JP2006100414A - 光送信器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱的トラキングエラーを補償できる光送信器を提供する。
【解決手段】温度検出部１９は、感温素子１７に接続されており、レーザダイオード１３の温度に対応する第１の温度信号Ｖ_ＴＨを発生する。補正信号発生部２１は、周囲温度Ｔ_ＡＭＢに対応する第２の温度信号Ｖ_ＡＭＢに応じて熱的トラッキングエラー補償量を含む情報から補償信号Ｖ_ＣＯＲＲを発生する。基準信号生成部２３は、第２の温度信号Ｖ_ＡＭＢを発生する回路３５を含み、レーザダイオード１３が発生すべき光の波長（ＬＡＭＢＤＡ０）を示す目標信号Ｖ_ＲＥＦ０と補償信号Ｖ_ＣＯＲＲとの差を示す基準信号Ｖ_ＡＤＪを発生する。制御回路２５は、基準信号Ｖ_ＡＤＪと第１の温度信号Ｖ_ＴＨとに応じて熱電素子１４を駆動するための駆動信号Ｖ_Ｄを発生する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光送信器に関する。

文献１（特開平１１−１６３４６２号公報）には、光波長安定制御装置が記載されている。この光波長安定制御装置は、ＬＤ駆動電流の増減に起因する波長ドリフトを長期にわたり補正し、光波長を高精度に安定化させることができる。この光波長安定制御装置では、ＬＤ駆動電流検出回路は、光出力制御回路により操作されるＬＤ駆動電流を検出し、ＬＤ駆動電流増減規格化部はＬＤ駆動電流を規格化し、補正基準電圧生成部は、規格化された値に応じたＬＤ温度制御目標値を生成する。温度モニタ回路出力値は、感温素子および温度モニタ回路により検出され、またＬＤ温度制御目標値に近づくように、熱電子冷却素子に流す電流値が電流制御部により制御される。

文献２（特開平６−２８３７９７号公報）には、レーザ光源が記載されている。レーザ光源では、ヒートシンクの温度をモニタしてそれを安定（一定）にするように制御する一方で、半導体レーザの発振波長は活性層の温度に依存するので、半導体レーザに流れる全電流と端子電圧をモニタして活性層の温度変化を推定し、ヒートシンクの制御温度を調整する。
特開平１１−１６３４６２号公報 特開平６−２８３７９７号公報

文献１の光波長安定化装置と文献２のレーザ光源はともに、半導体レーザ（LＤ）の近傍に配置されたサーミスタ抵抗を用いて間接的にＬＤの温度をモニタして、ＬＤ温度が一定になるように制御している。

これ故に、半導体レーザの温度とサーミスタが示す温度との間に違いが生じ、半導体レーザの温度が所望の値からシフトする。この現象が熱的トラキングエラーである。このエラーの原因の一つは、半導体レーザの温度と周囲温度との差が大きい場合、つまり熱電変換素子の吸熱面と放熱面の温度差が大きい場合に、放熱された熱が、吸熱面にあるサーミスタの周囲に回り込むことに起因すると考えられる。

既に説明したように、文献１では、レーザダイオードの経年劣化によって生じるレーザダイオード駆動電流の変動に応じて、温度を設定する。このため、経年劣化による波長変動を補正する温度設定が可能になる。また、文献２では、ヒートシンクの温度は一定になるように制御されており、また半導体レーザの出力発光パワーも一定になるように制御されている。半導体レーザの経時変化が起こると活性層の電気抵抗が増加することにより半導体レーザの順方向電圧が増加する。また、半導体レーザに流れる電流を光信号に変換する電気／光変換効率が劣化することにより、半導体レーザの出力発光パワーを一定になるように制御していれば、半導体レーザに流す電流が増える。結局、半導体レーザの消費電力が増えることになり、これが活性層の温度上昇になり発振波長が変化する。この現象を抑えるために、活性層の温度上昇を半導体レーザの順方向電圧と電流をモニタすることにより推定し、そのモニタ値に応じてヒートシンクの温度を下げる。つまり、文献２では、半導体レーザの経時変化に応じて消費電力が増加することによる活性層の温度上昇を打ち消すように制御される。

しかしながら、光波長安定制御装置およびレーザ光源は、レーザダイオードの温度の制御目標値を調整することによって発振波長の経年変化を補償するので、熱的トラキングエラー自体を補償するものではない。

そこで、本発明は、上記の事項を鑑みて為されたものであり、熱的トラキングエラーを補償できる光送信器を提供することを目的としている。

本発明の一側面によれば、光送信器は、（ａ）レーザダイオードと、（ｂ）前記レーザダイオードの温度を変更するための熱電素子と、（ｃ）前記レーザダイオードの温度をモニタするための感温素子と、（ｄ）前記感温素子に接続されており、前記レーザダイオードの温度に対応する第１の温度信号を発生する温度検出部と、（ｅ）周囲温度に対応する第２の温度信号に応じて、熱的トラッキングエラーを補償するための補償信号を発生する補正信号発生部と、（ｆ）前記レーザダイオードの温度の制御目標値を示す目標信号および前記補償信号に応じて温度制御のための基準信号を発生する基準信号生成部と、（ｇ）前記基準信号に前記第１の温度信号が等しくなるように前記熱電素子を駆動するための駆動信号を発生する制御回路とを備える。

