JP2008053536A - レーザダイオード制御装置およびレーザダイオード制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光出力の開始から所望の光出力が得られるまでの時間を長引かせることなく、この期間におけるバイアス電流及び変調電流の絶対値及び上昇率が抑制可能なレーザダイオード制御装置およびレーザダイオード制御方法を提供すること。
【解決手段】コントローラ１０は、発光開始時制御情報を発光開始設定用メモリ１２ａから取得し、この取得した発光開始時制御情報に基づいてバイアス電流Ｓ１及び変調電流Ｓ２を初期値から各目標値に至るまで上昇させるよう駆動回路６を制御し、その後、ＡＰＣ制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザダイオードの制御装置およびレーザダイオード制御方法に関する。

下記非特許文献１は、光データリンクにおける電源起動時の突入電流について絶対値と電流上昇率とを規定している。
XENPAK 10 Gigabit Ethernet MSA, A Cooperation Agreement for 10Gigabit Ethernet Transceiver Package, Issue 3.0, P.24, Fig.10, [online]September 18, 2002, XenPak, XENPAK MSA Rev 3.0, [retrieved on 2006-06-1],Retrieved from the Internet: <URL:http://www.xenpak.org/MSA/XENPAK_MSA_R3.0.pdf>

従来のレーザダイオードの制御装置は、例えば、レーザダイオードに対するバイアス電流及び変調電流を制御するための初期値を光出力開始時に設定し、この初期値とレーザダイオードから発光されるレーザ光をモニタするためのモニタ用受光素子によるモニタ結果とを用いてレーザダイオードに対するバイアス電流及び変調電流をＡＰＣ（Automatic Power Control）制御する。しかし、このような従来の制御回路を光データリンクに適用する場合、バイアス電流及び変調電流が急激に増加することになるので、光データリンクの消費電流が急激に増加してしまい、上記規格を満たすのは困難である。また、ゼロの初期値からＡＰＣを開始すると、所望とする光出力が得られるまでに多くの時間を要するので、上記規定値を満たすのは困難である。そこで本発明は、光出力の開始から所望の光出力が得られるまでの期間を長引かせることなく、この期間におけるバイアス電流及び変調電流の絶対値及び上昇率が抑制可能なレーザダイオード制御装置およびレーザダイオード制御方法の提供を目的とする。

本発明は、レーザダイオードと、前記レーザダイオードにバイアス電流及び変調電流を供給する駆動回路と、前記レーザダイオードの発光するレーザ光をモニタするための光検出素子と、前記光検出素子から出力されるモニタ結果を示す信号に基づいてＡＰＣ制御を行うコントローラと、前記バイアス電流及び前記変調電流をそれぞれ予め設定された初期値から目標値に至るまで上昇させるよう前記コントローラが前記駆動回路を制御するための制御情報を格納するメモリと、を備えたレーザダイオード制御装置であって、前記制御情報は、ステップ形状の信号を前記コントローラが出力するための情報であり、前記コントローラは、前記制御情報を前記メモリから取得し、この取得した制御情報に基づいて前記ステップ形状の信号を生成し、この生成した信号を用いて前記駆動回路を制御することにより前記バイアス電流及び前記変調電流をそれぞれ前記目標値に上昇させた後にＡＰＣ制御を行う、ことを特徴とする。

また、本発明は、駆動回路、レーザダイオード、光検出素子、およびコントローラで構成される閉ループ及び該閉ループ外に備えられたメモリにより前記レーザダイオードの光出力状態を制御する方法であって、前記コントローラは、前記レーザダイオードに供給するバイアス電流と変調電流とをそれぞれの目標値に達するまで階段状に変化させる制御情報を前記メモリから読み出し、前記コントローラはこの読み出した制御情報に基づき前記駆動回路を制御し、前記バイアス電流および前記変調電流がともに前記目標値に達した後に、前記閉ループを作動させる、ことを特徴とする。

バイアス電流及び変調電流の絶対値及び上昇率の調整は、初期値から目標値に至るまでの期間を増減することにより可能となる。本発明のレーザダイオード制御装置及びレーザダイオード制御方法によれば、この期間の増減は、バイアス電流及び変調電流をそれぞれ初期値から目標値に上昇させる時に用いる信号のステップ形状（階段状）のステップ幅及びステップ段差を調整することにより可能となる。従って、光出力の開始から所望の光出力が得られるまでの期間を長引かせることなく、この期間におけるバイアス電流及び変調電流の絶対値及び上昇率が抑制できる。

