JP2011029378A - Optical transmitter, stabilized light source, and method for controlling laser diode - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信に用いられる光送信器、光安定化光源およびレーザダイオードの制御方法に関する。 The present invention relates to an optical transmitter, an optical stabilization light source, and a laser diode control method used for optical communication.
光通信における伝送速度の高速化の手段として、複数の波長の光信号を1本の光ファイバで伝送する波長多重伝送(Wavelength Division−Multiplex:WDM)がある。伝送速度の高速化の要求により、狭い波長間隔でより多くの光信号を伝送する高密度波長多重伝送(Dense WDM:DWDM)も実現している。DWDMでは光信号の波長間隔が狭いため、送信器においては光信号の波長の安定性を高めることが非常に重要である。1550nm帯のDWDM送信器においては0.8nmの波長間隔に対応するため、中心波長精度として±0.1nm以内が要求されている。波長間隔が0.4nmまたは0.2nmのDWDM送信器においては、さらに高い中心波長精度が要求される。 As means for increasing the transmission speed in optical communication, there is wavelength division transmission (WDM) in which optical signals of a plurality of wavelengths are transmitted through a single optical fiber. Due to the demand for higher transmission speed, high-density wavelength division multiplexing (Dense WDM: DWDM) that transmits more optical signals at narrow wavelength intervals has also been realized. Since the wavelength interval of optical signals is narrow in DWDM, it is very important to improve the stability of the wavelength of optical signals in a transmitter. In the 1550 nm band DWDM transmitter, in order to cope with a wavelength interval of 0.8 nm, the center wavelength accuracy is required to be within ± 0.1 nm. In a DWDM transmitter having a wavelength interval of 0.4 nm or 0.2 nm, higher center wavelength accuracy is required.
光送信器に使用されるレーザダイオード(以下LDという)素子は、LDの動作温度によってその出力光の波長が変動する。分布帰還形(Distributed Feedback:DFB)LDでは温度上昇とともに波長が長くなり、典型的には約0.1nm/℃の温度依存性を持つ。このため、DWDMに対応した光送信器では、LDモジュール内に温度検出素子および熱電素子を内蔵し、検出温度が一定になるように熱電素子にフィードバックする制御(Automatic Temperature Control:ATC)を行うことで、LDの温度を一定に保ち、LD出力光の波長を制御している。 A laser diode (hereinafter referred to as LD) element used in an optical transmitter varies in wavelength of output light depending on the operating temperature of the LD. In a distributed feedback (DFB) LD, the wavelength increases as the temperature rises, and typically has a temperature dependency of about 0.1 nm / ° C. For this reason, in an optical transmitter compatible with DWDM, a temperature detection element and a thermoelectric element are incorporated in the LD module, and feedback control to the thermoelectric element (Automatic Temperature Control: ATC) is performed so that the detection temperature is constant. Thus, the temperature of the LD is kept constant, and the wavelength of the LD output light is controlled.
また、光送信器は、伝送路上で障害が発生した場合などに、システムからの指令に基づきLDの光出力をオフにするシャットダウン機能(発光停止機能)を備えている。シャットダウン状態では、LDの駆動電流をゼロまたはLDが発光しない程度に減少させ、通信路に光信号を送出しないようにする。シャットダウン状態を解除するときは、速やかにLDの光出力をオンにして光通信を再開するため、LDに駆動電流が急に流れ始める。このときLDの温度が急激に変動し、出力光の波長が変動する。 The optical transmitter has a shutdown function (light emission stop function) that turns off the optical output of the LD based on a command from the system when a failure occurs on the transmission path. In the shutdown state, the LD drive current is reduced to zero or to the extent that the LD does not emit light, so that no optical signal is sent to the communication path. When canceling the shutdown state, the optical output of the LD is quickly turned on to resume the optical communication, so that the drive current starts to flow suddenly through the LD. At this time, the temperature of the LD changes rapidly, and the wavelength of the output light changes.
図8に、従来の光送信器(以下、第1の従来技術という)の構成を示すブロック図を示す。
LD1はLDドライバ2から出力された駆動信号に応じて信号光を発生する。熱電素子3はLD1の温度を調整し、温度検出素子4はLD1の温度を検出する。基準信号生成部5は、LD1を安定化する目標温度に対応する基準信号を発生し、誤差検出部6は温度検出素子4の検出信号と基準信号生成部5の基準信号を比較し、誤差信号を発生する。温度制御部7は、誤差検出部6からの誤差信号に基づき熱電素子3の温度を制御する。LD1は熱電素子3の近傍に設置しているため、目標温度に向かって安定化される。基準信号制御部8は、光信号の所望の波長に対応する目標温度を設定するように基準信号生成部5を制御する。シャットダウン制御部9は、ホストシステム(不図示)からのシャットダウン信号(不図示)がハイレベルの場合にLDドライバ2の駆動電流をオフにし、ローレベルの場合にLDドライバ2の駆動電流をオンにする制御を行う。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a conventional optical transmitter (hereinafter referred to as first conventional technology).
The
図9は、第1の従来技術の動作を示したタイミングチャートである。図9(a)は光シャットダウン信号を、図9(b)はLDの光出力の強度を、図9(c)はLDの温度を、図9(d)はLD出力光の波長を示している。
時刻t0より前は、シャットダウンを行う前の定常状態である。このとき光シャットダウン信号はローレベルであり、LDは一定の出力光強度で光信号を発している。LD温度はT0で、出力光の波長はλ0で安定化されている。
時刻t0において、ホストシステムからの指令により光シャットダウン信号がハイレベルになると、シャットダウン制御部9がLDドライバ2のLD駆動電流をオフにする。このとき、LD駆動電流の減少によりLDの発熱量が下がり、瞬間的にLDの温度が下がる。しかし、この温度低下は温度検出素子4で検出され、温度制御部7が温度をT0に近づけるように熱電素子3の駆動電流を制御するため、LDの温度はT0に戻る。この間、LD1から信号光は出力されない。
FIG. 9 is a timing chart showing the operation of the first prior art. 9A shows the optical shutdown signal, FIG. 9B shows the intensity of the optical output of the LD, FIG. 9C shows the temperature of the LD, and FIG. 9D shows the wavelength of the LD output light. Yes.
