JP2018006539A - 光送信モジュールおよび光送信モジュールの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光出力パワーおよび消光比の所望値からの誤差を抑制することができる、光送信モジュール、および、光送信モジュールの制御方法を提供する。【解決手段】 光送信モジュールは、入力されたバイアス電流設定値に基づいて、発光素子のバイアス電流を駆動するバイアス電流駆動回路と、入力された変調電流設定値に基づいて、前記発光素子の変調電流を駆動する変調電流駆動回路と、前記発光素子の光出力パワーを測定する受光素子と、前記バイアス電流設定値および前記変調電流設定値において、前記光出力パワーの目標値に対する前記受光素子で測定された前記光出力パワーとの差分が閾値以上であるか否かを判定する判定部と、前記差分が前記閾値以上と判定された場合に、前記差分に応じた分、前記バイアス電流を下げる補正制御を前記バイアス電流駆動回路に対して行う制御回路と、を備える。【選択図】 図３

Description

本発明は、光送信モジュールおよび光送信モジュールの制御方法に関する。

経年劣化等によって、光送信機における光変調制御が非線形領域で行われることがある。このような場合においても、消光比の悪化を回避することが望まれる。そこで、測定された温度に応じて光出力制御を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１０３３９８号公報

しかしながら、上記技術では、非線形領域で使用されているか否かを判断する点について開示されていない。したがって、所望の消光比が得られないおそれがある。

１つの側面では、本発明は、所望の消光比を得ることができる、光送信モジュール、および、光送信モジュールの制御方法を提供することを目的とする。

１つの態様では、光送信モジュールは、入力されたバイアス電流設定値に基づいて、発光素子のバイアス電流を駆動するバイアス電流駆動回路と、入力された変調電流設定値に基づいて、前記発光素子の変調電流を駆動する変調電流駆動回路と、前記発光素子の光出力パワーを測定する受光素子と、前記バイアス電流設定値および前記変調電流設定値において、前記光出力パワーの目標値に対する前記受光素子で測定された前記光出力パワーとの差分が閾値以上であるか否かを判定する判定部と、前記差分が前記閾値以上と判定された場合に、前記差分に応じた分、前記バイアス電流を下げる補正制御を前記バイアス電流駆動回路に対して行う制御回路と、を備える。

１つの態様では、光送信モジュールは、入力されたバイアス電圧設定値に基づいて、発光素子の出力光を変調する変調器のバイアス電圧を駆動するバイアス電圧駆動回路と、入力された変調電圧設定値に基づいて、前記変調器の変調電圧を駆動する変調電圧駆動回路と、前記変調器の光出力パワーを測定する受光素子と、前記バイアス電圧設定値および前記変調電圧設定値において、前記光出力パワーの目標値に対する前記受光素子で測定された前記光出力パワーとの差分の絶対値が閾値以上であるか否かを判定する判定部と、前記差分の絶対値が前記閾値以上と判定された場合に、前記差分に応じた分、前記バイアス電圧を補正する補正制御を前記バイアス電圧駆動回路に対して行う制御回路と、を備えることを特徴とする。

明細書開示の光送信モジュールおよび光送信モジュールの制御方法によれば、所望の消光比を得ることができる。

レーザダイオードの温度特性を説明するための図である。 レーザダイオードの温度特性を説明するための図である。 第１の実施形態に係る光送信モジュールの全体構成を説明するためのブロック図である。 （ａ）はデータメモリに格納されるデータテーブルの一例であり、（ｂ）は係数ＯＭＩを用いて算出される設定変調電流Ｉｐ（ｓ）の一例である。 補正バイアス電流Ｉｂ（ｃ）および補正変調電流Ｉｐ（ｃ）の算出過程を表すフローチャートの一例である。 外部変調方式で用いる外部変調器の消光特性を例示する図である。 第２の実施形態に係る光送信モジュールの全体構成を説明するためのブロック図である。 データメモリに格納されるデータテーブルの一例である。 補正バイアス電圧Ｖｂ（ｃ）および補正変調電圧Ｖｐ（ｃ）の算出過程を表すフローチャートの一例である。

以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。

まず、レーザダイオードの温度特性について説明する。図１は、レーザダイオードの温度特性を説明するための図である。図１において、横軸はレーザダイオードに入力される駆動電流を表し、縦軸はレーザダイオードの出力光パワー（ｍＷ）を表す。図１で例示するように、駆動電流が所定値以下の場合には、レーザダイオードは光を出力しない。駆動電流が所定値（発振しきい値Ｉｔｈ）を上回ると、レーザダイオードは光の出力を開始する。

レーザダイオードを発光素子および変調器の両方として機能させる直接変調方式においては、レーザダイオードにバイアス電流を印加しつつ、変調電流を印加する。図１で例示するように、光出力パワーを−３．０ｄＢｍに設定する場合、バイアス電流をＩｂ（室温）に設定する。消光比を６ｄＢに設定する場合、変調電流をＩｐ（室温）に設定する。Ｉｐ（室温）は、Ｉｂ（室温）を基準として、プラスとマイナスとに変化するパルス電流である。本明細書において、変調電流はパルスの変動幅で表されている。フォトダイオードではレーザダイオードの光出力パワーの平均パワーが検出されるため、レーザダイオードに変調電流が入力されていても、光出力パワーは−３．０ｄＢｍとなる。

