, when an electric current flows from the N-type thermoelectric semiconductor to the P-type thermoelectric semiconductor, the energy level of electrons at the connection between the P-type thermoelectric semiconductor and the N-type thermoelectric semiconductor is high. To a lower state to absorb the vibrational energy of the surrounding crystal lattice, so that the amount of heat absorbed increases and the temperature decreases.

【0027】一方、P型の熱電半導体からN型の熱電半
導体側に電流を流すと、該接続部では電子のエネルギー
・レベルが低い状態から高い状態に遷移して周囲の結晶
格子に振動エネルギーを供給するので温度を上昇させ
る。
On the other hand, when a current flows from the P-type thermoelectric semiconductor to the N-type thermoelectric semiconductor, at the connection portion, the energy level of electrons transits from a low state to a high state, and vibration energy is transferred to the surrounding crystal lattice. Increase the temperature as it is supplied.

【0028】従って、上記の如く該駆動パルスによって
ペルチェ素子1の電流の方向を制御する方式によれば、
該駆動パルスのデューティ比が50%の時には吸熱量の
増減がバランスして、該接合部の温度変化がなく、該駆
動パルスのデューティ比を50%より増減させると、該
接続部の温度はデューティ比の増減に応じて上昇又は下
降する。
Therefore, according to the method of controlling the direction of the current of the Peltier element 1 by the driving pulse as described above,
When the duty ratio of the drive pulse is 50%, the increase / decrease in the amount of heat absorbed is balanced, and there is no change in the temperature of the junction. When the duty ratio of the drive pulse is increased / decreased from 50%, the temperature of the connection becomes lower. It rises or falls as the ratio increases or decreases.

【0029】ペルチェ素子の上記特性を使用して、該駆
動パルスのデューティ比を温度センサ又はレーザ・ダイ
オードの発振波長センサの出力によって制御することに
よって、レーザ・ダイオードの発振波長を安定化するこ
とができる。
Using the above characteristics of the Peltier element, the oscillation wavelength of the laser diode can be stabilized by controlling the duty ratio of the drive pulse by the output of the temperature sensor or the oscillation wavelength sensor of the laser diode. it can.

【0030】しかも、図7の構成によるとペルチェ素子
駆動回路を単一電源の回路にすることが容易である。
Further, according to the configuration shown in FIG. 7, the Peltier element driving circuit can be easily formed into a single power supply circuit.

【0031】図8は、従来のペルチェ素子駆動回路(そ
の2)で、直流の入力電圧によってペルチェ電流を制御
する方式の概要を示している。
FIG. 8 shows an outline of a method of controlling a Peltier current by a DC input voltage in a conventional Peltier device driving circuit (No. 2).

【0032】図8において、1はペルチェ素子、106
はペルチェ素子1に直列に接続される抵抗、101は入
力される信号の論理レベルを反転するインバータ、11
1は入力電圧の値を判定して論理レベル“1”又は
“0”の信号を出力する電圧判定回路、107及び10
8は該入力電圧の値によって電流を制御される電流源、
109及び110は、例えば、供給される信号の論理レ
ベルが“1”の時に開放になり、供給される信号の論理
レベルが“0”の時に短絡になるスイッチである。
In FIG. 8, reference numeral 1 denotes a Peltier element;
Is a resistor connected in series to the Peltier element 1, 101 is an inverter for inverting the logic level of the input signal, 11 is
Reference numeral 1 denotes a voltage determination circuit that determines the value of the input voltage and outputs a signal of a logical level “1” or “0”;
8 is a current source whose current is controlled by the value of the input voltage;
Switches 109 and 110 are opened when the logic level of the supplied signal is "1" and short-circuited when the logic level of the supplied signal is "0".

【0033】スイッチの動作を上記のように定義すれ
ば、図8は、電圧判定回路111の出力の論理レベルが
“1”の時を示している。即ち、電圧判定回路111の
出力の論理レベルが“1”であればインバータ101の
出力の論理レベルは“0”であるから、スイッチ110
が短絡になり、スイッチ109が開放になるので、この
時には図8において細い実線の矢印で示している方向に
ペルチェ電流が流れる。
If the operation of the switch is defined as described above, FIG. 8 shows a case where the logic level of the output of the voltage judgment circuit 111 is "1". That is, if the logic level of the output of the voltage determination circuit 111 is “1”, the logic level of the output of the inverter 101 is “0”.
Is short-circuited, and the switch 109 is opened. At this time, a Peltier current flows in a direction indicated by a thin solid line arrow in FIG.

【0034】一方、電圧判定回路111の出力の論理レ
ベルが“0”になると、インバータ101の出力の論理
レベルが“1”になるから、スイッチ109が短絡にな
り、スイッチ110が開放になって、図8において細い
実線の矢印で示している方向とは逆方向にペルチェ電流
が流れる。
On the other hand, when the logic level of the output of the voltage judgment circuit 111 becomes "0", the logic level of the output of the inverter 101 becomes "1", so that the switch 109 is short-circuited and the switch 110 is opened. 8, a Peltier current flows in a direction opposite to the direction shown by the thin solid line arrow.

【0035】従って、該入力電圧が所定の電圧より高い
か低いかによってスイッチ109又は110の一方を短
絡にして、該入力電圧の値によって電流源107又は1
08の電流を制御することによってペルチェ素子の吸熱
量を制御することができる。
Accordingly, one of the switches 109 or 110 is short-circuited depending on whether the input voltage is higher or lower than a predetermined voltage, and the current source 107 or 1 is selected depending on the value of the input voltage.
By controlling the current 08, the amount of heat absorbed by the Peltier element can be controlled.

【0036】そして、、該入力電圧の値をレーザ・ダイ
オードに熱的に接続される温度センサ又はレーザ・ダイ
オードの発振波長センサの出力によって制御することに
よって、レーザ・ダイオードの発振波長を安定化するこ
とができる。
Then, the oscillation wavelength of the laser diode is stabilized by controlling the value of the input voltage by the output of a temperature sensor thermally connected to the laser diode or the oscillation wavelength sensor of the laser diode. be able to.

【0037】そして、直流電圧によってペルチェ電流の
方向を制御するので、図8の構成は図7の構成より発生
する雑音レベルが低いという利点を有する。
Since the direction of the Peltier current is controlled by the DC voltage, the configuration of FIG. 8 has an advantage that the noise level generated is lower than that of the configuration of FIG.

