JP2007329212A - Optical transmitter, and optical transmitting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は波長が一定となるよう制御された条件下で、光出力が一定となるよう、定電流源によってレーザダイオードに順方向バイアス電流を供給する光送信器および光送信方法に関する。 The present invention relates to an optical transmitter and an optical transmission method for supplying a forward bias current to a laser diode by a constant current source so that the optical output becomes constant under a condition where the wavelength is controlled to be constant.
レーザダイオードの発振波長を一定とするためには、レーザの活性層の温度を一定に保つ必要がある。活性層温度の変動要因は、レーザダイオードの周囲温度の変化とレーザ順方向バイアス電流の変動である。レーザダイオードとサーミスタを同じペルチェ素子上に実装し、サーミスタの電圧をフィードバックすることにより、周囲温度および順方向バイアス電流が変化してもレーザダイオードの温度を一定に保つことができる。また、レーザダイオードモジュール内部に実装されたエタロンフィルタ透過後のフォトダイオード電圧をフィードバックすることにより、さらに高精度に波長を制御することができる。 In order to make the oscillation wavelength of the laser diode constant, it is necessary to keep the temperature of the active layer of the laser constant. The fluctuation factors of the active layer temperature are a change in the ambient temperature of the laser diode and a fluctuation in the laser forward bias current. By mounting the laser diode and the thermistor on the same Peltier element and feeding back the voltage of the thermistor, the temperature of the laser diode can be kept constant even if the ambient temperature and the forward bias current change. Further, the wavelength can be controlled with higher accuracy by feeding back the photodiode voltage after passing through the etalon filter mounted in the laser diode module.
一方、レーザダイオードはフォトダイオードの電圧をフィードバックすることにより、光出力を一定に保つことができる。この条件下では、レーザダイオードが経年劣化した場合、光出力を一定に保つために、順方向バイアス電流を増加させる。この順方向バイアス電流の増加は、活性層温度の増加をもたらし、波長を長波長側にシフトさせるが、上述のサーミスタによる温度制御ではこの波長変動を補正することができない。従来、このような波長変動への対策を検討したものとして、特開平11−163462号公報(特許文献1)、および米国特許6934063号(特許文献2)に記載の技術がある。 On the other hand, the laser diode can keep the light output constant by feeding back the voltage of the photodiode. Under this condition, when the laser diode is aged, the forward bias current is increased in order to keep the light output constant. This increase in forward bias current results in an increase in the active layer temperature and shifts the wavelength to the longer wavelength side, but this wavelength variation cannot be corrected by temperature control using the thermistor. Conventionally, there are techniques described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-163462 (Patent Document 1) and US Pat. No. 6,934,063 (Patent Document 2) as a countermeasure for such a wavelength variation.
特許文献1では、上述した波長変動を補正するため、順方向バイアス電流の変動による波長変動分に相当する温度制御目標値を補正する光送信器が開示されている。このようなサーミスタによる温度制御を行い、エタロンフィルタの透過光をフィードバックし、かつ順方向バイアス電流の変動分を波長に換算して、温度目標値を変更する方式は、レーザの経年劣化のようにゆっくりとした変動に対しては有効である。しかしながらこの温度制御の時定数は数秒程度と遅いため、これより速い時定数での変動、すなわち急激な順方向バイアス電流の増加や減少による波長変動は補正できないという問題がある。 Patent Document 1 discloses an optical transmitter that corrects a temperature control target value corresponding to a wavelength fluctuation due to a fluctuation in a forward bias current in order to correct the wavelength fluctuation described above. The temperature control using such a thermistor, the transmitted light of the etalon filter is fed back, the fluctuation of the forward bias current is converted into the wavelength, and the temperature target value is changed as in the case of laser aging. It is effective against slow fluctuations. However, since the time constant of this temperature control is as slow as several seconds, there is a problem that fluctuations with a faster time constant, that is, wavelength fluctuations due to a sudden increase or decrease in forward bias current cannot be corrected.