室温のように比較的温度が低い場合においては、レーザダイオードの光出力パワーは、発振しきい値を上回る範囲において駆動電流に比例する。この場合、バイアス点を対称点として変調電流を設定することができる。したがって、フォトダイオードで検出される光出力パワーを対称点として、変調電流を設定することができる。

温度上昇に伴って、駆動電流に対する光出力パワーの傾きが低下する。それにより、高温環境下においては、室温と同等の光出力パワー（−３．０ｄＢｍ）を実現するために、バイアス電流を、Ｉｂ（室温）よりも大きいＩｂ（高温）に設定する必要がある。さらに、室温と同等の消光比（６ｄＢ）を実現するために、変調電流を、Ｉｐ（室温）よりも大きいＩｐ（高温）に設定する必要がある。高温環境下において光出力パワーが発振しきい値を上回る範囲において駆動電流に比例する場合、バイアス点を対称点として変調電流を設定することができる。すなわち、フォトダイオードで検出される光出力パワーを対称点として、変調電流を設定することができる。

しかしながら、レーザダイオードに経年劣化が生じると、高温環境下において、駆動電流の増加に対する光出力パワーの増加率が低下することがある。すなわち、光出力パワーと駆動電流との間に、非線形特性が生じることがある。この場合、所定の消光比を実現するに際して、バイアス点を対称点とすることができない。

具体的に、図２で例示するように、バイアス電流をＩｂ（高温）に設定しかつ変調電流をＩｐ（高温）に設定した場合、非線形特性に起因して変調電流の高電流側の光出力パワーが低下する。この場合、消光比が低下する。図２では、消光比が５．７ｄＢ程度（＜６．０ｄＢ）となる。フォトダイオードで検出される光パワーは平均パワーであることから、フォトダイオードで検出される光出力パワーも低下する。

図２では、検出される光出力パワーは−３．２３ｄＢｍとなる。ＡＰＣ制御がなされる場合、バイアス電流は、−３．０ｄＢｍの光出力パワーを実現するための電流に制御されるため、増加する。図２では、このバイアス電流は、Ｉｂ´（高温）で表されている。この場合、線形特性が得られている場合と比較して、Ｉｐ（高温）の高電流側においてさらに光出力パワーが低下するため、消光比がさらに低下する。図２では、消光比が５．３ｄＢ程度まで低下する。

以上のことから、光出力パワーと駆動電流との間に非線形特性が現れた場合、一般的なＡＰＣ制御がなされると所望の消光比が得られなくなる。以下の実施形態では、上記非線形特性が現れる場合であっても所望の消光比を得ることができる光送信モジュールおよびその制御方法について説明する。
（第１の実施形態）

図３は、第１の実施形態に係る光送信モジュール１００の全体構成を説明するためのブロック図である。図３で例示するように、光送信モジュール１００は、光送信デバイス１０、ＬＤドライバ回路２０、およびＬＤ制御部３０を備える。

光送信デバイス１０は、レーザダイオード１１およびフォトダイオード（受光素子）１２を含む。本実施形態においては、レーザダイオード１１に変調電流を供給することによって変調信号を取り出すことから、レーザダイオード１１を直接変調器として用いる。

ＬＤドライバ回路２０は、バイアス電流駆動回路２１および変調電流駆動回路２２を含む。ＬＤ制御部３０は、温度センサ３１、コントローラ３２、データメモリ、電流生成回路、比較回路４１および演算回路４２を含む。データメモリには、バイアス電流データメモリ３３、閾値電流データメモリ３４、係数ＯＭＩデータメモリ３５、およびモニタ電流データメモリ３６が含まれる。電流生成回路には、設定バイアス電流生成回路３７、閾値電流生成回路３８、設定モニタ電流生成回路３９、および補正バイアス電流生成回路４０が含まれる。たとえば、コントローラ３２は、プロセッサとプロセッサを制御するプログラムを格納したメモリ、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)、ＩＣ（Integrated Circuit）のうち少なくとも１つを用いて構成してもよい。

図４（ａ）は、上記データメモリに格納されるデータテーブルの一例である。図４（ａ）で例示するように、データテーブルには、各温度に対応して、設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ）（ｍＡ）、閾値電流Ｉｔｈ（ｍＡ）、係数ＯＭＩ、および設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）（ｍＡ）が格納されている。なお、図４（ａ）では、設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）に対応する電力（ｍＷ）が格納されている。係数ＯＭＩは、設定バイアス電流と閾値電流Ｉｔｈとから設定変調電流Ｉｐ（ｓ）を算出するための係数である。例えば、係数ＯＭＩは、（Ｉｐ（ｓ）／２）／（Ｉｂ（ｓ）−Ｉｔｈ）とすることができる。また、閾値電流Ｉｔｈは、レーザダイオード１１による発振が開始される電流値である。例えば、閾値電流Ｉｔｈは、駆動電流と光出力パワーとの比例関係を低光出力パワーに延長して得られる電流値である。

