JP2004128323A - Control method for light transmitter and its light transmitter - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強度変調で信号を送信する光送信器に係り、特に、テーブル作成が容易で、経時変化への対応に優れた光送信器の制御方法及びその光送信器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光送信器は、バイアス電流及び変調電流に応じた強度で光出力する光源と、送信信号に基づいて変調電流を生成する変調回路とを備えており、外部機器から与えられた送信信号(ここでは論理“0”、“1”に対応する電圧を有するデジタル信号とその反転信号とを対にした信号である)を差動・緩衝増幅し、その差動増幅信号の一方を光源であるレーザダイオード(以下、LDという)に印加すると、送信信号の論理“0”,“1”に対応して光出力強度が0レベルと1レベルとの間で強弱変化する光送信信号が得られる。
【0003】
LDを光源に用いた光送信器では、LDの温度変化により、発振スレッショルド電流の変化による光出力強度の変化と、変調効率の変化による光出力波形の変化(消光比の変化)とが発生するため、バイアス電流及び変調電流の制御が必要である。
【0004】
光出力強度の変化を避けるためのバイアス電流の制御には、光出力をモニタし、バイアス電流にフィードバックをかけるAPC(auto power control;自動光出力制御)が用いられる。
【0005】
光出力波形の変化を避けるためには、サーミスタなどを使用して光源の周囲温度を計測し、その周囲温度に応じて変調電流を制御することが知られており、サーミスタの出力を変調回路に入力して変調電流をアナログ的に可変制御する方式と、不揮発性メモリ等の記録媒体に設けたテーブルに温度毎の適正な変調電流値を記録しておき、サーミスタの出力に応じてマイコン等のデジタル制御回路で記録を読み出して変調回路に与えることで変調電流を温度毎に制御する方式とが用いられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
サーミスタの出力により変調電流をアナログ的に可変制御する方式は、LD毎の特性ばらつきの補償が難しいという問題がある。また、光送信器の動作温度の全範囲において特性を最適に維持することが難しいという問題がある。
【0007】
温度毎の適正な変調電流値を読み出して変調電流を制御する方式では、個別のLD毎にテーブルを持つことができ、温度毎に細かい制御も可能となるので、上記アナログ方式の持つ問題は避けられる。しかしながら、テーブルの作成には光送信器の動作温度の全範囲まで周囲温度を変化させ、各周囲温度においてオシロスコープ等の観測用機器で波形(或いは消光比)を確認しながら変調電流値を調整して適正な変調電流値を決めなければならないので、手間が掛かるという問題がある。
【0008】
また、上記2つの方式の双方に言えることであるが、光出力強度の経時変化 (経年変化)は上記光出力のモニタにより検出することができるが、変調効率の変化による光出力波形の変化(消光比の変化)までは検出することができないとう問題がある。これは、上記光出力のモニタが光出力強度の平均を検出することはできても、信号速度がモニタの応答速度よりも速すぎてピーク検出はできないことによる。
【0009】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、テーブル作成が容易で、経時変化への対応に優れた光送信器の制御方法及びその光送信器を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の光送信器の制御方法は、光源に交流結合で変調電流を印加して光出力強度を変調する光送信器において、予め外部より周囲温度の変化を与える環境下で各周囲温度において変調電流値(振幅)を掃引しつつ光源光を内部の光センサで受光して平均光出力レベルを計測することにより、この平均光出力レベルが変化し始める変曲点を探索し、この変曲点における変調電流値を消光比最大の変調電流値とし、この変調電流値を内部の温度センサで計測される周囲温度に対応させて内部のテーブルに記憶しておき、爾後、前記温度センサで計測される周囲温度で前記テーブルを参照し、得られた消光比最大の変調電流値に基づいて変調電流を制御することにより、消光比を調節するものである。
【0011】
光源にバイアス電流が印加されており、そのバイアス電流に計測された平均光出力レベルを帰還して平均光出力レベルを一定にするAPC制御機能を有する場合、前記変曲点探索を行う前にAPC制御を行って所望の平均光出力レベルとなるバイアス電流を得た後、APC制御を遮断してそのバイアス電流に固定し、それから前記変曲点探索を行ってもよい。
【0012】
前記テーブルから得た消光比最大の変調電流値を所定の比率で減じた値に変調電流を制御してもよい。
【0013】
任意の周囲温度において所望の消光比が得られる変調電流値を求め、その周囲温度における消光比最大の変調電流値と前記所望の消光比が得られる変調電流値との比を計算して記憶しておき、爾後、前記テーブルを参照して得られた消光比最大の変調電流値に前記比を乗じて変調電流の制御値としてもよい。
【0014】
任意の周囲温度において変調電流値を掃引しつつ平均光出力レベルを計測することにより、この平均光出力レベルが変化し始める変曲点を探索し、この変曲点における変調電流値(消光比最大の変調電流値)と前記温度センサで計測される周囲温度で前記テーブルを参照して得た消光比最大の変調電流値とを比較することにより、変調効率の経時変化を診断してもよい。
【0015】
前記診断を電源投入時に起動してもよい。
【0016】
