JP2011243599A - 光送信器 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ系の光結合率の環境温度依存性を相殺して、トラッキングエラーを解消することができる光送信モジュール（光送信器）を提供する。
【解決手段】ＨＲ面２１ａとＡＲ面２１ｂを有する半導体レーザ素子２１と、ＡＲ面２１ｂからの出力光を集光する集光レンズ２６と、ＨＲ面２１ａとＡＲ面２１ｂからの出力光の強度を一定に維持する光強度維持手段（第１の電圧制御型電流源２５等）と、集光レンズ２６の出力光を第１の分波光と第２の分波光の二波に分波する光分波器２７と、駆動電流端子３２ａを有し、駆動電流端子３２ａに入力される駆動電流に応じて前記第１の分波光を増幅又は減衰して出力する半導体光増幅器３２と、前記第２の分波光の強度、又は、前記第２の分波光の強度とＨＲ面２１ａからの出力光の強度に応じて前記駆動電流を出力する駆動電流出力手段（第２の電圧制御型電流源３１等）と、を有する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は光通信などに用いられる光送信モジュール（光送信器）に関するものである。

ブロードバンドの普及により、通信の光化が進み、それを支える高性能、高機能、高信頼な光部品技術がより重要となってきている。光送信モジュールとは、光信号を送信する送信部を有する光部品である。基本的な光送信モジュールは、送信光を出力する半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子の高反射率面からの出力光をモニタする受光素子と、前記半導体レーザ素子の低反射率面からの出力光を光ファイバの端面に集光する集光レンズとから構成される。

前記半導体レーザ素子の出力光強度は、前記半導体レーザ素子への注入電流が一定の場合、環境温度の変動に伴い変化する。そのため、環境温度変化に依らず、所望の送信光強度を得るためには、前記注入電流を制御する必要がある。その制御方式には、フィードバック型とフィードフォワード型がある。
前者は、制御対象の値を検出し、その検出値を目標値と比較し前記検出値と前記目標値の差分を帰還（フィードバック）する方式である。後者は、事前に外乱に対する適切な制御値を記憶媒体に記憶しておき、外乱検出時に当該検出値に対する制御値を前記記憶媒体から読込んで制御する方式である。
上述の光送信モジュールの構成要素である受光素子は、半導体レーザ素子の送信光強度のフィードバック制御を行うために用いる。

図１０には従来の一般的な光送信モジュールの構成を示す。図１０に示すように従来の光送信モジュール１０は半導体レーザ素子１と、受光素子２と、電流-電圧変換器３と、比較増幅器４と、電圧制御型電流源５と、集光レンズ６とを有して成るものである。

半導体レーザ素子１は、高反射率（ＨＲ） 面１ａと低反射率（ＡＲ）面１ｂを有する端面発光型の構造をとるものである。半導体レーザ素子１のＡＲ面１ｂ側には集光レンズ６が配置され、半導体レーザ素子１のＨＲ面１ａ側には受光素子２が配置されている。
図１０中のＰａは半導体レーザ素子１のＡＲ面１ｂからの出力光（送信光）の強度、Ｐｏは集光レンズ６により集光された出力光（送信光）の強度、Ｐｈは半導体レーザ素子１のＨＲ面１ａからの出力光（モニタ光）の強度、Ｉｍは受光素子２の受光電流、Ｖｍは電流-電圧変換器３の出力電圧、Ｖｒは基準電圧、Icntは半導体レーザ素子１の駆動電流である。

そして、レンズ系（集光レンズ６）の集光レンズ６の光入出力特性における係数（比例定数）である光結合率をＣ、受光素子２の受光率（入力光強度-受光電流変換効率）をＳ、半導体レーザ素子１のＨＲ面１ａとＡＲ面１ｂの反射率比( ＰｈとＰａの光出力強度比)をＲとし、これらの積をＣＳＲとすると、光送信モジュール１０の出力光強度Ｐｏは、Ｐｏ＝ＣＳＲ・Ｉｍと表せる。従って、もしＣＳＲが環境温度に依らず一定であれば、受光素子２の受光電流Ｉｍが目標値に到達するように前述のフィードバック制御を行なうと、光送信モジュール１０の出力光強度Ｐｏも安定値に保持される。

