JP2003169023A

JP2003169023A - 光送信器及び光変調方法

Info

Publication number: JP2003169023A
Application number: JP2001368177A
Authority: JP
Inventors: Masaki Toyama; 山政樹遠
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2003-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】環境温度の変動や素子特性の経時変化がある
場合にも、半導体レーザの安定した変調動作を実現す
る。【解決手段】半導体レーザ１が変調信号１１を与えら
れて変調動作を行い、光変調信号１２を出力する。モニ
タＰＤ素子２が後方出力１３を受光してモニタ信号１４
を出力する。ゲート回路３ａがゲート信号１５ａに基づ
いてゲート動作を行い、ゲート出力信号１６ａを出力す
る。ここで、変調信号１１とゲート信号１５ａとが同期
しているため、ゲート回路３ａにおいてモニタ信号１４
から時間軸に沿って部分的に論理”１”又は”０”に対
応する部分を取り出し、変調動作にフィードバックする
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光送信器及び光変
調方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のインターネットやデータ通信の需
要の拡大は著しく、これに伴い光通信システムの大容量
化が急激に進んでおり、幹線系の通信容量は１０Ｇbps
に達している。１０Ｇbpsに及ぶ高速変調動作が可能な
光送信器としては、これまでに誘電体マッハツェンダ型
光変調器を用いたものや、半導体電界吸収型光変調器を
用いたものが主流であった。

【０００３】しかしながら、より低コストな光送信器へ
の市場需要は高く、光源となる半導体レーザの直接変調
方式による光送信器への需要が高まっている。

【０００４】半導体レーザの直接変調方式には、前述の
光変調器を用いた光送信器と比較して高速変調時の波長
揺らぎが大きく、伝送距離が制限されるという問題があ
る。そこで、主として局内回線等の短距離通信用途に開
発が進められている。

【０００５】しかしながら、１．３μｍ帯の波長で発振
する半導体レーザは、通常の単一モードファイバ中を５
０km程度伝送することが容易であり、また高い光出力を
得ることも容易であることから、中距離伝送用途にも対
応することが可能である。さらに、半導体レーザの直接
変調方式では、光変調器方式では必須であった素子の温
度制御を不要とすることも可能であり、光送信器の消費
電力を低減することができる。このことは、光通信シス
テムのランニングコストを低減するばかりでなく、光送
信器の高密度実装をも可能とする。

【０００６】１０Ｇbpsにおよぶ高速変調動作を直接変
調方式により実現する際には、半導体レーザに印加する
変調信号のバイアス成分、振幅成分を高精度で制御する
必要がある。例えば、６２２Ｍbpsで半導体レーザを変
調する場合、閾値電流以下でバイアスされた状態から変
調電流を印加しても良好な変調波形を得ることが可能で
あり、高い消光比を容易に得ることができる。

【０００７】ここで、閾値電流以下にバイアスされた状
態から変調信号を印加する場合、誘導放出状態に至るま
でに遅延時間（turn on delay）を生じる。変調速度が
キャリア寿命時間以上に速くなると、この遅延時間はパ
ターン効果を有するようになり、変調波形のジッターと
して現れる。１タイムスロットがわずか１００psしかな
い１０Ｇbps変調時には、遅延時間に起因するジッター
がタイムスロットのほとんどを埋め尽くしてしまい、良
好な変調波形を得ることができない。従って、１０Ｇbp
s変調時に安定な変調波形を得るためには、閾値電流以
上にバイアスされた状態から変調電流を印加する必要が
ある。

【０００８】しかし、閾値電流以上にバイアスした状態
で変調電流を印加する場合、バイアス成分によって光出
力の消光比が大きく変動することになる。よって、半導
体レーザ特性や駆動信号がわずかに変動しただけで、光
出力の消光比が大きく変動することとなる。そこで、光
出力のバイアス成分、振幅成分をそれぞれリアルタイム
にモニタし、これらを一定に保つように駆動信号にフィ
ードバックする必要がある。

【０００９】図１１に、従来の光送信器の構成を示す。
半導体レーザ５１に変調信号６１が入力され、この変調
信号６１に応じてレーザ光として前方に光変調信号６２
と後方に後方出力６３とが出射される。モニタフォトダ
イオード（Photo Diode、以下ＰＤと称する）素子５２
が後方出力６３を受光し、モニタ信号６４を出力する。
得られたモニタ信号６４が、図示されていない変調信号
６１を生成する回路にフィードバックされ、モニタ信号
６４に基づいた変調信号６１を生成して半導体レーザ５
１に与える。

