JP2003163547A - レーザダイオード用駆動回路装置 - Google Patents
レーザダイオード用駆動回路装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ポンプ光用レーザダイオードの駆動回路におい
て、帰還ループの利得を一定にするのと同時に、環境変
化に対する上記利得の温度変動を極力抑え、温度変化の
少ないポンプ光用レーザダイオードの駆動回路を提供す
る。 【解決手段】レーザダイオードモジュールに取り付けら
れたモニターホトダイオードのモニター電流を利得可変
電流増幅器で可変し、レーザダイオードの光出力とモニ
ター電流との比率を一定にした後、差動増幅器で電流／
電圧変換を行い、かつ、この出力電圧と基準電圧を比較
し、その出力が一定となるように、電流帰還増幅器を用
いてレーザダイオードの光出力を制御する。
て、帰還ループの利得を一定にするのと同時に、環境変
化に対する上記利得の温度変動を極力抑え、温度変化の
少ないポンプ光用レーザダイオードの駆動回路を提供す
る。 【解決手段】レーザダイオードモジュールに取り付けら
れたモニターホトダイオードのモニター電流を利得可変
電流増幅器で可変し、レーザダイオードの光出力とモニ
ター電流との比率を一定にした後、差動増幅器で電流／
電圧変換を行い、かつ、この出力電圧と基準電圧を比較
し、その出力が一定となるように、電流帰還増幅器を用
いてレーザダイオードの光出力を制御する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、光通信における光
増幅器に用いるポンプ光用レーザダイオードの駆動電流
回路の駆動回路構成に関する。
増幅器に用いるポンプ光用レーザダイオードの駆動電流
回路の駆動回路構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信における光増幅器は、光信号を光
／電気変換（以後、Ｏ／Ｅ変換）することなく増幅する
事の出来る装置で、近年のＷＤＭ伝送の基礎を築く重要
な装置の１つとして確固たる地位を築いている。光増幅
器は、ＥＤＦＡ、ポンプ光用レーザダイオード、偏波無
依存アイソレータ、カプラ等から構成され、ポンプ光に
より励起した電子を信号光を入れる事により誘導放出さ
せ、もって、光増幅を行うもので、ポンプ光用レーザダ
イオードは、反転準位を形成する役割を担っている。
／電気変換（以後、Ｏ／Ｅ変換）することなく増幅する
事の出来る装置で、近年のＷＤＭ伝送の基礎を築く重要
な装置の１つとして確固たる地位を築いている。光増幅
器は、ＥＤＦＡ、ポンプ光用レーザダイオード、偏波無
依存アイソレータ、カプラ等から構成され、ポンプ光に
より励起した電子を信号光を入れる事により誘導放出さ
せ、もって、光増幅を行うもので、ポンプ光用レーザダ
イオードは、反転準位を形成する役割を担っている。
【０００３】このレーザダイオードは、ペルチエ素子を
塔載したパッケージに組み付けられ、ペルチエ素子で、
温度制御され、一定の温度条件の基で制御され、その条
件のもと、オート・パワー・コントロール（以後、ＡＰ
Ｃと称する。）あるいは、オート・カレント・コントロ
ール（以後、ＡＣＣと称する。）で駆動することが一般
的である。
塔載したパッケージに組み付けられ、ペルチエ素子で、
温度制御され、一定の温度条件の基で制御され、その条
件のもと、オート・パワー・コントロール（以後、ＡＰ
Ｃと称する。）あるいは、オート・カレント・コントロ
ール（以後、ＡＣＣと称する。）で駆動することが一般
的である。
【０００４】その回路構成例を図５に示す。光増幅器
は、カプラ２を用いて、入力ポート１とポンプレーザダ
イオード７が接続され、この出力をアイソレータ３を通
してＥＤＦファイバー４に入力し、その出力のうち信号
光のみをバンドパスフィルター５を用いて出力ポート６
へ導くものである。
は、カプラ２を用いて、入力ポート１とポンプレーザダ
イオード７が接続され、この出力をアイソレータ３を通
してＥＤＦファイバー４に入力し、その出力のうち信号
光のみをバンドパスフィルター５を用いて出力ポート６
へ導くものである。
【０００５】ポンプレーザレーザダイオード７は、励起
光源として用いられ、ＥＤＦファイバー４の誘導放出を
促し、もって、入力光に対応する光増幅を行うものであ
る。
光源として用いられ、ＥＤＦファイバー４の誘導放出を
促し、もって、入力光に対応する光増幅を行うものであ
る。
【０００６】このポンプレーザダイオード７を駆動する
ためには、レーザダイオードを駆動するためのＬＤドラ
イバ８と、ペルチエ素子を駆動するためのペルチエコン
トローラ９が必要とされる。ＬＤドライバ８には、ＰＤ
アノード１３、ＰＤカソード１４が接続され、その出力
から、ＬＤアノード１１、ＬＤカソード１２を接続して
いる端子電流をコントロールして光出力を制御してい
る。また、ペルチエコントローラ９は、接続されたサー
ミスタ＋１７、サーミスター１８の抵抗値から温度を検
出し、これをペルチエアノード１５、ペルチエカソード
１６に帰還して、ポンプレーザダイオード７の温度を制
御している。本発明は、かかる光増幅器に用いられるレ
ーザダイオードの駆動回路に関するものである。
ためには、レーザダイオードを駆動するためのＬＤドラ
イバ８と、ペルチエ素子を駆動するためのペルチエコン
トローラ９が必要とされる。ＬＤドライバ８には、ＰＤ
アノード１３、ＰＤカソード１４が接続され、その出力
から、ＬＤアノード１１、ＬＤカソード１２を接続して
いる端子電流をコントロールして光出力を制御してい