また、本発明の光送信器の制御方法は、光源にバイアス電流と共に直流結合で変調電流を印加して光出力強度を変調する光送信器において、予め外部より周囲温度の変化を与える環境下で各周囲温度において変調電流を印加しない状態でバイアス電流を掃引しつつ光源光を前記光センサで受光して光出力レベルを計測することにより、光源が発光し始めるスレッショルド電流を求めた後、そのスレッショルド電流にバイアス電流に固定した状態で変調電流値(振幅)を掃引しつつ所望の平均光出力レベルに達する変調電流値を求め、この変調電流値を内部の温度センサで計測される周囲温度に対応させて内部のテーブルに記憶しておき、爾後、前記温度センサで計測される周囲温度で前記テーブルを参照し、得られた変調電流値に基づいて変調電流を制御することにより、消光比を調節するものである。
【0017】
また、光送信器は、バイアス電流及び変調電流に応じた強度で光出力する光源と、送信信号に基づいて変調電流を生成する変調回路と、その変調振幅を制御する振幅制御部と、バイアス電流を制御するバイアス制御部と、光源光をモニタ受光する光センサと、その光源光の平均光出力レベルを計測する平均光出力レベル計測回路と、周囲温度を計測する温度センサと、変調電流値(振幅)を掃引しつつ光源光の平均光出力レベルを計測することにより、特定の平均光出力レベルが得られる変調電流値を探索する探索部と、この探索した変調電流値を前記温度センサで計測される周囲温度に対応させて記憶するテーブルと、前記温度センサで計測される周囲温度で前記テーブルを参照して得られた変調電流値に基づいて変調電流を制御する消光比調節部とを備えたものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0019】
図1に示されるように、本発明に係る光送信器は、バイアス電流及び変調電流に応じた強度で光出力する光源(LD)1と、外部機器(図示せず)から与えられた送信信号を差動・緩衝増幅する差動・緩衝増幅器2と、その送信信号に基づいて2つのトランジスタをスイッチングすることで光源1に印加する変調電流を生成する変調回路3と、その変調回路3を構成する2つのトランジスタに電流を印加する電流源4と、その電流源4を制御して変調回路3における変調振幅を制御する振幅制御部51と、光源1にバイアス電流を印加する電流源6と、その電流源6を制御してバイアス電流を制御するバイアス制御部52と、光源1からの光源光を直接モニタ受光する光センサ(PD)7と、PD7の出力を積分することにより光源光の平均光出力レベルを計測する平均光出力レベル計測回路8と、周囲温度を計測する温度センサ(サーミスタ)9と、温度センサ9のための定電流源10と、変調電流値(振幅)を掃引しつつ光源光を光センサ7で受光して平均光出力レベルを計測することにより、特定の平均光出力レベルが得られる変調電流値として平均光出力レベルが変化し始める変曲点を探索する探索部(変曲点探索部)53と、この探索した変曲点における変調電流値を消光比最大の変調電流値として温度センサ9で計測される周囲温度に対応させて記憶するテーブル(メモリ)11と、温度センサ9で計測される周囲温度でテーブル11を参照して得られた消光比最大の変調電流値に基づいて変調電流を制御することにより消光比を調節する消光比調節部54と、計測された平均光出力レベルをバイアス電流に帰還して平均光出力レベルを一定にするAPC制御部55とを備える。
【0020】
マイクロプロセッサ5を図の左に拡大して示す。振幅制御部51、バイアス制御部52、変曲点探索部53、消光比調節部54、APC制御部55は、マイクロプロセッサ5が実行するプログラムとして構成されている。マイクロプロセッサ5には、これらのプログラムだけでなく、後述する動作に必要なプログラムが格納されている。また、マイクロプロセッサ5と上記の電流源4、電流源6、平均光出力レベル計測回路8、温度センサ9との間には、それぞれD/A変換器12,13、或いはA/D変換器14,15が設けられている。これらD/A変換器12,13、A/D変換器14,15の働きは自明であるので、後述する動作説明では省略する。
【0021】
光源1と変調回路3の一方のトランジスタとの間には、交流結合のためのコンデンサ16が挿入されている。つまり、この実施形態では、変調電流が交流結合で光源1に印加されている。
【0022】
次に、この光送信器によるテーブル作成の手順を説明する。
【0023】
工場などにおいて光送信器の製造直後から出荷までの間に、テーブル作成処理を行う。テーブル作成処理では、光送信器を恒温槽に入れ、送信信号の代わりに試験用信号を与え、光送信器はテーブル作成モードにしておく。
【0024】
光送信器をテーブル作成モードにするには、光送信器の外部より図1には示さなかった通信線を介してマイクロプロセッサ5に指令する。試験用信号としてはデューティ比50%の連続パルス信号、又は、交流結合に用いたコンデンサ16の容量で決まるカットオフ周波数の逆数(=時間)より短い時間内に論理“0”,“1”を示す電圧の出現頻度が1:1となっている信号を用いるとよい。試験用信号は、光送信器の外部から与えてもよいし、光送信器の内部にPRBS(pseudo random binary sequence)信号発生器を設け、この信号発生器からPRBS信号を試験用信号として供給するようにしてもよい。
【0025】
恒温槽では、テーブルに記録が必要な温度を低温から高温へとゆっくりと変化させる。ゆっくりというのは、後述するステップ▲1▼〜▲3▼を実行する間は温度がほぼ一定とみなせるような速度である。
【0026】
ステップ▲1▼において、光送信器は、APC制御部55によりAPC制御を行いながら、平均光出力レベル計測回路8で計測される平均光出力レベルが目標出力レベルとなるバイアス電流を求める。目標出力レベルは、予めメモリ11に設定されているものとする。平均光出力レベルが目標出力レベルになったとき、光送信器は、バイアス制御部52から電流源6に指令しているバイアス電流値を固定し、APC制御部55によるAPC制御を停止する。
【0027】