【００１０】しかし、従来の光送信器では、モニタＰＤ
素子５２からは論理”１”及び”０”にそれぞれ対応し
た値でなく、時間平均した値を示すモニタ信号６４しか
得られなかった。このようなモニタ信号６４に基づくフ
ィードバック制御において、温度変動等により半導体レ
ーザ１の光出力特性が変動した場合を考える。

【００１１】図１２に、温度変動等が生じる前の半導体
レーザ５１の光出力特性線を７０、変動後の光出力特性
線を８０として示す。変動前の光出力特性線７０では、
変調信号として電流７１と電流７２（範囲Ｂ１）とを供
給されて、論理”０”に対応する光変調信号７３と論
理”１”に対応する光変調信号７４（範囲Ａ１）とを発
生する。

【００１２】これに対し、モニタＰＤ素子２からのモニ
タ信号６４の値（光変調信号７５）を一定に保つよう
に、駆動波形のバイアス成分にフィードバック制御を行
ったところ、変調信号は同じ範囲Ｂ１を維持しながら論
理”１”が得られるときの電流は７１から８１、論理”
１”が得られるときの電流は７２から８２へ変化する。

【００１３】これに伴い、光変調信号は論理”０”に対
応した光強度が７３から８３、論理”１”に対応した光
強度が７４から８４へ変動する。この結果、論理”０”
から論理”１”までの光変調信号の範囲は、特性変動に
よってＡ１からＡ２へと縮小する。即ち、光変調信号の
論理”１”レベルと論理”０”レベルとの比である消光
比は、大きく低下することになる。

【００１４】一方、モニタＰＤ素子５２からの時間平均
値を示すモニタ信号６４を一定に保つように、変調信号
６１の振幅成分にフィードバックをかけた場合につい
て、変調信号６１と光変調信号の論理”１”レベルと論
理”０”レベルに対応した値の変化を図１３に示す。温
度による特性変動が生じる前の半導体レーザ５１の光出
力特性線を９０、特性変動後の光出力特性線を１００と
して示す。特性変動前の光出力特性線９０では、変調信
号として電流７１と電流７２（範囲Ｂ１）とを供給され
て、論理”０”に対応する光変調信号７３と論理”１”
に対応する光変調信号７４（範囲Ａ１）とを発生する。

【００１５】これに対し、モニタＰＤ素子２からのモニ
タ信号６４の値を一定に保つように、即ち光変調信号の
中心値７５を一定に保つように、変調信号６１の振幅成
分にフィードバック制御を行ったところ、変調信号６１
は論理”１”が得られるときの電流が７１（バイアス成
分）から変化せず、論理”１”が得られるときの電流が
７２から８７へ変化し、範囲がＢ１からＢ２へ変化す
る。これに伴い、光変調信号は論理”１”に対応した光
強度が７３から８８、論理”１”に対応した光強度が７
４から８９へ変化する。この結果、論理”０”から論
理”１”までの光変調信号の範囲は、特性変動によりＡ
１からＡ３へと変動する。

【００１６】このように、温度変動により半導体レーザ
５１の光出力特性が９０から１００に変化した場合、変
調信号の電流値７１（バイアス成分）を一定に保った上
で、出力平均値を示すモニタ信号が一定値７５を維持す
るように制御すると、変調信号における論理”０”のレ
ベルが閾値電流以下にまで低下し、安定した１０Ｇbps
の変調波形を得ることができなくなる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、温度等
による光出力特性の変動に対応するためには、変調信号
のバイアス成分及び振幅成分の両方を同時に制御する必
要があるが、従来は光出力の平均値のみをモニタしてお
り、安定した変調動作を得ることができなかった。

【００１８】上述した従来の手法以外にも、モニタＰＤ
素子からのモニタ信号のピーク値（論理”１”レベル）
をホールドして制御を行うことも考えられる。しかしな
がら、１０Ｇbpsにまでおよぶ高速変調信号に対してピ
ークホールド回路を構成することは極めて困難であっ
た。

【００１９】また、半導体レーザ１の光出力特性の温度
特性をあらかじめ補償する回路を付加することも考えら
れていた。しかし、フィードフォワード制御により温度
特性を十分に補償することは困難であり、さらに素子特
性が経時変化や環境温度により変化した場合に対応する
ことができなかった。

