JP2004158644A - 半導体レーザの光出力安定化回路および光送信モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体レーザの高温時にＩ−Ｌ 特性のスロープ効率の飽和により過剰なパルス駆動電流が流れることを抑制し、レーザ出力光の消光比が必要以上に増大することを抑制し、全動作温度において消光比を安定化する。
【解決手段】半導体レーザ１２の注入電流対光出力特性のスロープ効率を検出して変調電流を制御する光出力安定化回路において、誤差増幅器９の基準電圧の温度補償を行うことにより高温動作時にスロープ効率が飽和することを補償し、高温動作時のレーザ出力光の消光比変動を低減する基準電圧温度補償回路１３を付加した。
【選択図】 図１
【解決手段】半導体レーザ１２の注入電流対光出力特性のスロープ効率を検出して変調電流を制御する光出力安定化回路において、誤差増幅器９の基準電圧の温度補償を行うことにより高温動作時にスロープ効率が飽和することを補償し、高温動作時のレーザ出力光の消光比変動を低減する基準電圧温度補償回路１３を付加した。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザの光出力安定化回路および光送信モジュールに係り、特に半導体レーザに対してペルチェ素子などによる温度の安定化を行わない場合にレーザ出力光の消光比を安定化する回路に関するもので、例えば光ファイバ伝送装置に組み込まれる半導体レーザを用いた光送信器に使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザの出力光の消光比を安定化するために、半導体レーザに対してペルチェ素子などによる温度の安定化を行う場合もあるが、低消費電力化・低コスト化を図るために温度の安定化を行わない場合もある。
【０００３】
このように温度の安定化を行わない場合に、半導体レーザのバイアス電流・駆動パルス電流を最適に制御するために用いられる従来の光出力安定化回路は、以下に説明するように温度補償特性が不十分であった。
【０００４】
図６は、従来の光出力安定化回路を用いた光送信モジュールの構成を示す。
【０００５】
この光送信モジュールにおいて、１は半導体レーザモジュール、２はアナログ加算回路、３は可変利得増幅器、４はレーザ駆動回路、５はパイロットトーン発生器、６は第１の基準電圧源、１６は結合容量、７はパイロット信号増幅器、８はパイロット信号検波器、９は第１の誤差増幅器、１０は第２の誤差増幅器である。前記半導体レーザモジュール１には、半導体レーザ（ＬＤ）１２およびこのＬＤ１２の光出力パワーを検出するフォトダイオード（ＰＤ）１１が組み込まれている。１４は基準電圧調整用抵抗素子、１５は光出力パワーセット用可変抵抗器である。
【０００６】
図７は、半導体レーザの一般的な駆動電流対発光出力（Ｉ−Ｌ ）特性の温度変化特性を示すものであり、横軸は駆動電流（Ｃｕｒｒｅｎｔ） 、縦軸は光出力パワー（Ｏｐｔｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ） を示す。
【０００７】
図７中、Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｃｕｒｒｅｎｔは、半導体レーザが発光を始める閾値電流であり、Ｓｌｏｐｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙは、駆動電流の単位変化量ΔＩ に対する光出力パワーの変化量ΔＰ 、つまり、Ｉ−Ｌ 特性のスロープ効率ΔＰ／ΔＩ である。
【０００８】
以下、図６に示したモジュールの動作について図７を参照しながら詳述する。
【０００９】
パイロットトーン発生器５は、１ｋＨｚ程度のパルス信号を生成し、このパルス信号を例えば低域濾波器を通して正弦波のパイロット信号（パイロットトーン信号）を発生する。このパイロット信号は、アナログ加算回路２で直流電圧に重畳され、このアナログ加算回路２の出力に含まれるパイロット信号が可変利得増幅器３で振幅調整されてレーザ駆動回路４に印加される。
【００１０】
レーザ駆動回路４は、差動入力端子ＤＡＴＡ＋，ＤＡＴＡ− から入力される高速パルス信号が可変利得増幅器３の出力により振幅変調され、このパイロット信号が重畳された高速パルス電流と直流バイアス電流をＬＤ１２に印加する。
【００１１】
これにより、ＬＤ１２は、パイロット信号成分が重畳した光信号を出力する。この光出力信号はモニタ用ＰＤ１１で検出され、この検出出力に含まれる微小なパイロット信号成分は、結合容量１６を経てパイロット信号増幅器７により選択的に増幅された後、パイロット信号検波器８によりパイロット信号の振幅に比例する直流電圧出力が得られる。
【００１２】
第１の誤差増幅器９は、前記パイロット信号検波器８により得られた直流電圧と第１の基準電圧源６から基準電圧調整用抵抗素子１４を経て与えられる第１の基準電圧との差電圧を増幅した出力電圧により、前記差電圧が零になるように可変利得増幅器３の利得を制御する。可変利得増幅器３の出力は、レーザ駆動回路４の電流源を制御することにより、レーザ駆動回路４から出力するＬＤ１２の駆動パルス電流を制御する。
【００１３】
上記したように検出されたパイロット信号の振幅の大小により、図７に示したＩ−Ｌ 特性のスロープ効率が計測され、この計測結果に基づいて、高温動作時にはパイロット信号の振幅の減少分を補正するように可変利得増幅器３の利得を制御することによって、駆動パルス電流を増やすように制御を行っている。
【００１４】
また、第２の誤差増幅器１０は、モニタ用ＰＤ１１の検出出力の直流レベルが光出力パワーセット用可変抵抗器１５を経て入力する電圧と第２の基準電圧との差電圧を増幅した出力電圧により、ＬＤ１２の光出力強度が一定となるようにレーザ駆動回路４を制御し、それから出力するＬＤ１２の直流バイアス電流を制御する。
【００１５】
図８は、図６の光出力安定化回路においてパイロット信号を用いて半導体レーザの駆動パルス電流の制御を行う原理を説明するために示す図である。
【００１６】
図８から分かるように、ＬＤ１２の駆動電流（注入電流）対発光出力（Ｉ−Ｌ ）特性は、動作温度によりΔＰ／ΔＩ が変化し、モニタ用ＰＤ１１の検出電流に含まれるパイロット信号の振幅が変化する。
【００１７】
図９は、実際の半導体レーザにおいて高温動作時にＩ−Ｌ 特性が飽和する様子を示す図である。
【００１８】
室温（２５℃）時のＩ−Ｌ 特性は図９中の左側に示すようなカーブであるが、高温（７０℃）時のＩ−Ｌ 特性は図９中の右側に示すようなカーブとなり、スロープ効率（ΔＰ／ΔＩ ）が小さくなる。即ち、高温動作時に室温と同じ光出力を得るにはより多くの駆動電流を印加する必要がある。
