JP2017103292A - レーザ装置およびアクティブ光ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】レーザダイオードに関する相互変調歪みを抑制し、かつ、レーザダイオードを長寿命化する。【解決手段】レーザ装置（１）は、レーザダイオード（ＬＤ）と、バイアス電流Ｉｂの電流路にレーザダイオード（ＬＤ）と直列に挿入されたバイアス調整素子（１３）を有するバイアス電流調整回路（１０）と、を備え、バイアス調整素子（１３）は、抵抗値ＲＤが負の温度係数を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ装置に関する。また、レーザ装置を備えたアクティブ光ケーブルに関する。

信号電流を信号光に変換するためのＯ／Ｅ変換器として、レーザダイオードが広く用いられている。レーザダイオードにて生成した信号光には、レーザダイオードの非線形性に起因する相互変調歪みが生じることがあり、これがＳ／Ｎ比を低下させる要因となっている。レーザダイオードの駆動電流対光出力特性には閾値と呼ばれる折れ曲がりが存在するため、駆動電流（信号電流とバイアス電流との和）が閾値をまたいで変化するとき光出力（信号光の強度）が非線形に変化する。つまり、相互変調歪みは、レーザダイオードに入力される駆動電流の下限値がレーザダイオードの閾値電流を下回ることによって生じる。例えば、信号電流の振幅が大きくなるほど、駆動電流の下限値が閾値電流を下回り易くなり、その結果、相互変調歪みを生じ易くなる。

相互変調歪みを避けるためには、例えば、バイアス電流を大きくすればよい。バイアス電流が大きくなれば、駆動電流の下限値が大きくなるので、相互変調歪みが生じ難くなるからである。ただし、単純にバイアス電流を大きくすると、消費電力が増加し、レーザダイオードが短寿命化するという別の問題を招来する。

このような問題の解決に資する技術としては、例えば、特許文献１に記載の装置が挙げられる。特許文献１に記載の装置においては、無線周波数信号（信号電流）の平均電力に応じてバイアス電流を制御することによって、消費電力の増加およびレーザダイオードの短寿命化を招来することなく、相互変調歪みの発生を抑えている。

特開２００２−１５２１４４号公報（２００２年７月２１日公開）

ところで、レーザダイオードの閾値電流Ｉ_ｔｈは、（１）式で表される温度依存性を有している。すなわち、レーザダイオードの閾値電流Ｉ_ｔｈは、温度Ｔに応じて指数関数的に大きくなる。ここで、Ｔ_ＬＤは、レーザダイオードの構造により決まる定数であり、特性温度と呼ばれる。ある温度Ｔ_０における閾値電流Ｉ_ｔｈ（Ｔ_０）と特性温度Ｔ_ＬＤとを実測等により予め決定しておけば、任意温度Ｔにおける閾値電流Ｉ_ｔｈ（Ｔ）を（１）式を用いて算出することができる。

図１０は、製品Ａ、Ｂ、Ｃとして市販されている３種のレーザダイオードについて、閾値電流Ｉ_ｔｈの温度依存性を示すグラフである。図１０に示すグラフからも、レーザダイオードの閾値電流Ｉ_ｔｈが温度に応じて指数関数的に大きくなることが見て取れる。

レーザダイオードの閾値電流Ｉ_ｔｈには、このような温度依存があるにも関わらず、特許文献１に記載の装置では、このことが考慮されていない。このため、特許文献１に記載の装置では、閾値電流Ｉ_ｔｈが大きくなる高温環境下で駆動電流の下限値が閾値電流Ｉ_ｔｈを下回り易く、これにより、相互変調歪みが生じ易くなるという問題があった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温環境下でも相互変調歪みが生じ難いレーザ装置を実現することにある。また、そのようなレーザ装置を用いて、Ｓ／Ｎ比の高いアクティブ光ケーブルを実現することにある。

本発明に係るレーザ装置は、レーザダイオードと、前記レーザダイオードに供給するバイアス電流を調整するバイアス電流調整回路であって、前記バイアス電流の電流路に前記レーザダイオードと直列に挿入されたバイアス調整素子を有するバイアス電流調整回路とを備え、前記バイアス調整素子は、抵抗値が負の温度係数を有する、ことを特徴としている。

