JP2011253843A - 半導体レーザ駆動装置及び光通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光バースト信号を出力するタイミングで間欠的にオン状態となる半導体レーザ素子の温度変化に追従して変調電流を制御することができる半導体レーザ駆動装置及び光通信装置を提供する。
【解決手段】制御部７０は、温度検出部７１で検出した半導体レーザ素子の周囲の温度に対応する変調電流の振幅を出力する。積分器７５は、信号生成部７４で生成した信号に基づいて、半導体レーザ素子に変調電流が供給されていない時間の長さに応じた振幅補正量を生成する。減算器７７は、Ｄ／Ａ変換器７３を介して出力された変調電流の振幅から、電圧／電流変換器７６を介して出力された振幅補正量を減算することにより、変調電流の振幅を補正する。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体レーザ素子に断続信号を間欠的に供給する半導体レーザ駆動装置及び該半導体レーザ駆動装置を備える光通信装置に関する。

近年、光技術の進展により、光ファイバを介しての大容量データの通信を可能とした光ブロードバンドが様々なところで使用されるようになった。光ブロードバンドによるアクセス技術には、光配線形態の違いにより異なる方式が採用されている。例えば、ＰＯＮ（Passive Optical Network）方式は、ユーザ側に設置する端末装置（ＯＮＵ：Optical Network Unit）、局側に設置する終端装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）、光ファイバを分岐する光スプリッタなどにより構成される。

ＯＮＵは、半導体レーザ素子を備える。ＯＮＵからＯＬＴへ光信号を送信する場合、それぞれのＯＮＵは、送信許可が得られたタイミングの間に光バースト信号を送信する。つまり、各ＯＮＵは、半導体レーザ素子に間欠的に供給される断続信号（変調電流）により、時分割で上り光バースト信号を送信する。

一方で、半導体レーザ素子の電流・光変換特性は、半導体レーザ素子の周囲の温度や経年変化により変化することが知られている。そこで、半導体レーザ素子から出力される光バースト信号ごとの平均光パワーを測定し、変調電流を予め決められた値だけ変化させ、その変化に対応する平均光パワーの差分値を基準差分値と比較して基準変調電流を制御することにより、周囲の温度や経年変化により電流・光変換特性が変化しても消光比を制御することができる技術が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００４−５６１５０号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、基準差分値、基準変調電流の設定には、半導体レーザ素子の周囲に設置されたサーミスタ（温度センサ）により測定された温度を用いる。半導体レーザ素子は、光バースト信号を発するタイミングで間欠的にオン状態となるため、光バースト信号を出力するタイミングと光バースト信号を出力しないタイミングとの境で半導体レーザ素子の温度は急激（瞬間的）に変化する。このため、周囲の温度を測定するサーミスタでは、半導体レーザ素子の急激な温度変化には追従することができず、バーストデューティ比（例えば、間欠的に光バースト信号を出力する時間長と、光バースト信号を出力しない時間長との比）に依存して半導体レーザ素子の電流・光変換特性が変化するという問題がある。

例えば、半導体レーザ素子の電流・光変換効率は、半導体レーザ素子の温度が高いほど悪くなる。このため、温度センサで周囲の温度を検出し、検出した温度を用いて予め設定したルックアップテーブルを参照して変調電流の制御を行うフィードフォワード制御では、周囲の温度が高いほど変調電流の振幅が大きくなるようにルックアップテーブルが設定されている。そして、特に半導体レーザ素子がオン状態になった直後には、半導体レーザ素子の温度は低温から急激に上昇する。低温時の半導体レーザ素子の電流・光変換効率が良いため、変調電流の振幅が大きくなり過ぎて、消光比過大となり、光ファイバへの伝送特性に支障をきたす場合もあった。

また、変調電流の制御方式は、フィードフォワード制御が主流であるが、半導体レーザ素子の急激な温度変化に追従すべく変調電流の制御にフィードバック制御方式を採用する場合には、オペアンプ等の部品点数が多くなり、コストアップの要因となるだけではなく、装置の小型化も困難となり、現実的ではない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、光バースト信号を出力するタイミングで間欠的にオン状態となる半導体レーザ素子の温度変化に追従して変調電流を制御することができる半導体レーザ駆動装置及び該半導体レーザ駆動装置を備える光通信装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る半導体レーザ駆動装置は、半導体レーザ素子の周囲の温度に応じて、該半導体レーザ素子に間欠的に供給される断続信号の振幅を調整する振幅調整部を備える半導体レーザ駆動装置において、前記断続信号が供給されているか否かを示す信号を生成する信号生成部と、前記信号の前記断続信号が供給されていない時間の長さに応じた振幅補正量を生成する振幅補正量生成部と、前記振幅調整部で調整した振幅を前記振幅補正量で補正する補正部とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る半導体レーザ駆動装置は、第１発明において、前記補正部は、前記振幅調整部で調整した振幅を前記振幅補正量で減算するようにしてあることを特徴とする。

