JP2013041959A - 光モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光モジュールは複数のレーザダイオードと導波路型合波器を備える。レーザダイオードは、素子温度が変化するとバイアス電流の閾値とスロープ効率が変化する特性を有している(A)。導波路型合波器は、制御温度範囲内において高温時の発振波長λ1’に透過中心波長を合わせた分光特性を有している(B)。このため、外部への光出力を一定水準とすると、高温時に導波路型合波器の分光特性により光損失が最小化される分を考慮すると、高温時のバイアス電流を通常より低く設定(ΔIh低減)することができる(C)。
【選択図】図6
Description
図2は、光トランシーバ10に内蔵されたAPC回路50の構成例を概略的に示す図である。ここでは便宜上、光源器12に含まれる1つのレーザダイオード12aを対象として説明するが、その他の3つのレーザダイオード12b,12c,12dについても同様のAPC回路50が設けられている。
温度センサ62は、レーザダイオード12a近傍の温度を検出する。具体的には、温度センサ62はレーザダイオード12a近傍の温度に対応した検出電圧を出力する。温度センサ62は、例えば、レーザダイオード12a近傍の基板上に実装される。
MCU58のEEPROM34には、温度毎のレーザダイオード12aの光出力特性(バイアス電流と光出力との関係)、温度毎のレーザダイオード12aの発振波長、導波路型合波器20の分光特性が記憶されている。MCU58は温度センサ62の検出電圧から現在の温度を判定すると、レーザダイオード12aの光出力特性、レーザダイオード12aの発振波長及び導波路型合波器20の分光特性を参照して、導波路型合波器20から出力される光出力が一定となるような目標電圧Vt(温度毎のバイアス電流目標値)を設定する。温度に対する目標電圧Vtの設定は、制御温度範囲(MCU58がバイアス電流を制御する温度範囲)内において、例えば、1°C刻みの温度毎に行う。制御温度範囲は、例えば、0°C〜85°Cである。以下、制御温度範囲内において、低温は0°C程度、常温は25°C程度、高温は85°C程度とする。なお、具体的な目標値の設定例についてはさらに後述する。
図3は、導波路型合波器20の構成例を概略的に示す図である。
導波路型合波器20は、例えば3つのマッハツェンダ干渉計20a〜20cを多段に接続して構成されている。具体的には、光信号の入力段に2つのマッハツェンダ干渉計20b,20cが位置し、残る1つのマッハツェンダ干渉計20aが出力段に位置している。3つのマッハツェンダ干渉計20a〜20cは、いずれも構造的には同等(ただし分光特性は個別に異なる)の光導波路素子であるが、配置によって機能が異なる。
上記の温度ドリフト特性とは別に、レーザダイオード12a〜12d等の発光素子は、素子温度が変化するとバイアス電流の閾値やスロープ効率が変化する特性を有している。通常、バイアス電流の閾値(光出力が得られる電流値)は低温時で最も小さく、素子温度が高温側に向かって変化するほど高くなる。スロープ効率は、バイアス電流の変化に対する光出力の変化の比(出力変化幅/電流変化幅)であり、スロープ効率は低温時で最も高く、素子温度が高温側に向かって変化するほど低下する傾向にある。
以下、図5、図6を参照し、比較例との対比をもって本実施形態の有用性を検証する。図5は、レーザダイオードの光出力特性(バイアス電流と光出力との関係)を示す図である。図6は、温度毎に設定されるバイアス電流について、比較例と本実施形態とを対比して示した図である。
図5のバイアス電流−光出力の特性図に示されているように、レーザダイオード12a〜12dは、低温時にバイアス電流の閾値が最も小さく、高温時で閾値が最大となる光出力特性を有している。一方、スロープ効率は低温時に最も高く(急勾配)、高温時で低下(緩勾配)する。
Ic0<In0<Ih0
となり、高温時にバイアス電流を最大に設定する必要があることが分かる。
図6中(A)に示されているように、比較例では、導波路型合波器の分光特性を、従来一般的な手法で常温時の発振波長λ1に合わせて透過中心波長を設定するものとする。この場合、常温時の光損失(Ln)が最小となっており、高温時の発振波長λ1’及び低温時の発振波長λ1”でそれぞれ光損失(Lh,Lc)は大きくなる。なお、常温時と高温時、又は低温時との間での分光特性による損失変化幅はΔLである。
一方、図6中(B)に示されているように、本実施形態の導波路型合波器20の分光特性は、例えば波長λ1を例に挙げると、高温時の発振波長λ1’を透過中心波長に設定しているため、高温時の光損失(Lh)が最小となっている。この場合、常温時の発振波長λ1では光損失(Ln)が高温時より大きくなり、低温時の発振波長λ1”では光損失(Lc)は最も大きくなる。なお、常温と高温との間での分光特性による損失変化幅はΔLhであり、常温と低温との間での分光特性による損失変化幅はΔLcである。