更に、本発明では、前記制御情報を表しており前記コントローラから出力されるステップ形状の信号を受け、この受けた信号を前記駆動回路に出力する積分フィルタを更に備えるのが好ましい。ステップ形状の信号に応じて生成される駆動電流は、ステップ段差に応じて急激に増加（突発電流が発生）する。しかし、本発明のように、積分フィルタから出力される信号は、積分フィルタを通過する前のステップ形状の信号に比較してより滑らかな形状の信号となるので、このようなステップ段差に応じて生じる駆動電流の急激な増加が低減される。

本発明によれば、光出力の開始から所望の光出力が得られるまでの期間を長引かせることなく、この期間におけるバイアス電流及び変調電流の絶対値及び上昇率が抑制できる。

以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１は、実施形態に係るレーザダイオード制御装置の機能構成を示すブロック図である。レーザダイオード制御装置２は、光データリンクの光送信部（図示略）が備える装置である。レーザダイオード制御装置２は、レーザダイオード４、駆動回路６、モニタ用光検出素子８、コントローラ１０、発光開始設定用メモリ１２ａ及び設定用メモリ１２ｂを備える。

レーザダイオード制御装置２は、モニタ用ＡＤＣ１４、変調電流設定用ＤＡＣ１６ａ、バイアス電流設定用ＤＡＣ１６ｂ、電源１８及び抵抗２０を更に備える。レーザダイオード４は、駆動回路６から供給されるバイアス電流Ｓ１及び変調電流Ｓ２によりレーザ光を発光する。レーザダイオード４のアノード端子は、電源１８に接続されており、カソード端子は駆動回路６に接続されている。駆動回路６は、バイアス電流設定用ＤＡＣ１６ｂから出力されるアナログ制御信号Ｓ４（バイアス電流Ｓ１を制御するためのアナログ信号）と、変調電流設定用ＤＡＣ１６ａから出力されるアナログ制御信号Ｓ３（変調電流Ｓ２を制御するためのアナログ信号）とに基づいて、バイアス電流Ｓ１及び変調電流Ｓ２をレーザダイオード４に供給する。駆動回路６は、レーザダイオード制御装置２を搭載する光データリンクの光送信部からデータ入力を受ける。駆動回路６は、このデータ入力に応じたバイアス電流Ｓ１及び変調電流Ｓ２をレーザダイオードに供給する。

モニタ用光検出素子８は、レーザダイオード４の発光するレーザ光をモニタするためのフォトダイオードである。モニタ用光検出素子８のカソード端子は、電源１８に接続されており、アノード端子はモニタ用ＡＤＣ１４及び抵抗２０に接続されている。モニタ用光検出素子８のアノード端子から出力されるアナログ検出信号Ｓ５（レーザ光のモニタ結果を示すアナログ信号）はモニタ用ＡＤＣ１４に入力される。モニタ用ＡＤＣ１４は、アナログ検出信号Ｓ５をデジタル信号（デジタル検出信号Ｓ６）に変換し、このデジタル検出信号Ｓ６をコントローラ１０に出力する。

コントローラ１０は、モニタ用光検出素子８から出力されるモニタ結果を示す信号（デジタル検出信号Ｓ６）に基づいて駆動回路６を制御することによりバイアス電流Ｓ１及び変調電流Ｓ２を調整する。コントローラ１０は、後述の設定用メモリ１２ｂに格納されているＡＰＣ制御情報に基づいてＡＰＣ制御を行う。コントローラ１０は、バイアス電流Ｓ１を調整するための信号（デジタル制御信号Ｓ８）をバイアス電流設定用ＤＡＣ１６ｂに出力し、変調電流Ｓ２を調整するための信号（デジタル制御信号Ｓ７）を変調電流設定用ＤＡＣ１６ａに出力する。デジタル制御信号Ｓ８はバイアス電流設定用ＤＡＣ１６ｂによってアナログ制御信号Ｓ４に変換され、アナログ制御信号Ｓ４はバイアス電流設定用ＤＡＣ１６ｂから駆動回路６に出力される。デジタル制御信号Ｓ７は変調電流設定用ＤＡＣ１６ａによってアナログ検出信号Ｓ５に変換され、アナログ検出信号Ｓ５は変調電流設定用ＤＡＣ１６ａから駆動回路６に出力される。