特開２００４−３４９６０６号公報 特開２００５−２１００９２号公報

しかしながら、実際の光送信モジュール１０では、集光レンズ６の光結合率Ｃが環境温度によって変化するため、この光結合率Ｃと受光素子２の受光率Ｓと半導体レーザ素子１の反射率比Ｒの積ＣＳＲも環境温度変化に伴って変化する。このため、受光素子２の電流Ｉｍを一定に制御しようとするフィードバック制御系では、光送信モジュール１０の出力光強度Ｐｏが、ＣＳＲの変化分に応じて目標値から乖離するという問題がある。

この目標値からの乖離は、トラッキングエラー（ＴＥ）と呼ばれ、ＴＥ＝Ｐｏ（Ｔａ＝Ｔ）−Ｐｏ（Ｔａ＝Ｔｒ）（Ｉｍ：一定）で定義される。ここで、Ｔａは環境温度である。Ｔは実際の環境温度Ｔａである。Ｔｒは基準となる環境温度Ｔａであり、例えばＴｒ＝２５℃とする。ＴＥが０に近い程、光学系の温度依存性が小さいことを示し、制御の観点からみて望ましい。

つまり、ＨＲ面１ａとＡＲ面１ｂを有する半導体レーザ素子１を光源とした光送信モジュール１０では、ＨＲ面１ａ側の微小な出力光強度をモニタし、ＡＲ面１ｂ側及びＨＲ１ａ面側の出力光強度を一定にするための制御系が組まれており、ＡＲ面１ｂ側の出力光は、レンズ系（集光レンズ６）を通して光ファイバ等の端面に集光されユーザ側に送信されるが、レンズ系（集光レンズ６）の光結合率は環境温度によって変化するため、光送信モジュール２０の送信光強度が、その環境温度の変化に応じて目標値から乖離する（トラッキングエラー）という問題がある。このため、トラッキングエラーの解消が望まれていた。

従って本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、レンズ系の光結合率の環境温度依存性を相殺して、トラッキングエラーを解消することができる光送信モジュール（光送信器）を提供することを課題としている。

上記課題を解決する第１発明の光送信器は、高反射率面と低反射率面を有する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の前記低反射率面からの出力光を集光する集光器と、
前記半導体レーザ素子の前記高反射率面と前記低反射率面からの出力光の強度を一定に維持する光強度維持手段と、
前記集光器の出力光を第１の分波光と第２の分波光の二波に分波する温度無依存型の光分波器と、
駆動電流端子を有し、前記駆動電流端子に入力される駆動電流に応じて前記第１の分波光を増幅又は減衰して出力する光増幅減衰手段と、
前記第２の分波光の強度に応じて前記駆動電流を出力する駆動電流出力手段と、
を有することを特徴とする。

また、第２発明の光送信器は、高反射率面と低反射率面を有する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の前記低反射率面からの出力光を集光する集光器と、
前記半導体レーザ素子の前記高反射率面と前記低反射率面からの出力光の強度を一定に維持する光強度維持手段と、
前記集光器の光出力を第１の分波光と第２の分波光の二波に分波する温度無依存型の光分波器と、
駆動電流端子を有し、前記駆動電流端子に入力される駆動電流に応じて前記第１の分波光を増幅又は減衰して出力する光増幅減衰手段と、
前記第２の分波光の強度と前記半導体レーザ素子の前記高反射率面からの出力光の強度に応じて前記駆動電流を出力する駆動電流出力手段と、
を有することを特徴とする。

また、第３発明の光送信器は、第１又は第２発明の光送信器において、
前記光増幅減衰手段は、温度無依存且つ偏波無依存型の半導体光増幅器であることを特徴とする。

また、第４発明の光送信器は、第２発明の光送信器において、
前記光増幅減衰手段は、温度無依存且つ偏波無依存型の半導体光増幅器であり、
前記駆動電流出力手段は、前記半導体光増幅器の光入出力の利得が、前記第２の分波光の強度と前記半導体レーザ素子の前記高反射率面からの出力光の強度との強度比に比例するように、前記半導体光増幅器の駆動電流を出力する構成であることを特徴とする。

また、第５発明の光送信器は、第１又は第２発明の光送信器において、
前記光強度維持手段は、
前記半導体レーザ素子の前記高反射率面からの出力光を電流に変換する受光素子と、
前記受光素子の受光電流を電圧に変換する電流-電圧変換器と、
前記第１の電流-電圧変換器の出力電圧と基準電圧とを比較し、前記出力電圧と前記基準電圧の差分を増幅して電圧を出力する比較増幅器と、
前記比較増幅器の出力電圧を前記半導体レーザ素子の駆動電流に変換して出力する電圧制御型電流源と、
を有して成る構成であることを特徴とする。