【００２０】本発明は上記事情に鑑み、環境温度の変動
や素子特性の経時変化がある場合にも、半導体レーザの
安定した変調動作を実現することが可能な光送信器及び
光変調方法を提案することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の光送信器は、変
調信号を与えられて光変調信号を出力する発光素子と、
前記光変調信号を受光し、モニタ信号を出力する受光素
子と、前記モニタ信号とゲート信号とを与えられ、前記
ゲート信号に基づいて前記モニタ信号を時間軸に沿って
部分的に取り出したゲート出力信号を出力するゲート回
路とを備え、前記変調信号と前記ゲート信号とが同期し
ていることを特徴とする。

【００２２】前記変調信号と前記ゲート信号とを相補出
力として出力する差動増幅器をさらに備えることもでき
る。

【００２３】前記受光素子には、受光した前記光変調信
号における第１の値及び第２の値に対応したレベルを検
出して前記モニタ信号として出力する第１の受光素子
と、前記光変調信号の平均レベルを検出する第２の受光
素子とが含まれ、前記ゲート回路は、前記第１の受光素
子が出力した前記モニタ信号と前記ゲート信号とを与え
られ、前記ゲート信号に基づいて前記モニタ信号から前
記第１の値又は第２の値に対応したレベルを取り出して
前記ゲート出力信号として出力し、前記第２の受光素子
から出力された前記平均レベルと、前記ゲート回路から
出力された前記ゲート出力信号とが一定になるように、
前記変調信号を制御してもよい。

【００２４】あるいは、前記ゲート回路は、前記第１の
受光素子が出力した前記モニタ信号と前記ゲート信号と
を与えられ、前記ゲート信号に基づいて前記モニタ信号
から前記第１の値に対応したレベルを取り出して第１の
ゲート出力信号を出力し、前記第２の値に対応したレベ
ルを取り出して第２のゲート出力信号を出力し、前記第
１、第２のゲート出力信号が一定となるように前記変調
信号を制御してもよい。

【００２５】前記差動増幅器は、前記光変調信号の光出
力値及び消光比が一定となるように、前記変調信号のバ
イアス成分及び振幅成分を制御してもよい。

【００２６】前記変調信号が前記発光素子に入力される
までの第１の経路と、前記受光素子から出力された前記
モニタ信号が前記ゲート回路に入力されるまでの第２の
経路と、前記ゲート信号が前記ゲート回路に入力される
までの第３の経路の少なくともいずれか一つに、信号の
伝搬速度を調整する遅延回路が設けられていてもよい。

【００２７】前記ゲート信号がＲＺ信号であり、前記ゲ
ート回路からはこのＲＺ信号に基づいた前記ゲート出力
信号が出力されるように構成してもよい。

【００２８】本発明における、変調信号を発光素子に与
えて変調し光変調信号を取り出す光変調方法は、前記発
光素子から出力された前記光変調信号を受光素子によっ
て受光し、モニタ信号を生成するステップと、前記変調
信号に同期したゲート信号に基づいて、前記モニタ信号
を時間軸に沿って部分的に取り出したゲート出力信号を
生成するステップと、前記ゲート出力信号を前記変調信
号の生成にフィードバックし、前記光変調信号の光出力
値及び消光比が一定となるように制御するステップとを
備えることを特徴とする。

【００２９】前記モニタ信号を生成するステップでは、
受光した前記光変調信号における第１の値及び第２の値
に対応したレベルを検出して前記モニタ信号として出力
すると共に、前記光変調信号の平均レベルを検出し、前
記ゲート出力信号を生成するステップでは、前記ゲート
信号に基づいて、前記モニタ信号から前記第１の値又は
第２の値に対応したレベルを取り出して前記ゲート出力
信号として出力し、前記ゲート出力信号を前記変調信号
の生成にフィードバックするステップでは、前記平均レ
ベルと前記ゲート出力信号とに基づいて、前記光変調信
号の光出力値及び消光比が一定となるように前記変調信
号を制御してもよい。

【００３０】あるいは、前記ゲート出力信号を生成する
ステップでは、前記ゲート信号に基づいて、前記モニタ
信号から前記第１の値に対応したレベルを取り出して第
１のゲート出力信号を生成し、前記第２の値に対応した
レベルを取り出して第２のゲート出力信号を生成し、前
記ゲート出力信号を前記変調信号の生成にフィードバッ
クするステップでは、前記第１、第２のゲート出力信号
に基づいて、前記光変調信号の光出力値及び消光比が一
定となるように前記変調信号を制御することもできる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００３２】（１）第１の実施の形態図１に、本発明の第１の実施の形態による光送信器の構
成を示す。本実施の形態は、半導体レーザ１、モニタＰ
Ｄ素子２、ゲート回路３ａを備えている。