ステップ▲2▼において、光送信器は、変曲点探索部53を動作させ、変調電流値を掃引する。即ち、振幅制御部51から電流源4に指令している変調電流値を十分に小さい値から徐々に大きい値にしていく。図2(a)〜図2(c)に示されるように、変調電流値が小さいときには光出力強度の振幅(0レベルと1レベルとの落差)が小さいが、変調電流値が大きくなると光出力強度の振幅が大きくなる。同時に、光送信器は、平均光出力レベル計測回路8により平均光出力レベルを計測する。バイアス電流は一定であり、変調電流は交流で印加されるので、図2(a)から図2(b)まで平均光出力レベルは一定を保ち、光出力強度は振幅の大きさによらず平均光出力レベルの上下に均等に振れる。しかし、図2(c)のように変調電流値がさらに大きくなると、1レベルの光出力強度は高くなるが、0レベルの光出力強度はマイナス領域になることは有り得ないため、ゼロ以下にはならない(クリップされる)。その結果、平均光出力レベルが矢印で示したように上昇する。なお、このときAPC制御がかかっていると、平均光出力レベルを下げる方向にバイアス電流値が制御されてしまうので、APC制御は停止させている。
【0028】
図2(a)は消光比が小さい状態であり、図2(b)は消光比が大きい状態であり、図2(c)は消光比が無限大の状態である。図2(b)から図2(c)へ移行するぎりぎりの状態(0レベルがほぼ光強度ゼロの状態)が消光比最大の状態である。従って、平均光出力レベルが一定から大きくなり始める変曲点において消光比は最大となる。そこで、光送信器の変曲点探索部53は、平均光出力レベル計測回路8から入力される平均光出力レベルを常時、直前の値と比較することにより、平均光出力レベルが大きくなり始めたことを検出する。これにより、変曲点を捕らえたことになる。
【0029】
図3に変調電流値と平均光出力レベルとの関係を示す。ある温度のとき変調電流値を上げていくと、変調電流値が小さいうちは平均光出力レベルが一定であるが、ある変調電流値(これを変曲点という)になると平均光出力レベルが上昇し始める(特性31)。変曲点より変調電流値が大きいと、消光比は無限大となる。温度が高くなると、光源1の微分効率が低下することに起因して特性が変化する。このため変曲点となる変調電流値が大きくなる(特性32)。さらに温度が高くなると、変曲点となる変調電流値もさらに大きくなる(特性33)。上記のように周囲温度をゆっくり上げながら変調電流値の掃引を繰り返すことは、図3を求めることにほかならない。
【0030】
ステップ▲3▼において、光送信器は、変曲点を捕らえた瞬間に振幅制御部51が指令していた変調電流値を消光比最大の変調電流値とし、温度センサ9で計測される周囲温度に対応させてテーブル11に記憶する。
【0031】
ステップ▲4▼において、光送信器は、温度センサ9で計測される周囲温度がテーブル11の温度刻みの一つ分上の温度に上昇するまで待機する。周囲温度が目標温度に到達したら再びAPC制御を開始してステップ▲1▼に戻る。
【0032】
恒温槽が低温から高温へとゆっくりと変化する間に、光送信器は、ステップ▲1▼〜▲4▼を繰り返し実行する。これにより、テーブル11には温度刻み毎の各周囲温度における消光比最大の変調電流値が全て記録されることになる。テーブル11の全欄の記録が終了したら光送信器はテーブル作成モードを自動終了する。テーブル11を構成するメモリを不揮発性としておくことにより、光送信器の電源をオフした後にもテーブル11の内容は保存される。従って、出荷される光送信器は、光源1に使用されるLD個別の特性ばらつきを含めて温度補償がなされた光送信器となる。
【0033】
従来の技術では、APC制御を任意に遮断・再開する機能、変調電流値を掃引する機能、平均光出力レベルの変化し始めを検出する機能、変調電流値をテーブルに書き込む機能、周囲温度の上昇を待機して探索を繰り返す機能などがなかったため、外部からAPC制御を遮断・再開させたり、外部から変調電流値を与えたり、観測用機器で波形を観測したり、外部から変調電流値を書き込んだりする作業を人が行う必要があった。これに対して本発明では、テーブル作成モードに設定さえしておけば、周囲温度を変化させるだけで、光送信器が自動的にテーブルを作成してくれるので、手間が掛からない。多数の光送信器を同時にテーブル作成処理する場合でも手間は変わらない。
【0034】
次に、この光送信器の通常使用時の動作を説明する。
【0035】
光送信器が既にテーブル11を作成しており、通常モードで動作しているとき、消光比調節部54は、温度センサ9で計測される周囲温度でテーブル11を参照する。これにより、その現在の温度における消光比最大の変調電流値が得られる。従って、振幅制御部51がこの変調電流値を目標に変調回路3の電流源4を制御すれば、消光比が最大の光強度変調信号を出力することができる。
【0036】
しかし、ここでは、消光比を最大よりも小さくして送信を行うものとする。その理由は、消光比を大きくしてあるとき、高速な送信信号に基づいて変調を行うと変調電流の変化に対して光源1の発振(発光)が追従しにくく、光出力波形が崩れるからである。消光比を小さくすると、この波形の問題は解消されるものの、受信側で信号識別が困難になる。従って、消光比は、消光比最大まで大きくするのではなく、通信規格で規定された下限を超える消光比であって、光出力波形の歪みが出ない程度の消光比とするのがよい。そこで、消光比調節部54は、消光比最大の変調電流値を所定の比率で減じた値に変調電流を制御する。これにより、消光比が最大より所定の比率だけ小さい光強度変調信号を出力することができる。周囲温度が変化しても、比率は予め設定してある一定のものを適用するので、周囲温度によらず消光比を最大よりも一定比小さくして送信を行うことができる。
【0037】
上記比率を所望した値に制御したい場合には、次のように行う。
【0038】
工場などにおいて、前述したテーブル作成処理の後、消光比設定処理を行う。消光比設定処理では、任意の周囲温度において、テーブル作成処理のときと同じ試験用信号を与え、光送信器は消光比設定モードとしておく。光送信器を消光比設定モードにするには、光送信器の外部より図1には示さなかった通信線を介してマイクロプロセッサ5に指令する。
【0039】
この状態で、オシロスコープ等の観測用機器でLD1の光出力を観測し波形(或いは消光比)を求める。光送信器は、周囲温度が何度であっても既に作成したテーブル11に従って消光比最大となるよう変調電流値を制御しているので、観測される消光比は最大である。消光比設定モードでは、光送信器の外部より通信線にて消光比設定値をマイクロプロセッサ5に指令する。この消光比設定値に基づいて光送信器が変調電流を制御するので、観測用機器でその結果を観測し設定どおりの消光比になったかどうか確認する。所望する消光比が得られたら、消光比設定モードを終了する。その際、光送信器は、予め設定してある比率の代わりに所望する消光比が得られたときに上記外部から与えられていた消光比設定値をメモリ11に記憶する。
