JP2019075471A - レーザダイオード制御回路、及び光通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キンクの発生のばらつきにかかわらず光出力が大きくなるようにレーザダイオードを制御する。【解決手段】光通信装置は、レーザダイオード１２と、レーザダイオード１２の光出力を示す光出力信号を出力する光出力検出回路１４と、レーザダイオード制御回路２０とを有する光源１を備える。レーザダイオード制御回路２０は、制御信号供給部２１と、光出力信号取得部２２と、位相判定部２３と、制御信号決定部２４とを有する。制御信号供給部２１は直流成分と交流成分とを含む制御信号をレーザダイオードに供給し、光出力信号取得部２２はレーザダイオードの光出力を示す光出力信号を取得する。位相判定部２３は、光出力信号の交流成分の位相が制御信号の交流成分の位相と同相であるか否かを判定する。制御信号決定部２４は光出力信号の交流成分の位相が制御信号の交流成分の位相と同相ではないと判定されたときに、制御信号の直流成分を減少させる。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザダイオード制御回路、及び光通信装置に関する。

定電流バイアスと正弦波電流とを重畳して駆動電流として半導体レーザに印加し、駆動電流と光出力との位相差に基づいて、半導体レーザの熱特性を測定する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このような技術によれば、半導体レーザの熱特性を簡便且つ適確に測定することが可能になる。

特開昭６１―１１０４８２号公報

また、光出力一定制御（Auto Power Control、ＡＰＣ）とも称されるレーザダイオードの光出力を一定に制御する技術が知られている。ＡＰＣでは、Ｉ−Ｐ特性とも称される入力電流と光出力との関係を示す特性において、入力電流の増加に応じて光出力が線形に単調増加する単調増加領域を使用して光出力を制御することで、安定した制御が可能になる。

しかしながら、レーザダイオードを高温下で使用するとき、及びレーザダイオードを長期間に亘って使用するときに、キンクとも称される非線形、非単調増加な現象がＩ−Ｐ特性に発生するキンク領域が低電流側にシフトすることがある。また、レーザダイオードの小型化に応じてＩ−Ｐ特性の製造ばらつきが増加することで、Ｉ−Ｐ特性の低電流側にキンクが発生するおそれがある。Ｉ−Ｐ特性の低電流側にキンクが発生するおそれがあるため、ＡＰＣにより入力電流を高くして、光出力が大きくなるようにレーザダイオードを制御することは容易ではない。

一実施形態では、キンクの発生による誤制御を防止し、キンクの発生のばらつきにかかわらず光出力が大きくする制御が可能なレーザダイオード制御回路、及びそのようなレーザダイオード制御回路を搭載した光通信装置を提供することを目的とする。

１つの態様では、光通信装置は、光源と、光源から出射された光を、変調信号に応じて変調した光を送信光として出力する変調器と、変調信号を出力する制御回路とを有する。光源は、制御信号に応じた光を出射するレーザダイオードと、レーザダイオードの光出力を検出し、検出した光出力を示す光出力信号を出力する光出力検出回路と、レーザダイオード制御回路とを有する。レーザダイオード制御回路は、制御信号供給部と、光出力信号取得部と、位相判定部と、制御信号決定部とを有し、光出力信号が入力され、光出力信号に応じた制御信号をレーザダイオードに出力する。制御信号供給部は直流成分と交流成分とを含む制御信号をレーザダイオードに供給し、光出力信号取得部は制御信号に応じたレーザダイオードの光出力を示す光出力信号を取得する。位相判定部は、光出力信号に含まれる交流成分の位相が制御信号に含まれる交流成分の位相と同相であるか否かを判定する。制御信号決定部は光出力信号に含まれる交流成分の位相が制御信号に含まれる交流成分の位相と同相ではないと判定されたときに、制御信号の直流成分を減少させることを決定する。

一実施形態では、キンクの発生による誤制御を防止し、キンクの発生のばらつきにかかわらずレーザダイオードの光出力を大きくできる。

（ａ）は実施形態に係るレーザダイオード制御回路に関連するレーザダイオード制御回路の動作を説明するための図であり、（ｂ）はレーザダイオードのＩ−Ｐ特性を示す図である。 （ａ）は第１実施形態に係るレーザダイオード制御回路を含む光源の回路ブロック図であり、（ｂ）は（ａ）に示すレーザダイオード制御回路の機能ブロック図である。 図２に示すレーザダイオード制御回路により実行されるレーザダイオード制御処理のフローチャートである。 図３に示すＳ１０３〜Ｓ１０４の処理を説明するための図である。 （ａ）は第２実施形態に係るレーザダイオード制御回路を含む光源の回路ブロック図であり、（ｂ）は（ａ）に示すレーザダイオード制御回路の機能ブロック図である。 図５に示すレーザダイオード制御回路により実行されるレーザダイオード制御処理のフローチャートである。 図６に示すＳ２０３〜Ｓ２０４の処理を説明するための図である。 （ａ）は第３実施形態に係るレーザダイオード制御回路を含む光源の回路ブロック図であり、（ｂ）は（ａ）に示すレーザダイオード制御回路の機能ブロック図である。 図８に示すレーザダイオード制御回路により実行されるレーザダイオード制御処理のフローチャートである。 図９に示すＳ３０３〜Ｓ３０４の処理を説明するための図である。 実施形態に係るレーザダイオード制御回路を塔載する光通信装置のブロック図である。