この光送信器によれば、基準信号生成部が、感温素子とは別に、第２の温度信号を発生する回路を備えており、補正信号発生部は、熱的トラッキングエラーを補償する補償信号を第２の温度信号に応答して基準信号生成部に提供する。基準信号生成部は、熱的トラッキングエラーを補償する基準信号を制御目標信号および補償信号に応じて発生する。制御回路は、基準信号および第１の温度信号に応じて、熱電素子を駆動するための駆動信号を発生する。これ故に、光送信器では、周囲温度依存した現象である熱的トラッキングエラーが補償できる。ここで、制御目標信号は、周囲温度による影響がなくＬＤの劣化もない場合にＬＤが発生すべき光の波長を実現するように第１の温度信号を制御するための目標値を示す。

本発明に係る光送信器は、（ｈ）前記レーザダイオードにバイアス電流を供給し、このバイアス電流に応じた電流モニタ信号を発生する駆動部と、（ｉ）前記電流モニタ信号に応じて、前記熱的トラッキングエラーを補償するための情報を更新するための更新信号を発生する更新部と
を備え、前記補正信号発生部は、前記情報を記憶する記憶装置を含み、この情報を前記更新信号に応じて更新する。

熱的トラッキングエラー補償量は温度の関数であり、補正信号発生部は第２の信号に応答して上記情報に従って補償信号を生成する。一方、モニタＰＤの電流を一定する制御では、レーザダイオードの特性変化（経時変化、経時劣化）によって、一定の発光出力を得ようとした場合に、レーザダイオードに流れるバイアス電流が増加する。この増加による発振波長のドリフトを補償することも、熱的トラッッキングエラーを補償する回路で実現できる。つまり、増加したバイアス電流に応じて変化した電流モニタ信号を用いて、補償信号を得るための情報を更新することができる。例えば、バイアス電流の増加分に相当する値を補償信号に加えればよい。レーザダイオードの劣化は周囲温度の変化に比べればかなりゆっくり進むので、第２の温度信号による熱的トラッキングエラーの補償とレーザダイオードの劣化による補償を両立できる。

本発明に係る光送信器は、（ｈ）前記レーザダイオードに接続されバイアス電流を供給し、前記レーザダイオードの順方向電圧に対応する電圧モニタ信号を発生する駆動部と、（ｉ）前記電圧モニタ信号に応じて、前記熱的トラッキングエラーを補償するための情報を更新するための更新信号を発生する更新部とをさらに備え、前記補正信号発生部は、前記情報を記憶する記憶装置を含み、この情報を前記更新信号に応じて更新する。

モニタＰＤの電流を一定する制御では、レーザダイオードの特性変化（経時変化、経時劣化）によって、一定の発光出力を得ようとした場合に、レーザダイオードの端子間に加わる順方向電圧が増加する。この増加による発振波長の変化を補償することも、熱的トラッッキングエラーを補償する回路を用いて実現できる。つまり、レーザダイオードの順方向電圧に相当する電圧モニタ信号を用いて、補償信号情報を更新することができる。

本発明に係る光送信器は、（ｈ）前記レーザダイオードに接続されバイアス電流を供給し、このバイアス電流に応じた電流モニタ信号と前記レーザダイオードの順方向電圧に対応する電圧モニタ信号とを発生する駆動部と、（ｉ）前記電圧モニタ信号および前記電流モニタ信号に応じて、前記熱的トラッキングエラーを補償するための情報を更新するための更新信号を発生する更新部とをさらに備え、前記補正信号発生部は、前記情報を記憶する記憶装置を含み、この情報を前記更新信号に応じて更新する。

レーザダイオードのバイアス電流の変化だけでなくレーザダイオードの順方向電圧の変化も用いてレーザダイオードの劣化を判定することにより、電気／光変換効率と電気抵抗の変化の両方を補償できる。

本発明に係る光送信器では、前記駆動部は、前記レーザダイオードに接続されたバイアス電流モニタ回路およびトランジスタの直列接続回路を含み、前記駆動部は、前記レーザダイオードと前記直列接続回路の接続点であって前記電圧モニタ信号を提供する第１の出力と、前記トランジスタと前記バイアス電流モニタ回路の接続点であって前記電流モニタ信号を提供する第２の出力とを含む。