【００３３】半導体レーザ１は、変調信号１１に従っ
て、前方に前方出力として光変調信号１２、後方に後方
出力１３を行い、モニタＰＤ素子２は、後方出力１３を
受光してモニタ信号１４を出力する。ゲート回路３ａ
は、このモニタ信号１４をゲート信号１５ａに従い時間
軸上に沿って部分的に取り出してゲート出力信号１６ａ
を出力する。

【００３４】図２に本実施の形態における各信号１１〜
１４、１５ａ、１６ａのタイミングチャートを示し、本
実施の形態における動作について述べる。

【００３５】半導体レーザ１が、変調信号１１によって
直接変調され、前方に光変調信号１２を出力する。

【００３６】モニタＰＤ素子２は十分な帯域を有してお
り、半導体レーザ１からの後方出力１３を受光して、光
変調信号１２と相似な波形を有するモニタ信号１４を出
力する。

【００３７】ゲート回路３ａには、データパターンを含
み、かつ変調信号１１と同期したゲート信号１５ａが入
力される。このゲート信号１５ａに従い、ゲート回路３
ａがモニタ信号１４を時間軸上に沿って論理”１”の部
分を取り出したゲート出力信号１６ａを出力する。

【００３８】このように、変調信号１１とゲート信号１
５ａとが同期しており、ゲート回路３ａからは、光変調
信号１２における論理”１”のレベルのタイムスロット
時のモニタ信号のみを取り出すことができる。

【００３９】半導体レーザ１、モニタＰＤ素子２及びゲ
ート回路３ａは高速動作可能な回路で構成される。しか
し、ゲート回路３ａより後段の回路は、ゲート信号１６
ａを平均化処理して論理”１”レベルに相当するモニタ
出力を得て、これを用いて半導体レーザ１への変調信号
１１にフィードバック制御を行えばよいので特に高速動
作可能な回路で構成する必要はない。

【００４０】ここでは、ゲート回路３ａから論理”１”
に対応する光変調信号１２を取り出しているが、極性を
反転させることにより、光変調信号１２における論理”
０”に対応する部分を取り出すことも可能である。

【００４１】このように、本実施の形態によれば、ゲー
ト動作に用いるゲート信号１５ａを変調動作に用いる変
調信号１１に同期させることにより、従来のように光出
力の平均値のみのモニタと異なり、論理”１”レベル、
又は”０”レベルのそれぞれのモニタ信号を取り出すこ
とできる。これにより、環境温度の変化や素子特性に経
時変化がある場合にも、ゲート信号のバイアス成分及び
振幅成分の両方を同時に制御することが可能であり、安
定した変調動作を得ることができる。

【００４２】（２）第２の実施の形態本発明の第２の実施の形態による光送信器について、図
３を参照して説明する。本実施の形態は、半導体レーザ
１、モニタＰＤ素子２、ゲート回路３ｂ、差動増幅器
４、ビームスプリッタ５、モニタＰＤ素子６、制御回路
７ａ及び８ａを備えている。

【００４３】差動増幅器４は、後述するゲート出力１６
ｂ、モニタ出力１７をフィードバック信号として与えら
れ、変調信号１１及びゲート信号１５ｂを出力する。こ
の変調信号１１とゲート信号１５ｂとは相補出力として
構成されており、相互にデータパターンも含めて同期し
ている。

【００４４】半導体レーザ１は、上記第１の実施の形態
におけるものと同様に、与えられた変調信号１１に基づ
いて、前方に光変調信号１２、後方に後方出力１３を出
力する。

【００４５】ビームスプリッタ５は、半導体レーザ１か
らの後方出力１３を二方向に分岐する。

【００４６】ＰＤモニタ素子２は、ビームスプリッタ５
を介して与えられた半導体レーザ１からの後方出力１３
を受光し、モニタ信号１４を出力する。

【００４７】ゲート回路３ｂは、ゲート信号１５ｂに基
づいてモニタ信号１４から時間軸に沿って論理”０”に
対応した部分を取り出してゲート出力信号１６ｂを出力
する。

【００４８】ＰＤモニタ素子６は、ビームスプリッタ５
を介して与えられた後方出力１３の時間平均値１７を出
力する、制御回路７ａ及び８ａは、例えば演算増幅器を
備えた比較器として構成されており、それぞれ基準値
と、ゲート出力信号１６ｂ又は時間平均値１７とを与え
られ、一定の出力が得られるように制御してそれぞれゲ
ート出力１６ｂ、時間平均値１７を出力する。