【００１９】
一方、図６中のレーザ駆動回路４においては、図７に示したようなＬＤ１２の閾値電流に相当する直流を駆動パルス電流に重畳した電流でＬＤ１２を駆動している。このＬＤ１２の閾値電流も温度特性を持っており、高温時に増大する。
【００２０】
図６に示した光出力安定化回路においては、モニタ用ＰＤ１１で検出されるＬＤ１２の出力パワーを第２の誤差増幅器１０で基準値と比較し、出力パワーが一定値となるようにＬＤ１２に印加する直流バイアス電流を制御している。
【００２１】
図７および図８では、閾値電流以上のＩ−Ｌ 特性の傾き、即ち、閾値電流以上のＬＤ１２のΔＰ／ΔＩ は、ＬＤ１２に流す駆動電流に依存せずに一定であるとしたが、実際には、図９に示すように、特に高温動作時には高電流時にΔＰ／ΔＩ が飽和する傾向を示し、高電流時にΔＰ／ΔＩ の低下が発生する。
【００２２】
したがって、図６中に示した光出力安定化回路中のモニタ用ＰＤ１１は、高温動作時にはパイロットトーンの振幅がより小さく検出されてしまうので、高温動作時にはパルス電流を必要以上に大きく制御してしまう。
【００２３】
これにより、高温側で消光比が必要以上に増大し、ＬＤ１２の発光線幅が増大し、分散ペナルティー特性（ＬＤ１２から得られる光信号を光ファイバで実際に数十ｋｍ伝送した際に生じる受信感度劣化）の悪化を招くという問題点があった。
【００２４】
また、図６中に示した光出力安定化回路中のパイロット信号検波器７は、パイロットトーンの振幅のみを検出できれば問題無いが、実際には高速変調信号成分の漏れ込みが僅かにあり、誤作動する場合がある。この漏れ込みに起因する誤作動を防ぐため、光出力信号に重畳するパイロット信号成分の振幅をある程度（約１０％）以上大きくする必要があり、送信光のＳ／Ｎ の劣化、受信感度の劣化を招くという問題があった。
【００２５】
なお、特許文献１には、半導体レーザの光出力信号の低レベルを調整するためにバイアス電流源を制御し、光出力信号の高レベルを調整するためにパルス電流源を制御する半導体レーザの光出力安定化回路が開示されている。
【００２６】
また、非特許文献１には、半導体レーザモジュールから直接取り込まれた測定値に基づいて半導体レーザのバイアス電流と変調電流の両方を制御するデュアル・ループ式制御が開示されている。
【００２７】
【特許文献１】
特開平６−１６９１２５号公報
【００２８】
【非特許文献１】
Ｂｒｉａｎ Ｒｕｓｓｅｌｌ 外１名、「光通信用レーザ・ダイオード・ドライバにデュアル・ループ式制御を採用」、Ｄｅｓｉｇｎ Ｗａｖｅ Ｍａｇａｚｉｎｅ、米国、Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ 社、２００１ Ａｕｇｕｓｔ 、Ｐ．１５４−１５９
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の半導体レーザの光出力安定化回路は、半導体レーザの高温時にＩ−Ｌ 特性の飽和により、過剰なパルス駆動電流が流れ、高温時に消光比が必要以上に増大するという問題があった。
【００３０】
また、従来の半導体レーザの光出力安定化回路中のパイロット信号検波器は、パイロットトーン成分の振幅をある程度以上大きくする必要があり、送信光のＳ／Ｎ の劣化、受信感度の劣化を招くという問題があった。
【００３１】
本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、半導体レーザの温度安定化を行わなくても、幅広い周囲温度範囲において消光比をほぼ一定値に保つことができ、光送信器の小型化・高性能化に寄与し得る半導体レーザの光出力安定化回路および光送信モジュールを提供することを目的とする。
【００３２】
また、本発明の他の目的は、光出力信号に重畳するパイロット信号の振幅を低減することが可能となり、送信光のＳ／Ｎ の向上、受信感度の改善に寄与し得る半導体レーザの光出力安定化回路および光送信モジュールを提供することにある。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザの光出力安定化回路は、半導体レーザの駆動パルス電流に重畳するための低周波のパイロット信号を発生するパイロット信号発生器と、前記パイロット信号発生器で発生されたパイロット信号の振幅を調整するパイロット信号振幅調整回路と、前記パイロット信号振幅調整回路の出力信号により前記半導体レーザの駆動パルス電流を変調し、変調された駆動パルス電流により前記半導体レーザを駆動するレーザ駆動回路と、前記半導体レーザの出力光を受光するモニタ用の光検出素子による検出電流からパイロット信号の振幅を検出するパイロット信号検出回路と、前記パイロット信号検出回路により検出された第１の検出電圧を第１の基準電圧と比較して第１の差信号を生成し、前記パイロット信号検出回路により検出されるパイロット信号の振幅が一定となるように前記パイロット信号振幅調整回路を前記第１の差信号に基づいて制御する第１の誤差増幅器と、前記第１の誤差増幅器の基準電圧の温度補償を行うことにより、高温動作時の前記半導体レーザの出力光の消光比変動を低減する基準電圧温度補償回路とを具備することを特徴とする。
【００３４】
本発明の光送信モジュールは、本発明の光出力安定化回路のうちで、少なくとも前記パイロット信号発生器、パイロット信号振幅調整回路、レーザ駆動回路およびパイロット信号検出回路が集積回路化された半導体装置と、前記半導体装置の外部に配設され、前記光出力安定化回路により駆動される半導体レーザおよび前記半導体レーザの出力光を受光するモニタ用の光検出素子が組み込まれた半導体レーザモジュールと、前記半導体装置に外付け接続された基準電圧温度補償部品と、前記半導体装置に外付け接続された基準電圧温度補償部品とを具備することを特徴とする。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００３６】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光出力安定化回路を用いた光送信モジュールの構成を示している。
【００３７】
図１に示す光送信モジュールは、図６に示した光送信モジュールと比べて、第１の誤差増幅器９の基準電圧の温度補償を行う（高温になるほど基準電圧を低下させる）温度補償回路１３を付加することにより、高温動作時におけるレーザ出力光の消光比変動を低減した点が異なり、その他は同じであるので図６中と同一符号を付している。
【００３８】
