JP2004172237A - 光送信制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低電力駆動のために発振閾値以下から高速駆動を行う際の、光出力の緩和振動に対する入力電流のＯＦＦタイミングを適正化することにより、光出力の立下り波形の改善を行う。
【解決手段】半導体レーザと、半導体レーザから光信号を出力させるための半導体レーザ駆動部と、半導体レーザから出力された光信号をモニタするモニタ用受光素子と、モニタ用受光素子によってモニタされた光信号出力波形の立下り状態を検出する波形検出手段と、波形検出手段の検出結果に基づいて、入力電流の立下りの時期と光信号出力波形の緩和振動部位における変化の時期との位相関係を調整し、それによって光信号出力波形の立下り部の緩和振動を低減する位相関係調整手段とで構成する。
【選択図】 図１
【解決手段】半導体レーザと、半導体レーザから光信号を出力させるための半導体レーザ駆動部と、半導体レーザから出力された光信号をモニタするモニタ用受光素子と、モニタ用受光素子によってモニタされた光信号出力波形の立下り状態を検出する波形検出手段と、波形検出手段の検出結果に基づいて、入力電流の立下りの時期と光信号出力波形の緩和振動部位における変化の時期との位相関係を調整し、それによって光信号出力波形の立下り部の緩和振動を低減する位相関係調整手段とで構成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光送信制御装置に関し、さらに詳しくは、光通信の分野で用いられ、光信号送信用の光源として半導体レーザを用いる光送信制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報の大容量化、通信速度の高速化にともない、情報の伝送手段として光通信が用いられることが多くなっている。光通信は現在、通信幹線系での使用が主になっているが、今後はオフィスや家庭内での情報化に対応した機器間通信及びネットワーク化において用いられることが予測されており、普及が期待されている。光通信を行うためには、通信媒体である光ファイバ及び光を送受信するための送受信装置が用いられる。
【０００３】
通信分野においては、より短時間により多くの情報を伝達させるために、通信速度の向上に対する要求が強く、光通信においてもその例外ではない。光通信における通信速度の高速化については、高速な光変調が可能で安価な光源が必要である。この要求に対しては、近年、数百Ｍｂｐｓ〜１Ｇｂｐｓ程度で直接変調ができる半導体レーザがよく用いられる。それ以上の速度が要求される幹線系等では、レーザ光を外部変調器を用いて変調しているが、機器の構成が複雑でかつ高価であるため、民生用途には不向きである。現状では民生用途での通信速度は１Ｇｂｐｓもあれば十分であるという認識が一般的である。
【０００４】
また、光通信システムを安価に構築するために、媒体として低価格であり、機器との接続性に優れたプラスチックファイバを用いることが望まれている。この場合の光源として、近年普及が目覚しいＤＶＤ機器用レーザである赤色（λ＝６５０ｎｍ近傍）半導体レーザが使用できるため、光源も安価に入手できるという利点がある。
【０００５】
さて、直接変調による半導体レーザの駆動であるが、変調速度が１００Ｍｂｐｓ程度以下であれば、特に難しくはないが、数百Ｍｂｐｓ以上の変調となると、以下に記すいくつかの課題を解決する必要が生ずる。
【０００６】
（１）半導体レーザを駆動する駆動回路への変調入力信号品質の確保。
（２）駆動回路の高速化。
（３）半導体レーザと駆動回路間の回路、配線の工夫。
【０００７】
これらの課題に対して従来の対処法として、
（１）駆動回路の入力にＰＥＣＬ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｌｏｇｉｃ）やＬＶＤＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）等の小振幅で、高速なインターフェースを採用する。
（２）駆動回路を集積化しかつＢｉＣＭＯＳや化合物半導体といった高速動作に適した半導体プロセスを採用する。
（３）半導体レーザと駆動回路間のインピーダンスマッチングをとり、配線長を最短にして信号の高速化をはばむインダクタンス成分を極力少なくする。
等が挙げられる。例えば、（３）に関しては、高速な半導体レーザ駆動に関する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−３２７６１７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体レーザの駆動方法は、半導体レーザに発振閾値電流をバイアスとして常に与えておき、さらに変調電流を足し込むことで変調光を得るというものであった。しかしながら、近年では、通信速度の高速化とともに、機器の低消費電力化が望まれている。これに対応するための半導体レーザの駆動方法として、前記のバイアス電流を低減して駆動するということが考えられる。
【００１０】
半導体レーザを発振閾値以下のバイアス電流から変調した場合、レーザの発振遅延が発生する。しかし、この点については、システムの仕様の許す範囲内で使用すれば問題ないと考えられ、また、遅延したパルス幅を補償するように半導体レーザを駆動制御すればよい。
【００１１】
半導体レーザを発振閾値以下のバイアス電流から変調した場合に特に問題となるのは、光信号出力（以後単に「光出力」ともいう）に緩和振動が顕著に発生することである。この場合、変調信号周波数が高速になると、緩和振動が収まらないうちに変調が行われることになる。この時、光出力の立下り波形（光出力波形の立下り部）は緩和振動の影響を受ける。
【００１２】
光出力の緩和振動について、図５を用いて簡単に説明する（図５の実線波形参照）。半導体レーザに発振閾値電流以下のバイアス電流Ｉｂを与えておき、時間ｔ＝ｔ０に電流Ｉに立ち上げると、半導体レーザ内の注入電子密度（注入キャリア密度）ｎはバイアス時のｎｂから時定数τｎ（＝電子のライフタイム）で指数関数的に増加する。時間ｔｄ後にｎが閾電子密度ｎｔｈに達すると、レーザから光が出力され始め、光子密度は急速に増加する。
【００１３】
その後、ｎはｎｔｈを越えて増加を続けるが、ｎｐｈが増加する（光が放出される）とともにｎは減少に転ずる。ｎがｎｔｈにまで低下すると、以後ｎｐｈは減少に転じ、ｎｐｈが充分小さくなるとｎｔｈ以下に減少したｎは再び増加に転じてｎｔｈに達し、上記動作を繰り返す。この動作を何回か繰り返して定常状態に落ち着く。この過渡現象を緩和振動という。この緩和振動の振動周波数ｆｒは近似的に式（ｉ）で示され、通常ｆｒ＝数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚといわれている。（ただし、τｐｈは共振器内光子のライフタイム）。
ｆｒ＝１／（２π）×（１／（τｎ・τｐｈ））１／２×（（Ｉ−Ｉｔｈ）／Ｉｔｈ）１／２ ・・・（ｉ）
【００１４】
次に、入力電流（入力信号）がいつＯＦＦになるかということを考える。緩和振動終了後にＯＦＦする場合は光出力の立下り波形は緩和振動の影響を受けないが、緩和振動中にＯＦＦした場合は、光出力の立下り波形が緩和振動の影響を受ける。図５では、ＯＦＦタイミングが時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４の４つの場合を示した。これは、注入電子密度ｎの変化の１周期（＝緩和振動の１周期）中から代表的な４つの点を選んだものである。ｔ１はｎが増加から減少に転じる付近、ｔ２はｎが減少中でｎｔｈ付近、ｔ３はｎが減少から増加に転じる付近、ｔ４はｎが増加中でｎｔｈ付近である。
【００１５】
これらの時間ｔ１〜ｔ４で入力電流（入力信号）がＯＦＦになった時の波形を図５の▲１▼〜▲４▼に示す。これらからわかるように、各ＯＦＦタイミングによって光子密度変化（＝光出力波形）の立下り波形の様子が変わってくる。波形▲１▼、波形▲２▼に対して、波形▲３▼、波形▲４▼は、入力信号ＯＦＦタイミング後も注入電子密度ｎが増加するために、ｎがｎｔｈを超える部分で光が放出される。すなわち、入力信号ＯＦＦタイミング後からさらに光波形に振動の山が現れる。これにより、光出力の立下り波形が悪化し、また、立下り時間が長くかかる。このような光波形であると、通信時の波形においてＥｙｅ開口が確保されず通信品質が著しく低下する。また、通信品質を確保するために通信速度を低下させざるを得なくなる。
【００１６】
