JP2014078545A - Device for driving semiconductor optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体光デバイスを多値駆動する半導体光デバイス駆動装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor optical device driving apparatus that multi-level drives a semiconductor optical device.
光信号による高速データ伝送を実現するには、半導体レーザ、発光ダイオード(LED)、半導体光増幅器、反射型半導体光増幅器、EA変調器及びLN変調器等の半導体光デバイスを高速駆動する必要がある。 In order to realize high-speed data transmission using optical signals, it is necessary to drive semiconductor optical devices such as semiconductor lasers, light emitting diodes (LEDs), semiconductor optical amplifiers, reflective semiconductor optical amplifiers, EA modulators, and LN modulators at high speed. .
光信号の信号波形は一般に伝送により劣化し、伝送エラーレートを増大させる。このような波形劣化を改善する方法として、半導体光デバイスの駆動信号を予め高域強調しておくプリエンファシス処理が知られている。 The signal waveform of an optical signal is generally deteriorated by transmission and increases the transmission error rate. As a method for improving such waveform deterioration, a pre-emphasis process in which a drive signal of a semiconductor optical device is emphasized in advance in a high frequency region is known.
特許文献1,2には、送信すべき2値データ信号を所定時間遅延すると共に反転して高域成分を生成又は抽出し、この高域成分を当該2値データ信号に対応する電流信号に加算してレーザダイオードの駆動電流とする構成が記載されている。 In Patent Documents 1 and 2, a binary data signal to be transmitted is delayed for a predetermined time and inverted to generate or extract a high frequency component, and this high frequency component is added to a current signal corresponding to the binary data signal. Thus, there is described a configuration in which the drive current of the laser diode is used.
データレートの高速化には、多値変調も有効である。しかし、半導体光デバイスを多値強度変調方式で駆動する場合、生成される光信号のパルス立ち上がりと立ち下がりが一様ではないので、特許文献1,2に記載されるようなプリエンファシス技術を適用したとしても、そのままでは、適切な高域強調を施した光信号を得ることができない。 Multi-level modulation is also effective for increasing the data rate. However, when the semiconductor optical device is driven by the multi-value intensity modulation method, the pre-emphasis technology as described in Patent Documents 1 and 2 is applied because the pulse rise and fall of the generated optical signal are not uniform. Even if it does, the optical signal which performed appropriate high region emphasis cannot be obtained as it is.
また、多くの半導体光デバイスの生成する光信号は、駆動時の励起状態にも依存するので、単純に駆動信号を事前に高域強調するだけでは、良質な光信号を生成できない。 In addition, since optical signals generated by many semiconductor optical devices depend on the excitation state during driving, a high-quality optical signal cannot be generated simply by high-frequency enhancement of the driving signal in advance.
本発明は、これらの不都合を解消した半導体光デバイス駆動装置を提示することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a semiconductor optical device driving apparatus that eliminates these disadvantages.
本発明に係る半導体光デバイス駆動装置は、データ信号に従い半導体光デバイスを駆動する半導体光デバイス駆動装置であって、当該データ信号の高域成分を抽出する高域抽出手段と、当該高域抽出手段の出力をレベル調整値に従いレベル調整するレベル調整手段と、当該データ信号の時間的な変化パターンを判定するパターン判定手段と、当該パターン判定手段の判定結果に従い、当該レベル調整手段の当該レベル調整値を制御する制御手段と、当該データ信号と当該レベル調整手段の出力とを加算する加算手段とを具備することを特徴とする。 A semiconductor optical device driving apparatus according to the present invention is a semiconductor optical device driving apparatus that drives a semiconductor optical device in accordance with a data signal, the high-frequency extracting means for extracting a high-frequency component of the data signal, and the high-frequency extracting means Level adjusting means for adjusting the level of the output according to the level adjustment value, pattern determining means for determining a temporal change pattern of the data signal, and the level adjustment value of the level adjusting means according to the determination result of the pattern determining means And a control means for controlling the data signal, and an adding means for adding the data signal and the output of the level adjusting means.
本発明によれば、駆動対象の半導体光デバイスの持つパターン効果を考慮した駆動信号を生成できるので、半導体光デバイスにより良好な品質の光信号を生成できる。 According to the present invention, it is possible to generate a drive signal in consideration of the pattern effect of the semiconductor optical device to be driven, and therefore it is possible to generate a good quality optical signal by the semiconductor optical device.