また、第６発明の光送信器は、第４発明の光送信器において、
前記駆動電流出力手段は、
前記半導体レーザ素子の前記高反射率面からの出力光を電流に変換する第１の受光素子と、
前記受光素子の受光電流を電圧に変換する第１の電流-電圧変換器と、
前記第２の分波光を電流に変換する第２の受光素子と、
前記第２の受光素子の受光電流を電圧に変換する第２の電流-電圧変換器と、
前記第１の電流-電圧変換器の出力電圧と前記第２の電流-電圧変換器の出力電圧との電圧比を演算し、その演算結果の電圧比に応じた電圧を出力する演算器と、
前記演算器の出力電圧を前記半導体光増幅器の駆動電流に変換して出力する電圧制御型電流源と、
を有して成る構成であることを特徴とする。

また、第７発明の光送信器は、第３，第４又は第６発明の何れか１つの光送信器において、
前記半導体光増幅器と前記光分波器の間に光アイソレータを設けて、前記半導体光増幅器の端面から前記半導体レーザ素子の前記低反射率面への戻り光を前記光アイソレータで遮断する構成としたことを特徴とする。

本発明の光送信器では、光分波器の第２の分波光の強度に応じて、又は、光分波器の第２の分波光の強度及び半導体レーザ素子の高反射率面からの出力光の強度に応じて駆動電流出力手段から出力される駆動電流に応じて、光増幅減衰手段（半導体光増幅器）で光分波器の第１の分波光を増幅又は減衰することにより、集光器（レンズ系）の環境温度依存性を相殺して、トラッキングエラーが解消することができる。このため光分波器（光増幅減衰手段）の出力光強度は、一定の強度に保持される。
また、半導体光増幅器と光分波器の間に設けた光アイソレータ３３によって、半導体光増幅器の端面から半導体レーザ素子の低反射率面への戻り光を遮断することができる。

本発明の実施の形態例に係る光送信モジュールの構成を示すブロック図である。 前記光送信モジュールの環境温度Ｔａの時間変化を示すグラフである。 前記光送信モジュールに備えた半導体レーザ素子の駆動電流Icnt１の時間変化を示すグラフである。 前記光送信モジュールに備えた半導体レーザ素子の高反射率面側の光出力強度Ｐ３の時間変化を示すグラフである。 前記光送信モジュールに備えた半導体レーザ素子の低反射率面側の光出力強度Ｐ４の時間変化を示すグラフである。 前記光送信モジュールに備えた集光レンズの光入出力特性における比例定数Clnzの温度依存性を示すグラフである。 前記光送信モジュールに備えた集光レンズの光出力強度Ｐ２の時間変化を示すグラフである。 前記光送信モジュールに備えた半導体光増幅器の駆動電流Icnt２の時間変化を示すグラフである。 前記光送信モジュールに備えた半導体光増幅器の光出力強度Ｐ１の時間変化を示すグラフである。 従来の光送信モジュールの構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の実施の形態例に係る光送信モジュール（光送信器）２０は、従来の光送信モジュール１０（図１０）と同様に半導体レーザ素子２１と、第１の受光素子２２と、第１の電流-電圧変換器２３と、比較増幅器２４と、第１の電圧制御型電流源２５と、集光器（レンズ系）である集光レンズ２６とを備えている。
そして更に本光送信モジュール２０は、レンズ系の環境温度依存性を相殺してトラッキングエラー（ＴＥ）を解消するために光分波器２７と、第２の受光素子２８と、第２の電流-電圧変換器２９と、演算器３０と、第２の電圧制御型電流源３１と、光増幅減衰手段としての半導体光増幅器３２とを備えている。
また、本光送信モジュール２０は、第１の光アイソレータ３３と、第２の光アイソレータ３４も備えている。

半導体レーザ素子２１は、高反射率（ＨＲ） 面２１ａと低反射率（ＡＲ）面２１ｂを有する端面発光型の構造をとるものである。半導体レーザ素子２１のＡＲ面２１ｂ側には集光レンズ２５が配置され、半導体レーザ素子２１のＨＲ面２１ａ側には受光素子２２が配置されている。

