JP2011165866A - Laser diode drive circuit and laser diode drive method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バイアス電流にパルス電流を重畳した駆動電流を供給してレーザダイオードを駆動するレーザダイオード駆動回路およびレーザダイオード駆動方法に関する。 The present invention relates to a laser diode driving circuit and a laser diode driving method for driving a laser diode by supplying a driving current obtained by superimposing a pulse current on a bias current.
光伝送システムにおいては、送信データに従ってレーザダイオードの駆動電流を制御して光信号を出力する光送信装置が用いられる。光送信装置においては、レーザダイオードの平均光出力パワーを一定に制御するために、レーザダイオードの後方光をモニタし、駆動電流にフィードバックするAPC制御(Auto Power Controll)が行われている。 In an optical transmission system, an optical transmission device is used that outputs an optical signal by controlling a drive current of a laser diode in accordance with transmission data. In the optical transmitter, in order to control the average optical output power of the laser diode to be constant, APC control (Auto Power Control) is performed in which the backward light of the laser diode is monitored and fed back to the drive current.
また、光送信装置においては、伝送品質を確保するために、光出力パワーの最大値の最小値に対する比である消光比を安定して維持する必要がある。光受信装置は、受信光信号パワーに対応した電気信号レベルに変換し、信号レベル判定によりデータの“1”,“0”を識別する。従って、消光比が大きい程、誤りなくデータの識別が可能となる。 Further, in an optical transmission apparatus, in order to ensure transmission quality, it is necessary to stably maintain an extinction ratio that is a ratio of the maximum value of the optical output power to the minimum value. The optical receiver converts the signal level into an electric signal level corresponding to the received optical signal power, and identifies “1” and “0” of the data by signal level determination. Therefore, the larger the extinction ratio, the more easily data can be identified.
光送信装置に用いられるレーザダイオードは、よく知られているように、温度変動による特性変動が大きい。図1は、レーザダイオードの駆動電流と光出力パワーの関係の一例を示す。図1において、曲線Aは温度0℃、曲線Bは温度25℃、曲線Cは温度70℃におけるそれぞれの特性曲線である。 As is well known, a laser diode used in an optical transmitter has a large characteristic fluctuation due to temperature fluctuation. FIG. 1 shows an example of the relationship between the laser diode drive current and the optical output power. In FIG. 1, a curve A is a characteristic curve at a temperature of 0 ° C., a curve B is a temperature at 25 ° C., and a curve C is a characteristic curve at a temperature of 70 ° C.
図1には、温度25℃のしきい値電流Ithが示されている。レーザダイオードは、通常、しきい値電流Ithでレーザ発振を開始し、しきい値電流Ithよりも大きい電流領域においては、電流の増大に従って光出力パワーが線形に増加する特性を有している。また、しきい値電流Ithよりも小さい電流領域では、電流の値に拘わらずレーザダイオードが殆ど発光しないため、しきい値電流Ith近傍では非線形の特性を有する。 FIG. 1 shows a threshold current Ith at a temperature of 25 ° C. The laser diode normally starts laser oscillation at a threshold current Ith, and has a characteristic that the optical output power increases linearly as the current increases in a current region larger than the threshold current Ith. Further, in the current region smaller than the threshold current Ith, the laser diode hardly emits light regardless of the current value, and thus has a nonlinear characteristic in the vicinity of the threshold current Ith.
レーザダイオードの駆動回路は、レーザダイオードの発光遅延等を防止するために、バイアス電流Ibをレーザダイオードのしきい値電流Ith近傍に設定し、パルス電流Ipをバイアス電流Ibに重畳してレーザダイオードに供給する構成が一般的である。図1には、温度25℃のときに設定されるバイアス電流Ibおよびパルス電流Ipが図示されている。レーザダイオードにバイアス電流Ibを供給したときの光出力パワーが最小光出力パワーPmin、バイアス電流Ibにパルス電流Ipを重畳して供給したときの光出力パワーが最大光出力パワーPmax、最小光出力パワーPminと最大光出力パワーPmaxの平均が平均光出力パワーPaveとなる。また、光信号の消光比は、Pmax/Pminで規定される。 The laser diode drive circuit sets the bias current Ib in the vicinity of the threshold current Ith of the laser diode and prevents the laser diode from superimposing the pulse current Ip on the bias current Ib in order to prevent the laser diode from delaying light emission. The structure to supply is common. FIG. 1 shows a bias current Ib and a pulse current Ip set at a temperature of 25 ° C. The optical output power when the bias current Ib is supplied to the laser diode is the minimum optical output power Pmin, the optical output power when the pulse current Ip is supplied superimposed on the bias current Ib is the maximum optical output power Pmax, and the minimum optical output power. The average of Pmin and maximum optical output power Pmax is the average optical output power Pave. The extinction ratio of the optical signal is defined by Pmax / Pmin.
図1に示すように、レーザダイオードのしきい値電流Ithは、温度が上昇する程上昇するので、バイアス電流Ibとパルス電流Ipの値を温度が上昇しても変更しないと、消光比が著しく劣化し、安定な光信号伝送ができなくなる。 As shown in FIG. 1, the threshold current Ith of the laser diode rises as the temperature rises. Therefore, if the values of the bias current Ib and the pulse current Ip are not changed even when the temperature rises, the extinction ratio is remarkably increased. Deteriorated and stable optical signal transmission is not possible.