このモジュールにおいて、半導体レーザモジュール１は、ＬＤ１２と、このＬＤ１２の光出力パワーを検出するモニタ用受光素子（例えばフォトダイオードＰＤ）１１が組み込まれている。
【００３９】
前記光出力安定化回路において、２はアナログ加算回路、３は可変利得増幅器、４はレーザ駆動回路、５はパイロットトーン発生器、６は第１の基準電圧源、１６は結合容量（例えばＭＯＳ キャパシタ）、７はパイロット信号増幅器、８はパイロット信号検波器、９は第１の誤差増幅器、１０は第２の誤差増幅器である。
【００４０】
パイロットトーン発生器５は、低周波（例えば１ｋＨｚ程度）のパルス信号を生成し、このパルス信号を例えば低域濾波器を通して正弦波のパイロット信号（パイロットトーン信号）を発生する。このパイロット信号は、アナログ加算回路２で直流電圧に重畳され、このアナログ加算回路２の出力に含まれるパイロット信号が可変利得増幅器３で振幅調整されてレーザ駆動回路４に印加される。
【００４１】
レーザ駆動回路４は、例えばエミッタ同士が共通接続された差動入力対をなすＮＰＮ トランジスタＱ１，Ｑ２ と、上記差動入力対トランジスタＱ１，Ｑ２ のエミッタ共通接続ノードと接地ノードとの間に接続された電流源Ｉｖと、前記差動入力対トランジスタＱ１，Ｑ２ の一方のトランジスタのコレクタと電源ノードとの間に接続された負荷抵抗素子Ｒ と、前記差動入力対トランジスタＱ１，Ｑ２ の他方のトランジスタのコレクタと接地ノードとの間に接続されたチョークコイルＬ およびバイアス制御用のＮＰＮ トランジスタＱ３とからなり、上記他方のトランジスタのコレクタと電源ノードとの間に前記ＬＤ１２が接続されている。
【００４２】
そして、前記差動入力対トランジスタＱ１，Ｑ２ のベースに差動入力端子ＤＡＴＡ＋，ＤＡＴＡ− から高速パルス信号が入力され、前記電流源Ｉｖの電流が前記可変利得増幅器３の出力により制御され、前記バイアス制御用のＮＰＮ トランジスタＱ３のベースに前記第２の誤差増幅器１０の出力が印加される。
【００４３】
これにより、高速パルス信号が可変利得増幅器３の出力に含まれるパイロット信号により振幅変調され、このパイロット信号が重畳された高速パルス電流と前記第２の誤差増幅器の出力により制御された直流バイアス電流をＬＤ１２に印加する。
【００４４】
これにより、ＬＤ１２は、パイロット信号成分が重畳した光信号を出力する。このＬＤ１２の光出力信号はモニタ用ＰＤ１１で検出され、この検出出力に含まれる微小なパイロット信号成分は、結合容量１６を経てパイロット信号増幅器７により選択的に増幅された後、パイロット信号検波器８によりパイロット信号の振幅に比例する直流電圧出力が得られる。
【００４５】
第１の誤差増幅器９は、前記パイロット信号検波器８により得られた直流電圧と第１の基準電圧源６から前記温度補償回路１３および基準電圧調整用抵抗素子１４を経て与えられる第１の基準電圧との差電圧を増幅した出力電圧により、前記差電圧が零になるように可変利得増幅器３の利得を制御する。可変利得増幅器３の出力は、レーザ駆動回路４の電流源を制御することにより、レーザ駆動回路４から出力するＬＤ１２の駆動パルス電流を制御する。
【００４６】
上記したように検出されたパイロット信号の振幅の大小により、図７に示したＩ−Ｌ 特性のスロープ効率ΔＰ／ΔＩ が計測され、この計測結果に基づいて、高温動作時にはパイロット信号の振幅の減少分を補正するように可変利得増幅器３の利得を制御することによって、駆動パルス電流を増やすように制御を行っている。
【００４７】
また、第２の誤差増幅器１０は、モニタ用ＰＤ１１の検出出力の直流レベルが光出力パワーセット用可変抵抗器１５を経て入力する電圧と第２の基準電圧との差電圧を増幅した出力電圧により、ＬＤ１２の光出力強度が一定となるようにレーザ駆動回路４を制御し、それから出力するＬＤ１２の直流バイアス電流を制御する。
【００４８】
一方、前記温度補償回路１３は、例えばサーミスタ１３０，抵抗素子１３１，１３２，１３３ からなり、基準電圧源６と基準電圧調整用抵抗素子１４との間に接続されている。即ち、基準電圧源６に直列に抵抗素子１３３ が接続され、これらに並列にサーミスタ１３０ および抵抗素子１３１ が直列接続され、このサーミスタ１３０ に並列に抵抗素子１３２ が接続されている。
【００４９】
上記サーミスタ１３０ は、周囲温度が高温になるにつれてその抵抗値が低下するので、基準電圧源６から温度補償回路１３および基準電圧調整用抵抗素子１４を介して誤差増幅器９に印加される基準電圧は高温になるほど低下する。この際、誤差増幅器９に印加される基準電圧の温度係数をＬＤ１２の温度特性に合わせて補正するために前記抵抗素子１３１，１３２，１３３ が挿入されている。
【００５０】
したがって、温度補償回路１３は、高温時にパルス駆動電流を減少させる（補償する）ように動作する。これにより、高温動作時に、ＬＤ１２のＩ−Ｌ 特性の飽和によってＬＤ１２に過剰なパルス駆動電流が流れることを抑制できるので、レーザ出力光の消光比が必要以上に増大するという問題を解決することが可能となる。
【００５１】
図１に示した光送信モジュールは、光出力安定化回路の大部分（少なくとも前記パイロット信号発生器、パイロット信号振幅調整回路、レーザ駆動回路およびパイロット信号検出回路）が集積回路化された半導体装置と、この半導体装置の外部に配設され、前記光出力安定化回路により駆動される半導体レーザ１２および前記半導体レーザの出力光を受光するモニタ用の光検出素子１１が組み込まれた半導体レーザモジュール１と、前記半導体装置に外付け接続された基準電圧温度補償回路部品（サーミスタ１３０ 、抵抗素子１３１，１３２ など）などの複数個の部品が例えば光ファイバ伝送装置内に組み込まれてなる。この場合、従来の光送信モジュールと比べて新規に付加される基準電圧温度補償回路部品は、半導体装置に外付け接続すればよく、光送信モジュールを安価に実現することができる。
【００５２】
＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の第２の実施形態に係る光出力安定化回路を用いた光送信モジュールの構成を示している。
【００５３】
図２に示す光送信モジュールは、図１に示した光送信モジュールと比べて、パイロット信号検波器８として同期型のパイロット信号検波回路８ａを用いている点が異なり、その他は同じである。
【００５４】
上記同期型のパイロット信号検波回路８ａは、パイロット信号発生器５から供給されるパイロット信号に同期したクロック信号で相補的にオン／オフされる一対のアナログスイッチ７１、７２と、このアナログスイッチ７１、７２の一方の入力を反転させる反転増幅器７３からなる両波整流器により簡易な構成で実現することが可能である。
