JP2012141335A

JP2012141335A - 非冷却光半導体装置

Info

Publication number: JP2012141335A
Application number: JP2010291862A
Authority: JP
Inventors: Norio Okada; 規男岡田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-07-26
Also published as: US20120162743A1; CN102593712A; US8427732B2; CN102593712B

Abstract

【課題】簡単な構成により、光変調信号の平均強度を一定に保つように電界吸収型光変調器のバイアス電圧を正確に制御することができる非冷却光半導体装置を得る。
【解決手段】半導体レーザ１はレーザ光を出力する。電界吸収型光変調器２がレーザ光を吸収する光量は、電界吸収型光変調器２に印加される電圧により変化する。電界吸収型光変調器２がレーザ光を吸収した時に光吸収電流が発生する。モニタフォトダイオード４は、半導体レーザ１の背面光をモニタする。ＡＰＣ（Auto Power Control）回路５は、モニタフォトダイオード４の受光電流を、半導体レーザ１に供給するバイアス電流にフィードバックする。バイアス回路６は、電界吸収型光変調器２の光吸収電流の平均値を、電界吸収型光変調器２に印加するバイアス電圧にフィードバックする。
【選択図】図１

Description

本発明は、簡単な構成により、光変調信号の平均強度を一定に保つように電界吸収型光変調器のバイアス電圧を正確に制御することができる非冷却光半導体装置に関する。

電界吸収型光変調器が吸収する光量は、印加される電圧が一定でも、温度に応じて変化する。このため、一定温度に維持する冷却を行わない非冷却光半導体装置では、温度に応じて電界吸収型光変調器に与えるバイアス電圧を調整する必要がある。

従来の非冷却光半導体装置では、ある温度に対して電界吸収型光変調器に与えるバイアス電圧を検査等であらかじめ決めていた。そして、温度センサで温度をモニタしながら、その温度に対応するバイアス電圧になるようにマイコン等により制御していた（例えば、特許文献１参照）。

また、電界吸収型光変調器がレーザ光を吸収した時に発生する光吸収電流のピーク値を検出して、電界吸収型光変調器に印加するバイアス電圧にフィードバックする光半導体装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−２７９４０６号公報特開平１０−１１７１７０号公報

特許文献１の装置では、あらかじめ電界吸収型光変調器の温度検査が必要である。それを組み込んだ光送受信器でもマイコンの書込みが必要である。また、温度センサでモニタした温度と電界吸収型光変調器の温度との差などにより、電界吸収型光変調器に与えるべきバイアス電圧を正確に求められない場合もある。

特許文献２の装置では、ハイレベルの電圧と光吸収電流のピーク値を比較して光吸収電流を一定に保とうとしている。このため、ドライバ回路の変調電圧のピーク検出が必要になり、構成が複雑になる。また、ピーク検出は誤差が発生しやすい。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は簡単な構成により、光変調信号の平均強度を一定に保つように電界吸収型光変調器のバイアス電圧を正確に制御することができる非冷却光半導体装置を得るものである。

本発明に係る非冷却光半導体装置は、レーザ光を出力する半導体レーザと、印加される電圧により前記レーザ光を吸収する光量が変化する電界吸収型光変調器と、前記半導体レーザの背面光をモニタするモニタフォトダイオードと、前記モニタフォトダイオードの受光電流を、前記半導体レーザに供給するバイアス電流にフィードバックするＡＰＣ（Auto Power Control）回路と、前記電界吸収型光変調器が前記レーザ光を吸収した時に発生する光吸収電流の平均値を、前記電界吸収型光変調器に印加するバイアス電圧にフィードバックするバイアス回路とを備える。

本発明は、簡単な構成により、光変調信号の平均強度を一定に保つように電界吸収型光変調器のバイアス電圧を正確に制御することができる。

本発明の実施の形態１に係る非冷却光半導体装置を示す図である。電界吸収型光変調器の負バイアスと光出力の関係の一例を示す図である。電界吸収型光変調器の負バイアスと光吸収電流の関係の一例を示す図である。本発明の実施の形態２に係る非冷却光半導体装置を示す図である。本発明の実施の形態３に係る非冷却光半導体装置を示す図である。本発明の実施の形態４に係る非冷却光半導体装置を示す図である。