【0038】[0038]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図7の構成に
も図8の構成にも問題がある。
However, there are problems in both the configuration of FIG. 7 and the configuration of FIG.

【0039】まず、図7の構成の問題点は、パルス駆動
によってアンペアのオーダー電流をスイッチングするた
めに、発生する雑音のレベルが非常に高いということで
ある。即ち、ペルチェ素子の駆動回路が発生する雑音が
光変換して伝送すべきデータを処理する回路に漏れ込む
とデータの符号誤りの原因になり、レーザ・ダイオード
の駆動回路に漏れ込むとレーザ・ダイオードの発振出力
が該雑音によって変調されて、やはり、符号誤りの原因
になる。特に、電界吸収型光変調器においては雑音の影
響が大きい。
First, the problem of the configuration shown in FIG. 7 is that the level of noise generated is extremely high because an ampere-order current is switched by pulse driving. That is, if the noise generated by the drive circuit of the Peltier element leaks into the circuit for processing the data to be transmitted after being converted into light, it causes a code error in the data. Is modulated by the noise, which again causes a code error. In particular, the effect of noise is large in an electroabsorption optical modulator.

【0040】次いで、図8の構成の場合、ペルチェ素子
1を抵抗106を介してアースに接続して使用するに
は、正の電源VCCと負の電源VEEの2つの電源が必要に
なる。何回も説明しているように、ペルチェ素子の駆動
電流はアンペアのオーダーであるので、2つの電源を必
要とすることはペルチェ素子の駆動回路の大型化を意味
する。
Next, in the case of the configuration shown in FIG. 8, in order to use the Peltier element 1 connected to the ground via the resistor 106, two power supplies of a positive power supply V CC and a negative power supply V EE are required. . As described many times, since the drive current of the Peltier device is on the order of amperes, the need for two power supplies means an increase in the size of the drive circuit of the Peltier device.

【0041】又、負電源VEEの代わりにアースとし、ペ
ルチェ素子1と抵抗2の接続先の電圧を(1/2)VCC
とすれば単一電源化できるかに見えるが、(1/2)V
CCを発生する回路もペルチェ電流を流し込んだり流し出
したりすることが可能な1つの電源で構成する必要があ
り、結局2電源の回路になる。
[0041] Further, the ground instead of the negative power supply V EE, the voltage of the connection destination of the Peltier element 1 and the resistor 2 (1/2) V CC
It seems that a single power supply can be used, but (1/2) V
The circuit that generates CC also needs to be configured with one power supply capable of flowing in and out of the Peltier current, and eventually becomes a circuit of two power supplies.

【0042】そして、図7の構成でも図8の構成でも、
熱効率を高める目的で段数の多い多段モジュールを使用
することが多いが、段数が多いと必然的に電源電圧が高
くなり、これも好ましくない。
In both the configuration of FIG. 7 and the configuration of FIG.
In many cases, a multi-stage module having a large number of stages is used for the purpose of increasing the thermal efficiency.

【0043】図9は、電源電圧を低くできるように加熱
用と冷却用ペルチェ素子に分割して用いる構成である。
FIG. 9 shows a configuration in which the heating and cooling Peltier elements are used separately so that the power supply voltage can be reduced.

【0044】図9において、1はペルチェ素子で、第一
の熱電半導体部1c−1、第二の熱電半導体部1c−
2、セラミック板1g、セラミック板1hによって構成
される。ここで、第一の熱電半導体部1c−1及び第二
の熱電半導体部1c−2は、図10に対応させればP型
の熱電半導体1a、N型の熱電半導体1b、金属電極1
d、1e及び1fに対応する部分で、一般的には多数の
熱電半導体の対を電気的に直列接続したものである。そ
して、本来は全ての熱電半導体を直列接続するところを
図9の場合には2分割したものである。これを、図7又
は図8の構成において加熱又は冷却を選択するスイッチ
を付加した駆動回路に接続して、第一の熱電半導体部1
c−1と第二の熱電半導体部1c−2には異なる方向の
電流を流すようにすれば、1つの駆動回路で加熱又は冷
却を選択できる上に電源電圧を低くすることができる。
In FIG. 9, reference numeral 1 denotes a Peltier element, and a first thermoelectric semiconductor section 1c-1 and a second thermoelectric semiconductor section 1c-
2, composed of a ceramic plate 1g and a ceramic plate 1h. Here, the first thermoelectric semiconductor section 1c-1 and the second thermoelectric semiconductor section 1c-2 are a P-type thermoelectric semiconductor 1a, an N-type thermoelectric semiconductor 1b, and a metal electrode 1 according to FIG.
The portions corresponding to d, 1e and 1f are generally formed by electrically connecting a large number of thermoelectric semiconductor pairs in series. Originally, all the thermoelectric semiconductors are connected in series, but in the case of FIG. 9, they are divided into two parts. This is connected to a drive circuit to which a switch for selecting heating or cooling is added in the configuration of FIG. 7 or FIG.
By supplying currents in different directions to c-1 and the second thermoelectric semiconductor section 1c-2, heating or cooling can be selected by one drive circuit and the power supply voltage can be reduced.

【0045】しかし、上記効果は加熱又は冷却の熱効果
を1/2に縮減するというペナルティを払って得られる
ものである。逆に、加熱又は冷却の熱効果を保って図9
の構成を適用すると、当然のことながら、実装面積が2
倍になるという不利益が生ずる。
However, the above effect can be obtained with a penalty of reducing the heat effect of heating or cooling to half. Conversely, while maintaining the heat effect of heating or cooling, FIG.
When the configuration of the above is applied, naturally, the mounting area is 2
The disadvantage of doubling occurs.

【0046】本発明は、かかる問題点に鑑み、レーザ・
ダイオードの温度制御方式に係り、特に、低電圧な単一
電源で温度制御することが可能な上に温度制御効率がよ
く、且つ、温度制御に伴って発生する雑音レベルが低い
レーザ・ダイオードの温度制御方式を提供することを目
的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and has
The present invention relates to a diode temperature control method. In particular, the temperature of a laser diode can be controlled with a single low-voltage power supply, the temperature control efficiency is high, and the noise level generated by the temperature control is low. It is intended to provide a control method.