この光送信器によれば、前記駆動部は、トランジスタおよび電流モニタ回路を利用して、電流モニタ信号および電圧モニタ信号を発生することができる。

本発明に係る光送信器では、前記補正信号発生部の記憶装置は、前記第２の温度信号に対応する情報に関連づけて前記補償信号に対応する情報を記憶する。

この光送信器によれば、記憶装置は、熱的トラッキングエラーを補償する情報とレーザダイオードの劣化を補償する情報を含む。製品製造時の初期状態には、記憶装置は、前者の情報だけを含む。更新部は、レーザダイオードのバイアス電流や順方向電圧の経時変化に応じて、初期の熱的トラッキングエラーを補償する情報に加えるためのレーザダイオードの劣化の補償量を生成する。

以上説明したように、本発明によれば、熱的トラキングエラーを補償できる光送信器を提供できる。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の光信号に係わる実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る光送信器を示すブロック図である。光送信器１１は、レーザダイオード１３と、熱電素子１５と、感温素子１７と、温度検出部１９と、補正信号発生部２１と、基準信号生成部２３と、制御回路２５とを備える。レーザダイオード１３は、レーザドライバ２７からの駆動信号Ｖ_ＬＤに応答して光をＬ（Ｌ_Ｆ、Ｌ_Ｂ）発生する。発生された光の一部Ｌ_Ｆは、光ファイバ２９に入射し、別の一部Ｌ_Ｂは、モニタ用の受光素子３１に入射する。レーザダイオード１３としては、例えばＤＦＢ型半導体レーザ、ファブリペロ型半導体レーザ、面発光型半導体レーザを使用できる。熱電素子１５は、例えばペルチェ素子であり、レーザダイオード１３の温度を変更するために用いられる。感温素子１７は、例えば感温抵抗またはサーミスタであり、レーザダイオード１３の温度をモニタするために用いられる。好適な実施例では、レーザダイオード１３、熱電素子１５、感温素子１７、モニタ用受光素子３１、および光伝送路２９は、光モジュール３３を構成する。

温度検出部１９は、感温素子１７に接続されており、レーザダイオード１３の温度に対応する第１の温度信号Ｖ_ＴＨを発生する。補正信号発生部２１は、周囲温度Ｔ_ＡＭＢに対応する第２の温度信号Ｖ_ＡＭＢに応じて、熱的トラッキングエラーを補償するための情報から補償信号Ｖ_ＣＯＲＲを発生する。基準信号生成部２３は、第１の温度信号Ｖ_ＴＨを発生する感温素子１７とは別に、第２の温度信号Ｖ_ＡＭＢを発生する回路３５を含む。この第２の温度信号Ｖ_ＡＭＢに応じた補償信号Ｖ_ＣＯＲＲを、補正信号発生部２１が基準信号生成部２３に提供する。基準信号生成部２３は、第２の温度信号Ｖ_ＡＭＢを発生する回路３５を含み、また補償信号Ｖ_ＣＯＲＲを用いて制御目標信号Ｖ_ＲＥＦ０を補正して基準信号Ｖ_ＡＤＪを発生する。例えば、目標信号Ｖ_ＲＥＦ０は、周囲環境や電源に因らない一定値として、定電源と抵抗によって生成しても良く、またはＤ／Ａコンバータを用いて生成しても良い。

本光送信器では、熱的トラッキングエラー（感温素子が示す温度と実際のＬＤ温度の違いによる影響）を補償するように、本来であれば一定とする制御回路２５への出力（本光送信器におけるＶ_ＡＤＪ）値を周囲温度に応じて変えている。補正信号発生部２１は、熱的トラッキングエラーを補償するために元の制御目標をどの程度変化させれば良いかの情報を生成するものであり、この情報は補償信号Ｖ_ＣＯＲＲに含まれている。

制御回路２５は、補償信号Ｖ_ＣＯＲＲを用いて制御目標信号Ｖ_ＲＥＦ０を補正して基準信号Ｖ_ＡＤＪ（例えば、Ｖ_ＡＤＪ＝Ｖ_ＲＥＦ０−Ｖ_ＣＯＲＲまたはＶ_ＡＤＪ＝Ｖ_ＲＥＦ０＋Ｖ_ＣＯＲＲ）と第１の温度信号Ｖ_ＴＨとに応じて、熱電素子１５を駆動するための駆動信号Ｖ_Ｄを発生する。比較回路３９、熱電素子用駆動回路４０、熱電素子１５、感温素子１７、温度検知部１９に至るフィードバックループにより、制御部２５は第１の温度信号Ｖ_ＴＨと基準信号Ｖ_ＡＤＪを等しくするように働く。第１の温度信号Ｖ_ＴＨが基準信号Ｖ_ＡＤＪより大きければ、第１の温度信号Ｖ_ＴＨを小さくするように比較回路３９、駆動回路４０、熱電素子１５が働き、逆に第１の温度信号Ｖ_ＴＨが基準信号Ｖ_ＡＤＪより小さければ、第１の温度信号Ｖ_ＴＨを大きくするように比較回路３９、駆動回路４０、熱電素子１５が働く。