る。また、ペルチエコントローラ９は、接続されたサー
ミスタ＋１７、サーミスター１８の抵抗値から温度を検
出し、これをペルチエアノード１５、ペルチエカソード
１６に帰還して、ポンプレーザダイオード７の温度を制
御している。本発明は、かかる光増幅器に用いられるレ
ーザダイオードの駆動回路に関するものである。
【０００７】従来のレーザダイオードの駆動回路は、図
３に示すような回路構成が取られていた。本回路の動作
を図３に沿って説明する。レーザダイオードＬＤ１のカ
ソードは電源電圧ＶＤＤ（以後、ＶＤＤ）に接続され、
アノードは抵抗ＲＤを通して、端子ＯＵＴ＋からトラン
ジスタＮｔ２（以後、ＴｒＮｔ２と記載）に接続される
と同時に、コイルＬｔ２、スイッチＳＷ２を通してＴｒ
Ｎｔ２に接続されている。ＴｒＮｔ２がダイナミック電
流を与え、ＴｒＮｔ３がバイアス電流を与えている。
３に示すような回路構成が取られていた。本回路の動作
を図３に沿って説明する。レーザダイオードＬＤ１のカ
ソードは電源電圧ＶＤＤ（以後、ＶＤＤ）に接続され、
アノードは抵抗ＲＤを通して、端子ＯＵＴ＋からトラン
ジスタＮｔ２（以後、ＴｒＮｔ２と記載）に接続される
と同時に、コイルＬｔ２、スイッチＳＷ２を通してＴｒ
Ｎｔ２に接続されている。ＴｒＮｔ２がダイナミック電
流を与え、ＴｒＮｔ３がバイアス電流を与えている。
【０００８】本回路はＡＰＣ動作をしており、モニター
ダイオードＰＤ１からの電流を抵抗ＲＭＰＣＳＥＴで電
流電圧変換し、容量ＣＭＰＣで平滑化し、増幅器Ａｍｐ
ｔ２で基準電圧と比較し、帰還ループで定められた電圧
をＴｒＮｔ３に与える事により、バイアス電流の定電流
化を図っている。ＴｒＮｔ３の一部の電流Ｉｔ１と抵抗
ＲＯＣＡで設定した電流Ｉｔ２を比較し、電流Ｉｔ２よ
り大きな電流が流れた場合、過電流として端子ＯＣＡに
出力している。
ダイオードＰＤ１からの電流を抵抗ＲＭＰＣＳＥＴで電
流電圧変換し、容量ＣＭＰＣで平滑化し、増幅器Ａｍｐ
ｔ２で基準電圧と比較し、帰還ループで定められた電圧
をＴｒＮｔ３に与える事により、バイアス電流の定電流
化を図っている。ＴｒＮｔ３の一部の電流Ｉｔ１と抵抗
ＲＯＣＡで設定した電流Ｉｔ２を比較し、電流Ｉｔ２よ
り大きな電流が流れた場合、過電流として端子ＯＣＡに
出力している。
【０００９】一方、ダイナミック電流は、抵抗ＴＣＭＯ
ＤＳＥＴによって設定された電流Ｉｔ５により基本的に
動作する。電流は、ＴｒＮｔ１，Ｎｔ２で構成された差
動回路で動作し、ＴｒＮｔ１には抵抗Ｒｔ１およびコイ
ルＬｔ１が接続され、差動構造を取る事、並びに、抵抗
ＲＤと並列に、抵抗ＲＳＨＡＮＴ、容量ＣＳＨＡＮＴを
接続する事により、過渡的なダンピングを防止してい
る。
ＤＳＥＴによって設定された電流Ｉｔ５により基本的に
動作する。電流は、ＴｒＮｔ１，Ｎｔ２で構成された差
動回路で動作し、ＴｒＮｔ１には抵抗Ｒｔ１およびコイ
ルＬｔ１が接続され、差動構造を取る事、並びに、抵抗
ＲＤと並列に、抵抗ＲＳＨＡＮＴ、容量ＣＳＨＡＮＴを
接続する事により、過渡的なダンピングを防止してい
る。
【００１０】さらに、レーザダイオードＬＤ１の閾値の
温度依存性を補正するため抵抗ＴＣＳＴＡＲＴで温度特
性を有する電流源Ｉｔ３による電流補償を行い、抵抗Ｔ
ＣＳＬＯＰＥにより、スロープ効率の温度依存性を補償
する電流源Ｉｔ４により、スロープ効率の補償を行って
いる。
温度依存性を補正するため抵抗ＴＣＳＴＡＲＴで温度特
性を有する電流源Ｉｔ３による電流補償を行い、抵抗Ｔ
ＣＳＬＯＰＥにより、スロープ効率の温度依存性を補償
する電流源Ｉｔ４により、スロープ効率の補償を行って
いる。
【００１１】ＴｒＮｔ１並びにＮｔ２で構成した差動回
路を端子ＤＡＴＡからのバッファ回路Ｂｕｆｆｅｒ１に
より駆動して、レーザダイオードＬＤ１のダイナミック
回路を動作させている。
路を端子ＤＡＴＡからのバッファ回路Ｂｕｆｆｅｒ１に
より駆動して、レーザダイオードＬＤ１のダイナミック
回路を動作させている。
【００１２】上記、回路において、モニターダイオード
ＰＤ１の電流は、単にＲＭＰＣＳＥＴにより電流／電圧
変換されているだけであるが、この電流を利得可変電流
増幅器により、利得可変して、電流／電圧変換すること
が出来る。
ＰＤ１の電流は、単にＲＭＰＣＳＥＴにより電流／電圧
変換されているだけであるが、この電流を利得可変電流
増幅器により、利得可変して、電流／電圧変換すること
が出来る。
【００１３】従来の利得可変電流増幅器を図４に示す。
本回路は次のように動作する。電流源Ｉｔ１で２Ｉｔの
電流を流し、かつ、入力端子ＩＮＰＵＴから２ｉｔの電
流を流すと、Ｔｒｐｔ１、ｐｔ２にはそれぞれ、Ｉｔ＋
ｉｔの電流が流れる。したがって、ミラー回路により、
Ｔｒｎｔ１４にはＩｔ＋ｉｔの電流が流れる事になる。
また、Ｔｒｎｔ６には電流源Ｉｔ９からの電流Ｉｔが流
れるので、ミラー回路により、Ｔｒｎｔ７には、｛２Ｉ
ｔ−（Ｉｔ＋ｉｔ）｝＝Ｉｔ−ｉｔの電流が流れる。Ｔ
ｒｎｔ８，ｎｔ９，ｎｔ７、ｎｔ１０、ｎｔ１１、ｎｔ
１４でギルバート回路が構成されているため、端子Ｖｒ
ｅｆと端子ＣＯＮＴＲＯＬの電圧が等しい場合には、Ｔ
ｒｐｔ６には（Ｉｔ−ｉｔ）／２、Ｔｒｎｔ１３には
（Ｉｔ＋ｉｔ）／２の電流が流れるため、端子ＯＵＴＰ
ＵＴには、−ｉｔの電流が流れる事になる。
本回路は次のように動作する。電流源Ｉｔ１で２Ｉｔの
電流を流し、かつ、入力端子ＩＮＰＵＴから２ｉｔの電
流を流すと、Ｔｒｐｔ１、ｐｔ２にはそれぞれ、Ｉｔ＋
ｉｔの電流が流れる。したがって、ミラー回路により、
Ｔｒｎｔ１４にはＩｔ＋ｉｔの電流が流れる事になる。
また、Ｔｒｎｔ６には電流源Ｉｔ９からの電流Ｉｔが流