【００５５】
図３は、図２中の同期型のパイロット信号検波回路の動作波形を示す。
【００５６】
パイロット信号に同期したクロック信号で駆動される同期検波回路は、特定の周波数のパイロット信号の信号振幅のみを選択的に検出する作用がある。したがって、モニタ用ＰＤ１１の出力信号に含まれるパイロット信号成分のみを検出するので、モニタ用ＰＤ１１の出力信号に含まれる伝送信号成分による誤動作を防止することができる。これにより、光出力信号に重畳するパイロット信号成分の振幅を低減することが可能となり、送信光Ｓ／Ｎ の向上、受信感度の改善に寄与する。
【００５７】
これに対して、前述した第１の実施形態においてパイロット信号検波器８として通常の非同期検波器を使用する場合は、モニタ用ＰＤ１１の出力信号に含まれるパイロット信号以外の周波数成分も検出してしまい、誤動作するおそれがある。
【００５８】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態では、前述した第１の実施形態および第２の実施形態における光出力安定化回路におけるパイロット信号によるレーザ駆動パルス電流の制御手段を変更した例を説明する。
【００５９】
図４は、本発明の第３の実施形態に係る光出力安定化回路を用いた光送信モジュールの構成を示している。
【００６０】
図４に示す光送信モジュールは、図１に示した光送信モジュールと比べて、アナログ加算回路２および可変利得増幅器３の組み合わせに代えて、第１の誤差増幅器９の出力信号が入力し、前記パイロット信号発生器５から供給されるパイロット信号に同期したクロック信号でオン／オフされるアナログスイッチ８１と、このアナログスイッチ８１の出力信号が入力する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）８２ とからなるレーザ駆動パルス電流制御回路８０を用いている。
【００６１】
図５は、図４中のアナログスイッチ８１とＬＰＦ８２ の動作波形の一例を示す。
【００６２】
パイロット信号に同期したクロック信号でオン／オフ駆動されるアナログスイッチ８１に入力する直流電圧（第１の誤差増幅器９の出力電圧）をＶ０とすると、アナログスイッチ８１からは振幅Ｖ０のパルス信号が出力し、このパルス信号が入力するＬＰＦ８２ から、直流電圧（Ｖ０／２）に微小振幅Ｖｐのパイロット信号が重畳した信号が出力する。この場合、パイロット信号の振幅Ｖｐは、ＬＰＦ８２ の遮断周波数によって決まり、アナログスイッチ８１の入力電圧Ｖ０に比例する。
【００６３】
このような動作は、前記アナログ加算回路２と可変利得増幅器４の組み合わせと同等の動作となり、特に可変利得増幅器４を用いなくて済むので、部品点数の削減および低コスト化に寄与する。
【００６４】
なお、図４中の移相器１７は、ＬＰＦ８２ においてパイロット信号の位相がずれることを補正するために、パイロット信号振幅器７とパイロット信号検波器８との間に挿入されている。
【００６５】
【発明の効果】
上述したように本発明の光出力安定化回路によれば、半導体レーザの高温時に、Ｉ−Ｌ 特性の飽和により過剰なパルス駆動電流が流れてレーザ出力光の消光比が必要以上に増大するという問題を解決することが可能となる。
【００６６】
また、本発明の光送信モジュールによれば、半導体レーザの温度安定化を行わなくても、幅広い周囲温度範囲においてレーザ出力光の消光比をほぼ一定値に保つことができ、光送信器の小型化・高性能化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光出力安定化回路を用いた光送信モジュールを示す構成説明図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る光出力安定化回路を用いた光送信モジュールを示す構成説明図。
【図３】図２中の同期型のパイロット信号検波回路の動作例を示す波形図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る光出力安定化回路を用いた光送信モジュールを示す構成説明図。
【図５】図４中のアナログスイッチと低域通過フィルタの動作例を示す波形図。
【図６】従来の光出力安定化回路を用いた光送信モジュールを示す構成説明図。
【図７】半導体レーザの一般的な駆動電流対発光出力特性の温度依存性を示す図。
【図８】図６の光出力安定化回路においてパイロット信号を用いて半導体レーザの駆動パルス電流の制御を行う原理を説明するために示す図。
【図９】実際の半導体レーザの高温動作時にＩ−Ｌ 特性が飽和する様子を示す特性図。
【符号の説明】
１…半導体レーザモジュール、
２…アナログ加算回路、
３…可変利得増幅器、
４…レーザ駆動回路、
５…パイロットトーン発生器、
６…基準電圧源、
７…パイロット信号増幅器、
８…パイロット信号検波器、
９…第１の誤差増幅器、
１０…第２の誤差増幅器、
１１…モニタ受光素子、
１２…半導体レーザ、
１３…温度補償回路、
１３０ …サーミスタ、
１３１，１３２，１３３ …抵抗。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザの光出力安定化回路および光送信モジュールに係り、特に半導体レーザに対してペルチェ素子などによる温度の安定化を行わない場合にレーザ出力光の消光比を安定化する回路に関するもので、例えば光ファイバ伝送装置に組み込まれる半導体レーザを用いた光送信器に使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザの出力光の消光比を安定化するために、半導体レーザに対してペルチェ素子などによる温度の安定化を行う場合もあるが、低消費電力化・低コスト化を図るために温度の安定化を行わない場合もある。
【０００３】
このように温度の安定化を行わない場合に、半導体レーザのバイアス電流・駆動パルス電流を最適に制御するために用いられる従来の光出力安定化回路は、以下に説明するように温度補償特性が不十分であった。
【０００４】
図６は、従来の光出力安定化回路を用いた光送信モジュールの構成を示す。
【０００５】
この光送信モジュールにおいて、１は半導体レーザモジュール、２はアナログ加算回路、３は可変利得増幅器、４はレーザ駆動回路、５はパイロットトーン発生器、６は第１の基準電圧源、１６は結合容量、７はパイロット信号増幅器、８はパイロット信号検波器、９は第１の誤差増幅器、１０は第２の誤差増幅器である。前記半導体レーザモジュール１には、半導体レーザ（ＬＤ）１２およびこのＬＤ１２の光出力パワーを検出するフォトダイオード（ＰＤ）１１が組み込まれている。１４は基準電圧調整用抵抗素子、１５は光出力パワーセット用可変抵抗器である。