【0040】
その後、通常モードにおいて、光送信器は、テーブル11を参照して得られた消光比最大の変調電流値にメモリ11から取り出した消光比設定値を乗じて変調電流の制御値とする。これにより、各周囲温度において所望した消光比となる変調電流値が得られるので、所望した消光比の光強度変調信号を出力することができる。なお、消光比設定値を記憶するのではなく、テーブル11に記憶していた消光比最大の変調電流値を全て消光比設定値を乗じた適正変調電流値に書き替えておき、通常モードではテーブル11から適正変調電流値を直読して制御に使用するようにしてもよい。
【0041】
次に、変調効率の経時変化の診断について説明する。
【0042】
光送信器がテーブル11を作成した後の任意の時点で、テーブル作成処理のときと同じ試験用信号を与え、経時変化の診断処理を行う。経時変化の診断処理は、光送信器の外部より通信線にてマイクロプロセッサ5に診断モードを指令してもよいし、光送信器の電源を投入したときにマイクロプロセッサ5が最初に行う初期化プログラムの一環として行うようにしてもよい。
【0043】
経時変化の診断処理では、前述したテーブル作成処理におけるステップ▲1▼,▲2▼を行う。これにより、温度センサ9が計測している周囲温度における現在時点での消光比最大の変調電流値が得られる。一方、温度センサ9が計測している周囲温度によりテーブル11を参照すると、テーブル作成時点での消光比最大の変調電流値が得られる。現在時点とテーブル作成時点の2つの変調電流値が一致するか僅差であれば劣化は起きていない、もしくは不具合にならない程度の劣化と判断できる。2つの変調電流値に有意の差があれば、変調効率の劣化によって光出力波形の劣化(消光比の劣化)が生じており不具合につながると判断できる。光送信器に予め判定値を記憶させておくことにより、光送信器は2つの変調電流値の差が判定値を超えているかどうかを見て劣化の判断を行い、劣化が有意レベルまで進行しているようであれば、上位機器に通知したり、表示器等によりユーザに警告を出したりすることができる。
【0044】
次に、変調電流が直流結合で光源に印加されている実施形態を説明する。図1において破線で示されているように、光源1と変調回路3の一方のトランジスタとの間が短絡されていることにより直流結合が実現される。この場合、テーブル作成の手順は以下のようになる。
【0045】
工場などにおいて光送信器の製造直後から出荷までの間に、テーブル作成処理を行う。テーブル作成処理では、光送信器を恒温槽に入れ、光送信器はテーブル作成モードにしておく。試験用信号は与えるが、後述のように変調電流を停止して、実質、試験用信号がない状態とすることがある。
【0046】
恒温槽では、テーブルに記録が必要な温度を低温から高温へとゆっくりと変化させる。ゆっくりというのは、後述するステップ▲1▼´〜▲3▼´を実行する間は温度がほぼ一定とみなせるような速度である。
【0047】
ステップ▲1▼´において、光送信器は、APC制御部55によるAPC制御を停止すると共に、振幅制御部51より電流源4を制御して変調電流を停止する。変調電流を与えない状態で、バイアス制御部52によりバイアス電流を掃引する。バイアス制御部52は、電流源6に指令しているバイアス電流値を非常に小さい値から徐々に大きい値にしていく。同時に、光送信器は、平均光出力レベル計測回路8により平均光出力レベルを計測する。光源1に印加されている電流はバイアス電流のみであるからバイアス電流値が非常に小さいとき光源1は発光せず、計測される平均光出力レベルはゼロである。光源1が発光し始めると、平均光出力レベルが上がる。このときのバイアス電流値がスレッショルド電流値である。光送信器は、バイアス電流値をスレッショルド電流値に固定する。
【0048】
ステップ▲2▼´において、光送信器は、探索部53を動作させ、変調電流値を掃引する。即ち、振幅制御部51から電流源4に指令している変調電流値を十分に小さい値から徐々に大きい値にしていく。これにより、光出力強度の振幅は増大する。ただし、変調電流が直流結合で光源に印加されているので、図2(a)から図2(b)のように平均光出力レベルを一定に保って増大するのではなく、バイアス電流値がスレッショルド電流値であることに基づいて0レベルが光強度ゼロ近傍を保ったまま1レベルが増大し、それに伴い平均光出力レベルも増大する。平均光出力レベル計測回路8から入力される平均光出力レベルを常時、予め設定されているテーブル作成用設定値と比較することにより、平均光出力レベルがテーブル作成用設定値に達したことを検出する。即ち、特定の平均光出力レベルが得られる変調電流値を探索したことになる。
【0049】
ステップ▲3▼´において、光送信器は、平均光出力レベルがテーブル作成用設定値に達した瞬間に振幅制御部51が指令していた変調電流値を温度センサ9で計測される周囲温度に対応させてテーブル11に記憶する。
【0050】
ステップ▲4▼´において、光送信器は、温度センサ9で計測される周囲温度がテーブル11の温度刻みの一つ分上の温度に上昇するまで待機する。周囲温度が目標温度に到達したら、変調電流を停止してステップ▲1▼´に戻る。
【0051】
恒温槽が低温から高温へとゆっくりと変化する間に、光送信器は、ステップ▲1▼´〜▲4▼´を繰り返し実行する。これにより、テーブル11には温度刻み毎の各周囲温度における特定の平均光出力レベルが得られる変調電流値が全て記録されることになる。
【0052】
その後、任意の周囲温度において、APC制御目標値の設定を行う。APC制御目標値の設定処理では、任意の周囲温度において、テーブル作成処理のときと同じ試験用信号を与え、光送信器はAPC設定モードとしておく。光送信器をAPC設定モードにするには、光送信器の外部より図1には示さなかった通信線を介してマイクロプロセッサ5に指令してもよいし、テーブル作成モードにおいてテーブル11が完成したとき、そのままAPC設定モードに移行してもよい。
【0053】