本発明の実施の形態に係る非冷却光半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る非冷却光半導体装置を示す図である。半導体レーザ１はレーザ光を出力する。電界吸収型光変調器２は、レーザ光を吸収して変調し、光変調信号を出力する。ドライバ回路３は、電界吸収型光変調器２に変調電圧を印加する。電界吸収型光変調器２がレーザ光を吸収する光量は、電界吸収型光変調器２に印加される電圧により変化する。電界吸収型光変調器２がレーザ光を吸収した時に光吸収電流が発生する。

モニタフォトダイオード４は、半導体レーザ１の背面光をモニタする。ＡＰＣ（Auto Power Control）回路５は、モニタフォトダイオード４の受光電流を、半導体レーザ１に供給するバイアス電流にフィードバックする。即ち、ＡＰＣ回路５は、モニタフォトダイオード４の受光電流を一定に保つようにバイアス電流を制御する。従って、半導体レーザ１から電界吸収型光変調器２に入力されるレーザ光のパワーは、ある温度で設定すれば、その後に温度変動があっても一定に保たれる。

バイアス回路６は、電界吸収型光変調器２にバイアス電圧を印加する。その際に、バイアス回路６は、電界吸収型光変調器２の光吸収電流を平滑化してその平均値を検出し、電界吸収型光変調器２に印加するバイアス電圧にフィードバックする。従って、バイアス回路６は、光吸収電流の平均値を一定に保つようにバイアス電圧を制御する。

続いて、本実施の形態の効果について説明する。図２は、電界吸収型光変調器の負バイアスと光出力の関係の一例を示す図である。図３は、電界吸収型光変調器の負バイアスと光吸収電流の関係の一例を示す図である。０℃の時は負バイアスが小さくても光を吸収するが、８０℃になると負バイアスを大きくしないと光を吸収しなくなる。これは、電界吸収型光変調器の光吸収特性が強い波長依存性を持っていて、温度変化に対応して入射光の波長が変化するために起こる一般的な現象である。

このように、電界吸収型光変調器２の光吸収量と負バイアスの関係は温度によって変化する。そこで、本実施の形態では、電界吸収型光変調器２の光吸収電流をバイアス電圧にフィードバックする。従って、バイアス電圧は、ある温度で設定すれば、その後に温度変動があっても一定に保たれる。これにより、電界吸収型光変調器２の光吸収量を温度によらず一定に保つことができる。

ただし、電界吸収型光変調器２の光吸収電流は、変調電圧に追従して変調する。そこで、本実施の形態では、光吸収電流の平均値を検出して、バイアス電圧にフィードバックする。これにより、電界吸収型光変調器２から出力される光変調信号の平均強度を一定に保つことができる。

また、温度ごとに最適なバイアス電圧になるようにマイコン制御する必要がなく、光吸収電流の平均値をバイアス電圧に直接フィードバックするだけなので、構成が簡単である。そして、光吸収電流の平均値の検出は、光吸収電流のピーク値の検出に比べて、誤差が発生しにくい。

よって、本実施の形態に係る非冷却光半導体装置は、簡単な構成により、光変調信号の平均強度を一定に保つように電界吸収型光変調器のバイアス電圧を正確に制御することができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る非冷却光半導体装置を示す図である。ドライバ回路３は、容量７を介して電界吸収型光変調器２のアノードに接続されている。電界吸収型光変調器２に並列に整合抵抗８が接続されている。

バイアス回路６は、インダクタ９と、抵抗１０と、差動増幅回路１１と、反転増幅回路１２とを有する。インダクタ９は抵抗でもコイルでもよい。インダクタ９の一端は、電界吸収型光変調器２のアノードに接続されている。抵抗１０の一端は、インダクタ９の他端に接続されている。差動増幅回路１１は、オペアンプＯＡ１と抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を有する。反転増幅回路１２は、抵抗Ｒ５，Ｒ６とトランジスタＴｒと端子Ｔ１からなるエミッタ接地回路と、オペアンプＯＡ２からなるボルテージフォロワ回路とを有する。端子Ｔ１には、オフセット電圧の初期値が与えられる。

続いて、バイアス回路６の動作について説明する。インダクタ９は交流成分をカットし、容量７はドライバ回路３からの直流成分をカットする。一般的に信号線路のインピーダンスは５０Ωで整合を取るので、インダクタ９のインピーダンスを交流成分に対して５０Ωよりも十分大きくすれば交流成分をカットできる。例えば、インダクタ９のインピーダンスを１ｋΩ以上（５０Ωの２０倍以上）にする。これにより、バイアス回路６に流れる電流は、電界吸収型光変調器２側からの成分のみになる。