上記の構成によれば、環境温度が高くなるほど、バイアス調整素子の抵抗値が減少し、その結果、バイアス電流が増加する。このため、環境温度の上昇に伴うバイアス電流の増加量が、バイアス調整素子を備えていない従来のレーザ装置よりも大きくなる。したがって、従来のレーザ装置よりも高温環境下で相互変調歪みが生じ難くなる。

本発明に係るレーザ装置において、前記バイアス調整素子は、単一のダイオードにより構成されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、高温環境下で相互変調歪みが生じ難いレーザ装置を、単純な構成で安価に実現することができる。

本発明に係るレーザ装置において、前記バイアス調整素子は、直列に接続された複数のダイオードにより構成されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、高温環境下で相互変調歪みが生じ難いレーザ装置を、比較的単純な構成で比較的安価に実現することができる。また、前記バイアス調整素子を単一のダイオードにより構成する場合と比べて、ダイオード選択の自由度が高くなる。

本発明に係るレーザ装置においては、使用温度範囲の下限から上限までの温度上昇に伴う前記バイアス電流の増加量が該温度上昇に伴う前記レーザダイオードの閾値電流の増加量以上となるように、前記バイアス調整素子の抵抗値が設定されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、使用温度範囲内で相互変調歪みが生じることを確実に回避することができる。

本発明に係るレーザ装置においては、前記温度上昇に伴う前記バイアス電流の前記増加量が該温度上昇に伴う前記レーザダイオードの閾値電流の前記増加量の１．５倍以下となるように、前記バイアス調整素子の抵抗値が設定されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、消費電力の増加およびレーザダイオードの短寿命化を抑えつつ、使用温度範囲内で相互変調歪みが生じることを確実に回避することができる。

本発明に係るレーザ装置において、前記バイアス電流調整回路は、シリーズレギュレータを更に有しており、前記シリーズレギュレータの出力端子が前記抵抗器を介して前記バイアス調整素子の一端に接続されており、前記シリーズレギュレータの調整端子が前記バイアス調整素子の他端と前記レーザダイオードとに接続されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、温度上昇に応じたバイアス電流の増加を、シリーズレギュレータが設けられていない場合よりも緩やかにすることができる。

本発明に係るアクティブ光ケーブルは、前記レーザ装置がコネクタに内蔵されている、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、Ｓ／Ｎ比の高いアクティブ光ケーブルを実現することができる。

本発明によれば、高温環境下でも相互変調歪みが生じ難いレーザ装置を実現することができる。また、そのようなレーザ装置を用いて、Ｓ／Ｎ比の高いアクティブ光ケーブルを実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を示すブロック図である。 図１に示すレーザ装置の第１の具体例を示すブロック図である。 図１に示すレーザ装置の第２の具体例を示すブロック図である。 図１に示すレーザ装置と図１に示すレーザ装置からバイアス調整素子を省いた従来のレーザ装置について、バイアス電流の温度依存性を示すグラフである。 図１に示すレーザ装置と図１に示すレーザ装置からバイアス調整素子を省いた従来のレーザ装置について、Ｓ／Ｎ比の温度依存性を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置の構成を示すブロック図である。 図６に示すレーザ装置と図６に示すレーザ装置からバイアス調整素子を省いた従来のレーザ装置について、バイアス電流の温度依存性を示すグラフである。 バイアス調整素子として利用可能なダイオードについて、順方向電圧の温度依存性を示すグラフである。 図１または図６に示すレーザ装置を備えたアクティブ光ケーブルの構成を示すブロック図である。 レーザダイオードの閾値電流の温度依存性を示すグラフである。

〔第１の実施形態〕
（レーザ装置１の構成）
本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るレーザ装置１の構成を示すブロック図である。

レーザ装置１は、信号電流を信号光に変換するための装置であり、図１に示すように、レーザダイオードＬＤと、コンデンサＣと、バイアス電流調整回路１０と、を備えている。コンデンサＣは、一方の電極が入力端子Ｐに接続されており、他方の電極がレーザダイオードＬＤのアノード端子に接続されている。バイアス電流調整回路１０は、レーザダイオードＬＤのアノード端子に接続されている。レーザダイオードＬＤは、アノード端子がコンデンサＣとバイアス電流調整回路１０とに接続されており、カソード端子が接地されている。