第３発明に係る半導体レーザ駆動装置は、第１発明又は第２発明において、前記振幅補正量生成部は、前記断続信号が供給されていない時間の長／短に応じて、振幅補正量を多／少とすべく生成するようにしてあることを特徴とする。

第４発明に係る半導体レーザ駆動装置は、第１発明乃至第３発明のいずれか１項において、前記信号生成部で生成した信号を積分する積分器を備え、前記振幅補正量生成部は、前記積分器の出力値を振幅補正量とすることを特徴とする。

第５発明に係る半導体レーザ駆動装置は、第４発明において、前記積分器は、ＲＣ積分回路であることを特徴とする。

第６発明に係る半導体レーザ駆動装置は、第４発明又は第５発明において、前記積分器の時定数は、前記半導体レーザ素子の熱時定数に近似していることを特徴とする。

第７発明に係る光通信装置は、前述の発明のいずれか１つに係る半導体レーザ駆動装置を備えることを特徴とする。

第１発明にあっては、断続信号が供給されているか否かを示す信号を生成する信号生成部と、当該信号の断続信号が供給されていない時間の長さに応じた振幅補正量を生成する振幅補正量生成部と、振幅調整部で調整した振幅を振幅補正量で補正する補正部とを備える。断続信号は、変調電流であって、半導体レーザ素子に流れる電流である。すなわち、半導体レーザ素子に変調電流が供給されると半導体レーザ素子が光バースト信号（光変調信号）を出力し、半導体レーザ素子に変調電流が供給されない場合、半導体レーザ素子は光バースト信号を出力しない。信号生成部は、断続信号が供給されているか否かを示す信号を生成する。当該信号は、例えば、断続信号が供給されている時間と供給されていない時間とを示す二値信号である。振幅補正量生成部は、信号生成部で生成した信号において、断続信号が供給されていない時間の長さに応じた振幅補正量を生成する。例えば、断続信号が供給されていない時間が長いほど振幅補正量を大きくする。なお、振幅補正量の生成には、リアルタイムで生成する構成だけでなく、予め複数の振幅補正量を定めておき、時間の長さに応じて、いずれかの振幅補正量を選択する構成も含む。

補正部は、振幅補正量生成部で生成した振幅補正量に基づいて、断続信号の振幅を補正する。例えば、断続信号が供給されていない時間が長いほど半導体レーザ素子がオフ状態である時間が長いので、半導体レーザ素子の温度は低下する。半導体レーザ素子の温度が低いほど電流・光変換効率が良くなり、同じ振幅の変調電流に対して光バースト信号の振幅が大きくなる（光強度が強くなる）。そこで、半導体レーザ素子の温度の低下度合いを断続信号が供給されていない時間長で推定して振幅補正量を求め、断続信号の振幅を振幅補正量で補正する。これにより、半導体レーザ素子の温度変化による光バースト信号の変動を抑制することができ、半導体レーザ素子の温度変化に追従して変調電流を制御することができる。

第２発明にあっては、補正部は、断続信号の振幅を振幅補正量で減算する。断続信号が供給されていない時間では、半導体レーザ素子の周囲の温度に比べて半導体レーザ素子の温度は急激に低下するため、断続信号が再び供給された場合、同じ振幅の変調電流に対して光バースト信号の振幅が大きくなる。そこで、振幅調整部で調整した断続信号の振幅から振幅補正量を減算して、断続信号の振幅を小さくすることで、特に断続信号の供給開始時の半導体レーザ素子の温度低下による光バースト信号の増加を抑制することができる。

第３発明にあっては、振幅補正量生成部は、断続信号が供給されていない時間の長／短に応じて、振幅補正量を多／少とすべく生成する。断続信号が供給されていない時間が長い場合には、半導体レーザ素子の温度低下の度合いが大きく、断続信号が供給されていない時間が短い場合には、半導体レーザ素子の温度低下の度合いが小さいので、半導体レーザ素子の温度変化に応じた振幅補正量を求めることができる。これにより、半導体レーザ素子の温度変化に追従して変調電流を制御することができる。

第４発明にあっては、信号生成部で生成した信号を積分する積分器を備える。振幅補正量生成部は、積分器の出力値を振幅補正量とする。信号生成部で生成した信号が、例えば、断続信号が供給されていない時間でハイレベルであり、断続信号が供給されている時間でローレベルである二値信号である場合、積分器の出力値は、当該信号がハイレベルである時間で所定の時定数で徐々に増加し、当該信号がハイレベルからローレベルに移行する時点で出力値は最も大きな値となる。そして、当該信号がローレベルである時間で出力値は所定の時定数で徐々に減少する。すなわち、断続信号が供給されている時間では、積分器の出力値は所定の時定数で徐々に減少する。積分器の出力値を振幅補正量とすることにより（例えば、断続信号の振幅を振幅補正量で減算することにより）、補正前の断続信号の振幅を時間の経過とともに所定の時定数で徐々に小さくすることができる。