この状態で、オシロスコープ等の観測用機器でLD1の光出力を観測し波形(或いは消光比)を求める。光送信器は、周囲温度が何度であっても既に作成したテーブル11に従って変調電流値を制御しているので、平均光出力レベルはテーブル作成用設定値に等しい。APC設定モードでは、光送信器の外部より通信線にてAPC制御目標値をマイクロプロセッサ5に指令する。このAPC制御目標値に基づいて光送信器がバイアス電流を制御するので、観測用機器でその結果を観測し確認する。所望する平均光出力レベルが得られたら、上記外部から与えられていたAPC制御目標値をメモリ11に記憶し、APC設定モードを終了する。
【0054】
次に、この光送信器の通常使用時の動作を説明する。
【0055】
光送信器が既にテーブル11を作成しており、通常モードで動作しているとき、消光比調節部54は、温度センサ9で計測される周囲温度でテーブル11を参照する。これにより、その現在の温度におけるバイアス電流値がスレッショルド電流値である場合に特定の平均光出力レベルが得られるような変調電流値が得られる。この変調電流値を目標に振幅制御部51が変調回路3の電流源4を制御する。一方、APC制御部55は、平均光出力レベル計測回路8で計測される平均光出力レベルがメモリ11に記憶されているAPC制御目標値になるようバイアス電流を制御する。
【0056】
直流結合の場合の変調効率の経時変化の診断においては、ステップ▲1▼´,▲2▼´を行い、そのとき探索された変調電流値(即ち、現在時点で特定の平均光出力レベルが得られる変調電流値)と温度センサ9が計測している周囲温度によりテーブル11を参照した変調電流値(テーブル作成時点において特定の平均光出力レベルが得られた変調電流値)とを比較する。劣化の判断及び対処方法は交流結合の場合と同様である。
【0057】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【0058】
(1)光送信器が自動的に変調電流値を掃引して変曲点を探索し、変調電流値を自動的にテーブルに記憶するので、テーブル作成時の手間が掛からない。
【0059】
(2)光送信器が自動的にテーブル作成時と現在との消光比最大の変調電流値を比較して劣化を検出するので、メンテナンスが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す光送信器の回路図である。
【図2】光送信器における光出力強度と変調電流値との関係を示す波形図である。
【図3】変調電流値と平均光出力レベルとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
1 光源(LD)
3 変調回路
5 マイクロプロセッサ
7 光センサ(PD)
8 平均光出力レベル計測回路
9 温度センサ(サーミスタ)
11 テーブル(メモリ)
51 振幅制御部
52 バイアス制御部
53 探索部(変曲点探索部)
54 消光比調節部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical transmitter for transmitting a signal by intensity modulation, and more particularly to a method for controlling an optical transmitter which is easy to create a table and is excellent in coping with a change with time, and to the optical transmitter.
[0002]
[Prior art]
The optical transmitter includes a light source that outputs light at an intensity corresponding to the bias current and the modulation current, and a modulation circuit that generates a modulation current based on the transmission signal, and includes a transmission signal provided from an external device (here, a transmission signal). A digital signal having a voltage corresponding to logic "0" or "1" and a signal obtained by inverting the digital signal, and a laser diode as a light source. (Hereinafter referred to as LD), an optical transmission signal whose optical output intensity changes between 0 level and 1 level corresponding to the logic "0" and "1" of the transmission signal is obtained.
[0003]
In an optical transmitter using an LD as a light source, a change in light output intensity due to a change in oscillation threshold current and a change in light output waveform (a change in extinction ratio) due to a change in modulation efficiency occur due to a change in temperature of the LD. Therefore, it is necessary to control the bias current and the modulation current.