半導体レーザ素子２１のＡＲ面２１ｂからの出力光（送信光）は、集光レンズ２５によって集光される。図１中のＰ３はＡＲ面２１ａからの出力光（送信光）の強度であり、Ｐ２は集光レンズ２５の出力光（モニタ光）の強度である。

半導体レーザ素子２１のＨＲ面２１ａからの出力光（モニタ光）は、第１の受光素子２２で受光されて第１の受光電流Im１に変換され、第１の電流-電圧変換器２３で第１の出力電圧Vm１に変換される。即ち、第１の受光素子２２ではＨＲ面２１ａからの出力光強度（受光素子２２への入力光強度）Ｐ４に応じた受光電流Im１を出力し、第１の電流-電圧変換器２３では受光電流Im１を電圧Vm１に変換して出力する。
比較増幅器２４は、第１の電流-電圧変換器２３の出力電圧Vm１と基準電圧Ｖｒとを比較し、前記出力電圧Vm１と前記基準電圧Ｖｒの差分（偏差）を増幅して、電圧Vcnt１を出力する。
電圧制御型電流源２５は、比較増幅器２４から出力電圧Vcnt１を受け、この出力電圧Vcnt１に応じた半導体レーザ素子２１の駆動電流（制御電流）Icnt１を出力する（即ち出力電圧Vcnt１を駆動電流Icnt１に変換して出力する）。

半導体レーザ素子２１は、駆動電流Icnt１によって駆動されることにより、ＨＲ面２１ａとＡＲ面２１ｂからそれぞれ光を出力する。かくして、半導体レーザ素子２１のＨＲ面２１ａとＡＲ面２１ｂからの出力光強度Ｐ４，Ｐ３に対するフィードバック制御が行なわれる。つまり、第１の受光素子２２の受光電流Ｉｍ１が目標値に到達するようにフィードバック制御が行なわれる。その結果、半導体レーザ素子２１の出力光強度Ｐ４，Ｐ３が一定に維持される。
即ち、第１の受光素子２２、第１の電流-電圧変換器２３、比較増幅器２４及び第１の電圧制御型電流源２５は、半導体レーザ素子２１の出力光強度Ｐ４，Ｐ３を一定に維持するための光強度維持手段を構成している。

そして更に本光送信モジュール２０では、レンズ系の環境温度依存性を相殺してトラッキングエラー（ＴＥ）を解消するために以下のような動作をする。

光分波器２７は温度無依存型のものであり、集光レンズ２６の出力光を第１の分波光と第２の分波光の二波に分波する。
光分波器２７から出力される第２の分波光は、第２の受光素子２８で受光されて第２の受光電流Im２に変換され、第２の電流-電圧変換器２９で第２の出力電圧Vm２に変換される。即ち、第２の受光素子２８では第２の分波光の強度（受光素子２７への入力光強度）P2_2に応じた受光電流Im２を出力し、第２の電流-電圧変換器２９では受光電流Im２を電圧Vm２に変換して出力する。

演算器３０は、第１の電流-電圧変換器２３の出力電圧Vm１と第２の電流-電圧変換器２９の出力電圧Vm２の電圧比（＝Vm１／Vm２）を算出し、この電圧比に応じた電圧Vcnt２を出力する。前記電圧比は半導体レーザ素子２１のＨＲ面２１ａからの出力光（モニタ光）の強度Ｐ４と、光分波器２７の分波光強度P2_2との強度比（＝Ｐ４／P2_2）に相当する。
第２の電圧制御型電流源３１は、演算器３０から出力電圧Vcnt２を受け、この出力電圧Vcnt２に応じた半導体光増幅器３２の駆動電流（制御電流）Icnt２を出力する（即ち出力電圧Vcnt2を駆動電流Icnt2に変換して出力する）。この駆動電流Icnt２は前記電圧比（前記強度比）に応じたものである。

即ち、第１の受光素子２２、第１の電流-電圧変換器２３、第２の受光素子２８、第２の電流-電圧変換器２９、演算器３０及び第２の電圧制御型電流源３１は、第２の分波光の強度P2_2と半導体レーザ素子２１のＨＲ面２１ａからの出力光強度Ｐ４に応じて駆動電流Icnt２を出力するための駆動電流出力手段を構成している。そして、この駆動電流出力手段では、半導体光増幅器３２の光入出力の利得が、第２の分波光の強度P2_2と半導体レーザ素子２１のＨＲ面２１ａからの出力光の強度Ｐ４との強度比に比例するように半導体光増幅器３２へ駆動電流Icnt２を出力する。