【００４９】図４に、本実施の形態における各信号のタ
イミングチャートを示す。

【００５０】半導体レーザ１が、変調信号１１によって
直接変調され、前方に光変調信号１２を出力する。

【００５１】モニタＰＤ素子２が、半導体レーザ１から
の後方出力１３を受光して光変調信号１２と相似な波形
を有するモニタ信号１４を出力する。

【００５２】ゲート回路３ｂに、変調信号１１と同期し
たゲート信号１５ｂが入力され、ゲート回路３ｂがモニ
タ信号１４から時間軸上に沿って論理”０”の部分を取
り出したゲート出力信号１６ｂを出力する。

【００５３】このように、変調信号１１とゲート信号１
５ｂとが同期しており、ゲート回路３ｂからは、光変調
信号１２における論理”０”のレベルのタイムスロット
時のモニタ信号のみを取り出すことができる。

【００５４】一方、半導体レーザ１からの後方出力１３
がビームスプリッタ５によって分岐されて他のモニタＰ
Ｄ素子６にも入射され、時間平均値１７が出力される。

【００５５】ゲート回路３ｂからのゲート出力信号１６
ｂ、及びモニタＰＤ素子６からのモニタ信号１７は、そ
れぞれ制御回路７ａ及び８ａを介して差動増幅器４にフ
ィードバックされ、変調信号１１を制御する。

【００５６】次に、本実施の形態において半導体レーザ
１がどのように制御されるかについて説明する。

【００５７】図５に、半導体レーザ１の光出力特性を示
す。横軸に半導体レーザ１に供給されるゲート信号１５
ｂの電流値、縦軸に光変調信号１２の光強度をそれぞれ
示す。

【００５８】上述したように、本実施の形態では、光変
調信号１２における論理”０”に対応した光強度２３を
モニタ信号１６ｂによってモニタし、時間平均値２５を
モニタ信号１７によってモニタする。

【００５９】まず、モニタ信号１６ｂが一定値になるよ
うに、即ち光変調信号１２の論理”０”レベル２３が一
定となるように、変調信号１１におけるバイアス成分２
１を制御する。このバイアス成分は、図４の変調信号１
１において成分Ｘ１に相当する。

【００６０】さらに、モニタ信号１７が一定となるよう
に、即ち時間平均値２５が一定となるように、変調信号
の振幅成分を制御する。この振幅成分は、図４の光変調
信号１１における成分Ｘ２に対応する。

【００６１】環境温度の変化に伴い、あるいは経時変化
に伴って半導体レーザ１の光出力特性が図５において特
性線２０から３０へと変動した場合を考える。このよう
な場合であっても、光変調信号１１のバイアス成分が２
１から３１へと制御されることにより、光変調信号１２
の論理”０”レベル２３は一定に保たれる。

【００６２】さらに、時間平均値２５が一定になるよう
に振幅成分も制御されるため、変調信号１１における論
理”１”に対応した電流値が２２から３２へと制御され
る。これにより、光変調信号１２の論理”１”レベル２
４も一定に保たれる。

【００６３】このように、本実施の形態によれば、光変
調信号１２における論理”０”レベルと時間平均値とを
それぞれ独立にリアルタイムでモニタし、そのモニタ結
果を変調信号１１のバイアス成分と振幅成分とにフィー
ドバックする。これにより、環境温度の変化や経時変化
に伴って半導体レーザ１の光出力特性や差動増幅器４の
出力特性が変動した場合にも、光変調信号１２の平均光
出力値（図４における（Ｘ１１＋Ｘ１２）／２）や消光
比（図４におけるＸ１１／Ｘ１２）を一定に保つことが
可能である。

【００６４】なお、この実施の形態では、光変調信号１
２の論理”０”レベルと平均出力値とをモニタしている
が、光変調信号１２の論理”１”レベルと平均出力値と
をモニタし、このモニタ結果を変調信号１１にフィード
バックしても同様の効果が得られる。

【００６５】（３）第３の実施の形態本発明の第３の実施の形態による光送信器について、そ
の構成を示した図６を参照して説明する。本実施の形態
は、半導体レーザ１、モニタＰＤ素子２、ゲート回路３
ｃ、差動増幅器４、制御回路７ｂ及び８ｂを備えてい
る。

【００６６】差動増幅器４は、ゲート出力信号１６ｂ、
ゲート出力信号１８をフィードバック信号として与えら
れ、変調信号１１及びゲート信号１５ｃを出力する。こ
の変調信号１１とゲート信号１５ｃとは相補出力として
構成されており、相互にデータパターンも含めて同期し
ている。

【００６７】半導体レーザ１は、上記第１、第２の実施
の形態におけるものと同様に、与えられた変調信号１１
に基づいて、前方に光変調信号１２、後方に後方出力１
３を出力する。