第５発明にあっては、積分器は、ＲＣ積分回路である。ＲＣ積分回路は、抵抗とコンデンサとで構成される分圧回路である。これにより、簡単な構成により、半導体レーザ素子の温度変化を推定して断続信号の振幅を補正することができる。

第６発明にあっては、積分器の時定数は、半導体レーザ素子の熱時定数に近似している。熱を持った半導体レーザ素子が自然に冷却する現象は、過渡現象として表すことができ、熱時定数は、例えば、ある温度から目標温度まで変化するのに要する時間をいう。積分器の時定数及び半導体レーザ素子の熱時定数は、変化率６３．２％を標準（τ）として設定することができる。なお、半導体レーザ素子の熱時定数は、半導体レーザ素子の構造、基板等への実装方法などにより異なるので、予め実験等で温度変化のデータを収集して設定しておくことができる。積分器の時定数を半導体レーザ素子の熱時定数に近似させることにより、半導体レーザ素子の温度変化に合わせて精度良く断続信号の振幅を補正することができる。

第７発明にあっては、光通信装置は、半導体レーザ駆動装置を備えるので、光バースト信号の立ち上がり直後でも消光比が過大になることを抑制し伝送特性が変動することを防止できる。

本発明によれば、半導体レーザ素子の温度の低下度合いを断続信号が供給されていない時間長で推定して振幅補正量を求め、断続信号の振幅を振幅補正量で補正することにより、半導体レーザ素子の温度変化による光バースト信号の変動を抑制することができ、半導体レーザ素子の温度変化に追従して変調電流を制御することができる。

本実施の形態の光通信装置によるデータ通信の様子を示す模式図である。 本実施の形態の半導体レーザ駆動装置の要部構成の一例を示すブロック図である。 本実施の形態の変調電流調整部の構成の一例を示すブロック図である。 本実施の形態の積分器の構成の一例を示す回路図である。 変調電流のタイミング調整の一例を示すタイミングチャートである。 半導体レーザ素子の温度と電流・光変換特性との関係の一例を示す模式図である。 振幅補正量を生成する一例を示すタイムチャートである。 振幅補正量を用いた変調電流の補正例を示すタイムチャートである。 補正前後の光変調信号の一例を示すタイムチャートである。 半導体レーザ素子の電流・光変換特性、補正後の変調電流及び光変調信号の関係を示す模式図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態の光通信装置によるデータ通信の様子を示す模式図であり、図２は本実施の形態の半導体レーザ駆動装置１の要部構成の一例を示すブロック図である。本実施の形態の光通信装置は、例えば、ＰＯＮ（Passive Optical Network）方式において、ユーザ側に設置される端末装置であるＯＮＵ（Optical Network Unit）１００である。なお、ＯＮＵ１００は、半導体レーザ駆動装置１、ＴＯＳＡ（Transmitter Optical Subassembly）３０などを備える。

図１に示すように、複数のＯＮＵ１００が、光ファイバ、スプリッタを介して局側の終端装置であるＯＬＴ（Optical Line Terminal）２００に接続されている。ＯＮＵ１００からＯＬＴ２００へデータを送信する場合、仮に各ＯＮＵ１００が同一タイミングでデータを送信した場合、光スプリッタの地点でデータ衝突が生じる。これを避けるため、ＯＬＴ２００から各ＯＮＵ１００へデータ送信の許可を通知することにより、各ＯＮＵ１００は、許可されたタイミングでデータ（光バースト信号）を送信する。すなわち、ＯＮＵ１００は、時分割で光バースト信号を送信する。なお、光バースト信号としては、例えば、１２６０ｎｍ〜１３６０ｎｍの通信波長帯を用いることができる。

図２に示すように、ＴＯＳＡ３０は、半導体レーザ素子（レーザダイオード）３１、半導体レーザ素子３１で出力される光バースト信号をモニタするフォトダイオード３２などを備える。フォトダイオード３２は、半導体レーザ素子３１の光強度（光出力）に応じたモニタ電流を後述のバイアス電流調整部５へ出力する。

半導体レーザ駆動装置１は、半導体レーザ素子３１に断続信号（以下、「変調電流」とも称する。）を間欠的に供給する。本実施の形態では、断続信号は変調電流を意味する。なお、変調電流が纏まって存在する状態の信号をバースト信号と称する。すなわち、半導体レーザ素子３１は、バースト信号が入力（供給）されると、バースト信号に応じて光バースト信号を出力する。バースト信号に対応して、光バースト信号も光変調信号が纏まって存在する状態の信号となる。