温度検出部１９では、固定抵抗でサーミスタがバイアスされており、検知した温度によって抵抗が変わるサーミスタの抵抗値に応じて適当な参照電圧が得られ、これによりサーミスタの抵抗値変化を電圧の変化として検出する。

制御回路２５において、比較回路３９は、基準信号生成部２３からの基準信号Ｖ_ＡＤＪと温度検出部１９からの第１の温度信号Ｖ_ＴＨとが入力されており、第１の温度信号Ｖ_ＴＨと基準信号Ｖ_ＡＤＪとの差を示す比較信号Ｖ_ＤＩＦＦを発生する。熱電素子用駆動回路４０は、熱電素子１５を駆動するための信号Ｖ_Ｄを差信号Ｖ_ＤＩＦＦに応答して発生する。

すなわち、制御回路２５は、基準信号Ｖ_ＡＤＪおよび第１の温度信号Ｖ_ＴＨを用いて、熱電素子２５を駆動するための駆動信号Ｖ_Ｄを発生する。熱電素子１５は、駆動信号Ｖ_Ｄに応じて、レーザダイオード１３の温度を冷却または加熱する。駆動信号Ｖ_Ｄにより熱電素子１５がレーザの温度を変えると、その変化は感温素子１７に伝わり、温度検出部１９によって新たな第１の温度信号Ｖ_ＴＨが得られ、制御回路２５はこの第１の温度信号Ｖ_ＴＨと基準信号Ｖ_ＡＤＪを比較してその差を小さくする（つまり、Ｖ_ＴＨとＶ_ＡＤＪを等しくする）ように駆動信号Ｖ_Ｄを補正する。基準信号Ｖ_ＡＤＪが、補償信号Ｖ_ＣＯＲＲを用いて目標信号Ｖ_ＲＥＦ０を補正されているので、レーザダイオード１３の温度の制御には、熱的なトラッキングエラーの影響が小さくなっている。

熱電素子１５は、サーミスタからのモニタ信号の値Ｖ_ＴＨが所望の値（Ｖ_ＡＤＪ）と一致するように熱電素子用駆動回路４０を用いて制御される。この制御は、そのループ内に熱応答が介在する負帰還回路になる。つまり、帰還ループの利得を大きくすることによって、制御安定時には、レーザダイオード１３の温度を目標値に十分に近づけることができる。

具体的には、比較回路３９として差動増幅器を用いることができ、サーミスタからの信号が、レーザダイオード温度が高いことを示していれば、差動増幅器は、レーザダイオードの熱を吸熱するような信号を熱電素子用駆動回路４０に出力する。ループゲインが十分大きければ、サーミスタの温度モニタ電圧が基準電圧に等しくなる。ループゲインは、ほぼこの差動増幅器の利得により決定される。熱電素子用駆動回路４０は、差動増幅器のアナログ信号出力に基づき、熱電素子を駆動するためのＰＷＭ信号を生成する構成であってもよい。

基準電圧生成部２３では、レーザダイオード１３の所望の温度（つまり所望の発振波長）を得るための目標信号Ｖ_ＲＥＦ０により制御目標値が設定される。

目標信号Ｖ_ＲＥＦ０は、サーミスタ１７が周囲温度に依らず、レーザ温度に一致する場合において、所望のレーザを得るための制御目標値である。例えば、周囲温度が２５℃で所望のレーザ温度（つまり発振波長）が得られる時のレーザ温度が４０℃、感温素子温度が３９．５℃とする。この状態では、基準信号生成部２３が制御回路２５に出力する基準信号Ｖ_ＡＤＪは３９．５℃に対応するものになる。周囲温度が７０℃になっても、レーザ温度と感温素子１７の温度の差が不変であれば、基準信号Ｖ_ＡＤＪは３９．５℃に対応するものになる。ところが実際はレーザ温度と感温素子温度の差は熱環境によって変わり、例えば周囲温度７０℃では感温素子３９．５℃の時、レーザ温度が３９℃になってしまうとすると、基準信号Ｖ_ＡＤＪを同じ３９．５℃に対応するもののままにしておくと、レーザ温度は所望の４０℃から１℃下がった３９℃になる。これを波長に換算すると、発振波長は１００ｐｍ程度小さくなり高密度波長多重システムにとっては許容できない波長変動となる（要求性能は±50ｐｍである）。これを避けるために、１℃下がったレーザ温度を所望の温度にするために基準信号を調整する。この例では、周囲温度が７０℃の時は、感温素子１７の温度が４０．５℃であればレーザ温度は４０℃になるので、Ｖ_ＲＥＦ０（感温素子が３９．５℃である値）に補償信号Ｖ_ＣＯＲＲ（感温素子を１℃上げる設定）を加えて４０．５℃に対応した値にし、周囲温度７０℃のために基準信号を生成する。