以下図面を参照して、実施形態に係るレーザダイオード制御回路及び光通信装置について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されない。

（関連するレーザダイオード制御回路の動作）
図１（ａ）は実施形態に係るレーザダイオード制御回路に関連するレーザダイオード制御回路の動作を説明するための図であり、図１（ｂ）はレーザダイオードのＩ−Ｐ特性を示す図である。図１（ａ）及び１（ｂ）において、横軸は入力電流（ｍＡ）を示し、縦軸は光出力（ｍＷ）を示す。

実施形態に係るレーザダイオード制御回路に関連するレーザダイオード制御回路によるＡＰＣによるレーザダイオードの制御について図１（ａ）を参照して説明する。Ｉ−Ｐ特性波形１０１は、入力電流の増加に応じて光出力が単調増加する単調増加領域Ａと、入力電流と光出力との関係が非線形、非単調増加になるキンク領域Ｂとを含む。

関連するレーザダイオード制御回路は、Ｉ−Ｐ特性波形１０１の単調増加領域Ａに含まれるＡＰＣ適用領域Ｃにおいて、ＡＰＣ制御を実行する。関連するレーザダイオード制御回路は、目標値Ｐｏにレーザダイオードの光出力Ｐが一致するように、ＡＰＣ制御を実行する。関連するレーザダイオード制御回路は、レーザダイオードの光出力Ｐが目標値Ｐｏよりも小さいＰ１であるとき、入力電流をΔＩ増加させてレーザダイオードの光出力Ｐを増加させる。一方、関連するレーザダイオード制御回路は、レーザダイオードの光出力Ｐが目標値Ｐｏよりも大きいＰ２であるとき、入力電流をΔＩ減少させてレーザダイオードの光出力Ｐを減少させる。また、関連するレーザダイオード制御回路は、レーザダイオードの光出力Ｐが目標値Ｐｏに等しいとき、入力電流を変更せずにレーザダイオードの光出力Ｐを一定値に維持させる。

関連するレーザダイオード制御回路は、ＡＰＣ適用領域Ｃにおいて、ＡＰＣ制御を実行することで、レーザダイオードの光出力Ｐが一定値Ｐｏになるようにレーザダイオードを制御することができる。

レーザダイオードのＩ−Ｐ特性波形１０１は、レーザダイオードの使用状態、使用期間、及び製造ばらつき等に応じて、例えばＩ−Ｐ特性波形１０２のように変動するおそれがある。レーザダイオードのＩ−Ｐ特性波形は、使用温度が高くなったとき、使用期間が長くなり経年劣化したとき、及び製造ばらつきにより特性が悪化したとき、Ｉ−Ｐ特性波形１０１からＩ−Ｐ特性波形１０２にシフトする。Ｉ−Ｐ特性波形ががＩ−Ｐ特性波形１０１からＩ−Ｐ特性波形１０２にシフトすると、ＡＰＣで使用可能な領域である単調増加領域は狭くなる。

関連するレーザダイオード制御回路によるＡＰＣ制御では、レーザダイオードのＩ−Ｐ特性がＩ−Ｐ特性波形１０１からＩ−Ｐ特性波形１０２にシフトするおそれがあるため、単調増加領域Ａの入力電流が高い領域を使用することは容易ではない。例えば、関連するレーザダイオード制御回路が、図１（ｂ）において破線Ｄで示される入力電流を含む領域をＡＰＣ適用領域Ｃに含むようにＡＰＣ制御を実行する場合、Ｉ−Ｐ特性波形がＩ−Ｐ特性波形１０２に変化したときに制御が不安定になる。

（実施形態に係るレーザダイオード制御回路の概要）
実施形態に係るレーザダイオード制御回路は、直流成分と交流成分とを含む制御信号をレーザダイオードに供給し、制御信号に含まれる交流成分の位相が光出力信号に含まれる交流成分の位相と同相であるか否かを判定する。実施形態に係るレーザダイオード制御回路は、制御信号及び光出力信号に含まれる交流成分の位相が同相であるとき、レーザダイオードを単調増加領域で制御していると判断する。一方、実施形態に係るレーザダイオード制御回路は、制御信号及び光出力信号に含まれる交流成分の位相が同相ではないとき、レーザダイオードを単調増加領域ではない領域で制御していると判断する。実施形態に係るレーザダイオード制御回路は、制御信号及び光出力信号に含まれる交流成分の位相関係に基づいてレーザダイオードに供給する入力電流を制御することで、キンクが発生しない単調増加領域で広くレーザダイオードを制御することができる。