Before the time t0, it is a steady state before shutting down. At this time, the optical shutdown signal is at a low level, and the LD emits an optical signal with a constant output light intensity. The LD temperature is T0, and the wavelength of the output light is stabilized at λ0.
At time t0, when the optical shutdown signal becomes high level according to a command from the host system, the
時刻t1において、ホストシステムからの指令によりシャットダウンが解除され光シャットダウン信号がローレベルとなると、シャットダウン制御部9がLDドライバ2のLD駆動電流をオンにする。このときLD駆動電流が増大するため、ジュール熱により瞬間的にLDの温度がT0+ΔThまで上がる。この温度上昇は温度検出素子4で検出され、温度制御部7が温度をT0に近づけるように熱電素子3の駆動電流を制御する。LDの温度は、T0より低い温度T0−ΔTcまで下がった後に、振動を伴いながらT0に戻る。この間、LD1から信号光が出力されているため、図9(d)に示すように、シャットダウンが解除されるとLD出力光の波長はλ0より長波長のλ0+Δλhに急に上昇し、LDの温度変化につれてLD出力波長はλ0+Δλhとλ0−Δλcの間で変動しながら定常状態であるλ0に近づく。
At time t1, when shutdown is canceled by a command from the host system and the optical shutdown signal becomes low level, the
従来考えられていた、LD駆動開始時における波長変動の改善策として、LDの駆動開始前に、温度検出素子で検出した温度が収束判定範囲内に連続して留まる時間が所定時間を超えたか否かを判定して、所定時間を超えたことを条件にLDの駆動を開始する光送信器(以下、第2の従来技術という)が示されている。(特許文献1参照) As a measure for improving wavelength fluctuation at the start of LD driving, which has been considered in the past, whether or not the time during which the temperature detected by the temperature detection element continuously stays within the convergence determination range has exceeded a predetermined time before the start of LD driving An optical transmitter (hereinafter referred to as the second prior art) that starts driving the LD on the condition that a predetermined time has been exceeded is shown. (See Patent Document 1)
さらに、従来考えられていた、LD駆動開始時における波長変動の別の改善策として、LDの温度が安定し、かつ、LDを弱く光らせながらモニタした波長が安定したことを条件に、LDの駆動を開始する波長安定化光源および制御方法(以下、第3の従来技術という)が示されている。(特許文献2参照) Furthermore, as another measure for improving the wavelength fluctuation at the start of the LD driving, which has been considered in the past, the LD driving is performed on the condition that the temperature of the LD is stable and the monitored wavelength is stabilized while the LD is weakly illuminated. A wavelength-stabilized light source and a control method (hereinafter referred to as third prior art) are shown. (See Patent Document 2)
上述の第1の従来技術においては、LDの駆動を開始する瞬間にLD温度が急上昇するため、瞬間的に所望波長λ0から長波長側に大きくずれた波長λ0+Δλhとなり、波長間隔が狭い場合には中心波長精度の許容範囲を超え、隣接する波長チャンネルの通信を妨害することがあった。
上述の第2の従来技術においては、LDの温度が安定してからLDの駆動を開始するため、送信器の電源投入時などLDの温度が温度狙い値とかけ離れている場合に、制御に基づく過渡的な温度変化にLD波長が引きずられる不安定な挙動を改善することができる。しかし、LDの駆動を開始する瞬間に所望波長より長波長側に大きく波長がずれるという現象は、第1の従来技術と同様に発生する。
In the first prior art described above, since the LD temperature rapidly rises at the moment when the LD driving is started, the wavelength λ0 + Δλh which is greatly shifted from the desired wavelength λ0 to the long wavelength side instantaneously is obtained, and the wavelength interval is narrow. In some cases, the tolerance of the center wavelength accuracy is exceeded, and communication between adjacent wavelength channels may be disturbed.
In the second prior art described above, since the LD driving is started after the LD temperature is stabilized, the control is performed when the LD temperature is far from the target temperature, such as when the transmitter is turned on. Unstable behavior in which the LD wavelength is dragged by a transient temperature change can be improved. However, the phenomenon that the wavelength is greatly shifted to the longer wavelength side from the desired wavelength at the moment of starting the driving of the LD occurs as in the first prior art.
上述の第3の従来技術においては、送信器の電源投入時などLDの温度が温度狙い値とかけ離れている場合に、制御に基づく過渡的な温度変化にLD波長が引きずられる不安定な挙動を改善することができる。しかし、LDの駆動を開始する瞬間に波長狙い値より長波長側に大きく波長がずれるという、第1の従来技術と同様の現象は改善されない。また、LDを弱く光らせながらモニタした波長が安定したことをLD駆動開始の条件とした場合には、本来の通信用ではない光を発することになり、隣接チャネルや通信システムへの影響が懸念される。 In the third prior art described above, when the temperature of the LD is far from the target temperature, such as when the transmitter is turned on, an unstable behavior in which the LD wavelength is dragged by a transient temperature change based on control. Can be improved. However, the same phenomenon as in the first prior art in which the wavelength is greatly shifted to the longer wavelength side than the target wavelength at the moment of starting the LD drive is not improved. In addition, if the condition for starting the LD drive is that the monitored wavelength is stable while the LD is weakly emitted, light that is not intended for communication is emitted, and there is concern about the influence on adjacent channels and communication systems. The
本発明はかかる問題点を解消するためになされたもので、LDの駆動開始時における波長変動を低減することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to reduce wavelength fluctuation at the start of LD driving.
