JP2004061556A - 電界吸収型光変調器を備えた半導体レーザモジュールの駆動回路および駆動方法 - Google Patents
電界吸収型光変調器を備えた半導体レーザモジュールの駆動回路および駆動方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】電界吸収型光変調器を備えた半導体レーザモジュールについて、モジュールの温度を一定に制御することなく安定した光出力を得ることのできる駆動回路および駆動方法を提供する。
【解決手段】本発明の駆動回路１０は、半導体レーザ２およびＥＡ変調器３を備えた半導体レーザモジュール１内の温度を温度検出部２０で検出し、その検出した温度に基づいて、半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、半導体レーザ２に供給する駆動電流、並びに、ＥＡ変調器３に印加するバイアス電圧および変調電気信号をそれぞれ制御する。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の駆動回路１０は、半導体レーザ２およびＥＡ変調器３を備えた半導体レーザモジュール１内の温度を温度検出部２０で検出し、その検出した温度に基づいて、半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、半導体レーザ２に供給する駆動電流、並びに、ＥＡ変調器３に印加するバイアス電圧および変調電気信号をそれぞれ制御する。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザから出力されるキャリア光を電界吸収（ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）型光変調器を用いて外部変調して出力する半導体レーザモジュールの駆動回路および駆動方法に関し、特に、半導体レーザおよび電界吸収型光変調器の温度特性を補償するための駆動制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光信号を長距離伝送する各種の光通信システムにおいては、直接変調方式の半導体レーザに対して伝送距離の長距離化が可能となることなどから、例えば、半導体レーザと電界吸収型の外部変調器とを集積化した半導体レーザモジュールを使用する場合がある。上記の半導体レーザモジュールは、半導体レーザおよび電界吸収型光変調器（以下、ＥＡ変調器とする）の動作特性が温度に対して依存性を持つので、光出力パワーを安定に保つためにはモジュールの温度を安定化するか、または、温度変化に応じて駆動状態を制御する必要がある。
【０００３】
従来のＥＡ変調器を備えた半導体レーザモジュールの駆動制御では、例えば、モジュールの内部に集積化されたペルチェ等の電子冷却素子とサーミスタ等の温度検出素子とを使用して、サーミスタの抵抗値が一定に保持されるようにペルチェに流す電流を制御し、半導体レーザとＥＡ変調器の温度を一定に保つ方式が一般的である。この場合、ＥＡ変調器を一定の変調電気信号により駆動すると共に、半導体レーザに対して一定の駆動電流を流すか、または、バックパワーモニタ電流が一定となるような駆動電流を流すことで安定した光出力を得ていた。しかし、上記のような駆動制御方式においては、ペルチェを駆動することが必要であるため消費電力が大きくなり、モジュールのパッケージサイズも大きくなってしまうという欠点があった。
【０００４】
これに対して、近年、ペルチェを備えていないＥＡ変調器を用いた半導体レーザモジュールが開発されつつある。この半導体レーザモジュールは、ペルチェ無しとしたことにより、温度の変化に応じて半導体レーザの駆動電流やＥＡ変調器のバイアス電圧を制御して光出力パワーを安定化させる必要が生じる代わりに、低消費電力化および小型化を図ることが可能であり、また、ＥＡ変調器を用いた外部変調方式であるためチャーピングの少ない光出力を得ることができる。
【０００５】
上記のようなペルチェ無しの半導体レーザモジュールに適用可能な従来の駆動制御技術としては、例えば特開平１１−１１９１７６号公報に記載されたＥＡ変調器の駆動回路などがある。この駆動回路は、ＥＡ変調器のアノード電圧を検知し、その検知結果に応じてＥＡ変調器のバイアス電圧を制御することで、温度変化や経年変化が生じてもＥＡ変調器の印加電圧を一定にしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の制御技術を適用してペルチェ無しのＥＡ変調器を備えた半導体レーザモジュールを駆動した場合、温度変化等に応じてＥＡ変調器のバイアス電圧は制御されるものの、一定の変調電気信号によりＥＡ変調器が駆動されるため、半導体レーザモジュールの光出力波形が大きく劣化してしまうという問題がある。
【０００７】
図１６は、一般的なＥＡ変調器の動作特性の温度依存性を示す図である。図中の各特性曲線は、０℃、２５℃および７５℃の温度について、ＥＡ変調器から出力される光信号のパワーＰｆとＥＡ変調器への印加電圧Ｖｅａとの関係を表している。図１６において、左下に示すような波形の変調電気信号を印加してＥＡ変調器を駆動した場合、光出力パワーＰｆは各特性曲線に従って変化するため、右上に示すようにＥＡ変調器から出力される０℃の光波形は７５℃の光波形に比べて大きく劣化してしまう。従来のように温度変化に応じてバイアス電圧を制御して、特性曲線の傾きが大きく、かつ、線形に近い状態で変化する領域でＥＡ変調器が動作するようにしたとしても、各々の動作領域における特性曲線の傾斜や歪み具合が温度によって異なるため、変調振幅やクロスポイントが一定に設定された変調電気信号によりＥＡ変調器を駆動すると、光出力波形の消光比やデューティが温度によって変化してしまうことになる。
【０００８】
また、ＥＡ変調器においてはキャリア光の吸収によって発生する電流（以下、フォトカレントとする）が流れるため、ＥＡ変調器の駆動制御のために電流源制御を行う際にフォトカレントが変化すると、ＥＡ変調器に対する印加電圧がずれてしまうという問題点もある。このため、ペルチェ無しの半導体レーザモジュールについて、ＥＡ変調器の電気駆動信号の制御により温度変化や経時変化に対する補償を行う場合には、電界吸収効果によるフォトカレントの変化に影響されない駆動制御方式を実現することも重要な課題となる。
【０００９】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、ＥＡ変調器を備えた半導体レーザモジュールについて、モジュールの温度を一定に制御することなく安定した光出力を得ることのできる駆動回路および駆動方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の駆動回路は、駆動電流に応じてキャリア光を生成する半導体レーザと、該半導体レーザから出力されるキャリア光を駆動電圧に応じて吸収することにより強度変調された光信号を出力する電界吸収型光変調器とを備えた半導体レーザモジュールを駆動するための駆動回路であって、レーザ駆動手段と、光変調器駆動手段と、温度検出手段と、駆動制御手段とを備えて構成される。レーザ駆動手段は、半導体レーザに駆動電流を供給し、光変調器駆動手段は、変調電気信号をバイアス電圧に重畳した駆動電圧を電界吸収型光変調器に印加し、温度検出手段は、半導体レーザおよび電界吸収型光変調器の周囲温度を検出するものである。駆動制御手段は、温度検出手段で検出される温度に基づいて、半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、レーザ駆動手段により供給される駆動電流および光変調器駆動手段により印加される駆動電圧をそれぞれ制御するものである。
【００１１】
かかる構成の駆動回路では、温度検出手段によって半導体レーザモジュール内の温度が検出され、その検出結果に基づいて、レーザ駆動手段により半導体レーザに供給される駆動電流が制御されると共に、光変調器駆動手段により電界吸収型光変調器に印加される駆動電圧が制御されることによって、従来のようにペルチェ等によってモジュールの温度を一定に制御することなく、光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントの一定な光信号が半導体レーザモジュールから出力されるようになり、温度変化に対して安定した光出力を得ることが可能になる。
【００１２】
また、上記の駆動回路については、電界吸収型光変調器でキャリア光が吸収されることにより発生するフォトカレントを検出するフォトカレント検出手段を備えて構成されるようにして、駆動制御手段が、温度検出手段で検出される温度およびフォトカレント検出手段で検出されるフォトカレントに基づいて、半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、レーザ駆動手段により供給される駆動電流および光変調器駆動手段により印加される駆動電圧をそれぞれ制御するようにしてもよい。
【００１３】
かかる構成によれば、半導体レーザモジュール内の温度変化と共に、電界吸収型光変調器において発生するフォトカレントの変化にも応じて、半導体レーザの駆動電流および電界吸収型光変調器の駆動電圧が制御されるようになるため、光信号が半導体レーザモジュールから出力される光信号をより安定したものとすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明による半導体レーザモジュールの駆動回路の第１実施形態の構成を示す機能ブロック図である。
図１において、本駆動回路１０により駆動される半導体レーザモジュール１は、例えば、発光素子としての半導体レーザ（ＬＤ）２と半導体チップからなるＥＡ変調器３とが集積されて一体化された構造を有する。半導体レーザ２は、駆動回路１０によって供給される駆動電流に応じた強度のキャリア光（定常光）を生成する。このキャリア光は、半導体レーザ２の前端面より出射される前方出射光がＥＡ変調器３に入力され、後端面より出射される後方出射光がモジュール内に設けられたモニタ用フォトダイオード（ＰＤ）４に入力される。サーミスタ５は、半導体レーザ２およびＥＡ変調器３の周囲温度に応じて抵抗値が変化する温度検出素子であり、モジュール内に設けられている。
【００１５】
ＥＡ変調器３は、駆動回路１０によって印加される駆動電圧に応じてキャリア光を吸収することにより強度変調された光信号を出力する。このＥＡ変調器３は、吸光量に応じたフォトカレントを流す特性を持つ。半導体レーザ２およびＥＡ変調器３の各カソード端子は、半導体レーザモジュール１のパッケージに接続されていて、ここではアース電位となっている。ＥＡ変調器３と電気的に並列接続された抵抗６は、駆動回路１０から供給される信号に基づいてＥＡ変調器３に印加電圧を生じさせるための終端抵抗である。高速変調に適したマイクロ波に対する終端抵抗６のインピーダンスの値は例えば５０Ωである。ここでは図示を省略したが、ＥＡ変調器３から出力される光信号は、レンズにより集光されて光ファイバに結合され、半導体レーザモジュール１の光出力となる。
【００１６】
駆動回路１０は、例えば、半導体レーザ２を駆動制御するための構成として、ＬＤ電流駆動部１１、バックパワー検出部１２、ＡＰＣリファレンス部１３および比較部１４を有し、ＥＡ変調器３を駆動制御するための構成として、バイアス電圧制御部１５、変調振幅制御部１６、クロスポイント制御部１７、変調電気信号出力部１８およびＤＣ終端器１９を有する。また、駆動回路１０は、サーミスタ５の抵抗値に応じて半導体レーザモジュール１内部の温度を検出する温度検出部２０を有し、この温度検出部２０での検出結果を示す信号が、ここではＡＰＣリファレンス設定部１３、バイアス電圧制御部１５、変調振幅制御部１６およびクロスポイント制御部１７にそれぞれ出力される。
【００１７】
ＬＤ電流駆動部１０は、半導体レーザ２に供給する駆動電流を発生する。この駆動電流は、バックパワー検出部１２の出力電圧およびＡＰＣリファレンス１３の出力電圧を比較した比較部１４の出力電圧に応じて制御される。バックパワー検出部１２は、半導体レーザ２の後方出射光に応じてモニタ用ＰＤ４を流れる電流を電圧変換することにより、後方出射光のパワーに対応した出力電圧を発生する。なお、ここでは、半導体レーザ２の前端面からの光出力と後端面からの光出力との比は一定であることから、半導体レーザ２の後方出射光パワーを検出することで間接的に半導体レーザ２の前方出射光パワーを検出している。
【００１８】
ＡＰＣリファレンス部１３は、半導体レーザ２の光出力パワー制御ループの基準電圧を出力するものである。このＡＰＣリファレンス部８で設定される基準電圧は、後述するように温度検出部２０からの出力信号に応じて制御される。比較部１４は、バックパワー検出部１２およびＡＰＣリファレンス部１３の各出力電圧を比較し、その差分に応じた電圧をＬＤ電流駆動部１１に出力する。
【００１９】
バイアス電圧制御部１５は、インダクタＬ１を介してＥＡ変調器３に印加するバイアス電圧を発生する。このバイアス電圧は、温度検出部２０からの出力信号に応じて制御される。上記のバイアス電圧制御部１５は、変調電気信号出力部１８からキャパシタＣ１を介してＥＡ変調器３に印加される変調電気信号が流れ込まないようにように、出力部分のインピーダンスが変調信号帯域に対して十分に高くなっている。
【００２０】
変調振幅制御部１６は、ＥＡ変調器３に印加される変調電気信号の振幅を制御するための信号を変調電気信号出力部１８に出力する。この変調振幅制御部１６によって制御される変調振幅の設定は、温度検出部２０からの出力信号に応じて制御される。クロスポイント制御部１７は、ＥＡ変調器３に印加される変調電気信号のクロスポイントを制御するための信号を変調電気信号出力部１８に出力する。このクロスポイント制御部１７によって制御される電気クロスポイントの設定も、温度検出部２０からの出力信号に応じて制御される。
【００２１】
変調電気信号出力部１８は、変調振幅制御部１６およびクロスポイント制御部１７からの各制御信号に応じた振幅およびクロスポイントを有する変調電気信号を生成し、その変調電気信号をキャパシタＣ１を介してＥＡ変調器３に与える。ＤＣ終端器１９は、変調電気信号出力部１８の直流終端である。このＤＣ終端器１９も変調電気信号が流れ込まないようにように、出力部分のインピーダンスが変調信号帯域に対して十分に高くなっている。
【００２２】
次に、第１実施形態の半導体レーザモジュールの駆動回路における動作について説明する。