（第１実施形態に係るレーザダイオード制御回路を含む光源の構成及び機能）
図２（ａ）は第１実施形態に係るレーザダイオード制御回路を含む光源の回路ブロック図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すレーザダイオード制御回路の機能ブロック図である。

光源１は、ＤＡ変換器１１と、レーザダイオード１２と、光カプラ１３と、光出力検出回路１４と、ＡＤ変換器１５と、レーザダイオード制御回路２０とを有する。

ＤＡ変換器１１は、レーザダイオード制御回路２０から入力される制御信号をデジタル信号からアナログ信号に変換して、レーザダイオード１２に出力する。制御信号は、直流成分Ｉ_IDと交流成分Ｉ_IAを含む。制御信号Ｉ_LDの交流成分Ｉ_IAの周波数は、例えば１０Ｈｚ未満すなわち数Ｈｚ程度であり、制御信号Ｉ_LDの交流成分Ｉ_IAの振幅は、例えば制御信号Ｉ_LDの直流成分Ｉ_IDの振幅の１／１００以下すなわち１％以下である。ＤＡ変換器１１の構成及び機能は、よく知られているので、ここでは詳細な説明は省略する。

レーザダイオード１２は、直流成分Ｉ_IAと交流成分Ｉ_IAとが重畳された制御信号Ｉ_LDに応じた光を出射する。レーザダイオード１２の構成及び機能は、よく知られているので、ここでは詳細な説明は省略する。レーザダイオード１２は、制御信号Ｉ_LDが交流成分Ｉ_IAを含むため、交流成分を含む光を出射する。

光カプラ１３は、光ファイバ及び光導波路等の光学素子により形成され、レーザダイオード１２から出射された光の一部を分岐して光出力検出回路１４に入射する。光カプラ１３の構成及び機能は、よく知られているので、ここでは詳細な説明は省略する。例えば分岐比を０．９５：０．０５と設計した光カプラを用いる場合、レーザダイオード１２から出射された光の９５％を主出射光Ｐ_outとし、５％の分岐光ＰDを光出力検出回路１４に入射するように配置する。

光出力検出回路１４は、レーザダイオード１２の光出力を検出し、検出した光出力を示す光出力信号Ｖ_Dを出力する。光出力検出回路１４は、分岐光Ｐ_Dの光出力に応じた電流を流す光電変換素子と、光電変換素子から供給される電流を電圧に変換する抵抗素子とを有し、レーザダイオード１２の光出力に相関する分岐光Ｐ_Dに応じた電圧を光出力信号Ｖ_Dとして出力する。光出力検出回路１４が有する光電変換素子は、例えばフォトカプラである。光出力信号Ｖ_Dは、レーザダイオード１２から出射される光が交流成分を含むため、直流成分Ｖ_DDに加えて交流成分Ｖ_DAを含む。

ＡＤ変換器１５は、光出力検出回路１４から入力される光出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換してレーザダイオード制御回路２０に出力する。ＡＤ変換器１５の構成及び機能は、よく知られているので、ここでは詳細な説明は省略する。

レーザダイオード制御回路２０は、制御信号供給部２１と、光出力信号取得部２２と、位相判定部２３と、制御信号決定部２４とを有する。これらの各部は、ファームウェアとしてレーザダイオード制御回路２０に実装されてもよく、レーザダイオード制御回路２０が備えるプロセッサで実行されるプログラムにより実現される機能モジュールであってもよい。

（第１実施形態に係るレーザダイオード制御回路によるレーザダイオード制御処理）
図３は、レーザダイオード制御回路２０により実行されるレーザダイオード制御処理のフローチャートである。図３に示すレーザダイオード制御処理は、レーザダイオード制御回路２０が有する各部が機能モジュールであるとき、予め不図示の記憶部に記憶されているプログラムに基づいて、レーザダイオード制御回路２０の各要素と協働して実行される。

まず、制御信号供給部２１は、直流成分Ｉ_IDと交流成分Ｉ_IAとを含む制御信号Ｉ_LDをＤＡ変換器１１を介して、レーザダイオード１２に供給する（Ｓ１０１）。具体的には、制御信号供給部２１は、制御信号Ｉ_LDの直流成分Ｉ_IDの初期値に対応するバイアス値と、交流成分Ｉ_IAとが重畳された制御信号Ｉ_LDに対応するデジタル信号をＤＡ変換器１１に出力する。