【０００６】
図７は、半導体レーザの一般的な駆動電流対発光出力（Ｉ−Ｌ ）特性の温度変化特性を示すものであり、横軸は駆動電流（Ｃｕｒｒｅｎｔ） 、縦軸は光出力パワー（Ｏｐｔｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ） を示す。
【０００７】
図７中、Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｃｕｒｒｅｎｔは、半導体レーザが発光を始める閾値電流であり、Ｓｌｏｐｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙは、駆動電流の単位変化量ΔＩ に対する光出力パワーの変化量ΔＰ 、つまり、Ｉ−Ｌ 特性のスロープ効率ΔＰ／ΔＩ である。
【０００８】
以下、図６に示したモジュールの動作について図７を参照しながら詳述する。
【０００９】
パイロットトーン発生器５は、１ｋＨｚ程度のパルス信号を生成し、このパルス信号を例えば低域濾波器を通して正弦波のパイロット信号（パイロットトーン信号）を発生する。このパイロット信号は、アナログ加算回路２で直流電圧に重畳され、このアナログ加算回路２の出力に含まれるパイロット信号が可変利得増幅器３で振幅調整されてレーザ駆動回路４に印加される。
【００１０】
レーザ駆動回路４は、差動入力端子ＤＡＴＡ＋，ＤＡＴＡ− から入力される高速パルス信号が可変利得増幅器３の出力により振幅変調され、このパイロット信号が重畳された高速パルス電流と直流バイアス電流をＬＤ１２に印加する。
【００１１】
これにより、ＬＤ１２は、パイロット信号成分が重畳した光信号を出力する。この光出力信号はモニタ用ＰＤ１１で検出され、この検出出力に含まれる微小なパイロット信号成分は、結合容量１６を経てパイロット信号増幅器７により選択的に増幅された後、パイロット信号検波器８によりパイロット信号の振幅に比例する直流電圧出力が得られる。
【００１２】
第１の誤差増幅器９は、前記パイロット信号検波器８により得られた直流電圧と第１の基準電圧源６から基準電圧調整用抵抗素子１４を経て与えられる第１の基準電圧との差電圧を増幅した出力電圧により、前記差電圧が零になるように可変利得増幅器３の利得を制御する。可変利得増幅器３の出力は、レーザ駆動回路４の電流源を制御することにより、レーザ駆動回路４から出力するＬＤ１２の駆動パルス電流を制御する。
【００１３】
上記したように検出されたパイロット信号の振幅の大小により、図７に示したＩ−Ｌ 特性のスロープ効率が計測され、この計測結果に基づいて、高温動作時にはパイロット信号の振幅の減少分を補正するように可変利得増幅器３の利得を制御することによって、駆動パルス電流を増やすように制御を行っている。
【００１４】
また、第２の誤差増幅器１０は、モニタ用ＰＤ１１の検出出力の直流レベルが光出力パワーセット用可変抵抗器１５を経て入力する電圧と第２の基準電圧との差電圧を増幅した出力電圧により、ＬＤ１２の光出力強度が一定となるようにレーザ駆動回路４を制御し、それから出力するＬＤ１２の直流バイアス電流を制御する。
【００１５】
図８は、図６の光出力安定化回路においてパイロット信号を用いて半導体レーザの駆動パルス電流の制御を行う原理を説明するために示す図である。
【００１６】
図８から分かるように、ＬＤ１２の駆動電流（注入電流）対発光出力（Ｉ−Ｌ ）特性は、動作温度によりΔＰ／ΔＩ が変化し、モニタ用ＰＤ１１の検出電流に含まれるパイロット信号の振幅が変化する。
【００１７】
図９は、実際の半導体レーザにおいて高温動作時にＩ−Ｌ 特性が飽和する様子を示す図である。
【００１８】
室温（２５℃）時のＩ−Ｌ 特性は図９中の左側に示すようなカーブであるが、高温（７０℃）時のＩ−Ｌ 特性は図９中の右側に示すようなカーブとなり、スロープ効率（ΔＰ／ΔＩ ）が小さくなる。即ち、高温動作時に室温と同じ光出力を得るにはより多くの駆動電流を印加する必要がある。
【００１９】
一方、図６中のレーザ駆動回路４においては、図７に示したようなＬＤ１２の閾値電流に相当する直流を駆動パルス電流に重畳した電流でＬＤ１２を駆動している。このＬＤ１２の閾値電流も温度特性を持っており、高温時に増大する。
【００２０】
図６に示した光出力安定化回路においては、モニタ用ＰＤ１１で検出されるＬＤ１２の出力パワーを第２の誤差増幅器１０で基準値と比較し、出力パワーが一定値となるようにＬＤ１２に印加する直流バイアス電流を制御している。
【００２１】
図７および図８では、閾値電流以上のＩ−Ｌ 特性の傾き、即ち、閾値電流以上のＬＤ１２のΔＰ／ΔＩ は、ＬＤ１２に流す駆動電流に依存せずに一定であるとしたが、実際には、図９に示すように、特に高温動作時には高電流時にΔＰ／ΔＩ が飽和する傾向を示し、高電流時にΔＰ／ΔＩ の低下が発生する。
【００２２】
したがって、図６中に示した光出力安定化回路中のモニタ用ＰＤ１１は、高温動作時にはパイロットトーンの振幅がより小さく検出されてしまうので、高温動作時にはパルス電流を必要以上に大きく制御してしまう。
【００２３】
これにより、高温側で消光比が必要以上に増大し、ＬＤ１２の発光線幅が増大し、分散ペナルティー特性（ＬＤ１２から得られる光信号を光ファイバで実際に数十ｋｍ伝送した際に生じる受信感度劣化）の悪化を招くという問題点があった。
【００２４】
また、図６中に示した光出力安定化回路中のパイロット信号検波器７は、パイロットトーンの振幅のみを検出できれば問題無いが、実際には高速変調信号成分の漏れ込みが僅かにあり、誤作動する場合がある。この漏れ込みに起因する誤作動を防ぐため、光出力信号に重畳するパイロット信号成分の振幅をある程度（約１０％）以上大きくする必要があり、送信光のＳ／Ｎ の劣化、受信感度の劣化を招くという問題があった。
【００２５】
なお、特許文献１には、半導体レーザの光出力信号の低レベルを調整するためにバイアス電流源を制御し、光出力信号の高レベルを調整するためにパルス電流源を制御する半導体レーザの光出力安定化回路が開示されている。
【００２６】
また、非特許文献１には、半導体レーザモジュールから直接取り込まれた測定値に基づいて半導体レーザのバイアス電流と変調電流の両方を制御するデュアル・ループ式制御が開示されている。
【００２７】
【特許文献１】
特開平６−１６９１２５号公報
【００２８】
【非特許文献１】