これらの設定電流は、出荷試験時等において、事前に測定することができる。設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ）は、バイアス電流データメモリ３３に格納される。閾値電流Ｉｔｈは、閾値電流データメモリ３４に格納される。係数ＯＭＩは、係数ＯＭＩデータメモリ３５に格納される。設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）は、モニタ電流データメモリ３６に格納される。なお、各データは、テーブルではなく温度関数として格納されていてもよい。図４（ｂ）は、係数ＯＭＩを用いて算出される設定変調電流Ｉｐ（ｓ）を例示する図である。

以下、図３、図４（ａ）および図４（ｂ）を参照しつつ、光送信モジュール１００の動作について説明する。温度センサ３１は、レーザダイオード１１の温度を電気信号に変換し、コントローラ３２に入力する。コントローラ３２は、温度センサ３１から入力される電気信号に基づいて、レーザダイオード１１の温度を検出する。コントローラ３２は、バイアス電流データメモリ３３に、検出された温度に対応する設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ）の値を設定バイアス電流生成回路３７に出力させる。設定バイアス電流生成回路３７は、バイアス電流データメモリ３３から入力された値の電流（設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ））を生成し、演算回路４２に入力する。演算回路４２は、設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ）をバイアス電流駆動回路２１に入力する。バイアス電流駆動回路２１は、コントローラ３２から入力された設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ）をレーザダイオード１１に入力する。それにより、レーザダイオード１１は、設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ）で定まるバイアス点での光出力パワーで光を出力する。

また、コントローラ３２は、閾値電流データメモリ３４に、検出された温度に対応する閾値電流Ｉｔｈの値を閾値電流生成回路３８に対して出力させる。閾値電流生成回路３８は、閾値電流データメモリ３４から入力された値の電流（閾値電流Ｉｔｈ）を生成して、演算回路４２に入力する。また、コントローラ３２は、係数ＯＭＩデータメモリ３５に、検出された温度に対応する係数ＯＭＩの値を演算回路４２に対して出力させる。

演算回路４２は、閾値電流Ｉｔｈと係数ＯＭＩと設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ）とから、設定変調電流Ｉｐ（ｓ）を算出する。具体的には、演算回路４２は、下記式（１）に従って、設定変調電流Ｉｐ（ｓ）を算出する。変調電流駆動回路２２は、設定変調電流Ｉｐ（ｓ）の変調幅で、入力される主信号に応じたパルス電流をレーザダイオード１１に入力する。レーザダイオード１１は、設定変調電流Ｉｐ（ｓ）によって定まる変調振幅での消光比で出力光を変調する。
Ｉｐ（ｓ）＝ＯＭＩ×２×（Ｉｂ（ｓ）−Ｉｔｈ） （１）

フォトダイオード１２は、レーザダイオード１１の出力光を受光する。フォトダイオード１２は、光電変換によって、受光パワーを電流信号に変換し、比較回路４１に入力する。なお、バイアス電流駆動回路２１とレーザダイオード１１との間に、インダクタ５０が配置されている。それにより、バイアス電流駆動回路２１からレーザダイオード１１への交流信号の入力が防止される。また、変調電流駆動回路２２とレーザダイオード１１との間に、キャパシタ６０が配置されている。それにより、変調電流駆動回路２２からレーザダイオード１１への直流信号の入力が防止される。

また、コントローラ３２は、モニタ電流データメモリ３６に、検出した温度に対応する設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）の値を設定モニタ電流生成回路３９に対して出力させる。設定モニタ電流生成回路３９は、モニタ電流データメモリ３６から与えられる値の電流（設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ））を生成し、比較回路４１に入力する。比較回路４１は、フォトダイオード１２から入力されるモニタ電流Ｉｍ（ｍ）と設定モニタ電流生成回路３９から入力される設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）との比較結果をコントローラ３２に入力する。

コントローラ３２は、設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）とモニタ電流Ｉｍ（ｍ）との差分Δｉｍを検出する。設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）は、設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ）および設定変調電流Ｉｐ（ｓ）でのレーザダイオード１１の光出力パワーの目標値に対応する電流である。当該差分Δｉｍが小さければ、設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ）を基準に変調光の高光出力パワーと低光出力パワーとが対称となっていることになるため、線形特性が維持されていることになる。一方、当該差分Δｉｍが大きくなると、変調光の高光出力パワーが低下して、高光出力パワーと低光出力パワーとが対称を維持できなくなっていることになる。したがって、当該差分Δｉｍが大きければ、図２で説明した非線形特性が現れていると判断することができる。例えば、当該差分Δｉｍとして、設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）とモニタ電流Ｉｍ（ｍ）との差分、両者の比、等を用いることができる。

上記差分が閾値以上となる場合、バイアス電流を低下させることで、非線形特性の影響を抑制することができる。そこで、補正バイアス電流生成回路４０は、当該差分Δｉｍに応じて設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ）を低下させることで、補正バイアス電流Ｉｂ（ｃ）を生成する。補正バイアス電流生成回路４０は、生成した補正バイアス電流Ｉｂ（ｃ）を演算回路４２に入力する。演算回路４２は、補正バイアス電流Ｉｂ（ｃ）をバイアス電流駆動回路２１に入力する。バイアス電流駆動回路２１は、補正バイアス電流Ｉｂ（ｃ）をレーザダイオード１１に入力する。それにより、レーザダイオード１１のバイアス電流が補正バイアス電流Ｉｂ（ｃ）に補正される。なお、この場合、バイアス電流が変化することになるため、変調度（バイアス電流と変調電流との比）が変わるおそれがある。そこで、演算回路４２は、変調度の変化が抑制されるように、変調電流を変化させる。