以上の説明からわかるように、半導体レーザを低電力駆動のために発振閾値以下からの高速駆動を行うと、光出力波形の立下り部は緩和振動と入力信号タイミングにより影響を受け、通信品質があるいは低下、あるいは高速化をはばむ。
この課題については、上記で述べた従来技術の解決方法では対処できない。
【００１７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、低電力駆動のために発振閾値以下から高速駆動を行う際の、光出力の緩和振動に対する入力電流のＯＦＦタイミングを適正化することにより、光出力の立下り波形の改善を行うことを目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体レーザと、半導体レーザから光信号を出力させるための半導体レーザ駆動部と、半導体レーザから出力された光信号をモニタするモニタ用受光素子と、モニタ用受光素子によってモニタされた光信号出力波形の立下り状態を検出する波形検出手段と、波形検出手段の検出結果に基づいて、入力電流の立下りの時期と光信号出力波形の緩和振動部位における変化の時期との位相関係を調整し、それによって光信号出力波形の立下り部の緩和振動を低減する位相関係調整手段とを備えてなる光送信制御装置である。
【００１９】
本発明によれば、入力電流の立下りの時期と光信号出力波形の緩和振動部位における変化の時期との位相関係が調整され、光信号出力波形の立下り部の緩和振動が低減される。これにより光信号出力波形の立下り部が過渡的に振動することなくスムーズにオフされ、光信号による通信品質の低下を防止することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明においては、低電力駆動のために発振閾値以下から高速駆動を行う際の、光出力の緩和振動に対する入力電流のＯＦＦタイミングを、位相関係調整手段によって適正化することにより、光出力の立下り波形の改善を行う。
【００２１】
位相関係調整手段としては次の３つがある。
（１）バイアス電流設定手段
バイアス電流設定手段によって、半導体レーザに与えるバイアス電流の値を、発振閾値電流の値よりも小さい値の範囲で調整することで、入力電流に対する光信号出力の遅延時間を変化させ、それによって入力電流の立下りの時期に対して、光信号出力の緩和振動の位相を変化させる。
【００２２】
すなわち、入力信号（入力電流）のＯＮの時期に対して、光出力の立上りタイミング（光出力遅れ時間）を変えることにより、入力信号のＯＦＦの時期に対する光出力の緩和振動の位相を変化させる。光出力の立上りタイミングを変える手段として、バイアス電流設定手段を用いる。このバイアス電流設定手段によって、半導体レーザに与えるバイアス電流の値を変える。これにより、注入電子密度が閾値に達する時間が変わり、入力信号のＯＦＦの時期に対する緩和振動の位相が変化する。
【００２３】
この場合、半導体レーザに与えるバイアス電流の値を調整することによって生ずる、入力電流に対する光出力の遅延時間の変化は、光出力の緩和振動周期の１周期分以内で十分である。
【００２４】
（２）変調電流設定手段
変調電流設定手段によって、半導体レーザに与える入力電流の値を調整することで、光信号出力の緩和振動の周波数を変化させ、それによって入力電流の立下りの時期に対して、光信号出力の緩和振動の位相を変化させる。
【００２５】
すなわち、光出力の緩和振動の周波数を変えることにより、入力信号のＯＦＦの時期に対する緩和振動の位相を変化させる。式（ｉ）から分かるように、緩和振動の周波数は変調電流（入力電流）Ｉの値が大きいほど高くなる。このため、緩和振動の周波数を変える手段として、変調電流設定手段を用いる。この変調電流設定手段によって、半導体レーザに与える変調電流の値を変える。これにより、緩和振動の周波数が変わり、入力信号のＯＦＦの時期に対する緩和振動の位相が変化する。
【００２６】
（３）入力信号制御手段
入力信号制御手段によって、入力電流のオフの時期を調整し、それによって入力電流の立下りの時期を、光信号出力の緩和振動の位相に対して変化させる。
すなわち、光出力の緩和振動に対して、入力信号のＯＦＦのタイミングを変えることにより、緩和振動に対する入力信号ＯＦＦの位相を変化させる。
【００２７】
以下、図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳述する。なお、この発明はこれによって限定されるものではなく、各種の変形が可能である。
【００２８】
図１を用いて実施形態１を説明する。本実施形態は位相関係調整手段としてバイアス電流設定手段を適用した例である。
入力部１は光送信信号のＩ／Ｆ部であり、例えばＰＥＣＬやＬＶＤＳ信号レベルのＩ／Ｆである。入力部１からは、ＬＤドライブ部２に対応したレベルの信号が出力され、ＬＤドライブ部２に入力される。ＬＤドライブ部２は、半導体レーザ（以下、半導体レーザを「ＬＤ」と記す）ＬＤ３を駆動する回路であり、設定されたバイアス電流及び変調電流に基づいてＬＤを駆動する。
【００２９】
モニタＰＤ部４は、ＬＤ駆動により出射されたＬＤ光の一部を受光する回路であり、ここで受光した光信号を光／電圧変換する。光／電圧変換には、例えば、受光素子にＰＩＮフォトダイオードを用い、ＰＩＮフォトダイオードを流れる励起電流を電流／電圧変換する等の手段がある。
【００３０】
波形検出部５は、モニタＰＤ部４の出力信号の立下り状態を検出する回路である。この検出方法は後で述べる。波形検出部５の検出結果はバイアス電流設定部６に入力される。
【００３１】
上述したように、ＬＤのバイアス電流を変化させると、光出力遅れ時間を変化させることができ、入力信号ＯＦＦタイミングと光出力の緩和振動との位相関係を変えられる。バイアス電流設定部６は、ＬＤドライブ部２が駆動するＬＤバイアス電流を設定する回路である。すなわち、バイアス電流設定部６は光出力の遅延時間を変化させる手段となっている。波形検出部５の検出結果に基づいて、バイアス電流設定部６はＬＤ３に与えるバイアス電流値を設定する。
【００３２】
次に、動作の説明をする。入力部１よりＬＤドライブ部２に信号が入力されると、ＬＤドライブ部２は、バイアス電流設定部６で設定されたバイアス電流値からＬＤ３を駆動する。変調電流値は予め定められた値で駆動される。ＬＤ３はドライブに応じた光出力を出射する。出射光は、図示しない光学系を経て送信媒体である光ファイバに導かれ、これが送信光となる。また、ＬＤ３の出射光の一部はモニタＰＤ部４にも導かれる。
【００３３】
モニタＰＤ部４が受光した光信号は、モニタＰＤ部内の受光素子及び処理回路により電圧信号に変換されるが、この変換部の周波数帯域により帯域制限を受ける。この帯域は、受光した光波形をモニタするために、少なくとも光通信信号を受信する受信器側回路程度の帯域が必要である。
【００３４】
モニタＰＤ部４で受光した光信号を電圧変換した後の波形は、すでに述べたように、入力信号ＯＦＦと緩和振動との位相関係によって変化する。この様子を図６に示す。図中の波形ａ〜波形ｄは、図５で説明した入力信号ＯＦＦと緩和振動との位相関係が波形▲１▼〜波形▲４▼である時に対応している。モニタＰＤ部４の帯域制限のために、もとの光波形よりは高周波領域が制限されて若干なまったような波形になる。この電圧信号がモニタＰＤ部４から波形検出部５に出力される。
【００３５】
波形検出部５ではモニタＰＤ部４の出力信号の立下り状態を検出する。立下り状態は、例えば次のように検出される。図６で、予め定められた基準入力信号（パルス幅ｔｗ）を与えた時、入力信号のＯＦＦから定められた基準時間ｔｆ後の電圧レベルをＡ／Ｄ変換等で検出する。検出された電圧レベルが定められた基準電圧値Ｖｔｈ以下であれば所定時間内に信号が立ち下がっているものとし、検出結果「ＯＫ」を出力する。Ｖｔｈを超えていれば所定時間内に信号が立ち下がっていないものとし、検出結果「ＮＧ」を出力する。図６では、波形ａと波形ｂが「ＯＫ」であり、波形ｃと波形ｄが「ＮＧ」である。波形検出部５の出力はバイアス電流設定部６に入力される。
【００３６】
バイアス電流設定部６は波形検出部５の結果に基づいて、ＬＤドライブ部２のバイアス電流設定値を変化させる。
【００３７】
図７はバイアス電流値を設定するときの処理内容を示すフローチャートである。まず、バイアス電流設定用の基準入力信号（例えば単周期繰り返しパルス）を、下限バイアス値でＬＤドライブ部２で駆動する（ステップＳ１〜ステップＳ３）。
【００３８】