Ｂｒｉａｎ Ｒｕｓｓｅｌｌ 外１名、「光通信用レーザ・ダイオード・ドライバにデュアル・ループ式制御を採用」、Ｄｅｓｉｇｎ Ｗａｖｅ Ｍａｇａｚｉｎｅ、米国、Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ 社、２００１ Ａｕｇｕｓｔ 、Ｐ．１５４−１５９
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の半導体レーザの光出力安定化回路は、半導体レーザの高温時にＩ−Ｌ 特性の飽和により、過剰なパルス駆動電流が流れ、高温時に消光比が必要以上に増大するという問題があった。
【００３０】
また、従来の半導体レーザの光出力安定化回路中のパイロット信号検波器は、パイロットトーン成分の振幅をある程度以上大きくする必要があり、送信光のＳ／Ｎ の劣化、受信感度の劣化を招くという問題があった。
【００３１】
本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、半導体レーザの温度安定化を行わなくても、幅広い周囲温度範囲において消光比をほぼ一定値に保つことができ、光送信器の小型化・高性能化に寄与し得る半導体レーザの光出力安定化回路および光送信モジュールを提供することを目的とする。
【００３２】
また、本発明の他の目的は、光出力信号に重畳するパイロット信号の振幅を低減することが可能となり、送信光のＳ／Ｎ の向上、受信感度の改善に寄与し得る半導体レーザの光出力安定化回路および光送信モジュールを提供することにある。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザの光出力安定化回路は、半導体レーザの駆動パルス電流に重畳するための低周波のパイロット信号を発生するパイロット信号発生器と、前記パイロット信号発生器で発生されたパイロット信号の振幅を調整するパイロット信号振幅調整回路と、前記パイロット信号振幅調整回路の出力信号により前記半導体レーザの駆動パルス電流を変調し、変調された駆動パルス電流により前記半導体レーザを駆動するレーザ駆動回路と、前記半導体レーザの出力光を受光するモニタ用の光検出素子による検出電流からパイロット信号の振幅を検出するパイロット信号検出回路と、前記パイロット信号検出回路により検出された第１の検出電圧を第１の基準電圧と比較して第１の差信号を生成し、前記パイロット信号検出回路により検出されるパイロット信号の振幅が一定となるように前記パイロット信号振幅調整回路を前記第１の差信号に基づいて制御する第１の誤差増幅器と、前記第１の誤差増幅器の基準電圧の温度補償を行うことにより、高温動作時の前記半導体レーザの出力光の消光比変動を低減する基準電圧温度補償回路とを具備することを特徴とする。
【００３４】
本発明の光送信モジュールは、本発明の光出力安定化回路のうちで、少なくとも前記パイロット信号発生器、パイロット信号振幅調整回路、レーザ駆動回路およびパイロット信号検出回路が集積回路化された半導体装置と、前記半導体装置の外部に配設され、前記光出力安定化回路により駆動される半導体レーザおよび前記半導体レーザの出力光を受光するモニタ用の光検出素子が組み込まれた半導体レーザモジュールと、前記半導体装置に外付け接続された基準電圧温度補償部品と、前記半導体装置に外付け接続された基準電圧温度補償部品とを具備することを特徴とする。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００３６】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光出力安定化回路を用いた光送信モジュールの構成を示している。
【００３７】
図１に示す光送信モジュールは、図６に示した光送信モジュールと比べて、第１の誤差増幅器９の基準電圧の温度補償を行う（高温になるほど基準電圧を低下させる）温度補償回路１３を付加することにより、高温動作時におけるレーザ出力光の消光比変動を低減した点が異なり、その他は同じであるので図６中と同一符号を付している。
【００３８】
このモジュールにおいて、半導体レーザモジュール１は、ＬＤ１２と、このＬＤ１２の光出力パワーを検出するモニタ用受光素子（例えばフォトダイオードＰＤ）１１が組み込まれている。
【００３９】
前記光出力安定化回路において、２はアナログ加算回路、３は可変利得増幅器、４はレーザ駆動回路、５はパイロットトーン発生器、６は第１の基準電圧源、１６は結合容量（例えばＭＯＳ キャパシタ）、７はパイロット信号増幅器、８はパイロット信号検波器、９は第１の誤差増幅器、１０は第２の誤差増幅器である。
【００４０】
パイロットトーン発生器５は、低周波（例えば１ｋＨｚ程度）のパルス信号を生成し、このパルス信号を例えば低域濾波器を通して正弦波のパイロット信号（パイロットトーン信号）を発生する。このパイロット信号は、アナログ加算回路２で直流電圧に重畳され、このアナログ加算回路２の出力に含まれるパイロット信号が可変利得増幅器３で振幅調整されてレーザ駆動回路４に印加される。
【００４１】
レーザ駆動回路４は、例えばエミッタ同士が共通接続された差動入力対をなすＮＰＮ トランジスタＱ１，Ｑ２ と、上記差動入力対トランジスタＱ１，Ｑ２ のエミッタ共通接続ノードと接地ノードとの間に接続された電流源Ｉｖと、前記差動入力対トランジスタＱ１，Ｑ２ の一方のトランジスタのコレクタと電源ノードとの間に接続された負荷抵抗素子Ｒ と、前記差動入力対トランジスタＱ１，Ｑ２ の他方のトランジスタのコレクタと接地ノードとの間に接続されたチョークコイルＬ およびバイアス制御用のＮＰＮ トランジスタＱ３とからなり、上記他方のトランジスタのコレクタと電源ノードとの間に前記ＬＤ１２が接続されている。
【００４２】
そして、前記差動入力対トランジスタＱ１，Ｑ２ のベースに差動入力端子ＤＡＴＡ＋，ＤＡＴＡ− から高速パルス信号が入力され、前記電流源Ｉｖの電流が前記可変利得増幅器３の出力により制御され、前記バイアス制御用のＮＰＮ トランジスタＱ３のベースに前記第２の誤差増幅器１０の出力が印加される。
【００４３】
これにより、高速パルス信号が可変利得増幅器３の出力に含まれるパイロット信号により振幅変調され、このパイロット信号が重畳された高速パルス電流と前記第２の誤差増幅器の出力により制御された直流バイアス電流をＬＤ１２に印加する。
【００４４】
これにより、ＬＤ１２は、パイロット信号成分が重畳した光信号を出力する。このＬＤ１２の光出力信号はモニタ用ＰＤ１１で検出され、この検出出力に含まれる微小なパイロット信号成分は、結合容量１６を経てパイロット信号増幅器７により選択的に増幅された後、パイロット信号検波器８によりパイロット信号の振幅に比例する直流電圧出力が得られる。
【００４５】