半導体レーザ駆動装置１は、半導体レーザ素子３１に変調電流を供給するために、ＦＥＴ１１、１２、１３、変調電流源５１、変調電流調整部７、抵抗２１、２２、２３、コンデンサ２４、コイル２５、マイクロストリップライン４１、４２、４３、４４などを備える。

また、半導体レーザ駆動装置１は、半導体レーザ素子３１にバイアス電流を供給するために、バイアス電流調整部５、Ｄ／Ａ変換器６、バイアス電流源５２、ＦＥＴ１４、コイル２６などを備える。さらに、半導体レーザ駆動装置１は、半導体レーザ素子３１に供給するバイアス電流が安定した後に変調電流を供給するために、タイミング調整部４を備える。

電源電圧ＶＤＤ１には、抵抗２１を介してＦＥＴ１１のドレインを接続し、抵抗２２を介してＦＥＴ１２のドレインを接続してある。ＦＥＴ１２のドレインには、直列に接続されたマイクロストリップライン４１、４３の一端を接続し、他端には半導体レーザ素子３１のアノードを接続してある。また、ＦＥＴ１１のドレインには、直列に接続されたマイクロストリップライン４２、４４の一端を接続し、他端には半導体レーザ素子３１のカソードを接続してある。

半導体レーザ素子３１のアノード・カソード間には、抵抗２３とコンデンサ２４の直列回路を接続してある。マイクロストリップライン４１の中途部は、抵抗２５を介して電源電圧ＶＤＤ１に接続してある。また、マイクロストリップライン４２の中途部は、コイル２６を介してＦＥＴ１４のドレインを接続してある。ＦＥＴ１４のソースには、一端が接地されたバイアス電流源５２の他端を接続してある。

マイクロストリップライン４１〜４４は、例えば、プリント基板上の一方の面に接地側のパターンを配置し、他方の面に信号ラインのパターンを配置したもので、特性インピーダンスは、一例として２５Ωである。

ＦＥＴ１１、１２のソースは、ともにＦＥＴ１３のドレインに接続してあり、ＦＥＴ１２のソースは、一端が接地された変調電流源５１の他端を接続してある。ＦＥＴ１１、１２のゲートには、互いに逆相の差動信号が不図示のデータ送信部から入力される。差動信号がＦＥＴ１１、１２のゲートに入力されることにより、ＦＥＴ１１、１２は、一方がオンとなり他方がオフとなる状態を繰り返す。本実施の形態では、差動信号の伝送速度は、ＩＥＥＥ８０２．３ａｖの規格に基づいており、１０．３１２５Ｇｂｉｔ／ｓである。

不図示のデータ送信部から出力されたバーストオン／オフ切替信号は、ＦＥＴ１４のゲート及びタイミング調整部４へ出力される。タイミング調整部４の出力端は、ＦＥＴ１３のゲートに接続してある。タイミング調整部４は、バーストオン／オフ切替信号が入力された時点から所要の遅延時間経過後にバーストオン／オフ切替信号をＦＥＴ１３のゲートへ出力する。

フォトダイオード３２のカソードには、電源電圧ＶＤＤ２を接続してあり、フォトダイオード３２のアノードは、バイアス電流調整部５を接続してある。バイアス電流調整部５は、Ｄ／Ａ変換器６を介してバイアス電流源５２のバイアス電流を制御する。また、変調電流調整部７は、変調電流源５１の変調電流を制御する。なお、本実施の形態では、変調電流の制御は、フィードフォワード制御方式を採用し、バイアス電流の制御は、フィードバック制御方式が採用されている。以下、変調電流調整部７の構成について説明する。

図３は本実施の形態の変調電流調整部７の構成の一例を示すブロック図である。変調電流調整部７は、制御部７０、温度検出部７１、記憶部７２、Ｄ／Ａ変換器７３、信号生成部７４、積分器７５、電圧／電流変換器７６、減算器７７などを備える。

温度検出部７１は、温度センサであり、半導体レーザ素子３１が実装された基板などの付近に設置され、半導体レーザ素子３１の周囲の温度を検出し、検出した温度情報を制御部７０へ出力する。

記憶部７２は、ルックアップテーブルを記憶してある。ルックアップテーブルは、例えば、半導体レーザ素子３１の周囲の温度と変調電流とを対応付けた温度テーブルであり、温度が高いほど変調電流の値（振幅）を大きくし、温度が低いほど変調電流の値（振幅）を小さくする関係を定める。なお、温度と変調電流の対応関係は、個々のデジタル値を定めたものでもよく、あるいは関係式を定めたものでもよい。

なお、半導体レーザ素子３１の周囲の温度の高低に応じて、変調電流の振幅を大小とするのは、後述するように、半導体レーザ素子３１の周囲の温度が高くなるにつれて、半導体レーザ素子３１の電流・光変換効率が悪くなるため、効率低下を補うべく変調電流の振幅を大きくする必要があるからである。