例えば、設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）に対して、モニタ電流Ｉｍ（ｍ）（＜Ｉｍ（ｓ））が検出されたとする。補正バイアス電流生成回路４０は、下記式（２）に従って、モニタ電流Ｉｍ（ｍ）と設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）との比Ｒを算出する。次に、補正バイアス電流生成回路４０は、下記式（３）に従って、設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ）と閾値電流Ｉｔｈとの差Ｓを算出する。
比Ｒ＝Ｉｍ（ｍ）／Ｉｍ（ｓ） （２）
差Ｓ＝Ｉｂ（ｓ）−Ｉｔｈ （３）

次に、補正バイアス電流生成回路４０は、上記式（２）および上記式（３）の結果を用いて、下記式（４）に従って変調電流の非線形値を算出する。次に、補正バイアス電流生成回路４０は、下記式（４）に従って設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ）から非線形値を差し引くことで、補正バイアス電流Ｉｂ（ｃ）を生成し、バイアス電流駆動回路２１に入力する。
非線形値＝差Ｓ×（１−比Ｒ） （４）
補正バイアス電流Ｉｂ（ｃ）＝設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ）−非線形値 （５）

次に、演算回路４２は、閾値電流Ｉｔｈと係数ＯＭＩと補正バイアス電流Ｉｂ（ｃ）とから、補正変調電流Ｉｐ（ｃ）を算出する。具体的には、演算回路４２は、上記式（１）に従って、補正変調電流Ｉｐ（ｃ）を算出する。変調電流駆動回路２２は、補正変調電流Ｉｐ（ｃ）の変調幅で、入力される主信号に応じたパルス電流をレーザダイオード１１に入力する。レーザダイオード１１は、補正変調電流Ｉｐ（ｃ）によって定まる変調振幅での消光比で出力光を変調する。

例えば、８０℃において、設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）に対応する電力＝０．５ｍＷに対して、モニタ電流Ｉｍ（ｍ）に対応する電力＝０．４５ｍＷが検出されたとする。この場合、比Ｒは、０．４５／０．５＝０．９となる。差Ｓは、１１６．６６６７−５０＝６６．６６６７となる。非線形値は、６６．６６６７×（１−０．９）＝６．６６６７となる。補正バイアス電流Ｉｂ（ｃ）は、１１６．６６６７−６．６６６７＝１１０となる。補正変調電流Ｉｐ（ｃ）は、０．３×（１１０−５０）×２＝３６となる。

図５は、上記補正バイアス電流Ｉｂ（ｃ）および上記補正変調電流Ｉｐ（ｃ）の算出過程を表すフローチャートの一例である。図５で例示するように、コントローラ３２は、温度センサ３１の検出結果に基づいて、レーザダイオード１１の温度を取得する（ステップＳ１）。次に、コントローラ３２は、バイアス電流データメモリ３３に、検出された温度に対応する設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ）の値を出力させる。また、コントローラ３２は、検出された温度に対応する閾値電流Ｉｔｈの値を出力させる。また、コントローラ３２は、検出された温度に対応する係数ＯＭＩの値を出力させる。それにより、バイアス電流駆動回路２１からレーザダイオード１１に設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ）が設定される。変調電流駆動回路２２からレーザダイオード１１に設定変調電流Ｉｐ（ｓ）が設定される（ステップＳ２）。

次に、コントローラ３２は、ステップＳ１で取得した温度に対応する設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）の値をモニタ電流データメモリ３６に出力させる（ステップＳ３）。それにより、比較回路４１に、設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）が入力される。フォトダイオード１２は、モニタ電流Ｉｍ（ｍ）を取得する（ステップＳ４）。それにより、比較回路４１に、モニタ電流Ｉｍ（ｓ）が入力される。次に、コントローラ３２は、比較回路４１の比較結果を受け取って、下記式（５）に従って差分比率Δｉｍを算出する（ステップＳ５）。差分比率Δｉｍを求めることによって、モニタ電流Ｉｍ（ｍ）の設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）からの誤差を求めることができる。
Δｉｍ＝Ｉｍ（ｓ）−Ｉｍ（ｍ） （５）

次に、コントローラ３２は、差分Δｉｍが閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６において「Ｙｅｓ」と判定された場合、バイアス電流および変調電流は補正されない。それにより、不要な補正制御を抑制することができる。

ステップＳ６において「Ｎｏ」と判定された場合、補正バイアス電流生成回路４０は、上記式（２）〜（５）に従って、補正バイアス電流Ｉｂ（ｃ）を算出する（ステップＳ７）。それにより、バイアス電流駆動回路２１によって、レーザダイオード１１のバイアス電流が補正される。次に、演算回路４２は、閾値電流Ｉｔｈと係数ＯＭＩと補正バイアス電流Ｉｂ（ｃ）とから、補正変調電流Ｉｐ（ｃ）を算出する（ステップＳ８）。それにより、変調電流駆動回路２２によって、変調電流が補正される。その後、フローチャートの実行が終了する。

