JP2007194365A - 光送信回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＥＡ変調器の光出力を容易にモニタすることの可能な小規模の光送信回路を提供する。
【解決手段】 光送信回路１０は、光半導体素子２０、終端抵抗２４及びドライバ回路１３を有している。光半導体素子２０では、安定電位に接続される共通のカソードを有するレーザダイオード２１および電界吸収型光変調器２２が一体に集積されている。終端抵抗の一方の端子は、光変調器のアノードに接続され、他方の端子は安定電位に高周波的に接続されている。ドライバ回路は、光変調器のアノードと終端抵抗との間に交流的に接続されており、光変調器に高周波信号を供給する。光変調器には、終端抵抗を介してバイアス電圧が印加される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、レーザダイオードと電界吸収型光変調器が一体に集積された光半導体素子を含む光送信回路に関する。

光通信では、レーザダイオード（以下、「ＬＤ」）の光出力を変調するために、ＬＤと一体に集積された電界吸収型光変調器（以下、「ＥＡ変調器」）を使用することがある。この場合、光信号を出力する光送信回路は、ＬＤ及びＥＡ変調器からなる光半導体素子と、ＬＤ及びＥＡ変調器を駆動するための回路を含むことになる。

ＥＡ変調器の駆動方式には様々なものがある。例えば、下記の特許文献１では、ＬＤとＥＡ変調器に共通のカソードがグランド電位に接続されており、駆動回路はＥＡ変調器（２）のアノードに直流的に接続されている。同文献の図３に示されるように、駆動信号用の終端抵抗（７）がＥＡ変調器（２）と並列に接続されている。その終端抵抗は、ＬＤとＥＡ変調器の共通電位であるグランド電位に接続される。

また、下記の特許文献２では、ＬＤとＥＡ変調器が一体に集積された光半導体素子において、ＬＤとＥＡ変調器の共通電位をグランド電位とは異なる電位Ｖｃｍに設定し、このＶｃｍを基準として互いに逆方向にＬＤとＥＡ変調器を駆動する。ドライバ回路に対して終端抵抗ＲとＥＡ変調器ＭＯＤが並列に接続されている。その終端抵抗は、ＥＡ変調器とＬＤの共通電位であるＶｃｍに接続される。

しかし、ドライバ回路がＥＡ変調器及び終端抵抗に直流的に接続されている場合、ＥＡ変調器を適切に駆動するためには、ドライバ回路は変調信号だけでなくバイアス電圧をもＥＡ変調器に供給しなければならない。そのため、ドライバ回路用の電源電圧を十分に大きくする必要がある。また、ＥＡ変調器で発生する光電流及び終端抵抗を流れる電流の双方がドライバ回路を流れるため、ドライバ回路用の電源には、大きな電流容量が必要となる。

そこで、特許文献２及び下記の特許文献３では、ドライバ回路と別個にバイアス電圧源を用意する。特許文献３では、ＬＤ（１２）とＥＡ変調器（４）のコモンリードがグランド電位に接続されている。ＥＡ変調器のカソードに、ＥＡ変調器で発生する光電流を検出する抵抗を直列に接続し、この抵抗により検出された電圧に基づいてＡＰＣ制御を行う。同文献の図１３に示されるように、ドライバ回路（６）に対して終端抵抗（２６）とＥＡ変調器とが並列に接続されている。その終端抵抗は、ＬＤとＥＡ変調器の共通電位であるグランド電位に接続される。
特開平０７−０７４４２０号公報 特開２００３−２９８１７５号公報 特願平０８−３１６５８０号公報

従来の駆動方式には、大きく二つの問題点がある。第１に光送信回路の規模が大きくなることである。特許文献２及び３の方式では、バイアス電圧を、チョークコイルを介して高周波信号に結合してからＥＡ変調器に印加する。公衆通信網で使用されるビット列は数十ｋＨｚの低周波成分を含んでいるため、数十ｋＨｚ〜数ＧＨｚまでの広帯域で良好な周波数特性を広い動作温度範囲で得る必要がある。しかし、特許文献２及び３の駆動方式でこれを実現しようとすると、大型のチョークコイルや多数のチョークコイルが必要となり、その結果、光送信回路の規模が大きくなってしまう。

第２の問題点は、ＥＡ変調器の光出力をモニタすることが困難なことである。ＥＡ変調器のカソードに光電流検出用の抵抗を接続する特許文献３の方式では、ＥＡ変調器の両端の電圧が光電流に応じて変動するため、光変調が不安定になる。このため、実際には、光変調と光電流の検出の双方を実現することは難しい。特許文献１の方式では、ＥＡ変調器にドライバ回路が直流的に接続されている。しかし、ドライバ回路内では、通常、Ｖｄｄ側に終端抵抗（バックターミネーション）が設けられているため、ドライバ回路内に別個に抵抗を設けて、ＥＡ変調器で生じた光電流を検出することは難しい。