れるので、ミラー回路により、Ｔｒｎｔ７には、｛２Ｉ
ｔ−（Ｉｔ＋ｉｔ）｝＝Ｉｔ−ｉｔの電流が流れる。Ｔ
ｒｎｔ８，ｎｔ９，ｎｔ７、ｎｔ１０、ｎｔ１１、ｎｔ
１４でギルバート回路が構成されているため、端子Ｖｒ
ｅｆと端子ＣＯＮＴＲＯＬの電圧が等しい場合には、Ｔ
ｒｐｔ６には（Ｉｔ−ｉｔ）／２、Ｔｒｎｔ１３には
（Ｉｔ＋ｉｔ）／２の電流が流れるため、端子ＯＵＴＰ
ＵＴには、−ｉｔの電流が流れる事になる。
【００１４】端子ＣＯＮＴＲＯＬの電圧を制御すると、
出力に与えられる電流は、 it' = 2it/[1+exp(q/kT・Vc)] (1) で与えられる。ここで、ｑはクーロン、ｋはボルツマン
定数、Ｔは絶対温度、Ｖｃはコントロール端子の電圧を
示している。
出力に与えられる電流は、 it' = 2it/[1+exp(q/kT・Vc)] (1) で与えられる。ここで、ｑはクーロン、ｋはボルツマン
定数、Ｔは絶対温度、Ｖｃはコントロール端子の電圧を
示している。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】従来のレーザダイオー
ドの駆動回路は、駆動して光信号を出力する事を目的と
しているため、信号の１・０を判別するための消光比、
および、出力を一定にするための平均光出力の制御を目
的とし、閾値、スロープ効率、平均光出力の制御を目的
として図３に示すような回路構成が取られていた。
ドの駆動回路は、駆動して光信号を出力する事を目的と
しているため、信号の１・０を判別するための消光比、
および、出力を一定にするための平均光出力の制御を目
的とし、閾値、スロープ効率、平均光出力の制御を目的
として図３に示すような回路構成が取られていた。
【００１６】これに対し、ポンプ光用レーザダイオード
は、ペルチエ素子の上に搭載され、その動作温度は０．
１℃以下で制御され、その動作もＣＷ動作であるため、
レーザダイオードの出力変動は、まず、無いものと考え
られる。
は、ペルチエ素子の上に搭載され、その動作温度は０．
１℃以下で制御され、その動作もＣＷ動作であるため、
レーザダイオードの出力変動は、まず、無いものと考え
られる。
【００１７】ところが、駆動回路は、一般的な動作環境
に置かれるため、駆動回路の動作条件の変動が、レーザ
ダイオードの動作点を移動させる要因を生み、その結
果、ポンプ光の変動を発生させる事になる。
に置かれるため、駆動回路の動作条件の変動が、レーザ
ダイオードの動作点を移動させる要因を生み、その結
果、ポンプ光の変動を発生させる事になる。
【００１８】この変動要因を除去するには、帰還ループ
の利得を一定となるように回路構成すること、並びに駆
動回路から温度変動する要素を除くことである。
の利得を一定となるように回路構成すること、並びに駆
動回路から温度変動する要素を除くことである。
【００１９】一般にレーザダイオードに取り付けられて
いるモニターホトダイオードの電流は、レーザダイオー
ドの光出力を規格値にセットした時、０．１〜１．５ｍ
Ａと大きな電流変動を有している。したがって、この電
流変動を一定値に補償しないと、帰還ループの利得が変
動する事になる。
いるモニターホトダイオードの電流は、レーザダイオー
ドの光出力を規格値にセットした時、０．１〜１．５ｍ
Ａと大きな電流変動を有している。したがって、この電
流変動を一定値に補償しないと、帰還ループの利得が変
動する事になる。
【００２０】上記、利得変換を行う回路として、図４に
示す回路を提示したが、本回路の出力は式（１）に示す
ように温度特性を有し、もう１つの要求に適していな
い。
示す回路を提示したが、本回路の出力は式（１）に示す
ように温度特性を有し、もう１つの要求に適していな
い。
【００２１】したがって、図３の回路における抵抗ＲＭ
ＰＣＳＥＴの代わりに図４に示す回路を用いても、要求
性能を達成する事が出来ない。
ＰＣＳＥＴの代わりに図４に示す回路を用いても、要求
性能を達成する事が出来ない。
【００２２】また、図３に示す回路では、閾値の制御と
して、抵抗ＴＣＳＴＡＲＴ、スロープ効率の制御として
抵抗ＴＣＳＬＯＰＥを用いているが、これらの制御は大
まかな制御を目的としているため、ポンプ光用レーザダ
イオードの駆動回路に要求されているような十分な温度
特性を達成する事は不可能である。
して、抵抗ＴＣＳＴＡＲＴ、スロープ効率の制御として
抵抗ＴＣＳＬＯＰＥを用いているが、これらの制御は大
まかな制御を目的としているため、ポンプ光用レーザダ
イオードの駆動回路に要求されているような十分な温度
特性を達成する事は不可能である。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するもので、レーザダイオードモジュールに取り付け
られたモニターホトダイオードのモニター電流を利得可
変電流増幅器で可変し、レーザダイオードの光出力とモ
ニター電流との比率を一定にした後、差動増幅器で電流
／電圧変換を行い、かつ、この出力電圧と基準電圧を比
較し、その出力が一定となるように電流帰還増幅器を用
いてレーザダイオードの光出力を制御することを特徴と
する。
決するもので、レーザダイオードモジュールに取り付け
られたモニターホトダイオードのモニター電流を利得可
変電流増幅器で可変し、レーザダイオードの光出力とモ
ニター電流との比率を一定にした後、差動増幅器で電流
／電圧変換を行い、かつ、この出力電圧と基準電圧を比
較し、その出力が一定となるように電流帰還増幅器を用
いてレーザダイオードの光出力を制御することを特徴と
する。
【００２４】上記、利得可変電流増幅器、電流／電圧変