基準電圧生成部２３は、周囲温度をモニタするために、回路基板上に実装した専用の温度センサを用いることができ、或いは集積回路に内蔵されている温度センサを用いてもよい。基準電圧生成部２３は、周囲温度を示す第２の温度信号Ｖ_ＡＭＢに対して、補正信号発生部２１から補償信号Ｖ_ＣＯＲＲを得る。第２の温度信号Ｖ_ＡＭＢは、電気的な信号（電圧信号）でもコード化されたデジタル信号でも良い。一方、Ｖ_{ＵＰＤＡＴＥ}は、更新部５３が検知するレーザの劣化の程度に従って変化する信号であり、第２の温度信号Ｖ_ＡＭＢとＶ_{ＵＰＤＡＴＥ}は独立に動く。

基準信号生成部２３は、補償信号Ｖ_ＣＯＲＲ（つまり周囲温度）を用いて補正された制御目標値として基準信号Ｖ_ＡＤＪを生成する。基準信号生成部２３では、例えば、制御信号Ｖ_ＡＤＪをＤ／Ａコンバータを用いて電圧信号として生成するようにしてもよく、または制御信号Ｖ_ＡＤＪをデジタルポテンショメータ、固定抵抗、定電圧源を使って電圧信号として生成してもよい。この電気信号Ｖ_ＡＤＪは、例えば５ミリ秒周期で更新され、具体的には、例えばマイクロコンピュータを使って、下記の一連のフローを繰り返すことにより生成できる。モニタした周囲温度情報Ｔ_ＡＭＢを元に第２の温度信号Ｖ_ＡＭＢを生成し、補正信号発生部２１からの補償信号Ｖ_ＣＯＲＲおよびＶ_ＲＥＦ０に従って、新たな基準信号Ｖ_ＡＤＪを更新する。

光送信器１１では、レーザダイオード１３は、レーザダイオード１３の光出力をモニタするモニタ用の受光素子（例えば、フォトダイオード）３１と、レーザダイオード１３の温度をモニタする感温素子（サーミスタ）１７と、レーザダイオード１３温度を制御するための熱電素子１５とともに、気密封止されたパッケージ内にある。パワーモニタ回路３７は、レーザダイオード１３の出力を制御してこれを一定に保つ。つまり、レーザダイオード１３の後方光Ｌ_Ｂをモニタ用受光素子３１で光電気変換して、光電流Ｉ_Ｌが所望の値で一定になるように、レーザダイオード１３のバイアス電流Ｉ_Ｂを調整する。これをＡＰＣ制御（Auto Power Control）と呼ぶ。

図２（Ａ）は、光送信器における熱的トラッキングエラーの影響を受けたレーザダイオードの発振波長を示す曲線ＬＡＭＢＤＡ１を示す図面である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す熱的トラッキングエラーの補償量を示す曲線ＬＡＭＢＤＡ２を示す図面である。

図２（Ａ）に示されるように、ある温度でＬＤの発振波長をたとえばＬＡＭＢＤＡ０と設定し、周囲温度が変化してもこの変化を補償する様に熱電素子を駆動しているにも拘わらず、実際のＬＤの温度が変化する現象（トラッキングエラー）が生じている。このエラーを補償するための関数値は、図２（Ｂ）に示す様に周囲温度に依存する。この値は、例えばテーブル（ルックアップテーブル）の形態で実現される。

補正信号発生部２１は、周囲温度を示す第２の温度信号Ｖ_ＡＭＢに応じて、曲線ＬＡＭＢＤＡ２上の値を持つ信号Ｖ_ＣＯＲＲを基準信号生成部２３に提供する。補正信号発生部２１は、第２の温度信号Ｖ_ＡＭＢに対応するＶ_ＣＯＲＲ信号情報を記憶する記憶装置４１を備えていてもよい。

図３は、記憶装置の構造を示す図面である。記憶装置４１は、周囲温度Ｖ_ＡＭＢに関連する情報（Ｔ１〜Ｔｎ）を格納する複数の記憶素子４３ａ〜４３ｅを含んでおり、熱的トラキングエラーを補償するように調整するための信号Ｖ_ＣＯＲＲ（Ｄ１〜Ｄｎ）を格納する複数の記憶素子４５ａ〜４５ｅを含む。

図１に示したように、光送信器１１は、パワーモニタ回路３７に加えて、駆動部５１及び更新部５３を含んでもよい。駆動部５１は、レーザダイオード１３の一端１３ａにインダクタ５９を介して接続され、インダクタ５９は、トランジスタ５７のコレクタに接続されている。トランジスタ５７のベースは、レーザダイオード１３をモニタする受光素子３１からの信号Ｉ_Ｌをパワーモニタ回路３７を介して受ける。