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示し、図2は、図1の各部における波形例を示す。 FIG. 1 shows a schematic block diagram of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows examples of waveforms in each part of FIG.
入力端子10には、光信号で搬送すべき2値データ信号が入力する。多値化装置12は、入力端子10からの2値データ信号を多値化する。具体的には、多値化装置12は、入力する2値データ信号を1タイムスロット内に4値を具備する4値データ信号に変換する。図2(a)は、多値化装置12の出力波形例を示す。多値化装置12の出力は、高域抽出のためのハイパスフィルタ(HPF)14、多値信号のレベル変化を検出するパターン判定装置16、及び時間調整の遅延器22に入力する。
A binary data signal to be carried by an optical signal is input to the
HPF14は、多値化装置12から出力される多値データ信号からその高域成分、より具体的には、レベル遷移のエッジ成分(又は、立ち上がり成分と立ち下がり成分)を抽出する。HPF14のカットオフ周波数は多値データ信号の伝送レートに応じて適切に設定又は調節される。図2(b)は、図2(a)に示す多値データ信号に対するHPF14の出力波形例を示す。図2(b)に示すように、HPF14の出力信号の振幅は、多値化装置12の出力波形のレベル遷移が大きいほど大きくなる。HPF14の出力信号は可変増幅器18に供給される。
The
HPF14としては、アナログ構成のフィルタ回路以外にも、特許文献1,2に記載されるような遅延回路と差分回路からなるエッジ抽出装置でも良いことはいうまでもない。
Needless to say, the
パターン判定装置16は、多値化装置12から出力される多値データ信号の時間軸方向でのレベル変化パターンを判定し、その判定結果を利得制御装置20に出力する。本実施例では、パターン判定装置16は、現在のシンボル値と直前のシンボル値との間の変化を判定する。
The
利得制御装置20は、利得テーブル21を参照し、パターン判定装置16の判定結果が示すレベル遷移量に応じた利得に可変増幅器18を制御する。図2(c)は可変増幅器18の利得変化例を示す。図3は、図2に示す波形例に対する利得制御例を示す。直前のシンボル値”00”に対して、現在のシンボル値”00”、”01”、”10”及び”11”に対する利得をそれぞれ、g00,g01,g02及びg03とする。直前のシンボル値”01”に対して、現在のシンボル値”00”、”01”、”10”及び”11”に対する利得をそれぞれ、g10,g11,g12及びg13とする。直前のシンボル値”10”に対して、現在のシンボル値”00”、”01”、”10”及び”11”に対する利得をそれぞれ、g20,g21,g22及びg23とする。直前のシンボル値”11”に対して、現在のシンボル値”00”、”01”、”10”及び”11”に対する利得をそれぞれ、g30,g31,g32及びg33とする。利得g00,g11,g22,g33は、実際には、レベル遷移が生じない状況に対する利得なので、不定でも、ゼロでも、直前値と同じでもよい。
The
半導体光デバイスは一般に、同じ駆動電流波形でも先行する駆動電流波形の影響を受けるいわゆるパターン効果を具備する。本実施例では、そのようなパターン効果を減殺又は軽減するように、可変増幅器18の利得を、駆動信号の元となる多値データ信号のレベル変化パターンに応じて制御する。
Semiconductor optical devices generally have a so-called pattern effect that is affected by the preceding drive current waveform even with the same drive current waveform. In the present embodiment, the gain of the
具体的には、多値化装置12で生成される多値データ信号の発生し得るレベル変化ポターンに対して高域成分をどの程度に増幅することで、駆動対象たる半導体光デバイス(この実施例では、レーザダイオード30)のパターン効果を緩和できるかを、本実施例の利用開始前に計測する。利得テーブル21には、その計測結果に基づいて、パターン判定装置16で判定されるレベル変化パターンと、当該レベル変化パターンに対して適用すべき利得との対応を示す表データが格納されている。
Specifically, the semiconductor optical device to be driven (this embodiment) is amplified by how much the high frequency component is amplified with respect to the level change pattern that can be generated by the multilevel data signal generated by the
遅延器22は、HPF14及び可変増幅器18の処理時間に相当する時間だけ、多値化装置12の出力信号を遅延して、加算器24に供給する。加算器24は、可変増幅器18の出力信号に遅延器22の出力信号を加算する。図2(e)は、加算器24の出力信号波形例を示す。加算器24により、多値データ信号のレベル遷移部分を高域強調した信号が得られる。加算器24は、図2(e)に示す波形の電流信号を加算器26に出力する。
The
バイアス電流源28は、レーザダイオード30のレーザ発振閾値を十分に越える電流値のバイアス電流を加算器26に出力する。加算器26は、加算器24から出力される電流信号にバイアス電流源28からのバイアス電流を加算し、加算結果の電流でレーザダイオード30を駆動する。