【0047】[0047]

【課題を解決するための手段】第一の発明は、ペルチェ
素子を使用するレーザ・ダイオードの温度制御方式にお
いて、該ペルチェ素子を構成するセラミック板の一方の
表面に電熱ヒータを形成し、レーザ・ダイオードの温度
を検出した電圧に応じて、該ペルチェ素子を構成する熱
電半導体による冷却制御、又は、該電熱ヒータによる加
熱制御のいずれかを選択するレーザ・ダイオードの温度
制御方式である。
According to a first aspect of the present invention, in a temperature control method for a laser diode using a Peltier element, an electric heater is formed on one surface of a ceramic plate constituting the Peltier element, and a laser heater is provided. This is a laser diode temperature control method for selecting either cooling control by the thermoelectric semiconductor constituting the Peltier element or heating control by the electric heater in accordance with the voltage at which the temperature of the diode is detected.

【0048】第一の発明によれば、該ペルチェ素子を構
成するセラミック板の一方の表面に電熱ヒータを形成
し、レーザ・ダイオードの温度を検出した電圧に応じ
て、該ペルチェ素子を構成する熱電半導体による冷却制
御、又は、該電熱ヒータによる加熱制御のいずれかを選
択してレーザ・ダイオードの温度制御を行なうので、該
熱電半導体が有する冷却能力を全て引き出すこと又は該
電熱ヒータが有する加熱能力を全て引き出すことがで
き、広い温度制御幅を得ることができる。
According to the first aspect, an electric heater is formed on one surface of the ceramic plate constituting the Peltier element, and the thermoelectric element constituting the Peltier element is provided in accordance with the voltage detected by detecting the temperature of the laser diode. Since the temperature control of the laser diode is performed by selecting either the cooling control by the semiconductor or the heating control by the electric heater, it is possible to draw out all the cooling capacity of the thermoelectric semiconductor or to reduce the heating capacity of the electric heater. All can be pulled out and a wide temperature control range can be obtained.

【0049】第二の発明は、第一の発明のレーザ・ダイ
オードの温度制御方式において、上記電熱ヒータ又は上
記熱電半導体を複数に分割し、上記レーザ・ダイオード
の温度を検出した電圧に応じて、該熱電半導体による冷
却制御又は該電熱ヒータによる加熱制御のいずれかを選
択すると共に、駆動する該熱電半導体又は該電熱ヒータ
の数を可変に制御するレーザ・ダイオードの温度制御方
式である。
According to a second aspect of the present invention, in the laser diode temperature control method according to the first aspect, the electric heater or the thermoelectric semiconductor is divided into a plurality of parts, and the temperature of the laser diode is detected in accordance with a detected voltage. This is a temperature control method of a laser diode for selecting either cooling control by the thermoelectric semiconductor or heating control by the electric heater and variably controlling the number of the thermoelectric semiconductors or the electric heaters to be driven.

【0050】第二の発明によれば、該電熱ヒータ又は該
熱電半導体を複数に分割し、該レーザ・ダイオードの温
度を検出した電圧に応じて、該熱電半導体による冷却制
御又は該電熱ヒータによる加熱制御のいずれかを選択す
ると共に、駆動する該熱電半導体又は該電熱ヒータの数
を可変に制御するので、温度制御の精度を高めることが
できると共に広い温度制御幅を得ることができ、且つ、
分割された熱電半導体又は分割された電熱ヒータを駆動
する電圧を縮減することができる。
According to the second aspect of the invention, the electric heater or the thermoelectric semiconductor is divided into a plurality of parts, and cooling control by the thermoelectric semiconductor or heating by the electric heater is performed in accordance with the detected voltage of the laser diode. Since any one of the controls is selected and the number of the thermoelectric semiconductors or the electric heaters to be driven is variably controlled, the accuracy of the temperature control can be improved and a wide temperature control width can be obtained, and
The voltage for driving the divided thermoelectric semiconductors or the divided electric heaters can be reduced.

【0051】第三の発明は、第一の発明又は第二の発明
のレーザ・ダイオードの温度制御方式のいずれかにおい
て、上記電熱ヒータに電流を供給する回路を構成する素
子を該電熱ヒータを形成する上記セラミック板の表面に
実装するレーザ・ダイオードの温度制御方式である。
According to a third aspect of the present invention, in any one of the first and second aspects of the laser diode temperature control method, an element constituting a circuit for supplying a current to the electric heater is formed by forming the electric heater. This is a method for controlling the temperature of a laser diode mounted on the surface of the ceramic plate.

【0052】第三の発明によれば、該電熱ヒータに電流
を供給する回路を構成する素子を該セラミック板の表面
に実装するために、該セラミック板上での発熱が増加す
るので加熱制御の効率向上又は加熱制御の効率が一定で
よい場合には電源電圧の縮減が可能になる。
According to the third aspect of the present invention, since elements constituting a circuit for supplying a current to the electric heater are mounted on the surface of the ceramic plate, heat generation on the ceramic plate increases. If the efficiency improvement or the heating control efficiency can be kept constant, the power supply voltage can be reduced.

【0053】[0053]

【発明の実施の形態】以降、図を用いて本発明の技術を
詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the technique of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0054】図1は、ペルチェ素子と電熱ヒータの複合
素子の基本構成(その1)である。
FIG. 1 shows a basic configuration (No. 1) of a composite element of a Peltier element and an electric heater.

【0055】図1において、1cは熱電半導体部で、図
10に対応させればP型の熱電半導体1a、N型の熱電
半導体1b、金属電極1d、1e及び1fに対応する部
分で、一般的には多数の熱電半導体の対を電気的に直列
接続したものである。又、1g及び1hはセラミック板
である。
In FIG. 1, reference numeral 1c denotes a thermoelectric semiconductor portion, which corresponds to the P-type thermoelectric semiconductor 1a, the N-type thermoelectric semiconductor 1b, and the metal electrodes 1d, 1e and 1f in FIG. Has a large number of thermoelectric semiconductor pairs electrically connected in series. 1g and 1h are ceramic plates.

【0056】そして、5は、セラミック板1g上にダイ
・ボンディングなどの技術で実装されたレーザ・ダイオ
ード、6は、セラミック板1g上に形成された電熱ヒー
タである。
Reference numeral 5 denotes a laser diode mounted on the ceramic plate 1g by a technique such as die bonding, and reference numeral 6 denotes an electric heater formed on the ceramic plate 1g.

【0057】尚、図1においては、熱電半導体部1cと
レーザ・ダイオード5及び電熱ヒータ6を電源に接続す
るための配線は図示を省略している。
In FIG. 1, wiring for connecting the thermoelectric semiconductor section 1c, the laser diode 5, and the electric heater 6 to a power supply is not shown.