次いで、光出力信号取得部２２は、直流成分Ｉ_IDと交流成分Ｉ_IAとを含む制御信号Ｉ_LDに応じたレーザダイオード１２の光出力を示す光出力信号Ｖ_Dを光カプラ１３及び光出力検出回路１４を介して取得する（Ｓ１０２）。制御信号Ｉ_LDが直流成分Ｉ_IDと交流成分Ｉ_IAとを含むため、レーザダイオード１２の光出力は直流成分及び交流成分を含み、光出力信号Ｖ_Dは直流成分Ｖ_DDと交流成分Ｖ_DAとを含む。

次いで、位相判定部２３は、Ｓ１０２の処理で取得された光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAが、Ｓ１０１の処理で供給された制御信号Ｉ_LDに含まれる交流成分Ｉ_IAの位相と同相であるか否かを判定する（Ｓ１０３）。位相判定部２３は、例えば、交流成分Ｖ_DAに対応するデジタル値から推定される交流成分Ｖ_DAの経時変化から、光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAの位相を推定する。位相判定部２３は、制御信号Ｉ_LDに対応するデジタル信号の交流成分から、制御信号Ｉ_LDに含まれる交流成分Ｉ_IAの位相を推定する。

位相判定部２３は、光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAが制御信号Ｉ_LDに含まれる交流成分Ｉ_IAの位相と同相であると判定した（Ｓ１０３−ＹＥＳ）とき、同相信号を出力する。また、位相判定部２３は、光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAが制御信号Ｉ_LDに含まれる交流成分Ｉ_IAの位相と同相ではないと判定した（Ｓ１０３−ＮＯ）とき、否同相信号を制御信号決定部２４に出力する。

制御信号決定部２４は、光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAが制御信号Ｉ_LDに含まれる交流成分Ｉ_IAの位相と同相ではないと判定され（Ｓ１０３−ＮＯ）、否同相信号が入力されると、制御信号Ｉ_LDの直流成分Ｉ_IDを減少させることを決定する（Ｓ１０４）。制御信号決定部２４が制御信号Ｉ_LDの直流成分Ｉ_IDを減少させる量は、所与の固定値である。

図４は、Ｓ１０３〜Ｓ１０４の処理を説明するための図である。図４において、横軸は入力電流（ｍＡ）を示し、縦軸は光出力（ｍＷ）を示す。Ｉ−Ｐ特性波形４０１は、入力電流の増加に応じて光出力が単調増加する単調増加領域Ａと、入力電流と光出力との関係が非線形、非単調増加になるキンク領域Ｂとを含む。

Ｉ−Ｐ特性波形４０１が単調増加領域Ａにあるとき、入力電流の増加に応じて光出力が増加するので、光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAが制御信号Ｉ_LDに含まれる交流成分Ｉ_IAの位相と同相になる。一方、Ｉ−Ｐ特性波形４０１が非単調増加領域Ｂにあるとき、入力電流の増加に応じて光出力が減少するので、光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAが制御信号Ｉ_LDに含まれる交流成分Ｉ_IAの位相と同相にならない。

制御信号決定部２４は、光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAが制御信号Ｉ_LDに含まれる交流成分Ｉ_IAの位相と同相ではないと判定された（Ｓ１０３−ＮＯ）とき、Ｉ−Ｐ特性波形４０１がキンク領域Ｂにあると判断して、直流成分Ｉ_IDを減少させる。制御信号決定部２４は、Ｉ−Ｐ特性波形４０１がキンク領域Ｂにあると判断したときに直流成分Ｉ_IDを減少させることで、Ｉ−Ｐ特性波形４０１をキンク領域Ｂから単調増加領域Ａの方向に移動させる。

次いで、制御信号供給部２１は、不図示の上位制御回路からレーザダイオード１２の制御処理を中止することを示す制御中止指示信号が入力されているか否かを判定する（Ｓ１０５）。制御信号供給部２１が制御中止指示信号が入力されていると判定する（Ｓ１０５−ＹＥＳ）と、処理は終了する。一方、制御信号供給部２１は、制御中止指示信号が入力されていないと判定する（Ｓ１０５−ＮＯ）と、Ｓ１０４の処理で減少された直流成分Ｉ_IDと交流成分Ｉ_IAとを含む制御信号Ｉ_LDをレーザダイオード１２に供給する（Ｓ１０１）。