上記のようなＥＡ変調器を備えたペルチェ無しの半導体レーザモジュール１では、駆動回路１０から供給される駆動電流に従って半導体レーザ２でキャリア光が発生してＥＡ変調器３に入力され、そのキャリア光が駆動回路１０からの印加電圧に応じてＥＡ変調器３で吸収されることにより、強度変調された光信号がＥＡ変調器３から出力される。このようにして駆動回路１０により駆動される半導体レーザ２およびＥＡ変調器３は、周囲温度がモジュール内のサーミスタ５の抵抗値に応じて温度検出部２０で検出され、その温度検出部２０で検出された温度に対応する信号が温度検出部２０からＡＰＣリファレンス部１３、バイアス電圧制御部１５、変調振幅制御部１６およびクロスポイント制御部１７にそれぞれ出力される。
【００２３】
駆動回路１０の半導体レーザ２を駆動する側では、温度検出部２０からの出力信号に従って、光出力パワー制御ループの基準電圧となるＡＰＣリファレンス部１３の出力電圧が変化し、この出力電圧が比較部１４の一方の入力端子に印加される。比較部１４の他方の入力端子には、半導体レーザ２の後方出射光パワーに対応したバックパワー検出部１２の出力電圧が印加されていて、ＡＰＣリファレンス部１３からの基準電圧に対するバックパワー検出部１２からの出力電圧の差が求められ、その差に応じた出力電圧がＬＤ電流駆動部１１に印加される。ＬＤ電流駆動部１１では、比較部１４からの出力電圧に従って、バックパワー検出部１２の出力電圧が基準電圧に一致するように、半導体レーザ２に供給する駆動電流の設定値が調整される。これにより、半導体レーザ２からＥＡ変調器３に与えられるキャリア光パワーがモジュール内部の温度変化に関係なく一定にフィードバック制御されるようになる。
【００２４】
駆動回路１０のＥＡ変調器３を駆動する側では、温度検出部２０からの出力信号に従って、バイアス電圧制御部１５の出力電圧が制御されることによりＥＡ変調器３への印加電圧のうちの直流成分（バイアス電圧）が最適化され、また、変調振幅制御部１６およびクロスポイント制御部１７の各出力電圧が制御されることによりＥＡ変調器３への印加電圧のうちの交流成分となる変調電気信号の振幅およびクロスポイントが最適化される。
【００２５】
ここで、モジュールの温度変化に応じたＥＡ変調器３の印加電圧の制御方法について図２を参照しながら説明する。
図２の一例では、前述の図１６に示した一般的な場合と同様の温度特性を持つＥＡ変調器３について、温度検出部２０で検出される温度が７５℃から２５℃に変化した場合におけるＥＡ変調器３の印加電圧制御の様子が模式的に示してある。すなわち、温度検出部２０での検出温度が７５℃の場合、ＥＡ変調器３の温度特性を示す曲線の傾きが大きく線形に近い状態で変化する領域に対応させて、図２の下段左側に示すように、約０〜０．８Ｖの範囲で変調電気信号の低レベル（Ｖｏｎ）および高レベル（Ｖｏｆｆ）が変化するようにＥＡ変調器３への印加電圧Ｖｅａの平均電圧レベル（バイアス電圧）が設定される。このとき、駆動領域における特性曲線の傾斜および歪み具合に応じて、所望の消光比および光クロスポイント（光波形デューティ）が得られるように、変調電気信号の振幅およびクロスポイントがそれぞれ設定される。このような駆動波形の印加電圧がＥＡ変調器３に与えられることにより、図２の上段右側に示すような波形の光信号がＥＡ変調器３から出力されるようになる。
【００２６】
温度検出部２０での検出温度が２５℃の場合には、図２の下段中央に示すように、ＥＡ変調器３の特性曲線の変化に応じて、ＥＡ変調器３のバイアス電圧が高レベル側にシフトされると共に、その特性曲線の傾斜および歪み具合の変化に応じて、所望の消光比および光クロスポイントが得られるように変調電気信号の振幅およびクロスポイントも調整される。これにより、図２の上段右側に示すように、７５℃の場合と同様な平均出力パワーおよび波形の光信号が２５℃の場合にもＥＡ変調器３から出力されるようになる。なお、ここでは図示を省略したが検出温度が０℃の場合にも、上記の場合と同様にして０℃の特性曲線に応じてバイアス電圧、変調振幅および電気クロスポイントの最適化された駆動電圧がＥＡ変調器３に印加されることにより、７５℃や２５℃の場合と同様な光信号がＥＡ変調器３から出力されることになる。
【００２７】
上記のようにして、温度検出部２０での検出温度に応じて、半導体レーザ２の駆動電流およびＥＡ変調器３の駆動電圧（バイアス電圧、変調振幅および電気クロスポイント）を制御するようにしたことで、ペルチェ等によりモジュールの温度制御を行うことなく、半導体レーザモジュール１から出力される光信号の平均出力パワー、消光比および光クロスポイントを周囲温度に依らずに一定に制御することが可能になる。
【００２８】
ここで、上記の図１に示した駆動回路１０の具体的な構成例を挙げておく。ただし、本発明の駆動回路の構成は以下に示す一例に限定されるものではない。
図３は、図１の駆動回路１０についての具体例を示す回路図である。
図３の構成例において、ＬＤ電流駆動部１１は、コレクタ端子が半導体レーザ２のアノード端子に接続され、エミッタ端子が抵抗Ｒ１を介して負の電源電圧（−Ｖ）端子に接続されたトランジスタＴＲ１と、トランジスタＴＲ１のエミッタ電圧が一方の入力端子に印加され、出力電圧をトランジスタＴＲ１のベース端子に印加する差動増幅器Ａ１とから構成される。バックパワー検出部１２は、半導体レーザモジュール１のモニタ用フォトダイオード４に一端が接続され、他端が接地された抵抗Ｒ２からなる。
【００２９】
ＡＰＣリファレンス部１３は、正の電源電圧（＋Ｖ）端子と接地端子の間に直列に接続された抵抗Ｒ３，Ｒ４と、抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続点の電圧が一方の入力端子に印加され、他方の入力端子には温度検出部２０の出力信号が印加される差動増幅器Ａ２とから構成される。なお、温度検出部２０は、一端がサーミスタ５に接続され、他端が接地された抵抗Ｒ２１からなる。比較部１４は、モニタ用フォトダイオード４と抵抗Ｒ２の接続点の電圧が一方の入力端子に印加され、他方の入力端子には差動増幅器Ａ２の出力電圧が印加される差動増幅器Ａ３からなる。
【００３０】
バイアス電圧制御部１５は、ここでは抵抗Ｒ５，Ｒ６、差動増幅器Ａ４，Ａ５およびトランジスタＴＲ２から構成される。抵抗Ｒ５，Ｒ６は、正の電源電圧端子と接地端子の間に直列に接続されている。差動増幅器Ａ４は、抵抗Ｒ５，Ｒ６の接続点の電圧が一方の入力端子に印加され、他方の入力端子には温度検出部２０の出力信号が印加されている。トランジスタＴＲ２は、エミッタ端子がインダクタＬ１を介してＥＡ変調器３のアノード端子に接続され、コレクタ端子が負の電源電圧端子に接続されている。差動増幅器Ａ５は、差動増幅器Ａ４の出力電圧が一方の入力端子に印加され、トランジスタＴＲ２のエミッタ電圧が他方の入力端子に印加され、出力電圧をトランジスタＴＲ２のベース端子に印加する。
【００３１】
振幅変調制御部１６は、ここでは抵抗Ｒ７〜Ｒ９、差動増幅器Ａ６，Ａ７および電界効果トランジスタＦＥＴ１から構成される。抵抗Ｒ７，Ｒ８は、正の電源電圧端子と接地端子の間に直列に接続されている。差動増幅器Ａ６は、抵抗Ｒ７，Ｒ８の接続点の電圧が一方の入力端子に印加され、他方の入力端子には温度検出部２０の出力信号が印加されている。ＦＥＴ１は、変調電気信号出力部１８の後述する差動対をなすＦＥＴ２，ＦＥＴ３のソース端子と抵抗Ｒ９の一端との間に接続されて電流源とし動作する。なお、抵抗Ｒ９の他端は負の電源電圧端子に一端が接続されている。差動増幅器Ａ７は、ＦＥＴ１および抵抗Ｒ９の接続点の電圧が一方の入力端子に印加され、差動増幅器Ａ６の出力電圧が他方の入力端子に印加され、出力電圧をＦＥＴ１のゲート端子に印加する。
【００３２】
クロスポイント制御部１７は、ここでは抵抗Ｒ１０〜Ｒ１７、比較器８、増幅器ａ１およびキャパシタＣ２，Ｃ３から構成される。抵抗Ｒ１０，Ｒ１１と、抵抗Ｒ１２，Ｒ１３と、抵抗Ｒ１４，Ｒ１５とは、それぞれ、正の電源電圧端子と接地端子の間に直列に接続されている。差動増幅器Ａ８は、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１の接続点の電圧が一方の入力端子に印加され、他方の入力端子には温度検出部２０の出力信号が印加されている。増幅器ａ１は、キャパシタＣ４，Ｃ５を介して入力端子に与えられるデータ信号および反転データ信号を所要のレベルまで増幅して出力するものであって、各入力端子およびキャパシタＣ４，Ｃ５の間には抵抗Ｒ１６，Ｒ１７の各一端がそれぞれ接続されている。抵抗Ｒ１６，Ｒ１７の各他端は、キャパシタＣ２，Ｃ３を介してそれぞれ接地されている。また、抵抗Ｒ１６およびキャパシタＣ２の接続点には抵抗Ｒ１４，Ｒ１５の接続点の電圧が印加され、抵抗Ｒ１７およびキャパシタＣ３の接続点には抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の接続点の電圧および差動増幅器Ａ８の出力電圧が印加されている。
【００３３】
変調電気信号出力部１８は、増幅器ａ２、前述のＦＥＴ２，ＦＥＴ３および抵抗Ｒ１８，Ｒ１９からなる。増幅器ａ２は、増幅器ａ１からの出力信号を所要のレベルまで増幅し、反転出力信号をＦＥＴ２のゲート端子に印加し、非転出力信号をＦＥＴ２のゲート端子に印加する。抵抗Ｒ１８，Ｒ１９は、ＦＥＴ２，ＦＥＴ３のドレイン端子に一方の端子が接続され、他方の端子が接地されている。ここではＦＥＴ３のドレイン端子および抵抗Ｒ１９の接続点の電圧がキャパシタＣ１を介してＥＡ変調器３のアノード端子に印加される。なお、ＤＣ終端器１９は、ＦＥＴ３のドレイン端子およびキャパシタＣ１の間の信号線上にインダクタＬ２を介して一端が接続され、他端が接地された抵抗Ｒ２０からなる。
【００３４】
上記のような具体的な構成の駆動回路１０では、サーミスタ５の抵抗値の変化に応じて抵抗Ｒ２１の一端の電圧値が変化することにより、半導体レーザモジュール１内の温度変化が検出され、その電圧値が温度検出部２０の出力信号としてＡＰＣリファレンス部１３、バイアス電圧制御部１５、変調振幅制御部１６およびクロスポイント制御部１７にそれぞれ伝えられる。
【００３５】
ＡＰＣリファレンス部１３では、抵抗Ｒ３，Ｒ４に従って設定された基準電圧に対する温度検出部２０の出力電圧の差が差動増幅器Ａ２で求められ、その差電圧が所要の倍率で増倍されて差動増幅器Ａ３に出力される。差動増幅器Ａ３では、差動増幅器Ａ２の出力電圧を基準としてバックパワー検出部１２での検出結果の比較が行われ、その比較結果に応じてＬＤ電流駆動部１１のトランジスタＴＲ１のベース電圧が調整されることにより、半導体レーザ２の駆動電流がフィードバック制御される。
【００３６】
バイアス電圧制御部１５では、抵抗Ｒ５，Ｒ６に従って設定された基準電圧に対する温度検出部２０の出力電圧の差が差動増幅器Ａ４で求められ、その差電圧が所要の倍率で増倍された後に差動増幅器Ａ５に与えられてトランジスタＴＲ２のベース電圧が調整されることにより、ＥＡ変調器３のバイアス電圧が温度変化に応じて制御される。また、変調振幅制御部１６では、抵抗Ｒ７，Ｒ８に従って設定された基準電圧に対する温度検出部２０の出力電圧の差が差動増幅器Ａ６で求められ、その差電圧が所要の倍率で増倍された後に差動増幅器Ａ７に与えられてＦＥＴ１のゲート電圧が調整されることにより、変調電気信号出力部１８から出力される変調電気信号の振幅が温度変化に応じて制御される。さらに、クロスポイント制御部１７では、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１に従って設定された基準電圧に対する温度検出部２０の出力電圧の差が差動増幅器Ａ８で求められ、その差電圧が所要の倍率で増倍された後に抵抗Ｒ１７およびキャパシタＣ３の接続点に印加されることにより、変調電気信号のクロスポイントが温度変化に応じて制御される。
【００３７】
このように図３に示した駆動回路１０の具体例によれば、温度検出部２０の出力信号に対して、半導体レーザ２の駆動電流およびＥＡ変調器３の駆動電圧をリニアに制御することが可能である。
図４は、図１の駆動回路１０についての他の具体例を示す回路図である。なお、上記の図３に示した構成例と同様の部分には同一の符号を付して、その説明を省略することにする。
【００３８】
図４の構成例における特徴は、半導体レーザ２の駆動電流およびＥＡ変調器３の駆動電圧の制御のために、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）２１Ａ、ＲＯＭ２１Ｂおよびデジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）２１Ｃ１〜２１Ｃ４を備えた制御ＬＳＩ２１を用いて構成した点である。
この制御ＬＳＩ２１では、まず、温度検出部２０から出力されるサーミスタ５の抵抗値に応じたアナログの電圧値がＡＤＣ２１Ａでデジタル値に変換される。そして、このデジタル値に従ってＲＯＭ２１Ｂに記憶されたテーブルのアドレッシングを行い、各アドレスの設定値を読み出して対応するＤＡＣ２１Ｃ１〜２１Ｃ４にそれぞれ出力し、各々のＤＡＣではＲＯＭ２１Ｂからの設定値に対応したアナログの電圧信号が生成される。具体的に、ここでは半導体レーザ２の駆動電流の制御に対応したＤＡＣ２１Ｃ１の出力信号が比較部１４の差動増幅器Ａ３における基準電圧として与えられる。また、ＥＡ変調器３のバイアス電圧の制御に対応したＤＡＣ２１Ｃ２の出力信号がバイアス電圧制御部１５の差動増幅器Ａ５における基準電圧として与えられ、変調電気信号の振幅制御に対応したＤＡＣ２１Ｃ３の出力信号が変調振幅制御部１６の差動増幅器Ａ７における基準電圧として与えられ、変調電気信号のクロスポイント制御に対応したＤＡＣ２１Ｃ４の出力信号がクロスポイント制御部１７における抵抗Ｒ１７およびキャパシタＣ３の接続点に印加される。
【００３９】
上記の制御ＬＳＩ２１については、使用されるＤＡＣ２１Ｃ１〜２１Ｃ４が、例えば図５（Ａ）に示すような電圧源出力の場合には、各ＤＡＣ２１Ｃ１〜２１Ｃ４から出力される制御電圧を対応する各制御部にそのまま与えることができる。一方、図５（Ｂ）に示すような電流源出力の場合には、各々のＤＡＣの出力に電圧変換用の抵抗を接続して各制御部に与える制御電圧を得るようにすればよい。
【００４０】
図６は、ＲＯＭ２１Ｂに記憶されたテーブルの具体例を示したものである。