そこで、レーザダイオードのしきい値電流の温度特性を予め測定してメモリ等に格納しておき、レーザダイオードの検出温度に対応するしきい値電流をメモリから読み出して、バイアス電流またはパルス電流を変更する技術が知られている。 Therefore, the temperature characteristics of the threshold current of the laser diode are measured in advance and stored in a memory or the like, the threshold current corresponding to the detected temperature of the laser diode is read from the memory, and the bias current or pulse current is changed. The technology to do is known.
また、伝送データに従ったレーザダイオードのパルス電流に、このパルス信号に比較して低周波数のパイロット・トーン信号に従った電流を重畳して供給し、レーザダイオードの光出力をフォトダイオードにより検出し、その中のパイロット・トーン信号成分を抽出して、レーザダイオードのバイアス電流およびパルス電流の制御部にフィードバックして、温度変動や経年変化を抑圧し、比較的低周波数のフィードバック制御構成により、消光比を一定に維持する技術も提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In addition, the pulsed current of the laser diode according to the transmission data is superposed and supplied with the current according to the low-frequency pilot tone signal compared to this pulse signal, and the optical output of the laser diode is detected by the photodiode. The pilot tone signal component is extracted and fed back to the laser diode bias current and pulse current control unit to suppress temperature fluctuations and aging. A technique for maintaining the ratio constant has also been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、レーザダイオードの温度特性を予め測定しておき、温度変動に対応してバイアス電流またはパルス電流を変更する従来の技術の場合、レーザダイオードの温度特性を予め測定してメモリに格納する必要があるが、総てのレーザダイオードに対する温度特性の測定は煩雑であり、光送信装置のコストアップとなる可能性がある。この作業工数を削減するために、レーザダイオードの製造過程の同一ロットまたは同一型番は、同一特性と見做して、代表のレーザダイオードの特性を測定してメモリに格納することが考えられるが、実際には、レーザダイオードの温度特性はばらつきが多いものであるから、所望の消光比を維持するできない可能性がある。またこの従来の技術では、レーザダイオードの経年変化に対しては対応することができない。 However, in the case of the conventional technique in which the temperature characteristics of the laser diode are measured in advance and the bias current or the pulse current is changed in response to the temperature fluctuation, it is necessary to measure the temperature characteristics of the laser diode in advance and store them in the memory. However, measurement of temperature characteristics for all laser diodes is cumbersome and may increase the cost of the optical transmitter. In order to reduce this man-hour, it is considered that the same lot or the same model number in the manufacturing process of the laser diode is regarded as the same characteristic, and the characteristic of the representative laser diode is measured and stored in the memory. Actually, since the temperature characteristics of the laser diode have many variations, there is a possibility that a desired extinction ratio cannot be maintained. In addition, this conventional technique cannot cope with aging of the laser diode.
また、特許文献1に記載されたようなパイロット・トーン信号を重畳する技術の場合、複雑な制御回路が必要となるだけでなく、パイロット・トーン信号により主信号のノイズが増加する可能性がある。
In the case of the technique for superimposing the pilot tone signal as described in
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記のような問題を回避しつつ、レーザダイオードの平均光出力パワーを一定に保ち且つ所望の消光比を維持することのできるレーザダイオード駆動回路およびレーザダイオード駆動方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is to keep the average optical output power of the laser diode constant and maintain a desired extinction ratio while avoiding the above-described problems. A laser diode drive circuit and a laser diode drive method are provided.
上記課題を解決するために、本発明のある態様のレーザダイオード駆動回路は、バイアス電流にパルス電流を重畳した駆動電流を供給してレーザダイオードを駆動するレーザダイオード駆動回路であって、レーザダイオードの平均光出力パワーをモニタするモニタ部と、モニタされた平均光出力パワーが一定となるようパルス電流をフィードバック制御するAPC回路と、レーザダイオードから出力される光信号の消光比を制御する消光比制御部とを備える。該消光比制御部は、APC回路のフィードバックループを遮断してAPC制御を中断させる中断部と、APC制御の中断中に、バイアス電流とパルス電流の和を一定に保ちながらそれぞれの値を変化させたときの平均光出力パワーの変化の仕方に基づいて、レーザダイオードのしきい値電流を検出するしきい値電流検出部と、バイアス電流をしきい値電流近傍に設定するバイアス電流設定部と、バイアス電流が設定された後、フィードバックループの遮断を解除してAPC制御を再開させる再開部とを備える。 In order to solve the above problems, a laser diode driving circuit according to an aspect of the present invention is a laser diode driving circuit that drives a laser diode by supplying a driving current in which a pulse current is superimposed on a bias current. Monitor unit for monitoring the average optical output power, APC circuit for feedback control of the pulse current so that the monitored average optical output power is constant, and extinction ratio control for controlling the extinction ratio of the optical signal output from the laser diode A part. The extinction ratio control unit interrupts the feedback loop of the APC circuit to interrupt the APC control, and changes the respective values while keeping the sum of the bias current and the pulse current constant during the interruption of the APC control. A threshold current detection unit for detecting a threshold current of the laser diode based on how the average optical output power changes at the time, a bias current setting unit for setting the bias current in the vicinity of the threshold current, A resumption unit for releasing the interruption of the feedback loop and resuming the APC control after the bias current is set.
上記のレーザダイオード駆動回路においては、通常時にはAPC回路によるAPC制御が行われ、所定の時間間隔毎に消光比制御部による消光比制御が行われてもよい。 In the above laser diode drive circuit, APC control by an APC circuit is normally performed, and extinction ratio control by an extinction ratio control unit may be performed at predetermined time intervals.
