JP2009070852A - 光送信機の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】起動時のレーザダイオードの温度によらずに出力光の波長を所望の波長に調整できる光送信機の制御方法を提供すること。
【解決手段】演算素子３６が、第１ＴＥＣ制御素子１８及び第２ＴＥＣ制御素子２６を制御することによって、ＬＤ２の温度を第１温度範囲内に調整し、且つ、エタロンフィルタ８の温度を第２温度範囲内に調整し、その後、ＬＤ２の温度が第１温度範囲内に至り、且つ、エタロンフィルタ８の温度が第２温度範囲内に至った後、演算素子３６がバイアス回路２８を制御することによってＬＤ２にバイアス電流を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光送信機の制御方法に関する。

特許文献１には、半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子から出力される所定波長の光を透過するファブリペローエタロンの光フィルタと、光フィルタの透過光を検出する光検出器とを備えたレーザモジュールが記載されている。このレーザモジュールは、光フィルタの透過光を用いて半導体レーザに対するＡＴＣ（Auto Temperature Control）を行う。
特開２００３−１１０１９０号公報

ファブリペローエタロンの光フィルタは、入射する半導体レーザの出力光の波長、すなわち半導体レーザの温度に応じて、透過率が周期的に変化する。よって、半導体レーザの温度が異なっていても、光フィルタの透過光の光量が同様となる場合がある。このため、レーザモジュールの起動時からＡＴＣが行われる場合に、ＡＴＣによって調整された半導体レーザの温度が、レーザモジュールの起動時における半導体レーザの温度に応じて異なる惧れがある。従って、例えば、レーザモジュールの再起動の前後で半導体レーザからの出力光の波長が異なる場合がある。そこで本発明の目的は、起動時のレーザダイオードの温度によらずに出力光の波長を所望の波長に調整できる光送信機の制御方法を提供することである。

本発明は、変調信号に対応した光を出射するレーザダイオードと、波長に応じて周期的に変化する光透過率を有し、前記レーザダイオードの出力光を透過するエタロンフィルタと、前記レーザダイオード及び前記エタロンフィルタの温度をそれぞれ調整するための第１及び第２の熱電変換素子とを備える光送信機の制御方法であって、前記レーザダイオード及び前記エタロンフィルタの温度をそれぞれの目標温度を含む第１及び第２の温度範囲内に調整する第１のステップと、前記第１のステップの後、前記レーザダイオードにバイアス電流を供給する第２のステップとを備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、レーザダイオードの温度を、目標温度を含む第１の温度範囲内に調整し、且つ、エタロンフィルタの温度を、目標温度を含む第２の温度範囲内に調整した後に、レーザダイオードにバイアス電流を供給する、すなわち、レーザダイオード及びエタロンフィルタが共に所望の温度範囲内に至った後にレーザダイオードを駆動する。このように、レーザダイオードの温度が、レーザダイオードを駆動してＡＴＣ等を行う前に目標温度を含む第１の温度範囲内に調整されるので、レーザダイオードの温度を、起動時の温度によらずに目標温度に調整できる。よって、レーザダイオードからの出力光の波長を、起動時のレーザダイオードの温度によらずに所望とする波長に調整できる。

更に、前記第１のステップにおいて、前記レーザダイオードの温度を前記第１の温度範囲内に調整した後に、前記エタロンフィルタの温度を前記第２の温度範囲内に調整する、或いは、前記第１のステップにおいて、前記エタロンフィルタの温度を前記第２の温度範囲内に調整した後に、前記レーザダイオードの温度を前記第１の温度範囲内に調整することを特徴とする。従って、レーザダイオードの温度の調整と、エタロンフィルタの温度の調整とが同時に行われないので、調整開始時に生じる過渡的な消費電流の低減が可能となる。

また、本発明では、前記第１の温度範囲の下限における前記レーザダイオードの発振波長から、該第１の温度範囲の上限における該レーザダイオードの発振波長までの波長範囲は、前記光透過率の変化の一周期分に相当する。

本発明によれば、起動時のレーザダイオードの温度によらずに出力光の波長を所望の波長に調整できる光送信機の制御方法が提供できる。

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。実施形態に係る光送信機について説明する。図１は、光送信機１の構成を示す図である。

光送信機１は図１において半導体レーザモジュール１００を含み、過渡チャープを抑制することによって比較的長い伝送距離を実現するＣＭＬ（Chirp managed directly modulated laser diode）である。この半導体レーザモジュール１００は、比較的高いバイアス電流と比較的小さな変調電流とを用いてＬＤ２を駆動することにより過渡チャープを抑制する。そして、半導体レーザモジュール１００は、エタロンフィルタ８を狭帯域光フィルタとして用いて光信号のゼロ成分を低減することにより必要な消光比を確保する。光送信機１は、ホスト装置との間で電気信号を送受する。半導体レーザモジュール１００は、光ファイバＦに光信号を送信する送信部と、光ファイバＦからの光信号を受信する受信部とを備える。以下、光送信機１について説明する。