換回路、基準電圧、差動増幅器並びに、電流帰還増幅器
は、実質的に温度特性を持たない素子構成とするか、あ
るいは温度補償された回路を用いることを特徴とする。
換回路、基準電圧、差動増幅器並びに、電流帰還増幅器
は、実質的に温度特性を持たない素子構成とするか、あ
るいは温度補償された回路を用いることを特徴とする。
【００２５】上記レーザダイオードの光出力に対する帰
還ループの利得を一定とし、その値を、電流制御端子で
制御することを特徴とする。
還ループの利得を一定とし、その値を、電流制御端子で
制御することを特徴とする。
【００２６】上記利得可変電流増幅器は、バイアス電流
とモニター電流の和と差を電流源としてギルバ−ト回路
を構成し、その入力端子の片方の端子に基準電流に基づ
くＶｂｅ（ベース−エミッタ）電圧を与え、他方の端子
に基準電流の１／ｎに基づくＶｂｅ（ベース−エミッ
タ）電圧を与える事により、出力電流をモニター電流の
１／ｎとし、かつ温度依存性が−２０〜８５℃の範囲で
１％以下となることを特徴とする。
とモニター電流の和と差を電流源としてギルバ−ト回路
を構成し、その入力端子の片方の端子に基準電流に基づ
くＶｂｅ（ベース−エミッタ）電圧を与え、他方の端子
に基準電流の１／ｎに基づくＶｂｅ（ベース−エミッ
タ）電圧を与える事により、出力電流をモニター電流の
１／ｎとし、かつ温度依存性が−２０〜８５℃の範囲で
１％以下となることを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】本発明のレーザダイオード用駆動
回路の回路構成を図１に示す。
回路の回路構成を図１に示す。
【００２８】モニターホトダイオードＰＤ２の出力は、
利得可変電流増幅器Ａｍｐ１に入力し、利得制御端子Ｇ
Ｃ１により、１／ｎに電流変換され、モニター電流の変
動が該利得可変電流増幅器Ａｍｐ１により吸収される。
次に、その電流出力は、電流／電圧変換回路Ａｍｐ２で
電流／電圧変換される。半導体集積回路の抵抗の絶対値
は±１０％、温度特性、２０００ｐｐｍ程度の特性を有
しているため、内部抵抗を用いると、利得、温度特性と
も大きな変動要因を伴う原因となるため、その対策とし
て、抵抗Ｒ４は外付け抵抗とし、容量Ｃ２により周波数
応答の低減を図っている。
利得可変電流増幅器Ａｍｐ１に入力し、利得制御端子Ｇ
Ｃ１により、１／ｎに電流変換され、モニター電流の変
動が該利得可変電流増幅器Ａｍｐ１により吸収される。
次に、その電流出力は、電流／電圧変換回路Ａｍｐ２で
電流／電圧変換される。半導体集積回路の抵抗の絶対値
は±１０％、温度特性、２０００ｐｐｍ程度の特性を有
しているため、内部抵抗を用いると、利得、温度特性と
も大きな変動要因を伴う原因となるため、その対策とし
て、抵抗Ｒ４は外付け抵抗とし、容量Ｃ２により周波数
応答の低減を図っている。
【００２９】電流／電圧変換回路Ａｍｐ２の入力に出力
電流を制御する目的で、抵抗Ｒ６を接続し、他端を電流
制御端子ＧＣ２とする。この電流制御端子ＧＣ２の電圧
を変動させる事で、出力電流を制御することが出来る。
電流を制御する目的で、抵抗Ｒ６を接続し、他端を電流
制御端子ＧＣ２とする。この電流制御端子ＧＣ２の電圧
を変動させる事で、出力電流を制御することが出来る。
【００３０】次に、電流／電圧変換回路出力を差動増幅
器Ａｍｐ３に入力する。差動増幅器Ａｍｐ３の電圧利得
は１０００と大きな値を設定し、回路オフセットによる
影響が発生しないようにしている。
器Ａｍｐ３に入力する。差動増幅器Ａｍｐ３の電圧利得
は１０００と大きな値を設定し、回路オフセットによる
影響が発生しないようにしている。
【００３１】この差動増幅器Ａｍｐ３には、＋入力にバ
ンドギャップリファレンスＢＧＲからのＶｒｅｆ電圧を
与え、この電圧を基準として、電流増幅器Ａｍｐ４を制
御する構成としている。
ンドギャップリファレンスＢＧＲからのＶｒｅｆ電圧を
与え、この電圧を基準として、電流増幅器Ａｍｐ４を制
御する構成としている。
【００３２】バンドギャップリファレンスＢＧＲはＴｒ
のベースーエミッタ間電圧の温度特性と抵抗の温度特性
を組み合わせることにより、温度補償した電圧源を与え
る回路で、動作領域に渡って、ほぼ、温度変動の無い電
圧源を与える。
のベースーエミッタ間電圧の温度特性と抵抗の温度特性
を組み合わせることにより、温度補償した電圧源を与え
る回路で、動作領域に渡って、ほぼ、温度変動の無い電
圧源を与える。
【００３３】また、差動増幅器Ａｍｐ３の利得はＲ２／
Ｒ３で与えられるため、温度特性は、抵抗比で相殺され
ている。
Ｒ３で与えられるため、温度特性は、抵抗比で相殺され
ている。
【００３４】トランジスタＴｒ１はレーザダイオードＬ
Ｄ２の駆動電流が２５０〜５００ｍＡと大きなため、外
付けとし、エミッタに接続された抵抗Ｒ５の出力を電流
帰還増幅器Ａｍｐ４に帰還することにより、レーザダイ
オードＬＤ２の光出力の制御を行っている。この結果、
帰還ループ利得が一定した、且つ、温度変動の少ないレ
ーザダイオードの駆動回路を提供することが出来る。
Ｄ２の駆動電流が２５０〜５００ｍＡと大きなため、外
付けとし、エミッタに接続された抵抗Ｒ５の出力を電流
帰還増幅器Ａｍｐ４に帰還することにより、レーザダイ
オードＬＤ２の光出力の制御を行っている。この結果、
帰還ループ利得が一定した、且つ、温度変動の少ないレ
ーザダイオードの駆動回路を提供することが出来る。
【００３５】上記回路構成において、その特徴的なこと
は、全ての駆動回路において、温度特性を除く工夫がさ
れており、実質的に温度特性を持たない構成としてあ