しきい値電流検出部は、バイアス電流とパルス電流の和を一定に保ちながらそれぞれの値を変化させ、平均光出力パワーの変化が非線形となるときのバイアス電流を探索することにより、レーザダイオードのしきい値電流を検出してもよい。 The threshold current detector changes each value while keeping the sum of the bias current and the pulse current constant, and searches for the bias current when the change in the average optical output power is nonlinear, thereby A threshold current may be detected.
本発明の別の態様は、レーザダイオード駆動方法である。この方法は、バイアス電流にパルス電流を重畳した駆動電流を供給してレーザダイオードを駆動するレーザダイオード駆動方法であって、レーザダイオードの平均光出力パワーをモニタするモニタステップと、モニタされた平均光出力パワーが一定となるようパルス電流をフィードバック制御するAPC制御ステップと、レーザダイオードから出力される光信号の消光比を制御する消光比制御ステップとを備える。該消光比制御ステップは、APC制御のフィードバックループを遮断してAPC制御を中断させる中断ステップと、APC制御の中断中に、バイアス電流とパルス電流の和を一定に保ちながらそれぞれの値を変化させたときの平均光出力パワーの変化の仕方に基づいて、レーザダイオードのしきい値電流を検出するしきい値電流検出ステップと、バイアス電流をしきい値電流近傍に設定するバイアス電流設定ステップと、バイアス電流が設定された後、フィードバックループの遮断を解除してAPC制御を再開させる再開ステップとを備える。 Another aspect of the present invention is a laser diode driving method. This method is a laser diode driving method for driving a laser diode by supplying a driving current obtained by superimposing a pulse current on a bias current, a monitoring step for monitoring the average optical output power of the laser diode, and a monitored average light An APC control step that feedback-controls the pulse current so that the output power becomes constant, and an extinction ratio control step that controls the extinction ratio of the optical signal output from the laser diode. The extinction ratio control step includes an interruption step of interrupting the APC control by interrupting the feedback loop of the APC control, and changing each value while keeping the sum of the bias current and the pulse current constant during the interruption of the APC control. A threshold current detecting step for detecting a threshold current of the laser diode based on a change in the average optical output power at the time, a bias current setting step for setting the bias current in the vicinity of the threshold current, After the bias current is set, the method includes a restarting step for releasing the interruption of the feedback loop and restarting the APC control.
上記のレーザダイオード駆動方法においては、通常時にはAPC制御ステップが行われ、所定の時間間隔毎に消光比制御ステップが行われてもよい。 In the above laser diode driving method, the APC control step may be normally performed, and the extinction ratio control step may be performed every predetermined time interval.
しきい値電流検出ステップは、バイアス電流とパルス電流の和を一定に保ちながらそれぞれの値を変化させ、平均光出力パワーの変化が非線形となるときのバイアス電流を探索することにより、レーザダイオードのしきい値電流を検出するステップを有してもよい。 The threshold current detection step changes each value while keeping the sum of the bias current and the pulse current constant, and searches for the bias current when the change in the average optical output power becomes nonlinear, thereby detecting the laser diode. You may have the step which detects a threshold current.
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を装置、方法、システム、プログラム、プログラムを格納した記録媒体などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and a representation of the present invention converted between an apparatus, method, system, program, recording medium storing the program, etc. are also effective as an aspect of the present invention.
本発明によれば、上記のような問題を回避しつつ、レーザダイオードの平均光出力パワーを一定に保ち且つ所望の消光比を維持することのできるレーザダイオード駆動回路およびレーザダイオード駆動方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a laser diode driving circuit and a laser diode driving method capable of keeping the average optical output power of a laser diode constant and maintaining a desired extinction ratio while avoiding the above problems. .