【0058】図2は、ペルチェ素子と電熱ヒータの複合
素子の基本構成(その2)である。
FIG. 2 shows a basic configuration (part 2) of a composite element of a Peltier element and an electric heater.

【0059】図2において、1cは熱電半導体部、1g
及び1hはセラミック板5は、セラミック板1g上にダ
イ・ボンディングなどの技術で実装されたレーザ・ダイ
オード、6は、セラミック板1g上に形成された電熱ヒ
ータである。
In FIG. 2, reference numeral 1c denotes a thermoelectric semiconductor portion, and 1g
And 1h, a ceramic plate 5 is a laser diode mounted on the ceramic plate 1g by a technique such as die bonding, and 6 is an electric heater formed on the ceramic plate 1g.

【0060】尚、図2においても、熱電半導体部1cと
レーザ・ダイオード5及び電熱ヒータ6を電源に接続す
るための配線は図示を省略している。
In FIG. 2, wires for connecting the thermoelectric semiconductor section 1c, the laser diode 5, and the electric heater 6 to a power supply are not shown.

【0061】図1の構成と図2の構成は、電熱ヒータ6
をセラミック板1gの上面に形成するか、セラミック板
1gの側面に形成するかという点で異なっているが、セ
ラミック板1g上に電熱ヒータを形成して加熱制御する
という点では全く同じである。このように、加熱制御の
ための電熱ヒータ6をセラミック板1g上に形成してい
るので、熱電半導体部1cは全て冷却制御のために使用
することができる。つまり、図1又は図2の構成によっ
て熱電半導体の冷却制御の能力を全て利用しながら冷却
制御と加熱制御を行なうことができる。
The configuration shown in FIG. 1 and the configuration shown in FIG.
Is formed on the upper surface of the ceramic plate 1g or on the side surface of the ceramic plate 1g, but they are exactly the same in that the heating is controlled by forming an electric heater on the ceramic plate 1g. As described above, since the electric heater 6 for heating control is formed on the ceramic plate 1g, the entire thermoelectric semiconductor section 1c can be used for cooling control. That is, the cooling control and the heating control can be performed by using the configuration of FIG. 1 or FIG. 2 while utilizing all the cooling control capabilities of the thermoelectric semiconductor.

【0062】尚、電熱ヒータ6は、ニクロムなどを使用
する場合には蒸着によって形成可能で、厚膜抵抗体を使
用する場合には印刷技術によって形成可能である。又、
図2の構成の場合にはセラミック板1gの厚さに限界が
ありうるので、電熱ヒータの設計パラメタの選択に若干
の制約が生じ得ることに留意する必要がある。
The electric heater 6 can be formed by vapor deposition when nichrome or the like is used, and can be formed by printing technology when a thick film resistor is used. or,
In the case of the configuration shown in FIG. 2, it should be noted that since there may be a limit to the thickness of the ceramic plate 1g, selection of design parameters for the electric heater may be slightly restricted.

【0063】図3は、図1又は図2の構成に対応するペ
ルチェ素子及び電熱ヒータの駆動回路である。
FIG. 3 shows a driving circuit for the Peltier element and the electric heater corresponding to the configuration of FIG. 1 or FIG.

【0064】図3において、7−1乃至7−3、7−1
3乃至7−15は抵抗、8−1及び8−5は2つの入力
端子に供給される電圧の大小関係によって論理レベル
“0”又は論理レベル“1”の信号を出力するコンパレ
ータ、9−1及び9−5はパワー・トランジスタ、7−
19はパワー・トランジスタ9−1の電流を決定する抵
抗、7−23はパワー・トランジスタ9−5の電流を決
定する抵抗、1はペルチェ素子、6は電熱ヒータ(図で
は単に「ヒータ」と略記している。以降も、図では同様
に記載する。)、7−25及び7−30はコンパレータ
8−1及び8−5に供給する基準電圧を生成する抵抗分
圧回路を構成する抵抗である。
In FIG. 3, 7-1 to 7-3, 7-1
3 to 7-15 are resistors; 8-1 and 8-5 are comparators that output a signal of a logic level "0" or a logic level "1" according to the magnitude relation of voltages supplied to two input terminals; And 9-5 are power transistors, 7-
19 is a resistor for determining the current of the power transistor 9-1, 7-23 is a resistor for determining the current of the power transistor 9-5, 1 is a Peltier element, and 6 is an electric heater (in the figure, abbreviated simply as "heater"). 7-25 and 7-30 are resistors constituting a resistor voltage dividing circuit for generating a reference voltage to be supplied to the comparators 8-1 and 8-5. .

【0065】ここで、レーザ・ダイオードの温度を検出
した電圧(図3にはレーザ・ダイオードも温度検出素子
も図示していない。尚、「レーザ・ダイオードの温度を
検出した電圧」を入力電圧と記載することにする。)が
該基準電圧より高い時にペルチェ素子を駆動して冷却制
御を行ない、該入力電圧が該基準電圧より低い時に電熱
ヒータを駆動して加熱制御を行なうことを想定して図3
を示している。従って、該基準電圧をコンパレータ8−
1の反転入力端子とコンパレータ8−5の非反転入力端
子に供給し、該入力電圧をコンパレータ8−1の非反転
入力端子とコンパレータ8−5の反転入力端子に供給す
る構成にしてある。
Here, the voltage at which the temperature of the laser diode is detected (the laser diode and the temperature detecting element are not shown in FIG. 3; the "voltage at which the temperature of the laser diode is detected" is defined as the input voltage. It is assumed that the cooling control is performed by driving the Peltier element when the input voltage is higher than the reference voltage, and the heating control is performed by driving the electric heater when the input voltage is lower than the reference voltage. FIG.
Is shown. Therefore, the reference voltage is supplied to the comparator 8-
1 and the non-inverting input terminal of the comparator 8-5, and the input voltage is supplied to the non-inverting input terminal of the comparator 8-1 and the inverting input terminal of the comparator 8-5.

【0066】今、該入力電圧が該基準電圧より高い場合
には、コンパレータ8−1が論理レベル“1”の信号を
出力し、コンパレータ8−5が論理レベル“0”の信号
を出力するので、この場合にはペルチェ素子1が駆動さ
れて冷却制御を行なう。
If the input voltage is higher than the reference voltage, the comparator 8-1 outputs a signal of logic level "1" and the comparator 8-5 outputs a signal of logic level "0". In this case, the Peltier element 1 is driven to perform cooling control.