制御部７０は、半導体レーザ素子３１の周囲の温度に応じて、半導体レーザ素子３１に間欠的に供給される変調電流の振幅を調整する振幅調整部としての機能を有する。制御部７０は、温度検出部７１で検出した半導体レーザ素子３１の周囲の温度に対応する変調電流の振幅（デジタル値）を決定し、Ｄ／Ａ変換器７３を介して決定した変調電流の振幅となるように変調電流源５１を制御する。

信号生成部７４は、不図示のデータ送信部からの情報に基づいて、変調電流（断続信号）が供給されているか否かを示すバースト・ディセーブル信号を生成する。バースト・ディセーブル信号は、例えば、変調電流が供給されていない時間でハイレベルであり、変調電流が供給されている時間でローレベルである二値信号である。

積分器７５は、変調電流が供給されていない時間の長さに応じた振幅補正量を生成する振幅補正量生成部としての機能を有する。すなわち、積分器７５は、出力値を振幅補正量とする。例えば、積分器７５は、変調電流が供給されていない時間が長いほど振幅補正量を大きくする。なお、振幅補正量の生成には、リアルタイムで生成する構成だけでなく、予め複数の振幅補正量を定めておき、時間の長さに応じて、いずれかの振幅補正量を選択する構成も含む。

図４は本実施の形態の積分器７５の構成の一例を示す回路図である。積分器７５は、ＲＣ積分回路であり、抵抗７５１とコンデンサ７５２とで構成される分圧回路である。信号生成部７４で生成したバースト・ディセーブル信号が、例えば、変調電流が供給されていない時間でハイレベルであり、変調電流が供給されている時間でローレベルである二値信号である場合、積分器７５の出力値は、バースト・ディセーブル信号がハイレベルである時間で所定の時定数（図４の例では、抵抗７５１、コンデンサ７５２の値の積で定まる時定数τ）で徐々に増加し、バースト・ディセーブル信号がハイレベルからローレベルに移行する時点で出力値は最も大きな値となる。そして、バースト・ディセーブル信号がローレベルである時間で出力値は所定の時定数で徐々に減少する。すなわち、変調電流が供給されている時間では、積分器７５の出力値は所定の時定数で徐々に減少する。

なお、積分器７５の構成は、図４の例に限定されるものではなく、変調電流が供給されていない時間が長くなるに応じて出力値が徐々に増加（減少しない）するものであれば、他の構成でもよい。例えば、演算増幅器の入力端の一方に抵抗を接続し、当該一方の入力端と出力端との間にコンデンサを接続した構成でもよく、あるいは他の構成でもよい。

減算器７７は、制御部７０で調整した変調電流の振幅を振幅補正量で補正する補正部としての機能を有する。すなわち、減算器７７は、Ｄ／Ａ変換器７３を介して出力された変調電流の振幅から、電圧／電流変換器７６を介して出力された振幅補正量を減算することにより、変調電流の振幅を補正する。

次に、本実施の形態の半導体レーザ駆動装置１の動作について説明する。まず、半導体レーザ素子３１の光出力を安定させるためのタイミング調整について説明する。

図５は変調電流のタイミング調整の一例を示すタイミングチャートである。図５において、上段はバーストオン／オフ切替信号のタイムチャートを示し、下段は光バースト信号のタイムチャートを示す。なお、以下の説明では、適宜図１〜図３を参照する。

半導体レーザ駆動装置１により半導体レーザ素子３１を駆動する場合、データ送信部（不図示）からバーストオン／オフ切替信号が、ＦＥＴ１４のゲート及びタイミング調整部４へ出力される。バーストオン／オフ切替信号がＦＥＴ１４のゲートに入力された場合、ＦＥＴ１４はオンとなり、バイアス電流源５２は、電源電圧ＶＤＤ１、コイル２５、マイクロストリップライン４１〜４４、コイル２６などを介して半導体レーザ素子３１にバイアス電流を流す。これにより、図５下段に示すように、半導体レーザ素子３１は、光バイアス信号を出力する。

フォトダイオード３２は、光バイアス信号を受光して、光バイアス信号に対応するモニタ電流をバイアス電流調整部５へ出力する。バイアス電流調整部５は、光バイアス信号が所望の値になるように、バイアス電流源５２を制御する。また、バイアス電流調整部５は、半導体レーザ素子３１の光出力を制御する機能も有する。

タイミング調整部４は、半導体レーザ素子３１の光出力が安定するまでには、ある程度の時間を要するため、安定に要する時間に相当する遅延時間だけ遅延させてバーストオン／オフ切替信号をＦＥＴ１３のゲートへ出力する。これにより、ＦＥＴ１３は、ＦＥＴ１４がオンした後、遅延時間だけ遅れてオンとなる。