The bias
以上の説明から理解できるように、HPF14、パターン判定装置16、可変増幅器18、利得制御装置20及び利得テーブル21は、プリエンファシスのための高域成分を抽出する高域抽出装置を構成する。但し、本実施例のプリエンファシスは、単に伝送経路で生じ得る高域低減を補償するのみではなく、駆動対象となる半導体光デバイスのパターン効果をも補償するものとなっており、これは、多値信号に限らず、2値信号で駆動する場合にも有用である。
As can be understood from the above description, the
本実施例では、直前のシンボル値に応じて現在のシンボル値に対する可変増幅器18の利得を制御したが、先に説明したように、駆動すべき半導体光デバイスに複数シンボル期間にわたる無視できないほどのパターン効果がある場合、そのような長期にわたるパターン変化を判定した結果に従い、可変増幅器18の利得を制御するのが好ましい。過去に遡って考慮するシンボル期間の長さに従い、利得テーブル21の表は拡大する。例えば、n値の多値信号の場合で、mシンボルまで遡って考慮する場合、利得テーブル21の要素数は、nm+1となる。
In the present embodiment, the gain of the
利得テーブル21の利得値を決定する方法を説明する。図4は、HPF14のカットオフ周波数と、利得制御装置20による可変増幅器18の利得制御パラメータを決定する手段を追加した構成の概略構成ブロック図を示す。
A method for determining the gain value of the gain table 21 will be described. FIG. 4 shows a schematic block diagram of a configuration in which a cutoff frequency of the
カットオフ周波数の調整と可変増幅器18の利得制御パラメータの決定のために、受光器40、波形比較装置42、パラメータ決定装置44及びカットオフ周波数制御装置46を追加している。利得制御装置20Aは利得制御装置20の機能に加え、外部からの制御信号に従う利得に可変増幅器18の利得を制御可能であり、利得テーブル21を書き換え可能である。
In order to adjust the cutoff frequency and determine the gain control parameter of the
受光器40は、レーザダイオード30の出力光信号を電気信号に変換する。詳細は後述するが、波形比較装置42は、低速の多値データ信号に対して、パターン判定装置16の判定結果に同期して、受光器40の出力信号から多値データ信号の各シンボル値のレベルを決定し、シンボル期間の波形レベルを検出し記憶する。波形比較装置42はまた、通常速度の多値データ信号に対して、各シンボル位置の光信号レベルの、基準レベルからの差分を検出する。差分が所定値以上の場合、波形比較装置42は、パターン判定装置16からのパターン判定結果と差分値をパラメータ決定装置44に供給する。
The
パラメータ決定装置44は、波形比較装置42の比較結果に従い、HPF14のカットオフ周波数を決定し、カットオフ周波数制御装置46を介してHPF14のカットオフ周波数を制御させる。パラメータ決定装置44はまた、波形比較装置42の比較結果に従い、利得制御装置20を介して可変増幅器18の利得を制御させると共に、パターン判定装置の出力と制御すべき利得との対応を利得制御装置20に記憶させる。
The
図4に示す構成において、HPF14のカットオフ周波数と利得制御の最適化をオフラインで行う動作を説明する。
In the configuration shown in FIG. 4, an operation for optimizing the cutoff frequency and gain control of the
先ず、多値データ信号のレベル変化又はパターン変化に対する可変増幅器18の利得を一定値に初期化する。具体的には、パラメータ決定装置44はまず、利得制御装置20Aに利得テーブル21に格納される全ての利得値をゼロで初期化するように指示し、利得制御装置20Aがこの指示に従い、利得テーブル21の利得値を初期化する。利得値がゼロになるので、可変増幅器18の出力する高域成分の振幅はゼロとなり、プリエンファシスが無効化された状態になる。
First, the gain of the
この状態で、初期の光出力を安定化させ、理想出力を定義するためのロングパターンの2値データ信号を入力端子10に入力する。ロングパターンの部分の変調速度は、レーザダイオード30の応答速度に対し十分遅くする。このロングパターンに続いて、多値データ信号での全てのレベル遷移を含む、予定する変調速度のランダムパターンの2値データ信号を入力端子10に入力する。もちろん、このようなロングパターン及びランダムパターンの多値データ信号を多値化装置12に生成出力させてもよい。
In this state, a long pattern binary data signal for stabilizing the initial light output and defining the ideal output is input to the
図5(a)は、ロングパターンと、当該ロングパターンに続くランダムパターン(一部)の多値データ信号の波形例を示す。ランダムパターンについては一部を省略してある。図5(b)は、図5(a)に示す多値データ信号に対するレーザダイオード30の光出力波形を示す。