[0004]
For controlling the bias current to avoid a change in the light output intensity, APC (auto power control) that monitors the light output and feeds back the bias current is used.
[0005]
It is known to measure the ambient temperature of the light source using a thermistor or the like and control the modulation current according to the ambient temperature in order to avoid changes in the optical output waveform, and the output of the thermistor is sent to a modulation circuit. A method in which the modulation current is input and variably controlled in an analog manner, and an appropriate modulation current value for each temperature is recorded in a table provided on a recording medium such as a non-volatile memory, and a microcomputer or the like is operated according to the output of the thermistor. A method of controlling a modulation current for each temperature by reading a record by a digital control circuit and applying the read record to a modulation circuit is used.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The method in which the modulation current is variably controlled in an analog manner by the output of the thermistor has a problem that it is difficult to compensate for the characteristic variation of each LD. In addition, there is a problem that it is difficult to maintain characteristics optimally over the entire operating temperature range of the optical transmitter.
[0007]
In the method of controlling the modulation current by reading an appropriate modulation current value for each temperature, a table can be provided for each individual LD, and fine control can be performed for each temperature. Can be However, to create the table, change the ambient temperature to the entire range of the operating temperature of the optical transmitter, and adjust the modulation current value at each ambient temperature while checking the waveform (or extinction ratio) with an observation device such as an oscilloscope. Therefore, there is a problem that it takes time and effort to determine an appropriate modulation current value.
[0008]
In addition, as can be said in both of the above two methods, a temporal change of the optical output intensity (aging) can be detected by the above-mentioned optical output monitor. Extinction ratio change). This is because the monitor of the light output can detect the average of the light output intensity, but the peak speed cannot be detected because the signal speed is too fast than the response speed of the monitor.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to provide a control method of an optical transmitter which is easy to create a table, and is excellent in coping with a change with time, and to provide the optical transmitter.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method for controlling an optical transmitter according to the present invention is directed to an optical transmitter that modulates optical output intensity by applying a modulation current to a light source by AC coupling in an environment in which ambient temperature is changed from the outside in advance. The light source light is received by the internal light sensor while the modulation current value (amplitude) is swept at each ambient temperature, and the average light output level is measured. A search is made, and the modulation current value at this inflection point is set as the maximum modulation current value of the extinction ratio, and this modulation current value is stored in an internal table in correspondence with the ambient temperature measured by the internal temperature sensor, and thereafter The extinction ratio is adjusted by referring to the table based on the ambient temperature measured by the temperature sensor and controlling the modulation current based on the obtained modulation current value having the maximum extinction ratio.
[0011]
When a bias current is applied to the light source and an APC control function is provided to feed back the measured average light output level to the bias current to make the average light output level constant, the APC is performed before the inflection point search is performed. After performing the control to obtain a bias current having a desired average light output level, the APC control may be interrupted to fix the bias current, and then the inflection point search may be performed.
[0012]
The modulation current may be controlled to a value obtained by subtracting the maximum extinction ratio modulation current value obtained from the table by a predetermined ratio.
[0013]
A modulation current value at which a desired extinction ratio is obtained at an arbitrary ambient temperature is obtained, and a ratio between the modulation current value at the maximum extinction ratio at the ambient temperature and the modulation current value at which the desired extinction ratio is obtained is calculated and stored. After that, the modulation current control value may be obtained by multiplying the modulation current value having the maximum extinction ratio obtained by referring to the table by the ratio.
[0014]
By measuring the average light output level while sweeping the modulation current value at an arbitrary ambient temperature, an inflection point at which the average light output level starts to change is searched for, and the modulation current value at this inflection point (maximum extinction ratio) By comparing the modulation current value with the maximum extinction ratio obtained by referring to the table at the ambient temperature measured by the temperature sensor, and thereby diagnosing a change in the modulation efficiency with time.
[0015]
The diagnosis may be activated at power-on.
[0016]
Further, in the optical transmitter control method of the present invention, in an optical transmitter that modulates optical output intensity by applying a modulation current to a light source by DC coupling together with a bias current, in an environment in which ambient temperature is changed externally in advance. At each ambient temperature, a threshold current at which the light source starts emitting light is obtained by measuring the light output level by receiving the light source light with the optical sensor while sweeping the bias current in a state where no modulation current is applied, and then obtaining the threshold current. With the current fixed to the bias current, the modulation current value (amplitude) is swept and the modulation current value that reaches the desired average optical output level is determined. This modulation current value corresponds to the ambient temperature measured by the internal temperature sensor. Then, the temperature is stored in an internal table, and thereafter, the table is referred to by the ambient temperature measured by the temperature sensor, and is changed based on the obtained modulation current value. By controlling the current, and adjusts the extinction ratio.
[0017]
The optical transmitter includes a light source that outputs light at an intensity corresponding to a bias current and a modulation current, a modulation circuit that generates a modulation current based on a transmission signal, an amplitude control unit that controls the modulation amplitude, and a bias current. , A light sensor that monitors and receives the light source light, an average light output level measurement circuit that measures the average light output level of the light source light, a temperature sensor that measures the ambient temperature, and a modulation current value ( A search unit that searches for a modulation current value at which a specific average light output level is obtained by measuring the average light output level of the light source light while sweeping the amplitude), and measures the searched modulation current value with the temperature sensor. And a quench control unit that controls a modulation current based on a modulation current value obtained by referring to the table based on the ambient temperature measured by the temperature sensor. It is obtained by a regulating unit.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0019]
As shown in FIG. 1, an optical transmitter according to the present invention includes a light source (LD) 1 that outputs light at an intensity corresponding to a bias current and a modulation current, and a transmission signal provided from an external device (not shown). A differential /
[0020]
The
[0021]
A
[0022]
Next, a procedure for creating a table by the optical transmitter will be described.