半導体光増幅器３２は温度無依存且つ偏波無依存型のものであり、駆動電流端子３２ａを有しており、この駆動電流端子３２ａに第２の電圧制御型電流源３１から出力された駆動電流Icnt２が入力される。そして、半導体光増幅器３２は、第２の電圧制御型電流源３１からの駆動電流Icnt２に依存した増幅率又は減衰率をもって、光分波器２７から出力される第１の分波光を増幅又は減衰し、光ファイバ４０の端面に集光する。即ち、半導体光増幅器３２では、駆動電流Icnt２に応じた増幅率又は減衰率で第１の分波光の強度P2_1を増幅又は減衰することにより、光強度Ｐ１の出力光を出力する。

また、半導体光増幅器３２の入力側（半導体光増幅器３２と光分波器２７の間）には第１の光アイソレータ３３が設けられており、半導体光増幅器３２の端面から半導体レーザ素子２１のＡＲ面２１ｂへの戻り光を、この第１の光アイソレータ３２によって遮断する構成となっている。
また、半導体光増幅器３２の出力側には第２の光アイソレータ３４が設けられており、光ファイバ４０や光ファイバ４０に接続された光学機器（図示せず）などからの半導体光増幅器３２への戻り光を、この第２の光アイソレータ３４によって遮断する構成となっている。

以上のように、本光送信モジュール２０では、環境温度Ｔａの変化によって、集光レンズ２６の光入出力特性における係数（比例定数）である光結合率（光入出力比率）Clnzが変化しても、上記のような出力電圧Vm１と出力電圧Vm２の電圧比（出力光強度Ｐ４と分波光強度P2_2との強度比）に応じた半導体光増幅器３１における第１の分波光の増幅又は減衰による光出力制御を行なうことにより、前記光結合率Clnzの変化を含む分波光強度P2_1の成分、即ち前記光結合率Clnzの変化に応じた分波光強度P2_1の変化分が、相殺される。結果として、本光送信モジュール２０の光出力強度Ｐ１は、レンズ系（集光レンズ２５）の温度依存性による出力変動の影響を受けなくなり（即ちトラッキングエラーが解消され）、半導体レーザ素子２１の出力光を一定（Im１：一定）にする系において、安定に保持される。

上記実施の形態例の数値計算結果を以下に示す。
まず、本発明の効果を説明するために、本実施の形態例の光送信モジュール２０（図１）における従来の光送信モジュール（図１０）の光出力制御系（フィードバック制御系）と同様の部分について、数値計算をした結果を以下に示す。

図１において、半導体レーザ素子２１のＡＲ面２１ｂからの光出力強度をＰ３(ｔ)、半導体レーザ素子２１のＨＲ面２１ａ側からの光出力強度をＰ４(ｔ)、第１の受光素子２２の受光率（入力光強度-受光電流変換効率）をＳ１、第１の電流-電圧変換器２３の変換利得をＺ１、第１の電流-電圧変換器２３の出力電圧をVm1(ｔ)、半導体レーザ素子２１の駆動電流（制御電流）をIcnt1(ｔ)とする。

この従来と同様のフィードバック制御系の部分において、時刻ｔからdtだけ時間が進んだ時のIcnt1(t+dt)は、一般的な比例、積分制御系に準じるとし、下記の式1.1の様に記述する。式1.1の右辺の第２項は、適当なフィルタ時定数を持つローパスフィルタLPFによってVm1(ｔ)の高周波成分を除去した値と、基準電圧Ｖｒとの差分（偏差）を合成利得Ｇで増幅した値を示している。この第２項におけるＧは比較増幅器２４と第１の電圧制御型電流源２５の合成された線形利得である。本系では、Ｇ＝0.5、 Ｖｒ=1.0とする。なお、Icnt1(ｔ)は、ＶｒとVm1(ｔ)の偏差(Ｖｒ−Vm1(ｔ))に対する比例項と積分項に分けるような一般的な式とし、これらの比例項と積分項の和を合成利得Ｇで増幅するような式にしてもよい。