本実施形態によれば、所定の温度において設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）とモニタ電流Ｉｍ（ｍ）との差分が閾値より大きいか否かを求めることによって、非線形特性が現れているか否かを判定することができる。すなわち、設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ）および設定変調電流Ｉｐ（ｓ）において、光出力パワーの目標値と測定値との差分が閾値以上であるか否かを判定することによって、非線形特性が現れているか否かを判定することができる。当該差分に応じてバイアス電流を低下させることで、非線形特性の影響を抑制することができる。すなわち、所望の消光比を得ることができる。さらに、低下後のバイアス電流に応じて変調電流を低下させる補正をすることで、変調度の変化を抑制することができる。所望の消光比が得られることは、ＰＡＭ４（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、ＤＭＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｍｕｌｔｉ−Ｔｏｎｅ）等の多値変調方式において特に有効である。

本実施形態において、バイアス電流駆動回路２１が、入力されたバイアス電流設定値に基づいて発光素子のバイアス電流を駆動するバイアス電流駆動回路の一例として機能する。変調電流駆動回路２２が、入力された変調電流設定値に基づいて発光素子の変調電流を駆動する変調電流駆動回路の一例として機能する。コントローラ３２が、バイアス電流設定値および変調電流設定値において、光出力パワーの目標値に対する受光素子で測定された光出力パワーとの差分が閾値以上であるか否かを判定する判定部の一例として機能する。演算回路４２が、差分が閾値以上と判定された場合に、差分に応じた分、バイアス電流を下げる補正制御をバイアス電流駆動回路に対して行う制御回路の一例として機能する。

（第２の実施形態）
第２の実施形態においては、外部変調方式においてバイアス電圧を補正する例について説明する。図６は、外部変調方式で用いる外部変調器の消光特性を例示する図である。外部変調器とは、電界吸収型光変調器、電気光学効果型光変調器などである。図６において、横軸は外部変調器に印加される電圧値（Ｖ）であり、縦軸は外部変調器から得られる光出力（ｍＷ）である。

図６で例示するように、印加電圧が大きくなるにつれて、傾きが徐々に大きくなり、所定の電圧値範囲では傾きがほぼ一定となり、それ以上の電圧値範囲では傾きが徐々に小さくなる。傾きがほぼ一定となる電圧値範囲（線形特性範囲）を用いれば、良好な消光比が得られることになる。具体的には、線形特性範囲の中央あたりの電圧をバイアス電圧とし、当該バイアス電圧を基準として高低に変動する電圧を変調電圧として印加すれば、良好な消光比が得られることになる。

外部変調器の消光特性は、温度に応じて変化する。例えば、図６で例示するように、室温のように比較的温度が低い場合においては、比較的低い印加電圧に対して高光出力が得られる。温度上昇に伴って、印加電圧に対する光出力が低下する。外部変調器に経年劣化などが生じていなければ、消光特性は温度によって定まる。したがって、消光特性は、出荷試験時等において、事前に測定することができる。しかしながら、外部変調器が経年劣化すると、消光特性に変化が生じる。例えば、線形特性範囲よりも低い電圧範囲において光出力が低下する。または、線形特性範囲よりも高い電圧範囲において光出力が低下する。それにより、外部変調器に経年劣化が生じると、バイアス電圧が線形特性範囲の中央付近から外れることになる。この場合、変調電圧範囲が線形特性範囲から外れ、所定の消光比を実現するに際してバイアス点を対称点とすることができなくなる。

以上のことから、光出力パワーと駆動電圧との間に非線形特性が現れた場合、一般的なＡＰＣ制御がなされると所望の消光比が得られなくなる。第２の実施形態では、上記非線形特性が現れる場合であっても所望の消光比を得ることができる光送信モジュールおよびその制御方法について説明する。

図７は、第２の実施形態に係る光送信モジュール１００ａの全体構成を説明するためのブロック図である。図７で例示するように、光送信モジュール１００ａは、光送信デバイス１０ａ、ＬＤドライバ回路２０ａ、およびＬＤ制御部３０ａを備える。

光送信デバイス１０ａは、レーザダイオード１１、変調器１３およびフォトダイオード（受光素子）１２を含む。本実施形態においては、変調器１３に変調電流を供給することによって変調信号を取り出すことから、レーザダイオード１１には変調電流を供給しない。例えば、変調器１３として、電界吸収型光変調器、電気光学効果型光変調器などを用いることができる。

ＬＤドライバ回路２０ａは、バイアス電圧駆動回路２１ａおよび変調電圧駆動回路２２ａを含む。ＬＤ制御部３０ａは、温度センサ３１ａ、コントローラ３２ａ、データメモリ、生成回路、比較回路４１ａおよび演算回路４２ａを含む。データメモリには、バイアス電圧データメモリ３３ａ、係数ＯＭＩデータメモリ３５ａ、およびモニタ電流データメモリ３６ａが含まれる。生成回路には、設定バイアス電圧生成回路３７ａ、設定モニタ電流生成回路３９ａ、および補正バイアス電圧生成回路４０ａが含まれる。たとえば、コントローラ３２ａは、プロセッサとプロセッサを制御するプログラムを格納したメモリ、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)、ＩＣ（Integrated Circuit）のうち少なくとも１つを用いて構成してもよい。