る。ここで、実質的に温度特性を持たないとは、動作温
度範囲−２０〜８５℃の範囲で温度特性が１％以下とな
る事を言う。
は、全ての駆動回路において、温度特性を除く工夫がさ
れており、実質的に温度特性を持たない構成としてあ
る。ここで、実質的に温度特性を持たないとは、動作温
度範囲−２０〜８５℃の範囲で温度特性が１％以下とな
る事を言う。
【００３６】温度特性を実質的に持たない駆動回路が要
求される理由は、ポンプ光用レーザダイオードチップは
ペルチエ素子に取り付けられ、±０．１℃以下の温度制
御が行われるため、光出力の変動原因は、電源電圧変
動、並びに駆動回路の温度変動に伴う動作点のシフトに
起因するからである。
求される理由は、ポンプ光用レーザダイオードチップは
ペルチエ素子に取り付けられ、±０．１℃以下の温度制
御が行われるため、光出力の変動原因は、電源電圧変
動、並びに駆動回路の温度変動に伴う動作点のシフトに
起因するからである。
【００３７】電源電圧変動を吸収する方法は、内部回路
にバンドギャップリファレンスＢＧＲを作る方法であ
る。該回路は、温度補償が出来、かつ、電源電圧依存性
が非常に小さいため、上記、電源電圧変動を除去する事
が出来る。バイポーラトランジスタで可能なバンドギャ
ップリファレンスＢＧＲはおよそ、１．２５Ｖで±１５
ｍＶの範囲（Ｔａ−２０〜８５℃）に変動を制限する事
が出来る。
にバンドギャップリファレンスＢＧＲを作る方法であ
る。該回路は、温度補償が出来、かつ、電源電圧依存性
が非常に小さいため、上記、電源電圧変動を除去する事
が出来る。バイポーラトランジスタで可能なバンドギャ
ップリファレンスＢＧＲはおよそ、１．２５Ｖで±１５
ｍＶの範囲（Ｔａ−２０〜８５℃）に変動を制限する事
が出来る。
【００３８】利得可変電流増幅器Ａｍｐ１は、従来例の
場合、温度特性を有しているが、これについては後で、
温度特性を実質的に持たない回路を提案する。
場合、温度特性を有しているが、これについては後で、
温度特性を実質的に持たない回路を提案する。
【００３９】電流/電圧変換回路Ａｍｐ２の温度特性
は、抵抗Ｒ４の温度特性で決まる。通常の抵抗の温度特
性は５００ＰＰＭ程度であるが、選択により、１００Ｐ
ＰＭ、あるいは５０ｐｐｍの抵抗を採用することが出来
る。５０ｐｐｍの場合、動作温度変動を±６０℃とする
と、その変動量は０．３％に抑えることが出来る。
は、抵抗Ｒ４の温度特性で決まる。通常の抵抗の温度特
性は５００ＰＰＭ程度であるが、選択により、１００Ｐ
ＰＭ、あるいは５０ｐｐｍの抵抗を採用することが出来
る。５０ｐｐｍの場合、動作温度変動を±６０℃とする
と、その変動量は０．３％に抑えることが出来る。
【００４０】差動増幅器Ａｍｐ３の利得はＲ２／Ｒ３で
与えらるが、Ｒ２＝Ｒ20（１＋ａＴ）、Ｒ３＝Ｒ30（１
＋ａＴ）で与えられるため、Ｒ２／Ｒ３＝Ｒ20／Ｒ30と
なり、温度特性が相殺される。以上から、本発明による
回路構成を採用する事により、温度特性を実質的に持た
ない駆動回路を提供できる。
与えらるが、Ｒ２＝Ｒ20（１＋ａＴ）、Ｒ３＝Ｒ30（１
＋ａＴ）で与えられるため、Ｒ２／Ｒ３＝Ｒ20／Ｒ30と
なり、温度特性が相殺される。以上から、本発明による
回路構成を採用する事により、温度特性を実質的に持た
ない駆動回路を提供できる。
【００４１】もう１つの要因は、帰還ループ利得が常に
一定となっていることである。上記、構成においても、
全く、温度特性がなくなるわけではなく、幾分、温度特
性を有している。その結果、レーザダイオードＬＤ２の
光出力変動が発生するが、帰還ループ利得が一定の場
合、変動量も一定となり、したがって、光増幅器の利得
の安定化につながる事になる。
一定となっていることである。上記、構成においても、
全く、温度特性がなくなるわけではなく、幾分、温度特
性を有している。その結果、レーザダイオードＬＤ２の
光出力変動が発生するが、帰還ループ利得が一定の場
合、変動量も一定となり、したがって、光増幅器の利得
の安定化につながる事になる。
【００４２】これが、駆動回路の利得を一定にする理由
であり、次に、これを実現するための本発明における利
得可変電流増幅器の動作原理を示す。図２において、Ｔ
ｒｐ１、Ｔｒｐ２にモニター電流２ｉが流入する。これ
らのトランジスタのバイアス電圧はＶｒｅｆとなってお
り、電流源Ｉ１に２Ｉの電流が流れているため、Ｔｒｐ
１，Ｔｒｐ２にはそれぞれ、Ｉ＋ｉの電流が流れる事に
なる。また、Ｔｒｎ４には２Ｉの電流が流れているた
め、Ｔｒｎ５にはＩ−ｉ、Ｔｒｎ３にはＩ＋ｉの電流が
流れる事になる。
であり、次に、これを実現するための本発明における利
得可変電流増幅器の動作原理を示す。図２において、Ｔ
ｒｐ１、Ｔｒｐ２にモニター電流２ｉが流入する。これ
らのトランジスタのバイアス電圧はＶｒｅｆとなってお
り、電流源Ｉ１に２Ｉの電流が流れているため、Ｔｒｐ
１，Ｔｒｐ２にはそれぞれ、Ｉ＋ｉの電流が流れる事に
なる。また、Ｔｒｎ４には２Ｉの電流が流れているた
め、Ｔｒｎ５にはＩ−ｉ、Ｔｒｎ３にはＩ＋ｉの電流が
流れる事になる。
【００４３】Ｔｒｎ１２、ｎ１３、ｎ１４、ｎ１５、ｎ
１６のベース電圧は、Ｔｒｎ１９、ｎ２０、ｐ９、ｐ１
０で構成された電流源から与えられ、Ｔｒｎ２０のベー
ス電流は Ｉ(n20) = (VT/R)ln(m) （２） で与えられる。したがって、Ｔｒｎ１２〜ｎ１６に接続
された抵抗Ｒ１〜Ｒ５の抵抗を次のように設定すると、
Ｉ（ｎ２０）／ｎの電流が得られる。
１６のベース電圧は、Ｔｒｎ１９、ｎ２０、ｐ９、ｐ１
０で構成された電流源から与えられ、Ｔｒｎ２０のベー