この発明に係る光送信器は、レーザダイオードと、前記レーザダイオードを駆動するレーザドライバと、前記レーザダイオードの温度を検出する温度検出素子と、前記レーザダイオードの温度を変化させる熱電素子と、前記熱電素子を基準温度に設定するための基準信号を発生する基準信号生成部と、前記温度検出素子による検出信号と前記基準信号生成部による基準信号との差に応じた誤差信号を発生する誤差検出部と、前記誤差検出部からの誤差信号に基づき前記熱電素子を駆動して前記レーザダイオードの温度を前記基準温度に制御する温度制御部と、前記レーザダイオードがシャットダウン状態にある場合に、前記基準温度を低下させ、前記レーザダイオードのシャットダウン状態が解除された場合に、前記基準温度を上昇させて元に戻す基準信号制御部とを備えた光送信器である。 An optical transmitter according to the present invention includes a laser diode, a laser driver that drives the laser diode, a temperature detection element that detects a temperature of the laser diode, a thermoelectric element that changes the temperature of the laser diode, and the thermoelectric sensor. A reference signal generation unit that generates a reference signal for setting the element to a reference temperature, and an error detection unit that generates an error signal according to a difference between a detection signal from the temperature detection element and a reference signal from the reference signal generation unit A temperature control unit that drives the thermoelectric element based on an error signal from the error detection unit to control the temperature of the laser diode to the reference temperature, and the reference temperature when the laser diode is in a shutdown state. When the shutdown state of the laser diode is released, the reference temperature is increased to An optical transmitter and a reference signal controlling unit for returning.
また、この発明に係る安定化光源は、レーザダイオードと、前記レーザダイオードを駆動するレーザドライバと、前記レーザダイオードの温度を検出する温度検出素子と、前記レーザダイオードの温度を変化させる熱電素子と、前記熱電素子を基準温度に設定するための基準信号を発生する基準信号生成部と、前記温度検出素子による検出信号と前記基準信号生成部による基準信号との差に応じた誤差信号を発生する誤差検出部と、前記誤差検出部からの誤差信号に基づき前記熱電素子を駆動して前記レーザダイオードの温度を前記基準温度に制御する温度制御部と、前記レーザダイオードがシャットダウン状態にある場合に、前記基準温度を低下させ、前記レーザダイオードのシャットダウン状態が解除された場合に、前記基準温度を上昇させて元に戻す基準信号制御部とを備えた安定化光源である。 The stabilized light source according to the present invention includes a laser diode, a laser driver that drives the laser diode, a temperature detection element that detects the temperature of the laser diode, a thermoelectric element that changes the temperature of the laser diode, A reference signal generation unit that generates a reference signal for setting the thermoelectric element to a reference temperature, and an error that generates an error signal according to a difference between a detection signal from the temperature detection element and a reference signal from the reference signal generation unit A detection unit, a temperature control unit that drives the thermoelectric element based on an error signal from the error detection unit to control the temperature of the laser diode to the reference temperature, and the laser diode is in a shutdown state, When the reference temperature is lowered and the shutdown state of the laser diode is released, the reference temperature is increased. Allowed by a stabilized light source and a reference signal controlling unit undone.
また、この発明に係る温度制御方法は、レーザダイオードの温度を検出し、これと基準温度との偏差に基づいて前記レーザダイオードの温度を制御する方法において、前記レーザダイオードの発光前に前記基準温度を低下させる第1のステップと、前記レーザダイオードを発光させる第2のステップと、前記偏差が一定値以下となったとき、前記基準温度を上昇させて元に戻す第3のステップとを備えたレーザダイオードの制御方法である。 Further, the temperature control method according to the present invention is a method for detecting a temperature of a laser diode and controlling the temperature of the laser diode based on a deviation between the temperature and a reference temperature. A first step of lowering the laser diode, a second step of causing the laser diode to emit light, and a third step of raising the reference temperature and returning it to the original level when the deviation becomes a predetermined value or less. This is a method for controlling a laser diode.
この発明は、光送信器において、レーザダイオードがシャットダウン状態にある場合は、シャットダウン状態にない場合の目標温度より低い温度となるようにレーザダイオードの温度を制御することにより、シャットダウンの解除時における所望波長からのずれを減少させることができる。 In the optical transmitter, when the laser diode is in the shutdown state, the temperature of the laser diode is controlled to be lower than the target temperature when the laser diode is not in the shutdown state. Deviation from wavelength can be reduced.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図に基づいて説明する。