電界吸収型光変調器２から流れてくる光吸収電流により抵抗１０の両端に電位差が発生する。この電位差を差動増幅回路１１が例えば１０倍に増幅する。差動増幅回路１１の出力電圧が小さくなると、トランジスタＴｒによる降下電圧が小さくなるため、反転増幅回路１２の出力電圧は上がる。よって、差動増幅回路１１及び反転増幅回路１２は、抵抗１０の両端の電位差が小さいほど大きな負バイアスを抵抗１０の他端に印加する。これにより、光吸収電流が大きくなると、負バイアスは０Ｖに近づく。逆に光吸収電流が小さくなると、負バイアスが大きくなる。この結果、バイアス回路６は、光吸収電流を一定に保つように動作する。また、インダクタ９と抵抗１０が光吸収電流を平滑化するので、光吸収電流の平均値が検出される。

なお、負バイアスを整合抵抗８の抵抗値で割った値の電流が光吸収電流と一緒にバイアス回路６に流れ込んでくる。しかし、この整合抵抗８による電流は、一般的に温度変化をほとんど持たないため、動作には影響しない。整合抵抗８は、ドライバ回路３からの変調電流との積で変調電圧振幅を作るため、０Ωより大きければ問題ない。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係る非冷却光半導体装置を示す図である。実施の形態１の構成に更に容量１３が設けられている。容量１３の一端は電界吸収型光変調器２とバイアス回路６の接続点に接続され、容量１３の他端はＧＮＤに接続されている。

電源投入時にＡＰＣ回路５が安定する前にバイアス回路６が安定すると、電界吸収型光変調器２に入力されるレーザ光のパワーが安定していない状態で光吸収電流を一定に保とうとするので、動作が不安定になる。

そこで、本実施の形態では、容量１３によりバイアス回路６のフィードバック動作の時定数を遅くしている。従って、電源投入時にＡＰＣ回路５が安定するよりもバイアス回路６が安定する方が遅くなる。これにより、電界吸収型光変調器２に入力されるレーザ光のパワーが安定した状態で光吸収電流を一定に保とうとするので、動作が安定する。

なお、容量１３を設ける代わりに、電源シーケンスによりＡＰＣ回路５の後にバイアス回路６が立ち上がるようにしても同様の効果が得られる。

実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４に係る非冷却光半導体装置を示す図である。実施の形態２の構成に更に容量１４が設けられている。容量１４は、整合抵抗８とＧＮＤの間に接続されている。この容量１４により整合抵抗８からのＤＣ成分がカットされるので、バイアス回路６には光吸収電流のみ流れる。従って、電界吸収型光変調器のバイアス電圧を更に正確に制御することができる。

１半導体レーザ
２電界吸収型光変調器
４モニタフォトダイオード
５ＡＰＣ回路
６バイアス回路
８整合抵抗
９インダクタ
１０抵抗
１１差動増幅回路
１２反転増幅回路
１４容量

Claims

レーザ光を出力する半導体レーザと、
印加される電圧により前記レーザ光を吸収する光量が変化する電界吸収型光変調器と、
前記半導体レーザの背面光をモニタするモニタフォトダイオードと、
前記モニタフォトダイオードの受光電流を、前記半導体レーザに供給するバイアス電流にフィードバックするＡＰＣ（Auto Power Control）回路と、
前記電界吸収型光変調器が前記レーザ光を吸収した時に発生する光吸収電流の平均値を、前記電界吸収型光変調器に印加するバイアス電圧にフィードバックするバイアス回路とを備えることを特徴とする非冷却光半導体装置。
前記バイアス回路は、
一端が前記電界吸収型光変調器のアノードに接続されたインダクタと、
一端が前記インダクタの他端に接続された抵抗と、
前記抵抗の両端の電位差が小さいほど大きな負バイアスを前記抵抗の他端に印加する回路とを有することを特徴とする請求項１に記載の非冷却光半導体装置。
電源投入時に前記ＡＰＣ回路が安定するよりも前記バイアス回路が安定する方が遅いことを特徴とする請求項１又は２に記載の非冷却光半導体装置。
前記電界吸収型光変調器に並列に接続された整合抵抗と、
前記整合抵抗とＧＮＤの間に接続された容量とを更に備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の非冷却光半導体装置。