駆動部５１は、電流モニタ信号Ｖ_ＩＭＯＮを発生する。電流モニタ信号Ｖ_ＩＭＯＮは、レーザダイオード１３に流れるバイアス電流Ｉ_Ｂに応じた大きさを示す。更新部５３は、電流モニタ信号Ｖ_ＩＭＯＮに応じて、熱的トラッキングエラー補償量を含む情報を更新するための更新信号Ｖ_{ＵＰＤＡＴＥ}を発生する。ＡＰＣ制御下で動作しているレーザダイオードは、レーザダイオードの劣化により、同一の光出力を得るためのバイアス電流Ｉ_Ｂが除々に増加する。バイアス電流Ｉ_Ｂが増加すると温度上昇率の変化、レーザダイオードの活性層内のキャリアの数の変化等によりその発振波長が変わる。この効果は、一般的には＋５〜１０ｐｍ／ｍＡ程度である。よって、劣化によるレーザダイオードの発光出力の減少を補償するようにバイアス電流Ｉ_Ｂが増加して波長がずれたとしても、このずれ分をレーザ温度の調整により補償できる。このレーザダイオードの劣化補償は、バイアス電流Ｉ_Ｂの増加量に従ったオフセットを熱的トラッキングエラー補償用のルックアップテーブルに追加することにより実現できる。結果として、どのような温度環境下でも、また長期間使用し続けても波長が変動せず、発光パワーも変わらない光送信器が実現できる。電流モニタ信号Ｖ_ＩＭＯＮは、例えば固定抵抗５５の両端に発生する電圧でバイアス電流Ｉ_Ｂをモニタした信号であり、更新信号Ｖ_{ＵＰＤＡＴＥ}は、熱的トラッキングエラー補償のルックアップテーブルをオフセットする量を規定する。

補正信号発生部２１は、熱的トラッキングエラー補償量を含む情報を更新信号Ｖ_{ＵＰＤＡＴＥ}に応じて更新する。ルックアップテーブルを更新信号Ｖ_{ＵＰＤＡＴＥ}に従って更新するということは、例えば記憶装置のデータ値（Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ）に更新信号Ｖ_{ＵＰＤＡＴＥ}を加えて新たな（Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ）とすることである。

劣化に伴いレーザダイオードの内部抵抗が除々に増加する。この抵抗の増加はレーザの順方向電圧の増加になって現れる。この抵抗の増加が消費電力の増加、つまり熱の発生になり、レーザの発振波長をずらす。駆動部５１は、電圧モニタ信号Ｖ_ＶＭＯＮを発生するようにしてもよい。電圧モニタ信号Ｖ_ＶＭＯＮは、レーザダイオードに加えられる順方向電圧に対応している。更新部５３は、電圧モニタ信号Ｖ_ＶＭＯＮに応じて、熱的トラッキングエラー量を含む情報を更新するための更新信号Ｖ_{ＵＰＤＡＴＥ}を発生する。また、駆動部５１は、電流モニタ信号Ｖ_ＩＭＯＮと電圧モニタ信号Ｖ_ＶＭＯＮとの両方を発生するようにしてもよい。更新部５３は、補償量を電圧モニタ信号Ｖ_ＶＭＯＮと電流モニタ信号Ｖ_ＩＭＯＮの２変数を用いて計算することもでき、または２変数ルックアップテーブルを用いることもできる。

図４（Ａ）は、熱的トラッキングエラーの補償量ＬＡＭＢＤＡ３を示す。曲線ＬＡＭＢＤＡ３は、動作初期の光送信器における熱的トラッキングエラーを補償するために使用される。図４（Ｂ）は、熱的トラッキングエラーの補償量ＬＡＭＢＤＡ４を示し、経時変化によって変動した熱的トラッキングエラーを補償するために使用される。図４（Ｂ）に示されるように、光送信器の特性は、累積動作時間が大きくなるにつれて、曲線ＬＡＭＢＤＡ３から曲線ＬＡＭＢＤＡ４に変化する。この更新は、既に説明したルックアップテーブル４１を書き換えることによって実現される。

レーザダイオードの経年劣化によりレーザダイオードのバイアス電流Ｉ_Ｂが増加するが、このＩ_Ｂを増加させることにより、レーザダイオードは、BOL（begin of life）と同じ光出力パワーを発生できる。また、レーザダイオードの順方向電圧Ｖ_{ＦＯＲＷＡＲＤ}には、レーザダイオードの電気抵抗の変化分が現れる。この変化はサーミスタでは検知できない。そこで、バイアス電流Ｉ_Ｂおよび順方向電圧Ｖ_{ＦＯＲＷＡＲＤ}のモニタ値からレーザダイオードの劣化の程度を見積もることができる。

見積もり値は、例えば、
△ＤＩＦＦ＝ａ×（Ｖ_ｉｆ−Ｖ_ｉｆ０）＋ｂ×（Ｖ_ｖｆ−Ｖ_ｖｆ０）
レーザダイオードのバイアス電流を対応する情報Ｖ_ｉｆと
レーザダイオードのバイアス電流の初期値を対応する情報Ｖ_ｉｆ０と
レーザダイオードの順方向電圧を対応する情報のＶ_ｖｆと
レーザダイオードの順方向電圧の初期値に対応する情報Ｖ_ｖｆ０と
を用いて計算される。この計算に必要な情報を記憶装置４１に格納するようにしてもよい。