出力電圧Vm1(ｔ)は、下記の式1.2によって算出する。
環境温度Ｔａは、時間に依って変化し、下記の式1.3で定義する。即ち、環境温度Ｔａの時間変化を図２のように定義する。
半導体レーザ素子２１の光出力強度Ｐ３(ｔ)は、下記の式1.4のように駆動電流Icnt(ｔ)に比例するものとする。この式1.4における比例定数（半導体レーザ素子２１の注入電流-光強度変換利得）Cldは、下記の式1.7のように環境温度Ｔａの一次関数で定義し、この式1.7における定数a0はa0＝−0.0067とする。

また、半導体レーザ素子２１のＨＲ面２１ａ側とＡＲ面２１ｂ側の反射率比（Ｐ３(ｔ)とＰ４(ｔ)の光出力強度比）をＲとし、Ｐ３(ｔ)とＰ４(ｔ)の関係は下記の式1.5で定義する。本系では、Ｒ＝0.1とする。
レンズ系（集光レンズ２６）の光結合率Clnz(Ta)は、下記の式1.8のように環境温度Ｔａの２次関数で定義する。本系では、式1.8における定数b0をb0＝0.01とする。
集光レンズ２６の光出力強度Ｐ２(ｔ)は、集光レンズ２６の光結合率Clnz(Ta)を用いて、下記の式1.6のように表すことができる。

（式1.1） Icnt1(t＋dt)＝Icnt1(ｔ)＋Ｇ＊(Vr−LPF(Vm1(ｔ))
（式1.2） Vm1(ｔ)＝Ｚ１＊Ｓ１＊Ｐ４(ｔ)
（式1.3） Ｔａ＝25 if (０≦ｔ≦2.5)
Ｔａ＝125＊(t−2.5)＋25 if (2.5＜ｔ≦2.7)
Ｔａ＝50 if (2.7＜t≦5)
Ｔａ=−125＊(t−5)＋50 if (5＜t≦5.2)
Ｔａ＝25 if (5.2＜ｔ≦7.5)
Ｔａ＝−125＊(t−7.5)＋25 if (7.5＜ｔ≦7.7)
Ｔａ＝0 if (7.7＜ｔ≦10)
（式1.4） Ｐ３(ｔ)＝Cld(Ta)＊Icnt1(ｔ)
（式1.5） Ｐ４(ｔ)＝Ｒ＊Ｐ３(ｔ)
（式1.6） Ｐ２(ｔ)＝Clnz(Ta)＊Ｐ３(ｔ)
（式1.7） Cld(Ta)＝a0＊(Ta−25)＋1
（式1.8） Clnz(Ta)＝−b0＊(Ta−25)²＋1

半導体レーザ素子２１の駆動電流Icnt1の時間変化を図３に示す。この駆動電流Icnt1によって制御された半導体レーザ素子２１の光出力強度Ｐ３(ｔ)を数値的に計算すると、この光出力強度Ｐ３(ｔ)の時間変化は図４のようになる。光出力強度Ｐ３(ｔ)は、環境温度Ｔａが変化すると、各変化点において過渡応答し、時間経過後、基準電圧Ｖｒによって決められる一定の安定値に制御される。

一方、集光レンズ２６によって集光された出力光強度Ｐ２(ｔ)を、図７に示す。図２のような環境温度Ｔａの変化に応じて集光レンズ２６の光結合率Clnzが変化するため、図７に示すように集光レンズ２６の出力光強度Ｐ２(ｔ)は、時間が経過しても、環境温度Ｔａによって異なる強度を示す。即ち、集光レンズ２６の出力光強度Ｐ２(ｔ)は、光結合率Clnzの環境温度依存性により、変化する。図６に集光レンズ２６の光結合率Clnzの温度依存性を示す。

次に、トラッキングエラーを解消するための動作について、数値計算をした結果を以下に示す。
集光レンズ２６の光出力を光分波器２７によって第１の分波光と第２の分波光に分波し、これらの分波光の強度をそれぞれ、P2_1(ｔ)、P2_2(ｔ)とすると、これらの分波光強度P2_1(ｔ)、P2_2(ｔ)は下記の式2.1，2.2で表すことができる。これらの式2.1，2.2でCcplは、光分波器２７の分光比を示し、ここではCcpl＝0.1とする。
第２の受光素子２８の受光率（入力光強度-受光電流変換効率）をＳ２、第２の電流-電圧変換器２９の変換利得をＺ２、第２の電流-電圧変換器２９の出力電圧をVm2(ｔ)とすると、この出力電圧Vm2(ｔ)は下記の式2.3で表すことができる。