【0067】逆に、該入力電圧が該基準電圧より低い場
合には、コンパレータ8−1が論理レベル“0”の信号
を出力し、コンパレータ8−5が論理レベル“1”の信
号を出力するので、この場合には電熱ヒータ6が駆動さ
れて加熱制御を行なう。
Conversely, when the input voltage is lower than the reference voltage, the comparator 8-1 outputs a signal of logic level "0", and the comparator 8-5 outputs a signal of logic level "1". Therefore, in this case, the electric heater 6 is driven to perform heating control.

【0068】従って、図1又は図2の構成のペルチェ素
子と電熱ヒータの複合素子を図3の構成の駆動回路に接
続して使用することによって、レーザ・ダイオードの冷
却制御と加熱制御を行なうことができる。
Therefore, the cooling control and the heating control of the laser diode can be performed by using the composite element of the Peltier element and the electric heater having the structure of FIG. 1 or 2 connected to the drive circuit having the structure of FIG. Can be.

【0069】尚、図3においては、1つの基準電圧を設
定して、それより入力電圧が高い時に冷却制御を行な
い、それより入力電圧が低い時に加熱制御を行なう構成
を示しているが、冷却制御と加熱制御を行なう入力電圧
に差を設けたい時には、例えば、コンパレータ8−1に
は図3における基準電圧より高い基準電圧を供給すれば
よく、逆に、冷却制御と加熱制御を行なう入力電圧に重
なりを設けたい時には、例えば、コンパレータ8−1に
は図3における基準電圧より低い基準電圧を供給すれば
よい。
FIG. 3 shows a configuration in which one reference voltage is set, and cooling control is performed when the input voltage is higher than the reference voltage, and heating control is performed when the input voltage is lower than the reference voltage. When it is desired to provide a difference between the input voltages for performing the control and the heating control, for example, a reference voltage higher than the reference voltage in FIG. 3 may be supplied to the comparator 8-1. When it is desired to provide an overlap, for example, a reference voltage lower than the reference voltage in FIG.

【0070】図4は、ペルチェ素子と電熱ヒータを分割
した複合素子の構成で、ここにはペルチェ素子と電熱ヒ
ータを各々2分割する例を示している。尚、2分割する
例を図示しているのは図面の煩雑化を避けるためだけの
理由であり、各々3以上に分割することも可能である。
FIG. 4 shows a configuration of a composite element in which a Peltier element and an electric heater are divided. In this example, the Peltier element and the electric heater are divided into two parts. It should be noted that the example of dividing into two is shown only for the purpose of avoiding complication of the drawing, and it is also possible to divide each into three or more.

【0071】図4において、1c−1は第一の熱電半導
体部、1c−2は第二の熱電半導体部、1g及び1hは
セラミック板、5は、セラミック板1g上にダイ・ボン
ディングなどの技術で実装されたレーザ・ダイオード、
6−1はセラミック板1g上に形成された第一の電熱ヒ
ータ、6−2はセラミック板1g上に形成された第二の
電熱ヒータである。
In FIG. 4, 1c-1 is a first thermoelectric semiconductor portion, 1c-2 is a second thermoelectric semiconductor portion, 1g and 1h are ceramic plates, and 5 is a technology such as die bonding on a ceramic plate 1g. Laser diode, implemented with
6-1 is a first electric heater formed on the ceramic plate 1g, and 6-2 is a second electric heater formed on the ceramic plate 1g.

【0072】尚、図4においても、第一の熱電半導体部
1c−1、第二の熱電半導体部1c−2、レーザ・ダイ
オード5、第一の電熱ヒータ6−1及び第二の電熱ヒー
タ6−2を電源に接続するための配線は図示を省略して
いる。又、第一の熱電半導体部1c−1、第二の熱電半
導体部1c−2は独立に駆動し、第一の電熱ヒータ6−
1、第二の電熱ヒータ6−2は独立に駆動する。
In FIG. 4, the first thermoelectric semiconductor section 1c-1, the second thermoelectric semiconductor section 1c-2, the laser diode 5, the first electric heater 6-1 and the second electric heater 6 are also provided. The wiring for connecting -2 to the power supply is not shown. Further, the first thermoelectric semiconductor section 1c-1 and the second thermoelectric semiconductor section 1c-2 are driven independently, and the first electric heater 6-
First, the second electric heater 6-2 is driven independently.

【0073】図5は、ペルチェ素子及び電熱ヒータを分
割する場合の駆動回路で、ここでは、図4とは分割数が
一致しないが、ペルチェ素子を4分割し、電熱ヒータを
2分割する場合について駆動回路を示している。
FIG. 5 shows a drive circuit in the case where the Peltier element and the electric heater are divided. Here, although the number of divisions does not match that in FIG. 4, the case where the Peltier element is divided into four and the electric heater is divided into two parts is shown. 4 shows a drive circuit.

【0074】図5において、7−1乃至7−18は抵
抗、8−1乃至8−6は2つの入力端子に供給される電
圧の大小関係によって論理レベル“0”又は論理レベル
“1”の信号を出力するコンパレータ、9−1乃至9−
6はパワー・トランジスタ、7−19はパワー・トラン
ジスタ9−1の電流を決定する抵抗、7−20はパワー
・トランジスタ9−2の電流を決定する抵抗、7−21
はパワー・トランジスタ9−3の電流を決定する抵抗、
7−22はパワー・トランジスタ9−4の電流を決定す
る抵抗、7−23はパワー・トランジスタ9−5の電流
を決定する抵抗、7−24はパワー・トランジスタ9−
6の電流を決定する抵抗、1−1乃至1−4は4分割さ
れたペルチェ素子、6−1及び6−2は2分割された電
熱ヒータ、7−25乃至7−30はコンパレータ8−1
及び8−6に供給する基準電圧を生成する抵抗分圧回路
を構成する抵抗である。
In FIG. 5, 7-1 to 7-18 are resistors, and 8-1 to 8-6 are logic level "0" or logic level "1" depending on the magnitude of the voltage supplied to the two input terminals. Comparators for outputting signals, 9-1 to 9-
6, a power transistor; 7-19, a resistor for determining the current of the power transistor 9-1; 7-20, a resistor for determining the current of the power transistor 9-2;
Is a resistor that determines the current of the power transistor 9-3,
7-22 is a resistor for determining the current of the power transistor 9-4, 7-23 is a resistor for determining the current of the power transistor 9-5, and 7-24 is a power transistor 9-.
6 is a resistor for determining the current, 1-1 to 1-4 are Peltier elements divided into four, 6-1 and 6-2 are electric heaters divided into two, and 7-25 to 7-30 are comparators 8-1.
And 8-6, which constitute a resistance voltage dividing circuit for generating a reference voltage to be supplied to the resistors.