コンデンサＣは、入力端子Ｐを介して外部から入力された信号電流の直流成分を遮断し、同信号電流の交流成分を通過させるための手段である。コンデンサＣを通過した信号電流の交流成分は、レーザダイオードＬＤに入力される。コンデンサＣを通過し、レーザダイオードＬＤに入力される信号電流の交流成分を、以下、「信号電流Ｉ_ａｃ」と記載する。

バイアス電流調整回路１０は、バイアス電流を環境温度に応じて調整するための手段である。バイアス電流調整回路１０は、図１に示すように、定電圧源１１と、抵抗器１２と、バイアス調整素子１３と、を有している。定電圧源１１は、一定の電源電圧Ｖ_ＣＣを発生させる電圧源であり、負極端子が接地され、正極端子が抵抗器１２の一端に接続されている。抵抗器１２は、一定の抵抗値Ｒを有する固定抵抗器であり、一端が定電圧源１１の正極端子に接続され、他端がバイアス調整素子１３の一端に接続されている。バイアス調整素子１３は、抵抗値Ｒ_Ｄが負の温度係数を有する素子、すなわち、温度の上昇と共に抵抗値Ｒ_Ｄが減少する素子であり、一端が抵抗器１２の他端に接続され、他端がレーザダイオードＬＤのアノード端子に接続されている。バイアス電流調整回路１０にて生成されたバイアス電流は、レーザダイオードＬＤに入力される。バイアス電流調整回路１０にて生成され、レーザダイオードＬＤに入力されるバイアス電流を、以下、「バイアス電流Ｉ_ｂ」と記載する。

レーザダイオードＬＤには、コンデンサＣを通過した信号電流Ｉ_ａｃとバイアス電流調整回路１０にて生成されたバイアス電流Ｉ_ｂとの和電流が、駆動電流として供給される。信号電流Ｉ_ａｃの振幅を｜Ｉ_ａｃ｜とすると、この駆動電流は、電流値がＩ_ｂ±｜Ｉ_ａｃ｜の範囲で変動する電流となる。レーザダイオードＬＤは、この駆動電流に応じた強度の信号光を発するための手段である。レーザダイオードＬＤとしては、例えば、ファブリペロレーザ、ＤＦＢレーザ（Distributed Feedback LASER）、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：垂直共振器面発光レーザ）等を用いることができる。

レーザ装置１においては、抵抗器１２、バイアス調整素子１３、およびレーザダイオードＬＤが、定電圧源１１からグランドに至るバイアス電流Ｉ_ｂの電流路に直列に挿入されている。したがって、抵抗器１２の抵抗値Ｒ、バイアス調整素子１３の抵抗値Ｒ_Ｄ、レーザダイオードＬＤの抵抗値Ｒ_ＬＤ、電源電圧（定電圧源１１の出力電圧）Ｖ_ＣＣ、およびバイアス電流Ｉ_ｂの間には、（２）式の関係が成り立つ。したがって、バイアス電流Ｉ_ｂは、（３）式のように表される。

バイアス調整素子１３の抵抗値Ｒ_Ｄは、負の温度係数を有する。したがって、環境温度が高くなると、抵抗値Ｒ_Ｄは単調に減少し、その結果、バイアス電流Ｉ_ｂは単調に増加する。なお、環境温度が高くなると、通常、抵抗器１２の抵抗値Ｒは、微増し、レーザダイオードＬＤの抵抗値Ｒ_ＬＤは、微減する。ただし、抵抗器１２の抵抗値Ｒ及びレーザダイオードＬＤの抵抗値Ｒ_ＬＤの単位温度あたりの変化量は、バイアス調整素子１３の抵抗値Ｒ_Ｄの単位温度あたりの変化量と比べて十分に小さい。環境温度が高くなるとバイアス電流Ｉ_ｂが単調に増加するのは、このためである。

前述したように、駆動電流の下限値Ｉ_ｂ−｜Ｉ_ａｃ｜がレーザダイオードＬＤの閾値電流Ｉ_ｔｈを下回った場合、レーザダイオードＬＤが発するレーザ光の強度が駆動電流の変動に追従しなくなり、相互変調歪みが生じる。特に、従来のレーザ装置においては、高温環境下で相互変調歪みが生じ易くなる。なぜなら、環境温度が高くなるほど、レーザダイオードＬＤの閾値電流Ｉ_ｔｈが大きくなるからである。