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図2は、本発明の実施形態に係るレーザダイオード駆動回路100の構成を示す図である。図2に示すように、レーザダイオード駆動回路100は、レーザダイオード10と、フォトダイオード12と、電流電圧変換用抵抗14と、オペアンプ16と、基準電圧源18と、フィードバックループ制御回路20と、消光比制御部22と、パルス電流用定電流源30と、バイアス電流用定電流源32と、変調回路34とを備える。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the laser
レーザダイオード10は、アノードに電源電圧Vccが印加されており、カソードにはバイアス電流Ibを供給するためのバイアス電流用定電流源32が接続されている。また、レーザダイオード10のカソードには、パルス電流Ipを供給するためのパルス電流用定電流源30も接続されており、レーザダイオード10とパルス電流用定電流源30の間には、入力されたデータ信号に応じてパルス電流Ipを変調する変調回路34が設けられている。このようにバイアス電流用定電流源32およびパルス電流用定電流源30を用いて、バイアス電流Ibにパルス電流Ipを重畳した駆動電流がレーザダイオード10に供給される。
In the
フォトダイオード12は、レーザダイオード10の平均光出力パワーをモニタする。レーザダイオード10が発光すると、フォトダイオード12には光出力に比例したモニタ電流が流れる。このモニタ電流は、電流電圧変換用抵抗14によりモニタ電圧Vmに変換され、オペアンプ16に入力される。オペアンプ16には、基準電圧源18からの基準電圧Vrefも入力される。オペアンプ16は、モニタ電圧Vmと基準電圧Vrefを比較し、モニタ電圧Vm=基準電圧Vrefとなるように、パルス電流用定電流源30にフィードバック信号を出力する。パルス電流用定電流源30は、入力されたフィードバック信号に基づいて、フォトダイオード12にてモニタされる平均光出力パワーが一定となるようパルス電流Ipをフィードバック制御(APC制御)する。なお、パルス電流のIpがフィードバック制御されるとき、バイアス電流用定電流源32は、バイアス電流Ibを固定値に保持している。オペアンプ16、基準電圧源18等は、APC回路を構成している。
The
オペアンプ16からパルス電流用定電流源30へのフィードバックループの間には、フィードバックループ制御回路20が設けられている。このフィードバックループ制御回路20は、後述する消光比制御部22の中断・再開制御部28からの指示により、オペアンプ16からパルス電流用定電流源30へのフィードバックループを遮断する機能を有する。フィードバックループの遮断が解除されている場合、フィードバックループ制御回路20は、オペアンプ16からのフィードバック信号をそのままパルス電流用定電流源30に出力する。フィードバックループ制御回路20によりフィードバックループが遮断された場合、パルス電流用定電流源30は、遮断直前のパルス電流Ipを保持し続ける。
A feedback
消光比制御部22は、レーザダイオード10から出力される光信号の消光比を制御する機能を有する。この消光比制御部22は、中断・再開制御部28と、しきい値電流検出部24と、バイアス電流設定部26とを備える。
The extinction
中断・再開制御部28は、フィードバックループ制御回路20に対しフィードバックループの遮断およびその解除の指示を出し、APC制御の中断および再開のタイミングを制御する。レーザダイオード駆動回路100は、通常には上述のAPC回路によるAPC制御が行われており、所定の時間間隔毎に中断・再開制御部28によりAPC制御が中断され、消光比制御が行われる。この所定の時間間隔は、レーザダイオード駆動回路100の使用環境等に応じて適宜設定することができる。例えば、温度変動が激しい使用環境の場合には、この時間間隔は例えば1分程度の比較的短い時間に設定することが好ましい。逆に、殆ど温度変化が生じないような使用環境の場合には、この時間間隔は例えば1時間程度の比較的長い時間であってよい。
The interruption /
しきい値電流検出部24には、フォトダイオード12によってモニタされた平均光出力パワーを表すモニタ電圧Vmが入力される。しきい値電流検出部24は、APC制御の中断中に、入力されたモニタ電圧Vmを監視しながら、バイアス電流Ibとパルス電流Ipの和を一定に保ちつつそれぞれの値を変化させる。そして、そのときの平均光出力パワーの変化の仕方に基づいて、レーザダイオード10のしきい値電流を検出する。
A
より具体的には、しきい値電流検出部24は、バイアス電流Ibとパルス電流Ipの和を一定に保ちながらそれぞれの値を変化させ、モニタされた平均光出力パワーの変化が非線形となるときのバイアス電流Ibを探索することにより、レーザダイオード10のしきい値電流を検出する。
More specifically, the threshold
バイアス電流設定部26は、しきい値電流検出部24によりしきい値電流が検出された後、バイアス電流用定電流源32を制御して、バイアス電流Ibを検出したしきい値電流の近傍に設定する。バイアス電流用定電流源32によりバイアス電流Ibが制御された後、中断・再開制御部28は、フィードバックループ制御回路20に対しフィードバックループ遮断の解除指示を出し、APC制御を再開させる。
After the threshold current is detected by the threshold
次に、本実施形態に係る消光比制御についてより詳細に説明する。図3は、温度変化による消光比の変化について説明するための図である。図3には、レーザダイオード10の特性曲線40(破線)および特性曲線42(実線)が図示されている。ここでは、レーザダイオード10の温度が低下したことにより、レーザダイオード10の特性曲線が40から20に変化した場合について説明する。図3に示す例においては、消光比制御の開始前であるため、まだAPC制御のフィードバックループは遮断されていない。
Next, the extinction ratio control according to the present embodiment will be described in more detail. FIG. 3 is a diagram for explaining a change in the extinction ratio due to a temperature change. FIG. 3 shows a characteristic curve 40 (broken line) and a characteristic curve 42 (solid line) of the
温度低下前において、レーザダイオード10には、しきい値電流Ith(old)と等しい値に設定されたバイアス電流Ib(old)と、パルス電流Ip(old)が供給されていたとする。この場合、バイアス電流Ibのみが供給されるときがレーザダイオード10の最小光出力パワーPmin(old)となり、バイアス電流Ib(old)にパルス電流Ip(old)を重畳した電流が供給されるときがレーザダイオード10の最大光出力パワーPmax(old)となる。また、フォトダイオード12によって検出される平均光出力パワーPave(old)は、Pmax(old)とPmin(old)の平均値となる。
It is assumed that the bias current Ib (old) set to a value equal to the threshold current Ith (old) and the pulse current Ip (old) are supplied to the
レーザダイオード10の温度低下により、特性曲線が40から42に変化し、しきい値電流IthがIth(old)からIth(new)に変化した場合、APC制御においてはバイアス電流Ib(old)は固定されているため、最小光出力パワーはPmin(new)に増加し、平均光出力パワーも増加する。そのため、APC制御によりパルス電流がIp(new)に減少され、最大光出力パワーもPmax(new)に減少する。最小光出力パワーが増加した分だけ最大光出力パワーが減少するため、温度変化後の平均光出力パワーPave(new)は温度低下前の平均光出力パワーPave(old)と変わらず、一定に保たれる。しかしながら、消光比に関しては、温度低下前にはPmax(old)/Pmin(old)であったのが、温度低下後にはPmax(new)/Pmin(new)に低下している。