第１の誤差増幅器９は、前記パイロット信号検波器８により得られた直流電圧と第１の基準電圧源６から前記温度補償回路１３および基準電圧調整用抵抗素子１４を経て与えられる第１の基準電圧との差電圧を増幅した出力電圧により、前記差電圧が零になるように可変利得増幅器３の利得を制御する。可変利得増幅器３の出力は、レーザ駆動回路４の電流源を制御することにより、レーザ駆動回路４から出力するＬＤ１２の駆動パルス電流を制御する。
【００４６】
上記したように検出されたパイロット信号の振幅の大小により、図７に示したＩ−Ｌ 特性のスロープ効率ΔＰ／ΔＩ が計測され、この計測結果に基づいて、高温動作時にはパイロット信号の振幅の減少分を補正するように可変利得増幅器３の利得を制御することによって、駆動パルス電流を増やすように制御を行っている。
【００４７】
また、第２の誤差増幅器１０は、モニタ用ＰＤ１１の検出出力の直流レベルが光出力パワーセット用可変抵抗器１５を経て入力する電圧と第２の基準電圧との差電圧を増幅した出力電圧により、ＬＤ１２の光出力強度が一定となるようにレーザ駆動回路４を制御し、それから出力するＬＤ１２の直流バイアス電流を制御する。
【００４８】
一方、前記温度補償回路１３は、例えばサーミスタ１３０，抵抗素子１３１，１３２，１３３ からなり、基準電圧源６と基準電圧調整用抵抗素子１４との間に接続されている。即ち、基準電圧源６に直列に抵抗素子１３３ が接続され、これらに並列にサーミスタ１３０ および抵抗素子１３１ が直列接続され、このサーミスタ１３０ に並列に抵抗素子１３２ が接続されている。
【００４９】
上記サーミスタ１３０ は、周囲温度が高温になるにつれてその抵抗値が低下するので、基準電圧源６から温度補償回路１３および基準電圧調整用抵抗素子１４を介して誤差増幅器９に印加される基準電圧は高温になるほど低下する。この際、誤差増幅器９に印加される基準電圧の温度係数をＬＤ１２の温度特性に合わせて補正するために前記抵抗素子１３１，１３２，１３３ が挿入されている。
【００５０】
したがって、温度補償回路１３は、高温時にパルス駆動電流を減少させる（補償する）ように動作する。これにより、高温動作時に、ＬＤ１２のＩ−Ｌ 特性の飽和によってＬＤ１２に過剰なパルス駆動電流が流れることを抑制できるので、レーザ出力光の消光比が必要以上に増大するという問題を解決することが可能となる。
【００５１】
図１に示した光送信モジュールは、光出力安定化回路の大部分（少なくとも前記パイロット信号発生器、パイロット信号振幅調整回路、レーザ駆動回路およびパイロット信号検出回路）が集積回路化された半導体装置と、この半導体装置の外部に配設され、前記光出力安定化回路により駆動される半導体レーザ１２および前記半導体レーザの出力光を受光するモニタ用の光検出素子１１が組み込まれた半導体レーザモジュール１と、前記半導体装置に外付け接続された基準電圧温度補償回路部品（サーミスタ１３０ 、抵抗素子１３１，１３２ など）などの複数個の部品が例えば光ファイバ伝送装置内に組み込まれてなる。この場合、従来の光送信モジュールと比べて新規に付加される基準電圧温度補償回路部品は、半導体装置に外付け接続すればよく、光送信モジュールを安価に実現することができる。
【００５２】
＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の第２の実施形態に係る光出力安定化回路を用いた光送信モジュールの構成を示している。
【００５３】
図２に示す光送信モジュールは、図１に示した光送信モジュールと比べて、パイロット信号検波器８として同期型のパイロット信号検波回路８ａを用いている点が異なり、その他は同じである。
【００５４】
上記同期型のパイロット信号検波回路８ａは、パイロット信号発生器５から供給されるパイロット信号に同期したクロック信号で相補的にオン／オフされる一対のアナログスイッチ７１、７２と、このアナログスイッチ７１、７２の一方の入力を反転させる反転増幅器７３からなる両波整流器により簡易な構成で実現することが可能である。
【００５５】
図３は、図２中の同期型のパイロット信号検波回路の動作波形を示す。
【００５６】
パイロット信号に同期したクロック信号で駆動される同期検波回路は、特定の周波数のパイロット信号の信号振幅のみを選択的に検出する作用がある。したがって、モニタ用ＰＤ１１の出力信号に含まれるパイロット信号成分のみを検出するので、モニタ用ＰＤ１１の出力信号に含まれる伝送信号成分による誤動作を防止することができる。これにより、光出力信号に重畳するパイロット信号成分の振幅を低減することが可能となり、送信光Ｓ／Ｎ の向上、受信感度の改善に寄与する。
【００５７】
これに対して、前述した第１の実施形態においてパイロット信号検波器８として通常の非同期検波器を使用する場合は、モニタ用ＰＤ１１の出力信号に含まれるパイロット信号以外の周波数成分も検出してしまい、誤動作するおそれがある。
【００５８】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態では、前述した第１の実施形態および第２の実施形態における光出力安定化回路におけるパイロット信号によるレーザ駆動パルス電流の制御手段を変更した例を説明する。
【００５９】
図４は、本発明の第３の実施形態に係る光出力安定化回路を用いた光送信モジュールの構成を示している。
【００６０】
図４に示す光送信モジュールは、図１に示した光送信モジュールと比べて、アナログ加算回路２および可変利得増幅器３の組み合わせに代えて、第１の誤差増幅器９の出力信号が入力し、前記パイロット信号発生器５から供給されるパイロット信号に同期したクロック信号でオン／オフされるアナログスイッチ８１と、このアナログスイッチ８１の出力信号が入力する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）８２ とからなるレーザ駆動パルス電流制御回路８０を用いている。
【００６１】
図５は、図４中のアナログスイッチ８１とＬＰＦ８２ の動作波形の一例を示す。
【００６２】
パイロット信号に同期したクロック信号でオン／オフ駆動されるアナログスイッチ８１に入力する直流電圧（第１の誤差増幅器９の出力電圧）をＶ０とすると、アナログスイッチ８１からは振幅Ｖ０のパルス信号が出力し、このパルス信号が入力するＬＰＦ８２ から、直流電圧（Ｖ０／２）に微小振幅Ｖｐのパイロット信号が重畳した信号が出力する。この場合、パイロット信号の振幅Ｖｐは、ＬＰＦ８２ の遮断周波数によって決まり、アナログスイッチ８１の入力電圧Ｖ０に比例する。
【００６３】