制御信号決定部２４は、光出力信号Ｖ_Dの交流成分Ｖ_DAが制御信号Ｉ_LDの交流成分Ｉ_IAの位相と同相であると判定される（Ｓ１０３−ＹＥＳ）と、光出力信号Ｖ_Dの直流成分Ｖ_DDと目標値Ｖoの大小関係から、制御信号Ｉ_LDの直流成分Ｉ_IDの増減、維持を決定する（Ｓ１０６、Ｓ１０８）。すなわち、制御信号決定部２４は、信号Ｖ_Dの直流成分Ｖ_DDが目標電圧Ｖｏより小さいか否かを判定する（Ｓ１０６）と共に、信号Ｖ_Dの直流成分Ｖ_DDが目標電圧Ｖｏより大きいか否かを判定する（Ｓ１０８）。目標電圧Ｖｏは、レーザダイオード１２の目標光出力Ｐｏに対応する電圧である。制御信号決定部２４は、例えば、光出力信号Ｖ_Dを所定の期間に亘って積分処理することで、光出力信号Ｖ_Dから交流成分Ｖ_DAを除去して光出力信号Ｖ_Dに含まれる直流成分Ｖ_DDを抽出する。

制御信号決定部２４は、信号Ｖ_Dの直流成分Ｖ_DDが目標電圧Ｖｏより小さい、すなわちＶｏ-Ｖ_DD＞０と判定したとき（Ｓ１０６−ＹＥＳ）、制御信号Ｉ_LDの直流成分Ｉ_IDを増加させることに決定する（Ｓ１０７）。制御信号Ｉ_LDの直流成分Ｉ_IDを増加させる量は、ＰＩＤ制御によって決定してもよく、ＰＩ制御で決定してもよく、Ｐ制御によって決定してもよい。次いで、処理はＳ１０５に進む。

制御信号決定部２４は、信号Ｖ_Dの直流成分Ｖ_DDが目標電圧Ｖｏより大きい、すなわちＶo-Ｖ_DD＜０と判定した（Ｓ１０８−ＹＥＳ）とき、制御信号Ｉ_LDの直流成分Ｉ_IDを減少させることに決定する（Ｓ１０９）。制御信号決定部２４は、制御信号Ｉ_LDの直流成分Ｉ_IDを減少させる量は、ＰＩＤ制御によって決定してもよく、ＰＩ制御で決定してもよく、Ｐ制御によって決定してもよい。次いで、処理はＳ１０５に進む。

制御信号決定部２４は、Ｖo-Ｖ_DD＞０でもなく、Ｖo-Ｖ_DD＜０でもなく、信号Ｖ_Dの直流成分Ｖ_DDが目標電圧Ｖｏと等しい、すなわちＶo-Ｖ_DD ＝０と判定した（Ｓ１０８−ＮＯ）とき、制御信号Ｉ_LDの直流成分Ｉ_IDを同一値に維持ことを決定する（Ｓ１１０）。次いで、処理はＳ１０５に進む。

以降、制御信号供給部２１によって制御中止指示信号が入力されていると判定される（Ｓ１０５−ＹＥＳ）まで、Ｓ１０１〜Ｓ１１０の処理が繰り返される。

（第１実施形態に係るレーザダイオード制御回路の作用効果）
第１実施形態に係るレーザダイオード制御回路は、制御信号及び光出力信号に含まれる交流成分の位相関係に基づいてレーザダイオードに供給する入力電流を制御することで、キンクの発生による誤制御を防止する。また、第１実施形態に係るレーザダイオード制御回路は、制御信号及び光出力信号に含まれる交流成分の位相関係に基づいてレーザダイオードに供給する入力電流を制御することで、キンクが発生しない単調増加領域で広くレーザダイオードを制御することができる。第１実施形態に係るレーザダイオード制御回路は、単調増加領域で広くレーザダイオードを制御することができるので、キンクの発生による誤制御を防止し、キンクの発生のばらつきにかかわらずレーザダイオードの光出力を大きくできる。

（第２実施形態に係るレーザダイオード制御回路を含む光源の構成及び機能）
図５（ａ）は第２実施形態に係るレーザダイオード制御回路を含む光源の回路ブロック図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すレーザダイオード制御回路の機能ブロック図である。

光源２は、レーザダイオード制御回路２５をレーザダイオード制御回路２０の代わりに有することが光源１と相違する。レーザダイオード制御回路２５以外の光源２の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された光源１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。レーザダイオード制御回路２５は、波長判定部２６を有することがレーザダイオード制御回路２０と相違する。

（第２実施形態に係るレーザダイオード制御回路によるレーザダイオード制御処理）
図６は、レーザダイオード制御回路２５により実行されるレーザダイオード制御処理のフローチャートである。図６に示すレーザダイオード制御処理は、レーザダイオード制御回路２５が有する各部が機能モジュールであるとき、予め不図示の記憶部に記憶されているプログラムに基づいて、レーザダイオード制御回路２５の各要素と協働して実行される。