When the characteristic curve changes from 40 to 42 and the threshold current Ith changes from Ith (old) to Ith (new) due to the temperature drop of the
図4は、温度低下の場合の消光比制御を説明するための図である。中断・再開制御部28によりAPC制御が中断されると、しきい値電流検出部24は、新たなしきい値電流Ith(new)の探索を開始する。本実施形態において、しきい値電流検出部24は、平均光出力パワーPaveを監視しながら、温度低下前のバイアス電流Ib(old)を所定量ずつ徐々に減少させていく。このとき、消光比制御を開始したときのバイアス電流Ib(old)とパルス電流Ip(new)の和は一定に保つようにする。つまり、バイアス電流Ibの減少分だけ、パルス電流Ipを増加させる。
FIG. 4 is a diagram for explaining the extinction ratio control in the case of a temperature drop. When the APC control is interrupted by the interruption /
バイアス電流をIb(old)からIb1に減少させたとき、平均光出力パワーはPave(old)からPave1へと線形に減少している。また、次にバイアス電流をIb1からIb2へと減少させたときも、平均光出力パワーはPave1からPave2へ略線形に減少している。しかしながら、次にバイアス電流をIb2からIb3へと減少させたとき、平均光出力パワーPave3はPave2から殆ど変化しない。言い換えると、バイアス電流の変化に対し、平均光出力パワーの変化は非線形である。これは、バイアス電流Ib1とIb2との間に温度低下後のしきい値電流Ith(new)が存在しているためである。つまり、バイアス電流Ib2およびIb3は、温度低下後のしきい値電流Ith(new)より小さい値となっているため、バイアス電流をIb2からIb3に減少させても、最小光出力パワーPmin2とPmin3は略一定である。また、上述のように、バイアス電流Ib(old)とパルス電流Ip(new)の和は一定に保たれているので、Pmax(new)は一定である。その結果、バイアス電流をIb2からIb3に減少させても、平均光出力パワーPave2とPave3は殆ど変わらない値となっているのである。 When the bias current is decreased from Ib (old) to Ib1, the average optical output power decreases linearly from Pave (old) to Pave1. When the bias current is decreased from Ib1 to Ib2 next time, the average optical output power decreases approximately linearly from Pave1 to Pave2. However, when the bias current is then decreased from Ib2 to Ib3, the average optical output power Pave3 hardly changes from Pave2. In other words, the change in average optical output power is non-linear with respect to the change in bias current. This is because the threshold current Ith (new) after temperature decrease exists between the bias currents Ib1 and Ib2. That is, since the bias currents Ib2 and Ib3 are smaller than the threshold current Ith (new) after the temperature decrease, even if the bias current is decreased from Ib2 to Ib3, the minimum optical output powers Pmin2 and Pmin3 are It is almost constant. Further, as described above, since the sum of the bias current Ib (old) and the pulse current Ip (new) is kept constant, Pmax (new) is constant. As a result, even if the bias current is decreased from Ib2 to Ib3, the average optical output powers Pave2 and Pave3 are almost unchanged.
図5もまた、温度低下の場合の消光比制御を説明するための図である。図5は、バイアス電流を変化させた制御回数と平均光出力パワーの関係を示す。消光比制御開始前にPave(old)であった平均光出力パワーPaveは、1回目の制御においてPave1に減少し、2回目の制御においてPave2に減少する。しかしながら、3回目の制御においては、図4で説明したように平均光出力パワーPave3は、Pave2と略同じ値である。従って、しきい値電流検出部24は、バイアス電流Ibを減少させても平均光出力パワーPaveが減少しなくなったことを検出することで、言い換えると、バイアス電流Ibの変化に対し、平均光出力パワーPaveの変化が非線形となるポイントを検出することで、1回目の制御におけるバイアス電流Ib1と2回目の制御におけるバイアス電流Ib2との間に温度低下後の新たなしきい値電流Ith(new)が存在すると検出することができる。
FIG. 5 is also a diagram for explaining the extinction ratio control in the case of a temperature drop. FIG. 5 shows the relationship between the number of times the bias current is changed and the average optical output power. The average optical output power Pave that was Pave (old) before the start of the extinction ratio control is reduced to Pave1 in the first control, and is reduced to Pave2 in the second control. However, in the third control, the average optical output power Pave3 is substantially the same value as Pave2 as described in FIG. Therefore, the threshold
しきい値電流検出部24により温度低下後のしきい値Ith(new)が検出された後、バイアス電流設定部26は、バイアス電流用定電流源32を制御して、Ith(new)の近傍に新たなバイアス電流Ib(new)を設定する。例えば、バイアス電流用定電流源32は、新たなバイアス電流Ib(new)を平均光出力パワーPaveが一定になり始めたときのバイアス電流Ib2に設定することができる。このようにして、温度低下後のバイアス電流Ib(new)を、温度低下後のIth(new)の近傍に設定することができる。
After the threshold
その後、レーザダイオード10の駆動電流をIb(new)+Ip(new)とした状態で、中断・再開制御部28からフィードバックループ制御回路20にフィードバックループ遮断の解除を指示し、APC制御を再開させると、APC制御によりレーザダイオード10の平均光出力パワーPaveが消光比制御部実行前と同じになるように最適なパルス電流Ipが設定される。以上のような消光比制御により、温度低下後の新たなバイアス電流Ib(new)を新たなIth(new)の近傍に設定できるので、レーザダイオード10の温度が低下した場合であっても、消光比の変動を抑制できる。