半導体レーザモジュール１００は、ＬＤ２（LD:LaserDiode）、スプリッタ４、第１ＰＤ６（PD:Photo Diode）、エタロンフィルタ８、第２ＰＤ１０、第１帰還回路１２及び第２帰還回路２０を備える。ＬＤ２は、例えばＤＦＢ（Distributed Feedback）レーザであり、バイアス回路２８によって供給されるバイアス電流によって光信号を出力する。ＬＤ２から出力される光信号は、スプリッタ４及びエタロンフィルタ８を介して光ファイバＦに導入される。なお、ＬＤ２からの光信号には「０」成分と「１」成分とが含まれている。

スプリッタ４は、ＬＤ２と光ファイバＦとの間の光路上に配置されている。この光路上には、スプリッタ４及びエタロンフィルタ８が配置されており、ＬＤ２に近い側にスプリッタ４が配置され、光ファイバＦに近い側にエタロンフィルタ８が配置されている。スプリッタ４は、ＬＤ２からの光信号を分岐してエタロンフィルタ８と第１ＰＤ６とに導く。スプリッタ４は、エタロンフィルタ８の入射部８ａからの戻り光を第２ＰＤ１０に導く。第１ＰＤ６は、ＬＤ２から出力されスプリッタ４により分岐される光信号をモニタする。第１ＰＤ６は、モニタ結果を示す電流信号を第１Ｉ−Ｖ回路３０に出力する。

エタロンフィルタ８は、ＬＤ２からの光信号のうち主として「０」成分のみを低減する狭帯域光フィルタとして用いられる。エタロンフィルタ８は、入射部８ａに入射する入射光の波長に応じて周期的に変化する光透過率を有しており、ＬＤ２からの出力光をこの光透過率に応じて透過する。ここで、エタロンフィルタ８の光透過率は、エタロンフィルタ８への入射光の光量に対する透過光の光量の割合であり、本実施形態においては、入射部８ａからの戻り光のモニタ結果を示す第２ＰＤ１０からの出力電流値によって表されている（図２の縦軸を参照）。第２ＰＤ１０からの出力電流値が大きいほど、入射部８ａからの戻り光の光量は多く、従って、エタロンフィルタ８の光透過率は小さい。第２ＰＤ１０は、エタロンフィルタ８からの戻り光をモニタする。第２ＰＤ１０は、モニタ結果を示す電流信号を第２Ｉ−Ｖ回路３４に出力する。

第１帰還回路１２は、第１ＴＥＣ１４、第１サーミスタ１６及び第１ＴＥＣ制御素子１８を有する。第２帰還回路２０は、第２ＴＥＣ２２、第２サーミスタ２４及び第２ＴＥＣ制御素子２６を有する。第１ＴＥＣ１４は、ＬＤ２の温度を調整するための熱電変換素子であり、ＬＤ２は第１ＴＥＣ１４上に設けられている。第２ＴＥＣ２２は、エタロンフィルタ８の温度を調整するための熱電変換素子であり、エタロンフィルタ８は第２ＴＥＣ２２上に設けられている。

第１サーミスタ１６は、ＬＤ２の近傍に配置されており、第２サーミスタ２４は、エタロンフィルタ８の近傍に配置されている。第１サーミスタ１６は、ＬＤ２の温度をモニタするための素子である。第２サーミスタ２４は、エタロンフィルタ８の温度をモニタするための素子である。第１サーミスタ１６は、ＬＤ２の温度に応じて抵抗値が変化する抵抗を有しており、第１サーミスタ１６によるＬＤ２の温度のモニタ結果はこの抵抗値によって示される。第２サーミスタ２４は、エタロンフィルタ８の温度に応じて抵抗値が変化する抵抗を有しており、第２サーミスタ２４によるエタロンフィルタ８の温度のモニタ結果はこの抵抗値によって示される。

第１ＴＥＣ制御素子１８は、第１サーミスタ１６からのモニタ結果（抵抗値）に基づいて第１ＴＥＣ１４を制御し、ＬＤ２を、予め設定された目標温度を含む第１温度範囲Ｔ１（例えば、図２に示す第１サーミスタ１６の抵抗値の範囲Ｄ２内に対応）に調整する。ＬＤ２の目標温度及び第１温度範囲Ｔ１のそれぞれのデータは、演算素子３６に読み出し／書き込み自在に予め格納されていている。