【００６８】ＰＤモニタ素子２は、半導体レーザ１から
の後方出力１３を受光し、モニタ信号１４を出力する。

【００６９】ゲート回路３ｃは、ゲート信号１５ｃに基
づいてモニタ信号１４から時間軸に沿って、論理”０”
に対応した部分を取り出してゲート出力信号１６ｂを出
力し、論理”１”に対応した部分を取り出してゲート出
力信号１８を出力する。

【００７０】制御回路７ｂ及び８ｂは、例えば演算増幅
器を備えた比較器として構成され、それぞれ基準値と、
ゲート出力信号１６ｂ又は１８とを与えられ、一定の出
力が得られるように制御してそれぞれゲート出力信号１
６ｂ、１８を出力する。

【００７１】図７に、本実施の形態における各信号のタ
イミングチャートを示す。

【００７２】ゲート回路３ｃの相補出力としてのゲート
出力信号１６ｂ及び１８は、それぞれ光変調信号１２の
論理”０”レベルと”１”レベルをモニタした結果に相
当する。

【００７３】このモニタ結果を制御回路７ｂ、８ｂを介
して差動増幅器４にフィードバックすることにより、上
記第２の実施の形態と同様に、光変調信号１２の光出力
及び消光比を一定に保つことが可能である。

【００７４】また本実施の形態では、上記第１の実施の
形態と異なり、モニタ出力信号１４における論理”１”
及び”０”の出力がゲート回路３ｃから取り出されるの
で、ゲート回路３ｃにおいてモニタ出力信号１４が遮断
されることがなく、常にゲート出力信号１６ｂ、１８と
して出力される。このため、ゲート回路３ｃ内において
ゲート遮断時にモニタ信号１４を吸収するバッファ回路
を設ける必要がなく、回路構成がより簡素化される。

【００７５】（４）第４の実施の形態本発明の第４の実施の形態による光送信器について、図
８を用いて説明する。

【００７６】本実施の形態は、上記第１の実施の形態に
おける構成において、変調信号１１を生成し、かつこの
変調信号１１に同期したゲート信号１５ｄを生成する差
動増幅器４と、可変遅延回路９とを付加したものに相当
する。他の上記第１の実施の形態におけるものと同一の
要素には、同一の番号を付して説明を省略する。

【００７７】ここで、上記第１の実施の形態において、
その各信号の動作波形を示した図２におけるゲート信号
１５と変調信号１１とを比較して明らかなように、ゲー
ト回路３ｄにおけるゲート動作を変調パターンに正確に
合わせる必要がある。

【００７８】即ち、ゲート回路３ｄにおいて、モニタＰ
Ｄ素子２からのモニタ信号１４とゲート信号１５ｄのタ
イミングを合わせることが重要である。

【００７９】そこで本実施の形態では、差動増幅器４と
ゲート回路３ｄとの間に可変遅延回路９を設けている。
この可変遅延回路９の遅延時間を調整することにより、
モニタＰＤ素子２からのモニタ信号１４がゲート回路３
ｄに入力されるタイミングと、差動増幅器４から出力さ
れたゲート信号１５ｄがゲート回路３ｄに入力されるタ
イミングとを正確に合わせ込むことが可能となる。

【００８０】尚、可変遅延回路９は、差動増幅器４から
ゲート回路３ｄにゲート信号１５ｄが入力される線路中
にある必要は必ずしもなく、差動増幅器４から半導体レ
ーザ１に変調信号１１が入力される線路中、あるいはモ
ニタＰＤ素子２からゲート回路３ｄにモニタ出力信号１
４が入力される線路中に設けてもよい。

【００８１】あるいは、ゲート回路３ｄの内部に位相調
整部を設け、モニタ信号１４とゲート信号１５ｄとのタ
イミングを合わせるように構成してもよい。

【００８２】（５）第５の実施の形態本発明の第５の実施の形態について、その構成を示す図
９を参照して説明する。

【００８３】本実施の形態は、駆動回路１０、半導体レ
ーザ１、モニタＰＤ素子２、ゲート回路３ｅを備えてい
る。本実施の形態における各信号の動作波形を、図１０
のタイムチャートに示す。

【００８４】駆動回路１０は、互いに同期したＮＲＺ
（None Return to Zero）信号としての変調信号１１
と、ＲＺ（Return to Zero）信号としてのゲート信号１
９とを生成して出力する。