そこで、本発明は、電界吸収型光変調器の光出力を容易にモニタすることの可能な小規模の光送信回路を提供することを課題とする。

本発明に係る光送信回路は、安定電位に接続される共通のカソードを有するレーザダイオードおよび電界吸収型光変調器が一体に集積された光半導体素子と、一端が電界吸収型光変調器のアノードに接続され、他端が上記の安定電位に高周波的に接続された終端抵抗と、終端抵抗の前記一端と電界吸収型光変調器のアノードとの間に交流的に接続され、電界吸収型光変調器に高周波信号を供給するドライバ回路とを備えている。

電界吸収型光変調器には、終端抵抗を介してバイアス電圧が印加される。このため、ドライバ回路から出力される高周波信号にバイアス電圧を結合するためのチョークコイルは必要ない。したがって、光送信回路の規模を小さくできる。また、終端抵抗に流れる光電流を測定することで、光変調器の光出力を容易にモニタすることができる。

この光送信回路は、終端抵抗の前記他端に直流的に接続され、電界吸収型光変調器のアノードにバイアス電圧を印加するバイアス電源と、終端抵抗の前記他端とバイアス電源との間に挿入され、終端抵抗に流れる電流を測定する電流モニタ手段とを更に備えていてもよい。

カソードと終端抵抗の前記他端との間にコンデンサが接続されていてもよい。これにより、終端抵抗の安定電位への高周波的な接続が適切に実現される。

本発明によれば、電界吸収型光変調器の光出力を容易にモニタすることの可能な小規模の光送信回路を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、実施形態に係る光送信回路を示すブロック回路図である。光送信回路１０は、光送信サブアッセンブリ（以下、「ＴＯＳＡ」）１２と、そのＴＯＳＡ１２を駆動するための回路を含んでいる。ＴＯＳＡ１２は、光半導体素子２０、フォトダイオード（以下、「ＰＤ」）２８、及びサーミスタ３０を含んでいる。

光半導体素子２０では、レーザダイオード（ＬＤ）２１と電界吸収型光変調器（ＥＡ変調器）２２とが単一のｎ型半導体基板上に集積され、一体化されている。基板の下面には、ＬＤ２１とＥＡ変調器２２に共通のカソードが設けられており、そのカソードにはコモンリードが接続されている。本実施形態では、ＬＤ２１とＥＡ変調器２２の共通電位としてグランド電位が用いられる。すなわち、カソードは、コモンリードを介して接地されている。ＬＤ２１とＥＡ変調器２２は、共通電位に対して互いに逆方向に駆動される。

ＬＤ２１は、直流レーザ光を生成して、ＥＡ変調器２２に供給する。ＬＤ２１には、ＴＯＳＡ１２の外部に配置された直流電流源１１からバイアス電流が供給される。ＰＤ２８はＬＤ２１の光出力を測定し、サーミスタ３０はＬＤ２１の周囲温度を測定する。ＰＤ２８及びサーミスタ３０の出力は、ＴＯＳＡ１２の外部に配置された出力モニタ回路１８に送られる。出力モニタ回路１８は、ＰＤ２８によって測定された光出力とサーミスタによって測定された温度に従ってバイアス電流の大きさを制御し、ＬＤ２１の光出力を一定に保つ。

ＥＡ変調器２２は、マイナス電位方向に駆動することでアノードとカソード間の電圧に応じた吸収率で光を吸収する。このマイナス電位を与えるために、本実施形態では、一定の抵抗値を有する終端抵抗２４と、マイナス電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータ１６を用いる。ＥＡ変調器２２は、吸収した光のエネルギーに応じた光電流３５を生成し、この光電流３５は、終端抵抗２４を流れる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、終端抵抗２４を流れる光電流３５で生じる電圧ドロップを勘案したマイナス電圧を生成する。

終端抵抗２４は、後述するドライバ回路１３から出力される高周波信号の周波数帯域（数十ｋＨｚ〜数ＧＨｚ）にわたって一定のインピーダンスを有している。終端抵抗２４の一方の端子は、ＥＡ変調器２２のアノードに接続されており、他方の端子は、数十ｋＨｚ〜数ＧＨｚの高周波帯域にわたって低いインピーダンスを有するコンデンサ２６を介して高周波的に接地されている。