また、コントローラ１０は、レーザダイオード４の発光開始時に、後述の発光開始設定用メモリ１２ａに格納されている初期制御情報を取得する。この初期制御情報は、バイアス電流Ｓ１及び変調電流Ｓ２を予め設定された初期値（例えばゼロ）から目標値（図２に示す目標値Ｖ１及び目標値Ｖ２）に上昇させるための情報である。コントローラ１０は、この取得した初期制御情報に基づいて、レーザダイオード４に供給するバイアス電流Ｓ１及び変調電流Ｓ２をそれぞれ初期値から目標値Ｖ１及び目標値Ｖ２に上昇させるよう駆動回路６を制御するためのステップ形状（階段状）の信号（デジタル制御信号Ｓ７及びデジタル制御信号Ｓ８）を生成する。コントローラ１０は、このステップ形状の信号を用いて駆動回路６を制御することによりバイアス電流Ｓ１及び変調電流Ｓ２をそれぞれ初期値から目標値Ｖ１及び目標値Ｖ２に上昇させた後に、設定用メモリ１２ｂに格納されているＡＰＣ制御情報に基づいて駆動回路６にＡＰＣ制御を行うための信号を出力する。また、コントローラ１０は、光通信モジュール２を搭載する光データリンクの通信ポートに接続されており、この通信ポートを介してＰＣ等の外部機器とデータ通信を行う。このデータ通信により、コントローラ１０の各種設定が変更可能となる。発光開始設定用メモリ１２ａは、コントローラ１０が駆動回路６を制御するための上記の初期制御情報を格納する。設定用メモリ１２ｂは、コントローラ１０がＡＰＣ制御を行うためのＡＰＣ制御情報を格納する。

次に、コントローラ１０による制御内容を図２を参照して説明する。図２は、コントローラ１０の制御内容を説明するためのタイミングチャートである。まず、コントローラ１０は、レーザダイオード４に供給するバイアス電流Ｓ１と変調電流Ｓ２とをそれぞれの目標値Ｖ１及び目標値Ｖ２に達するまでステップ形状（階段状）に変化させる初期制御情報を、発光開始設定用メモリ１２ａから読み出す。コントローラ１０は、この読み出した初期制御情報に基づき駆動回路６を制御する。そして、駆動回路６、レーザダイオード４、光検出素子８、およびこのコントローラ１０で構成される閉ループは、バイアス電流Ｓ１および変調電流Ｓ２がともにそれぞれの目標値Ｖ１および目標値Ｖ２に達した後に作動され、この閉ループの作動によりＡＰＣ制御がコントローラ１０により行われる。このように、レーザダイオード４の光出力状態は、閉ループと、この閉ループに含まれない発光開始設定用メモリ１２ａ、設定用メモリ１２ｂとを用いて制御される。以下、詳細に説明する。レーザダイオード４の発光開始時の期間Ｔ１において、コントローラ１０から出力されるデジタル制御信号Ｓ７及びデジタル制御信号Ｓ８の波形は、図中符号Ａ１及び図中符号Ａ２に示すように時間（ｔ）経過とともに上昇するステップ形状（階段状）を成している。このようなステップ形状のデジタル制御信号Ｓ７及びデジタル制御信号Ｓ８に基づいてバイアス電流Ｓ１及び変調電流Ｓ２がコントローラ１０により調整されると、バイアス電流Ｓ１及び変調電流Ｓ２は初期値から目標値Ｖ１及び目標値Ｖ２に至るまでの期間Ｔ１にわたり単調に増加する。そして、レーザダイオード４の発光出力を示すアナログ検出信号Ｓ５（デジタル検出信号Ｓ６）も、バイアス電流Ｓ１及び変調電流Ｓ２と同様に、期間Ｔ１にわたり初期値から単調に増加する。期間Ｔ１後であってバイアス電流Ｓ１及び変調電流Ｓ２のそれぞれがともに目標値Ｖ１及び目標値Ｖ２に達した後の期間Ｔ２の開始時に、デジタル制御信号Ｓ７及びデジタル制御信号Ｓ８は、ＡＰＣ制御を行うための信号（すなわち、閉ループを作動させるための信号）にコントローラ１０により切り替えられる。このＡＰＣ制御を行うための（閉ループを作動させるための）デジタル制御信号Ｓ７及びデジタル制御信号Ｓ８によりバイアス電流Ｓ１及び変調電流Ｓ２が調整され、このバイアス電流Ｓ１及び変調電流Ｓ２によりレーザダイオード４の発光が調整（光出力状態が制御）される。

以上説明したように、バイアス電流Ｓ１及び変調電流Ｓ２は期間Ｔ１にわたりゼロの初期値から目標値Ｖ１及び目標値Ｖ２に至るまで上昇するので、期間Ｔ１を増減することによりバイアス電流Ｓ１及び変調電流Ｓ２の絶対値及び上昇率の調整が可能となる。この期間Ｔ１の増減は、デジタル制御信号Ｓ７及びデジタル制御信号Ｓ８のステップ幅Ｋ１及びステップ段差Ｋ２を調整することにより可能である。従って、光出力の開始から所望の光出力Ｖ３が得られるまでの期間Ｔ１を長引かせることなく、この期間Ｔ１におけるバイアス電流Ｓ１及び変調電流Ｓ２の絶対値及び上昇率が抑制でき、光データリンクの消費電流の急激な上昇を抑えることができる。