図1は、実施の形態1における光送信器の構成を示すブロック図である。LD1はLDドライバ2から出力された駆動信号に応じて信号光を発生する。LD1に近接して設けられた熱電素子3は、LD1から吸熱またはLD1へ放熱することでLD1の温度を調整する。LD1に近接して設けられた温度検出素子4はLD1の温度を検出する。
基準信号生成部5は、LD1の目標温度に対応する基準信号を発生する。誤差検出部6は、温度検出素子4の検出信号と基準信号生成部5の基準信号を比較し、目標温度と検出温度の差に比例する誤差信号を発生する。温度制御部7は、誤差検出部6からの誤差信号に基づき、LD1の温度が目標温度に近づくように熱電素子3の駆動電流を制御する。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an optical transmitter according to the first embodiment. The
The reference signal generator 5 generates a reference signal corresponding to the target temperature of the
基準信号制御部8について説明する。T0算出部81は、LD出力光が通信を行う所望波長λ0となる温度T0を、メモリ82に予め記録されたλ0とT0の対応表を参照しながら算出する。ΔT0算出部83は、LD駆動電流値ILDの情報(不図示)に基づき、シャットダウン状態において温度T0から目標温度を低下させる温度差ΔT0を、予めメモリ84に記録されたILDとΔT0の対応表を参照しながら算出する。温度安定判定部85は、誤差検出部6からの誤差情報に基づき、LD1の温度が目標温度に収束したか否かを判定する。
目標温度変更制御部86は、シャットダウン制御部9からのシャットダウン状態か否かの情報に基づき、シャットダウン状態の場合は、目標温度演算部87がT0−ΔT0を目標温度として基準信号生成部5に出力するように指示する。シャットダウン解除後の場合は、温度安定判定部85がLDの温度が安定したと判断した後にT0を目標温度として基準信号生成部5に出力するように指示する。
The reference
Based on the information on whether or not the shutdown state is the shutdown state from the
シャットダウン制御部9は、システム(不図示)からのシャットダウン信号(不図示)
がハイレベルであれば、LDドライバ2のLD駆動電流をオフにするように指示し、同時にシャットダウン状態であることを基準信号制御部8の目標温度変更制御部86に伝える。シャットダウン信号がローレベルであれば、LD出力光が所定の強度となるようにLDドライバ2のLD駆動電流をオンにするように指示し、同時にシャットダウン解除状態であることを目標温度変更制御部86に伝える。
The
Is in the high level, the LD driver 2 is instructed to turn off the LD drive current, and at the same time, the target temperature change control unit 86 of the reference
図2は、実施の形態1に係る光送信器の動作を示したタイミングチャートである。図2(a)は光シャットダウン信号を、図2(b)はLDの光出力の強度を、図2(c)はLDの温度を、図2(d)はLD出力光の波長を示している。図3は、図1に示される光送信器の動作シーケンスを示すフローチャートである。
時刻t0より前は、シャットダウンを行う前の定常状態である。このとき光シャットダウン信号はローレベルである。LDは温度T0に制御され、通信を行うための所望の出力光強度および波長λ0でLD出力光を発している。
FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the optical transmitter according to the first embodiment. 2A shows the optical shutdown signal, FIG. 2B shows the intensity of the optical output of the LD, FIG. 2C shows the temperature of the LD, and FIG. 2D shows the wavelength of the LD output light. Yes. FIG. 3 is a flowchart showing an operation sequence of the optical transmitter shown in FIG.
Before the time t0, it is a steady state before shutting down. At this time, the optical shutdown signal is at a low level. The LD is controlled to a temperature T0, and emits LD output light at a desired output light intensity and wavelength λ0 for communication.
時刻t0において、ホストシステムからのシャットダウン指令により光シャットダウン信号がハイレベルになると(ステップS1)、シャットダウン制御部9がLDドライバ2のLD駆動電流をオフにする(ステップS2)。これと同時に、基準信号制御部8を経由して基準信号生成部5が目標温度をT0からT0−ΔT0に下げるように指示する(ΔT0は正の値である)(ステップS3)。シャットダウンによりLDの発熱量が下がり、瞬間的にLDの温度が低下する。この温度変動は温度検出素子4で検出され、温度制御部7がLDの温度を新たな目標温度T0−ΔT0に近づけるように熱電素子3の駆動電流を制御し(ステップS4)、LDの温度が温度T0−ΔT0に収束するのを待つ(ステップS5)。シャットダウン状態の間、LD駆動電流がオフであるためLD1から信号光は出力されない。
At time t0, when the optical shutdown signal becomes high level by a shutdown command from the host system (step S1), the
時刻t1において、ホストシステムからのシャットダウン解除指令により光シャットダウン信号がローレベルとなると(ステップS6)、シャットダウン制御部9がLDドライバ2のLD駆動電流をオンにして、LD1の発光を開始させる(ステップS7)。このときLD駆動電流が急に増大するため、ジュール熱により瞬間的にLDの温度がT0−ΔT0+ΔThに上昇する。基準信号生成部5からの基準信号は目標温度T0−ΔT0のままである。このときのLDの温度上昇は温度検出素子4で検出され、温度制御部7がLDの温度がT0−ΔT0となるように熱電素子3の駆動電流を制御する(ステップS8)。
LDの温度は、T0−ΔT0より低い温度T0−ΔT0−ΔTcまで下がった後に、振動を伴ってT0−ΔT0に収束する(ステップS9)。この間、LD1から信号光は出力されているため、図2(d)に示すように、シャットダウンが解除されるとLD出力光の波長は所望波長λ0より長波長のλ0−Δλ0+Δλhとなった後、λ0−Δλ0+Δλhとλ0−Δλ0−Δλcの間で変動しながら、目標温度T0−ΔT0に対応する目標波長λ0−Δλ0に収束する。
At time t1, when the optical shutdown signal becomes low level due to the shutdown release command from the host system (step S6), the
The temperature of the LD converges to T0-ΔT0 with vibration after dropping to a temperature T0-ΔT0-ΔTc lower than T0-ΔT0 (step S9). During this time, since the signal light is output from the LD1, as shown in FIG. 2D, when the shutdown is canceled, the wavelength of the LD output light becomes λ0−Δλ0 + Δλh, which is longer than the desired wavelength λ0. While varying between λ0−Δλ0 + Δλh and λ0−Δλ0−Δλc, the light converges to the target wavelength λ0−Δλ0 corresponding to the target temperature T0−ΔT0.