ス電流は Ｉ(n20) = (VT/R)ln(m) （２） で与えられる。したがって、Ｔｒｎ１２〜ｎ１６に接続
された抵抗Ｒ１〜Ｒ５の抵抗を次のように設定すると、
Ｉ（ｎ２０）／ｎの電流が得られる。
【００４４】
Rn = (1/R)・{ln(n)/ln(m)} （３）
したがって、Ｔｒｎ１２にはI(n20)/16、Ｔｒｎ１２〜
ｎ１６にI(n20)/16、I(n20)/8、I(n20)/4、I(n20)/2の
電流を流す事が出来る。これを制御端子を用いて制御す
ることにより、１５ステップのバイアス電流を制御する
ことが出来る。したがって、Ｔｒｎ１０にはＩ（ｎ２
０）／１６の電流が流れるため、そのＶｂｅ電圧は、Ｖ
ｒｅｆからＶＴｌｎ（Ｉ（ｎ２０）／１６Ｉｓ）降下し
た値となり、Ｔｒｎ１１にはＩ（ｎ２０）／ｎの電流が
流れるため、ＶＴｌｎ（Ｉ（ｎ２０）／ｎＩｓ）の降下
したＶｂｅ電圧が起こる。これらは、Ｔｒｎ６、ｎ７、
ｎ８、ｎ９、ｎ５、ｎ３で構成されたギルバート回路の
差動増幅部のベース入力に印加される。
ｎ１６にI(n20)/16、I(n20)/8、I(n20)/4、I(n20)/2の
電流を流す事が出来る。これを制御端子を用いて制御す
ることにより、１５ステップのバイアス電流を制御する
ことが出来る。したがって、Ｔｒｎ１０にはＩ（ｎ２
０）／１６の電流が流れるため、そのＶｂｅ電圧は、Ｖ
ｒｅｆからＶＴｌｎ（Ｉ（ｎ２０）／１６Ｉｓ）降下し
た値となり、Ｔｒｎ１１にはＩ（ｎ２０）／ｎの電流が
流れるため、ＶＴｌｎ（Ｉ（ｎ２０）／ｎＩｓ）の降下
したＶｂｅ電圧が起こる。これらは、Ｔｒｎ６、ｎ７、
ｎ８、ｎ９、ｎ５、ｎ３で構成されたギルバート回路の
差動増幅部のベース入力に印加される。
【００４５】したがって、ギルバート回路中のＴｒｎ６
のコレクタ電流は I(n6) = (I-i)・16/(n+1) （４） また、Ｔｒｎ９のコレクタ電流は、 I(n９) = (I＋i)・16/(n+1) （５） したがって、 出力端子ＯＵＴＰＵＴには I(n9)-I(n6)= (I＋i)・16/(n+1)- (I-i)・16/(n+1)=2i・16/(n+1) （６） の電流が流れ込む事になる(n=0〜15)。
のコレクタ電流は I(n6) = (I-i)・16/(n+1) （４） また、Ｔｒｎ９のコレクタ電流は、 I(n９) = (I＋i)・16/(n+1) （５） したがって、 出力端子ＯＵＴＰＵＴには I(n9)-I(n6)= (I＋i)・16/(n+1)- (I-i)・16/(n+1)=2i・16/(n+1) （６） の電流が流れ込む事になる(n=0〜15)。
【００４６】すなわち、本発明の利得可変電流増幅器Ａ
ｍｐ１は、モニター電流を環境温度によらず、一定の比
率で増幅できる事（この場合には減衰）を示している。
これによって温度依存性を−２０〜８５℃で１％以下に
できる。
ｍｐ１は、モニター電流を環境温度によらず、一定の比
率で増幅できる事（この場合には減衰）を示している。
これによって温度依存性を−２０〜８５℃で１％以下に
できる。
【００４７】図２に示す回路では、利得制御端子ＧＣ１
はデジタル構成で与えているが、これをアナログ構成で
与える事も可能である。
はデジタル構成で与えているが、これをアナログ構成で
与える事も可能である。
【００４８】
【実施例】本発明実施例として図１に示す駆動回路を作
成した。本発明に用いたレーザダイオードＬＤ２は９８
０ｎｍのポンプ用レーザダイオードで、ドライブ電流２
８０ｍＡｍａｘで、Ｐｏ＝１５０ｍＷのものである。典
型的な電流は２４５ｍＡである。図１において、抵抗Ｒ
５の値を５．１Ωとすると、電流増幅器Ａｍｐ４に帰還
される電圧は、１．２４９５Ｖである。
成した。本発明に用いたレーザダイオードＬＤ２は９８
０ｎｍのポンプ用レーザダイオードで、ドライブ電流２
８０ｍＡｍａｘで、Ｐｏ＝１５０ｍＷのものである。典
型的な電流は２４５ｍＡである。図１において、抵抗Ｒ
５の値を５．１Ωとすると、電流増幅器Ａｍｐ４に帰還
される電圧は、１．２４９５Ｖである。
【００４９】一方、バンドギャップリファレンスＢＧＲ
の電圧を１．２５Ｖとすると差動増幅器Ａｍｐ３の基準
電圧は１．２５Ｖでありある。この差動増幅器Ａｍｐ３
の利得は１０００とした。したがって、抵抗Ｒ２＝１０
０ＫΩ、抵抗Ｒ３＝１００Ωである。また、電流／電圧
変換回路Ａｍｐ２の出力は、１．２５Ｖとなる。Ａｍｐ
２のリファレンス電圧をＶｒｅｆ／２に設定すると、
０．６２５Ｖとなるので、可変利得電流増幅器Ａｍｐ１
により、この時のモニター電流が０．１ｍＡとなるよう
に調整されたとすると、抵抗Ｒ４は６．２５ＫΩとな
る。
の電圧を１．２５Ｖとすると差動増幅器Ａｍｐ３の基準
電圧は１．２５Ｖでありある。この差動増幅器Ａｍｐ３
の利得は１０００とした。したがって、抵抗Ｒ２＝１０
０ＫΩ、抵抗Ｒ３＝１００Ωである。また、電流／電圧
変換回路Ａｍｐ２の出力は、１．２５Ｖとなる。Ａｍｐ
２のリファレンス電圧をＶｒｅｆ／２に設定すると、
０．６２５Ｖとなるので、可変利得電流増幅器Ａｍｐ１
により、この時のモニター電流が０．１ｍＡとなるよう
に調整されたとすると、抵抗Ｒ４は６．２５ＫΩとな
る。
【００５０】本回路における誤差要因は、バンドギャッ
プリファレンスＢＧＲの温度特性、ならびに抵抗Ｒ４の
温度特性である。差動増幅器Ａｍｐ３の抵抗比Ｒ２／Ｒ
３の温度変動ばらつきによる誤差は、後段であるためあ
まり大きく響かない。
プリファレンスＢＧＲの温度特性、ならびに抵抗Ｒ４の
温度特性である。差動増幅器Ａｍｐ３の抵抗比Ｒ２／Ｒ
３の温度変動ばらつきによる誤差は、後段であるためあ
まり大きく響かない。