Ｓ２０１〜Ｓ２０２の処理は、Ｓ１０１〜Ｓ１０２の処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。

次いで、波長判定部２６は、Ｓ２０２の処理で取得された光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAの波長が、Ｓ２０１の処理で供給された制御信号Ｉ_LDに含まれる交流成分Ｉ_IAの波長と同一であるか否かを判定する（Ｓ２０３）。波長判定部２６は、例えば、交流成分Ｖ_DAに対応するデジタル値から推定される交流成分Ｖ_DAの経時変化から、光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAの波長を推定する。波長判定部２６は、制御信号Ｉ_LDに対応するデジタル信号の交流成分から、制御信号Ｉ_LDに含まれる交流成分Ｉ_IAの波長を推定する。

波長判定部２６は、光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAの波長が、制御信号Ｉ_LDに含まれる交流成分Ｉ_IAの波長と同一であると判定した（Ｓ２０３−ＹＥＳ）とき、波長一致信号を出力する。また、位相判定部２３は、光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAの波長が、制御信号Ｉ_LDに含まれる交流成分Ｉ_IAの波長と同一ではないと判定した（Ｓ２０３−ＮＯ）とき、波長不一致信号を制御信号決定部２４に出力する。

制御信号決定部２４は、光出力信号Ｖ_Dの交流成分Ｖ_DAの波長が、制御信号Ｉ_LDの交流成分Ｉ_IAの波長と同一ではないと判定され（Ｓ２０３−ＮＯ）、波長不一致信号が入力されると、制御信号Ｉ_LDの直流成分Ｉ_IDを減少させることを決定する（Ｓ２０４）。制御信号決定部２４が制御信号Ｉ_LDの直流成分Ｉ_IDを減少させる量は、所与の固定値である。

図７は、Ｓ２０３〜Ｓ２０４の処理を説明するための図である。図７において、横軸は入力電流（ｍＡ）を示し、縦軸は光出力（ｍＷ）を示す。Ｉ−Ｐ特性波形７０１は、入力電流の増加に応じて光出力が単調増加する単調増加領域Ａと、入力電流と光出力との関係が非線形、非単調増加になるキンク領域Ｂと、Ｉ−Ｐ特性波形７０１の頂部近傍の過飽和領域Ｃとを含む。

Ｉ−Ｐ特性波形７０１が過飽和領域Ｃの近傍にあるとき、光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAの周波数は、制御信号Ｉ_LDに含まれる交流成分Ｉ_IAの周波数の２倍になる。すなわち、Ｉ−Ｐ特性波形７０１が過飽和領域Ｃの近傍にあるとき、光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAの波長は、制御信号Ｉ_LDに含まれる交流成分Ｉ_IAの波長の半分になり、交流成分Ｖ_DAの波長は、交流成分Ｉ_IAの波長と相違する。

制御信号決定部２４は、光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAの波長が制御信号Ｉ_LDに含まれる交流成分Ｉ_IAの波長と同一ではないと判定された（Ｓ２０３−ＮＯ）とき、Ｉ−Ｐ特性波形４０１がＩ−Ｐ特性の過飽和領域Ｃにあると判断して、直流成分Ｉ_IDを減少させる。制御信号決定部２４は、Ｉ−Ｐ特性波形４０１が過飽和領域Ｃにあると判断したときに直流成分Ｉ_IDを減少させることで、Ｉ−Ｐ特性波形４０１を過飽和領域Ｃから単調増加領域Ａの方向に移動させる。

Ｓ２０５〜Ｓ２１１の処理は、Ｓ１０４〜Ｓ１１０の処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。

（第２実施形態に係るレーザダイオード制御回路の作用効果）
第２実施形態に係るレーザダイオード制御回路は、光出力信号の交流成分の波長が制御信号の交流成分の波長と同一ではないときに直流成分を減少させることで、入力電流の増加に応じて光出力が単調減少する領域でのレーザダイオードの制御するおそれはない。第２実施形態に係るレーザダイオード制御回路は、入力電流の増加に応じて光出力が単調減少する領域でのレーザダイオードの制御するおそれはない範囲で、より高い入力電流を制御信号として制御することで、レーザダイオードの光出力を大きくできる。

（第３実施形態に係るレーザダイオード制御回路を含む光源の構成及び機能）
図８（ａ）は第３実施形態に係るレーザダイオード制御回路を含む光源の回路ブロック図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示すレーザダイオード制御回路の機能ブロック図である。

光源３は、レーザダイオード制御回路２７をレーザダイオード制御回路２０の代わりに有することが光源１と相違する。レーザダイオード制御回路２７以外の光源３の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された光源１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。レーザダイオード制御回路２７は、振幅判定部２８を有することがレーザダイオード制御回路２０と相違する。

（第３実施形態に係るレーザダイオード制御回路によるレーザダイオード制御処理）
図９は、レーザダイオード制御回路２７により実行されるレーザダイオード制御処理のフローチャートである。図９に示すレーザダイオード制御処理は、レーザダイオード制御回路２７が有する各部が機能モジュールであるとき、予め不図示の記憶部に記憶されているプログラムに基づいて、レーザダイオード制御回路２７の各要素と協働して実行される。