ドライブされたＬＤ３にて出射されたＬＤ光の一部はモニタＰＤ部４で受光される（ステップＳ４）。モニタＰＤ部４で光／電圧変換された出力が波形検出部５に与えられ、波形検出部５でこの出力の立下り状態が検出され、「ＯＫ」か「ＮＧ」かが判断される（ステップＳ５）。「ＯＫ」であればバイアス電流値が確定される（ステップＳ６）。ステップＳ５で「ＮＧ」と判断されれば、バイアス電流設定部６はバイアス電流値を所定量だけ大きく設定する（ステップＳ７）。
【００３９】
この時、バイアス量の上限値であるか否かがチェックされ（ステップＳ８）、上限値でなければ設定バイアス値で再びＬＤ３がドライブされて（ステップＳ３）、バイアス値が確定するまでこの動作を続ける（ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８）。ステップＳ８でバイアス値が上限値であると判断されれば、装置不良としてシステムエラーの判断をする（ステップＳ９）。
【００４０】
ステップＳ２における下限バイアス値及びステップＳ８における上限バイアス値をＬＤ３の発振閾値以下の値に設定しておくことで、低消費電力ＬＤ駆動が可能となる。
【００４１】
なお、上記バイアス値の設定は、送受信装置が通信を行っていない時に実施してもよいし、通信中に実施してもよい。通信中に実施する場合、基準入力信号に代えて通信信号を入力する。この時、立下り状態が所定時間内に一定のレベルにならない場合、通信エラーが起こる可能性があるが、バイアス値の確定後は通信が回復できる。また、システムエラーの判断（ステップＳ９）がなされた時は、その旨を、本送受信装置を含む通信機器表示部に表示する等して使用者に警告を知らせる。
【００４２】
次に、図２を用いて実施形態２を説明する。本実施形態は位相関係調整手段として変調電流設定手段を適用した例である。
本実施形態では、実施形態１のバイアス電流設定部６に代えて、変調電流設定部７を設けている。上述したように、ＬＤ３の変調電流を変化させると、光出力の緩和振動の周波数を変化させることができ、入力信号ＯＦＦタイミングと緩和振動との位相関係を調整することができる。変調電流設定部７は、ＬＤドライブ部２が駆動するＬＤ変調電流を設定する回路である。すなわち、変調電流設定部７は緩和振動の周波数を変化させる手段となっている。波形検出部５の検出結果に基づいて、変調電流設定部７は変調電流値を設定する。
【００４３】
動作の説明をする。入力部１よりＬＤドライブ部２に信号が入力されると、ＬＤドライブ部２は、変調電流設定部７で設定された変調電流でＬＤ３を駆動する。バイアス電流値はあらかじめ定められた値で駆動される。ＬＤ３はドライブに応じた光出力を出射する。出射光は、図示しない光学系を経て送信媒体である光ファイバに導かれ、これが送信光となる。また、ＬＤ３の出射光の一部はモニタＰＤ部４にも導かれる。モニタＰＤ部４が受光した光信号は、すでに述べたようにモニタＰＤ部内の受光素子及び処理回路により電圧信号に変換され、波形検出部５に出力される。波形検出部５ではすでに述べたように、モニタＰＤ部４の出力信号の立下り状態を検出し、その結果を出力する。変調電流設定部７は波形検出部５の検出結果に基づいて、ＬＤドライブ部２の変調電流の設定値を変化させる。
【００４４】
図８は変調電流値を設定するときの処理内容を示すフローチャートである。
まず、変調電流設定用の基準入力信号（例えば単周期繰り返しパルス）を、下限変調電流値でＬＤドライブ部２で駆動する（ステップＳ１１〜ステップＳ１３）。バイアス電流値はあらかじめ定められた値で駆動される。
【００４５】
ドライブされたＬＤ３にて出射されたＬＤ光の一部はモニタＰＤ部４で受光される（ステップＳ１４）。モニタＰＤ部４で光／電圧変換された出力が波形検出部５に与えられ、波形検出部５でこの出力の立下り状態が検出され、「ＯＫ」か「ＮＧ」かが判断される（ステップＳ１５）。「ＯＫ」であればバイアス値が確定される（ステップＳ１６）。ステップＳ１５で「ＮＧ」と判断されれば、変調電流設定部７は変調電流値を所定量だけ大きく設定する（ステップＳ１７）。
【００４６】
この時、変調電流量の上限値であるか否かがチェックされ（ステップＳ１８）、上限値でなければ設定変調電流値で再びＬＤ３がドライブされて（ステップＳ１３）、変調電流値が確定するまでこの動作を続ける（ステップＳ１３，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１７，Ｓ１８）。ステップＳ１８で変調電流値が上限値であると判断されれば、装置不良としてシステムエラーの判断をする（ステップＳ１９）。
バイアス電流設定値をＬＤ３の発振閾値以下の値に設定しておくことで、低消費電力ＬＤ駆動が可能となる。
【００４７】
なお、上記変調電流値の設定は、送受信装置が通信を行っていない時に実施してもよいし、通信中に実施してもよい。通信中に実施する場合、基準入力信号に代えて通信信号を入力する。この場合、立下り状態が所定時間内に一定のレベルにならない場合、通信エラーが起こる可能性があるが、変調電流値の確定後は通信が回復できる。また、システムエラーの判断（ステップＳ１９）がなされた時は、その旨を、本送受信装置を含む通信機器表示部に表示する等して使用者に警告を知らせる。
【００４８】
次に、図３を用いて実施形態３を説明する。本形態は位相関係調整手段としてバイアス電流設定手段と変調電流設定手段との両方を適用した例である。
上記２つの実施形態では、バイアス電流設定部６にはバイアス設定値の上限および下限値が決められている。また、変調電流設定部７には変調電流設定値の上限および下限値が決められている。このように、各設定部は、それぞれ一定の範囲内でしか各設定値を変化させることができない。しかし、一方の設定部を用いただけではシステムエラーと判断されるような場合でも、両方の設定部を組み合わせることで立下り状態が「ＯＫ」となる場合がある。本実施形態はこれに対応したものである。
【００４９】
本実施形態では、実施形態１のバイアス電流設定部６と実施形態２の変調電流設定部７とを組み合わせている。
【００５０】
動作の説明をする。入力部１よりＬＤドライブ部２に信号が入力されると、ＬＤドライブ部２は、バイアス電流設定部６及び変調電流設定部７で設定されたバイアス電流及び変調電流でＬＤ３を駆動する。ＬＤ３はドライブに応じた光出力を出射する。出射光は、図示しない光学系を経て送信媒体である光ファイバに導かれ、これが送信光となる。また、ＬＤ３の出射光の一部はモニタＰＤ部４にも導かれる。モニタＰＤ部４が受光した光信号は、すでに述べたようにモニタＰＤ部内の受光素子及び処理回路により電圧信号に変換され、波形検出部５に出力される。波形検出部５ではすでに述べたように、モニタＰＤ部４の出力信号の立下り状態を検出し、その結果を出力する。バイアス電流設定部６及び変調電流設定部７は、波形検出部５の検出結果に基づいて、バイアス電流値及び変調電流値を変化させる。
【００５１】
図９はバイアス電流値及び変調電流値を設定するときの処理内容を示すフローチャートである。
まず、バイアス電流及び変調電流設定用の基準入力信号（例えば単周期繰り返しパルス）を、下限バイアス値及び下限変調電流値でＬＤドライブ部２で駆動する（ステップＳ２１〜ステップＳ２３）。
【００５２】
ドライブされたＬＤ３にて出射されたＬＤ光の一部はモニタＰＤ部４で受光される（ステップＳ２４）。モニタＰＤ部４で光／電圧変換された出力が波形検出部５に与えられ、波形検出部５でこの出力の立下り状態が検出され、「ＯＫ」か「ＮＧ」かが判断される（ステップＳ２５）。「ＯＫ」であればバイアス値及び変調電流値が確定される（ステップＳ２６）。ステップＳ２５で「ＮＧ」と判断されれば、バイアス電流設定部６はバイアス値を所定量だけ大きく設定する（ステップＳ２７）。
【００５３】
この時、バイアス量の上限値であるか否かがチェックされ（ステップＳ２８）、上限値でなければ設定バイアス値で再びＬＤ３がドライブされて（ステップＳ２３）、バイアス値が確定するまでこの動作を続ける（ステップＳ２３，Ｓ２４，Ｓ２５，Ｓ２７，Ｓ２８）。ステップＳ２８でバイアス値が上限値であると判断されれば、次にバイアス値を下限値に戻して、変調電流値を所定量だけ大きく設定する（ステップＳ２９）。
【００５４】
この時、変調電流値の上限値であるか否かがチェックされ（ステップＳ３０）、上限値でなければ設定バイアス値で再びＬＤ３がドライブされて（ステップＳ２３）、変調電流値が確定するまでこの動作を続ける（ステップＳ２３，Ｓ２４，Ｓ２５，Ｓ２７，Ｓ２８，Ｓ２９，Ｓ３０）。ステップＳ３０で変調電流値が上限値であると判断されれば、装置不良としてシステムエラーの判断をする（ステップＳ３１）。