Thereafter, when the drive current of the
次に、レーザダイオード10の温度が上昇した場合の動作について説明する。図6は、温度上昇の場合の消光比制御を説明するための図である。図6には、温度上昇後の温度特性44が図示されている。
Next, the operation when the temperature of the
図6の例においては、レーザダイオード10の温度が上昇しているため、しきい値電流はIth(old)からIth(new)に上昇している。従って、温度変化前のしきい値電流Ith(old)と同じ値に設定されていたバイアス電流Ib(old)は、温度上昇後のしきい値電流Ith(new)よりも小さい値となっている。
In the example of FIG. 6, since the temperature of the
中断・再開制御部28によりAPC制御が中断されると、しきい値電流検出部24は、新たなしきい値電流Ith(new)の探索を開始する。ここでも、しきい値電流検出部24は、平均光出力パワーPaveを監視しながら、温度上昇前のバイアス電流Ib(old)を所定量ずつ徐々に減少させていく。このとき、消光比制御を開始したときのバイアス電流Ib(old)とパルス電流Ip(new)の和は一定に保つようにする。
When the APC control is interrupted by the interruption /
バイアス電流をIb(old)からIb1に減少させたとき、平均光出力パワーは殆ど変化しない(Pmin(old)≒Pmin1)。言い換えると、バイアス電流の変化に対し、平均光出力パワーの変化は非線形である。これは、図6に示すように、温度変化前のバイアス電流Ib(old)が温度上昇後のしきい値電流Ith(new)よりも小さいため、バイアス電流をIb1に減少させても最小光出力パワーPmin1はPmin(old)から殆ど変わらず、一方でバイアス電流Ib(old)とパルス電流Ip(new)の和は一定に保たれているため、Pmax(new)は一定であるからである。 When the bias current is decreased from Ib (old) to Ib1, the average optical output power hardly changes (Pmin (old) ≈Pmin1). In other words, the change in average optical output power is non-linear with respect to the change in bias current. As shown in FIG. 6, since the bias current Ib (old) before the temperature change is smaller than the threshold current Ith (new) after the temperature rise, even if the bias current is decreased to Ib1, the minimum light output This is because the power Pmin1 is almost unchanged from Pmin (old), while the sum of the bias current Ib (old) and the pulse current Ip (new) is kept constant, so that Pmax (new) is constant.
このようにバイアス電流の変化に対し平均光出力パワーが殆ど変化しないことが分かった場合、しきい値電流検出部24は、バイアス電流をIb(old)から所定量ずつ徐々に増加させる制御に切り替える。図6に示すように、バイアス電流をIb(old)からIb2に増加させたとき、平均光出力パワーはPave(old)からPave2へと略線形に増加している。また、次にバイアス電流をIb2からIb3に増加させたとき、平均光出力パワーはPave2からPave3へと線形に増加している。
As described above, when it is found that the average optical output power hardly changes with the change of the bias current, the threshold
図7もまた、温度上昇の場合の消光比制御を説明するための図である。図7は、図5と同様に、バイアス電流を変化させた制御回数と平均光出力パワーの関係を示す。消光比制御開始前にPave(old)であった平均光出力パワーPaveは、1回目の制御においてはPave(old)と同じ平均光出力パワーPave1である。しきい値電流検出部24は、バイアス電流の変化に対し平均光出力パワーが殆ど変化しないことが分かったので、2回目の制御以降、バイアス電流をIb(old)から所定量ずつ徐々に増加させる。2回目の制御においては、平均光出力パワーはPave(old)からPave2に上昇し、さらに3回目の制御においても平均光出力パワーはPave2からPave3に上昇している。従って、しきい値電流検出部24は、バイアス電流Ibを減少させても平均光出力パワーPaveが減少しない状態から、バイアス電流Ibを増加させることにより平均光出力パワーPaveが増加する状態への変化を検出することで、言い換えると、バイアス電流Ibの変化に対し、平均光出力パワーPaveの変化が非線形となるポイントを検出することで、消光比制御開始前のバイアス電流Ib(old)と2回目の制御におけるバイアス電流Ib2との間に温度上昇後の新たなしきい値電流Ith(new)が存在すると検出することができる。
FIG. 7 is also a diagram for explaining the extinction ratio control when the temperature rises. FIG. 7 shows the relationship between the number of times the bias current is changed and the average optical output power, as in FIG. The average light output power Pave that was Pave (old) before the start of the extinction ratio control is the same average light output power Pave1 as Pave (old) in the first control. Since the threshold
しきい値電流検出部24により温度上昇後のしきい値Ith(new)が検出された後、バイアス電流設定部26は、バイアス電流用定電流源32を制御して、Ith(new)の近傍に新たなバイアス電流Ib(new)を設定する。例えば、バイアス電流用定電流源32は、新たなバイアス電流Ib(new)を平均光出力パワーPaveが増加し始めたときのバイアス電流Ib2に設定することができる。このようにして、温度上昇後のバイアス電流Ib(new)を、温度上昇後のIth(new)の近傍に設定することができる。
After the threshold
その後、レーザダイオード10の駆動電流をIb(new)+Ip(new)とした状態で、中断・再開制御部28からフィードバックループ制御回路20にフィードバックループ遮断の解除を指示し、APC制御を再開させると、APC制御によりレーザダイオード10の平均光出力パワーPaveが消光比制御部実行前と同じになるように最適なパルス電流Ipが設定される。以上のような消光比制御により、温度上昇後の新たなバイアス電流Ib(new)を新たなIth(new)の近傍に設定できるので、レーザダイオード10の温度が上昇した場合であっても、消光比の変動を抑制できる。
Thereafter, when the drive current of the
しきい値電流が前回の消光比制御のときから変化していない場合には、しきい値電流検出部24は、平均光出力パワーの変化が非線形となるポイントを検出できない。このような場合、バイアス電流設定部26は、前回の消光比制御で設定されたバイアス電流Ib(old)を今回の消光比制御のバイアス電流Ibとして設定する。