Ｓ３０１〜Ｓ３０２の処理は、Ｓ１０１〜Ｓ１０２の処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。

次いで、振幅判定部２８は、Ｓ３０２の処理で取得された光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAの振幅が、所定のしきい値Ｖ_th以上であるか否かを判定する（Ｓ３０３）。振幅判定部２８は、例えば、交流成分Ｖ_DAに対応するデジタル値から推定される交流成分Ｖ_DAの経時変化から、光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAの振幅を推定する。

波長判定部２６は、光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAの振幅がしきい値Ｖ_th以上であると判定した（Ｓ３０３−ＹＥＳ）とき、大振幅信号を出力する。また、位相判定部２３は、光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAの振幅がしきい値Ｖ_thより小さいと判定した（Ｓ３０３−ＮＯ）とき、小振幅信号を制御信号決定部２４に出力する。

制御信号決定部２４は、光出力信号Ｖ_Dの交流成分Ｖ_DAの波長が、光出力信号Ｖ_Dの交流成分Ｖ_DAの振幅がしきい値Ｖ_thより小さいと判定され（Ｓ３０３−ＮＯ）、小振幅信号が入力されると、制御信号Ｉ_LDの直流成分Ｉ_IDを減少させることを決定する（Ｓ３０４）。制御信号決定部２４が制御信号Ｉ_LDの直流成分Ｉ_IDを減少させる量は、所与の固定値である。

図１０は、Ｓ３０３〜Ｓ３０４の処理を説明するための図である。図１０において、横軸は入力電流（ｍＡ）を示し、縦軸は光出力（ｍＷ）を示す。Ｉ−Ｐ特性波形１００１は、入力電流の増加に応じて光出力が単調増加する単調増加領域Ａと、入力電流と光出力との関係が非線形、非単調増加になるキンク領域Ｂと、Ｉ−Ｐ特性波形７０１の頂部近傍の過飽和領域Ｃとを含む。

Ｉ−Ｐ特性波形１００１が単調増加領域Ａから過飽和領域Ｃに近付くに従って、Ｉ−Ｐ特性波形１００１の傾きは徐々に減少する。Ｉ−Ｐ特性波形１００１の傾きが減少するに従って、光出力信号Ｖ_Dの交流成分Ｖ_DAの振幅は、減少する。

制御信号決定部２４は、光出力信号Ｖ_Dに含まれる交流成分Ｖ_DAの振幅がしきい値Ｖ_thより小さいと判定された（Ｓ３０３−ＮＯ）とき、Ｉ−Ｐ特性波形４０１がＩ−Ｐ特性の過飽和領域Ｃの近傍にあると判断して、直流成分Ｉ_IDを減少させる。制御信号決定部２４は、Ｉ−Ｐ特性波形４０１が過飽和領域Ｃの近傍にあると判断したときに直流成分Ｉ_IDを減少させることで、Ｉ−Ｐ特性波形４０１を過飽和領域Ｃの近傍から単調増加領域Ａの方向に移動させる。

Ｓ３０５〜Ｓ３１１の処理は、Ｓ１０４〜Ｓ１１０の処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。

（第３実施形態に係るレーザダイオード制御回路の作用効果）
第３実施形態に係るレーザダイオード制御回路は、光出力信号の交流成分の振幅がしきい値より小さいときに直流成分を減少させることで、入力電流の増加に応じて光出力が単調減少する領域でのレーザダイオードの制御するおそれはない。第３実施形態に係るレーザダイオード制御回路は、入力電流の増加に応じて光出力が単調減少する領域でのレーザダイオードの制御するおそれはない範囲で、より高い入力電流を制御信号として制御することで、レーザダイオードの光出力を大きくできる。

（実施形態に係る光源の変形例）
光源１〜３では、制御信号の交流成分は、正弦波形を有するが、実施形態に係る光源では、制御信号の交流成分は所定の周期を有する三角波及び矩形波等であってもよい。

（実施形態に係る光源の適用例）
図１１は実施形態に係るレーザダイオード制御回路を塔載する光通信装置のブロック図である。

光通信装置３０は、デジタル信号処理装置（digital signal processor、ＤＳＰ）３１と、デジタルアナログ変換器３２と、アナログデジタル変換器３３とを有する。光通信装置３０は、光源３４と、変調ドライバ３５と、光変調器３６と、増幅器３７と、受信フロントエンド３８を更に有する。