【００５１】バンドギャップリファレンスＢＧＲの電圧
変動は、±１０〜１５ｍＶ、したがって、変動誤差は１
５／２ｘ６２５＝１．２％、抵抗４の温度特性を１００
ｐｐｍとし、温度変動範囲を±６０℃とすると、その変
動は０．６％、したがって、総合的な出力変動は１．８
％である事がわかる。
変動は、±１０〜１５ｍＶ、したがって、変動誤差は１
５／２ｘ６２５＝１．２％、抵抗４の温度特性を１００
ｐｐｍとし、温度変動範囲を±６０℃とすると、その変
動は０．６％、したがって、総合的な出力変動は１．８
％である事がわかる。
【００５２】これらの回路は、抵抗Ｒ４の温度特性を５
０ｐｐｍのものにすると、変動値は０．３％となり、ま
た、Ｖｒｅｆの値を２．５Ｖに設定し、電流／電圧変換
回路Ａｍｐ２のリファレンスを０．６２５Ｖとすると、
変動値は７．５／１８７５＝０．４％となり、総合で
０．７％程度まで低減する事が可能である。
０ｐｐｍのものにすると、変動値は０．３％となり、ま
た、Ｖｒｅｆの値を２．５Ｖに設定し、電流／電圧変換
回路Ａｍｐ２のリファレンスを０．６２５Ｖとすると、
変動値は７．５／１８７５＝０．４％となり、総合で
０．７％程度まで低減する事が可能である。
【００５３】実際に、モックアップ回路で本回路を構成
し、−２０℃〜８５℃での光出力電力の変動値を評価し
た所、±０．５％とほぼ、理論通りの値を得ることが出
来た。
し、−２０℃〜８５℃での光出力電力の変動値を評価し
た所、±０．５％とほぼ、理論通りの値を得ることが出
来た。
【００５４】
【発明の効果】このように、本発明によれば、ポンプ光
用レーザダイオードのモニター電流の変動を補償するこ
とができ、その結果、帰還ループ利得を一定とする事が
出来、また、回路構成上、温度特性が補償される回路構
成を採用したため、環境温度が変化してもレーザダイオ
ードの光出力変動は無く、安定した光出力を得ることが
出来、かつ、提案した回路構成は集積化に適したもので
あるので、ポンプモジュールの小型化の実現を促進する
事が出来る。
用レーザダイオードのモニター電流の変動を補償するこ
とができ、その結果、帰還ループ利得を一定とする事が
出来、また、回路構成上、温度特性が補償される回路構
成を採用したため、環境温度が変化してもレーザダイオ
ードの光出力変動は無く、安定した光出力を得ることが
出来、かつ、提案した回路構成は集積化に適したもので
あるので、ポンプモジュールの小型化の実現を促進する
事が出来る。
【図１】本発明のレーザダイオード用回路装置の回路構
成図である。
成図である。
【図２】本発明のレーザダイオード用駆動回路装置に用
いる利得可変電流増幅器の回路構成図である。
いる利得可変電流増幅器の回路構成図である。
【図３】従来のレーザダイオード用駆動回路の回路構成
図である。
図である。
【図４】従来の利得可変電流増幅器の回路構成図であ
る。
る。
【図５】一般的な光増幅器の構成図である。
【符号の説明】
１：入力ポート
２：カプラ
３：アイソレータ
４：ＥＤＦファイバー
５：バンドパスフィルタ
６：出力ポート
７：ポンプレーザダイオード
８：ＬＤドライバ
９：ペルチエコントローラ
１１：ＬＤアノード
１２：ＬＤカソード
１３：ＰＤアノード
１４：ＰＤカソード
１５：ペルチエアノード
１６：ペルチエカソ−ド
１７：サーミスタ＋
１８：サーミスター
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）
Ｈ０４Ｂ 10/06 ５Ｋ００２
10/14
Ｆターム(参考） 5F073 BA03 EA15 FA02 FA25 FA30
GA02 GA12 GA18 GA23
5J090 AA01 AA56 CA02 CA91 CA92
CN01 CN04 FA00 FA17 FN14
HA00 HA08 HA09 HA19 HA25
HA29 HA33 HA43 HA44 HA45
HN20 KA02 KA03 KA05 KA09
KA11 KA27 KA44 MA08 MA11
MA21 SA13 TA01
5J092 AA01 AA56 CA02 CA91 CA92
FA00 FA17 HA00 HA08 HA09
HA19 HA25 HA29 HA33 HA43
HA44 HA45 KA02 KA03 KA05
KA09 KA11 KA27 KA44 MA08
MA11 MA21 SA13 TA01 UL02
5J100 AA02 AA18 AA24 AA25 BA01
BB15 BC01 EA02
5J500 AA01 AA56 AC02 AC91 AC92
AF00 AF17 AH00 AH08 AH09
AH19 AH25 AH29 AH33 AH43
AH44 AH45 AK02 AK03 AK05
AK09 AK11 AK27 AK44 AM08
AM11 AM21 AS13 AT01 LU02
NC01 NC04 NF14 NH20
5K002 AA01 BA13 CA10 CA13
Claims (4)
- 【請求項１】レーザダイオードモジュールに取り付けら
れたモニターホトダイオードのモニター電流を利得可変
電流増幅器で可変し、レーザダイオードの光出力とモニ
ター電流との比率を一定にした後、差動増幅器で電流／
電圧変換を行い、かつ、この出力電圧と基準電圧を比較
し、その出力が一定となるように、電流帰還増幅器を用
いてレーザダイオードの光出力を制御することを特徴と
するレーザダイオード用駆動回路装置。 - 【請求項２】上記利得可変電流増幅器、電流／電圧変換
回路、基準電圧、差動増幅器、並びに電流帰還増幅器