If the threshold current has not changed since the previous extinction ratio control, the threshold
なお、しきい値電流Ith探索の際のバイアス電流Ibの変化量、平均光出力パワーPaveが一定となったとみなすPaveの変化量、平均光出力パワーPaveが一定となったと判定するバイアス電流Ibの制御回数などは、使用するレーザダイオード10の特性やレーザダイオード駆動回路100の使用環境などに応じて実験やシミュレーションなどにより適宜設定できる。
Note that the amount of change in the bias current Ib during the search for the threshold current Ith, the amount of change in Pave that the average optical output power Pave is assumed to be constant, and the bias current Ib that determines that the average optical output power Pave is constant The number of times of control and the like can be appropriately set by experiments or simulations according to the characteristics of the
図8は、本実施形態に係るバイアスIb設定制御のフローチャートである。このフローチャートの制御は、中断・再開制御部28によりAPC制御のフィードバックループが遮断された後に行われる。
FIG. 8 is a flowchart of bias Ib setting control according to the present embodiment. The control of this flowchart is performed after the interruption /
まず、各種パラメータの初期化が行われる(S10)。この初期化ステップにおいては、制御開始前の平均光出力パワーPave(old)が比較用光出力パワーPrefとして設定され、制御開始前のバイアス電流Ib(old)がIb(0)として設定され、制御回数Nが1に設定される。 First, various parameters are initialized (S10). In this initialization step, the average optical output power Pave (old) before the start of control is set as the comparison optical output power Pref, and the bias current Ib (old) before the start of control is set as Ib (0). The number of times N is set to 1.
次に、しきい値電流検出部24は、バイアス電流Ibとパルス電流Ipの和を一定に保ちながらそれぞれの値を変化させる(S12)。具体的には、制御回数Nが1つ前のバイアスIb(N−1)を所定量ΔIbだけ減少させ、それを今回のバイアス電流Ib(N)とする。また、バイアス電流Ibとパルス電流Ipの和を一定に保つために、パルス電流Ipに所定量ΔIbを加えたものを今回のパルス電流Ipとする。
Next, the threshold
次に、しきい値電流検出部24は、比較用光出力パワーPrefからの平均光出力パワーPaveの変化が所定値ΔP以内であるか否か判定する(S14)。比較用光出力パワーPrefからの平均光出力パワーPaveの変化が所定値ΔP以内でない場合(S14のN)、制御回数Nをインクリメントし、今回の平均光出力パワーPaveを比較用光出力パワーPrefとして設定し(S16)、S12に戻る。
Next, the threshold
一方、比較用光出力パワーPrefからの平均光出力パワーPaveの変化が所定値ΔP以内である場合(S14のY)、しきい値電流検出部24は、制御回数Nが1であるか否か判定する(S18)。
On the other hand, when the change in the average optical output power Pave from the comparative optical output power Pref is within the predetermined value ΔP (Y in S14), the threshold
制御回数Nが1ではない場合(S18のN)、しきい値電流検出部24は、今回のバイアス電流Ib(N)をバイアス電流設定部26が設定すべきバイアス電流Ibとして決定する(S20)。一方、制御回数Nが1の場合(S18のY)、しきい値電流検出部24は、バイアス電流Ibを増加させる制御に移行する。
When the control count N is not 1 (N in S18), the threshold
まず、しきい値電流検出部24は、制御回数Nが1つ前のバイアスIb(N−1)を所定量ΔIbだけ増加させ、それを今回のバイアス電流Ib(N)とする。また、バイアス電流Ibとパルス電流Ipの和を一定に保つために、パルス電流Ipから所定量ΔIbを引いたものを今回のパルス電流Ipとする(S22)。
First, the threshold
次に、しきい値電流検出部24は、しきい値電流検出部24は、比較用光出力パワーPrefからの平均光出力パワーPaveの変化が所定値ΔP以上であるか否か判定する(S24)。比較用光出力パワーPrefからの平均光出力パワーPaveの変化が所定値ΔP以上でない場合(S24のN)、制御回数Nをインクリメントし、今回の平均光出力パワーPaveを比較用光出力パワーPrefとして設定し(S26)、S22に戻る。
Next, the threshold
一方、比較用光出力パワーPrefからの平均光出力パワーPaveの変化が所定値ΔP以上である場合(S24のY)、しきい値電流検出部24は、今回のバイアス電流Ib(N)をバイアス電流設定部26が設定すべきバイアス電流Ibとして決定する(S28)。以上のようなフローチャートにより、バイアス電流Ibをしきい値電流Ithの近傍に設定できる。
On the other hand, when the change in the average optical output power Pave from the comparative optical output power Pref is equal to or greater than the predetermined value ΔP (Y in S24), the threshold
以上説明したように、本実施形態に係るレーザダイオード駆動回路100によれば、温度変化によりレーザダイオード10のしきい値電流Ithが変動した場合であっても、バイアス電流を変動後のしきい値電流Ithの近傍に設定できる。これにより、消光比の変動を抑制し、所望の消光比を維持することができる。
As described above, according to the laser
また、本実施形態に係るレーザダイオード駆動回路100によれば、通常時はAPC回路によるAPC制御が行われるので、レーザダイオード10の平均光出力パワーを一定に保つことができる。なお、消光比制御の際にはAPC制御が中断されるが、本実施形態に係る消光比制御は比較的短時間で終了するため、APC制御を中断することによる実質的な影響はない。
Further, according to the laser
また、本実施形態に係るレーザダイオード駆動回路100によれば、個々のレーザダイオード10の特性に合わせた消光比制御が可能であるため、個々のレーザダイオード毎にの温度特性を予め測定しておくような作業は不要であり、また、レーザダイオード10の経年変化にも対応することができる。
Further, according to the laser
また、本実施形態に係るレーザダイオード駆動回路100によれば、主信号にパイロット・トーン信号を重畳するなどの処理が不要であるため、主信号のノイズが増加することはない。
In addition, according to the laser
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. is there.