演算器３０の出力電圧をVcnt2(ｔ)とすると、この出力電圧Vcnt2(ｔ)は、演算器３０の出力係数である定数c1を用いて、下記の式2.4で表すことができる。
第２の電圧制御型電流源３１の出力電流（即ち半導体光増幅器３２の駆動電流）をIcnt2(ｔ)とすると、この出力電流をIcnt2(ｔ)は、電流-電圧変換率である定数c0を用いて、下記の式2.5で表すことができる。

そして、半導体光増幅器３２の出力光強度をＰ１(ｔ)とすると、この出力光強度をＰ１(ｔ)は、半導体光増幅器３２の光入出力変換利得係数である定数Csoaを用いて、下記の式2.5で表すことができる。
本系において、Ccpl、c0、c1、Csoaは、温度や偏波に依存しない定数とし、Ccpl＝0.1, c0＝1.0, c1＝1.0, Csoa＝1.1とする。

（式2.1） P2_1(ｔ)＝(1−Ccpl)＊Ｐ２(ｔ)
（式2.2） P2_2(ｔ)＝Ccpl＊Ｐ２(ｔ)
（式2.3） Vm2(ｔ)＝Ｚ２＊Ｓ２＊P2_2(ｔ)
（式2.4） Vcnt2(ｔ)＝c1＊Vm1(ｔ)／Vm2(ｔ)
（式2.5） Icnt2(ｔ)＝c0＊Vcnt2(ｔ)
（式2.6） Ｐ１(ｔ)＝Csoa＊Icnt2(ｔ)＊P2_1(ｔ)

半導体光増幅器３２の駆動電流Icnt２の時間変化を、図８に示す。この駆動電流Icnt２によって制御された半導体光増幅器３２の出力光強度Ｐ１の時間変化を、図９に示す。環境温度Ｔａの変化による集光レンズ２６の光出力変化（出力光強度Ｐ２の変化）が、電圧比：Vm１／Vm２（光強度比：Ｐ４／P2_2）に応じた半導体光増幅器３２の増幅・減衰作用により相殺されるため、トラッキングエラーが解消されて、図９に示すとおり、光送信モジュール２０（半導体光増幅器３２）の出力光強度Ｐ１は、一定の強度に保持されている。

トラッキングエラー（ＴＥ）を、環境温度Ｔａ＝２５（℃）の値を基準として、従来の光送信モジュール１０（図１０）と、本発明の光送信モジュール２０（図１）とで比較すると、下記の通りである。

各環境温度Ｔａに対する光送信モジュールの出力光強度をＰ(Ta)とすると、ＴＥ＝Ｐ(Ta＝T)−P(Ta＝２５)で定義される。Ｔは実際の環境温度Ｔａである。図７より、従来の光送信モジュール１０においては、ＴＥ＝０ (Ta＝２５)，−２ (Ta＝５０)，−２ (Ta＝０) である。これに対して、図９より、本発明の光送信モジュール２０においては、ＴＥ＝０ (Ta＝２５), ０ (Ta＝５０), ０ (Ta＝０)であり、本発明の効果により、トラッキンエラーが解消されていることがわかる。

また、本実施の形態例の光送信モジュール２０によれば、半導体光増幅器３２と光分波器２７の間に設けた第１の光アイソレータ３３によって、半導体光増幅器３２の端面から半導体レーザ素子２１のＡＲ面２１ｂへの戻り光を遮断することができる。

なお、上記では、半導体レーザ素子２１のＨＲ面２１ａからの出力光（モニタ光）の強度Ｐ４と、光分波器２７の第２の分波光の強度P2_2との強度比（＝Ｐ４／P2_2）に応じて、半導体光増幅器３２の出力光強度Ｐ１を一定にするための駆動電流Icnt２を求めているが、必ずしもこれに限定するものではなく、少なくとも光分波器２７の第２の分波光の強度P2_2に応じて、半導体光増幅器３２の出力光強度Ｐ１を一定にするための駆動電流Icnt２を求めればよい。

本発明は光送信器に関するものであり、特にフィードバック制御下における半導体レーザ素子とレンズ系から成る光送信モジュール（光送信器）において、光出力強度特性を改善する場合に適用して有用なものである。