以上、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。

例えば、変調電流設定用ＤＡＣ１６ａ及びバイアス電流設定用ＤＡＣ１６ｂは、それぞれ積分フィルタ２２ａ及び積分フィルタ２２ｂを有していてもよい。積分フィルタ２２ａ及び積分フィルタ２２ｂは上記の初期制御情報を表しておりコントローラ１０から出力されるステップ形状の信号（デジタル制御信号Ｓ７及びデジタル制御信号Ｓ８が変調電流設定用ＤＡＣ１６ａ及びバイアス電流設定用ＤＡＣ１６ｂにおいてそれぞれアナログ化された信号）を受け、この受けた信号を駆動回路６に出力する。積分フィルタ２２ａ及び積分フィルタ２２ｂの時定数は、デジタル制御信号Ｓ７及びデジタル制御信号Ｓ８の各ステップ幅Ｋ１に相当する値である。

従って、変調電流設定用ＤＡＣ１６ａ及びバイアス電流設定用ＤＡＣ１６ｂは、デジタル制御信号Ｓ７及びデジタル制御信号Ｓ８をアナログ信号にそれぞれ変換し、変換後の各アナログ信号を、上記の積分フィルタ２２ａ及び積分フィルタ２２ｂに入力し、この積分フィルタ２２ａ及び積分フィルタ２２ｂから出力されるそれぞれの信号をアナログ制御信号Ｓ３及びアナログ制御信号Ｓ４として駆動回路６に出力すれば、このアナログ制御信号Ｓ３及びアナログ制御信号Ｓ４は、期間Ｔ１にわたり、ステップ状に上昇するデジタル制御信号Ｓ７及びデジタル制御信号Ｓ８に比較してより滑らかに上昇する信号となる。ステップ形状の信号に応じて駆動回路６により生成されるバイアス電流Ｓ１及び変調電流Ｓ２はステップ段差Ｋ２に応じて急激に増加するが、このような積分フィルタ２２ａ及び積分フィルタ２２ｂを用いれば、ステップ段差Ｋ２に応じて生じるバイアス電流Ｓ１及び変調電流Ｓ２の急激な増加が低減される。

実施形態に係るレーザダイオード制御装置の機能構成を示すブロック図である。 実施形態に係る制御内容を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

２…レーザダイオード制御装置、４…レーザダイオード、６…駆動回路、８…モニタ用光検出素子、１０…コントローラ、１２ａ…発光開始設定用メモリ、１２ｂ…設定用メモリ、１４…モニタ用ＡＤＣ、１６ａ…変調電流設定用ＤＡＣ、１６ｂ…バイアス電流設定用ＤＡＣ、１８…電源、２０…抵抗、２２ａ，２２ｂ…積分フィルタ。

Claims (3)

1. レーザダイオードと、
   前記レーザダイオードにバイアス電流及び変調電流を供給する駆動回路と、
   前記レーザダイオードの発光するレーザ光をモニタするための光検出素子と、
   前記光検出素子から出力されるモニタ結果を示す信号に基づいてＡＰＣ制御を行うコントローラと、
   前記バイアス電流及び前記変調電流をそれぞれ予め設定された初期値から目標値に至るまで上昇させるよう前記コントローラが前記駆動回路を制御するための制御情報を格納するメモリと、
   を備えたレーザダイオード制御装置であって、
   前記制御情報は、ステップ形状の信号を前記コントローラが出力するための情報であり、
   前記コントローラは、前記制御情報を前記メモリから取得し、この取得した制御情報に基づいて前記ステップ形状の信号を生成し、この生成した信号を用いて前記駆動回路を制御することにより前記バイアス電流及び前記変調電流をそれぞれ前記目標値に上昇させた後にＡＰＣ制御を行う、ことを特徴とするレーザダイオード制御装置。
2. 前記制御情報を表しており前記コントローラから出力されるステップ形状の信号を受け、この受けた信号を前記駆動回路に出力する積分フィルタを更に備える、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオード制御装置。
3. 駆動回路、レーザダイオード、光検出素子、およびコントローラで構成される閉ループ及び該閉ループ外に備えられたメモリにより前記レーザダイオードの光出力状態を制御する方法であって、
   前記コントローラは、前記レーザダイオードに供給するバイアス電流と変調電流とをそれぞれの目標値に達するまで階段状に変化させる制御情報を前記メモリから読み出し、
   前記コントローラはこの読み出した制御情報に基づき前記駆動回路を制御し、
   前記バイアス電流および前記変調電流がともに前記目標値に達した後に、前記閉ループを作動させる、
   ことを特徴とするレーザダイオード制御方法。

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