【００５５】
ステップＳ２２における下限バイアス値及びステップＳ２８における上限バイアス値をＬＤ３の発振閾値以下の値に設定しておくことで、低消費電力ＬＤ駆動が可能となる。
【００５６】
なお、上記バイアス値の設定及び変調電流値の設定は、送受信装置が通信を行っていない時に実施してもよいし、通信中に実施してもよい。通信中に実施する場合、基準入力信号に代えて通信信号を入力する。この場合、立下り状態が所定時間内に一定のレベルにならない場合、通信エラーが起こる可能性があるが、バイアス値と変調電流値の確定後は通信が回復できる。また、システムエラーの判断（ステップＳ３１）がなされた時は、その旨を、本送受信装置を含む通信機器表示部に表示する等して使用者に警告を知らせる。
【００５７】
次に、図４を用いて実施形態４を説明する。本実施形態は位相関係調整手段として入力信号制御手段を適用した例である。
本実施形態では、実施形態１のバイアス電流設定部６に代えて、入力信号制御部８を入力部１とＬＤドライブ部２との間に設けている。入力信号制御部８は、入力信号のＯＦＦタイミングを調整する回路であり、これを用いることで入力信号ＯＦＦと光出力の緩和振動との位相関係を調整する。
【００５８】
入力信号のＯＦＦタイミングを変化させる方法の例を図１０〜図１２を用いて説明する。
図１０は図４の入力信号制御部８を詳細に示したものである。入力部１からの信号は入力信号制御部８に入力されると、そのままＯＲ部１０に入力される信号と、Ｄｅｌａｙ部９を経てＯＲ部１０に入力される信号とに分かれる。Ｄｅｌａｙ部９は波形検出部５の信号に基づいて、入力信号に遅延をかけるための遅延信号を出力する。ＯＲ部１０は、入力信号と遅延信号との２つの信号の論理和を出力する。
【００５９】
図１１のタイムチャートに示すように、入力信号制御部８への入力信号（パルス幅ｐ１）はＤｅｌａｙ部９で時間ｐ２だけ遅延してＯＲ部１０に出力される。ＯＲ部では入力信号と遅延信号との２つの信号の論理和であるＯＲ信号が出力される。ＯＲ信号のパルス幅はｐ１＋ｐ２となり、もとの入力信号に対して信号ＯＦＦのタイミングが遅延量ｐ２だけ変化した信号となる。この遅延量ｐ２を可変できるようにＤｅｌａｙ部９を構成しておけば、入力信号のＯＦＦタイミングを変化させることができる。遅延量を可変できる遅延素子はプログラマブル信号遅延ＩＣとしてすでに公知であり、このＩＣを制御することで容易に実現できる。
【００６０】
入力信号制御部８は、波形検出部５の検出結果に基づいて入力信号のＯＦＦタイミングを変化させた信号をＬＤドライブ部２に入力する。
【００６１】
図１２は入力信号制御部８で入力信号のＯＦＦタイミングを変化させる時の処理内容を示すフローチャートである。
まず、入力信号ＯＦＦタイミング調整用の基準入力信号（例えば単周期繰り返しパルス）をＤｅｌａｙ量＝０でＬＤをドライブする。（ステップＳ４１〜ステップＳ４３）。バイアス電流値及び変調電流値はあらかじめ定められた値で駆動される。
【００６２】
ドライブされたＬＤ３にて出射されたＬＤ光の一部はモニタＰＤ部４で受光される（ステップＳ４４）。モニタＰＤ部４で光／電圧変換された出力が波形検出部５に与えられ、波形検出部５でこの出力の立下り状態が検出され、「ＯＫ」か「ＮＧ」かが判断される（ステップＳ４５）。「ＯＫ」であればＤｅｌａｙ量が確定される（ステップＳ４６）。ステップＳ４５で「ＮＧ」と判断されれば、入力信号制御部８はＤｅｌａｙ量を所定量だけ大きく設定する（ステップＳ４７）。
【００６３】
この時、Ｄｅｌａｙ量の上限値であるか否かがチェックされ（ステップＳ４８）、上限値でなければ設定Ｄｅｌａｙ量で再びＬＤがドライブされて（ステップＳ４３）、Ｄｅｌａｙ量が確定するまでこの動作を続ける（ステップＳ４３，Ｓ４４，Ｓ４５，Ｓ４７，Ｓ４８）。ステップＳ４８でＤｅｌａｙ量が上限値であると判断されれば、装置不良としてシステムエラーの判断をする（ステップＳ４９）。
【００６４】
バイアス電流設定値をＬＤ３の発振閾値以下の値に設定しておくことで、低消費電力ＬＤ駆動が可能となる。
【００６５】
なお、上記Ｄｅｌａｙ量の設定は、送受信装置が通信を行っていない時に実施してもよいし、通信中に実施してもよい。通信中に実施する場合、基準入力信号に代えて通信信号を入力する。この場合、立下り状態が所定時間内に一定のレベルにならない場合、通信エラーが起こる可能性があるが、Ｄｅｌａｙ量の確定後は通信が回復できる。また、システムエラーの判断（ステップＳ４９）がなされた時は、その旨を、本送受信装置を含む通信機器表示部に表示する等して使用者に警告を知らせる。
【００６６】
以上の実施形態で述べたバイアス電流の上限・下限値、変調電流の上限・下限値、及びＤｅｌａｙ量の上限・下限値の決め方であるが、これらを変化させる目的は、ＬＤの光出力の緩和振動と入力信号ＯＦＦとの位相関係を調整するものであるので、緩和振動周期の１周期分に対して入力信号ＯＦＦタイミングが調整できればよい。したがって、バイアス電流、変調電流及びＤｅｌａｙ量の上限・下限値は、それらを変化させることで、ＬＤの光出力の緩和振動と入力信号ＯＦＦとの位相関係が緩和振動周期の１周期分の範囲で調整できるように設定しておけばよい。
【００６７】
また、バイアス電流の上限・下限値、変調電流の上限・下限値、及びＤｅｌａｙ量の上限・下限値を変化させることで、出力される光のパルス幅、消光比、あるいはピークパワー等が変化することが予想される。したがって、これら変化については、変化後の値であっても、使用する通信規格の規格値（パルス幅歪み許容範囲、消光比許容範囲、光出力許容範囲等）を満足できる範囲内で、下限値、上限値を設定することが望ましい。
【００６８】
なお、上記した基準入力信号は、各設定用に１種類であっても複数種類であってもよい。
【００６９】
このようにして、低電力駆動のために発振閾値以下から高速駆動を行う際、入力電流ＯＦＦの時期と光出力の緩和振動における変化の時期との位相関係を調整することにより、光出力波形の立下り部の緩和振動を低減する。これにより光出力波形の立下り部の過渡的な振動を抑制し、光信号による通信品質の低下を防止することができる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体レーザを用いた光送信において、光信号出力波形の立下り部の緩和振動が低減されるように光信号出力を制御するので、光信号出力の立下り時間を速め、Ｅｙｅ開口を確保し、良好な光信号品質を得ることができ、安定した通信が可能となる。また、発信閾値電流以下からのレーザ駆動であるため、送信器として低消費電力駆動が可能となり、この効果で装置の放熱設計の簡略化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態２の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態３の構成を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態４の構成を示す説明図である。
【図５】光出力の緩和振動の説明図である。
【図６】入力信号ＯＦＦと緩和振動との位相関係を示す説明図である。
【図７】実施形態１におけるバイアス電流値を設定するときの処理内容を示すフローチャートである。
【図８】実施形態２における変調電流値を設定するときの処理内容を示すフローチャートである。
【図９】実施形態３におけるバイアス電流値及び変調電流値を設定するときの処理内容を示すフローチャートである。
【図１０】図４の入力信号制御部を詳細に示した説明図である。
【図１１】実施形態４における入力信号のＯＦＦタイミングの遅延量を説明図するタイムチャートである。
【図１２】入力信号制御部８で入力信号のＯＦＦタイミングを変化させる時の処理内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 入力部
２ ＬＤドライブ部
３ ＬＤ
４ モニタＰＤ部
５ 波形検出部
６ バイアス電流設定部
７ 変調電流設定部
８ 入力信号制御部
９ Ｄｅｌａｙ部
１０ ＯＲ部
【発明の属する技術分野】
本発明は、光送信制御装置に関し、さらに詳しくは、光通信の分野で用いられ、光信号送信用の光源として半導体レーザを用いる光送信制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報の大容量化、通信速度の高速化にともない、情報の伝送手段として光通信が用いられることが多くなっている。光通信は現在、通信幹線系での使用が主になっているが、今後はオフィスや家庭内での情報化に対応した機器間通信及びネットワーク化において用いられることが予測されており、普及が期待されている。光通信を行うためには、通信媒体である光ファイバ及び光を送受信するための送受信装置が用いられる。