これに対して、レーザ装置１においては、バイアス調整素子１３を設けることによって、環境温度の上昇に伴いバイアス電流Ｉ_ｂを増加させる構成を採用している。このため、高温環境下で駆動電流の下限値Ｉ_ｂ−｜Ｉ_ａｃ｜が閾値電流Ｉ_ｔｈを下回る可能性を、従来のレーザ装置よりも小さく抑えることができる。その結果、高温環境下で信号光に相互変調歪みが生じる可能性を、従来のレーザ装置よりも小さく抑えることができる。

なお、本実施形態においては、定電圧源１１、抵抗器１２、バイアス調整素子１３、レーザダイオードＬＤをこの順で直列接続する構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、これらの素子を定電圧源１１、バイアス調整素子１３、抵抗器１２、レーザダイオードＬＤの順で直列接続する構成を採用してもよい。本実施形態の構成を採用することにより、バイアス調整素子１３とレーザダイオードＬＤとを共通の温度とすると共に、レーザダイオードＬＤにて発生した熱により抵抗器１２の温度が上昇することを避けることができる。これにより、バイアス調整素子１３とレーザダイオードＬＤの温度差を考慮したり、抵抗器１２の温度特性を考慮したりする必要がなくなるので、レーザ装置１の設計が容易になる。

（バイアス調整素子の構成例）
次に、バイアス調整素子１３の構成例について、図２〜図４を参照して説明する。

バイアス調整素子１３は、単一のダイオードにより構成することができる。図２は、バイアス調整素子１３を単一のダイオードＤ１により構成した場合のレーザ装置１のブロック図である。この場合、ダイオードＤ１は、アノード端子が抵抗器１２の前記他端に接続され、カソード端子がレーザダイオードＬＤに接続される。また、この場合、バイアス調整素子１３の抵抗値Ｒ_Ｄは、ダイオードＤ１の抵抗値Ｒ_Ｄ１そのものになる。

また、バイアス調整素子１３は、直列に接続された複数のダイオードにより構成することもできる。図３は、バイアス調整素子１３を直列に接続された２つのダイオードＤ１、Ｄ２により構成した場合のレーザ装置１のブロック図である。この場合、ダイオードＤ１は、アノード端子が抵抗器１２の前記他端に接続され、カソード端子がダイオードＤ２のアノード端子に接続される。ダイオードＤ２は、アノード端子がダイオードＤ１のカソード端子に接続され、カソード端子がレーザダイオードＬＤのアノード端子に接続される。また、この場合、バイアス調整素子１３の抵抗値Ｒ_Ｄは、ダイオードＤ１の抵抗値Ｒ_Ｄ１とダイオードＤ２の抵抗値Ｒ_Ｄ２との和Ｒ_Ｄ１＋Ｒ_Ｄ２となる。

バイアス調整素子１３を２つのダイオードＤ１、Ｄ２により構成した場合、バイアス電流Ｉ_ｂの単位温度あたりの増加量を、バイアス調整素子１３を１つのダイオードＤ１により構成した場合よりも大きくすることができる。したがって、バイアス調整素子１３を２つのダイオードＤ１、Ｄ２により構成することによって、高温環境において信号光に相互変調歪みが生じる可能性を、バイアス調整素子１３を１つのダイオードＤ１により構成する場合よりも低下させることができる。

このことは、図４に示すグラフからも確かめられる。図４は、（１）バイアス調整素子１３を省略した場合、（１）バイアス調整素子１３をひとつのダイオードＤ１で構成した場合、（３）バイアス調整素子１３を２つのダイオードＤ１，Ｄ２で構成した場合について、−４０［℃］以上＋１００［℃］以下の温度範囲においてバイアス電流Ｉ_ｂを温度Ｔの関数としてプロットしたグラフである。なお、各温度Ｔにおけるバイアス電流値Ｉ_ｂの値Ｉ_ｂ（Ｔ）の算出に際しては、定電圧源１１の電源電圧Ｖ_ＣＣおよび抵抗器１２の抵抗値Ｒを、以下のように設定した。また、ダイオードＤ１、Ｄ２としては、同じ特性を有するダイオードを用いた。