例えば記憶情報として電圧値を用いるとすれば、バイアス電流モニタ回路５５が固定抵抗（抵抗値Ｒオーム））から成る場合、ＮＯＤＥ２（トランジスタ５７の電流端子（例えば、エミッタ）５７ｂとバイアス電流モニタ回路５５との接続点）の電圧をＶ_{ｎｏｄｅ２}＝Ｖｉｆとすると、バイアス電流Ｉ_Ｂは、Ｉ_Ｂ=Ｖｉｆ／Ｒから求められる。一方、レーザダイオードの順方向電圧Ｖｖｆは、トランジスタ５７のコレクタ５７ａの電位Ｖｃとレーザダイオードのアノード電圧Ｖａｄから、Ｖｖｆ＝Ｖａｄ−Ｖｃで求められる。駆動部５１の出力信号Ｖ_ＶＭＯＮが前述のＶｉｆとＶｖｆに従うもの（またはそのもの）であれば、まず製品出荷時のＶｉｆとＶｖｆの値（初期値）をそれぞれＶｉｆ０とＶｖｆ０として記憶しておき、動作後のある時間でのＶ_ＩＭＯＮとＶ_ＶＭＯＮから、ＶｉｆとＶｉｆ０の差（Ｖｉｆ−Ｖｉｆ０）と、ＶｖｆとＶｖｆ０の差（Ｖｖｆ−Ｖｖｆ０）を求めることができる。Ｖｉｆ０とＶｖｆ０の記憶は例えば記憶素子で記憶しておく。ＶｉｆとＶｉｆ０の差とＶｖｆとＶｖｆ０の差からルックアップテーブルのオフセット量（△ＤＩＦＦ）を導き出す。レーザダイオードの劣化により、これらの差は増加する。よって、単純には一次近似でオフセット量を求めることができる。例えば、△ＤＩＦＦ＝ａ（Ｖｉｆ−Ｖｉｆ０）＋ｂ（Ｖｖｆ−Ｖｖｆ０）。係数ａは発振波長のバイアス電流Ｉ_Ｂ依存性から、係数ｂは発振波長の順方向電圧Ｖｖｆ依存から求めることができ、平均的な劣化量（バイアス電流や順方向電圧の変化で波長がどれくらいずれるか）を推測して、共通に使える係数ａ、ｂを求めることが好ましい。波長シフトがＸナノメートルとすれば、ずれた波長を補償するためにレーザ温度をどの程度補正すれば良いかが発振波長とレーザ温度の関係０．１ｎｍ／℃からかわかる。

また、この計算値は、既に説明したルックアップテーブルＬＵＴを用いて
ＬＵＴ１（Ｔ）_{ＵＰＤＡＴＥ}＝ＬＵＴ１（Ｔ）０＋△ＤＩＦＦ
と表される。係数ａおよびｂは、図１に示されるレーザ駆動回路毎に決定される。例えば、ａ＝０では、更新値は、電圧モニタ信号Ｖ_ＶＭＯＮに応じて変更される。ｂ＝０では、更新値は、電流モニタ信号Ｖ_ＩＭＯＮに応じて変更される。

この更新は、ルックアップテーブルに対して例えば５ミリ秒毎で行われる。このテーブルの更新するタイミングは、基準電圧生成部２３が補正信号発生部２１内の記憶装置４１（例えば、温度補正テーブル）にアクセスするタイミングと一致しないようにする。この温度補償テーブルは、周囲温度Ｔを引数とするルックアップテーブルであり、関数ＬＵＴ１（Ｔ）の初期値は、レーザダイオードのBOL特性（Beginning Of Lasing）に基づいて決定される。以後、EOL（End Of Lasing）までの運転中、上記の関数に基づいて計算された値に更新される。補正信号Ｖ_ＣＯＲＲが周囲温度Ｖ_ＡＭＢに対してｎ次多項式で表現できる場合は、当該多項式の各係数（Ａｎ、Ａｎ−１、・・・、Ａ０）を出荷時に設定しておき、運転中は温度Ｔから補正信号の値を多項式
Ｖ_ＣＯＲＲ（Ｖ_ＡＭＢ）＝Ａ_ｎ×Ｖ_ＡＭＢ ^ｎ＋Ａ_ｎ−１×Ｖ_ＡＭＢ ^ｎ−１＋・・・Ａ_１×Ｖ_ＡＭＢ＋Ａ_０
を用いて計算することができる。さらに正確に補正値を得るために、ＤＧ（Ｖ_ＩＭＯＮ、Ｖ_ＶＭＯＮ）という関数を用いて、
Ｖ_ＣＯＲＲ（Ｖ_ＡＭＢ）＝ＬＵＴ１（Ｖ_ＡＭＢ）＋ＤＧ（Ｖ_ＩＭＯＮ、Ｖ_ＶＭＯＮ）の値を補正値として利用することができる。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