【０００３】
通信分野においては、より短時間により多くの情報を伝達させるために、通信速度の向上に対する要求が強く、光通信においてもその例外ではない。光通信における通信速度の高速化については、高速な光変調が可能で安価な光源が必要である。この要求に対しては、近年、数百Ｍｂｐｓ〜１Ｇｂｐｓ程度で直接変調ができる半導体レーザがよく用いられる。それ以上の速度が要求される幹線系等では、レーザ光を外部変調器を用いて変調しているが、機器の構成が複雑でかつ高価であるため、民生用途には不向きである。現状では民生用途での通信速度は１Ｇｂｐｓもあれば十分であるという認識が一般的である。
【０００４】
また、光通信システムを安価に構築するために、媒体として低価格であり、機器との接続性に優れたプラスチックファイバを用いることが望まれている。この場合の光源として、近年普及が目覚しいＤＶＤ機器用レーザである赤色（λ＝６５０ｎｍ近傍）半導体レーザが使用できるため、光源も安価に入手できるという利点がある。
【０００５】
さて、直接変調による半導体レーザの駆動であるが、変調速度が１００Ｍｂｐｓ程度以下であれば、特に難しくはないが、数百Ｍｂｐｓ以上の変調となると、以下に記すいくつかの課題を解決する必要が生ずる。
【０００６】
（１）半導体レーザを駆動する駆動回路への変調入力信号品質の確保。
（２）駆動回路の高速化。
（３）半導体レーザと駆動回路間の回路、配線の工夫。
【０００７】
これらの課題に対して従来の対処法として、
（１）駆動回路の入力にＰＥＣＬ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｌｏｇｉｃ）やＬＶＤＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）等の小振幅で、高速なインターフェースを採用する。
（２）駆動回路を集積化しかつＢｉＣＭＯＳや化合物半導体といった高速動作に適した半導体プロセスを採用する。
（３）半導体レーザと駆動回路間のインピーダンスマッチングをとり、配線長を最短にして信号の高速化をはばむインダクタンス成分を極力少なくする。
等が挙げられる。例えば、（３）に関しては、高速な半導体レーザ駆動に関する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−３２７６１７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体レーザの駆動方法は、半導体レーザに発振閾値電流をバイアスとして常に与えておき、さらに変調電流を足し込むことで変調光を得るというものであった。しかしながら、近年では、通信速度の高速化とともに、機器の低消費電力化が望まれている。これに対応するための半導体レーザの駆動方法として、前記のバイアス電流を低減して駆動するということが考えられる。
【００１０】
半導体レーザを発振閾値以下のバイアス電流から変調した場合、レーザの発振遅延が発生する。しかし、この点については、システムの仕様の許す範囲内で使用すれば問題ないと考えられ、また、遅延したパルス幅を補償するように半導体レーザを駆動制御すればよい。
【００１１】
半導体レーザを発振閾値以下のバイアス電流から変調した場合に特に問題となるのは、光信号出力（以後単に「光出力」ともいう）に緩和振動が顕著に発生することである。この場合、変調信号周波数が高速になると、緩和振動が収まらないうちに変調が行われることになる。この時、光出力の立下り波形（光出力波形の立下り部）は緩和振動の影響を受ける。
【００１２】
光出力の緩和振動について、図５を用いて簡単に説明する（図５の実線波形参照）。半導体レーザに発振閾値電流以下のバイアス電流Ｉｂを与えておき、時間ｔ＝ｔ０に電流Ｉに立ち上げると、半導体レーザ内の注入電子密度（注入キャリア密度）ｎはバイアス時のｎｂから時定数τｎ（＝電子のライフタイム）で指数関数的に増加する。時間ｔｄ後にｎが閾電子密度ｎｔｈに達すると、レーザから光が出力され始め、光子密度は急速に増加する。
【００１３】
その後、ｎはｎｔｈを越えて増加を続けるが、ｎｐｈが増加する（光が放出される）とともにｎは減少に転ずる。ｎがｎｔｈにまで低下すると、以後ｎｐｈは減少に転じ、ｎｐｈが充分小さくなるとｎｔｈ以下に減少したｎは再び増加に転じてｎｔｈに達し、上記動作を繰り返す。この動作を何回か繰り返して定常状態に落ち着く。この過渡現象を緩和振動という。この緩和振動の振動周波数ｆｒは近似的に式（ｉ）で示され、通常ｆｒ＝数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚといわれている。（ただし、τｐｈは共振器内光子のライフタイム）。
ｆｒ＝１／（２π）×（１／（τｎ・τｐｈ））１／２×（（Ｉ−Ｉｔｈ）／Ｉｔｈ）１／２ ・・・（ｉ）
【００１４】
次に、入力電流（入力信号）がいつＯＦＦになるかということを考える。緩和振動終了後にＯＦＦする場合は光出力の立下り波形は緩和振動の影響を受けないが、緩和振動中にＯＦＦした場合は、光出力の立下り波形が緩和振動の影響を受ける。図５では、ＯＦＦタイミングが時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４の４つの場合を示した。これは、注入電子密度ｎの変化の１周期（＝緩和振動の１周期）中から代表的な４つの点を選んだものである。ｔ１はｎが増加から減少に転じる付近、ｔ２はｎが減少中でｎｔｈ付近、ｔ３はｎが減少から増加に転じる付近、ｔ４はｎが増加中でｎｔｈ付近である。
【００１５】
これらの時間ｔ１〜ｔ４で入力電流（入力信号）がＯＦＦになった時の波形を図５の▲１▼〜▲４▼に示す。これらからわかるように、各ＯＦＦタイミングによって光子密度変化（＝光出力波形）の立下り波形の様子が変わってくる。波形▲１▼、波形▲２▼に対して、波形▲３▼、波形▲４▼は、入力信号ＯＦＦタイミング後も注入電子密度ｎが増加するために、ｎがｎｔｈを超える部分で光が放出される。すなわち、入力信号ＯＦＦタイミング後からさらに光波形に振動の山が現れる。これにより、光出力の立下り波形が悪化し、また、立下り時間が長くかかる。このような光波形であると、通信時の波形においてＥｙｅ開口が確保されず通信品質が著しく低下する。また、通信品質を確保するために通信速度を低下させざるを得なくなる。
【００１６】
以上の説明からわかるように、半導体レーザを低電力駆動のために発振閾値以下からの高速駆動を行うと、光出力波形の立下り部は緩和振動と入力信号タイミングにより影響を受け、通信品質があるいは低下、あるいは高速化をはばむ。
この課題については、上記で述べた従来技術の解決方法では対処できない。
【００１７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、低電力駆動のために発振閾値以下から高速駆動を行う際の、光出力の緩和振動に対する入力電流のＯＦＦタイミングを適正化することにより、光出力の立下り波形の改善を行うことを目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体レーザと、半導体レーザから光信号を出力させるための半導体レーザ駆動部と、半導体レーザから出力された光信号をモニタするモニタ用受光素子と、モニタ用受光素子によってモニタされた光信号出力波形の立下り状態を検出する波形検出手段と、波形検出手段の検出結果に基づいて、入力電流の立下りの時期と光信号出力波形の緩和振動部位における変化の時期との位相関係を調整し、それによって光信号出力波形の立下り部の緩和振動を低減する位相関係調整手段とを備えてなる光送信制御装置である。
【００１９】
本発明によれば、入力電流の立下りの時期と光信号出力波形の緩和振動部位における変化の時期との位相関係が調整され、光信号出力波形の立下り部の緩和振動が低減される。これにより光信号出力波形の立下り部が過渡的に振動することなくスムーズにオフされ、光信号による通信品質の低下を防止することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明においては、低電力駆動のために発振閾値以下から高速駆動を行う際の、光出力の緩和振動に対する入力電流のＯＦＦタイミングを、位相関係調整手段によって適正化することにより、光出力の立下り波形の改善を行う。