図６に例示したように、ＲＯＭテーブルには、温度検出部２０の出力電圧をＡＤＣ２１Ａにより変換した各デジタル値に対応するアドレスごとに、各ＤＡＣ２１Ｃ１〜２１Ｃ４に対する適切な設定値（ここでは１６進数で表記された値）が記録されている。このＲＯＭテーブルの設定値は、半導体レーザモジュール１の特性の変化を温度ごとに測定して各々の制御に対する最適値を予め決めておくようにする。また、所要の温度設定（例えば０℃、２５℃および７５℃など）について半導体レーザモジュール１の温度特性データが入手できるような場合には、それらのデータを基に近似式を用いて上記の温度以外での設定値を補完により得ることも可能である。
【００４１】
例えば、３つの温度に対する温度特性データが得られるとき、Ｔを温度、ａ，ｂ，ｃ，ｙを定数として、図７に示すように線形近似式＝ａ・Ｔ＋ｂを用いた補完、図８に示すように指数近似式＝ａ・ｅｘｐ（ｂ・Ｔ）＋ｃを用いた補完、または、図９に示すような多項式近似式＝ａ・ｘｙ＋ｂ・ｘｙ−１＋…＋ｃを用いた補完により、求めたい温度Ｔにおける設定値を得ることが可能である。また、図１０に示すように隣り合うデータ間の各々の特性を線形近似式を用いて個別に補完するようにしてもよい。
【００４２】
なお、ここでは温度特性データの測定点を３つとした場合の補完の具体例を示したが、本発明はこれに限らず多くの測定点におけるデータを用いることでより高い精度の設定値を得ることが可能になる。また、ある温度範囲においては線形近似式を用い、別の温度範囲においては指数近似式を用いるなどといった異なる補完方法の組み合わせも可能である。
【００４３】
上記のように図４に示した駆動回路１０の具体例によれば、半導体レーザ２の駆動電流およびＥＡ変調器３の駆動電圧の各制御がＲＯＭテーブルの設定値に従って行われるようになるため、温度検出部２０の出力信号に対してリニアな制御だけでなく非線型の制御を行うことも可能になる。
なお、上記の制御ＬＳＩ２１を使用した具体例において、例えば、アナログで制御を行っている部分に対して入力をデジタル値化することでＣＰＵによる演算にて処理を行うというような応用も可能である。
【００４４】
次に、本発明による半導体レーザモジュールの駆動回路の第２実施形態について説明する。
図１１は、第２実施形態における半導体レーザモジュールの駆動回路の構成を示す機能ブロック図である。なお、前述した第１実施形態の構成と同様の部分には同一の符号を付して、その説明を省略することにする。
【００４５】
図１１において、本駆動回路１０’により駆動される半導体レーザモジュール１の構成は基本的に第１実施形態の場合と同様であって、ここでは半導体レーザモジュール１内のモニタ用フォトダイオード４を半導体レーザ２の光出力一定制御に利用するのに代えて、ＥＡ変調器３でのキャリア光の吸収により生じるフォトカレントを検出するようにして、そのフォトカレントの変化に基づいて半導体レーザ２の駆動電流を制御すると共に、ＥＡ変調器の印加電圧の変調振幅も制御するようにしている。このため本実施形態ではモニタ用フォトダイオード４を具備しない半導体レーザモジュールを使用することが可能である。
【００４６】
具体的に本駆動回路１０’は、ＥＡ変調器３におけるフォトカレントと終端抵抗６を流れる電流とを合わせた直流電流を検出するバイアス電流検出部２２を備える。このバイアス電流検出部２２は、上記直流電流の検出値を終端抵抗６の負荷値に対する電圧値に変換してＤＣフォトカレント検出部２３に出力する。ＤＣフォトカレント検出部２４は、第１実施形態の場合と同様のバイアス電圧制御部１５の出力電圧とバイアス電流検出部２２の出力電圧とを比較し、その比較結果を基にＥＡ変調器３に流れているフォトカレントの直流成分を検出して、その検出値に応じた電圧信号を比較部１４に出力する。
【００４７】
比較部１４は、半導体レーザモジュール１の動作時におけるフォトカレントの直流成分の設定値に応じた電圧を発生するＤＣフォトカレント設定部２４の出力電圧が与えられていて、ＤＣフォトカレント検出部２７およびＤＣフォトカレント設定部２８の各出力電圧の差を求め、その差分を増倍した出力電圧をＬＤ電流駆動部１１に与える。
【００４８】
また、本駆動回路１０’は、変調電気信号出力部１８からキャパシタＣ１を介してＥＡ変調器３に印加される変調電気信号の高レベル電圧を検出する高レベル検出部２５および低レベル電圧を検出する低レベル検出部２６を有する。高レベル検出部２５および低レベル検出部２６における各検出結果は、ピーク検出部２７に送られる。ピーク検出部２７は、高レベル検出部２５および低レベル検出部２６の各出力電圧の差分をとり、ＥＡ変調器３に印加されている変調電気信号の振幅を検出して、その結果を示す信号をＡＣフォトカレント検出部２８に出力する。
【００４９】
ＡＣフォトカレント検出部２８は、第１実施形態の場合と同様の変調振幅制御部１６で設定された変調振幅を検出する変調振幅モニタ部２９の出力電圧が与えられていて、ピーク検出部２７および変調振幅モニタ部２９の各出力電圧の差分をとり、ＥＡ変調器３に流れているフォトカレントの交流成分を検出してその値に応じた電圧信号を比較部３０に出力する。
【００５０】
比較部３０は、半導体レーザモジュール１の動作時におけるフォトカレントの交流成分の設定値に応じた電圧を発生するＡＣフォトカレント設定部３１の出力電圧が与えられていて、ＡＣフォトカレント検出部２８およびＡＣフォトカレント設定部３１の各出力電圧の差を求め、その差分を増倍した出力電圧を変調振幅制御部１６に与える。
【００５１】
なお、第２実施形態の駆動回路１０’における上記以外の他の部分の構成は、第１実施形態の駆動回路１０の対応する部分の構成と同様である。
ここで、上記の図１１に示した駆動回路１０’の具体的な構成例を挙げておく。ただし、本発明の駆動回路の構成は以下に示す一例に限定されるものではない。
【００５２】
図１２は、図１１の駆動回路１０’についての具体例を示す回路図である。ただし、前述した図３に示した構成例と同様の部分には同一の符号を付して、その説明を省略することにする。
図１２の構成例において、バイアス電流検出部２２は、バイアス電圧制御部１５のトランジスタＴＲ２のコレクタ端子および負の電源電圧（−Ｖ）端子の間に挿入した抵抗Ｒ２２と、その抵抗Ｒ２２の両端の電圧が各入力端子に印加される差動増幅器Ａ９とから構成される。ＤＣフォトカレント検出部２３は、バイアス電圧制御部１５のトランジスタＴＲ２のエミッタ電圧が一方の入力端子に印加され、バイアス電流検出部２２の差動増幅器Ａ９の出力電圧が他方の入力端子に印加される差動増幅器Ａ１０からなる。ＤＣフォトカレント設定部２４は、正の電源電圧（＋Ｖ）端子と接地端子の間に直列に接続された抵抗Ｒ２３，Ｒ２４からなり、抵抗Ｒ２３，Ｒ２４の接続点の電圧が比較部１４を構成する差動増幅器Ａ３の一方の入力端子に印加される。なお、比較部１４の差動増幅器Ａ３の他方の入力端子には、ＤＣフォトカレント検出部２３の差動増幅器Ａ１０の出力電圧が印加される。
【００５３】
高レベル検出部２５は、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ２５およびキャパシタＣ６を有する。ダイオードＤ１は、ＥＡ変調器３のアノード端子に接続する信号線上にカソード端子が接続され、ピーク検出部２７を構成する差動増幅器Ａ１１の一方の入力端子にアノード端子が接続されている。抵抗Ｒ２５およびキャパシタＣ６は、ダイオードＤ１のアノード端子と接地端子の間に並列接続されている。低レベル検出部２６は、上記高レベル検出部２５と同様の構成であって、ダイオードＤ２、抵抗Ｒ２６およびキャパシタＣ７を有し、ダイオードＤ２のアノード端子がピーク検出部２７の差動増幅器Ａ１１の他方の入力端子に接続されている。
【００５４】
ＡＣフォトカレント検出部２８は、ピーク検出部２７の差動増幅器Ａ１１の出力電圧が一方の入力端子に印加される差動増幅器Ａ１２からなる。変調振幅モニタ部２９は、変調振幅制御部１６のＦＥＴ１のソース端子および負の電源電圧端子の間に挿入した抵抗Ｒ２７と、その抵抗Ｒ２７の両端の電圧が各入力端子に印加される差動増幅器Ａ１３とから構成される。この差動増幅器Ａ１３の出力電圧はＡＣフォトカレント検出部２８の差動増幅器Ａ１２の他方の入力端子に印加される。比較部３０は、ＡＣフォトカレント検出部２８の差動増幅器Ａ１２の出力電圧が一方の入力端子に印加される差動増幅器Ａ１４からなる。ＡＣフォトカレント設定部３１は、正の電源電圧端子と接地端子の間に直列に接続された抵抗Ｒ２８，Ｒ２９からなり、抵抗Ｒ２８，Ｒ２９の接続点の電圧が比較部３０の差動増幅器Ａ１４の他方の入力端子に印加される。なお、比較部３０の差動増幅器Ａ１４の出力電圧は、変調振幅制御部１６の差動増幅器Ａ７に印加される。
【００５５】
次に、上記のような第２実施形態の動作について説明する。
まず、ＥＡ変調器３で生じるフォトカレントの直流成分に応じて、半導体レーザ２の前方出射光のパワーを一定にするための制御動作について説明する。
半導体レーザ２の光出力一定制御では、サーミスタ５の抵抗値に応じた温度検出部２０の出力電圧をバイアス電圧制御部１５で増倍し、その値に対してＥＡ変調器３に印加するバイアス電圧を制御する。ここでは、ＥＡ変調器３に印加されるバイアス電圧をＶｂｉａｓで表すことにする。
【００５６】
この時バイアス電圧制御部１５に流れ込んでくる電流の値Ｉｂａｉｓは、ＥＡ変調器３でキャリア光が吸収されることにより生じるフォトカレントの直流成分Ｉｐｈｏｔｏ＿ｄｃと、終端抵抗６を流れる電流Ｉｒとが加算されたものとなる。バイアス電流検出部２２では、上記の電流値Ｉｂａｉｓがモニタ抵抗等により電圧変換されて検出され、その結果がＤＣフォトカレント検出部２３に出力される。このバイアス電流検出部２２の出力電圧Ｖ２２は、電圧変換ゲインをＧ２２として、次の（１）式で表される。
【００５７】
Ｖ２２＝Ｇ２２×（Ｉｒ＋Ｉｐｈｏｔｏ＿ｄｃ） …（１）
ＤＣフォトカレント検出部２３では、バイアス電圧制御部１５からの出力電圧Ｖｂｉａｓとバイアス電流検出部２２からの出力電圧Ｖ２２との差が求められ、その差分が所要のレベルまで増幅される。このＤＣフォトカレント検出部２３の出力電圧Ｖ２３は、差動増幅ゲインをＧ２３、終端抵抗６の抵抗値をＲ６として、次の（２）式で表される。
【００５８】
ここで、終端抵抗６の抵抗値Ｒ６とバイアス電流検出部２２の電圧変換ゲインＧ２２とが等しくなるように設定されているとすると（Ｒ６＝Ｇ２２）、上記の出力電圧Ｖ２３は、次の（３）式となる。
【００５９】
Ｖ２３＝Ｇ２３×Ｇ２２×Ｉｐｈｏｔｏ＿ｄｃ …（３）
従って、ＤＣフォトカレント検出部２３の出力電圧Ｖ２３は、フォトカレントの直流成分を増倍したものとなる。フォトカレントの直流成分は半導体レーザ２からＥＡ変調器３に入力されるキャリア光のパワーに対応するため、このＤＣフォトカレント検出部２３の出力電圧Ｖ２３に従って、半導体レーザ２の駆動電流をフィードバック制御することにより、半導体レーザ２からの光出力パワーを一定に制御することが可能になる。ここでは、比較部１４において、ＤＣフォトカレント設定部２４の出力電圧で示される目標値に対するＤＣフォトカレント検出部２３の出力電圧Ｖ２３の差が求められ、その差分を増幅した制御信号が比較部１４からＬＤ電流駆動部１１に出力されることにより、フォトカレントの直流成分が目標値に一致するように半導体レーザ２の駆動電流がフィードバック制御されるようになる。
【００６０】
次に、ＥＡ変調器３で生じるフォトカレントの交流成分に応じて、ＥＡ変調器３に印加する変調電気信号の振幅を最適化するための制御動作について説明する。
前述の図１２に示した構成例のように、ＥＡ変調器３に印加する変調電気信号の振幅設定を電流源により行う場合、変調電気信号出力部１８に接続される負荷が抵抗６だけの場合と、ＥＡ変調器３および抵抗６を並列接続した負荷の場合とでは、フォトカレントに応じて印加される電圧が異なるようになる。すなわち、フォトカレントはＥＡ変調器３の吸光量に依存するため、光出力のオン／オフ状態に応じてフォトカレントによる電圧シフト量は異なる。このため、変調電気信号出力部１８から出力される変調電気信号の振幅電圧が、変調振幅設定部１６で設定した値とずれることとなる。
【００６１】
具体的に、例えば図１３の簡易モデルに示すように、変調振幅を決める定電流源の設定値を８０ｍＡとし、また、光出力オフ時に流れるフォトカレントを１４ｍＡ、光出力オン時に流れるフォトカレントを６ｍＡと仮定した一例を想定してみる。この想定において、ＥＡ変調器３および抵抗６を並列接続した負荷が変調電気信号出力部１８に接続される場合には、図１３（Ａ）に示すように低レベル出力（光出力オフ）時に−１．６５Ｖの電圧がＥＡ変調器３に印加され、図１３（Ｂ）に示すように高レベル出力（光出力オン）時に０．１５Ｖの電圧がＥＡ変調器３に印加されることになる。このため、変調電気信号の振幅電圧は１．８０Ｖとなる。一方、抵抗６だけが変調電気信号出力部１８に接続される場合を考えると、低レベル出力時に−２．０Ｖ、高レベル出力時に０．０Ｖの電圧が抵抗６に印加されることになるため、変調電気信号の振幅電圧は２．０Ｖとなる。
【００６２】
上記のような変調電気信号の振幅電圧のずれ量は、例えば図１４に示すように、フォトカレントの振幅ΔＩｐｈｏｔｏに依存することが分かる。すなわち、抵抗６だけが負荷となる図１４（Ａ）の場合の変調電気信号の振幅電圧Ｖｐｐは、高レベル電圧Ｖｏｎおよび低レベル電圧Ｖｏｆｆの差（Ｖｐｐ＝Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ）となる。これに対して、ＥＡ変調器３および抵抗６が負荷となる図１４（Ｂ）の場合の変調電気信号の振幅電圧Ｖｐｐは、光出力オン時のフォトカレントの値をＩｐｈｏｔｏ＿ｏｎ、光出力オフ時のフォトカレントの値をＩｐｈｏｔｏ＿ｏｆｆとして次の（４）式で表すことができる。
【００６３】
従って、フォトカレントの振幅ΔＩｐｈｏｔｏを検出することによって、ＥＡ変調器３に実際に印加されている変調電気信号の振幅電圧を判断することが可能となる。
【００６４】
そこで、前述の図１２に示した構成例では、ＥＡ変調器３に印加されている変調電気信号の高レベルおよび低レベルの各電圧値が高レベル検出部２５および低レベル検出部２６でそれぞれ検出され、各々の検出結果からピーク検出部２７で振幅電圧Ｖｐｐ１が検出される。このピーク検出部２７で検出される振幅電圧Ｖｐｐ１は、上記の（４）式に対応するものである。一方、変調振幅モニタ部２９では、ＥＡ変調器３が無く終端抵抗６だけの場合に相当する振幅電圧Ｖｐｐ２が検出され、この振幅電圧はＶｐｐ２＝Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆになる。
【００６５】