第２ＴＥＣ制御素子２６は、第２サーミスタ２４からのモニタ結果（抵抗値）に基づいて第２ＴＥＣ２２を制御し、エタロンフィルタ８を、予め設定されている目標温度を含む第２温度範囲Ｔ２に調整する。第２温度範囲Ｔ２は、第１ＰＤ６の電流量が特定の値になるように予め決められた値に設定される。エタロンフィルタ８の目標温度及び第２温度範囲Ｔ２のそれぞれのデータは、演算素子３６に読み出し／書き込み自在に予め格納されていている。

光送信機１は、バイアス回路２８、第１Ｉ−Ｖ回路３０、ＬＤドライバ３２、第２Ｉ−Ｖ回路３４及び演算素子３６を更に備える。バイアス回路２８は、過渡チャープを抑制するため比較的大きなバイアス電流をＬＤ２に供給する。第１Ｉ−Ｖ回路３０は、第１ＰＤ６からの電流信号を電圧信号に変換してバイアス回路２８に出力する。バイアス回路２８は、第１Ｉ−Ｖ回路３０からの電圧信号に基づいて、ＬＤ２からの光出力が一定となるようにＬＤ２にバイアス電流を供給する。

ＬＤドライバ３２は、ＬＤ２に高周波変調電流を供給する。この高周波変調電流は、ＬＤ２の出力する光信号にデータ（「０」成分と「１」成分とにより構成されるデジタルデータ）を重畳するためのものである。演算素子３６は、第１ＴＥＣ制御素子１８及び第２ＴＥＣ制御素子２６を制御することによって、ＬＤ２及びエタロンフィルタ８の温度を、それぞれ第１温度範囲Ｔ１内及び第２温度範囲Ｔ２内に調整する。エタロンフィルタ８の光透過率は、エタロンフィルタ８に入射するＬＤ２の発振波長（ＬＤ２からの出力光の波長）に応じて周期的に変化する。第１温度範囲Ｔ１の下限におけるＬＤ２の発振波長から、第１温度範囲Ｔ１の上限におけるＬＤ２の発振波長までの波長範囲は、光透過率の変化の一周期分に相当する。

演算素子３６は、第１ＴＥＣ制御素子１８を制御することによってＬＤ２の温度を第１温度範囲Ｔ１内に調整した後に、第２ＴＥＣ制御素子２６を制御することによってエタロンフィルタ８の温度を第２温度範囲Ｔ２内に調整する。演算素子３６は、この後、バイアス回路２８を制御してＬＤ２に対するバイアス電流の供給を開始し、ＡＴＣ及びＡＰＣを行う。なお、演算素子３６は、エタロンフィルタ８の温度を第２温度範囲Ｔ２内に調整した後に、ＬＤ２の温度を第１温度範囲Ｔ１内に調整してもよい。演算素子３６は、この後に、バイアス回路２８を制御してＬＤ２に対するバイアス電流の供給を開始し、ＡＴＣ及びＡＰＣを行う。

図２は、エタロンフィルタ８の波長特性を示す図である。横軸は、第１サーミスタ１６の抵抗値（オーム）を示しており、縦軸は、第２ＰＤ１０からの出力電流値（アンペア）を示している。グラフＤ１は、入射光の波長（ＬＤ２の発振波長）に応じたエタロンフィルタ８の透過率の変化を示すグラフである。横軸に示す第１サーミスタ１６の抵抗値はＬＤ２の温度及びＬＤ２の発振波長に対応している。第１サーミスタ１６の抵抗値が増加すると、ＬＤ２の温度は減少し、ＬＤ２の発振波長も減少する。縦軸に示す第２ＰＤ１０からの出力電流値はエタロンフィルタ８の光透過率に対応している。エタロンフィルタ８の光透過率が増加すると、第２ＰＤ１０からの出力電流値は減少する。エタロンフィルタ８の光透過率は、エタロンフィルタ８の入射部８ａに入射する入射光の波長（ＬＤ２の発振波長）に応じて周期的に変化するが、ＬＤ２の発振波長がＬＤ２の温度に応じて変化するので、ＬＤ２の温度のモニタ結果を示す第１サーミスタ１６の抵抗値に応じて周期的に変化する。