LDの温度がT0−ΔT0に収束するのを待って、基準信号制御部8の目標温度変更制御部86は目標温度演算部87の目標温度をT0−ΔT0からT0に戻すように指示する(時刻t2)(ステップS10)。目標温度のT0への変更は、LDの温度がT0−ΔT0に収束する(すなわち誤差検出部6からの誤差出力が所定の範囲内に所定時間留まる)ことを条件とし、誤差検出部6からの誤差信号に基づき温度安定判定部85が条件判断を行う。目標温度のT0への変更は、時刻t1からLDの温度が安定するまでの時間を見込んだ一定時間経過したことを条件としてもよい。この場合は、誤差検出部6からの誤差信号を用いずに、目標温度変更制御部86が内蔵するタイマ(不図示)により一定時間の経過を判断し、目標温度を変更する。
Waiting for the LD temperature to converge to T0−ΔT0, the target temperature change control unit 86 of the reference
目標温度をT0に変更した時刻t2以降は、LDの温度は温度検出素子4で検出され、温度制御部7が温度をT0に近づけるように熱電素子3の駆動電流を制御するため、LDの温度は新たな目標温度T0に制御される(ステップS11)。再度シャットダウン状態となった場合(S12)は、最初のステップS1に戻る。
After time t2 when the target temperature is changed to T0, the temperature of the LD is detected by the temperature detection element 4, and the
シャットダウン解除直後の温度変動を、本実施の形態と第1の従来技術に係る光送信器で比較する。
本実施の形態では、LDが発光しないシャットダウン解除前においてLDの温度をT0−ΔT0とし、第1の従来技術に比較してΔT0だけ低く設定している。このため、シャットダウン解除直後における上昇後の温度T0−ΔT0+ΔThは、第1の従来技術の場合のシャットダウン解除直後における上昇後の温度T0+ΔThに比較してΔT0だけ低い。したがって、光通信を行う定常状態での温度T0に対するシャットダウン解除直後の温度上昇は、本実施の形態の方がΔT0だけ少ない。
The temperature variation immediately after the shutdown is canceled is compared between the present embodiment and the first conventional optical transmitter.
In this embodiment, the temperature of the LD is set to T0−ΔT0 before the shutdown release where the LD does not emit light, and is set lower by ΔT0 than the first prior art. For this reason, the temperature T0−ΔT0 + ΔTh after the increase immediately after the shutdown release is lower by ΔT0 than the temperature T0 + ΔTh after the increase immediately after the shutdown release in the case of the first prior art. Accordingly, the temperature rise immediately after the shutdown is released with respect to the temperature T0 in the steady state where optical communication is performed is smaller by ΔT0 in the present embodiment.
本実施の形態では、シャットダウン解除前におけるLDの目標温度T0−ΔT0は、第1の従来技術に比較してΔT0だけ低い。シャットダウン解除直後の波長変動については、LDの温度が高くなるほどLD出力光の波長は長くなるため、温度変動と同様の関係がなりたつ。したがって、本実施の形態の場合は、シャットダウン解除後に長くなったLDの波長λ0−Δλ0+Δλhは、第1の従来技術のLDの波長λ0+Δλhに比較してΔλ0だけ短い。Δλ0は目標温度の低下分ΔT0に対応する波長の差である。その結果、シャットダウン解除後に所望波長λ0から波長が長くなる方向の変動は、本実施の形態の方が第1の従来技術と比較してΔλ0だけ小さくなる。 In the present embodiment, the target temperature T0-ΔT0 of the LD before the shutdown release is lower by ΔT0 than the first prior art. The wavelength variation immediately after the shutdown is released has the same relationship as the temperature variation because the wavelength of the LD output light becomes longer as the LD temperature increases. Therefore, in the present embodiment, the wavelength λ0−Δλ0 + Δλh of the LD that has become longer after the shutdown is canceled is shorter by Δλ0 than the wavelength λ0 + Δλh of the first prior art LD. Δλ0 is a wavelength difference corresponding to the target temperature decrease ΔT0. As a result, the fluctuation in the direction of increasing the wavelength from the desired wavelength λ0 after the shutdown is canceled is smaller by Δλ0 in the present embodiment than in the first conventional technique.
時刻t0から時刻t2の間における目標温度の下げ幅ΔT0の設定条件について説明する。
シャットダウン解除後(時刻t1〜t2)における目標温度T0−ΔT0に収束する過程では、図2(c)に示すように、目標温度より高い温度T0−ΔT0+ΔThと、目標温度より低い温度T0−ΔT0−ΔTcの間を振動しながら収束する。通常行われる温度制御では|ΔTh|>|ΔTc|となる。また、LDの熱的条件、温度制御パラメータおよび波長温度係数が同じであれば、ΔTcおよびΔλcの値は、本実施の形態と第1の従来技術のいずれの場合においてもそれぞれ等しい。また、ΔThおよびΔλhの値は、本実施の形態と第1の従来技術のいずれの場合においてもそれぞれ等しい。
A setting condition of the target temperature decrease range ΔT0 between time t0 and time t2 will be described.
In the process of convergence to the target temperature T0−ΔT0 after the shutdown is released (time t1 to t2), as shown in FIG. It converges while vibrating between ΔTc. In normal temperature control, | ΔTh |> | ΔTc |. If the thermal condition, temperature control parameter, and wavelength temperature coefficient of the LD are the same, the values of ΔTc and Δλc are equal in both cases of the present embodiment and the first prior art. The values of ΔTh and Δλh are the same in both cases of the present embodiment and the first prior art.
よって、シャットダウン解除後におけるT0からの温度変動の最大値(絶対値)は、第1の従来技術の場合はΔThであり、本実施の形態の場合は、ΔTh−ΔT0またはΔTc+ΔT0のいずれか大きい方(Max(ΔTh−ΔT0,ΔTc+ΔT0))である。したがって、ΔT0を、0<ΔT0<ΔTh−ΔTcの条件(以下、第1の波長変動抑制条件という)を満たすように設定すれば、ΔTh<Max(ΔTh−ΔT0,ΔTc+ΔT0)となり、第1の従来技術よりシャットダウン解除後の温度変動および波長変動を小さくする効果がある。
またより好ましくは、ΔT0を、ΔT0=(ΔTh−ΔTc)/2となるように設定すると(以下、第2の波長変動抑制条件という)、温度変動の上限T0−ΔT0+ΔThと下限T0−ΔT0−ΔTcの中間がT0に一致するため、温度変動の最大値を(ΔTh−ΔTc)/2に抑えることができる。このとき、シャットダウン解除後のλ0からの波長変動は(Δλh−Δλc)/2となり最適化できる。
Therefore, the maximum value (absolute value) of the temperature fluctuation from T0 after the shutdown is canceled is ΔTh in the case of the first prior art, and in this embodiment, ΔTh−ΔT0 or ΔTc + ΔT0, whichever is greater (Max (ΔTh−ΔT0, ΔTc + ΔT0)). Therefore, if ΔT0 is set so as to satisfy the condition of 0 <ΔT0 <ΔTh−ΔTc (hereinafter referred to as the first wavelength variation suppression condition), ΔTh <Max (ΔTh−ΔT0, ΔTc + ΔT0), which is the first conventional technique. The technology has the effect of reducing temperature fluctuations and wavelength fluctuations after shutdown is canceled.