ＦＥＴ１３がオンとなった状態において、差動信号（例えば、ハイレベル）がＦＥＴ１１のゲートに入力された場合、変調電流源５１は、電源電圧ＶＤＤ１、抵抗２２、マイクロストリップライン４１〜４４などを介して半導体レーザ素子３１に変調電流を流す。一方、差動信号（例えば、ハイレベル）がＦＥＴ１２のゲートに入力された場合、ＦＥＴ１１はオフとなるので、半導体レーザ素子３１には変調電流が流れない。このように、差動信号に対応した変調電流が半導体レーザ素子３１に流れるので、半導体レーザ素子３１は、図５下段に示すような光変調信号が纏まって存在する状態の光バースト信号を出力する。

すなわち、半導体レーザ素子３１に変調電流が供給されると半導体レーザ素子３１が光バースト信号（光変調信号）を出力し、半導体レーザ素子３１に変調電流が供給されない場合、半導体レーザ素子３１は光バースト信号を出力しない。

次に、半導体レーザ素子３１の電流・光変換特性について説明する。図６は半導体レーザ素子３１の温度と電流・光変換特性との関係の一例を示す模式図である。図６において、横軸は半導体レーザ素子３１に流れる電流を示し、縦軸は半導体レーザ素子３１の光強度（光出力）を示す。

図６に示すように、半導体レーザ素子３１の温度が低い場合、比較的少ない電流閾値で半導体レーザ素子３１が発振し、変調電流の増加に対して光強度は大きい傾きで増加する。一方、半導体レーザ素子３１の温度が常温から高温になるに応じて、電流閾値が徐々に増加するとともに、変調電流に対する光強度の増加割合は小さくなる。すなわち、半導体レーザ素子３１の電流・光変換効率は、半導体レーザ素子３１の温度が高いほど悪くなる。

このため、記憶部７２に記憶したルックアップテーブルは、半導体レーザ素子３１の周囲の温度が高いほど変調電流の値（振幅）を大きくし、温度が低いほど変調電流の値（振幅）を小さくするような関係を定めてある。

図７は振幅補正量を生成する一例を示すタイムチャートである。図７において、上段はバースト信号、すなわち半導体レーザ素子３１に流れる変調電流を示し、中段は信号生成部７４で生成するバースト・ディセーブル信号を示し、下段は積分器７５の出力値を示す。

図７に示すように、バースト・ディセーブル信号は、変調電流が供給されていない時間（バースト信号なしの時間）でハイレベルであり、変調電流が供給されている時間（バースト信号ありの時間）でローレベルである二値信号である。積分器７５の出力値は、バースト・ディセーブル信号がハイレベルである時間で所定の時定数（図４の例では、抵抗７５１、コンデンサ７５２の値の積で定まる時定数τ）で徐々に増加し、バースト・ディセーブル信号がハイレベルからローレベルに移行する時点で出力値は最も大きな値となる。そして、バースト・ディセーブル信号がローレベルである時間で出力値は所定の時定数τで徐々に減少する。すなわち、変調電流が供給されている時間では、積分器７５の出力値は所定の時定数で徐々に減少する。

なお、図７の例では、バースト・ディセーブル信号は、変調電流が供給されていない時間（バースト信号なしの時間）でハイレベル（正電圧）であり、変調電流が供給されている時間（バースト信号ありの時間）でローレベル（ゼロ電圧）である二値信号であったが、これに限定されるものではない。例えば、バースト・ディセーブル信号が、変調電流が供給されていない時間（バースト信号なしの時間）でローレベル（負電圧）であり、変調電流が供給されている時間（バースト信号ありの時間）でハイレベル（ゼロ電圧）である二値信号でもよい。この場合、積分器７５の出力値は、バースト・ディセーブル信号がローレベル（負電圧）である時間で所定の時定数（図４の例では、抵抗７５１、コンデンサ７５２の値の積で定まる時定数τ）で徐々に減少し、バースト・ディセーブル信号がローレベル（負電圧）からハイレベル（ゼロ電圧）に移行する時点で出力値は最も小さく（負の値、ただし絶対値は最も大きな値）なる。そして、バースト・ディセーブル信号がハイレベル（ゼロ電圧）である時間で出力値は所定の時定数τで徐々に負電圧からゼロ電圧に向かって増加する（絶対値は減少する）。すなわち、変調電流が供給されている時間では、積分器７５の出力値は所定の時定数で徐々に負の値をとりながら増加する。すなわち、振幅補正量は負の値をとる。したがって、変調電流の振幅を振幅補正量で補正する場合、負の振幅補量を加算すればよい。負の値の振幅補正量を加算することは、振幅補正量の絶対値で減算することに相当する。本実施の形態では、変調電流の振幅を振幅補正量で減算することは、負の振幅補正量を加算することも含む。