図８は、上記データメモリに格納されるデータテーブルの一例である。図８で例示するように、データテーブルには、各温度に対応して、設定バイアス電圧Ｖｂ（ｓ）（Ｖ）、係数ＯＭＩ、および設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）（ｍＡ）が格納されている。なお、図８では、設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）に対応する電力（ｍＷ）が格納されている。係数ＯＭＩは、設定バイアス電圧から設定変調電圧Ｖｐ（ｓ）を算出するための係数である。例えば、係数ＯＭＩは、（Ｖｐ（ｓ）／２）／Ｖｂ（ｓ）とすることができる。

これらの設定電圧および設定電流は、出荷試験時等において、事前に測定することができる。設定バイアス電圧Ｖｂ（ｓ）は、バイアス電圧データメモリ３３ａに格納される。係数ＯＭＩは、係数ＯＭＩデータメモリ３５ａに格納される。設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）は、モニタ電流データメモリ３６ａに格納される。なお、各データは、テーブルではなく温度関数として格納されていてもよい。

以下、図７および図８を参照しつつ、光送信モジュール１００ａの動作について説明する。温度センサ３１ａは、変調器１３の温度を電気信号に変換し、コントローラ３２ａに入力する。コントローラ３２ａは、温度センサ３１ａから入力される電気信号に基づいて、変調器１３の温度を検出する。コントローラ３２は、バイアス電圧データメモリ３３ａに、検出された温度に対応する設定バイアス電圧Ｖｂ（ｓ）の値を設定バイアス電圧生成回路３７ａに出力させる。設定バイアス電圧生成回路３７ａは、バイアス電圧データメモリ３３ａから入力された値の電圧（設定バイアス電圧Ｖｂ（ｓ））を生成し、演算回路４２ａに入力する。演算回路４２ａは、設定バイアス電圧Ｖｂ（ｓ）をバイアス電圧駆動回路２１ａに入力する。バイアス電圧駆動回路２１ａは、コントローラ３２から入力された設定バイアス電圧Ｖｂ（ｓ）を変調器１３に入力する。それにより、変調器１３は、設定バイアス電圧Ｖｂ（ｓ）で定まるバイアス点での光出力パワーで光を出力する。

また、コントローラ３２ａは、係数ＯＭＩデータメモリ３５ａに、検出された温度に対応する係数ＯＭＩの値を演算回路４２ａに対して出力させる。演算回路４２ａは、係数ＯＭＩと設定バイアス電圧Ｖｂ（ｓ）とから、設定変調電圧Ｖｐ（ｓ）を算出する。具体的には、演算回路４２ａは、下記式（６）に従って、設定変調電圧Ｖｐ（ｓ）を算出する。変調電圧駆動回路２２ａは、設定変調電圧Ｖｐ（ｓ）の変調幅で、入力される主信号に応じたパルス電圧を変調器１３に入力する。変調器１３は、設定変調電圧Ｖｐ（ｓ）によって定まる変調振幅での消光比で出力光を変調する。
Ｖｐ（ｓ）＝ＯＭＩ×２×Ｖｂ（ｓ） （６）

フォトダイオード１２は、変調器１３の出力光を受光する。フォトダイオード１２は、光電変換によって、受光パワーを電流信号に変換し、比較回路４１ａに入力する。なお、バイアス電圧駆動回路２１ａとレーザダイオード１１ａとの間に、インダクタ５０が配置されている。それにより、バイアス電圧駆動回路２１ａから変調器１３への交流信号の入力が防止される。また、変調電圧駆動回路２２ａと変調器１３との間に、キャパシタ６０が配置されている。それにより、変調電圧駆動回路２２ａから変調器１３への直流信号の入力が防止される。

また、コントローラ３２ａは、モニタ電流データメモリ３６ａに、検出した温度に対応する設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）の値を設定モニタ電流生成回路３９ａに対して出力させる。設定モニタ電流生成回路３９ａは、モニタ電流データメモリ３６ａから与えられる値の電流（設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ））を生成し、比較回路４１ａに入力する。比較回路４１ａは、フォトダイオード１２から入力されるモニタ電流Ｉｍ（ｍ）と設定モニタ電流生成回路３９ａから入力される設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）との比較結果をコントローラ３２ａに入力する。

コントローラ３２ａは、設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）とモニタ電流Ｉｍ（ｍ）との差分Δｉｍの絶対値を検出する。設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）は、設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ）および設定変調電流Ｉｐ（ｓ）での変調器１３の光出力パワーの目標値に対応する電流である。当該差分Δｉｍの絶対値が小さければ、設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ）を基準に変調光の高光出力パワーと低光出力パワーとが対称となっていることになるため、線形特性が維持されていることになる。一方、当該差分Δｉｍの絶対値が大きくなると、高光出力パワーと低光出力パワーとが対称を維持できなくなっていることになる。したがって、当該差分Δｉｍの絶対値が大きければ、図６で説明した非線形特性が現れていると判断することができる。例えば、当該差分Δｉｍとして、設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）とモニタ電流Ｉｍ（ｍ）との差分、両者の比、等を用いることができる。