また、特許文献2では、順方向バイアス電流の増加に対して、レーザダイオードモジュール内部でシャッターを設けておき、波長が十分安定してからシャッターを開けるという方法により、波長変動の影響を抑える光送信器が開示されている。しかしながら、光送信器の電源をOFFにした場合の順方向バイアス電流の減少に対しては、前記シャッター機能では波長変動を抑制できない可能性がある。すなわち、レーザの順方向バイアス電流供給回路と、シャッターを制御する回路の時定数の関係で、シャッターが開いている時間で、順方向バイアス電流がゆっくりと減少するときに、短波長側への波長変動が観測されることになる。電源がOFFされているため、温度制御回路も動作しておらず、仮に動作していても数秒程度の時定数ではこの波長変動を補正することができない。
Further, in
本発明は、電源をOFFした場合に、温度制御回路が動作しておらず、シャッターの動作が十分遅くても、波長変動の影響を抑制する光送信器および光送信方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an optical transmitter and an optical transmission method that suppress the influence of wavelength fluctuations even when the temperature control circuit is not operating and the shutter operation is sufficiently slow when the power is turned off. And
上記課題を解決するため、本発明の光送信器は、電源電圧があるレベル以下になったことを検出し、順方向バイアス電流供給回路を速やかに遮断する。 In order to solve the above-described problems, the optical transmitter of the present invention detects that the power supply voltage has fallen below a certain level, and promptly shuts off the forward bias current supply circuit.
本発明によれば、電源をOFFした際に、短波長側の隣接波長への干渉を抑制した光送信器および光送信方法を実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when the power supply is turned off, the optical transmitter and the optical transmission method which suppressed the interference to the adjacent wavelength of a short wavelength side are realizable.
以下、本発明の実施形態を説明する実施例を参照しながら説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples describing embodiments of the present invention.
まず、本発明の実施形態である光送信器について、図1、図2を用いて説明する。図1は光送信器のレーザダイオードおよびその温度制御、光出力制御の基本構成を説明するブロック図である。図2は本発明の実施例1を説明する光送信器のレーザダイオードおよびその温度制御、光出力制御のブロック図である。 First, an optical transmitter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram for explaining the basic configuration of a laser diode of an optical transmitter and its temperature control and optical output control. FIG. 2 is a block diagram of the laser diode of the optical transmitter and its temperature control and optical output control for explaining the first embodiment of the present invention.
図1に示すブロック図で、定電流源2によってレーザダイオード(以下LD:Laser Diode)3に順方向バイアス電流を供給する。光出力を一定に保つための、フォトダイオードと制御回路を合わせて等価的に定電流源2として表している。サーミスタ5によりLD3の温度をモニタし、温度制御回路8にてペルチェ素子6に加熱または冷却電流を流すことでLD3の温度は一定に保たれる。この温度制御回路と図示を省略しているが、エタロンフィルタ、透過光を検出するフォトダイオードおよび制御回路によって高精度に波長が制御された状態で、シャッター制御回路9によりシャッター4が開けられれば、レーザダイオードモジュール7の外部に光が放出される。
In the block diagram shown in FIG. 1, a forward bias current is supplied to a laser diode (hereinafter LD: Laser Diode) 3 by a constant
図2に示すブロック図では、図1で説明した部分の説明は省略する。図2では、電源1の電圧を検出する電源電圧検出部10の状態によりスイッチ制御部11に制御信号が送られ、順方向バイアス電流供給回路の遮断用スイッチ12を切り替える。すなわち通常動作状態では遮断用スイッチ12はONの状態であり、LD3に順方向バイアス電流が供給されるが、電源1の電圧が低下し電源電圧検出部10の閾値を超えると、スイッチ制御部11は遮断用スイッチ12を速やかにOFFする。
In the block diagram shown in FIG. 2, the description of the part described in FIG. 1 is omitted. In FIG. 2, a control signal is sent to the
図1においては電源1の電圧が低下した場合は、定電流源2およびシャッター動作回路9はそれぞれの時定数でOFF状態となるため、シャッター4が閉まる前に定電流源2がLD3に供給する電流がゆるやかに減少した場合、短波長側へ波長がシフトした光がレーザダイオードモジュール7の外部に放出されることになる。
In FIG. 1, when the voltage of the power source 1 is lowered, the constant
これに対し、図2では電源1の電圧が低下したことを電源電圧検出部10が検出し、スイッチ制御部11により遮断用スイッチ12をOFFすれば、順方向バイアス電流はLD3に供給されない。このスイッチ制御回路はロジックのみで構成できるため、アナログ定電流源2およびシャッター制御回路9よりも十分速い動作が可能であり、波長がシフトした光出力がレーザダイオードモジュール7の外部に出ることはない。
On the other hand, in FIG. 2, if the power supply
本発明の実施の形態である光送信器の他の実施例について、図3を用いて説明する。ここで図3は、本発明の実施例2を説明する光送信器のレーザダイオードおよびその温度制御、光出力制御のブロック図である。図3において示すブロック図では、図1または図2で説明した部分の詳細な説明は省略する。 Another example of the optical transmitter according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 3 is a block diagram of the laser diode of the optical transmitter and its temperature control and optical output control for explaining the second embodiment of the present invention. In the block diagram shown in FIG. 3, detailed description of the parts described in FIG. 1 or FIG. 2 is omitted.