【００８５】変調信号１１が半導体レーザ１に与えら
れ、この変調信号１１に基づいて前方に光変調信号１２
が出力される。モニタＰＤ素子２は、半導体レーザ１の
後方出力１３を受光してモニタ信号１４を出力する。

【００８６】ゲート回路３ｅは、ゲート信号１９に基づ
いてモニタ信号１４から論理”１”に相当する部分を取
り出してゲート出力信号１６ｅを出力する。ゲート信号
１９はＲＺ信号であるため論理”１”のパルス幅が狭
く、これに対応したゲート出力信号１６ｅのパルス幅も
狭くなる。これにより、ゲート回路３ｅに入力されるモ
ニタ信号１４とゲート信号１９との間でタイミングにず
れが生じた場合にも、ゲート出力信号１６ｅの値の変動
を防止することができる。従って、変調信号１１、モニ
タ信号１４、ゲート信号１９の間に信号遅延等によりず
れが生じた場合にも、相互間のタイミング制御を容易に
行なうことができる。

【００８７】上述した実施の形態は一例であり、本発明
はこれに限定されるものではない。

【００８８】例えば、モニタＰＤ素子とゲート回路との
間に、必要に応じてインピーダンス変換を行うためにト
ランスインピーダンス増幅回路を設けてもよい。

【００８９】さらに、上記実施の形態では、単体の半導
体レーザに適用した場合に相当するが、半導体レーザと
他の光スイッチや光増幅器、光導波路等と集積化した装
置に本発明を適用してもよい。

【００９０】また、変調信号及びゲート信号を出力する
差動増幅器と、ゲート回路とをモノリシックに集積した
装置として構成してもよい。さらに、ゲート回路とトラ
ンスインピーダンス増幅回路とをモノリシックに集積し
てもよい。その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、
種々に変形することができる。

【００９１】

【発明の効果】本発明の光送信器及び光変調方法によれ
ば、変調信号とゲート信号とが同期しており、光変調動
作に同期して光モニタ出力を時間軸上に沿って部分的に
取り出すゲート動作を行うことにより、光モニタ出力の
平均値でなくいずれかの論理値を取り出して変調動作に
フィードバックすることができるので、環境温度や経時
変化により素子特性が変動した場合にも、光出力や消光
比を一定に保つことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による光送信器の構
成を示したブロック図。

【図２】同第１の実施の形態における各信号の動作波形
を示したタイミングチャート。

【図３】本発明の第２の実施の形態による光送信器の構
成を示したブロック図。

【図４】同第２の実施の形態における各信号の動作波形
を示したタイミングチャート。

【図５】同第２の実施の形態における駆動信号と光出力
の関係を示したグラフ。

【図６】本発明の第３の実施の形態による光送信器の構
成を示したブロック図。

【図７】同第３の実施の形態における各信号の動作波形
を示したタイミングチャート。

【図８】本発明の第４の実施の形態による光送信器の構
成を示したブロック図。

【図９】本発明の第５の実施の形態による光送信器の構
成を示したブロック図。

【図１０】同第５の実施の形態における各信号の動作波
形を示したタイミングチャート。

【図１１】従来の光送信器の構成を示したブロック図。

【図１２】同光送信器における各信号の動作波形を示し
たタイミングチャート。

【図１３】同光送信器における駆動信号と光出力の関係
を示したグラフ。

【符号の説明】

１半導体レーザ２、６モニタＰＤ素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅゲート回路４差動増幅器５ビームスプリッタ７、７ａ、７ｂ、８、８ａ、８ｂ制御回路９可変遅延回路１０駆動回路１１変調信号１２光変調信号１３後方出力１４モニタ信号１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄゲート信号１６ａ、１６ｂ、１６ｄ、１６ｅゲート出力信号１７モニタ信号１８ゲート出力信号１９ゲート信号２０、３０光出力特性