【００２１】
位相関係調整手段としては次の３つがある。
（１）バイアス電流設定手段
バイアス電流設定手段によって、半導体レーザに与えるバイアス電流の値を、発振閾値電流の値よりも小さい値の範囲で調整することで、入力電流に対する光信号出力の遅延時間を変化させ、それによって入力電流の立下りの時期に対して、光信号出力の緩和振動の位相を変化させる。
【００２２】
すなわち、入力信号（入力電流）のＯＮの時期に対して、光出力の立上りタイミング（光出力遅れ時間）を変えることにより、入力信号のＯＦＦの時期に対する光出力の緩和振動の位相を変化させる。光出力の立上りタイミングを変える手段として、バイアス電流設定手段を用いる。このバイアス電流設定手段によって、半導体レーザに与えるバイアス電流の値を変える。これにより、注入電子密度が閾値に達する時間が変わり、入力信号のＯＦＦの時期に対する緩和振動の位相が変化する。
【００２３】
この場合、半導体レーザに与えるバイアス電流の値を調整することによって生ずる、入力電流に対する光出力の遅延時間の変化は、光出力の緩和振動周期の１周期分以内で十分である。
【００２４】
（２）変調電流設定手段
変調電流設定手段によって、半導体レーザに与える入力電流の値を調整することで、光信号出力の緩和振動の周波数を変化させ、それによって入力電流の立下りの時期に対して、光信号出力の緩和振動の位相を変化させる。
【００２５】
すなわち、光出力の緩和振動の周波数を変えることにより、入力信号のＯＦＦの時期に対する緩和振動の位相を変化させる。式（ｉ）から分かるように、緩和振動の周波数は変調電流（入力電流）Ｉの値が大きいほど高くなる。このため、緩和振動の周波数を変える手段として、変調電流設定手段を用いる。この変調電流設定手段によって、半導体レーザに与える変調電流の値を変える。これにより、緩和振動の周波数が変わり、入力信号のＯＦＦの時期に対する緩和振動の位相が変化する。
【００２６】
（３）入力信号制御手段
入力信号制御手段によって、入力電流のオフの時期を調整し、それによって入力電流の立下りの時期を、光信号出力の緩和振動の位相に対して変化させる。
すなわち、光出力の緩和振動に対して、入力信号のＯＦＦのタイミングを変えることにより、緩和振動に対する入力信号ＯＦＦの位相を変化させる。
【００２７】
以下、図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳述する。なお、この発明はこれによって限定されるものではなく、各種の変形が可能である。
【００２８】
図１を用いて実施形態１を説明する。本実施形態は位相関係調整手段としてバイアス電流設定手段を適用した例である。
入力部１は光送信信号のＩ／Ｆ部であり、例えばＰＥＣＬやＬＶＤＳ信号レベルのＩ／Ｆである。入力部１からは、ＬＤドライブ部２に対応したレベルの信号が出力され、ＬＤドライブ部２に入力される。ＬＤドライブ部２は、半導体レーザ（以下、半導体レーザを「ＬＤ」と記す）ＬＤ３を駆動する回路であり、設定されたバイアス電流及び変調電流に基づいてＬＤを駆動する。
【００２９】
モニタＰＤ部４は、ＬＤ駆動により出射されたＬＤ光の一部を受光する回路であり、ここで受光した光信号を光／電圧変換する。光／電圧変換には、例えば、受光素子にＰＩＮフォトダイオードを用い、ＰＩＮフォトダイオードを流れる励起電流を電流／電圧変換する等の手段がある。
【００３０】
波形検出部５は、モニタＰＤ部４の出力信号の立下り状態を検出する回路である。この検出方法は後で述べる。波形検出部５の検出結果はバイアス電流設定部６に入力される。
【００３１】
上述したように、ＬＤのバイアス電流を変化させると、光出力遅れ時間を変化させることができ、入力信号ＯＦＦタイミングと光出力の緩和振動との位相関係を変えられる。バイアス電流設定部６は、ＬＤドライブ部２が駆動するＬＤバイアス電流を設定する回路である。すなわち、バイアス電流設定部６は光出力の遅延時間を変化させる手段となっている。波形検出部５の検出結果に基づいて、バイアス電流設定部６はＬＤ３に与えるバイアス電流値を設定する。
【００３２】
次に、動作の説明をする。入力部１よりＬＤドライブ部２に信号が入力されると、ＬＤドライブ部２は、バイアス電流設定部６で設定されたバイアス電流値からＬＤ３を駆動する。変調電流値は予め定められた値で駆動される。ＬＤ３はドライブに応じた光出力を出射する。出射光は、図示しない光学系を経て送信媒体である光ファイバに導かれ、これが送信光となる。また、ＬＤ３の出射光の一部はモニタＰＤ部４にも導かれる。
【００３３】
モニタＰＤ部４が受光した光信号は、モニタＰＤ部内の受光素子及び処理回路により電圧信号に変換されるが、この変換部の周波数帯域により帯域制限を受ける。この帯域は、受光した光波形をモニタするために、少なくとも光通信信号を受信する受信器側回路程度の帯域が必要である。
【００３４】
モニタＰＤ部４で受光した光信号を電圧変換した後の波形は、すでに述べたように、入力信号ＯＦＦと緩和振動との位相関係によって変化する。この様子を図６に示す。図中の波形ａ〜波形ｄは、図５で説明した入力信号ＯＦＦと緩和振動との位相関係が波形▲１▼〜波形▲４▼である時に対応している。モニタＰＤ部４の帯域制限のために、もとの光波形よりは高周波領域が制限されて若干なまったような波形になる。この電圧信号がモニタＰＤ部４から波形検出部５に出力される。
【００３５】
波形検出部５ではモニタＰＤ部４の出力信号の立下り状態を検出する。立下り状態は、例えば次のように検出される。図６で、予め定められた基準入力信号（パルス幅ｔｗ）を与えた時、入力信号のＯＦＦから定められた基準時間ｔｆ後の電圧レベルをＡ／Ｄ変換等で検出する。検出された電圧レベルが定められた基準電圧値Ｖｔｈ以下であれば所定時間内に信号が立ち下がっているものとし、検出結果「ＯＫ」を出力する。Ｖｔｈを超えていれば所定時間内に信号が立ち下がっていないものとし、検出結果「ＮＧ」を出力する。図６では、波形ａと波形ｂが「ＯＫ」であり、波形ｃと波形ｄが「ＮＧ」である。波形検出部５の出力はバイアス電流設定部６に入力される。
【００３６】
バイアス電流設定部６は波形検出部５の結果に基づいて、ＬＤドライブ部２のバイアス電流設定値を変化させる。
【００３７】
図７はバイアス電流値を設定するときの処理内容を示すフローチャートである。まず、バイアス電流設定用の基準入力信号（例えば単周期繰り返しパルス）を、下限バイアス値でＬＤドライブ部２で駆動する（ステップＳ１〜ステップＳ３）。
【００３８】
ドライブされたＬＤ３にて出射されたＬＤ光の一部はモニタＰＤ部４で受光される（ステップＳ４）。モニタＰＤ部４で光／電圧変換された出力が波形検出部５に与えられ、波形検出部５でこの出力の立下り状態が検出され、「ＯＫ」か「ＮＧ」かが判断される（ステップＳ５）。「ＯＫ」であればバイアス電流値が確定される（ステップＳ６）。ステップＳ５で「ＮＧ」と判断されれば、バイアス電流設定部６はバイアス電流値を所定量だけ大きく設定する（ステップＳ７）。
【００３９】
この時、バイアス量の上限値であるか否かがチェックされ（ステップＳ８）、上限値でなければ設定バイアス値で再びＬＤ３がドライブされて（ステップＳ３）、バイアス値が確定するまでこの動作を続ける（ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８）。ステップＳ８でバイアス値が上限値であると判断されれば、装置不良としてシステムエラーの判断をする（ステップＳ９）。
【００４０】
ステップＳ２における下限バイアス値及びステップＳ８における上限バイアス値をＬＤ３の発振閾値以下の値に設定しておくことで、低消費電力ＬＤ駆動が可能となる。
【００４１】
なお、上記バイアス値の設定は、送受信装置が通信を行っていない時に実施してもよいし、通信中に実施してもよい。通信中に実施する場合、基準入力信号に代えて通信信号を入力する。この時、立下り状態が所定時間内に一定のレベルにならない場合、通信エラーが起こる可能性があるが、バイアス値の確定後は通信が回復できる。また、システムエラーの判断（ステップＳ９）がなされた時は、その旨を、本送受信装置を含む通信機器表示部に表示する等して使用者に警告を知らせる。
【００４２】
次に、図２を用いて実施形態２を説明する。本実施形態は位相関係調整手段として変調電流設定手段を適用した例である。