10 レーザダイオード、 12 フォトダイオード、 14 電流電圧変換用抵抗、 16 オペアンプ、 18 基準電圧源、 20 フィードバックループ制御回路、 22 消光比制御部、 24 しきい値電流検出部、 26 バイアス電流設定部、 28 中断・再開制御部、 30 パルス電流用定電流源、 32 バイアス電流用定電流源、 100 レーザダイオード駆動回路。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記レーザダイオードの平均光出力パワーをモニタするモニタ部と、
モニタされた平均光出力パワーが一定となるようパルス電流をフィードバック制御するAPC回路と、
前記レーザダイオードから出力される光信号の消光比を制御する消光比制御部と、
を備え、前記消光比制御部は、
前記APC回路のフィードバックループを遮断してAPC制御を中断させる中断部と、
APC制御の中断中に、バイアス電流とパルス電流の和を一定に保ちながらそれぞれの値を変化させたときの平均光出力パワーの変化の仕方に基づいて、前記レーザダイオードのしきい値電流を検出するしきい値電流検出部と、
バイアス電流をしきい値電流近傍に設定するバイアス電流設定部と、
バイアス電流が設定された後、フィードバックループの遮断を解除してAPC制御を再開させる再開部と、
を備えることを特徴とするレーザダイオード駆動回路。 A laser diode driving circuit for driving a laser diode by supplying a driving current in which a pulse current is superimposed on a bias current,
A monitor unit for monitoring the average optical output power of the laser diode;
An APC circuit that feedback-controls the pulse current so that the monitored average optical output power is constant;
An extinction ratio control unit for controlling an extinction ratio of an optical signal output from the laser diode;
The extinction ratio control unit comprises
An interruption unit for interrupting the APC control by interrupting the feedback loop of the APC circuit;
The threshold current of the laser diode is detected based on how the average optical output power changes when each value is changed while the sum of the bias current and pulse current is kept constant while the APC control is interrupted. A threshold current detector to perform,
A bias current setting unit for setting the bias current in the vicinity of the threshold current;
After the bias current is set, a resumption unit that releases the interruption of the feedback loop and resumes APC control;
A laser diode driving circuit comprising:
前記レーザダイオードの平均光出力パワーをモニタするモニタステップと、
モニタされた平均光出力パワーが一定となるようパルス電流をフィードバック制御するAPC制御ステップと、
前記レーザダイオードから出力される光信号の消光比を制御する消光比制御ステップと、
を備え、前記消光比制御ステップは、
APC制御のフィードバックループを遮断してAPC制御を中断させる中断ステップと、
APC制御の中断中に、バイアス電流とパルス電流の和を一定に保ちながらそれぞれの値を変化させたときの平均光出力パワーの変化の仕方に基づいて、前記レーザダイオードのしきい値電流を検出するしきい値電流検出ステップと、
バイアス電流をしきい値電流近傍に設定するバイアス電流設定ステップと、
バイアス電流が設定された後、フィードバックループの遮断を解除してAPC制御を再開させる再開ステップと、
を備えることを特徴とするレーザダイオード駆動方法。 A laser diode driving method for driving a laser diode by supplying a drive current obtained by superimposing a pulse current on a bias current,
A monitoring step of monitoring an average optical output power of the laser diode;
An APC control step for feedback-controlling the pulse current so that the monitored average optical output power is constant;
An extinction ratio control step for controlling an extinction ratio of an optical signal output from the laser diode;
The extinction ratio control step comprises:
An interruption step of interrupting the APC control by interrupting the feedback loop of the APC control;
The threshold current of the laser diode is detected based on how the average optical output power changes when each value is changed while the sum of the bias current and pulse current is kept constant while the APC control is interrupted. A threshold current detection step to perform,
A bias current setting step for setting the bias current in the vicinity of the threshold current;
After the bias current is set, a restart step for releasing the interruption of the feedback loop and restarting the APC control;
A laser diode driving method comprising:
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