【0075】ここで、レーザ・ダイオードの温度を検出
した入力電圧が基準電圧Dより高い時にペルチェ素子を
駆動して冷却制御を行ない、該入力電圧が基準電圧Dよ
り低い時に電熱ヒータを駆動して加熱制御を行なうこと
を想定して図3を示している。従って、基準電圧Dをコ
ンパレータ8−4の反転入力端子とコンパレータ8−5
の非反転入力端子に供給し、最も高い基準電圧Aをコン
パレータ8−1の反転入力端子に、2番目に高い基準電
圧Bをコンパレータ8−2の反転入力端子に、3番目に
高い基準電圧Cをコンパレータ8−3の反転入力端子に
供給し、最も低い基準電圧Eをコンパレータ8−6の非
反転入力端子に供給する構成にしてある。
Here, when the input voltage at which the temperature of the laser diode is detected is higher than the reference voltage D, the Peltier element is driven to perform cooling control, and when the input voltage is lower than the reference voltage D, the electric heater is driven. FIG. 3 is shown assuming that heating control is performed. Therefore, the reference voltage D is applied to the inverting input terminal of the comparator 8-4 and the comparator 8-5.
, The highest reference voltage A to the inverting input terminal of the comparator 8-1, the second highest reference voltage B to the inverting input terminal of the comparator 8-2, and the third highest reference voltage C Is supplied to the inverting input terminal of the comparator 8-3, and the lowest reference voltage E is supplied to the non-inverting input terminal of the comparator 8-6.

【0076】今、該入力電圧が基準電圧Aより高い場合
には、コンパレータ8−1乃至8−4が論理レベル
“1”の信号を出力し、コンパレータ8−5及び8−6
が論理レベル“0”の信号を出力するので、この場合に
はペルチェ素子1−1乃至1−4の全てが駆動されて冷
却制御を行なう。又、該入力電圧が基準電圧Aより低く
基準電圧Bより高い場合には、コンパレータ8−2乃至
8−4が論理レベル“1”の信号を出力し、コンパレー
タ8−5及び8−6が論理レベル“0”の信号を出力す
るので、この場合にはペルチェ素子1−2乃至1−4が
駆動されて冷却制御を行なう。同様に、該入力電圧が基
準電圧Bより低く基準電圧Cより高い場合には、コンパ
レータ8−3及びコンパレータ8−4が論理レベル
“1”の信号を出力し、コンパレータ8−5及び8−6
が論理レベル“0”の信号を出力するので、この場合に
はペルチェ素子1−3及び1−4が駆動されて冷却制御
を行ない、該入力電圧が基準電圧Cより低く基準電圧D
より高い場合には、コンパレータ8−4が論理レベル
“1”の信号を出力し、コンパレータ8−5及び8−6
が論理レベル“0”の信号を出力するので、この場合に
はペルチェ素子1−4が駆動されて冷却制御を行なう。
When the input voltage is higher than the reference voltage A, the comparators 8-1 to 8-4 output signals of the logic level "1", and the comparators 8-5 and 8-6.
Outputs a signal of a logic level "0". In this case, all of the Peltier elements 1-1 to 1-4 are driven to perform cooling control. When the input voltage is lower than the reference voltage A and higher than the reference voltage B, the comparators 8-2 to 8-4 output signals of the logic level "1", and the comparators 8-5 and 8-6 output the logic level "1". Since a signal of level "0" is output, in this case, the Peltier elements 1-2 to 1-4 are driven to perform cooling control. Similarly, when the input voltage is lower than the reference voltage B and higher than the reference voltage C, the comparators 8-3 and 8-4 output signals of the logic level "1", and the comparators 8-5 and 8-6.
Outputs a signal of a logic level "0". In this case, the Peltier elements 1-3 and 1-4 are driven to perform cooling control, and the input voltage is lower than the reference voltage C and the reference voltage D
If higher, the comparator 8-4 outputs a signal of logic level "1", and the comparators 8-5 and 8-6
Outputs a signal of logic level "0", and in this case, the Peltier element 1-4 is driven to perform cooling control.

【0077】更に、該入力電圧が基準電圧Dより低く基
準電圧Eより高い場合には、コンパレータ8−1乃至8
−4が論理レベル“0”の信号を出力し、コンパレータ
8−5が論理レベル“1”の信号を出力するので、この
場合には電熱ヒータ6−1が駆動されて加熱制御を行な
い、該入力電圧が基準電圧Eより低い場合には、コンパ
レータ8−1乃至8−4が論理レベル“0”の信号を出
力し、コンパレータ8−5及びコンパレータ8−6が論
理レベル“1”の信号を出力するので、この場合には電
熱ヒータ6−1及び6−2駆動されて加熱制御を行な
う。
Further, when the input voltage is lower than the reference voltage D and higher than the reference voltage E, the comparators 8-1 to 8-8
-4 outputs a signal of logic level "0", and the comparator 8-5 outputs a signal of logic level "1". In this case, the electric heater 6-1 is driven to perform heating control. When the input voltage is lower than the reference voltage E, the comparators 8-1 to 8-4 output signals of logic level "0", and the comparators 8-5 and 8-6 output signals of logic level "1". In this case, the electric heaters 6-1 and 6-2 are driven to perform heating control.

【0078】即ち、図5の構成によれば、分割したペル
チェ素子と電熱ヒータの各々を独立に駆動することがで
きるので、冷却制御と加熱制御をレーザ・ダイオードの
温度を検出した電圧に対応して柔軟に行なうことがで
き、しかも、冷却能力又は加熱能力を最大限引き出すこ
とができる。即ち、冷却制御又は加熱制御を精度よく行
なうことができる上に、冷却制御又は加熱制御の範囲を
広げることが可能になる。
In other words, according to the configuration of FIG. 5, each of the divided Peltier element and the electric heater can be driven independently, so that the cooling control and the heating control correspond to the voltage at which the temperature of the laser diode is detected. The cooling capacity or the heating capacity can be maximized. That is, the cooling control or the heating control can be performed with high accuracy, and the range of the cooling control or the heating control can be expanded.

【0079】しかも、ペルチェ素子も電熱ヒータも分割
しているので、駆動電圧を低く設定することが可能であ
る。
Furthermore, since the Peltier element and the electric heater are divided, the driving voltage can be set low.