本実施形態では、実施形態１のバイアス電流設定部６に代えて、変調電流設定部７を設けている。上述したように、ＬＤ３の変調電流を変化させると、光出力の緩和振動の周波数を変化させることができ、入力信号ＯＦＦタイミングと緩和振動との位相関係を調整することができる。変調電流設定部７は、ＬＤドライブ部２が駆動するＬＤ変調電流を設定する回路である。すなわち、変調電流設定部７は緩和振動の周波数を変化させる手段となっている。波形検出部５の検出結果に基づいて、変調電流設定部７は変調電流値を設定する。
【００４３】
動作の説明をする。入力部１よりＬＤドライブ部２に信号が入力されると、ＬＤドライブ部２は、変調電流設定部７で設定された変調電流でＬＤ３を駆動する。バイアス電流値はあらかじめ定められた値で駆動される。ＬＤ３はドライブに応じた光出力を出射する。出射光は、図示しない光学系を経て送信媒体である光ファイバに導かれ、これが送信光となる。また、ＬＤ３の出射光の一部はモニタＰＤ部４にも導かれる。モニタＰＤ部４が受光した光信号は、すでに述べたようにモニタＰＤ部内の受光素子及び処理回路により電圧信号に変換され、波形検出部５に出力される。波形検出部５ではすでに述べたように、モニタＰＤ部４の出力信号の立下り状態を検出し、その結果を出力する。変調電流設定部７は波形検出部５の検出結果に基づいて、ＬＤドライブ部２の変調電流の設定値を変化させる。
【００４４】
図８は変調電流値を設定するときの処理内容を示すフローチャートである。
まず、変調電流設定用の基準入力信号（例えば単周期繰り返しパルス）を、下限変調電流値でＬＤドライブ部２で駆動する（ステップＳ１１〜ステップＳ１３）。バイアス電流値はあらかじめ定められた値で駆動される。
【００４５】
ドライブされたＬＤ３にて出射されたＬＤ光の一部はモニタＰＤ部４で受光される（ステップＳ１４）。モニタＰＤ部４で光／電圧変換された出力が波形検出部５に与えられ、波形検出部５でこの出力の立下り状態が検出され、「ＯＫ」か「ＮＧ」かが判断される（ステップＳ１５）。「ＯＫ」であればバイアス値が確定される（ステップＳ１６）。ステップＳ１５で「ＮＧ」と判断されれば、変調電流設定部７は変調電流値を所定量だけ大きく設定する（ステップＳ１７）。
【００４６】
この時、変調電流量の上限値であるか否かがチェックされ（ステップＳ１８）、上限値でなければ設定変調電流値で再びＬＤ３がドライブされて（ステップＳ１３）、変調電流値が確定するまでこの動作を続ける（ステップＳ１３，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１７，Ｓ１８）。ステップＳ１８で変調電流値が上限値であると判断されれば、装置不良としてシステムエラーの判断をする（ステップＳ１９）。
バイアス電流設定値をＬＤ３の発振閾値以下の値に設定しておくことで、低消費電力ＬＤ駆動が可能となる。
【００４７】
なお、上記変調電流値の設定は、送受信装置が通信を行っていない時に実施してもよいし、通信中に実施してもよい。通信中に実施する場合、基準入力信号に代えて通信信号を入力する。この場合、立下り状態が所定時間内に一定のレベルにならない場合、通信エラーが起こる可能性があるが、変調電流値の確定後は通信が回復できる。また、システムエラーの判断（ステップＳ１９）がなされた時は、その旨を、本送受信装置を含む通信機器表示部に表示する等して使用者に警告を知らせる。
【００４８】
次に、図３を用いて実施形態３を説明する。本形態は位相関係調整手段としてバイアス電流設定手段と変調電流設定手段との両方を適用した例である。
上記２つの実施形態では、バイアス電流設定部６にはバイアス設定値の上限および下限値が決められている。また、変調電流設定部７には変調電流設定値の上限および下限値が決められている。このように、各設定部は、それぞれ一定の範囲内でしか各設定値を変化させることができない。しかし、一方の設定部を用いただけではシステムエラーと判断されるような場合でも、両方の設定部を組み合わせることで立下り状態が「ＯＫ」となる場合がある。本実施形態はこれに対応したものである。
【００４９】
本実施形態では、実施形態１のバイアス電流設定部６と実施形態２の変調電流設定部７とを組み合わせている。
【００５０】
動作の説明をする。入力部１よりＬＤドライブ部２に信号が入力されると、ＬＤドライブ部２は、バイアス電流設定部６及び変調電流設定部７で設定されたバイアス電流及び変調電流でＬＤ３を駆動する。ＬＤ３はドライブに応じた光出力を出射する。出射光は、図示しない光学系を経て送信媒体である光ファイバに導かれ、これが送信光となる。また、ＬＤ３の出射光の一部はモニタＰＤ部４にも導かれる。モニタＰＤ部４が受光した光信号は、すでに述べたようにモニタＰＤ部内の受光素子及び処理回路により電圧信号に変換され、波形検出部５に出力される。波形検出部５ではすでに述べたように、モニタＰＤ部４の出力信号の立下り状態を検出し、その結果を出力する。バイアス電流設定部６及び変調電流設定部７は、波形検出部５の検出結果に基づいて、バイアス電流値及び変調電流値を変化させる。
【００５１】
図９はバイアス電流値及び変調電流値を設定するときの処理内容を示すフローチャートである。
まず、バイアス電流及び変調電流設定用の基準入力信号（例えば単周期繰り返しパルス）を、下限バイアス値及び下限変調電流値でＬＤドライブ部２で駆動する（ステップＳ２１〜ステップＳ２３）。
【００５２】
ドライブされたＬＤ３にて出射されたＬＤ光の一部はモニタＰＤ部４で受光される（ステップＳ２４）。モニタＰＤ部４で光／電圧変換された出力が波形検出部５に与えられ、波形検出部５でこの出力の立下り状態が検出され、「ＯＫ」か「ＮＧ」かが判断される（ステップＳ２５）。「ＯＫ」であればバイアス値及び変調電流値が確定される（ステップＳ２６）。ステップＳ２５で「ＮＧ」と判断されれば、バイアス電流設定部６はバイアス値を所定量だけ大きく設定する（ステップＳ２７）。
【００５３】
この時、バイアス量の上限値であるか否かがチェックされ（ステップＳ２８）、上限値でなければ設定バイアス値で再びＬＤ３がドライブされて（ステップＳ２３）、バイアス値が確定するまでこの動作を続ける（ステップＳ２３，Ｓ２４，Ｓ２５，Ｓ２７，Ｓ２８）。ステップＳ２８でバイアス値が上限値であると判断されれば、次にバイアス値を下限値に戻して、変調電流値を所定量だけ大きく設定する（ステップＳ２９）。
【００５４】
この時、変調電流値の上限値であるか否かがチェックされ（ステップＳ３０）、上限値でなければ設定バイアス値で再びＬＤ３がドライブされて（ステップＳ２３）、変調電流値が確定するまでこの動作を続ける（ステップＳ２３，Ｓ２４，Ｓ２５，Ｓ２７，Ｓ２８，Ｓ２９，Ｓ３０）。ステップＳ３０で変調電流値が上限値であると判断されれば、装置不良としてシステムエラーの判断をする（ステップＳ３１）。
【００５５】
ステップＳ２２における下限バイアス値及びステップＳ２８における上限バイアス値をＬＤ３の発振閾値以下の値に設定しておくことで、低消費電力ＬＤ駆動が可能となる。
【００５６】
なお、上記バイアス値の設定及び変調電流値の設定は、送受信装置が通信を行っていない時に実施してもよいし、通信中に実施してもよい。通信中に実施する場合、基準入力信号に代えて通信信号を入力する。この場合、立下り状態が所定時間内に一定のレベルにならない場合、通信エラーが起こる可能性があるが、バイアス値と変調電流値の確定後は通信が回復できる。また、システムエラーの判断（ステップＳ３１）がなされた時は、その旨を、本送受信装置を含む通信機器表示部に表示する等して使用者に警告を知らせる。
【００５７】
次に、図４を用いて実施形態４を説明する。本実施形態は位相関係調整手段として入力信号制御手段を適用した例である。
本実施形態では、実施形態１のバイアス電流設定部６に代えて、入力信号制御部８を入力部１とＬＤドライブ部２との間に設けている。入力信号制御部８は、入力信号のＯＦＦタイミングを調整する回路であり、これを用いることで入力信号ＯＦＦと光出力の緩和振動との位相関係を調整する。
【００５８】
入力信号のＯＦＦタイミングを変化させる方法の例を図１０〜図１２を用いて説明する。
図１０は図４の入力信号制御部８を詳細に示したものである。入力部１からの信号は入力信号制御部８に入力されると、そのままＯＲ部１０に入力される信号と、Ｄｅｌａｙ部９を経てＯＲ部１０に入力される信号とに分かれる。Ｄｅｌａｙ部９は波形検出部５の信号に基づいて、入力信号に遅延をかけるための遅延信号を出力する。ＯＲ部１０は、入力信号と遅延信号との２つの信号の論理和を出力する。
【００５９】