（ａ）バイアス調整素子１３を省いた場合
Ｖ_ＣＣ＝１２[Ｖ］、Ｒ＝２．０ｋ［Ω］
（ｂ）バイアス調整素子１３を１つのダイオードＤ１により構成した場合
Ｖ_ＣＣ＝１２［Ｖ］、Ｒ＝１．８ｋ［Ω］
（ｃ）バイアス調整素子１３を２つのダイオードＤ１、Ｄ２により構成した場合
Ｖ_ＣＣ＝１２［Ｖ］、Ｒ＝１．６ｋ［Ω］
図４に示すように、バイアス調整素子１３を省略した場合、−４０℃から＋１００℃までの温度上昇に伴うバイアス電流Ｉ_ｂの増加量ΔＩ_ｂは、０．７６７［ｍＡ］となる。また、バイアス調整素子１３を１つのダイオードＤ１により構成した場合、当該温度上昇に伴うバイアス電流Ｉ_ｂの増加量ΔＩ_ｂは、０．９６５［ｍＡ］となる。また、バイアス調整素子１３を２つのダイオードＤ１、Ｄ２により構成した場合、当該温度上昇に伴うバイアス電流Ｉ_ｂの増加量ΔＩ_ｂは、１．２０７［ｍＡ］となる。

すなわち、バイアス調整素子１３を１つのダイオードＤ１により構成した場合のバイアス電流Ｉ_ｂの増加量ΔＩ_ｂは、バイアス調整素子１３を省略した場合のバイアス電流Ｉ_ｂの増加量ΔＩ_ｂよりも大きくなることが、−４０℃以上＋１００℃以下の温度範囲において確かめられた。また、バイアス調整素子１３を２つのダイオードＤ１、Ｄ２により構成した場合のバイアス電流Ｉ_ｂの増加量ΔＩ_ｂは、バイアス調整素子１３を１つのダイオードＤ１により構成した場合のバイアス電流Ｉ_ｂの増加量ΔＩ_ｂ（Ｔ_１，Ｔ_２）よりも大きくなることが、−４０℃以上＋１００℃以下の温度範囲において確かめられた。

なお、ここでは、バイアス調整素子１３をダイオードにより構成する形態を例示したが、本発明はこれに限定されない。ダイオード以外の素子であっても、抵抗値が負の温度係数を有する素子であれば、バイアス調整素子１３として用いることができる。ただし、バイアス調整素子１３は、パッシブ素子であることが好ましい。ここでいうパッシブ素子とは、温度と相関する電圧信号または電流信号を入力信号として抵抗値を制御するアクティブ素子とは異なり、前記入力信号を必要とすることなく温度によって（直接）抵抗値が変化する素子をいう。バイアス調整素子１３をパッシブ素子により構成した場合、外部からバイアス調整素子１３の抵抗値を制御する必要も生じないからである。

（バイアス調整素子の好ましい抵抗値）
次に、バイアス調整素子１３の好ましい抵抗値Ｒ_Ｄについて説明する。ここでは、使用環境として想定された所定の温度範囲（以下、「使用温度範囲」と記載する）で相互変調歪みが生じることのない抵抗値Ｒ_Ｄについて検討する。

まず、相互変調歪みが生じるのは、前述したとおり、レーザダイオードＬＤに供給される駆動電流の下限値Ｉ_ｂ−｜Ｉ_ａｃ｜が閾値電流Ｉ_ｔｈよりも小さくなる場合である。したがって、使用温度範囲内の任意の温度ＴにおいてＩ_ｂ（Ｔ）−｜Ｉ_ａｃ｜≧Ｉ_ｔｈ（Ｔ）が成り立てば、使用温度範囲内で相互変調歪みが生じることはない。

前述したとおり、閾値電流Ｉ_ｔｈ（Ｔ）およびバイアス電流Ｉ_ｂ（Ｔ）は、環境温度Ｔの上昇に対して単調に増加する。したがって、バイアス電流Ｉ_ｂ（Ｔ）が下記の条件Ａおよび条件Ｂを満たせば、使用温度範囲内の任意の温度ＴにおいてＩ_ｂ（Ｔ）−｜Ｉ_ａｃ｜≧Ｉ_ｔｈ（Ｔ）が成り立つ。