図１は第１の実施の形態に係る光送信器を示すブロック図である。 図２（Ａ）は、光送信器における熱的トラッキングエラーのためにシフトしたレーザダイオードの発振波長の曲線ＬＡＭＢＤＡ１を示す図面である。図２（Ｂ）は、光送信器における熱的トラッキングエラーを補償するための量の曲線ＬＡＭＢＤＡ２を示す図面である。 図３は記憶装置の構造を示す図面である。 図４（Ａ）は、光送信器における熱的トラッキングエラーを補償するための量の曲線ＬＡＭＢＤＡ３を示す図面である。図４（Ｂ）は、光送信器における熱的トラッキングエラーを補償するための量の曲線ＬＡＭＢＤＡ４を示す図面である。

符号の説明

１１…光送信器、１３…レーザダイオード、１５…熱電素子、１７…感温素子、１９…温度検出部、２１…補正信号発生部、２３…基準信号生成部、２５…制御回路、２７…レーザドライバ、Ｌ、Ｌ_Ｆ、Ｌ_Ｂ…光、２９…光伝送路、３１…モニタ用の受光素子、３３…光モジュール、３５…第２の温度信号を発生する回路、３７…パワーモニタ回路、４１…記憶装置、４３ａ〜４３ｅ…記憶素子、４５ａ〜４５ｅ…記憶素子、５１…駆動部、５３…更新部、５５…バイアス電流モニタ回路、５７…トランジスタ、５９…インダクタ、Ｖ_ＴＨ…第１の温度信号、Ｔ_ＡＭＢ…周囲温度、Ｖ_ＡＭＢ…第２の温度信号、Ｖ_ＣＯＲＲ…補償信号、Ｖ_ＲＥＦ０…制御目標信号、Ｖ_ＡＤＪ…基準信号、Ｖ_Ｄ…駆動信号、３９…比較回路、Ｖ_ＤＩＦＦ…差信号、Ｖ_{ＵＰＤＡＴＥ}…更新信号、Ｖ_ＶＭＯＮ…電圧モニタ信号、Ｖ_ＩＭＯＮ…電流モニタ信号

Claims (5)

1. レーザダイオードと、
   前記レーザダイオードの温度を変更するための熱電素子と、
   前記レーザダイオードの温度をモニタするための感温素子と、
   前記感温素子に接続されており、前記レーザダイオードの温度に対応する第１の温度信号を発生する温度検出部と、
   周囲温度に対応する第２の温度信号に応じて、熱的トラッキングエラーを補償するための補償信号を発生する補正信号発生部と、
   前記レーザダイオードの温度の制御目標値を示す目標信号および前記補償信号に応じて温度制御のための基準信号を発生する基準信号生成部と、
   前記基準信号に前記第１の温度信号が等しくなるように前記熱電素子を駆動するための駆動信号を発生する制御回路と
   を備える光送信器。
2. 前記レーザダイオードに接続され、前記レーザダイオードにバイアス電流を供給し、該バイアス電流に応じた電流モニタ信号を発生する駆動部と、
   前記電流モニタ信号に応じて、前記熱的トラッキングエラーを補償するための情報を更新するための更新信号を発生する更新部と
   を備え、
   前記補正信号発生部は前記情報を記憶する記憶装置を含み、当該情報を前記更新信号に応じて更新する、請求項１に記載された光送信器。
3. 前記レーザダイオードに接続されバイアス電流を供給し、前記レーザダイオードの順方向電圧に対応する電圧モニタ信号を発生する駆動部と、
   前記電圧モニタ信号に応じて、前記熱的トラッキングエラーを補償するための情報を更新するための更新信号を発生する更新部と
   をさらに備え、
   前記補正信号発生部は、前記情報を記憶する記憶装置を含み、当該情報を前記更新信号に応じて更新する、請求項１に記載された光送信器。
4. 前記レーザダイオードに接続され前記レーザダイオードにバイアス電流を供給し、該バイアス電流に応じた電流モニタ信号と前記レーザダイオードの順方向電圧に対応する電圧モニタ信号とを発生する駆動部と、
   前記電圧モニタ信号および前記電流モニタ信号に応じて、前記熱的トラッキングエラーを補償するための情報を更新するための更新信号を発生する更新部と
   をさらに備え、
   前記補正信号発生部は、前記情報を記憶する記憶装置を含み、前記記憶装置の該情報を前記更新信号に応じて更新する、請求項１に記載された光送信器。
5. 前記駆動部は、前記レーザダイオードに接続された、バイアス電流モニタ回路およびトランジスタの直列接続回路を含み、
   前記駆動部は、前記レーザダイオードと前記直列接続回路の接続点であって前記電圧モニタ信号を提供する第１の出力と、前記トランジスタと前記バイアス電流モニタ回路の接続点であって前記電流モニタ信号を提供する第２の出力とを含む、請求項４に記載された光送信器。
   

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