本実施の形態では、積分器７５の出力値のうち、図７で模様を付した部分を振幅補正量として用いる。以下、この点について説明する。

半導体レーザ素子３１に変調電流が供給されていない時間（バースト・ディセーブル信号がハイレベルである時間）が長いほど半導体レーザ素子３１がオフ状態である時間が長いので、半導体レーザ素子３１の温度は低下する。また、半導体レーザ素子３１の温度が低いほど電流・光変換効率が良くなり、同じ振幅の変調電流に対して光バースト信号の振幅が大きくなる（光強度が強くなる）。そこで、半導体レーザ素子３１の温度の低下度合いを、変調電流が供給されていない時間長（バースト・ディセーブル信号がハイレベルである時間長）で推定して振幅補正量を求め、変調電流の振幅を振幅補正量で補正する。これにより、半導体レーザ素子３１の温度変化による光バースト信号の変動を抑制することができ、半導体レーザ素子３１の温度変化に追従して変調電流を制御することができる。

図８は振幅補正量を用いた変調電流の補正例を示すタイムチャートである。図８（Ａ）は補正前の変調電流を示し、図８（Ｂ）は積分器７５の出力値に基づく振幅補正量を示し、図８（Ｃ）は補正後の変調電流を示す。

減算部７７は、制御部７０で調整した変調電流の振幅を積分器７５で生成した振幅補正量で減算して変調電流を補正する。なお、振幅補正量で減算するので、図８の例では振幅補正量の時間的変化の様子が、便宜上図７で示す出力値のうち模様を付した部分と上下が逆になった形となっている。

半導体レーザ素子３１に変調電流が供給されていない時間では、半導体レーザ素子３１の周囲の温度に比べて半導体レーザ素子３１の温度は急激に（瞬間的に）低下するため、変調電流が再び供給された場合、同じ振幅の変調電流に対して光バースト信号の振幅が大きくなる。そこで、変調電流の振幅から振幅補正量を減算して、変調電流の振幅を小さくすることで、特に変調電流の供給開始時の半導体レーザ素子３１の温度低下による光バースト信号の増加を抑制することができる。

また、積分器７５は、変調電流が供給されていない時間の長／短に応じて、出力値としての振幅補正量を多／少とすべく生成することができる。変調電流が供給されていない時間が長い場合には、半導体レーザ素子３１の温度低下の度合いが大きく、変調電流が供給されていない時間が短い場合には、半導体レーザ素子３１の温度低下の度合いが小さいので、半導体レーザ素子３１の温度変化に応じた振幅補正量を求めることができる。これにより、半導体レーザ素子３１の温度変化に追従して変調電流を制御することができる。

また、積分器７５の出力値を振幅補正量とすることにより（上述のように、変調電流の振幅を振幅補正量で減算することにより）、変調電流の振幅を時間の経過とともに所定の時定数で徐々に小さくすることができる。

また、積分器７５は、ＲＣ積分回路である。ＲＣ積分回路は、抵抗とコンデンサとで構成される分圧回路である。これにより、簡単な構成により、半導体レーザ素子３１の温度変化を推定して変調電流の振幅を補正することができる。

積分器７５の時定数は、半導体レーザ素子３１の熱時定数に近似している。熱を持った半導体レーザ素子３１が自然に冷却する現象は、過渡現象として表すことができ、熱時定数は、例えば、ある温度から目標温度まで変化するのに要する時間をいう。積分器７５の時定数及び半導体レーザ素子３１の熱時定数は、変化率６３．２％を標準（τ）として設定することができる。なお、半導体レーザ素子３１の熱時定数は、半導体レーザ素子３１の構造、基板等への実装方法などにより異なるので、予め実験等で温度変化のデータを収集して設定しておくことができる。積分器７５の時定数を半導体レーザ素子３１の熱時定数に近似させることにより、半導体レーザ素子３１の温度変化に合わせて精度良く断続信号の振幅を補正することができる。

なお、積分器７５の時定数を半導体レーザ素子３１の熱時定数に近似させる場合、例えば、積分器７５の時定数を半導体レーザ素子３１の熱時定数の±１０％以内とすることができる。すなわち、変化率６３．２％に到達するまでに要する時間の差分が変化率６３．２％に到達するまで要する時間の±１０％以内とすることができる。なお、近似の範囲はこれに限定されるものでなく、±５％程度であってもよい。半導体レーザ駆動装置１に要求される仕様等に基づいて設定すればよい。

図９は補正前後の光変調信号の一例を示すタイムチャートである。図９（Ａ）は補正前の変調電流及び光変調信号を示し、図９（Ｂ）は補正後の変調電流及び光変調信号を示す。変調電流は半導体レーザ素子３１に流れる電流であり、光変調信号は半導体レーザ素子３１から出力される光信号である。

図９（Ａ）に示すように、補正前の場合、半導体レーザ素子３１に変調電流が流れ始める（立ち上がり）直前時点では半導体レーザ素子３１の温度が低下しているため、電流・光変換効率が良い。このため、半導体レーザ素子３１の光変調信号は、特に立ち上がり時点で大きくなり消光過大となる。