図6中(C)は、比較例において、図5に示す光出力特性を有するレーザダイオードの光信号を導波路型合波器に入力し、導波路型合波器から出力される光出力が一定となるようにバイアス電流を設定した場合の図である。
図6中(C)に示されているように、比較例では、常温時のバイアス電流の目標値(In2)を設定し、常温時の光出力(Pn)とする。一方、高温時及び低温時では、分光特性による損失変化幅ΔLを補償する光出力の増加量ΔPを得るため、常温時よりも光出力(Ph,Pc)を大きくする。制御温度範囲内において、常温時の光出力(Pn)が最小となる。
図6中(D)は、本実施形態において、図5に示す光出力特性を有するレーザダイオードの光信号を導波路型合波器20に入力し、導波路型合波器20から出力される光出力が一定となるようにバイアス電流を設定した場合の図である。
図6中(D)に示されているように、本実施形態では、高温時のバイアス電流の目標値(Ih1)を設定し、高温時の光出力(Ph)とする。ここで、本実施形態の高温時の光出力(Ph)は、比較例の常温時の光出力(Pn)と同じである。一方、常温時では、分光特性による損失変化幅ΔLhを補償する光出力の増加量ΔPhを得るため、高温時よりも光出力(Pn)を大きくする。さらに、低温時では、分光特性による損失変化幅ΔLcを補償する光出力の増加量ΔPcを得るため、常温時よりも光出力(Pc)を大きくする。制御温度範囲内において、高温時の光出力(Ph)が最小となる。
本実施形態では図6中(B)に示される分光特性を用いるため、比較例よりも高温時の光出力(Ph)を低くすることができ、図6中(D)に示すように、高温時の動作ポイントを、比較例の動作ポイント(Th2)から本実施形態の動作ポイント(Th1)に左方向へ移行させることができる。これにより、高温時のバイアス電流を、比較例に比べΔIh(=Ih2−Ih1)分だけ低減できる。特に高温時は、低温時や常温時よりもバイアス電流−光出力特性の傾斜が緩いため、比較例の動作ポイント(Th2)から本実施形態の動作ポイント(Th1)に移行させたときのバイアス電流の減少(ΔIh)は他の温度に比較して大きい。このようなバイアス電流の低減効果は4つのレーザダイオード12a〜12dについて有効であるため、光トランシーバ10全体としての消費電力は比較例より大幅に少ない。
12a,12b,12c,12d レーザダイオード
20 導波路型合波器
20a,20b,20c マッハツェンダ干渉計
22 光ファイバ
30 導波路型分波器
50 APC回路
52 モニタPD
54 差動増幅器
56 電流源
58 MCU
62 温度センサ
Claims (4)
- バイアス電流の供給を受けて光信号を出力する、複数の発光素子と、
複数の前記発光素子からの複数の前記光信号が入力され、複数の前記光信号を合波し、合波した前記光信号を出力する導波路型合波器と、
前記発光素子近傍の温度を検出する温度検出器と、
前記温度検出器で検出した温度に基づいて前記バイアス電流を制御する制御回路と、
を備え、
前記発光素子は、素子温度が高温側へ変化すると発振波長が長波長側へずれる特性を有するとともに、素子温度が高温側へ変化するとバイアス電流の閾値は高くなり、スロープ効率は低下する光出力特性を有し、
前記導波路型合波器は、前記制御回路が前記バイアス電流を制御する温度範囲である制御温度範囲内において、高温時の発振波長で前記光信号の損失が最小となる分光特性を有し、
前記制御回路は、前記導波路型合波器から出力される前記光信号の光出力が一定となるように、前記バイアス電流を制御する、
光モジュール。 - 請求項1に記載の光モジュールにおいて、
前記導波路型合波器は、前記制御温度範囲内において、温度が低温側へ変化すると、前記光信号の損失が増加する前記分光特性を有し、
前記制御回路は、前記制御温度範囲内において、高温時の前記発光素子の光出力を低くし、温度が低温側へ変化すると、前記導波路型合波器から出力される前記光信号の光出力が一定となるよう前記発光素子の光出力を増加させるように、前記バイアス電流を制御する、
光モジュール。 - 請求項2に記載の光モジュールにおいて、
前記制御回路は、
前記導波路型合波器から出力される前記光信号の光出力が一定となるような前記バイアス電流の目標値を前記制御温度範囲内において温度毎に設定したマップを記憶しており、前記温度検出器で検出した温度に基づいて前記マップを参照し、前記バイアス電流の目標値を設定することにより、前記バイアス電流を制御する
光モジュール。 - 請求項1から3いずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記導波路型合波器は、多段に接続したマッハツェンダ干渉計から構成される、
光モジュール。
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