上記差分の絶対値が閾値以上となる場合、バイアス電圧を補正することで、非線形特性の影響を抑制することができる。そこで、補正バイアス電圧生成回路４０ａは、当該差分Δｉｍに応じて設定バイアス電圧Ｖｂ（ｓ）を補正することで、補正バイアス電圧Ｖｂ（ｃ）を生成する。補正バイアス電圧生成回路４０ａは、生成した補正バイアス電圧Ｖｂ（ｃ）を演算回路４２ａに入力する。演算回路４２ａは、補正バイアス電圧Ｖｂ（ｃ）をバイアス電圧駆動回路２１ａに入力する。バイアス電圧駆動回路２１ａは、補正バイアス電圧Ｖｂ（ｃ）をレーザダイオード１１に入力する。それにより、レーザダイオード１１のバイアス電圧が補正バイアス電圧Ｖｂ（ｃ）に補正される。なお、この場合、バイアス電圧が変化することになるため、変調度（バイアス電圧と変調電圧との比）が変わるおそれがある。そこで、演算回路４２ａは、変調度の変化が抑制されるように、変調電圧を変化させる。

例えば、補正バイアス電圧生成回路４０ａは、フィードバック制御により、モニタ電流Ｉｍ（ｍ）が設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）に近づくように、補正バイアス電圧Ｖｂ（ｃ）を生成する。本実施形態においては、補正バイアス電圧生成回路４０ａは、設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）とモニタ電流Ｉｍ（ｍ）とが一致するように、補正バイアス電圧Ｖｂ（ｃ）を生成する。次に、演算回路４２ａは、係数ＯＭＩと補正バイアス電圧Ｖｂ（ｃ）とから、補正変調電圧Ｖｐ（ｃ）を算出する。具体的には、演算回路４２ａは、上記式（６）に従って、補正変調電圧Ｖｐ（ｃ）を算出する。変調電圧駆動回路２２ａは、補正変調電圧Ｖｐ（ｃ）の変調幅で、入力される主信号に応じたパルス電圧を変調器１３に入力する。変調器１３は、補正変調電圧Ｖｐ（ｃ）によって定まる変調振幅での消光比で出力光を変調する。非線形特性が現れた場合でもモニタ電流Ｉｍ（ｍ）が設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）になるようにバイアス電圧を補正すれば、当該バイアス電圧が線形特性の中心あたりに位置するようになる。

図９は、上記補正バイアス電圧Ｖｂ（ｃ）および上記補正変調電圧Ｖｐ（ｃ）の算出過程を表すフローチャートの一例である。図９で例示するように、コントローラ３２ａは、温度センサ３１ａの検出結果に基づいて、変調器１３の温度を取得する（ステップＳ１１）。次に、コントローラ３２ａは、バイアス電圧データメモリ３３ａに、検出された温度に対応する設定バイアス電圧Ｖｂ（ｓ）の値を出力させる。また、コントローラ３２ａは、検出された温度に対応する係数ＯＭＩの値を出力させる。それにより、バイアス電圧駆動回路２１ａからレーザダイオード１１に設定バイアス電圧Ｖｂ（ｓ）が設定される。変調電圧駆動回路２２ａからレーザダイオード１１に設定変調電圧Ｖｐ（ｓ）が設定される（ステップＳ１２）。

次に、コントローラ３２ａは、ステップＳ１１で取得した温度に対応する設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）の値をモニタ電流データメモリ３６ａに出力させる（ステップＳ１３）。それにより、比較回路４１ａに、設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）が入力される。フォトダイオード１２は、モニタ電流Ｉｍ（ｍ）を取得する（ステップＳ１４）。それにより、比較回路４１ａに、モニタ電流Ｉｍ（ｓ）が入力される。次に、コントローラ３２ａは、比較回路４１ａの比較結果を受け取って、下記式（７）に従って差分比率Δｉｍを算出する（ステップＳ１５）。差分比率Δｉｍを求めることによって、モニタ電流Ｉｍ（ｍ）の設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）からの誤差を求めることができる。
Δｉｍ＝Ｉｍ（ｓ）−Ｉｍ（ｍ） （７）

次に、コントローラ３２ａは、差分Δｉｍの絶対値が閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６において「Ｙｅｓ」と判定された場合、バイアス電圧および変調電圧は補正されない。それにより、不要な補正制御を抑制することができる。

ステップＳ１６において「Ｎｏ」と判定された場合、補正バイアス電圧生成回路４０ａは、フィードバック制御により、設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）とモニタ電流Ｉｍ（ｍ）とが一致するように、補正バイアス電圧Ｖｂ（ｃ）を生成する（ステップＳ１７）。それにより、バイアス電圧駆動回路２１ａによって、変調器１３のバイアス電圧が補正される。次に、演算回路４２ａは、係数ＯＭＩと補正バイアス電圧Ｖｂ（ｃ）とから、補正変調電圧Ｖｐ（ｃ）を算出する（ステップＳ１８）。それにより、変調電圧駆動回路２２ａによって、変調電圧が補正される。その後、フローチャートの実行が終了する。

本実施形態によれば、所定の温度において設定モニタ電流Ｉｍ（ｓ）とモニタ電流Ｉｍ（ｍ）との差分の絶対値が閾値より大きいか否かを求めることによって、非線形特性が現れているか否かを判定することができる。すなわち、設定バイアス電流Ｉｂ（ｓ）および設定変調電流Ｉｐ（ｓ）において、光出力パワーの目標値と測定値との差分の絶対値が閾値以上であるか否かを判定することによって、非線形特性が現れているか否かを判定することができる。当該差分に応じてバイアス電圧を補正することで、非線形特性の影響を抑制することができる。すなわち、所望の消光比を得ることができる。さらに、補正後のバイアス電圧に応じて変調電圧を補正することで、変調度の変化を抑制することができる。所望の消光比が得られることは、ＰＡＭ４（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、ＤＭＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｍｕｌｔｉ−Ｔｏｎｅ）等の多値変調方式において特に有効である。