【0080】尚、図5の構成においても、特定のパワー
・トランジスタを駆動している時に次のパワー・トラン
ジスタを駆動する入力電圧間に差を持たせることも、特
定のパワー・トランジスタを駆動する時に前後のパワー
・トランジスタを駆動する入力電圧に重なりを持たせる
ことも可能である。
In the structure shown in FIG. 5, when a specific power transistor is driven, a difference may be provided between input voltages for driving the next power transistor, or a specific power transistor may be driven. Sometimes it is possible to have overlapping input voltages that drive the front and rear power transistors.

【0081】図6は、電熱ヒータ駆動回路を構成する素
子をセラミック板上に実装する構成で、図1に示した複
合素子及び図3に示した駆動回路に対応する構成であ
る。
FIG. 6 shows a structure in which the elements constituting the electric heater driving circuit are mounted on a ceramic plate, and corresponds to the composite element shown in FIG. 1 and the driving circuit shown in FIG.

【0082】図6において、1gはペルチェ素子を構成
するセラミック板、5はレーザ・ダイオード、6は電熱
ヒータ、9−5はパワー・トランジスタである。
In FIG. 6, 1g is a ceramic plate constituting a Peltier element, 5 is a laser diode, 6 is an electric heater, and 9-5 is a power transistor.

【0083】即ち、図6の構成は、図3における電熱ヒ
ータの駆動回路のうちパワー・トランジスタ9−5のみ
をセラミック板1g上に実装する例である。そして、パ
ワー・トランジスタの実装技術としてはダイ・ボンディ
ングなどの技術を適用することができる。
That is, the configuration of FIG. 6 is an example in which only the power transistor 9-5 in the drive circuit of the electric heater in FIG. 3 is mounted on the ceramic plate 1g. A technique such as die bonding can be applied as a mounting technique of the power transistor.

【0084】尚、図6においても、レーザ・ダイオード
5、電熱ヒータ6、パワー・トランジスタ9−5を電源
に接続するための配線は図示を省略している。
In FIG. 6, wirings for connecting the laser diode 5, the electric heater 6, and the power transistor 9-5 to a power supply are not shown.

【0085】図6の構成によれば、電熱ヒータを駆動す
るパワー・トランジスタ9−5をセラミック板1g上に
実装しているので、パワー・トランジスタ9−5による
発熱も加熱制御に利用することができ、加熱制御の効率
向上又は加熱制御の効率が一定でよい場合には電源電圧
の縮減が可能になる。
According to the configuration of FIG. 6, since the power transistor 9-5 for driving the electric heater is mounted on the ceramic plate 1g, the heat generated by the power transistor 9-5 can also be used for heating control. If the heating control efficiency can be improved or the heating control efficiency can be kept constant, the power supply voltage can be reduced.

【0086】ところで、図6ではパワー・トランジスタ
のみをセラミック板上に実装する例を示しているが、勿
論、該パワー・トランジスタに接続される抵抗なども実
装することも可能である。
Although FIG. 6 shows an example in which only the power transistor is mounted on the ceramic plate, it is needless to say that a resistor connected to the power transistor can also be mounted.

【0087】ここで、注意を要することは、ペルチェ素
子を駆動するパワー・トランジスタを電熱ヒータを形成
したセラミック板上に実装してはならないことである。
ペルチェ素子を駆動するのは冷却制御の場合であるの
で、ペルチェ素子を駆動するパワー・トランジスタを実
装することによって冷却能力を阻害することになるから
である。
It should be noted that the power transistor for driving the Peltier element must not be mounted on the ceramic plate on which the electric heater is formed.
This is because the driving of the Peltier element is performed in the case of the cooling control, and thus the cooling capacity is impaired by mounting the power transistor for driving the Peltier element.

【0088】[0088]

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明により、低電
圧な単一電源で温度制御可能な上に温度制御効率がよ
く、且つ、温度制御に伴って発生する雑音レベルが低い
レーザ・ダイオードの温度制御方式を実現することがで
きる。
As described above in detail, according to the present invention, a laser diode which can control the temperature with a single low-voltage power supply, has a good temperature control efficiency, and has a low noise level generated by the temperature control. Temperature control method can be realized.

【0089】即ち、第一の発明によれば、該ペルチェ素
子を構成するセラミック板の表面に電熱ヒータを形成
し、レーザ・ダイオードの温度を検出した電圧に応じ
て、該ペルチェ素子を構成する熱電半導体による冷却制
御、又は、該電熱ヒータによる加熱制御のいずれかを選
択してレーザ・ダイオードの温度制御を行なうので、該
熱電半導体が有する冷却能力を全て引き出すこと又は該
電熱ヒータが有する加熱能力を全て引き出すことがで
き、広い温度制御幅を得ることが可能になる。その上、
単一電源で温度制御が可能である。
That is, according to the first invention, an electric heater is formed on the surface of the ceramic plate constituting the Peltier element, and the thermoelectric element constituting the Peltier element is formed in accordance with the voltage detected by detecting the temperature of the laser diode. Since the temperature control of the laser diode is performed by selecting either the cooling control by the semiconductor or the heating control by the electric heater, it is possible to draw out all the cooling capacity of the thermoelectric semiconductor or to reduce the heating capacity of the electric heater. All can be pulled out, and a wide temperature control range can be obtained. Moreover,
Temperature control is possible with a single power supply.

【0090】又、第二の発明によれば、該電熱ヒータ又
は該熱電半導体を複数に分割し、該レーザ・ダイオード
の温度を検出した電圧に応じて、該熱電半導体による冷
却制御又は該電熱ヒータによる加熱制御のいずれかを選
択すると共に駆動する該熱電半導体又は該電熱ヒータの
数を可変に制御するので、温度制御の精度を高めること
ができると共に広い温度制御幅を得ることができ、且
つ、分割された熱電半導体又は分割された電熱ヒータを
駆動する電圧を縮減することができる。その上、単一電
源で温度制御が可能である。
Further, according to the second invention, the electric heater or the thermoelectric semiconductor is divided into a plurality of parts, and the cooling control by the thermoelectric semiconductor or the electric heater is performed in accordance with the voltage at which the temperature of the laser diode is detected. Since the number of the thermoelectric semiconductors or the number of the electric heaters to be driven is controlled variably by selecting any one of the heating control by, the accuracy of the temperature control can be improved and a wide temperature control width can be obtained, and The voltage for driving the divided thermoelectric semiconductor or the divided electric heater can be reduced. In addition, temperature control is possible with a single power supply.