このような動作は、前記アナログ加算回路２と可変利得増幅器４の組み合わせと同等の動作となり、特に可変利得増幅器４を用いなくて済むので、部品点数の削減および低コスト化に寄与する。
【００６４】
なお、図４中の移相器１７は、ＬＰＦ８２ においてパイロット信号の位相がずれることを補正するために、パイロット信号振幅器７とパイロット信号検波器８との間に挿入されている。
【００６５】
【発明の効果】
上述したように本発明の光出力安定化回路によれば、半導体レーザの高温時に、Ｉ−Ｌ 特性の飽和により過剰なパルス駆動電流が流れてレーザ出力光の消光比が必要以上に増大するという問題を解決することが可能となる。
【００６６】
また、本発明の光送信モジュールによれば、半導体レーザの温度安定化を行わなくても、幅広い周囲温度範囲においてレーザ出力光の消光比をほぼ一定値に保つことができ、光送信器の小型化・高性能化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光出力安定化回路を用いた光送信モジュールを示す構成説明図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る光出力安定化回路を用いた光送信モジュールを示す構成説明図。
【図３】図２中の同期型のパイロット信号検波回路の動作例を示す波形図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る光出力安定化回路を用いた光送信モジュールを示す構成説明図。
【図５】図４中のアナログスイッチと低域通過フィルタの動作例を示す波形図。
【図６】従来の光出力安定化回路を用いた光送信モジュールを示す構成説明図。
【図７】半導体レーザの一般的な駆動電流対発光出力特性の温度依存性を示す図。
【図８】図６の光出力安定化回路においてパイロット信号を用いて半導体レーザの駆動パルス電流の制御を行う原理を説明するために示す図。
【図９】実際の半導体レーザの高温動作時にＩ−Ｌ 特性が飽和する様子を示す特性図。
【符号の説明】
１…半導体レーザモジュール、
２…アナログ加算回路、
３…可変利得増幅器、
４…レーザ駆動回路、
５…パイロットトーン発生器、
６…基準電圧源、
７…パイロット信号増幅器、
８…パイロット信号検波器、
９…第１の誤差増幅器、
１０…第２の誤差増幅器、
１１…モニタ受光素子、
１２…半導体レーザ、
１３…温度補償回路、
１３０ …サーミスタ、
１３１，１３２，１３３ …抵抗。
Claims (9)
- 半導体レーザの駆動パルス電流に重畳するための低周波のパイロット信号を発生するパイロット信号発生器と、
前記パイロット信号発生器で発生されたパイロット信号の振幅を調整するパイロット信号振幅調整回路と、
前記パイロット信号振幅調整回路の出力信号により前記半導体レーザの駆動パルス電流を変調し、変調された駆動パルス電流により前記半導体レーザを駆動するレーザ駆動回路と、
前記半導体レーザの出力光を受光するモニタ用の光検出素子による検出電流からパイロット信号の振幅を検出するパイロット信号検出回路と、
前記パイロット信号検出回路により検出された第１の検出電圧を第１の基準電圧と比較して第１の差信号を生成し、前記パイロット信号検出回路により検出されるパイロット信号の振幅が一定となるように前記パイロット信号振幅調整回路を前記第１の差信号に基づいて制御する第１の誤差増幅器と、
前記第１の誤差増幅器の基準電圧の温度補償を行うことにより、高温動作時の前記半導体レーザの出力光の消光比変動を低減する基準電圧温度補償回路
とを具備することを特徴とする光出力安定化回路。 - 前記光検出素子による検出電流から前記半導体レーザの出力光パワーを検出する出力光パワー検出回路と、
前記出力光パワー検出回路により検出された第２の検出電圧を第２の基準電圧と比較して第２の差信号を生成し、前記出力光パワー検出回路により検出される出力光パワーが一定となるように前記第２の差信号に基づいて前記レーザ駆動回路を制御することにより、前記半導体レーザの直流バイアス電流を制御する第２の誤差増幅器
とをさらに具備することを特徴とする請求項１記載の光出力安定化回路。 - 前記パイロット信号検出回路は、同期検波回路が用いられていることを特徴とする請求項１または２記載の光出力安定化回路。
- 前記同期検波回路は、
前記パイロット信号発生器から供給されるパイロット信号に同期したクロック信号により相補的にオン／オフ駆動される一対のアナログスイッチを用いた両波整流器からなることを特徴とする請求項３記載の光出力安定化回路。 - 前記パイロット信号振幅調整回路は、
前記パイロット信号を直流電圧に重畳するアナログ加算回路と、
前記アナログ加算回路の出力信号が入力し、前記第１の誤差増幅器の出力により利得が制御された出力信号により前記レーザ駆動回路を制御することにより、の出力駆動パルス電流を制御する可変利得増幅器
とを具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光出力安定化回路。 - 前記パイロット信号振幅調整回路は、
前記第１の誤差増幅器の出力信号が入力し、前記パイロット信号発生器から供給されるパイロット信号に同期したクロック信号でオン／オフされるアナログスイッチと、
前記アナログスイッチから出力されるパルス信号が入力され、このパルス信号を直流電圧とこの電圧に比例した振幅のパイロット信号が重畳した信号に変換する低域通過フィルタ
とを具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光出力安定化回路。 - 前記基準電圧温度補償回路は、温度補償用素子としてサーミスタを用いたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光出力安定化回路。
- 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光出力安定化回路のうちで、少なくとも前記パイロット信号発生器、パイロット信号振幅調整回路、レーザ駆動回路およびパイロット信号検出回路が集積回路化された半導体装置と、
前記半導体装置の外部に配設され、前記光出力安定化回路により駆動される半導体レーザおよび前記半導体レーザの出力光を受光するモニタ用の光検出素子が組み込まれた半導体レーザモジュールと、
前記半導体装置に外付け接続された基準電圧温度補償部品
とを具備することを特徴とする光送信モジュール。 - 光ファイバ伝送装置に組み込まれることを特徴とする請求項８記載の光送信モジュール。
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