本実施例の光送信器では、電源1の電源電圧を電源電圧検出部10にて検出し、スイッチ制御部11により、順方向バイアス電流供給回路バイパス用スイッチ13を切り替える。すなわち通常動作状態ではバイパス用スイッチ13はOFFの状態であり、LD3に順方向バイアス電流が供給されるが、電源1の電圧が低下し電源電圧検出部10の閾値を超えると、スイッチ制御部11はバイパス用スイッチ13を速やかにONする。順方向バイアス電流がバイパス用スイッチ13を介してGNDに流れることにより、LD3に順方向バイアス電流が供給されず、波長がシフトした光出力がレーザダイオードモジュール7の外部に出ることはない。
In the optical transmitter of this embodiment, the power supply
実施例1および実施例2に示すように、LD3の順方向バイアス電流を速やかにOFFすることの効果は、回路の時定数によって決まる波長変動時間を短縮するだけではない。速やかに順方向バイアス電流をOFFすることにより、レーザのFM変調効率が低下するため、dλ/dI(バイアス電流変動分に対する波長変動分)が下がる。したがってより波長変動を抑制する方向に作用していると説明できる。
As shown in the first and second embodiments, the effect of quickly turning off the forward bias current of the
本発明の実施の形態である光送信器の他の実施例について、図4を用いて説明する。ここで図4は、本発明の実施例3を説明する光送信器のブロック図である。また本実施例の光送信器は、実施例1のレーザダイオードおよびその温度制御、光出力制御のブロック図に、光送信器の他の回路ブロックを追加したものであるので、図1ないし図3で説明した部分の詳細な説明は省略する。 Another example of the optical transmitter according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram of an optical transmitter for explaining the third embodiment of the present invention. The optical transmitter of the present embodiment is obtained by adding other circuit blocks of the optical transmitter to the block diagram of the laser diode of the first embodiment and its temperature control and optical output control. The detailed description of the part described in the above is omitted.
図4の光送信器100は、16ペアの622MHzの入力信号を多重化する信号処理回路16と、信号処理回路16で多重化された10Gbit/sの信号を外部変調器14の駆動信号に変換する変調器駆動回路15と、レーザダイオードモジュール7と、レーザダイオードモジュール7の温度および光出力制御回路と、図示を省略したレンズ等の光学部品とから構成されている。
The optical transmitter 100 in FIG. 4 converts a
本実施例の、光送信器は、電源電圧検出部10によって、電源電圧の低下を検出した際にスイッチ制御部11によってLD3の順方向バイアス電流遮断用スイッチ12を速やかにOFFすることにより、短波長側に波長がシフトした光が光送信器100の外部に出ることはない。
The optical transmitter according to the present embodiment is short-circuited by quickly turning off the forward bias
なお、実施例1および実施例2から自明なように、遮断用スイッチ12の代わりに、図3のブロック図におけるバイパス用スイッチ13を用いて、LD3への順方向バイアス電流の供給を断ってもよい。また本実施例ではLDの外部に変調器を設けているが、LDと変調器とを集積した変調器集積型レーザダイオードであっても同様である。
As obvious from the first and second embodiments, even if the
本発明の他の実施の形態である光送受信器の実施例について、図5を用いて説明する。ここで、図5は、本発明の実施例4を説明する、光送受信器のブロック図である。また、本実施例の光送受信器は、実施例3の光送信器のブロック図に、光受信器の他の回路ブロックを追加したものであるので、図1ないし図4で説明した部分の詳細な説明は省略する。 An example of an optical transceiver according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 5 is a block diagram of an optical transceiver for explaining the fourth embodiment of the present invention. The optical transceiver according to the present embodiment is obtained by adding another circuit block of the optical receiver to the block diagram of the optical transmitter according to the third embodiment. The detailed explanation is omitted.