ＡＣフォトカレント検出部２８では、ピーク検出部２７で検出された振幅電圧Ｖｐｐ１と変調振幅モニタ部２９で検出された振幅電圧Ｖｐｐ２との差分が求められてフォトカレントの振幅ΔＩｐｈｏｔｏが検出される。ＡＣフォトカレント検出部２８の出力電圧Ｖ２８は、差動増幅ゲインをＧ２８として、次の（５）式で表される。
【００６６】
そして、ＡＣフォトカレント検出部２８の出力電圧Ｖ２８とＡＣフォトカレント設定値とが比較部３０で比較され、その比較結果が変調振幅制御部１６に伝えられることにより、フォトカレントの振幅が目標値となるように変調電気信号の振幅がフィードバック制御される。
【００６７】
上記のような一連の制御によって、フォトカレントの交流成分に応じてＥＡ変調器３に印加される変調電気信号の振幅を最適化して、ＥＡ変調器３から出力される光信号の消光比を一定に制御することが可能になる。
このように第２実施形態の駆動回路１０’によれば、ＥＡ変調器３で生じるフォトカレントの直流成分に応じて半導体レーザ２の駆動電流を制御すると共に、フォトカレントの交流成分に応じてＥＡ変調器３の変調電気信号の振幅を制御するようにしても、ペルチェ等によりモジュールの温度制御を行うことなく、半導体レーザモジュール１から出力される光信号の平均出力パワーおよび消光比を周囲温度に依らずに一定に制御することが可能になる。また、ＥＡ変調器３に印加するバイアス電圧および変調電気信号のクロスポイントは、第１実施形態の場合と同様にして温度検出部２０での検出温度に応じて制御されるため、半導体レーザモジュール１から出力される光信号の波形も周囲温度に依らずに一定に制御することができる。
【００６８】
なお、上記の第２実施形態では、図１２の構成例に示したように、温度検出部２０の出力電圧に応じてバイアス電圧制御部１５等をリニアに制御する具体例を示したが、上述の図４に示した構成例の場合と同様にして、温度検出部２０の出力電圧を制御ＬＳＩを用いて処理するようにしてもよい。この場合の具体的な構成例を図１５に示しておく。図１５の構成例では、制御ＬＳＩ２１のＤＡＣ２１Ｃ１の出力信号がバイアス電圧制御部１５の差動増幅器Ａ５に与えられ、ＤＡＣ２１Ｃ２の出力信号がクロスポイント制御部１７に与えられる。
【００６９】
また、上記の第２実施形態では、ＥＡ変調器３で生じるフォトカレントに応じて半導体レーザ２の駆動電流の制御とＥＡ変調器３の変調振幅の制御とを行うようにしたが、一方の制御をフォトカレントに応じて行い、他方の制御を第１実施形態の場合と同様にして温度検出部からの出力信号に応じて行うようにしてもよい。
【００７０】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００７１】
（付記１） 駆動電流に応じてキャリア光を生成する半導体レーザと、該半導体レーザから出力されるキャリア光を駆動電圧に応じて吸収することにより強度変調された光信号を出力する電界吸収型光変調器とを備えた半導体レーザモジュールを駆動するための駆動回路において、
前記半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動手段と、
変調電気信号をバイアス電圧に重畳した駆動電圧を前記電界吸収型光変調器に印加する光変調器駆動手段と、
前記半導体レーザおよび前記電界吸収型光変調器の周囲温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出される温度に基づいて、前記半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、前記レーザ駆動手段により供給される駆動電流および前記光変調器駆動手段により印加される駆動電圧をそれぞれ制御する駆動制御手段と、を備えて構成されたことを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動回路。
【００７２】
（付記２） 付記１に記載の半導体レーザモジュールの駆動回路であって、
前記駆動制御手段は、前記温度検出手段で検出される温度に応じて基準値を設定し、前記半導体レーザから出力されるキャリア光のパワーが前記基準値に略一致するように、前記レーザ駆動手段により供給される駆動電流を制御するレーザ駆動制御部と、
前記温度検出手段で検出される温度に基づいて、前記電界吸収型光変調器から出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、前記光変調器駆動手段により印加される駆動電圧を制御する光変調器駆動制御部と、を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動回路。
【００７３】
（付記３） 付記２に記載の半導体レーザモジュールの駆動回路であって、
前記光変調器駆動制御部は、前記温度検出手段で検出される温度に応じて、前記電界吸収型光変調器から出力される光信号の平均パワーが一定となるように、前記光変調器駆動手段におけるバイアス電圧の設定を制御するバイアス電圧制御回路を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動回路。
【００７４】
（付記４） 付記２に記載の半導体レーザモジュールの駆動回路であって、
前記光変調器駆動制御部は、前記温度検出手段で検出される温度に応じて、前記電界吸収型光変調器から出力される光信号の消光比が一定となるように、前記光変調器駆動手段における変調電気信号の振幅設定を制御する変調振幅制御回路を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動回路。
【００７５】
（付記５） 付記２に記載の半導体レーザモジュールの駆動回路であって、
前記光変調器駆動制御部は、前記温度検出手段で検出される温度に応じて、前記電界吸収型光変調器から出力される光信号の光クロスポイントが一定となるように、前記光変調器駆動手段における変調電気信号の電気クロスポイントの設定を制御するクロスポイント制御回路を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動回路。
【００７６】
（付記６） 付記１に記載の半導体レーザモジュールの駆動回路であって、
前記電界吸収型光変調器でキャリア光が吸収されることにより発生するフォトカレントを検出するフォトカレント検出手段を備えて構成され、
前記駆動制御手段は、前記温度検出手段で検出される温度および前記フォトカレント検出手段で検出されるフォトカレントに基づいて、前記半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、前記レーザ駆動手段により供給される駆動電流および前記光変調器駆動手段により印加される駆動電圧をそれぞれ制御することを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動回路。
【００７７】
（付記７） 付記６に記載の半導体レーザモジュールの駆動回路であって、
前記フォトカレント検出手段は、前記電界吸収型光変調器に印加されるバイアス電圧と前記電界吸収型光変調器を流れるバイアス電流とを基に、前記フォトカレントの直流成分を検出するＤＣフォトカレント検出部を備え、
前記駆動制御手段は、前記ＤＣフォトカレント検出部で検出されるフォトカレントの直流成分の値が予め設定した基準値に略一致するように、前記レーザ駆動手段により供給される駆動電流を制御するレーザ駆動制御部を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動回路。
【００７８】
（付記８） 付記６に記載の半導体レーザモジュールの駆動回路であって、
前記フォトカレント検出手段は、前記電界吸収型光変調器に印加される駆動電圧の変調振幅のピーク値と前記光変調器駆動手段における変調電気信号の振幅設定のピーク値とを基に、前記フォトカレントの交流成分の振幅を検出するＡＣフォトカレント検出部を備え、
前記駆動制御手段は、前記ＡＣフォトカレント検出部で検出されるフォトカレントの交流成分の振幅が予め設定した基準値に略一致するように、前記光変調器駆動手段における変調電気信号の振幅設定を制御する変調振幅制御部を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動回路。
【００７９】
（付記９） 駆動電流に応じてキャリア光を生成する半導体レーザと、該半導体レーザから出力されるキャリア光を駆動電圧に応じて吸収することにより強度変調された光信号を出力する電界吸収型光変調器とを備えた半導体レーザモジュールを駆動するための駆動方法において、
前記半導体レーザおよび前記電界吸収型光変調器の周囲温度を検出し、
該検出した温度に基づいて、前記半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、前記半導体レーザに供給する駆動電流、並びに、前記電界吸収型光変調器に印加するバイアス電圧および変調電気信号をそれぞれ制御することを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動方法。
【００８０】
（付記１０） 駆動電流に応じてキャリア光を生成する半導体レーザと、該半導体レーザから出力されるキャリア光を駆動電圧に応じて吸収することにより強度変調された光信号を出力する電界吸収型光変調器とを備えた半導体レーザモジュールを駆動するための駆動方法において、
前記半導体レーザおよび前記電界吸収型光変調器の周囲温度を検出すると共に、前記電界吸収型光変調器でキャリア光が吸収されることにより発生するフォトカレントを検出し、
該検出した温度およびフォトカレントに基づいて、前記半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、前記半導体レーザに供給する駆動電流、並びに、前記電界吸収型光変調器に印加するバイアス電圧および変調電気信号をそれぞれ制御することを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動方法。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電界吸収型光変調器を備えた半導体レーザモジュールの駆動回路および駆動方法によれば、半導体レーザモジュール内の温度変化に応じて、半導体レーザに供給される駆動電流および電界吸収型光変調器に印加される駆動電圧の双方が制御されるようにしたことで、モジュールの温度を一定に制御することなく、半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントを一定にすることができる。これにより、電界吸収型光変調器を備えたペルチェ無しの半導体レーザモジュールに対しても、安定した光出力パワーおよび光出力波形を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体レーザモジュールの駆動回路の第１実施形態の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】上記第１実施形態におけるＥＡ変調器の印加電圧の制御方法を説明するための図である。
【図３】上記第１実施形態についての具体例を示す回路図である。
【図４】上記第１実施形態についての他の具体例を示す回路図である。
【図５】図４のＤＡＣに関する具体例を示す図である。
【図６】図４のＲＯＭに記憶されるテーブルの具体例を示す図である。
【図７】ＲＯＭテーブルの設定値を線形近似式を用いた補完により得る一例を示す図である。
【図８】ＲＯＭテーブルの設定値を指数近似式を用いた補完により得る一例を示す図である。
【図９】ＲＯＭテーブルの設定値を多項式近似式を用いた補完により得る一例を示す図である。
【図１０】ＲＯＭテーブルの設定値をデータ間の線形近似により補完して得る一例を示す図である。
【図１１】本発明による半導体レーザモジュールの駆動回路の第２実施形態の構成を示す機能ブロック図である。
【図１２】上記第２実施形態についての具体例を示す回路図である。
【図１３】上記第２実施形態についてフォトカレントの交流成分とＥＡ変調器の印加電圧との関係を説明するための簡易モデルを示す図である。
【図１４】上記第２実施形態についてフォトカレントの交流成分とＥＡ変調器の印加電圧との関係を説明するための信号波形の概念図である。
【図１５】上記第２実施形態についての他の具体例を示す回路図である。
【図１６】一般的なＥＡ変調器の動作特性の温度依存性を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザモジュール
２ 半導体レーザ（ＬＤ）
３ 電界吸収型光変調器（ＥＡ）
４ モニタ用フォトダイオード（ＰＤ）
５ サーミスタ
６ 終端抵抗
１０，１０’ 駆動回路
１１ ＬＤ電流駆動部
１２ バックパワー検出部
１３ ＡＰＣリファレンス部
１４，３０ 比較部
１５ バイアス電圧制御部
１６ 変調振幅制御部
１７ クロスポイント制御部
１８ 変調電気信号出力部
１９ ＤＣ終端器
２０ 温度検出部
２１ 制御ＬＳＩ
２２ バイアス電流検出部
２３ ＤＣフォトカレント検出部
２４ ＤＣフォトカレント設定部
２５ 高レベル検出部
２６ 低レベル検出部
２７ ピーク検出部
２８ ＡＣフォトカレント検出部
２９ 変調振幅モニタ部
３１ ＡＣフォトカレント設定部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザから出力されるキャリア光を電界吸収（ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）型光変調器を用いて外部変調して出力する半導体レーザモジュールの駆動回路および駆動方法に関し、特に、半導体レーザおよび電界吸収型光変調器の温度特性を補償するための駆動制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光信号を長距離伝送する各種の光通信システムにおいては、直接変調方式の半導体レーザに対して伝送距離の長距離化が可能となることなどから、例えば、半導体レーザと電界吸収型の外部変調器とを集積化した半導体レーザモジュールを使用する場合がある。上記の半導体レーザモジュールは、半導体レーザおよび電界吸収型光変調器（以下、ＥＡ変調器とする）の動作特性が温度に対して依存性を持つので、光出力パワーを安定に保つためにはモジュールの温度を安定化するか、または、温度変化に応じて駆動状態を制御する必要がある。