一般に、ＥＡ変調器を用いた光変調は、１０Ｇｂｐｓなどの高速の公衆光通信網で利用される。この用途では、数十ｋＨｚ〜数ＧＨｚという広い帯域で良好な周波数特性を有することがドライバ回路に要求される。このような要求を満足するため、本実施形態では、高周波的に接地された終端抵抗２４がＥＡ変調器２２に高周波的に並列に接続されており、それにより、ドライバ回路１３とＥＡ変調器２２との間のインピーダンスマッチングを保っている。

浮遊容量によるインピーダンスマッチングへの悪影響を抑えるため、終端抵抗２４のうちＥＡ変調器２２のアノードに接続される端子は、アノードのできる限り近くに配置されることが好ましい。同様に、コンデンサ２６の一方の端子は、終端抵抗２４の高周波接地端子のできる限り近くに配置され、他方の端子もＥＡ変調器２２のカソードのなるべく近くに配置されることが好ましい。

終端抵抗２４の高周波接地端子には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６が直流的に接続されている。終端抵抗２４とＤＣ／ＤＣコンバータ１６との間には、終端抵抗２４に流れる電流を測定する電流モニタ回路１４が挿入されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、電源電圧Ｖｄｄを変換して、負の直流電圧を生成する。この結果、本実施形態では、終端抵抗２４の高周波接地端子に、約−２Ｖのバイアス電圧が印加される。

ＥＡ変調器２２と終端抵抗２４の間には、ドライバ回路１３の出力端子がコンデンサ３２を介して交流的に接続されている。ドライバ回路１３は、ＥＡ変調器２２を駆動するための高周波信号を生成し、コンデンサ３２を介してＥＡ変調器２２のアノードに供給する。ＥＡ変調器２２は、この高周波信号に従ってＬＤ２１の光出力を変調し、この高周波信号を光の強度信号に変換する。このとき、終端抵抗２４に流れる光電流３５によって生じる電圧ドロップが加えられた負のバイアス電圧がＥＡ変調器２２のアノードに印加される。こうして、ＥＡ変調器２２は逆バイアスされ、アノードとカソード間の電圧に応じた吸収率で、ＬＤ２１が生成した光を吸収する。

以下では、本実施形態の利点を説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６で生成される負のバイアス電圧は、終端抵抗２４を介してＥＡ変調器２２に印加される。このため、高周波信号用の伝送路にバイアス電圧を重畳する必要はなく、したがって、チョークコイルも必要ない。この結果、光送信回路の規模を小さくできる。また、終端抵抗２４とＤＣ／ＤＣコンバータ１６との間に電流モニタ回路１４を挿入することで、終端抵抗２４に流れる光電流３５を容易に検出し、ＥＡ変調器２２の光出力をモニタすることができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の電流容量は、終端抵抗２４に流れる光電流３５以上であれば足りる。この光電流３５は１０ｍＡ程度と小さいので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６用の電源の電流容量を抑えることができる。

終端抵抗２４を介してＥＡ変調器２２にバイアス電圧を印加するので、高周波電気信号を供給するドライバ回路１３をＥＡ変調器２２に交流的に接続することが可能になる。これにより、ドライバ回路１３用の電源電圧を抑えて、光送信回路１０の消費電力を削減することができる。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

上記実施形態では、ＬＤ及びＥＡ変調器の共通電位をグランド電位に設定するが、他の任意の安定電位に設定してもよい。

実施形態に係る光送信回路を示すブロック回路図である。

符号の説明

１０…光送信回路、１２…光送信サブアッセンブリ、１３…ドライバ回路、１４…電流モニタ回路、１６…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１８…出力モニタ回路、２０…光半導体素子、２１…レーザダイオード、２２…電界吸収型光変調器、２４…終端抵抗、３５…光電流

Claims (3)

1. 安定電位に接続される共通のカソードを有するレーザダイオードおよび電界吸収型光変調器が一体に集積された光半導体素子と、
   一端が前記電界吸収型光変調器のアノードに接続され、他端が前記安定電位に高周波的に接続された終端抵抗と、
   前記終端抵抗の前記一端と前記電界吸収型光変調器のアノードとの間に交流的に接続され、前記電界吸収型光変調器に高周波信号を供給するドライバ回路と、
   を備える光送信回路であって、
   前記電界吸収型光変調器に前記終端抵抗を介してバイアス電圧が印加される、光送信回路。
2. 前記終端抵抗の前記他端に直流的に接続され、前記電界吸収型光変調器のアノードにバイアス電圧を印加するバイアス電源と、
   前記終端抵抗の前記他端と前記バイアス電源との間に挿入され、前記終端抵抗に流れる電流を測定する電流モニタ手段と、
   を更に備える請求項１に記載の光送信回路。
3. 前記カソードと前記終端抵抗の前記他端との間にコンデンサが接続されている、請求項１または２に記載の光送信回路。

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