≪条件Ａ≫
使用温度範囲の下限値Ｔ_１におけるバイアス電流Ｉ_ｂ（Ｔ_１）および閾値電流Ｉ_ｔｈ（Ｔ_１）との間に、Ｉ_ｂ（Ｔ_１）≧Ｉ_ｔｈ（Ｔ_１）＋｜Ｉ_ａｃ｜が成り立つ。

≪条件Ｂ≫
環境温度が使用温度範囲の下限値Ｔ_１から上限値Ｔ_２まで上昇したときのバイアス電流Ｉ_ｂの増加量Ｉ_ｂ（Ｔ_２）−Ｉ_ｂ（Ｔ_１）および閾値電流Ｉ_ｔｈの増加量Ｉ_ｔｈ（Ｔ_２）−Ｉ_ｔｈ（Ｔ_１）との間に、Ｉ_ｂ（Ｔ_２）−Ｉ_ｂ（Ｔ_１）≧Ｉ_ｔｈ（Ｔ_２）−Ｉ_ｔｈ（Ｔ_１）が成り立つ。

ただし、バイアス電流Ｉ_ｂの増加量Ｉ_ｂ（Ｔ_２）−Ｉ_ｂ（Ｔ_１）が大きくなるほど、消費電力が増加し、レーザダイオードＬＤが短寿命化する。このため、バイアス電流Ｉ_ｂ（Ｔ）は、上記の条件Ａおよび条件Ｂに加えて、下記の条件Ｃを満たすことが好ましい。

≪条件Ｃ≫
環境温度が使用温度範囲の下限値Ｔ_１から上限値Ｔ_２まで上昇したときのバイアス電流Ｉ_ｂの増加量Ｉ_ｂ（Ｔ_２）−Ｉ_ｂ（Ｔ_１）および閾値電流Ｉ_ｔｈの増加量Ｉ_ｔｈ（Ｔ_２）−Ｉ_ｔｈ（Ｔ_１）との間に、Ｉ_ｂ（Ｔ_２）−Ｉ_ｂ（Ｔ_１）＜１．５×（Ｉ_ｔｈ（Ｔ_２）−Ｉ_ｔｈ（Ｔ_１））が成り立つ。

したがって、バイアス調整素子１３の抵抗値Ｒ_Ｄは、バイアス電流Ｉ_ｂ（Ｔ）が上記の条件Ａおよび条件Ｂを共に充足するように設定されていることが好ましい。なぜなら、使用温度範囲内で相互変調歪みが生じることを回避できるからである。

また、バイアス調整素子１３の抵抗値Ｒ_Ｄは、バイアス電流Ｉ_ｂ（Ｔ）が上記の条件Ａおよび条件Ｂを共に充足することに加えて、バイアス電流Ｉ_ｂ（Ｔ）が上記の条件Ｃを充足するように設定されていることが更に好ましい。なぜなら、消費電力の増加およびレーザダイオードＬＤの短寿命化を抑えつつ、使用温度範囲内で相互変調歪みが生じることを回避できるからである。

なお、バイアス調整素子１３を１つのダイオードＤ１により構成する場合とバイアス調整素子１３を２つのダイオードＤ１、Ｄ２により構成する場合とを比べると、後者の場合の方が条件Ｂおよび条件Ｃを充足するために各ダイオードＤ１、Ｄ２に要求される抵抗値の減少量が小さくて済むので、後者の場合の方がダイオード選定の自由度が高くなる。

（レーザ装置の効果）
図５は、レーザ装置１とレーザ装置１からバイアス調整素子１３を省いた従来のレーザ装置とについて、Ｓ／Ｎ比の温度依存性を示したグラフである。

バイアス調整素子１３を備えていない従来のレーザ装置においては、通常、バイアス電流Ｉ_ｂの増加量Ｉ_ｂ（Ｔ_２）−Ｉ_ｂ（Ｔ_１）が閾値電流Ｉ_ｔｈの増加量Ｉ_ｔｈ（Ｔ_２）−Ｉ_ｔｈ（Ｔ_１）を下回るので、環境温度がＴ_１のときのバイアス電流Ｉ_ｂ（Ｔ_１）が上記の条件Ａを満たしていたとしても、環境温度が高くなると、信号光の相互変調歪みを生じる。このため、図５に破線で示すように、環境温度が高くなると、Ｓ／Ｎ比の低下を生じる。