【０００３】
従来のＥＡ変調器を備えた半導体レーザモジュールの駆動制御では、例えば、モジュールの内部に集積化されたペルチェ等の電子冷却素子とサーミスタ等の温度検出素子とを使用して、サーミスタの抵抗値が一定に保持されるようにペルチェに流す電流を制御し、半導体レーザとＥＡ変調器の温度を一定に保つ方式が一般的である。この場合、ＥＡ変調器を一定の変調電気信号により駆動すると共に、半導体レーザに対して一定の駆動電流を流すか、または、バックパワーモニタ電流が一定となるような駆動電流を流すことで安定した光出力を得ていた。しかし、上記のような駆動制御方式においては、ペルチェを駆動することが必要であるため消費電力が大きくなり、モジュールのパッケージサイズも大きくなってしまうという欠点があった。
【０００４】
これに対して、近年、ペルチェを備えていないＥＡ変調器を用いた半導体レーザモジュールが開発されつつある。この半導体レーザモジュールは、ペルチェ無しとしたことにより、温度の変化に応じて半導体レーザの駆動電流やＥＡ変調器のバイアス電圧を制御して光出力パワーを安定化させる必要が生じる代わりに、低消費電力化および小型化を図ることが可能であり、また、ＥＡ変調器を用いた外部変調方式であるためチャーピングの少ない光出力を得ることができる。
【０００５】
上記のようなペルチェ無しの半導体レーザモジュールに適用可能な従来の駆動制御技術としては、例えば特開平１１−１１９１７６号公報に記載されたＥＡ変調器の駆動回路などがある。この駆動回路は、ＥＡ変調器のアノード電圧を検知し、その検知結果に応じてＥＡ変調器のバイアス電圧を制御することで、温度変化や経年変化が生じてもＥＡ変調器の印加電圧を一定にしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の制御技術を適用してペルチェ無しのＥＡ変調器を備えた半導体レーザモジュールを駆動した場合、温度変化等に応じてＥＡ変調器のバイアス電圧は制御されるものの、一定の変調電気信号によりＥＡ変調器が駆動されるため、半導体レーザモジュールの光出力波形が大きく劣化してしまうという問題がある。
【０００７】
図１６は、一般的なＥＡ変調器の動作特性の温度依存性を示す図である。図中の各特性曲線は、０℃、２５℃および７５℃の温度について、ＥＡ変調器から出力される光信号のパワーＰｆとＥＡ変調器への印加電圧Ｖｅａとの関係を表している。図１６において、左下に示すような波形の変調電気信号を印加してＥＡ変調器を駆動した場合、光出力パワーＰｆは各特性曲線に従って変化するため、右上に示すようにＥＡ変調器から出力される０℃の光波形は７５℃の光波形に比べて大きく劣化してしまう。従来のように温度変化に応じてバイアス電圧を制御して、特性曲線の傾きが大きく、かつ、線形に近い状態で変化する領域でＥＡ変調器が動作するようにしたとしても、各々の動作領域における特性曲線の傾斜や歪み具合が温度によって異なるため、変調振幅やクロスポイントが一定に設定された変調電気信号によりＥＡ変調器を駆動すると、光出力波形の消光比やデューティが温度によって変化してしまうことになる。
【０００８】
また、ＥＡ変調器においてはキャリア光の吸収によって発生する電流（以下、フォトカレントとする）が流れるため、ＥＡ変調器の駆動制御のために電流源制御を行う際にフォトカレントが変化すると、ＥＡ変調器に対する印加電圧がずれてしまうという問題点もある。このため、ペルチェ無しの半導体レーザモジュールについて、ＥＡ変調器の電気駆動信号の制御により温度変化や経時変化に対する補償を行う場合には、電界吸収効果によるフォトカレントの変化に影響されない駆動制御方式を実現することも重要な課題となる。
【０００９】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、ＥＡ変調器を備えた半導体レーザモジュールについて、モジュールの温度を一定に制御することなく安定した光出力を得ることのできる駆動回路および駆動方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の駆動回路は、駆動電流に応じてキャリア光を生成する半導体レーザと、該半導体レーザから出力されるキャリア光を駆動電圧に応じて吸収することにより強度変調された光信号を出力する電界吸収型光変調器とを備えた半導体レーザモジュールを駆動するための駆動回路であって、レーザ駆動手段と、光変調器駆動手段と、温度検出手段と、駆動制御手段とを備えて構成される。レーザ駆動手段は、半導体レーザに駆動電流を供給し、光変調器駆動手段は、変調電気信号をバイアス電圧に重畳した駆動電圧を電界吸収型光変調器に印加し、温度検出手段は、半導体レーザおよび電界吸収型光変調器の周囲温度を検出するものである。駆動制御手段は、温度検出手段で検出される温度に基づいて、半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、レーザ駆動手段により供給される駆動電流および光変調器駆動手段により印加される駆動電圧をそれぞれ制御するものである。
【００１１】
かかる構成の駆動回路では、温度検出手段によって半導体レーザモジュール内の温度が検出され、その検出結果に基づいて、レーザ駆動手段により半導体レーザに供給される駆動電流が制御されると共に、光変調器駆動手段により電界吸収型光変調器に印加される駆動電圧が制御されることによって、従来のようにペルチェ等によってモジュールの温度を一定に制御することなく、光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントの一定な光信号が半導体レーザモジュールから出力されるようになり、温度変化に対して安定した光出力を得ることが可能になる。
【００１２】
また、上記の駆動回路については、電界吸収型光変調器でキャリア光が吸収されることにより発生するフォトカレントを検出するフォトカレント検出手段を備えて構成されるようにして、駆動制御手段が、温度検出手段で検出される温度およびフォトカレント検出手段で検出されるフォトカレントに基づいて、半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、レーザ駆動手段により供給される駆動電流および光変調器駆動手段により印加される駆動電圧をそれぞれ制御するようにしてもよい。
【００１３】
かかる構成によれば、半導体レーザモジュール内の温度変化と共に、電界吸収型光変調器において発生するフォトカレントの変化にも応じて、半導体レーザの駆動電流および電界吸収型光変調器の駆動電圧が制御されるようになるため、光信号が半導体レーザモジュールから出力される光信号をより安定したものとすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明による半導体レーザモジュールの駆動回路の第１実施形態の構成を示す機能ブロック図である。
図１において、本駆動回路１０により駆動される半導体レーザモジュール１は、例えば、発光素子としての半導体レーザ（ＬＤ）２と半導体チップからなるＥＡ変調器３とが集積されて一体化された構造を有する。半導体レーザ２は、駆動回路１０によって供給される駆動電流に応じた強度のキャリア光（定常光）を生成する。このキャリア光は、半導体レーザ２の前端面より出射される前方出射光がＥＡ変調器３に入力され、後端面より出射される後方出射光がモジュール内に設けられたモニタ用フォトダイオード（ＰＤ）４に入力される。サーミスタ５は、半導体レーザ２およびＥＡ変調器３の周囲温度に応じて抵抗値が変化する温度検出素子であり、モジュール内に設けられている。
【００１５】
ＥＡ変調器３は、駆動回路１０によって印加される駆動電圧に応じてキャリア光を吸収することにより強度変調された光信号を出力する。このＥＡ変調器３は、吸光量に応じたフォトカレントを流す特性を持つ。半導体レーザ２およびＥＡ変調器３の各カソード端子は、半導体レーザモジュール１のパッケージに接続されていて、ここではアース電位となっている。ＥＡ変調器３と電気的に並列接続された抵抗６は、駆動回路１０から供給される信号に基づいてＥＡ変調器３に印加電圧を生じさせるための終端抵抗である。高速変調に適したマイクロ波に対する終端抵抗６のインピーダンスの値は例えば５０Ωである。ここでは図示を省略したが、ＥＡ変調器３から出力される光信号は、レンズにより集光されて光ファイバに結合され、半導体レーザモジュール１の光出力となる。
【００１６】
駆動回路１０は、例えば、半導体レーザ２を駆動制御するための構成として、ＬＤ電流駆動部１１、バックパワー検出部１２、ＡＰＣリファレンス部１３および比較部１４を有し、ＥＡ変調器３を駆動制御するための構成として、バイアス電圧制御部１５、変調振幅制御部１６、クロスポイント制御部１７、変調電気信号出力部１８およびＤＣ終端器１９を有する。また、駆動回路１０は、サーミスタ５の抵抗値に応じて半導体レーザモジュール１内部の温度を検出する温度検出部２０を有し、この温度検出部２０での検出結果を示す信号が、ここではＡＰＣリファレンス設定部１３、バイアス電圧制御部１５、変調振幅制御部１６およびクロスポイント制御部１７にそれぞれ出力される。
【００１７】
ＬＤ電流駆動部１０は、半導体レーザ２に供給する駆動電流を発生する。この駆動電流は、バックパワー検出部１２の出力電圧およびＡＰＣリファレンス１３の出力電圧を比較した比較部１４の出力電圧に応じて制御される。バックパワー検出部１２は、半導体レーザ２の後方出射光に応じてモニタ用ＰＤ４を流れる電流を電圧変換することにより、後方出射光のパワーに対応した出力電圧を発生する。なお、ここでは、半導体レーザ２の前端面からの光出力と後端面からの光出力との比は一定であることから、半導体レーザ２の後方出射光パワーを検出することで間接的に半導体レーザ２の前方出射光パワーを検出している。
【００１８】
ＡＰＣリファレンス部１３は、半導体レーザ２の光出力パワー制御ループの基準電圧を出力するものである。このＡＰＣリファレンス部８で設定される基準電圧は、後述するように温度検出部２０からの出力信号に応じて制御される。比較部１４は、バックパワー検出部１２およびＡＰＣリファレンス部１３の各出力電圧を比較し、その差分に応じた電圧をＬＤ電流駆動部１１に出力する。
【００１９】
バイアス電圧制御部１５は、インダクタＬ１を介してＥＡ変調器３に印加するバイアス電圧を発生する。このバイアス電圧は、温度検出部２０からの出力信号に応じて制御される。上記のバイアス電圧制御部１５は、変調電気信号出力部１８からキャパシタＣ１を介してＥＡ変調器３に印加される変調電気信号が流れ込まないようにように、出力部分のインピーダンスが変調信号帯域に対して十分に高くなっている。
【００２０】
変調振幅制御部１６は、ＥＡ変調器３に印加される変調電気信号の振幅を制御するための信号を変調電気信号出力部１８に出力する。この変調振幅制御部１６によって制御される変調振幅の設定は、温度検出部２０からの出力信号に応じて制御される。クロスポイント制御部１７は、ＥＡ変調器３に印加される変調電気信号のクロスポイントを制御するための信号を変調電気信号出力部１８に出力する。このクロスポイント制御部１７によって制御される電気クロスポイントの設定も、温度検出部２０からの出力信号に応じて制御される。
【００２１】
変調電気信号出力部１８は、変調振幅制御部１６およびクロスポイント制御部１７からの各制御信号に応じた振幅およびクロスポイントを有する変調電気信号を生成し、その変調電気信号をキャパシタＣ１を介してＥＡ変調器３に与える。ＤＣ終端器１９は、変調電気信号出力部１８の直流終端である。このＤＣ終端器１９も変調電気信号が流れ込まないようにように、出力部分のインピーダンスが変調信号帯域に対して十分に高くなっている。
【００２２】
次に、第１実施形態の半導体レーザモジュールの駆動回路における動作について説明する。
上記のようなＥＡ変調器を備えたペルチェ無しの半導体レーザモジュール１では、駆動回路１０から供給される駆動電流に従って半導体レーザ２でキャリア光が発生してＥＡ変調器３に入力され、そのキャリア光が駆動回路１０からの印加電圧に応じてＥＡ変調器３で吸収されることにより、強度変調された光信号がＥＡ変調器３から出力される。このようにして駆動回路１０により駆動される半導体レーザ２およびＥＡ変調器３は、周囲温度がモジュール内のサーミスタ５の抵抗値に応じて温度検出部２０で検出され、その温度検出部２０で検出された温度に対応する信号が温度検出部２０からＡＰＣリファレンス部１３、バイアス電圧制御部１５、変調振幅制御部１６およびクロスポイント制御部１７にそれぞれ出力される。
【００２３】
駆動回路１０の半導体レーザ２を駆動する側では、温度検出部２０からの出力信号に従って、光出力パワー制御ループの基準電圧となるＡＰＣリファレンス部１３の出力電圧が変化し、この出力電圧が比較部１４の一方の入力端子に印加される。比較部１４の他方の入力端子には、半導体レーザ２の後方出射光パワーに対応したバックパワー検出部１２の出力電圧が印加されていて、ＡＰＣリファレンス部１３からの基準電圧に対するバックパワー検出部１２からの出力電圧の差が求められ、その差に応じた出力電圧がＬＤ電流駆動部１１に印加される。ＬＤ電流駆動部１１では、比較部１４からの出力電圧に従って、バックパワー検出部１２の出力電圧が基準電圧に一致するように、半導体レーザ２に供給する駆動電流の設定値が調整される。これにより、半導体レーザ２からＥＡ変調器３に与えられるキャリア光パワーがモジュール内部の温度変化に関係なく一定にフィードバック制御されるようになる。
【００２４】
駆動回路１０のＥＡ変調器３を駆動する側では、温度検出部２０からの出力信号に従って、バイアス電圧制御部１５の出力電圧が制御されることによりＥＡ変調器３への印加電圧のうちの直流成分（バイアス電圧）が最適化され、また、変調振幅制御部１６およびクロスポイント制御部１７の各出力電圧が制御されることによりＥＡ変調器３への印加電圧のうちの交流成分となる変調電気信号の振幅およびクロスポイントが最適化される。
【００２５】
ここで、モジュールの温度変化に応じたＥＡ変調器３の印加電圧の制御方法について図２を参照しながら説明する。