図5の光送受信器200は、16ペアの622MHzの入力信号を多重化する信号処理回路16と、信号処理回路16で多重化された10Gbit/sの信号を外部変調器14の駆動信号に変換する変調器駆動回路15と、レーザダイオードモジュール7と、レーザダイオードモジュール7の温度および光出力制御回路と、伝送路から伝送されてきた10Gbit/sの光信号を電気信号に変換する受光素子17と、変換された電気信号を増幅する増幅回路18と、増幅された信号を16ペアの622MHzの信号に分離する信号処理回路19と、図示を省略したレンズ等の光学部品とから構成されている。
The optical transceiver 200 of FIG. 5 converts a
本実施例の、光送受信器は、電源電圧検出部10によって、電源電圧の低下を検出した際にスイッチ制御部11によってLD3の順方向バイアス電流遮断用スイッチ12を速やかにOFFすることにより、短波長側に波長がシフトした光が光送信器100の外部に出ることはない。
The optical transceiver according to the present embodiment is short-circuited by quickly turning off the forward bias
なお、実施例1および実施例2から自明なように、遮断用スイッチ12の代わりに、図3のブロック図におけるバイパス用スイッチ13を用いて、LD3への順方向バイアス電流の供給を断ってもよい。また本実施例ではLDの外部に変調器を設けているが、LDと変調器とを集積した変調器集積型レーザダイオードであっても同様である。
As obvious from the first and second embodiments, even if the
なお、本実施例1〜4にはいずれもシャッターを図示しているが、シャッターがない場合においては本発明の必要性がさらに高まることは言うまでもない。また、温度制御回路およびエタロンフィルタを含まない回路に関しても、当然本発明は有効であるが,議論している波長制御は温度制御条件下にあることが前提となるため、あえて図示していない。 Although the shutters are illustrated in the first to fourth embodiments, it goes without saying that the necessity of the present invention is further increased in the case where there is no shutter. Also, the present invention is naturally effective for a circuit that does not include a temperature control circuit and an etalon filter, but the wavelength control under discussion is premised on temperature control conditions, and is not shown.
実施例4に示した光送受信器を使用して、本発明の効果について図6および図7を用いて具体的に説明する。ここで図6は本発明における実施例4の光送受信器を用いて、本発明の効果を確認する測定系のブロック図である。図7は図6のブロック図中に示される光スペクトラムアナライザによって得られる実験結果の一例である。 The effect of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 6 and 7 using the optical transceiver shown in the fourth embodiment. FIG. 6 is a block diagram of a measurement system for confirming the effect of the present invention using the optical transceiver according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 7 is an example of an experimental result obtained by the optical spectrum analyzer shown in the block diagram of FIG.
図6に示すブロック図において、パルスパターンジェネレータ20から10Gbit/sの電気信号が出力され、治具24上に実装された電気モジュール22に入力される。この電気信号は治具24を介してレファレンス光送受信器(REF.TRVと略す)300に入力される。REF.TRV300からは10Gbit/sで変調された信号が光ファイバに出力される。
In the block diagram shown in FIG. 6, an electrical signal of 10 Gbit / s is output from the
このときの中心波長を1559.794nmとする。この光出力信号はスプリッタ23によって二分割され、一方はEDFA26、アッテネータ27、フォトカプラ30、フィルタ28を経由して、REF.TRV300の受信器に入力される。この信号は治具24を介して電気信号として電気治具22に入力され、電気モジュール22の出力としてエラーディテクター21により、ビットエラーレート(BERと略す)を測定する。
The center wavelength at this time is set to 1559.794 nm. This optical output signal is divided into two by a
一方、スプリッタ23によって分割されたもう一方の光信号はアッテネータ25を介して光送受信器(DUTと略す)400に入力される。DUT400から出た電気信号は治具29上で折り返して再びDUT400に入る。この信号がDUT400の送信部より、中心波長を1560.194nmの光信号として出力され、フォトカプラ30を介してREF.TRV300の光信号に重畳される。この光信号のスペクトラムを光スペクトラムアナライザ31にて観察した。
On the other hand, the other optical signal divided by the
図6の測定を実施する目的は、50GHzグリッドに相当する400pm波長差がある二種類の波長成分間で干渉があった場合に、エラーディテクター21によりエラーが確認することである。波長計や光スペクトラムアナライザではデータサンプリング周期が遅いため、ごく短い時間での波長干渉をモニタできない可能性がある。これに対し図6の測定系は10Gbit/sでの伝送に対するエラーカウントであるため、ナノ秒オーダーでの波長干渉をモニタすることができる。
The purpose of performing the measurement of FIG. 6 is to check the error by the
結果は、DUT400として、本発明における実施例4の光送受信器を使用した場合、電源をOFFした際の伝送エラーはカウントされなかった。これに対し、DUT400として本発明における実施例4の光送受信器のうち遮断用スイッチ12が常にONとなるように改造した光送受信器を使用した場合、1000〜10000カウントの伝送エラーが観測された。
As a result, when the optical transceiver according to Example 4 of the present invention was used as the
10Gbit/sにおけるこのエラーカウントはマイクロ秒オーダーに相当し、波長計や光スペクトラムアナライザでは観測できないレベルの波長干渉であった。もちろん波長可変光送受信器において隣接する波長への干渉は許されず、本発明の効果が示される結果となった。 This error count at 10 Gbit / s corresponds to the order of microseconds, and is a level of wavelength interference that cannot be observed with a wavelength meter or an optical spectrum analyzer. Of course, in the wavelength tunable optical transceiver, interference with adjacent wavelengths is not allowed, and the effect of the present invention was shown.