[0023]
In a factory or the like, a table creation process is performed immediately after the manufacture of the optical transmitter until the shipment. In the table creation processing, the optical transmitter is put into a thermostat, a test signal is provided instead of the transmission signal, and the optical transmitter is set in the table creation mode.
[0024]
To set the optical transmitter in the table creation mode, a command is issued from the outside of the optical transmitter to the
[0025]
In the constant temperature bath, the temperature required for recording on the table is slowly changed from a low temperature to a high temperature. The term “slow” refers to a speed at which the temperature can be regarded as substantially constant during execution of steps (1) to (3) described later.
[0026]
In step (1), the optical transmitter obtains a bias current at which the average light output level measured by the average light output
[0027]
In step (2), the optical transmitter operates the inflection point searching unit 53 to sweep the modulation current value. That is, the modulation current value commanded from the amplitude control unit 51 to the
[0028]
2A shows a state where the extinction ratio is small, FIG. 2B shows a state where the extinction ratio is large, and FIG. 2C shows a state where the extinction ratio is infinite. The state immediately before the transition from FIG. 2B to FIG. 2C (state where the 0 level is almost zero light intensity) is the state where the extinction ratio is maximum. Therefore, the extinction ratio becomes maximum at the inflection point at which the average light output level starts to increase from a constant. Therefore, the inflection point search unit 53 of the optical transmitter always starts to increase the average optical output level by comparing the average optical output level input from the average optical output
[0029]
FIG. 3 shows the relationship between the modulation current value and the average light output level. When the modulation current value is increased at a certain temperature, the average light output level is constant while the modulation current value is small, but increases at a certain modulation current value (this is called the inflection point). (Characteristic 31). When the modulation current value is larger than the inflection point, the extinction ratio becomes infinite. When the temperature increases, the characteristics change due to a decrease in the differential efficiency of the
[0030]
In step (3), the optical transmitter sets the modulation current value commanded by the amplitude control unit 51 at the moment when the inflection point is captured as the modulation current value with the maximum extinction ratio, and calculates the ambient temperature measured by the temperature sensor 9. And stored in the table 11.
[0031]
In step (4), the optical transmitter waits until the ambient temperature measured by the temperature sensor 9 rises to a temperature one step above the temperature interval of the table 11. When the ambient temperature reaches the target temperature, APC control is started again, and the process returns to step (1).
[0032]
The optical transmitter repeatedly executes steps (1) to (4) while the constant temperature bath slowly changes from a low temperature to a high temperature. Thus, the table 11 records all the modulation current values having the maximum extinction ratio at each ambient temperature for each temperature step. When the recording of all the columns of the table 11 is completed, the optical transmitter automatically ends the table creation mode. By making the memory constituting the table 11 non-volatile, the contents of the table 11 are retained even after the power of the optical transmitter is turned off. Therefore, the optical transmitter to be shipped is an optical transmitter that has been temperature-compensated including the characteristic variation of each LD used in the
[0033]
In the conventional technology, a function of arbitrarily interrupting / restarting the APC control, a function of sweeping a modulation current value, a function of detecting a start of a change in an average optical output level, a function of writing a modulation current value to a table, and an increase in ambient temperature Since there was no function to repeat the search while waiting for, the APC control was externally interrupted and restarted, the modulation current value was externally applied, the waveform was observed with an observation device, and the modulation current value was externally written. It was necessary for a person to perform the work of slapping. On the other hand, in the present invention, as long as the table creation mode is set, the optical transmitter automatically creates the table only by changing the ambient temperature, so that there is no trouble. Even when a large number of optical transmitters are simultaneously subjected to the table creation processing, the time and labor remain unchanged.
[0034]
Next, the operation of the optical transmitter during normal use will be described.
[0035]
When the optical transmitter has already created the table 11 and is operating in the normal mode, the extinction ratio adjusting unit 54 refers to the table 11 with the ambient temperature measured by the temperature sensor 9. As a result, the modulation current value with the maximum extinction ratio at the current temperature is obtained. Therefore, if the amplitude control unit 51 controls the
[0036]
However, here, it is assumed that the transmission is performed with the extinction ratio smaller than the maximum. The reason is that when the extinction ratio is increased, if the modulation is performed based on a high-speed transmission signal, the oscillation (light emission) of the
[0037]
When it is desired to control the ratio to a desired value, the following is performed.
[0038]
At a factory or the like, an extinction ratio setting process is performed after the above-described table creation process. In the extinction ratio setting process, the same test signal as in the table creation process is given at an arbitrary ambient temperature, and the optical transmitter is set to the extinction ratio setting mode. To set the optical transmitter to the extinction ratio setting mode, a command is issued from the outside of the optical transmitter to the
[0039]
In this state, the optical output of the
[0040]
Thereafter, in the normal mode, the optical transmitter multiplies the modulation current value having the maximum extinction ratio obtained by referring to the table 11 by the extinction ratio setting value extracted from the memory 11 to obtain a modulation current control value. As a result, a modulation current value having a desired extinction ratio is obtained at each ambient temperature, so that a light intensity modulation signal having a desired extinction ratio can be output. Instead of storing the extinction ratio set value, all the modulation current values having the maximum extinction ratio stored in the table 11 are rewritten to appropriate modulation current values multiplied by the extinction ratio set value. Alternatively, the appropriate modulation current value may be directly read from 11 and used for control.