図２の一例では、前述の図１６に示した一般的な場合と同様の温度特性を持つＥＡ変調器３について、温度検出部２０で検出される温度が７５℃から２５℃に変化した場合におけるＥＡ変調器３の印加電圧制御の様子が模式的に示してある。すなわち、温度検出部２０での検出温度が７５℃の場合、ＥＡ変調器３の温度特性を示す曲線の傾きが大きく線形に近い状態で変化する領域に対応させて、図２の下段左側に示すように、約０〜０．８Ｖの範囲で変調電気信号の低レベル（Ｖｏｎ）および高レベル（Ｖｏｆｆ）が変化するようにＥＡ変調器３への印加電圧Ｖｅａの平均電圧レベル（バイアス電圧）が設定される。このとき、駆動領域における特性曲線の傾斜および歪み具合に応じて、所望の消光比および光クロスポイント（光波形デューティ）が得られるように、変調電気信号の振幅およびクロスポイントがそれぞれ設定される。このような駆動波形の印加電圧がＥＡ変調器３に与えられることにより、図２の上段右側に示すような波形の光信号がＥＡ変調器３から出力されるようになる。
【００２６】
温度検出部２０での検出温度が２５℃の場合には、図２の下段中央に示すように、ＥＡ変調器３の特性曲線の変化に応じて、ＥＡ変調器３のバイアス電圧が高レベル側にシフトされると共に、その特性曲線の傾斜および歪み具合の変化に応じて、所望の消光比および光クロスポイントが得られるように変調電気信号の振幅およびクロスポイントも調整される。これにより、図２の上段右側に示すように、７５℃の場合と同様な平均出力パワーおよび波形の光信号が２５℃の場合にもＥＡ変調器３から出力されるようになる。なお、ここでは図示を省略したが検出温度が０℃の場合にも、上記の場合と同様にして０℃の特性曲線に応じてバイアス電圧、変調振幅および電気クロスポイントの最適化された駆動電圧がＥＡ変調器３に印加されることにより、７５℃や２５℃の場合と同様な光信号がＥＡ変調器３から出力されることになる。
【００２７】
上記のようにして、温度検出部２０での検出温度に応じて、半導体レーザ２の駆動電流およびＥＡ変調器３の駆動電圧（バイアス電圧、変調振幅および電気クロスポイント）を制御するようにしたことで、ペルチェ等によりモジュールの温度制御を行うことなく、半導体レーザモジュール１から出力される光信号の平均出力パワー、消光比および光クロスポイントを周囲温度に依らずに一定に制御することが可能になる。
【００２８】
ここで、上記の図１に示した駆動回路１０の具体的な構成例を挙げておく。ただし、本発明の駆動回路の構成は以下に示す一例に限定されるものではない。
図３は、図１の駆動回路１０についての具体例を示す回路図である。
図３の構成例において、ＬＤ電流駆動部１１は、コレクタ端子が半導体レーザ２のアノード端子に接続され、エミッタ端子が抵抗Ｒ１を介して負の電源電圧（−Ｖ）端子に接続されたトランジスタＴＲ１と、トランジスタＴＲ１のエミッタ電圧が一方の入力端子に印加され、出力電圧をトランジスタＴＲ１のベース端子に印加する差動増幅器Ａ１とから構成される。バックパワー検出部１２は、半導体レーザモジュール１のモニタ用フォトダイオード４に一端が接続され、他端が接地された抵抗Ｒ２からなる。
【００２９】
ＡＰＣリファレンス部１３は、正の電源電圧（＋Ｖ）端子と接地端子の間に直列に接続された抵抗Ｒ３，Ｒ４と、抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続点の電圧が一方の入力端子に印加され、他方の入力端子には温度検出部２０の出力信号が印加される差動増幅器Ａ２とから構成される。なお、温度検出部２０は、一端がサーミスタ５に接続され、他端が接地された抵抗Ｒ２１からなる。比較部１４は、モニタ用フォトダイオード４と抵抗Ｒ２の接続点の電圧が一方の入力端子に印加され、他方の入力端子には差動増幅器Ａ２の出力電圧が印加される差動増幅器Ａ３からなる。
【００３０】
バイアス電圧制御部１５は、ここでは抵抗Ｒ５，Ｒ６、差動増幅器Ａ４，Ａ５およびトランジスタＴＲ２から構成される。抵抗Ｒ５，Ｒ６は、正の電源電圧端子と接地端子の間に直列に接続されている。差動増幅器Ａ４は、抵抗Ｒ５，Ｒ６の接続点の電圧が一方の入力端子に印加され、他方の入力端子には温度検出部２０の出力信号が印加されている。トランジスタＴＲ２は、エミッタ端子がインダクタＬ１を介してＥＡ変調器３のアノード端子に接続され、コレクタ端子が負の電源電圧端子に接続されている。差動増幅器Ａ５は、差動増幅器Ａ４の出力電圧が一方の入力端子に印加され、トランジスタＴＲ２のエミッタ電圧が他方の入力端子に印加され、出力電圧をトランジスタＴＲ２のベース端子に印加する。
【００３１】
振幅変調制御部１６は、ここでは抵抗Ｒ７〜Ｒ９、差動増幅器Ａ６，Ａ７および電界効果トランジスタＦＥＴ１から構成される。抵抗Ｒ７，Ｒ８は、正の電源電圧端子と接地端子の間に直列に接続されている。差動増幅器Ａ６は、抵抗Ｒ７，Ｒ８の接続点の電圧が一方の入力端子に印加され、他方の入力端子には温度検出部２０の出力信号が印加されている。ＦＥＴ１は、変調電気信号出力部１８の後述する差動対をなすＦＥＴ２，ＦＥＴ３のソース端子と抵抗Ｒ９の一端との間に接続されて電流源とし動作する。なお、抵抗Ｒ９の他端は負の電源電圧端子に一端が接続されている。差動増幅器Ａ７は、ＦＥＴ１および抵抗Ｒ９の接続点の電圧が一方の入力端子に印加され、差動増幅器Ａ６の出力電圧が他方の入力端子に印加され、出力電圧をＦＥＴ１のゲート端子に印加する。
【００３２】
クロスポイント制御部１７は、ここでは抵抗Ｒ１０〜Ｒ１７、比較器８、増幅器ａ１およびキャパシタＣ２，Ｃ３から構成される。抵抗Ｒ１０，Ｒ１１と、抵抗Ｒ１２，Ｒ１３と、抵抗Ｒ１４，Ｒ１５とは、それぞれ、正の電源電圧端子と接地端子の間に直列に接続されている。差動増幅器Ａ８は、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１の接続点の電圧が一方の入力端子に印加され、他方の入力端子には温度検出部２０の出力信号が印加されている。増幅器ａ１は、キャパシタＣ４，Ｃ５を介して入力端子に与えられるデータ信号および反転データ信号を所要のレベルまで増幅して出力するものであって、各入力端子およびキャパシタＣ４，Ｃ５の間には抵抗Ｒ１６，Ｒ１７の各一端がそれぞれ接続されている。抵抗Ｒ１６，Ｒ１７の各他端は、キャパシタＣ２，Ｃ３を介してそれぞれ接地されている。また、抵抗Ｒ１６およびキャパシタＣ２の接続点には抵抗Ｒ１４，Ｒ１５の接続点の電圧が印加され、抵抗Ｒ１７およびキャパシタＣ３の接続点には抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の接続点の電圧および差動増幅器Ａ８の出力電圧が印加されている。
【００３３】
変調電気信号出力部１８は、増幅器ａ２、前述のＦＥＴ２，ＦＥＴ３および抵抗Ｒ１８，Ｒ１９からなる。増幅器ａ２は、増幅器ａ１からの出力信号を所要のレベルまで増幅し、反転出力信号をＦＥＴ２のゲート端子に印加し、非転出力信号をＦＥＴ２のゲート端子に印加する。抵抗Ｒ１８，Ｒ１９は、ＦＥＴ２，ＦＥＴ３のドレイン端子に一方の端子が接続され、他方の端子が接地されている。ここではＦＥＴ３のドレイン端子および抵抗Ｒ１９の接続点の電圧がキャパシタＣ１を介してＥＡ変調器３のアノード端子に印加される。なお、ＤＣ終端器１９は、ＦＥＴ３のドレイン端子およびキャパシタＣ１の間の信号線上にインダクタＬ２を介して一端が接続され、他端が接地された抵抗Ｒ２０からなる。
【００３４】
上記のような具体的な構成の駆動回路１０では、サーミスタ５の抵抗値の変化に応じて抵抗Ｒ２１の一端の電圧値が変化することにより、半導体レーザモジュール１内の温度変化が検出され、その電圧値が温度検出部２０の出力信号としてＡＰＣリファレンス部１３、バイアス電圧制御部１５、変調振幅制御部１６およびクロスポイント制御部１７にそれぞれ伝えられる。
【００３５】
ＡＰＣリファレンス部１３では、抵抗Ｒ３，Ｒ４に従って設定された基準電圧に対する温度検出部２０の出力電圧の差が差動増幅器Ａ２で求められ、その差電圧が所要の倍率で増倍されて差動増幅器Ａ３に出力される。差動増幅器Ａ３では、差動増幅器Ａ２の出力電圧を基準としてバックパワー検出部１２での検出結果の比較が行われ、その比較結果に応じてＬＤ電流駆動部１１のトランジスタＴＲ１のベース電圧が調整されることにより、半導体レーザ２の駆動電流がフィードバック制御される。
【００３６】
バイアス電圧制御部１５では、抵抗Ｒ５，Ｒ６に従って設定された基準電圧に対する温度検出部２０の出力電圧の差が差動増幅器Ａ４で求められ、その差電圧が所要の倍率で増倍された後に差動増幅器Ａ５に与えられてトランジスタＴＲ２のベース電圧が調整されることにより、ＥＡ変調器３のバイアス電圧が温度変化に応じて制御される。また、変調振幅制御部１６では、抵抗Ｒ７，Ｒ８に従って設定された基準電圧に対する温度検出部２０の出力電圧の差が差動増幅器Ａ６で求められ、その差電圧が所要の倍率で増倍された後に差動増幅器Ａ７に与えられてＦＥＴ１のゲート電圧が調整されることにより、変調電気信号出力部１８から出力される変調電気信号の振幅が温度変化に応じて制御される。さらに、クロスポイント制御部１７では、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１に従って設定された基準電圧に対する温度検出部２０の出力電圧の差が差動増幅器Ａ８で求められ、その差電圧が所要の倍率で増倍された後に抵抗Ｒ１７およびキャパシタＣ３の接続点に印加されることにより、変調電気信号のクロスポイントが温度変化に応じて制御される。
【００３７】
このように図３に示した駆動回路１０の具体例によれば、温度検出部２０の出力信号に対して、半導体レーザ２の駆動電流およびＥＡ変調器３の駆動電圧をリニアに制御することが可能である。
図４は、図１の駆動回路１０についての他の具体例を示す回路図である。なお、上記の図３に示した構成例と同様の部分には同一の符号を付して、その説明を省略することにする。
【００３８】
図４の構成例における特徴は、半導体レーザ２の駆動電流およびＥＡ変調器３の駆動電圧の制御のために、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）２１Ａ、ＲＯＭ２１Ｂおよびデジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）２１Ｃ１〜２１Ｃ４を備えた制御ＬＳＩ２１を用いて構成した点である。
この制御ＬＳＩ２１では、まず、温度検出部２０から出力されるサーミスタ５の抵抗値に応じたアナログの電圧値がＡＤＣ２１Ａでデジタル値に変換される。そして、このデジタル値に従ってＲＯＭ２１Ｂに記憶されたテーブルのアドレッシングを行い、各アドレスの設定値を読み出して対応するＤＡＣ２１Ｃ１〜２１Ｃ４にそれぞれ出力し、各々のＤＡＣではＲＯＭ２１Ｂからの設定値に対応したアナログの電圧信号が生成される。具体的に、ここでは半導体レーザ２の駆動電流の制御に対応したＤＡＣ２１Ｃ１の出力信号が比較部１４の差動増幅器Ａ３における基準電圧として与えられる。また、ＥＡ変調器３のバイアス電圧の制御に対応したＤＡＣ２１Ｃ２の出力信号がバイアス電圧制御部１５の差動増幅器Ａ５における基準電圧として与えられ、変調電気信号の振幅制御に対応したＤＡＣ２１Ｃ３の出力信号が変調振幅制御部１６の差動増幅器Ａ７における基準電圧として与えられ、変調電気信号のクロスポイント制御に対応したＤＡＣ２１Ｃ４の出力信号がクロスポイント制御部１７における抵抗Ｒ１７およびキャパシタＣ３の接続点に印加される。
【００３９】
上記の制御ＬＳＩ２１については、使用されるＤＡＣ２１Ｃ１〜２１Ｃ４が、例えば図５（Ａ）に示すような電圧源出力の場合には、各ＤＡＣ２１Ｃ１〜２１Ｃ４から出力される制御電圧を対応する各制御部にそのまま与えることができる。一方、図５（Ｂ）に示すような電流源出力の場合には、各々のＤＡＣの出力に電圧変換用の抵抗を接続して各制御部に与える制御電圧を得るようにすればよい。
【００４０】
図６は、ＲＯＭ２１Ｂに記憶されたテーブルの具体例を示したものである。
図６に例示したように、ＲＯＭテーブルには、温度検出部２０の出力電圧をＡＤＣ２１Ａにより変換した各デジタル値に対応するアドレスごとに、各ＤＡＣ２１Ｃ１〜２１Ｃ４に対する適切な設定値（ここでは１６進数で表記された値）が記録されている。このＲＯＭテーブルの設定値は、半導体レーザモジュール１の特性の変化を温度ごとに測定して各々の制御に対する最適値を予め決めておくようにする。また、所要の温度設定（例えば０℃、２５℃および７５℃など）について半導体レーザモジュール１の温度特性データが入手できるような場合には、それらのデータを基に近似式を用いて上記の温度以外での設定値を補完により得ることも可能である。
【００４１】
例えば、３つの温度に対する温度特性データが得られるとき、Ｔを温度、ａ，ｂ，ｃ，ｙを定数として、図７に示すように線形近似式＝ａ・Ｔ＋ｂを用いた補完、図８に示すように指数近似式＝ａ・ｅｘｐ（ｂ・Ｔ）＋ｃを用いた補完、または、図９に示すような多項式近似式＝ａ・ｘｙ＋ｂ・ｘｙ−１＋…＋ｃを用いた補完により、求めたい温度Ｔにおける設定値を得ることが可能である。また、図１０に示すように隣り合うデータ間の各々の特性を線形近似式を用いて個別に補完するようにしてもよい。
【００４２】
なお、ここでは温度特性データの測定点を３つとした場合の補完の具体例を示したが、本発明はこれに限らず多くの測定点におけるデータを用いることでより高い精度の設定値を得ることが可能になる。また、ある温度範囲においては線形近似式を用い、別の温度範囲においては指数近似式を用いるなどといった異なる補完方法の組み合わせも可能である。
【００４３】
上記のように図４に示した駆動回路１０の具体例によれば、半導体レーザ２の駆動電流およびＥＡ変調器３の駆動電圧の各制御がＲＯＭテーブルの設定値に従って行われるようになるため、温度検出部２０の出力信号に対してリニアな制御だけでなく非線型の制御を行うことも可能になる。
なお、上記の制御ＬＳＩ２１を使用した具体例において、例えば、アナログで制御を行っている部分に対して入力をデジタル値化することでＣＰＵによる演算にて処理を行うというような応用も可能である。
【００４４】
次に、本発明による半導体レーザモジュールの駆動回路の第２実施形態について説明する。
図１１は、第２実施形態における半導体レーザモジュールの駆動回路の構成を示す機能ブロック図である。なお、前述した第１実施形態の構成と同様の部分には同一の符号を付して、その説明を省略することにする。
【００４５】
図１１において、本駆動回路１０’により駆動される半導体レーザモジュール１の構成は基本的に第１実施形態の場合と同様であって、ここでは半導体レーザモジュール１内のモニタ用フォトダイオード４を半導体レーザ２の光出力一定制御に利用するのに代えて、ＥＡ変調器３でのキャリア光の吸収により生じるフォトカレントを検出するようにして、そのフォトカレントの変化に基づいて半導体レーザ２の駆動電流を制御すると共に、ＥＡ変調器の印加電圧の変調振幅も制御するようにしている。このため本実施形態ではモニタ用フォトダイオード４を具備しない半導体レーザモジュールを使用することが可能である。