図９（Ｂ）に示すように、補正後の場合、半導体レーザ素子３１に変調電流が徐々に増加（例えば、半導体レーザ素子３１の熱時定数に近似する時定数で）するようにできるので、変調電流の振幅が小さい分だけ半導体レーザ素子３１の光変調信号が減少し、結局は立ち上がり時点の過大部分が相殺され、ほぼ一定（均一な）光変調信号を得ることができる。

図１０は半導体レーザ素子３１の電流・光変換特性、補正後の変調電流及び光変調信号の関係を示す模式図である。変調電流が電流閾値を超えると半導体レーザ素子３１が発振し、半導体レーザ素子３１は光変調信号を出力し、光出力は急激に増加する。半導体レーザ素子３１の光出力（光強度）は、半導体レーザ素子３１に流れる変調電流の振幅に比例する。

半導体レーザ素子３１の電流・光変換特性は、半導体レーザ素子３１の温度が高くなると、電流閾値は増加する。また、半導体レーザ素子３１の温度が高くなると、同じ振幅の変調電流に対する光変調信号の振幅（光強度）は小さくなる。

補正後の変調電流は、時間の経過とともにＩｂ＋Ｉｍｏｄ１からＩｂ＋Ｉｍｏｄ２となる。ただし、Ｉｍｏｄ１＜Ｉｍｏｄ２である。ここで、Ｉｂはバイアス電流を、Ｉｍｏｄ１及びＩｍｏｄ２は共に変調電流を示している。変調電流の振幅は、時間の経過とともに増加する。この振幅の包絡線は、積分器７５の時定数により定まる出力値の変化と同じである。

そして、積分器７５の時定数は、半導体レーザ素子３１の熱時定数に近似させてあるので、半導体レーザ素子３１の光変調信号の振幅は立ち上がり直後から一定となる。

上述の実施の形態では、振幅補正量を求めるために積分器７５の出力値を用いる構成であったが、振幅補正量の生成は積分器に限定されるものではない。半導体レーザ素子３１に変調電流が供給されていない時間の長短に応じて振幅補正量が大小となるものであれば、他の構成を用いることもできる。例えば、半導体レーザ素子３１に変調電流が供給されていない時間に比例して直線的に増加する振幅補正量を出力する回路を用いてもよい。

上述の実施の形態において、バースト信号がローレベル、すなわち、半導体レーザ素子３１に変調電流が流れていないバースト・ディセーブル期間は、ＯＮＵの使用状態に応じて異なる。半導体レーザ素子３１に変調電流が供給されていない時間が余り長くなく、積分器７５の出力値が最大値まで到達しない（飽和状態にならない）場合、バースト・ディセーブル期間が変動するので振幅補正量も変動するため本実施の形態を用いることができる。一方、半導体レーザ素子３１に変調電流が供給されていない時間が充分に長く、当該時間の途中で積分器７５の出力値が最大値まで到達するような（飽和状態になる）場合では、予め振幅補正量を設定しておくことができる。

開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ ＯＮＵ
３１ 半導体レーザ素子
１ 半導体レーザ駆動装置
７ 変調電流調整部
７０ 制御部（振幅調整部）
７１ 温度検出部
７２ 記憶部
７３ Ｄ／Ａ変換器
７４ 信号生成部
７５ 積分器（振幅補正量生成部、ＲＣ積分回路）
７６ 電圧／電流変換器
７７ 減算器（補正部）

Claims (7)

1. 半導体レーザ素子の周囲の温度に応じて、該半導体レーザ素子に間欠的に供給される断続信号の振幅を調整する振幅調整部を備える半導体レーザ駆動装置において、
   前記断続信号が供給されているか否かを示す信号を生成する信号生成部と、
   前記信号の前記断続信号が供給されていない時間の長さに応じた振幅補正量を生成する振幅補正量生成部と、
   前記振幅調整部で調整した振幅を前記振幅補正量で補正する補正部と
   を備えることを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
2. 前記補正部は、
   前記振幅調整部で調整した振幅を前記振幅補正量で減算するようにしてあることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ駆動装置。
3. 前記振幅補正量生成部は、
   前記断続信号が供給されていない時間の長／短に応じて、振幅補正量を多／少とすべく生成するようにしてあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ駆動装置。
4. 前記信号生成部で生成した信号を積分する積分器を備え、
   前記振幅補正量生成部は、
   前記積分器の出力値を振幅補正量とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体レーザ駆動装置。
5. 前記積分器は、ＲＣ積分回路であることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ駆動装置。
6. 前記積分器の時定数は、前記半導体レーザ素子の熱時定数に近似していることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の半導体レーザ駆動装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の半導体レーザ駆動装置を備えることを特徴とする光通信装置。

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