一方、バイアス調整素子１３を備えているレーザ装置１においては、バイアス電流Ｉ_ｂ（Ｔ）を上記の条件Ａおよび条件Ｂを満たすように設定した場合、バイアス電流Ｉ_ｂの増加量Ｉ_ｂ（Ｔ_２）−Ｉ_ｂ（Ｔ_１）が閾値電流Ｉ_ｔｈの増加量Ｉ_ｔｈ（Ｔ_２）−Ｉ_ｔｈ（Ｔ_１）を上回るので、環境温度がＴ_１のときのバイアス電流Ｉ_ｂ（Ｔ_１）が上記の条件Ａを満たしていれば、環境温度が高くなっても、信号光の相互変調歪みを生じない。このため、図６に実線で示すように、環境温度が高くなっても、Ｓ／Ｎ比の低下を生じない。

〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置２の構成について、図６を参照して説明する。図６は、本実施形態に係るレーザ装置２の構成を示すブロック図である。

本実施形態に係るレーザ装置２は、第１の実施形態に係るレーザ装置１が備えるバイアス電流調整回路１０を、以下に説明するバイアス電流調整回路２０に置き換えたものである。

バイアス電流調整回路２０は、図２に示すように、定電圧源２１と、抵抗器２２と、バイアス調整素子２３と、シリーズレギュレータ２４と、を有している。定電圧源２１は、一定の電源電圧Ｖ_ＣＣを発生させる電圧源であり、負極端子が接地され、正極端子がシリーズレギュレータ２４の入力端子ＩＮに接続されている。抵抗器２２は、一定の抵抗値Ｒを有する固定抵抗器であり、一端がシリーズレギュレータ２４の出力端子ＯＵＴに接続され、他端がバイアス調整素子２３の一端に接続されている。バイアス調整素子２３は、抵抗値Ｒ_Ｄが負の温度係数を有する素子、すなわち、温度の上昇と共に抵抗値Ｒ_Ｄが減少する素子であり、一端が抵抗器２２の他端に接続され、他端がシリーズレギュレータ２４の調整端子ＡＤＪとレーザダイオードＬＤのアノード端子とに接続されている。

シリーズレギュレータ２４は、出力端子ＯＵＴと調整端子ＡＤＪとの間の電位差を一定の電圧Ｖ_０に保つための手段である。本実施形態においては、シリーズレギュレータとして、出力端子ＯＵＴと調整端子ＡＤＪとの間の電位差を１．２５Ｖに保つＬｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製のＬＴ３１７Ａをシリーズレギュレータ２４として用いる。

レーザ装置２においては、シリーズレギュレータ２４の作用により、抵抗器２２における電圧降下量Ｒ×Ｉ_ｂとバイアス調整素子２３における電圧降下量Ｒ_Ｄ×Ｉ_ｂとの和は、（４）式に示すように、一定の電圧Ｖ_０になる。したがって、バイアス電流Ｉ_ｂは、（５）式のように表される。

バイアス調整素子２３の抵抗値Ｒ_Ｄは、負の温度係数を有する。したがって、環境温度が高くなると、抵抗値Ｒ_Ｄは単調に減少し、その結果、バイアス電流Ｉ_ｂは単調に増加する。レーザ装置２におけるバイアス電流Ｉ_ｂの温度依存性を図示すれば、図７に実線で示すグラフのようになる。

一方、レーザ装置２からバイアス調整素子２３を省いた従来のレーザ装置においては、バイアス電流Ｉ_ｂが一定になる。従来のレーザ装置におけるバイアス電流Ｉ_ｂを図示すれば、図７に点線で示すグラフのようになる。

前述したように、駆動電流の下限値Ｉ_ｂ−｜Ｉ_ａｃ｜がレーザダイオードＬＤの閾値電流Ｉ_ｔｈを下回った場合、レーザダイオードＬＤが発するレーザ光の強度が駆動電流の変動に追従しなくなり、相互変調歪みが生じる。特に、従来のレーザ装置においては、高温環境下で相互変調歪みが生じ易くなる。なぜなら、環境温度が高くなるほど、レーザダイオードＬＤの閾値電流Ｉ_ｔｈが大きくなるからである。