More preferably, when ΔT0 is set to satisfy ΔT0 = (ΔTh−ΔTc) / 2 (hereinafter referred to as a second wavelength variation suppression condition), the upper limit T0−ΔT0 + ΔTh of the temperature variation and the lower limit T0−ΔT0−ΔTc. Is equal to T0, the maximum temperature fluctuation can be suppressed to (ΔTh−ΔTc) / 2. At this time, the wavelength variation from λ0 after the shutdown is canceled is (Δλh−Δλc) / 2 and can be optimized.
以上において、シャットダウン解除後における上昇後の温度T0−ΔT0+ΔThから目標温度T0−ΔT0に収束する過程が、目標温度または目標波長より小さい方に行き過ぎて振動しながら収束する場合を示した。温度制御部7の制御パラメータ等の値によっては、単調に目標温度または目標波長に近づく場合もある。図4は、この場合のタイミングチャートを示す。図4(a)は光シャットダウン信号、図4(b)はLD出力光の強度を示す。これらはそれぞれ図2(a)および図2(b)と同じであるため、説明を省略する。
図4(c)および図4(d)は、シャットダウン解除後の温度急上昇後に、単調に目標温度に近づく場合のLD温度およびLD出力光の波長をそれぞれ示す。目標温度T0−ΔT0より低温側にLDの温度が行き過ぎないため、上述した第1または第2の波長変動抑制条件の式でΔTc=0とおくことができ、ΔT0は0<ΔT0<ΔTh−ΔTc、より好ましくはΔT0=ΔTh/2と設定すれば波長変動を抑制することができる。温度が振動を伴う場合と単調に目標温度に近づく場合とでΔThが同じならば、単調に目標温度に近づく場合は温度が振動する場合と比べてΔT0をより大きく設定することができるため、温度変動をより効果的に抑制することができる。
In the above, the case where the process of converging from the raised temperature T0−ΔT0 + ΔTh after the shutdown release to the target temperature T0−ΔT0 converges while oscillating over the target temperature or the target wavelength is shown. Depending on the value of the control parameter or the like of the
FIG. 4C and FIG. 4D show the LD temperature and the wavelength of the LD output light, respectively, when the temperature monotonously approaches the target temperature after a rapid temperature rise after the shutdown is canceled. Since the temperature of the LD does not go too far to the lower temperature side than the target temperature T0−ΔT0, ΔTc = 0 can be set in the above-described first or second wavelength variation suppression condition equation, and ΔT0 is 0 <ΔT0 <ΔTh−ΔTc. More preferably, if ΔT0 = ΔTh / 2 is set, wavelength fluctuation can be suppressed. If ΔTh is the same between the case where the temperature is accompanied by vibration and the case where the temperature monotonously approaches the target temperature, ΔT0 can be set larger than the case where the temperature vibrates when the temperature monotonously approaches the target temperature. The fluctuation can be suppressed more effectively.
なお、一般的には温度またはLD出力光の強度が異なると、シャットダウン解除時の温度変動ΔTh、ΔTcは異なった値をとる。したがって、ΔT0算出部83が参照するメモリ84には、複数の温度T0およびLD駆動電流ILDに対するΔT0の対応表を保持し、当該複数の温度・出力光強度において第1または第2の波長変動抑制条件を満たすΔT0を設定することにより、広い温度・出力光強度の範囲においてシャットダウン解除時の波長変動をより効果的に抑制することができる。 In general, when the temperature or the intensity of the LD output light is different, the temperature fluctuations ΔTh and ΔTc when the shutdown is canceled take different values. Therefore, the memory 84 referred to by the ΔT0 calculating unit 83 holds a correspondence table of ΔT0 with respect to the plurality of temperatures T0 and the LD drive current ILD, and suppresses the first or second wavelength variation at the plurality of temperatures / output light intensities. By setting ΔT0 that satisfies the condition, it is possible to more effectively suppress the wavelength fluctuation at the time of releasing the shutdown in a wide temperature / output light intensity range.
以上のように、本実施の形態に係る光送信器は、シャットダウン状態において目標温度を所望波長に対応するT0からT0−ΔT0に下げることで、シャットダウン解除後における定常状態の波長からの波長変動を抑制することができる。 As described above, the optical transmitter according to the present embodiment lowers the target temperature from T0 corresponding to the desired wavelength to T0−ΔT0 in the shutdown state, thereby changing the wavelength variation from the steady state wavelength after the shutdown is canceled. Can be suppressed.
本実施の形態に係る光送信器は、シャットダウン解除時に限らず、光送信器の電源投入後にLDの駆動を開始する場合における波長も安定化することもできる。この場合、電源投入を契機に、シャットダウン状態となったときと同様のシーケンスをステップS1から行うことで、発光開始時の波長変動を同様に抑制することができる。さらに、電源投入中に光通信の波長チャンネル切り替えのため所望波長λ0を変更する場合においても、λ0の変更を契機に、シャットダウン状態となったときと同様のシーケンスをステップS1から行うことで、発光開始時の波長変動を同様に抑制することができる。
本実施の形態においては、LD出力光をディジタル信号またはアナログ信号で変調した変調光とすることもできる。また、LD出力光を連続光として本実施の形態にかかる光送信器を波長安定化光源として用い、後段に光変調器を接続して光送信器システムを構成することもできる。
これらの変形は、他の実施の形態についても同様に適用することができる。
The optical transmitter according to the present embodiment can stabilize the wavelength not only when the shutdown is canceled but also when the driving of the LD is started after the optical transmitter is powered on. In this case, the wavelength variation at the start of light emission can be similarly suppressed by performing the same sequence from the step S1 when the power is turned on as a shutdown state. Further, even when the desired wavelength λ0 is changed for switching the wavelength channel of optical communication while the power is turned on, the same sequence as that in the shutdown state is performed from step S1 with the change of λ0. Wavelength variation at the start can be similarly suppressed.