【0091】更に、第三の発明によれば、該電熱ヒータ
に電流を供給する回路を構成する素子を該セラミック板
の表面に実装するために、該セラミック板上で消費され
る電力が増加するので加熱制御の効率向上又は電源電圧
の縮減が可能になる。
Further, according to the third aspect of the present invention, since an element constituting a circuit for supplying a current to the electric heater is mounted on the surface of the ceramic plate, the power consumed on the ceramic plate increases. Therefore, the efficiency of heating control can be improved or the power supply voltage can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 ペルチェ素子と電熱ヒータの複合素子の基本
構成(その1)
FIG. 1 is a basic configuration of a composite element including a Peltier element and an electric heater (part 1).

【図2】 ペルチェ素子と電熱ヒータの複合素子の基本
構成(その2)
FIG. 2 is a basic configuration of a composite element including a Peltier element and an electric heater (part 2).

【図3】 図1又は図2の構成に対応するペルチェ素子
及び電熱ヒータの駆動回路。
FIG. 3 is a drive circuit of a Peltier element and an electric heater corresponding to the configuration of FIG. 1 or FIG. 2;

【図4】 ペルチェ素子と電熱ヒータを分割した複合素
子の構成。
FIG. 4 shows a configuration of a composite element in which a Peltier element and an electric heater are divided.

【図5】 ペルチェ素子及び電熱ヒータを分割する場合
の駆動回路。
FIG. 5 is a drive circuit in the case where a Peltier element and an electric heater are divided.

【図6】 電熱ヒータ駆動回路を構成する素子をセラミ
ック板上に実装する構成。
FIG. 6 shows a configuration in which elements constituting an electric heater driving circuit are mounted on a ceramic plate.

【図7】 従来のペルチェ素子駆動回路(その1)。FIG. 7 shows a conventional Peltier device driving circuit (No. 1).

【図8】 従来のペルチェ素子駆動回路(その2)。FIG. 8 shows a conventional Peltier device driving circuit (No. 2).

【図9】 加熱用と吸熱用ペルチェ素子を用いる構成。FIG. 9 shows a configuration using Peltier elements for heating and heat absorption.

【図10】 ペルチェ素子による冷却・加熱の原理。FIG. 10 shows the principle of cooling and heating using a Peltier element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ペルチェ素子 1−1、1−2、1−3、1−4 ペルチェ素子 1a P型の熱電半導体 1b N型の熱電半導体 1c 熱電半導体部 1c−1 第一の熱電半導体部 1c−2 第二の熱電半導体部 1d、1e、1f 金属電極 1g、1h セラミック板 3 電池 5 レーザ・ダイオード 6 電熱ヒータ 6−1 第一の電熱ヒータ 6−2 第二の電熱ヒータ 7−1乃至7−30 抵抗 8−1、8−2、8−3、8−4、8−5、8−6 コ
ンパレータ 9−1、9−2、9−3、9−4、9−5、9−6 パ
ワー・トランジスタ 101 インバータ 102、103、104、105 スイッチ 106 抵抗 107、108 電流源 109、110 スイッチ 111 電圧判定回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Peltier element 1-1, 1-2, 1-3, 1-4 Peltier element 1a P-type thermoelectric semiconductor 1b N-type thermoelectric semiconductor 1c Thermoelectric semiconductor part 1c-1 First thermoelectric semiconductor part 1c-2 Second 1d, 1e, 1f Metal electrodes 1g, 1h Ceramic plate 3 Battery 5 Laser diode 6 Electric heater 6-1 First electric heater 6-2 Second electric heater 7-1 to 7-30 Resistance 8 -1, 8-2, 8-3, 8-4, 8-5, 8-6 Comparator 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6 Power transistor 101 Inverters 102, 103, 104, 105 Switches 106 Resistors 107, 108 Current sources 109, 110 Switches 111 Voltage judgment circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01S 5/022 H01S 5/022 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01S 5/022 H01S 5/022

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ペルチェ素子を使用するレーザ・ダイオ
ードの温度制御方式であって、 該ペルチェ素子を構成するセラミック板の一方の表面に
電熱ヒータを形成し、 レーザ・ダイオードの温度を検出した電圧に応じて、該
ペルチェ素子を構成する熱電半導体による冷却制御、又
は、該電熱ヒータによる加熱制御のいずれかを選択する
ことを特徴とするレーザ・ダイオードの温度制御方式。
1. A temperature control method for a laser diode using a Peltier element, wherein an electric heater is formed on one surface of a ceramic plate forming the Peltier element, and the temperature of the laser diode is reduced to a detected voltage. A temperature control method for a laser diode, wherein one of cooling control by a thermoelectric semiconductor constituting the Peltier element and heating control by the electric heater is selected accordingly.
【請求項2】 請求項1記載のレーザ・ダイオードの
温度制御方式において、 上記電熱ヒータ又は上記熱電半導体を複数に分割し、 上記レーザ・ダイオードの温度を検出した電圧に応じ
て、該熱電半導体による冷却制御又は該電熱ヒータによ
る加熱制御のいずれかを選択すると共に、 駆動する該熱電半導体又は該電熱ヒータの数を可変に制
御することを特徴とするレーザ・ダイオードの温度制御
方式。
2. The laser diode temperature control method according to claim 1, wherein the electric heater or the thermoelectric semiconductor is divided into a plurality of parts, and the temperature of the laser diode is changed according to a detected voltage. A temperature control method for a laser diode, wherein either cooling control or heating control by the electric heater is selected, and the number of the driven thermoelectric semiconductors or the electric heater is variably controlled.
【請求項3】 請求項1又は請求項2のいずれかに記
載のレーザ・ダイオードの温度制御方式において、 上記電熱ヒータに電流を供給する回路を構成する素子を
該電熱ヒータを形成する上記セラミック板の表面に実装
することを特徴とするレーザ・ダイオードの温度制御方
式。
3. The temperature control method for a laser diode according to claim 1, wherein an element constituting a circuit for supplying a current to the electric heater is a ceramic plate forming the electric heater. A temperature control method for a laser diode characterized by being mounted on the surface of a laser diode.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010140940A (en) * 2008-12-09 2010-06-24 Ferrotec Corp Temperature control module using peltier element and temperature control device
US20200224935A1 (en) * 2014-05-23 2020-07-16 Laird Thermal Systems, Inc. Thermoelectric heating/cooling devices including resistive heaters

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