図7に示す光スペクトラムアナライザ31の波形には、上述した波長変動の軌跡は確認できなかったが、現象の解釈としては、本発明による効果は、電源OFF時のスペクトラムの移動が矢印Aの方向ではなく、矢印Bの方向に移動することであると説明できる。
In the waveform of the
1・・・電源、2・・・定電流源、3・・・発光素子、4・・・シャッター、5・・・サーミスタ、6・・・ペルチェ素子、7・・・レーザダイオードモジュール、8・・・温度制御回路、9・・・シャッター制御回路、10・・・電源電圧検出部、11・・・スイッチ制御部、12・・・レーザ順方向バイアス電流遮断用スイッチ、13・・・レーザ順方向バイアス電流バイパス用スイッチ、14・・・変調器、15・・・変調器駆動回路、16・・・信号処理回路、17・・・受光素子、18・・・増幅回路、19・・・信号処理回路、20・・・パルスパターンジェネレータ、21・・・エラーディテクター、22・・・電気モジュール、23・・・スプリッタ、24・・・電気治具、25・・・アッテネータ、26・・・EDFA、27・・・アッテネータ、28・・・フィルタ、29・・・電気治具、30・・・フォトカプラ、31・・・光スペクトラムアナライザ、100・・・光送信器、200・・・光送受信器、300・・・レファレンス光送受信器、400・・・光送受信器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power source, 2 ... Constant current source, 3 ... Light emitting element, 4 ... Shutter, 5 ... Thermistor, 6 ... Peltier element, 7 ... Laser diode module, 8 ..Temperature control circuit, 9 ... Shutter control circuit, 10 ... Power supply voltage detection unit, 11 ... Switch control unit, 12 ... Laser forward bias current cutoff switch, 13 ... Laser order Direction bias current bypass switch, 14 ... modulator, 15 ... modulator drive circuit, 16 ... signal processing circuit, 17 ... light receiving element, 18 ... amplification circuit, 19 ... signal Processing circuit, 20 ... Pulse pattern generator, 21 ... Error detector, 22 ... Electric module, 23 ... Splitter, 24 ... Electric jig, 25 ... Attenuator, 26 ...
Claims (5)
前記レーザダイオードの電源電圧を検出し、電源電圧が閾値以下であれば順方向バイアス電流供給回路を遮断するスイッチをOFFし、電源電圧が閾値以上であれば順方向バイアス電流供給回路を遮断するスイッチをONすることを特徴とする光送信方法。 An optical transmission method for modulating an output light from a laser diode mounted on a Peltier element and transmitting an optical signal,
A switch for detecting the power supply voltage of the laser diode and turning off the switch for cutting off the forward bias current supply circuit if the power supply voltage is lower than the threshold, and for cutting off the forward bias current supply circuit if the power supply voltage is higher than the threshold. The optical transmission method characterized by turning on.
前記レーザダイオードの電源電圧を検出し、電源電圧が閾値以下であれば順方向バイアス電流供給回路とGNDとをバイパスするスイッチをONし、電源電圧が閾値以上であれば順方向バイアス電流供給回路とGNDとをバイパスするスイッチをOFFすることを特徴とする光送信方法。
An optical transmission method for modulating an output light from a laser diode mounted on a Peltier element and transmitting an optical signal,
The power supply voltage of the laser diode is detected. If the power supply voltage is equal to or lower than the threshold, a switch that bypasses the forward bias current supply circuit and GND is turned on. If the power supply voltage is equal to or higher than the threshold, the forward bias current supply circuit is An optical transmission method comprising: turning off a switch that bypasses GND.
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