これに対して、レーザ装置２においては、バイアス調整素子２３を設けることによって、環境温度の上昇に伴いバイアス電流Ｉ_ｂを増加させている。このため、高温環境下で駆動電流の下限値Ｉ_ｂ−｜Ｉ_ａｃ｜が閾値電流Ｉ_ｔｈを下回る可能性を、従来のレーザ装置よりも小さく抑えることができる。その結果、高温環境下で信号光に相互変調歪みが生じる可能性を、従来のレーザ装置よりも低下させることができる。

なお、図６に示すように、バイアス調整素子２３としては、ダイオードＤを用いることができる。この場合、バイアス調整素子２３の電圧降下量Ｒ_Ｄ×Ｉ_ｂ、すなわち、ダイオードＤの順方向電圧は、負の傾きを有する温度Ｔの一次関数となる。一例として、ローム社製のスイッチングダイオード１ＳＳ３５５について、順電流Ｉが５．１３［ｍＡ］であると仮定して、順方向電圧の温度依存性を図８に示す。図７に示すように、レーザ装置２におけるバイアス電流Ｉ_ｂが正の傾きを有する温度Ｔの一次関数となるのは、図８に示すように、ダイオードＤの順方向電圧が負の傾きを有する温度Ｔの一次関数となるからである。

〔アクティブ光ケーブル〕
最後に、本発明に係るレーザ装置を用いたアクティブ光ケーブル３について、図９を参照して説明する。図９は、アクティブ光ケーブル３の構成を示すブロック図である。

アクティブ光ケーブル３は、図９に示すように、光ケーブル３１と、光ケーブル３１の一端に接続された送信側コネクタ３２と、光ケーブル３１の他端に接続された受信側コネクタ３３とを備えている。

送信側コネクタ３２は、入力信号として外部装置から与えられた信号電流をＥ／Ｏ変換することによって、信号光を生成する。送信側コネクタ３２にて生成された信号光は、光ケーブル３１に含まれる光ファイバを介して受信側コネクタ３３に与えられる。受信側コネクタ３３は、送信側コネクタ３２から入力された信号光をＯ／Ｅ変換することによって、信号電流を生成する。受信側コネクタ３３にて生成された信号電流は、出力信号として外部装置に与えられる。

送信側コネクタ３２は、信号電流を信号光に変換するための手段として、上述したレーザ装置１またはレーザ装置２を内蔵している。このため、高温環境下においても、送信側コネクタ３２は、相互変調歪みの少ない、すなわち、Ｓ／Ｎ比の高い信号光を生成することができる。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１、２ レーザ装置
１０、２０ バイアス電流調整回路
１１、２１ 定電圧源
１２、２２ 抵抗器
１３、２３ バイアス調整素子
２４ シリーズレギュレータ
ＬＤ レーザダイオード
Ｃ コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
３ アクティブ光ケーブル
３１ 光ケーブル
３２ 送信側コネクタ
３３ 受信側コネクタ

Claims (7)

1. レーザダイオードと、
   前記レーザダイオードに供給するバイアス電流を調整するバイアス電流調整回路であって、前記バイアス電流の電流路に前記レーザダイオードと直列に挿入されたバイアス調整素子を有するバイアス電流調整回路と、を備え、
   前記バイアス調整素子は、抵抗値が負の温度係数を有する、
   ことを特徴とするレーザ装置。
2. 前記バイアス調整素子は、単一のダイオードにより構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
3. 前記バイアス調整素子は、直列に接続された複数のダイオードにより構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
4. 使用温度範囲の下限から上限までの温度上昇に伴う前記バイアス電流の増加量が、該温度上昇に伴う前記レーザダイオードの閾値電流の増加量以上となるように、前記バイアス調整素子の抵抗値が設定されている、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザ装置。
5. 前記温度上昇に伴う前記バイアス電流の前記増加量が、該温度上昇に伴う前記レーザダイオードの閾値電流の前記増加量の１．５倍以下となるように、前記バイアス調整素子の抵抗値が設定されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ装置。
6. 前記バイアス電流調整回路は、シリーズレギュレータを更に有しており、
   前記シリーズレギュレータの出力端子が抵抗器を介して前記バイアス調整素子の一端に接続されており、前記シリーズレギュレータの調整端子が前記バイアス調整素子の他端と前記レーザダイオードとに接続されている、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザ装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザ装置がコネクタに内蔵されている、
   ことを特徴とするアクティブ光ケーブル。

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