In the present embodiment, the LD output light may be a modulated light modulated by a digital signal or an analog signal. In addition, it is possible to configure an optical transmitter system by using the optical transmitter according to the present embodiment as a wavelength-stabilized light source by using LD output light as continuous light and connecting an optical modulator at the subsequent stage.
These modifications can be similarly applied to other embodiments.
実施の形態2.
実施の形態2に係る送信器は、図1に示す実施の形態1と一部を除き同様であり、動作についても実施の形態1とほぼ同様である。したがって、実施の形態1と異なる箇所について説明し、共通する部分は同一の符号を付して説明を省略する。基準信号制御部8の内部構成についても実施の形態1と同様なので説明を省略する。
図5は、実施の形態2における光送信器の構成を示すブロック図である。実施の形態1とは異なり、LDドライバ2から出力されるシャットダウン信号に基づき、基準信号制御部8が目標温度の設定を行う。
Embodiment 2. FIG.
The transmitter according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1 except for a part thereof, and the operation is also substantially the same as that of the first embodiment. Therefore, a different part from
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the optical transmitter according to the second embodiment. Unlike the first embodiment, the reference
次に動作について説明する。
動作は基本的に実施の形態1と同様である。相違点は、シャットダウン状態を示すシャットダウン信号がLDドライバ2から基準信号制御部8に入力されることである。ホストシステム(不図示)がLDドライバ2にシャットダウン信号を出すと、LDドライバ2がLD駆動電流をオフにする。これと同時に、LDドライバ2はシャットダウン信号をハイレベルにして基準信号制御部8に出力する。ホストシステムがLDドライバ2にシャットダウン解除信号を出すと、LDドライバ2はLD駆動電流をオンにして、シャットダウン信号をローレベルにする。
基準信号制御部8が上記のシャットダウン信号に基づきLDの目標温度を設定する動作は、実施の形態1と同じである。
Next, the operation will be described.
The operation is basically the same as in the first embodiment. The difference is that a shutdown signal indicating a shutdown state is input from the LD driver 2 to the reference
The operation in which the reference
本実施の形態においては、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。また、シャットダウン制御部を用いないため、回路構成をより簡単にすることができる。 In the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. In addition, since the shutdown controller is not used, the circuit configuration can be simplified.
実施の形態3.
実施の形態3に係る送信器は、図1に示す実施の形態2と一部を除き同様であり、動作についても実施の形態2とほぼ同様である。したがって、実施の形態2と異なる箇所について説明し、共通する部分は同一の符号を付して説明を省略する。基準信号制御部8の内部構成についても実施の形態2と同様なので説明を省略する。
図6は、実施の形態3における光送信器の構成を示すブロック図である。実施の形態2と異なり、LDドライバ2のLD駆動電流の大きさを検出するLD電流モニタ回路10を備え、LD電流モニタ回路10から出力されるモニタ電流値に基づきシャットダウン状態の検出を行っている。
Embodiment 3 FIG.
The transmitter according to the third embodiment is the same as that of the second embodiment shown in FIG. 1 except for a part thereof, and the operation is also substantially the same as that of the second embodiment. Therefore, a different part from Embodiment 2 is demonstrated, a common part attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits description. Since the internal configuration of the reference
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the optical transmitter according to the third embodiment. Unlike the second embodiment, the LD
次に動作について説明する。
動作は基本的に実施の形態2と同様である。相違点は、シャットダウン状態を検出するためのシャットダウン信号がLD電流モニタ回路10から基準信号制御部8に入力されることである。
シャットダウン状態になりLD駆動電流がオフになると、LD電流モニタ回路10がこれを検出し、シャットダウン信号をハイレベルにして基準信号制御部8に出力する。シャットダウンが解除されLD駆動電流がオンになると、これをLD電流モニタ回路10が検出し、シャットダウン信号をローレベルにして基準信号制御部8に出力する。
基準信号制御部8が上記のシャットダウン信号に基づきLDの目標温度を設定する動作は、実施の形態2と同じである。
Next, the operation will be described.
The operation is basically the same as in the second embodiment. The difference is that a shutdown signal for detecting a shutdown state is input from the LD
When the shutdown state is entered and the LD drive current is turned off, the LD
The operation in which the
本実施の形態においては、実施の形態2と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態の構成では、ホストシステムからのシャットダウン指令によらずにLDの発光が停止した場合でも、発光開始時の波長変動を抑制することができる。 In the present embodiment, the same effect as in the second embodiment can be obtained. Further, in the configuration of the present embodiment, even when the light emission of the LD is stopped regardless of the shutdown command from the host system, the wavelength fluctuation at the start of the light emission can be suppressed.
実施の形態4.
実施の形態4に係る送信器は、図1に示す実施の形態2と一部を除き同様であり、動作についても実施の形態2とほぼ同様である。したがって、実施の形態2と異なる箇所について説明し、共通する部分は同一の符号を付して説明を省略する。
図7は、実施の形態4における光送信器の構成を示すブロック図である。実施の形態2と異なり、LD1の光出力強度を電流に変換するフォトダイオード(以下、PDという)11と、PD11の電流の大きさを検出するPD電流モニタ回路12を備え、PD電流モニタ回路12から出力されるモニタ電流値に基づきシャットダウン状態の検出を行っている。
Embodiment 4 FIG.