は、実質的に温度特性を持たない素子構成とするか、あ
るいは温度補償された回路を用いることを特徴とする請
求項１記載のレーザダイオード用駆動回路装置。 - 【請求項３】上記レーザダイオードの光出力に対する帰
還ループの利得を一定とし、その値を電流制御端子で制
御することを特徴とする請求項１記載のレーザダイオー
ド用駆動回路装置。 - 【請求項４】上記利得可変電流増幅器は、バイアス電流
とモニター電流の和と差を電流源としてギルバ−ト回路
を構成し、その入力端子の片方の端子に基準電流に基づ
くＶｂｅ（ベース−エミッタ）電圧を与え、他方の端子
に基準電流の１／ｎに基づくＶｂｅ（ベース−エミッ
タ）電圧を与える事により、出力電流をモニター電流の
１／ｎとし、かつ温度依存性が−２０〜８５℃の範囲で
１％以下となることを特徴とする請求項１記載のレーザ
ダイオード用駆動回路装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001363237A JP2003163547A (ja) | 2001-11-28 | 2001-11-28 | レーザダイオード用駆動回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001363237A JP2003163547A (ja) | 2001-11-28 | 2001-11-28 | レーザダイオード用駆動回路装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003163547A true JP2003163547A (ja) | 2003-06-06 |
Family
ID=19173612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001363237A Pending JP2003163547A (ja) | 2001-11-28 | 2001-11-28 | レーザダイオード用駆動回路装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003163547A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1321487C (zh) * | 2003-12-26 | 2007-06-13 | 亚洲光学股份有限公司 | 高功率驱动系统 |
| JP2007158951A (ja) * | 2005-12-07 | 2007-06-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光送信器 |
| JP2008118352A (ja) * | 2006-11-02 | 2008-05-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 受光増幅装置 |
| JP2008121526A (ja) * | 2006-11-10 | 2008-05-29 | Aisin Seiki Co Ltd | 原動機始動装置 |
| CN101877572A (zh) * | 2009-04-30 | 2010-11-03 | 昂纳信息技术（深圳）有限公司 | 一种高速自动增益控制的装置和方法 |
| US7978741B2 (en) | 2006-06-14 | 2011-07-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical transmitter with a shunt driving configuration and a load transistor operated in common gate mode |
-
2001
- 2001-11-28 JP JP2001363237A patent/JP2003163547A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1321487C (zh) * | 2003-12-26 | 2007-06-13 | 亚洲光学股份有限公司 | 高功率驱动系统 |
| JP2007158951A (ja) * | 2005-12-07 | 2007-06-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光送信器 |
| US7978741B2 (en) | 2006-06-14 | 2011-07-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical transmitter with a shunt driving configuration and a load transistor operated in common gate mode |
| JP2008118352A (ja) * | 2006-11-02 | 2008-05-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 受光増幅装置 |
| JP2008121526A (ja) * | 2006-11-10 | 2008-05-29 | Aisin Seiki Co Ltd | 原動機始動装置 |
| CN101877572A (zh) * | 2009-04-30 | 2010-11-03 | 昂纳信息技术（深圳）有限公司 | 一种高速自动增益控制的装置和方法 |
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