図２に示す第１サーミスタ１６の抵抗値（ＬＤ２の発振波長）の範囲Ｄ２は、第２ＰＤ１０からの出力電流値（エタロンフィルタ８の光透過率）の一周期分に相当している。この範囲Ｄ２は、図中符号Ｄ１１に示す抵抗値から図中符号Ｄ１２に示す抵抗値までの範囲である。すなわち、第１温度範囲Ｔ１の下限（図中符号Ｄ１１に示す抵抗値に対応）におけるＬＤ２の発振波長から、第１温度範囲Ｔ１の上限（図中符号Ｄ１２に示す抵抗値に対応）におけるＬＤ２の発振波長までの波長範囲は、エタロンフィルタ８の光透過率の変化の一周期分に相当している。そして、この範囲Ｄ２は、第１サーミスタ１６の目標抵抗値Ｄ６を含む。この目標抵抗値Ｄ６は、予め設定されているＬＤ２の目標温度に対応する。

演算素子３６は、ＡＴＣの実行中に第２ＰＤ１０からの出力電流値が基準電流値Ｄ３を超えていると判断した場合、第２ＰＤ１０からの出力電流値が基準電流値Ｄ３に至るまで第１サーミスタ１６の抵抗値を図中符号Ｄ４に示す向きに下げるように（すなわち、第１サーミスタ１６の抵抗値が目標抵抗値Ｄ６に至るまでＬＤ２の温度を下げるように）第１ＴＥＣ制御素子１８を制御する。演算素子３６は、ＡＴＣの実行中に第２ＰＤ１０からの出力電流値が基準電流値Ｄ３を下回っていると判断した場合、第２ＰＤ１０からの出力電流値が基準電流値Ｄ３に至るまで第１サーミスタ１６の抵抗値を図中符号Ｄ５に示す向きに上げるように（すなわち、第１サーミスタ１６の抵抗値が目標抵抗値Ｄ６に至るまでＬＤ２の温度を上げるように）第１ＴＥＣ制御素子１８を制御する。以上により、第１サーミスタ１６の抵抗値は目標抵抗値Ｄ６に至り、従って、ＬＤ２の温度は予め設定されている目標温度に至る。

演算素子３６は、ＡＴＣの実行中に第２ＰＤ１０からの出力電流値が基準電流値Ｄ３に一致していると判断した場合、第１サーミスタ１６の抵抗値を下げるように第１ＴＥＣ制御素子１８を制御する。この場合、演算素子３６は、第１サーミスタ１６の抵抗値を低下させたことに伴い第２ＰＤ１０からの出力電流が低下していると判断すると、第２ＰＤ１０からの出力電流値が基準電流値Ｄ３に至るまで第１サーミスタ１６の抵抗値を図中符号Ｄ５に示す向きに上げるように（すなわち、第１サーミスタ１６の抵抗値が目標抵抗値Ｄ６に至るまでＬＤ２の温度を上げるように）第１ＴＥＣ制御素子１８を制御する。

なお、第１サーミスタ１６の抵抗値Ｄ１１，Ｄ１２、基準電流値Ｄ３、第１サーミスタ１６の目標抵抗値Ｄ６のそれぞれのデータは、演算素子３６の内蔵メモリに書き込み／読み出し可能に格納されている。

次に、図３（Ａ）のフローチャートを参照して、光送信機１の動作を説明する。光送信機１の電源が投入され、光送信機１が起動（すなわち、演算素子３６が起動）すると（ステップＳ１）、演算素子３６は、エタロンフィルタ８の温度を現在（光送信機１の起動時）の温度に保持するよう第２ＴＥＣ制御素子２６を制御しつつ、ＬＤ２の温度が第１温度範囲Ｔ１内に至るまで第１ＴＥＣ制御素子１８を制御することにより、ＬＤ２の温度を調整する（ステップＳ２）。ステップＳ２の後、ＬＤ２の温度が第１温度範囲Ｔ１内に至ると、演算素子３６は、ＬＤ２の温度をこの温度に保持するよう第１ＴＥＣ制御素子１８を制御しつつ、エタロンフィルタ８の温度が第２温度範囲Ｔ２内に至るまで第２ＴＥＣ制御素子２６を制御することにより、エタロンフィルタ８の温度を調整する（ステップＳ３）。

ステップＳ３の後、ＬＤ２の温度が第１温度範囲内に至り、且つ、エタロンフィルタ８の温度が第２温度範囲内に至ると、演算素子３６は、バイアス回路２８を制御してＬＤ２に対しバイアス電流の供給を開始する（ステップＳ４）。ステップＳ４の後、演算素子３６は、第１ＰＤ６からの出力電流に基づいてＬＤ２からの出力光を一定にするようにバイアス電流の供給を制御するＡＰＣ（Auto Power Control）を、バイアス回路２８に行わせると共に、第２ＰＤ１０からの出力電流に基づいてＬＤ２の温度を第１温度範囲Ｔ１内に保持するＡＴＣを、第１ＴＥＣ制御素子１８を用いて行う。ステップＳ４の後、演算素子３６は、エタロンフィルタ８の温度が一定値を保つように第２ＴＥＣ制御素子２６を制御する。