The transmitter according to the fourth embodiment is the same as that of the second embodiment shown in FIG. 1 except for a part thereof, and the operation is also substantially the same as that of the second embodiment. Therefore, a different part from Embodiment 2 is demonstrated, a common part attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits description.
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of the optical transmitter according to the fourth embodiment. Unlike the second embodiment, a photodiode (hereinafter referred to as PD) 11 that converts the light output intensity of the
次に動作について説明する。
動作は基本的に実施の形態2と同様である。相違点は、シャットダウン状態を検出するためのシャットダウン信号がPD電流モニタ回路12から基準信号制御部8に入力されることである。
シャットダウン状態になりLD1の発光が停止すると、PD電流モニタ回路12がPD11の電流減少を検出し、シャットダウン信号をハイレベルにして基準信号制御部8に出力する。シャットダウンが解除されLD1の発光が開始すると、PD電流モニタ回路12がPD11の電流増大を検出し、シャットダウン信号をローレベルにして基準信号制御部8に出力する。
基準信号制御部8が上記のシャットダウン信号に基づきLDの目標温度を設定する動作は、実施の形態2と同じである。
Next, the operation will be described.
The operation is basically the same as in the second embodiment. The difference is that a shutdown signal for detecting a shutdown state is input from the PD
When the shutdown state is entered and the light emission of the
The operation in which the
本実施の形態においては、実施の形態2と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態の構成では、ホストシステムからのシャットダウン指令によらずにLDの発光が停止した場合でも、発光開始時の波長変動を抑制することができる。 In the present embodiment, the same effect as in the second embodiment can be obtained. Further, in the configuration of the present embodiment, even when the light emission of the LD is stopped regardless of the shutdown command from the host system, the wavelength fluctuation at the start of the light emission can be suppressed.
1 LD
2 LDドライバ
3 熱電素子
4 温度検出素子
5 基準信号生成部
6 誤差検出部
7 温度制御部
8 基準信号制御部
9 シャットダウン制御部
10 LD電流モニタ回路
11 PD
12 PD電流モニタ回路
1 LD
2 LD Driver 3 Thermoelectric Element 4 Temperature Detection Element 5 Reference Signal Generation Unit 6
12 PD current monitor circuit
Claims (7)
前記レーザダイオードを駆動するレーザドライバと、
前記レーザダイオードの温度を検出する温度検出素子と、
前記レーザダイオードの温度を変化させる熱電素子と、
前記熱電素子を基準温度に設定するための基準信号を発生する基準信号生成部と、
前記温度検出素子による検出信号と前記基準信号生成部による基準信号との差に応じた誤差信号を発生する誤差検出部と、
前記誤差検出部からの誤差信号に基づき前記熱電素子を駆動して前記レーザダイオードの温度を前記基準温度に制御する温度制御部と、
前記レーザダイオードがシャットダウン状態にある場合に、前記基準温度を低下させ、前記レーザダイオードのシャットダウン状態が解除された場合に、前記基準温度を上昇させて元に戻す基準信号制御部とを備えた光送信器。 A laser diode;
A laser driver for driving the laser diode;
A temperature detecting element for detecting the temperature of the laser diode;
A thermoelectric element for changing the temperature of the laser diode;
A reference signal generator for generating a reference signal for setting the thermoelectric element to a reference temperature;
An error detection unit that generates an error signal according to a difference between a detection signal from the temperature detection element and a reference signal from the reference signal generation unit;
A temperature controller that drives the thermoelectric element based on an error signal from the error detector to control the temperature of the laser diode to the reference temperature;
A light having a reference signal control unit that lowers the reference temperature when the laser diode is in a shutdown state and raises the reference temperature to restore the reference temperature when the shutdown state of the laser diode is released Transmitter.
前記レーザダイオードを駆動するレーザドライバと、
前記レーザダイオードの温度を検出する温度検出素子と、
前記レーザダイオードの温度を変化させる熱電素子と、
前記熱電素子を基準温度に設定するための基準信号を発生する基準信号生成部と、
前記温度検出素子による検出信号と前記基準信号生成部による基準信号との差に応じた誤差信号を発生する誤差検出部と、
前記誤差検出部からの誤差信号に基づき前記熱電素子を駆動して前記レーザダイオードの温度を前記基準温度に制御する温度制御部と、
前記レーザダイオードがシャットダウン状態にある場合に、前記基準温度を低下させ、前記レーザダイオードのシャットダウン状態が解除された場合に、前記基準温度を上昇させて元に戻す基準信号制御部とを備えた安定化光源。 A laser diode;
A laser driver for driving the laser diode;
A temperature detecting element for detecting the temperature of the laser diode;
A thermoelectric element for changing the temperature of the laser diode;
A reference signal generator for generating a reference signal for setting the thermoelectric element to a reference temperature;
An error detection unit that generates an error signal according to a difference between a detection signal from the temperature detection element and a reference signal from the reference signal generation unit;
A temperature controller that drives the thermoelectric element based on an error signal from the error detector to control the temperature of the laser diode to the reference temperature;
A stable reference signal control unit that lowers the reference temperature when the laser diode is in a shutdown state and raises the reference temperature to restore the reference temperature when the shutdown state of the laser diode is released Light source.
前記レーザダイオードの発光前に前記基準温度を低下させる第1のステップと、
前記レーザダイオードを発光させる第2のステップと、
前記偏差が一定値以下となったとき、前記基準温度を上昇させて元に戻す第3のステップとを備えたレーザダイオードの制御方法。 In the method of detecting the temperature of the laser diode and controlling the temperature of the laser diode based on the deviation between the temperature and the reference temperature,
A first step of lowering the reference temperature before light emission of the laser diode;
A second step of causing the laser diode to emit light;
A laser diode control method comprising: a third step of raising the reference temperature and returning it to the original temperature when the deviation becomes a certain value or less.
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