[0041]
Next, diagnosis of a temporal change in modulation efficiency will be described.
[0042]
At any time after the optical transmitter has created the table 11, the same test signal as in the table creation processing is given to perform a diagnosis process of a change with time. The diagnosis process of the change with time may be performed by instructing the
[0043]
In the aging diagnosis processing, steps (1) and (2) in the table creation processing described above are performed. As a result, the modulation current value with the maximum extinction ratio at the current time at the ambient temperature measured by the temperature sensor 9 is obtained. On the other hand, when the table 11 is referred to based on the ambient temperature measured by the temperature sensor 9, a modulation current value having the maximum extinction ratio at the time of creating the table is obtained. If the two modulation current values at the current time and the table creation time are the same or slightly different, it can be determined that no deterioration has occurred or that the deterioration has not occurred. If there is a significant difference between the two modulation current values, it can be determined that the optical output waveform is degraded (the extinction ratio is degraded) due to the degradation of the modulation efficiency, which leads to a failure. By storing the judgment value in the optical transmitter in advance, the optical transmitter determines whether or not the difference between the two modulation current values exceeds the judgment value, and determines deterioration, and the deterioration proceeds to a significant level. If so, it can notify the host device or issue a warning to the user using a display or the like.
[0044]
Next, an embodiment in which the modulation current is applied to the light source by DC coupling will be described. As shown by a broken line in FIG. 1, DC coupling is realized by short-circuiting between the
[0045]
In a factory or the like, a table creation process is performed immediately after the manufacture of the optical transmitter until the shipment. In the table creation process, the optical transmitter is placed in a thermostat, and the optical transmitter is set in the table creation mode. Although a test signal is supplied, the modulation current may be stopped as described later, so that there is substantially no test signal.
[0046]
In the constant temperature bath, the temperature required for recording on the table is slowly changed from a low temperature to a high temperature. The term “slow” refers to a speed at which the temperature can be regarded as substantially constant during execution of steps (1) ′ to (3) ′ described later.
[0047]
In step (1) ′, the optical transmitter stops the APC control by the APC control unit 55 and controls the
[0048]
In step (2) ', the optical transmitter operates the search unit 53 to sweep the modulation current value. That is, the modulation current value commanded from the amplitude control unit 51 to the
[0049]
In step (3) ', the optical transmitter sets the modulation current value commanded by the amplitude control unit 51 to the ambient temperature measured by the temperature sensor 9 at the moment when the average light output level reaches the set value for table creation. The corresponding information is stored in the table 11.
[0050]
In step (4) ', the optical transmitter waits until the ambient temperature measured by the temperature sensor 9 rises to a temperature one step above the temperature interval of the table 11. When the ambient temperature reaches the target temperature, the modulation current is stopped and the process returns to step (1) '.
[0051]
While the constant temperature bath slowly changes from low temperature to high temperature, the optical transmitter repeatedly executes steps (1) 'to (4)'. Thus, the table 11 records all the modulation current values at which a specific average light output level is obtained at each ambient temperature for each temperature step.
[0052]
Thereafter, at an arbitrary ambient temperature, the APC control target value is set. In the APC control target value setting process, the same test signal as in the table creation process is given at an arbitrary ambient temperature, and the optical transmitter is set to the APC setting mode. In order to set the optical transmitter to the APC setting mode, the
[0053]
In this state, the optical output of the
[0054]
Next, the operation of the optical transmitter during normal use will be described.
[0055]
When the optical transmitter has already created the table 11 and is operating in the normal mode, the extinction ratio adjusting unit 54 refers to the table 11 with the ambient temperature measured by the temperature sensor 9. As a result, a modulation current value such that a specific average optical output level is obtained when the bias current value at the current temperature is the threshold current value is obtained. The amplitude controller 51 controls the
[0056]
In diagnosing the temporal change in the modulation efficiency in the case of DC coupling, steps (1) 'and (2)' are performed, and the modulation current value searched at that time (that is, a specific average light output level at the present time is obtained). Then, based on the ambient temperature measured by the temperature sensor 9, the modulation current value obtained by referring to the table 11 (the modulation current value at which a specific average light output level is obtained at the time of creating the table) is compared. The method of determining the deterioration and the method of coping with the deterioration are the same as in the case of the AC coupling.
[0057]
【The invention's effect】
The present invention exhibits the following excellent effects.
[0058]
(1) Since the optical transmitter automatically sweeps the modulation current value to search for an inflection point and automatically stores the modulation current value in a table, no effort is required when creating the table.
[0059]
(2) Maintenance is easy because the optical transmitter automatically detects the deterioration by comparing the modulation current value with the maximum extinction ratio between the time when the table is created and the current time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of an optical transmitter showing one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram showing a relationship between an optical output intensity and a modulation current value in an optical transmitter.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a modulation current value and an average light output level.
[Explanation of symbols]
1 Light source (LD)
3 Modulation circuit
5 Microprocessor
7 Optical sensor (PD)
8 Average light output level measurement circuit
9 Temperature sensor (thermistor)
11 Table (memory)
51 Amplitude controller
52 Bias control unit
53 Search Unit (Inflection Point Search Unit)
54 Extinction ratio adjuster
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