【００４６】
具体的に本駆動回路１０’は、ＥＡ変調器３におけるフォトカレントと終端抵抗６を流れる電流とを合わせた直流電流を検出するバイアス電流検出部２２を備える。このバイアス電流検出部２２は、上記直流電流の検出値を終端抵抗６の負荷値に対する電圧値に変換してＤＣフォトカレント検出部２３に出力する。ＤＣフォトカレント検出部２４は、第１実施形態の場合と同様のバイアス電圧制御部１５の出力電圧とバイアス電流検出部２２の出力電圧とを比較し、その比較結果を基にＥＡ変調器３に流れているフォトカレントの直流成分を検出して、その検出値に応じた電圧信号を比較部１４に出力する。
【００４７】
比較部１４は、半導体レーザモジュール１の動作時におけるフォトカレントの直流成分の設定値に応じた電圧を発生するＤＣフォトカレント設定部２４の出力電圧が与えられていて、ＤＣフォトカレント検出部２７およびＤＣフォトカレント設定部２８の各出力電圧の差を求め、その差分を増倍した出力電圧をＬＤ電流駆動部１１に与える。
【００４８】
また、本駆動回路１０’は、変調電気信号出力部１８からキャパシタＣ１を介してＥＡ変調器３に印加される変調電気信号の高レベル電圧を検出する高レベル検出部２５および低レベル電圧を検出する低レベル検出部２６を有する。高レベル検出部２５および低レベル検出部２６における各検出結果は、ピーク検出部２７に送られる。ピーク検出部２７は、高レベル検出部２５および低レベル検出部２６の各出力電圧の差分をとり、ＥＡ変調器３に印加されている変調電気信号の振幅を検出して、その結果を示す信号をＡＣフォトカレント検出部２８に出力する。
【００４９】
ＡＣフォトカレント検出部２８は、第１実施形態の場合と同様の変調振幅制御部１６で設定された変調振幅を検出する変調振幅モニタ部２９の出力電圧が与えられていて、ピーク検出部２７および変調振幅モニタ部２９の各出力電圧の差分をとり、ＥＡ変調器３に流れているフォトカレントの交流成分を検出してその値に応じた電圧信号を比較部３０に出力する。
【００５０】
比較部３０は、半導体レーザモジュール１の動作時におけるフォトカレントの交流成分の設定値に応じた電圧を発生するＡＣフォトカレント設定部３１の出力電圧が与えられていて、ＡＣフォトカレント検出部２８およびＡＣフォトカレント設定部３１の各出力電圧の差を求め、その差分を増倍した出力電圧を変調振幅制御部１６に与える。
【００５１】
なお、第２実施形態の駆動回路１０’における上記以外の他の部分の構成は、第１実施形態の駆動回路１０の対応する部分の構成と同様である。
ここで、上記の図１１に示した駆動回路１０’の具体的な構成例を挙げておく。ただし、本発明の駆動回路の構成は以下に示す一例に限定されるものではない。
【００５２】
図１２は、図１１の駆動回路１０’についての具体例を示す回路図である。ただし、前述した図３に示した構成例と同様の部分には同一の符号を付して、その説明を省略することにする。
図１２の構成例において、バイアス電流検出部２２は、バイアス電圧制御部１５のトランジスタＴＲ２のコレクタ端子および負の電源電圧（−Ｖ）端子の間に挿入した抵抗Ｒ２２と、その抵抗Ｒ２２の両端の電圧が各入力端子に印加される差動増幅器Ａ９とから構成される。ＤＣフォトカレント検出部２３は、バイアス電圧制御部１５のトランジスタＴＲ２のエミッタ電圧が一方の入力端子に印加され、バイアス電流検出部２２の差動増幅器Ａ９の出力電圧が他方の入力端子に印加される差動増幅器Ａ１０からなる。ＤＣフォトカレント設定部２４は、正の電源電圧（＋Ｖ）端子と接地端子の間に直列に接続された抵抗Ｒ２３，Ｒ２４からなり、抵抗Ｒ２３，Ｒ２４の接続点の電圧が比較部１４を構成する差動増幅器Ａ３の一方の入力端子に印加される。なお、比較部１４の差動増幅器Ａ３の他方の入力端子には、ＤＣフォトカレント検出部２３の差動増幅器Ａ１０の出力電圧が印加される。
【００５３】
高レベル検出部２５は、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ２５およびキャパシタＣ６を有する。ダイオードＤ１は、ＥＡ変調器３のアノード端子に接続する信号線上にカソード端子が接続され、ピーク検出部２７を構成する差動増幅器Ａ１１の一方の入力端子にアノード端子が接続されている。抵抗Ｒ２５およびキャパシタＣ６は、ダイオードＤ１のアノード端子と接地端子の間に並列接続されている。低レベル検出部２６は、上記高レベル検出部２５と同様の構成であって、ダイオードＤ２、抵抗Ｒ２６およびキャパシタＣ７を有し、ダイオードＤ２のアノード端子がピーク検出部２７の差動増幅器Ａ１１の他方の入力端子に接続されている。
【００５４】
ＡＣフォトカレント検出部２８は、ピーク検出部２７の差動増幅器Ａ１１の出力電圧が一方の入力端子に印加される差動増幅器Ａ１２からなる。変調振幅モニタ部２９は、変調振幅制御部１６のＦＥＴ１のソース端子および負の電源電圧端子の間に挿入した抵抗Ｒ２７と、その抵抗Ｒ２７の両端の電圧が各入力端子に印加される差動増幅器Ａ１３とから構成される。この差動増幅器Ａ１３の出力電圧はＡＣフォトカレント検出部２８の差動増幅器Ａ１２の他方の入力端子に印加される。比較部３０は、ＡＣフォトカレント検出部２８の差動増幅器Ａ１２の出力電圧が一方の入力端子に印加される差動増幅器Ａ１４からなる。ＡＣフォトカレント設定部３１は、正の電源電圧端子と接地端子の間に直列に接続された抵抗Ｒ２８，Ｒ２９からなり、抵抗Ｒ２８，Ｒ２９の接続点の電圧が比較部３０の差動増幅器Ａ１４の他方の入力端子に印加される。なお、比較部３０の差動増幅器Ａ１４の出力電圧は、変調振幅制御部１６の差動増幅器Ａ７に印加される。
【００５５】
次に、上記のような第２実施形態の動作について説明する。
まず、ＥＡ変調器３で生じるフォトカレントの直流成分に応じて、半導体レーザ２の前方出射光のパワーを一定にするための制御動作について説明する。
半導体レーザ２の光出力一定制御では、サーミスタ５の抵抗値に応じた温度検出部２０の出力電圧をバイアス電圧制御部１５で増倍し、その値に対してＥＡ変調器３に印加するバイアス電圧を制御する。ここでは、ＥＡ変調器３に印加されるバイアス電圧をＶｂｉａｓで表すことにする。
【００５６】
この時バイアス電圧制御部１５に流れ込んでくる電流の値Ｉｂａｉｓは、ＥＡ変調器３でキャリア光が吸収されることにより生じるフォトカレントの直流成分Ｉｐｈｏｔｏ＿ｄｃと、終端抵抗６を流れる電流Ｉｒとが加算されたものとなる。バイアス電流検出部２２では、上記の電流値Ｉｂａｉｓがモニタ抵抗等により電圧変換されて検出され、その結果がＤＣフォトカレント検出部２３に出力される。このバイアス電流検出部２２の出力電圧Ｖ２２は、電圧変換ゲインをＧ２２として、次の（１）式で表される。
【００５７】
Ｖ２２＝Ｇ２２×（Ｉｒ＋Ｉｐｈｏｔｏ＿ｄｃ） …（１）
ＤＣフォトカレント検出部２３では、バイアス電圧制御部１５からの出力電圧Ｖｂｉａｓとバイアス電流検出部２２からの出力電圧Ｖ２２との差が求められ、その差分が所要のレベルまで増幅される。このＤＣフォトカレント検出部２３の出力電圧Ｖ２３は、差動増幅ゲインをＧ２３、終端抵抗６の抵抗値をＲ６として、次の（２）式で表される。
【００５８】
【００５９】
Ｖ２３＝Ｇ２３×Ｇ２２×Ｉｐｈｏｔｏ＿ｄｃ …（３）
従って、ＤＣフォトカレント検出部２３の出力電圧Ｖ２３は、フォトカレントの直流成分を増倍したものとなる。フォトカレントの直流成分は半導体レーザ２からＥＡ変調器３に入力されるキャリア光のパワーに対応するため、このＤＣフォトカレント検出部２３の出力電圧Ｖ２３に従って、半導体レーザ２の駆動電流をフィードバック制御することにより、半導体レーザ２からの光出力パワーを一定に制御することが可能になる。ここでは、比較部１４において、ＤＣフォトカレント設定部２４の出力電圧で示される目標値に対するＤＣフォトカレント検出部２３の出力電圧Ｖ２３の差が求められ、その差分を増幅した制御信号が比較部１４からＬＤ電流駆動部１１に出力されることにより、フォトカレントの直流成分が目標値に一致するように半導体レーザ２の駆動電流がフィードバック制御されるようになる。
【００６０】
次に、ＥＡ変調器３で生じるフォトカレントの交流成分に応じて、ＥＡ変調器３に印加する変調電気信号の振幅を最適化するための制御動作について説明する。
前述の図１２に示した構成例のように、ＥＡ変調器３に印加する変調電気信号の振幅設定を電流源により行う場合、変調電気信号出力部１８に接続される負荷が抵抗６だけの場合と、ＥＡ変調器３および抵抗６を並列接続した負荷の場合とでは、フォトカレントに応じて印加される電圧が異なるようになる。すなわち、フォトカレントはＥＡ変調器３の吸光量に依存するため、光出力のオン／オフ状態に応じてフォトカレントによる電圧シフト量は異なる。このため、変調電気信号出力部１８から出力される変調電気信号の振幅電圧が、変調振幅設定部１６で設定した値とずれることとなる。
【００６１】
具体的に、例えば図１３の簡易モデルに示すように、変調振幅を決める定電流源の設定値を８０ｍＡとし、また、光出力オフ時に流れるフォトカレントを１４ｍＡ、光出力オン時に流れるフォトカレントを６ｍＡと仮定した一例を想定してみる。この想定において、ＥＡ変調器３および抵抗６を並列接続した負荷が変調電気信号出力部１８に接続される場合には、図１３（Ａ）に示すように低レベル出力（光出力オフ）時に−１．６５Ｖの電圧がＥＡ変調器３に印加され、図１３（Ｂ）に示すように高レベル出力（光出力オン）時に０．１５Ｖの電圧がＥＡ変調器３に印加されることになる。このため、変調電気信号の振幅電圧は１．８０Ｖとなる。一方、抵抗６だけが変調電気信号出力部１８に接続される場合を考えると、低レベル出力時に−２．０Ｖ、高レベル出力時に０．０Ｖの電圧が抵抗６に印加されることになるため、変調電気信号の振幅電圧は２．０Ｖとなる。
【００６２】
上記のような変調電気信号の振幅電圧のずれ量は、例えば図１４に示すように、フォトカレントの振幅ΔＩｐｈｏｔｏに依存することが分かる。すなわち、抵抗６だけが負荷となる図１４（Ａ）の場合の変調電気信号の振幅電圧Ｖｐｐは、高レベル電圧Ｖｏｎおよび低レベル電圧Ｖｏｆｆの差（Ｖｐｐ＝Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ）となる。これに対して、ＥＡ変調器３および抵抗６が負荷となる図１４（Ｂ）の場合の変調電気信号の振幅電圧Ｖｐｐは、光出力オン時のフォトカレントの値をＩｐｈｏｔｏ＿ｏｎ、光出力オフ時のフォトカレントの値をＩｐｈｏｔｏ＿ｏｆｆとして次の（４）式で表すことができる。
【００６３】
【００６４】
そこで、前述の図１２に示した構成例では、ＥＡ変調器３に印加されている変調電気信号の高レベルおよび低レベルの各電圧値が高レベル検出部２５および低レベル検出部２６でそれぞれ検出され、各々の検出結果からピーク検出部２７で振幅電圧Ｖｐｐ１が検出される。このピーク検出部２７で検出される振幅電圧Ｖｐｐ１は、上記の（４）式に対応するものである。一方、変調振幅モニタ部２９では、ＥＡ変調器３が無く終端抵抗６だけの場合に相当する振幅電圧Ｖｐｐ２が検出され、この振幅電圧はＶｐｐ２＝Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆになる。
【００６５】
ＡＣフォトカレント検出部２８では、ピーク検出部２７で検出された振幅電圧Ｖｐｐ１と変調振幅モニタ部２９で検出された振幅電圧Ｖｐｐ２との差分が求められてフォトカレントの振幅ΔＩｐｈｏｔｏが検出される。ＡＣフォトカレント検出部２８の出力電圧Ｖ２８は、差動増幅ゲインをＧ２８として、次の（５）式で表される。
【００６６】
【００６７】
上記のような一連の制御によって、フォトカレントの交流成分に応じてＥＡ変調器３に印加される変調電気信号の振幅を最適化して、ＥＡ変調器３から出力される光信号の消光比を一定に制御することが可能になる。
このように第２実施形態の駆動回路１０’によれば、ＥＡ変調器３で生じるフォトカレントの直流成分に応じて半導体レーザ２の駆動電流を制御すると共に、フォトカレントの交流成分に応じてＥＡ変調器３の変調電気信号の振幅を制御するようにしても、ペルチェ等によりモジュールの温度制御を行うことなく、半導体レーザモジュール１から出力される光信号の平均出力パワーおよび消光比を周囲温度に依らずに一定に制御することが可能になる。また、ＥＡ変調器３に印加するバイアス電圧および変調電気信号のクロスポイントは、第１実施形態の場合と同様にして温度検出部２０での検出温度に応じて制御されるため、半導体レーザモジュール１から出力される光信号の波形も周囲温度に依らずに一定に制御することができる。
【００６８】
なお、上記の第２実施形態では、図１２の構成例に示したように、温度検出部２０の出力電圧に応じてバイアス電圧制御部１５等をリニアに制御する具体例を示したが、上述の図４に示した構成例の場合と同様にして、温度検出部２０の出力電圧を制御ＬＳＩを用いて処理するようにしてもよい。この場合の具体的な構成例を図１５に示しておく。図１５の構成例では、制御ＬＳＩ２１のＤＡＣ２１Ｃ１の出力信号がバイアス電圧制御部１５の差動増幅器Ａ５に与えられ、ＤＡＣ２１Ｃ２の出力信号がクロスポイント制御部１７に与えられる。
【００６９】
また、上記の第２実施形態では、ＥＡ変調器３で生じるフォトカレントに応じて半導体レーザ２の駆動電流の制御とＥＡ変調器３の変調振幅の制御とを行うようにしたが、一方の制御をフォトカレントに応じて行い、他方の制御を第１実施形態の場合と同様にして温度検出部からの出力信号に応じて行うようにしてもよい。
【００７０】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００７１】
（付記１） 駆動電流に応じてキャリア光を生成する半導体レーザと、該半導体レーザから出力されるキャリア光を駆動電圧に応じて吸収することにより強度変調された光信号を出力する電界吸収型光変調器とを備えた半導体レーザモジュールを駆動するための駆動回路において、
前記半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動手段と、
変調電気信号をバイアス電圧に重畳した駆動電圧を前記電界吸収型光変調器に印加する光変調器駆動手段と、