FIG. 5A shows a waveform example of a multi-value data signal of a long pattern and a random pattern (part) following the long pattern. A part of the random pattern is omitted. FIG. 5B shows an optical output waveform of the
多値化装置12の出力する多値データ信号は遅延器22及び加算器24を介して加算器26に印加され、加算器26は、加算器24からの多値データ信号電流にバイアス電流源28からのバイアス電流を加算して、レーザダイオード30を駆動する。このとき、レーザダイオード30は、多値化装置12の出力する多値データ信号を反映した波形の光信号を出力する。ロングパターンでは、その変調速度がレーザダイオード30の応答速度より十分に遅いので、レーザダイオード30の光出力波形は、ロングパターンの波形にほぼ相似となる。波形比較装置42は、ロングパターンでの受光器40の出力レベルから、シンボル毎の光出力レベルIA,IB,IC,IDを記憶する。どのシンボル値に対する光出力レベルかは、パターン判定装置16の出力から判別できる。
The multilevel data signal output from the
ランダムパターンに対しては、図5(b)に示すように、光出力波形の劣化が顕著になり、本来のレベルIA,IB,IC,IDに到達しなくなることがある。波形比較装置42は、パターン判定装置16の判定出力により、現在の受光器40の出力光レベルがどのシンボル位置のものかを判別できるので、受光器40の出力レベルを本来のレベルIA,IB,IC,IDと比較する。図5(b)に示す例では、シンボル位置Nに対してレベル差aが生じており、波形比較装置42は、このレベル差aと、この時点でのパターン判定装置16の判定結果をパラメータ決定装置44に供給する。
For the random pattern, as shown in FIG. 5B, the deterioration of the optical output waveform becomes remarkable, and the original levels I A , I B , I C , and ID may not be reached. Since the
波形比較装置42で検出されるレベル差aが所定閾値以上である場合、プリエンファシスが必要である。そこで、パラメータ決定装置44は、波形比較装置42からのレベル差aに応じて可変増幅器18の利得を決定し、決定した利得とパターン判定装置16の判定結果を利得制御装置20に供給する。利得制御装置20は、パラメータ決定装置44からのレベル差aとパターン判定装置16の判定結果とを対にして、利得テーブル21に格納する。
When the level difference a detected by the
パラメータ決定装置44は、このような利得制御を想定可能なパターン変化について実行した後に、HPF14のカットオフ周波数を決定する。具体的には、利得テーブル21に利得を設定した状態では、利得制御装置20Aは、パターン判定装置16の判定結果に応じた利得を利得テーブル21から読出して可変増幅器18にセットするので、波形比較装置42は、プリエンファシス処理をされた光出力のレベルを検出し、基準レベルIA,IB,IC,IDとからの差分値を算出する。パラメータ決定装置44は、波形比較装置42からの差分値が所定値以上の場合、カットオフ周波数制御装置46を介してHPF14のカットオフ周波数を調整する。
The
以上の説明では、本来の変調度のランダムパターンで利得とカットオフ周波数を決定するので、利得を適切な範囲に絞り込むことができない。これに対しては、例えば、多値化装置12から所望のレベル変化パターンになる多値データ信号を繰り返し出力させ、差分値aの計測と利得の調整を繰り返し、差分値aが好ましい範囲に入った段階で利得を最終的に決定すればよい。また、利得の調整によっても差分値aが閾値未満にならない場合には、カットオフ周波数を調整し、必要により利得の調整を再開すればよい。逐次的に利得を調整する場合、パラメータ決定装置44は、例えば、利得制御装置20Aに所定量の利得増加(又は減少)を指示し、利得制御装置20Aは、利得テーブル21から読み出した利得を指示された所定量だけ増加(又は減少)した利得に可変増幅器18を制御すると共に、変更後の利得値で利得テーブル21を上書きすれば良い。
In the above description, since the gain and the cut-off frequency are determined by a random pattern with the original modulation degree, the gain cannot be narrowed down to an appropriate range. In response to this, for example, a multi-value data signal having a desired level change pattern is repeatedly output from the
レーザダイオード30の出力光をビームスプリッタで2分割し、一方の分割光を受光器40に、他方を光伝送路に出力するようにすることで、インラインサービスでの利得及び/又はカットオフ周波数の逐次調整が可能になる。
By dividing the output light of the
もちろん、光信号の受信側からBER(Bit Error Rate)等の情報を受けて利得及び/又はカットオフ周波数の逐次調整を行っても良い。 Of course, the gain and / or cut-off frequency may be sequentially adjusted by receiving information such as BER (Bit Error Rate) from the optical signal receiving side.