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】変調信号を与えられて光変調信号を出力す
る発光素子と、前記光変調信号を受光し、モニタ信号を出力する受光素
子と、前記モニタ信号とゲート信号とを与えられ、前記ゲート
信号に基づいて前記モニタ信号を時間軸に沿って部分的
に取り出したゲート出力信号を出力するゲート回路と、を備え、前記変調信号と前記ゲート信号とが同期していることを
特徴とする光送信器。
【請求項２】前記変調信号と前記ゲート信号とを相補出
力として出力する差動増幅器をさらに備えることを特徴
とする請求項1記載の光送信器。
【請求項３】前記受光素子には、受光した前記光変調信
号における第１の値及び第２の値に対応したレベルを検
出して前記モニタ信号として出力する第１の受光素子
と、前記光変調信号の平均レベルを検出する第２の受光
素子とが含まれ、前記ゲート回路は、前記第１の受光素子が出力した前記
モニタ信号と前記ゲート信号とを与えられ、前記ゲート
信号に基づいて前記モニタ信号から前記第１の値又は第
２の値に対応したレベルを取り出して前記ゲート出力信
号として出力し、前記第２の受光素子から出力された前記平均レベルと、
前記ゲート回路から出力された前記ゲート出力信号とが
一定になるように、前記変調信号を制御することを特徴
とする請求項１記載の光送信器。
【請求項４】前記ゲート回路は、前記第１の受光素子が
出力した前記モニタ信号と前記ゲート信号とを与えら
れ、前記ゲート信号に基づいて前記モニタ信号から前記
第１の値に対応したレベルを取り出して第１のゲート出
力信号を出力し、前記第２の値に対応したレベルを取り
出して第２のゲート出力信号を出力し、前記第１、第２のゲート出力信号が一定となるように前
記変調信号を制御することを特徴とする請求項１記載の
光送信器。
【請求項５】前記差動増幅器は、前記光変調信号の光出
力値及び消光比が一定となるように、前記変調信号のバ
イアス成分及び振幅成分を制御することを特徴とする請
求項１乃至４のいずれかに記載の光送信器。
【請求項６】前記変調信号が前記発光素子に入力される
までの第１の経路と、前記受光素子から出力された前記
モニタ信号が前記ゲート回路に入力されるまでの第２の
経路と、前記ゲート信号が前記ゲート回路に入力される
までの第３の経路の少なくともいずれか一つに、信号の
伝搬速度を調整する遅延回路が設けられていることを特
徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光送信器。
【請求項７】前記ゲート信号がＲＺ（Return to Zero）
信号であり、前記ゲート回路からはこのＲＺ信号に基づ
いた前記ゲート出力信号が出力されることを特徴とする
請求項１乃至６のいずれかに記載の光送信器。
【請求項８】変調信号を発光素子に与えて変調し光変調
信号を取り出す光変調方法において、前記発光素子から出力された前記光変調信号を受光素子
によって受光し、モニタ信号を生成するステップと、前記変調信号に同期したゲート信号に基づいて、前記モ
ニタ信号を時間軸に沿って部分的に取り出したゲート出
力信号を生成するステップと、前記ゲート出力信号を前記変調信号の生成にフィードバ
ックし、前記光変調信号の光出力値及び消光比が一定と
なるように制御するステップと、を備えることを特徴とする光変調方法。
【請求項９】前記変調信号と前記ゲート信号とは差動増
幅器からの相補出力として生成することを特徴とする請
求項８記載の光変調方法。
【請求項１０】前記モニタ信号を生成するステップで
は、受光した前記光変調信号における第１の値及び第２
の値に対応したレベルを検出して前記モニタ信号として
出力すると共に、前記光変調信号の平均レベルを検出
し、前記ゲート出力信号を生成するステップでは、前記ゲー
ト信号に基づいて、前記モニタ信号から前記第１の値又
は第２の値に対応したレベルを取り出して前記ゲート出
力信号として出力し、前記ゲート出力信号を前記変調信号の生成にフィードバ
ックするステップでは、前記平均レベルと前記ゲート出
力信号とに基づいて、前記光変調信号の光出力値及び消
光比が一定となるように前記変調信号を制御することを
特徴とする請求項８又は９記載の光変調方法。
【請求項１１】前記ゲート出力信号を生成するステップ
では、前記ゲート信号に基づいて、前記モニタ信号から
前記第１の値に対応したレベルを取り出して第１のゲー
ト出力信号を生成し、前記第２の値に対応したレベルを
取り出して第２のゲート出力信号を生成し、前記ゲート出力信号を前記変調信号の生成にフィードバ
ックするステップでは、前記第１、第２のゲート出力信
号に基づいて、前記光変調信号の光出力値及び消光比が
一定となるように前記変調信号を制御することを特徴と
する請求項８又は９記載の光変調方法。
【請求項１２】前記ゲート出力信号を前記変調信号の生
成にフィードバックするステップでは、前記光変調信号
の平均値及び消光比が一定となるように、前記変調信号
のバイアス成分及び振幅成分を制御することを特徴とす
る請求項８乃至１１のいずれかに記載の光変調方法。
【請求項１３】前記ゲート出力信号を生成するステップ
では、前記ゲート信号としてＲＺ（Return to Zero）信
号を用い、このＲＺ信号に基づいた前記ゲート出力信号
を生成することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれ
かに記載の光変調方法。