本実施形態において、バイアス電圧駆動回路２１ａが、入力されたバイアス電圧設定値に基づいて発光素子の出力光を変調する変調器のバイアス電圧を駆動するバイアス電圧駆動回路の一例として機能する。変調電圧駆動回路２２ａが、入力された変調電圧設定値に基づいて変調器の変調電圧を駆動する変調電圧駆動回路の一例としいて機能する。コントローラ３２ａが、バイアス電圧設定値および変調電圧設定値において、光出力パワーの目標値に対する受光素子で測定された光出力パワーとの差分の絶対値が閾値以上であるか否かを判定する判定部の一例として機能する。演算回路４２ａが、差分の絶対値が閾値以上と判定された場合に、差分に応じた分、バイアス電圧を補正する補正制御をバイアス電圧駆動回路に対して行う制御回路の一例として機能する。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 光送信デバイス
１１ レーザダイオード
１２ フォトダイオード
２０ ＬＤドライバ回路
２１ バイアス電流駆動回路
２２ 変調電流駆動回路
３０ ＬＤ制御部３０
３１ 温度センサ
３２ コントローラ
３３ バイアス電流データメモリ
３４ 閾値電流データメモリ
３５ 係数ＯＭＩデータメモリ
３６ モニタ電流データメモリ
３７ 設定バイアス電流生成回路
３８ 閾値電流生成回路
３９ 設定モニタ電流生成回路
４０ 補正バイアス電流生成回路
４１ 比較回路
４２ 演算回路
１００ 光送信モジュール

Claims (9)

1. 入力されたバイアス電流設定値に基づいて、発光素子のバイアス電流を駆動するバイアス電流駆動回路と、
   入力された変調電流設定値に基づいて、前記発光素子の変調電流を駆動する変調電流駆動回路と、
   前記発光素子の光出力パワーを測定する受光素子と、
   前記バイアス電流設定値および前記変調電流設定値において、前記光出力パワーの目標値に対する前記受光素子で測定された前記光出力パワーとの差分が閾値以上であるか否かを判定する判定部と、
   前記差分が前記閾値以上と判定された場合に、前記差分に応じた分、前記バイアス電流を下げる補正制御を前記バイアス電流駆動回路に対して行う制御回路と、を備えることを特徴とする光送信モジュール。
2. 前記バイアス電流設定値および前記変調電流設定値は、前記発光素子の温度に応じて設定された値であることを特徴とする請求項１記載の光送信モジュール。
3. 前記制御回路は、前記補正制御を行う際に、前記バイアス電流と前記変調電流との比の変動が抑制されるように、前記変調電流を補正する制御を前記変調電流駆動回路に対して行うことを特徴とする請求項１または２記載の光送信モジュール。
4. 入力されたバイアス電流設定値に基づいて、発光素子のバイアス電流を駆動し、
   入力された変調電流設定値に基づいて、前記発光素子の変調電流を駆動し、
   受光素子を用いて前記発光素子の光出力パワーを測定し、
   前記バイアス電流設定値および前記変調電流設定値において、前記光出力パワーの目標値に対する前記受光素子で測定された前記光出力パワーとの差分が閾値以上であるか否かを判定し、
   前記差分が前記閾値以上と判定された場合に、前記差分に応じた分、前記バイアス電流を下げる補正制御を行う、ことを特徴とする光送信モジュールの制御方法。
5. 前記発光素子の温度に応じて、前記バイアス電流設定値および前記変調電流設定値を設定することを特徴とする請求項４記載の光送信モジュールの制御方法。
6. 前記補正制御を行う際に、前記バイアス電流と前記変調電流との比の変動が抑制されるように、前記変調電流を補正する制御を行うことを特徴とする請求項４または５記載の光送信モジュールの制御方法。
7. 入力されたバイアス電圧設定値に基づいて、発光素子の出力光を変調する変調器のバイアス電圧を駆動するバイアス電圧駆動回路と、
   入力された変調電圧設定値に基づいて、前記変調器の変調電圧を駆動する変調電圧駆動回路と、
   前記変調器の光出力パワーを測定する受光素子と、
   前記バイアス電圧設定値および前記変調電圧設定値において、前記光出力パワーの目標値に対する前記受光素子で測定された前記光出力パワーとの差分の絶対値が閾値以上であるか否かを判定する判定部と、
   前記差分の絶対値が前記閾値以上と判定された場合に、前記差分に応じた分、前記バイアス電圧を補正する補正制御を前記バイアス電圧駆動回路に対して行う制御回路と、を備えることを特徴とする光送信モジュール。
8. 前記バイアス電圧設定値および前記変調電圧設定値は、前記発光素子の温度に応じて設定された値であることを特徴とする請求項７記載の光送信モジュール。
9. 前記制御回路は、前記補正制御を行う際に、前記受光素子によって測定される光出力パワーが前記目標値に近づくように、前記バイアス電圧を補正することを特徴とする請求項７または８記載の光送信モジュール。

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