２１ 光送信モジュール
２１ａ ＨＲ面
２１ｂ ＡＲ面
２２ 第１の受光素子
２３ 第１の電流-電圧変換器
２４ 比較増幅器
２５ 第１の電圧制御型電流源
２６ 集光レンズ
２７ 光分波器
２８ 第２の受光素子
２９ 第２の電流-電圧変換器
３０ 演算器
３１ 第２の電圧制御型電流源
３２ 半導体光増幅器
３３ 第１の光アイソレータ
３４ 第２の光アイソレータ
４０ 光ファイバ

Claims (7)

1. 高反射率面と低反射率面を有する半導体レーザ素子と、
   前記半導体レーザ素子の前記低反射率面からの出力光を集光する集光器と、
   前記半導体レーザ素子の前記高反射率面と前記低反射率面からの出力光の強度を一定に維持する光強度維持手段と、
   前記集光器の出力光を第１の分波光と第２の分波光の二波に分波する温度無依存型の光分波器と、
   駆動電流端子を有し、前記駆動電流端子に入力される駆動電流に応じて前記第１の分波光を増幅又は減衰して出力する光増幅減衰手段と、
   前記第２の分波光の強度に応じて前記駆動電流を出力する駆動電流出力手段と、
   を有することを特徴とする光送信器。
2. 高反射率面と低反射率面を有する半導体レーザ素子と、
   前記半導体レーザ素子の前記低反射率面からの出力光を集光する集光器と、
   前記半導体レーザ素子の前記高反射率面と前記低反射率面からの出力光の強度を一定に維持する光強度維持手段と、
   前記集光器の光出力を第１の分波光と第２の分波光の二波に分波する温度無依存型の光分波器と、
   駆動電流端子を有し、前記駆動電流端子に入力される駆動電流に応じて前記第１の分波光を増幅又は減衰して出力する光増幅減衰手段と、
   前記第２の分波光の強度と前記半導体レーザ素子の前記高反射率面からの出力光の強度に応じて前記駆動電流を出力する駆動電流出力手段と、
   を有することを特徴とする光送信器。
3. 請求項１又は２に記載の光送信器において、
   前記光増幅減衰手段は、温度無依存且つ偏波無依存型の半導体光増幅器であることを特徴とする光送信器。
4. 請求項２に記載の光送信器において、
   前記光増幅減衰手段は、温度無依存且つ偏波無依存型の半導体光増幅器であり、
   前記駆動電流出力手段は、前記半導体光増幅器の光入出力の利得が、前記第２の分波光の強度と前記半導体レーザ素子の前記高反射率面からの出力光の強度との強度比に比例するように、前記半導体光増幅器の駆動電流を出力する構成であることを特徴とする光送信器。
5. 請求項１又は２に記載の光送信器において、
   前記光強度維持手段は、
   前記半導体レーザ素子の前記高反射率面からの出力光を電流に変換する受光素子と、
   前記受光素子の受光電流を電圧に変換する電流-電圧変換器と、
   前記第１の電流-電圧変換器の出力電圧と基準電圧とを比較し、前記出力電圧と前記基準電圧の差分を増幅して電圧を出力する比較増幅器と、
   前記比較増幅器の出力電圧を前記半導体レーザ素子の駆動電流に変換して出力する電圧制御型電流源と、
   を有して成る構成であることを特徴とする光送信器。
6. 請求項４に記載の光送信器において、
   前記駆動電流出力手段は、
   前記半導体レーザ素子の前記高反射率面からの出力光を電流に変換する第１の受光素子と、
   前記受光素子の受光電流を電圧に変換する第１の電流-電圧変換器と、
   前記第２の分波光を電流に変換する第２の受光素子と、
   前記第２の受光素子の受光電流を電圧に変換する第２の電流-電圧変換器と、
   前記第１の電流-電圧変換器の出力電圧と前記第２の電流-電圧変換器の出力電圧との電圧比を演算し、その演算結果の電圧比に応じた電圧を出力する演算器と、
   前記演算器の出力電圧を前記半導体光増幅器の駆動電流に変換して出力する電圧制御型電流源と、
   を有して成る構成であることを特徴とする光送信器。
7. 請求項３，４又は６の何れか１項に記載の光送信器において、
   前記半導体光増幅器と前記光分波器の間に光アイソレータを設けて、前記半導体光増幅器の端面から前記半導体レーザ素子の前記低反射率面への戻り光を前記光アイソレータで遮断する構成としたことを特徴とする光送信器。

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