前記半導体レーザおよび前記電界吸収型光変調器の周囲温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出される温度に基づいて、前記半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、前記レーザ駆動手段により供給される駆動電流および前記光変調器駆動手段により印加される駆動電圧をそれぞれ制御する駆動制御手段と、を備えて構成されたことを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動回路。
【００７２】
（付記２） 付記１に記載の半導体レーザモジュールの駆動回路であって、
前記駆動制御手段は、前記温度検出手段で検出される温度に応じて基準値を設定し、前記半導体レーザから出力されるキャリア光のパワーが前記基準値に略一致するように、前記レーザ駆動手段により供給される駆動電流を制御するレーザ駆動制御部と、
前記温度検出手段で検出される温度に基づいて、前記電界吸収型光変調器から出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、前記光変調器駆動手段により印加される駆動電圧を制御する光変調器駆動制御部と、を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動回路。
【００７３】
（付記３） 付記２に記載の半導体レーザモジュールの駆動回路であって、
前記光変調器駆動制御部は、前記温度検出手段で検出される温度に応じて、前記電界吸収型光変調器から出力される光信号の平均パワーが一定となるように、前記光変調器駆動手段におけるバイアス電圧の設定を制御するバイアス電圧制御回路を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動回路。
【００７４】
（付記４） 付記２に記載の半導体レーザモジュールの駆動回路であって、
前記光変調器駆動制御部は、前記温度検出手段で検出される温度に応じて、前記電界吸収型光変調器から出力される光信号の消光比が一定となるように、前記光変調器駆動手段における変調電気信号の振幅設定を制御する変調振幅制御回路を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動回路。
【００７５】
（付記５） 付記２に記載の半導体レーザモジュールの駆動回路であって、
前記光変調器駆動制御部は、前記温度検出手段で検出される温度に応じて、前記電界吸収型光変調器から出力される光信号の光クロスポイントが一定となるように、前記光変調器駆動手段における変調電気信号の電気クロスポイントの設定を制御するクロスポイント制御回路を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動回路。
【００７６】
（付記６） 付記１に記載の半導体レーザモジュールの駆動回路であって、
前記電界吸収型光変調器でキャリア光が吸収されることにより発生するフォトカレントを検出するフォトカレント検出手段を備えて構成され、
前記駆動制御手段は、前記温度検出手段で検出される温度および前記フォトカレント検出手段で検出されるフォトカレントに基づいて、前記半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、前記レーザ駆動手段により供給される駆動電流および前記光変調器駆動手段により印加される駆動電圧をそれぞれ制御することを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動回路。
【００７７】
（付記７） 付記６に記載の半導体レーザモジュールの駆動回路であって、
前記フォトカレント検出手段は、前記電界吸収型光変調器に印加されるバイアス電圧と前記電界吸収型光変調器を流れるバイアス電流とを基に、前記フォトカレントの直流成分を検出するＤＣフォトカレント検出部を備え、
前記駆動制御手段は、前記ＤＣフォトカレント検出部で検出されるフォトカレントの直流成分の値が予め設定した基準値に略一致するように、前記レーザ駆動手段により供給される駆動電流を制御するレーザ駆動制御部を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動回路。
【００７８】
（付記８） 付記６に記載の半導体レーザモジュールの駆動回路であって、
前記フォトカレント検出手段は、前記電界吸収型光変調器に印加される駆動電圧の変調振幅のピーク値と前記光変調器駆動手段における変調電気信号の振幅設定のピーク値とを基に、前記フォトカレントの交流成分の振幅を検出するＡＣフォトカレント検出部を備え、
前記駆動制御手段は、前記ＡＣフォトカレント検出部で検出されるフォトカレントの交流成分の振幅が予め設定した基準値に略一致するように、前記光変調器駆動手段における変調電気信号の振幅設定を制御する変調振幅制御部を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動回路。
【００７９】
（付記９） 駆動電流に応じてキャリア光を生成する半導体レーザと、該半導体レーザから出力されるキャリア光を駆動電圧に応じて吸収することにより強度変調された光信号を出力する電界吸収型光変調器とを備えた半導体レーザモジュールを駆動するための駆動方法において、
前記半導体レーザおよび前記電界吸収型光変調器の周囲温度を検出し、
該検出した温度に基づいて、前記半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、前記半導体レーザに供給する駆動電流、並びに、前記電界吸収型光変調器に印加するバイアス電圧および変調電気信号をそれぞれ制御することを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動方法。
【００８０】
（付記１０） 駆動電流に応じてキャリア光を生成する半導体レーザと、該半導体レーザから出力されるキャリア光を駆動電圧に応じて吸収することにより強度変調された光信号を出力する電界吸収型光変調器とを備えた半導体レーザモジュールを駆動するための駆動方法において、
前記半導体レーザおよび前記電界吸収型光変調器の周囲温度を検出すると共に、前記電界吸収型光変調器でキャリア光が吸収されることにより発生するフォトカレントを検出し、
該検出した温度およびフォトカレントに基づいて、前記半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、前記半導体レーザに供給する駆動電流、並びに、前記電界吸収型光変調器に印加するバイアス電圧および変調電気信号をそれぞれ制御することを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動方法。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電界吸収型光変調器を備えた半導体レーザモジュールの駆動回路および駆動方法によれば、半導体レーザモジュール内の温度変化に応じて、半導体レーザに供給される駆動電流および電界吸収型光変調器に印加される駆動電圧の双方が制御されるようにしたことで、モジュールの温度を一定に制御することなく、半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントを一定にすることができる。これにより、電界吸収型光変調器を備えたペルチェ無しの半導体レーザモジュールに対しても、安定した光出力パワーおよび光出力波形を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体レーザモジュールの駆動回路の第１実施形態の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】上記第１実施形態におけるＥＡ変調器の印加電圧の制御方法を説明するための図である。
【図３】上記第１実施形態についての具体例を示す回路図である。
【図４】上記第１実施形態についての他の具体例を示す回路図である。
【図５】図４のＤＡＣに関する具体例を示す図である。
【図６】図４のＲＯＭに記憶されるテーブルの具体例を示す図である。
【図７】ＲＯＭテーブルの設定値を線形近似式を用いた補完により得る一例を示す図である。
【図８】ＲＯＭテーブルの設定値を指数近似式を用いた補完により得る一例を示す図である。
【図９】ＲＯＭテーブルの設定値を多項式近似式を用いた補完により得る一例を示す図である。
【図１０】ＲＯＭテーブルの設定値をデータ間の線形近似により補完して得る一例を示す図である。
【図１１】本発明による半導体レーザモジュールの駆動回路の第２実施形態の構成を示す機能ブロック図である。
【図１２】上記第２実施形態についての具体例を示す回路図である。
【図１３】上記第２実施形態についてフォトカレントの交流成分とＥＡ変調器の印加電圧との関係を説明するための簡易モデルを示す図である。
【図１４】上記第２実施形態についてフォトカレントの交流成分とＥＡ変調器の印加電圧との関係を説明するための信号波形の概念図である。
【図１５】上記第２実施形態についての他の具体例を示す回路図である。
【図１６】一般的なＥＡ変調器の動作特性の温度依存性を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザモジュール
２ 半導体レーザ（ＬＤ）
３ 電界吸収型光変調器（ＥＡ）
４ モニタ用フォトダイオード（ＰＤ）
５ サーミスタ
６ 終端抵抗
１０，１０’ 駆動回路
１１ ＬＤ電流駆動部
１２ バックパワー検出部
１３ ＡＰＣリファレンス部
１４，３０ 比較部
１５ バイアス電圧制御部
１６ 変調振幅制御部
１７ クロスポイント制御部
１８ 変調電気信号出力部
１９ ＤＣ終端器
２０ 温度検出部
２１ 制御ＬＳＩ
２２ バイアス電流検出部
２３ ＤＣフォトカレント検出部
２４ ＤＣフォトカレント設定部
２５ 高レベル検出部
２６ 低レベル検出部
２７ ピーク検出部
２８ ＡＣフォトカレント検出部
２９ 変調振幅モニタ部
３１ ＡＣフォトカレント設定部
Claims (5)
- 駆動電流に応じてキャリア光を生成する半導体レーザと、該半導体レーザから出力されるキャリア光を駆動電圧に応じて吸収することにより強度変調された光信号を出力する電界吸収型光変調器とを備えた半導体レーザモジュールを駆動するための駆動回路において、
前記半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動手段と、
変調電気信号をバイアス電圧に重畳した駆動電圧を前記電界吸収型光変調器に印加する光変調器駆動手段と、
前記半導体レーザおよび前記電界吸収型光変調器の周囲温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出される温度に基づいて、前記半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、前記レーザ駆動手段により供給される駆動電流および前記光変調器駆動手段により印加される駆動電圧をそれぞれ制御する駆動制御手段と、を備えて構成されたことを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動回路。 - 請求項１に記載の半導体レーザモジュールの駆動回路であって、
前記駆動制御手段は、前記温度検出手段で検出される温度に応じて基準値を設定し、前記半導体レーザから出力されるキャリア光のパワーが前記基準値に略一致するように、前記レーザ駆動手段により供給される駆動電流を制御するレーザ駆動制御部と、
前記温度検出手段で検出される温度に基づいて、前記電界吸収型光変調器から出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、前記光変調器駆動手段により印加される駆動電圧を制御する光変調器駆動制御部と、を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動回路。 - 請求項１に記載の半導体レーザモジュールの駆動回路であって、
前記電界吸収型光変調器でキャリア光が吸収されることにより発生するフォトカレントを検出するフォトカレント検出手段を備えて構成され、
前記駆動制御手段は、前記温度検出手段で検出される温度および前記フォトカレント検出手段で検出されるフォトカレントに基づいて、前記半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、前記レーザ駆動手段により供給される駆動電流および前記光変調器駆動手段により印加される駆動電圧をそれぞれ制御することを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動回路。 - 駆動電流に応じてキャリア光を生成する半導体レーザと、該半導体レーザから出力されるキャリア光を駆動電圧に応じて吸収することにより強度変調された光信号を出力する電界吸収型光変調器とを備えた半導体レーザモジュールを駆動するための駆動方法において、
前記半導体レーザおよび前記電界吸収型光変調器の周囲温度を検出し、
該検出した温度に基づいて、前記半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、前記半導体レーザに供給する駆動電流、並びに、前記電界吸収型光変調器に印加するバイアス電圧および変調電気信号をそれぞれ制御することを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動方法。 - 駆動電流に応じてキャリア光を生成する半導体レーザと、該半導体レーザから出力されるキャリア光を駆動電圧に応じて吸収することにより強度変調された光信号を出力する電界吸収型光変調器とを備えた半導体レーザモジュールを駆動するための駆動方法において、
前記半導体レーザおよび前記電界吸収型光変調器の周囲温度を検出すると共に、前記電界吸収型光変調器でキャリア光が吸収されることにより発生するフォトカレントを検出し、
該検出した温度およびフォトカレントに基づいて、前記半導体レーザモジュールから出力される光信号の平均パワー、消光比および光クロスポイントが一定となるように、前記半導体レーザに供給する駆動電流、並びに、前記電界吸収型光変調器に印加するバイアス電圧および変調電気信号をそれぞれ制御することを特徴とする半導体レーザモジュールの駆動方法。
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