図１１のタイムチャートに示すように、入力信号制御部８への入力信号（パルス幅ｐ１）はＤｅｌａｙ部９で時間ｐ２だけ遅延してＯＲ部１０に出力される。ＯＲ部では入力信号と遅延信号との２つの信号の論理和であるＯＲ信号が出力される。ＯＲ信号のパルス幅はｐ１＋ｐ２となり、もとの入力信号に対して信号ＯＦＦのタイミングが遅延量ｐ２だけ変化した信号となる。この遅延量ｐ２を可変できるようにＤｅｌａｙ部９を構成しておけば、入力信号のＯＦＦタイミングを変化させることができる。遅延量を可変できる遅延素子はプログラマブル信号遅延ＩＣとしてすでに公知であり、このＩＣを制御することで容易に実現できる。
【００６０】
入力信号制御部８は、波形検出部５の検出結果に基づいて入力信号のＯＦＦタイミングを変化させた信号をＬＤドライブ部２に入力する。
【００６１】
図１２は入力信号制御部８で入力信号のＯＦＦタイミングを変化させる時の処理内容を示すフローチャートである。
まず、入力信号ＯＦＦタイミング調整用の基準入力信号（例えば単周期繰り返しパルス）をＤｅｌａｙ量＝０でＬＤをドライブする。（ステップＳ４１〜ステップＳ４３）。バイアス電流値及び変調電流値はあらかじめ定められた値で駆動される。
【００６２】
ドライブされたＬＤ３にて出射されたＬＤ光の一部はモニタＰＤ部４で受光される（ステップＳ４４）。モニタＰＤ部４で光／電圧変換された出力が波形検出部５に与えられ、波形検出部５でこの出力の立下り状態が検出され、「ＯＫ」か「ＮＧ」かが判断される（ステップＳ４５）。「ＯＫ」であればＤｅｌａｙ量が確定される（ステップＳ４６）。ステップＳ４５で「ＮＧ」と判断されれば、入力信号制御部８はＤｅｌａｙ量を所定量だけ大きく設定する（ステップＳ４７）。
【００６３】
この時、Ｄｅｌａｙ量の上限値であるか否かがチェックされ（ステップＳ４８）、上限値でなければ設定Ｄｅｌａｙ量で再びＬＤがドライブされて（ステップＳ４３）、Ｄｅｌａｙ量が確定するまでこの動作を続ける（ステップＳ４３，Ｓ４４，Ｓ４５，Ｓ４７，Ｓ４８）。ステップＳ４８でＤｅｌａｙ量が上限値であると判断されれば、装置不良としてシステムエラーの判断をする（ステップＳ４９）。
【００６４】
バイアス電流設定値をＬＤ３の発振閾値以下の値に設定しておくことで、低消費電力ＬＤ駆動が可能となる。
【００６５】
なお、上記Ｄｅｌａｙ量の設定は、送受信装置が通信を行っていない時に実施してもよいし、通信中に実施してもよい。通信中に実施する場合、基準入力信号に代えて通信信号を入力する。この場合、立下り状態が所定時間内に一定のレベルにならない場合、通信エラーが起こる可能性があるが、Ｄｅｌａｙ量の確定後は通信が回復できる。また、システムエラーの判断（ステップＳ４９）がなされた時は、その旨を、本送受信装置を含む通信機器表示部に表示する等して使用者に警告を知らせる。
【００６６】
以上の実施形態で述べたバイアス電流の上限・下限値、変調電流の上限・下限値、及びＤｅｌａｙ量の上限・下限値の決め方であるが、これらを変化させる目的は、ＬＤの光出力の緩和振動と入力信号ＯＦＦとの位相関係を調整するものであるので、緩和振動周期の１周期分に対して入力信号ＯＦＦタイミングが調整できればよい。したがって、バイアス電流、変調電流及びＤｅｌａｙ量の上限・下限値は、それらを変化させることで、ＬＤの光出力の緩和振動と入力信号ＯＦＦとの位相関係が緩和振動周期の１周期分の範囲で調整できるように設定しておけばよい。
【００６７】
また、バイアス電流の上限・下限値、変調電流の上限・下限値、及びＤｅｌａｙ量の上限・下限値を変化させることで、出力される光のパルス幅、消光比、あるいはピークパワー等が変化することが予想される。したがって、これら変化については、変化後の値であっても、使用する通信規格の規格値（パルス幅歪み許容範囲、消光比許容範囲、光出力許容範囲等）を満足できる範囲内で、下限値、上限値を設定することが望ましい。
【００６８】
なお、上記した基準入力信号は、各設定用に１種類であっても複数種類であってもよい。
【００６９】
このようにして、低電力駆動のために発振閾値以下から高速駆動を行う際、入力電流ＯＦＦの時期と光出力の緩和振動における変化の時期との位相関係を調整することにより、光出力波形の立下り部の緩和振動を低減する。これにより光出力波形の立下り部の過渡的な振動を抑制し、光信号による通信品質の低下を防止することができる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体レーザを用いた光送信において、光信号出力波形の立下り部の緩和振動が低減されるように光信号出力を制御するので、光信号出力の立下り時間を速め、Ｅｙｅ開口を確保し、良好な光信号品質を得ることができ、安定した通信が可能となる。また、発信閾値電流以下からのレーザ駆動であるため、送信器として低消費電力駆動が可能となり、この効果で装置の放熱設計の簡略化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態２の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態３の構成を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態４の構成を示す説明図である。
【図５】光出力の緩和振動の説明図である。
【図６】入力信号ＯＦＦと緩和振動との位相関係を示す説明図である。
【図７】実施形態１におけるバイアス電流値を設定するときの処理内容を示すフローチャートである。
【図８】実施形態２における変調電流値を設定するときの処理内容を示すフローチャートである。
【図９】実施形態３におけるバイアス電流値及び変調電流値を設定するときの処理内容を示すフローチャートである。
【図１０】図４の入力信号制御部を詳細に示した説明図である。
【図１１】実施形態４における入力信号のＯＦＦタイミングの遅延量を説明図するタイムチャートである。
【図１２】入力信号制御部８で入力信号のＯＦＦタイミングを変化させる時の処理内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 入力部
２ ＬＤドライブ部
３ ＬＤ
４ モニタＰＤ部
５ 波形検出部
６ バイアス電流設定部
７ 変調電流設定部
８ 入力信号制御部
９ Ｄｅｌａｙ部
１０ ＯＲ部
Claims (8)
- 半導体レーザと、
半導体レーザから光信号を出力させるための半導体レーザ駆動部と、
半導体レーザから出力された光信号をモニタするモニタ用受光素子と、
モニタ用受光素子によってモニタされた光信号出力波形の立下り状態を検出する波形検出手段と、
波形検出手段の検出結果に基づいて、入力電流の立下りの時期と光信号出力波形の緩和振動部位における変化の時期との位相関係を調整し、それによって光信号出力波形の立下り部の緩和振動を低減する位相関係調整手段とを備えてなる光送信制御装置。 - 位相関係調整手段が、半導体レーザに与えるバイアス電流の値を、発振閾値電流の値よりも小さい値の範囲で調整することで、入力電流に対する光信号出力の遅延時間を変化させ、それによって入力電流の立下りの時期に対して、光信号出力の緩和振動の位相を変化させるバイアス電流設定手段からなる請求項１記載の光送信制御装置。
- 位相関係調整手段が、半導体レーザに与える入力電流の値を調整することで、光信号出力の緩和振動の周波数を変化させ、それによって入力電流の立下りの時期に対して、光信号出力の緩和振動の位相を変化させる変調電流設定手段からなる請求項１記載の光送信制御装置。
- 位相関係調整手段が、請求項３記載の変調電流設定手段をさらに備えてなる請求項２記載の光送信制御装置。
- 半導体レーザに与えるバイアス電流の値を調整することによって生ずる、入力電流に対する光信号出力の遅延時間の変化は、光信号出力の緩和振動周期の１周期分以内である請求項２または４記載の光送信制御装置。
- 位相関係調整手段が、入力電流のオフの時期を調整し、それによって入力電流の立下りの時期を、光信号出力の緩和振動の位相に対して変化させる入力信号制御手段からなる請求項１記載の光送信制御装置。
- 位相関係調整手段が、入力電流のオフの時期を調整することによって生ずる、入力電流に対する光信号出力の遅延時間の変化は、光信号出力の緩和振動周期の１周期分以内である請求項６記載の光送信制御装置。
- バイアス電流値は上記半導体レーザの発振閾値以下に設定しておく事を特徴とする請求項３または６記載の光送信制御装置。
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