レーザダイオードを駆動する駆動装置の実施例を説明したが、本発明は、発光ダイオード(LED)、半導体光増幅器、反射型半導体光増幅器、EA変調器及びLN変調器等のその他の半導体光デバイスを駆動する駆動装置にも適用可能であり、同様の作用効果を奏することができる。 Although the embodiment of the driving device for driving the laser diode has been described, the present invention is applied to other semiconductor optical devices such as a light emitting diode (LED), a semiconductor optical amplifier, a reflective semiconductor optical amplifier, an EA modulator, and an LN modulator. The present invention can also be applied to a driving device that drives, and the same effects can be achieved.
バイアス電流が不要な半導体光デバイスに対しては、加算器26及びバイアス電流源28が不要になることはいうまもでない。
Needless to say, the
また、抽出した高域成分又はパルスエッジ成分のレベル調整に可変増幅器を使用する実施例を説明したが、一般的には、減衰量を変更可能な減衰器を使用しても良いし、更には、増幅と減衰を組み合わせても良いことは、明らかである。 In addition, although the embodiment using the variable amplifier for level adjustment of the extracted high frequency component or pulse edge component has been described, in general, an attenuator capable of changing the attenuation may be used. Obviously, amplification and attenuation may be combined.
特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。 Although the invention has been described with reference to specific illustrative embodiments, various modifications and alterations may be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the invention as defined in the claims. This is obvious to an engineer in the field to which the present invention belongs, and such changes and modifications are also included in the technical scope of the present invention.
10:入力端子
12:多値化装置
14:ハイパスフィルタ(HPF)
16:パターン判定装置
18:可変増幅器
20,20A:利得制御装置
21:利得テーブル
22:遅延器
24:加算器
26:加算器
28:バイアス電流源
30:半導体光デバイス
40:受光器
42:波形比較装置
44:パラメータ決定装置
46:カットオフ周波数制御装置
10: Input terminal 12: Multi-level device 14: High-pass filter (HPF)
16: Pattern determination device 18:
Claims (6)
当該データ信号の高域成分を抽出する高域抽出手段と、
当該高域抽出手段の出力をレベル調整値に従いレベル調整するレベル調整手段と、
当該データ信号の時間的な変化パターンを判定するパターン判定手段と、
当該パターン判定手段の判定結果に従い、当該レベル調整手段の当該レベル調整値を制御する制御手段と、
当該データ信号と当該レベル調整手段の出力とを加算する加算手段
とを具備することを特徴とする半導体光デバイス駆動装置。 A semiconductor optical device driving apparatus for driving a semiconductor optical device according to a data signal,
High-frequency extraction means for extracting high-frequency components of the data signal;
Level adjustment means for adjusting the level of the output of the high-frequency extraction means according to the level adjustment value;
Pattern determining means for determining a temporal change pattern of the data signal;
Control means for controlling the level adjustment value of the level adjustment means according to the judgment result of the pattern judgment means;
A semiconductor optical device driving apparatus comprising an adding means for adding the data signal and the output of the level adjusting means.
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