なお、光送信機１は、図３（Ｂ）のフローチャートに従って動作してもよい。光送信機１の電源が投入され、光送信機１が起動（すなわち、演算素子３６）すると（ステップＳ１１）、演算素子３６は、ＬＤ２の温度を現在（光送信機１の起動時）の温度に保持するよう第１ＴＥＣ制御素子１８を制御しつつ、エタロンフィルタ８の温度が第２温度範囲Ｔ２内に至るまで第２ＴＥＣ制御素子２６を用いて制御することにより、エタロンフィルタ８の温度を調整する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２の後、エタロンフィルタ８の温度が第２温度範囲Ｔ２内に至ると、演算素子３６は、エタロンフィルタ８の温度をこの温度に保持するよう第２ＴＥＣ制御素子２６を制御しつつ、ＬＤ２の温度が第１温度範囲Ｔ１内に至るまで第１ＴＥＣ制御素子１８を制御することにより、ＬＤ２の温度を調整する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３の後には、ステップＳ４及びステップＳ５と同様のステップＳ１４及びステップＳ１５が行われる。

以上説明したように、ＬＤ２の温度を、目標温度を含む第１温度範囲Ｔ１内に調整し、且つ、エタロンフィルタ８の温度を、目標温度を含む第２温度範囲Ｔ２内に調整した後に、ＬＤ２にバイアス電流を供給する、すなわち、ＬＤ２及びエタロンフィルタ８が共に所望の温度範囲内に至った後にＬＤ２を駆動する。このように、ＬＤ２の温度が、ＬＤ２を駆動してＡＴＣを行う前に目標温度を含む第１温度範囲内Ｔ１に調整されるので、ＬＤ２の温度を、起動時のＬＤ２の温度によらずに目標温度に調整できる。よって、ＬＤ２の発振波長を、起動時のＬＤ２の温度によらずに所望とする波長に調整できる。更に、ＬＤ２の温度の調整と、エタロンフィルタ８の温度の調整とが同時に行われないので、起動時における過渡的な消費電流の低減が可能となる。

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。

実施形態に係る光送信機の構成を示す図である。 エタロンフィルタの波長特性を示す図である。 実施形態に係る光送信機の動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

Ｆ…光ファイバ、１…光送信機、１０…第２ＰＤ、１２…第１帰還回路、１４…第１ＴＥＣ、１６…第１サーミスタ、１８…第１ＴＥＣ制御素子、２…ＬＤ、２０…第２帰還回路、２２…第２ＴＥＣ、２４…第２サーミスタ、２６…第２ＴＥＣ制御素子、２８…バイアス回路、３０…第１Ｉ−Ｖ回路、３２…ＬＤドライバ、３４…第２Ｉ−Ｖ回路、３６…演算素子、４…スプリッタ、６…第１ＰＤ、８…エタロンフィルタ、８ａ…入射部

Claims (4)

1. 変調信号に対応した光を出射するレーザダイオードと、
   波長に応じて周期的に変化する光透過率を有し、前記レーザダイオードの出力光を透過するエタロンフィルタと、
   前記レーザダイオード及び前記エタロンフィルタの温度をそれぞれ調整するための第１及び第２の熱電変換素子と
   を備える光送信機の制御方法であって、
   前記レーザダイオード及び前記エタロンフィルタの温度をそれぞれの目標温度を含む第１及び第２の温度範囲内に調整する第１のステップと、
   前記第１のステップの後、前記レーザダイオードにバイアス電流を供給する第２のステップと
   を備える、ことを特徴とする光送信機の制御方法。
2. 前記第１のステップにおいて、前記レーザダイオードの温度を前記第１の温度範囲内に調整した後に、前記エタロンフィルタの温度を前記第２の温度範囲内に調整する、ことを特徴とする請求項１に記載の光送信機の制御方法。
3. 前記第１のステップにおいて、前記エタロンフィルタの温度を前記第２の温度範囲内に調整した後に、前記レーザダイオードの温度を前記第１の温度範囲内に調整する、ことを特徴とする請求項１に記載の光送信機の制御方法。
4. 前記第１の温度範囲の下限における前記レーザダイオードの発振波長から、該第１の温度範囲の上限における該レーザダイオードの発振波長までの波長範囲は、前記光透過率の変化の一周期分に相当する、ことを特徴とする請求項１〜３のうち何れか一項に記載の光送信機の制御方法。

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