ＤＳＰ３１は、デジタル送信信号Ｔｘ１〜Ｔｘ＿ｎが入力され、入力されたデジタル送信信号Ｔｘ１〜Ｔｘ＿ｎに対応するデータに所定の処理を実行して、所定の処理を実行したデータを示すデジタル送信信号をデジタルアナログ変換器３２に出力する。また、ＤＳＰ３１は、アナログデジタル変換器３３からデジタル受信信号が入力され、入力されたデジタル受信信号に対応するデータに所定の処理を実行して、所定の処理を実行したデータを示すデジタル受信信号Ｒｘ１〜Ｒｘ＿ｎを出力する。また、ＤＳＰ３１は、デジタル受信信号Ｒｘ１〜Ｒｘ＿ｎから受信光に対応する信号にエラーが発生した比率を示すエラーレートを演算してもよく、受信光に対応する信号にエラーが発生した回数を示すエラーカウントを演算してよい。デジタルアナログ変換器３２は、ＤＳＰ３１から入力されるデジタル送信信号をデジタル‐アナログ変換してアナログ送信信号を生成し、生成したアナログ送信信号を変調ドライバ３５に出力する。アナログデジタル変換器３３は、受信フロントエンド３８から入力されるアナログ受信信号をアナログ‐デジタル変換してデジタル送信信号を生成し、生成したデジタル受信信号をＤＳＰ３１に出力する。

光源３４は、実施形態に係る光源１〜３の何れかである。変調ドライバ３５は、デジタルアナログ変換器３２から入力されたアナログ送信信号を光変調器３６に出力する。光変調器３６は、変調ドライバ３５を介して入力されたアナログ送信信号に基づいて、光源３４から出力された光を変調した変調光をＥＤＦＡ３７に出力する。光変調器３６は、例えば、光を偏波多重４値位相変調（dual polarization-quadrature phase shift keying、ＤＰ−ＱＰＳＫ）して変調光を生成する。増幅器３７は、例えば、エルビウム添加光ファイバー増幅器（erbium doped fiber amplifier、ＥＤＦＡ）であり、光変調器３６から入力される光を増幅して送信光として出力する。受信フロントエンド３８は、受信光を復調すると共に、復調した受信光を光電変換して、アナログデジタル変換器３３に出力する。

１〜３、３４ 光源
１２ レーザダイオード
２０、２５、２７ レーザダイオード制御回路
２１ 制御信号供給部
２２ 光出力信号取得部
２３ 位相判定部
２４ 制御信号決定部
２６ 波長判定部
２８ 振幅判定部

Claims (4)

1. 光源と、前記光源から出射された光を、変調信号に応じて変調した光を送信光として出力する変調器と、前記変調信号を出力する制御回路と、を有し、前記光源は、
   制御信号に応じた光を出射するレーザダイオードと、
   前記レーザダイオードの光出力を検出し、検出した光出力を示す光出力信号を出力する光出力検出回路と、
   前記光出力信号が入力され、前記光出力信号に応じた制御信号を前記レーザダイオードに出力するレーザダイオード制御回路と、を有し、
   前記レーザダイオード制御回路は、
   直流成分と交流成分とを含む制御信号をレーザダイオードに供給する制御信号供給部と、
   前記制御信号に応じた前記レーザダイオードの光出力を示す光出力信号を取得する光出力信号取得部と、
   前記光出力信号に含まれる交流成分の位相が前記制御信号に含まれる交流成分の位相と同相であるか否かを判定する位相判定部と、
   前記光出力信号に含まれる交流成分の位相が前記制御信号に含まれる交流成分の位相と同相ではないと判定されたときに、前記制御信号の直流成分を減少させることを決定する制御信号決定部と、
   を有する光通信装置。
2. 前記レーザダイオード制御回路は、前記光出力信号に含まれる交流成分の波長が前記制御信号に含まれる交流成分の波長と同一であるか否かを判定する波長判定部を更に有し、
   前記制御信号決定部は、前記制御信号に含まれる交流成分の波長が前記光出力信号に含まれる交流成分の波長と同一ではないと判定されたときに、前記制御信号の直流成分を減少させることを決定する、請求項１に記載の光通信装置。
3. 前記レーザダイオード制御回路は、前記光出力信号に含まれる交流成分の振幅が所定のしきい値以上であるか否かを判定する振幅判定部を更に有し、
   前記制御信号決定部は、前記制御信号に含まれる交流成分の振幅が前記しきい値より小さいと判定されたときに、前記制御信号の直流成分を減少させることを決定する、請求項１に記載の光通信装置。
4. 直流成分と交流成分とを含む制御信号をレーザダイオードに供給する制御信号供給部と、
   前記制御信号に応じた前記レーザダイオードの光出力を示す光出力信号を取得する光出力信号取得部と、
   前記光出力信号に含まれる交流成分の位相が前記制御信号に含まれる交流成分の位相と同相であるか否かを判定する位相判定部と、
   前記光出力信号に含まれる交流成分の位相が前記制御信号に含まれる交流成分の位相と同相ではないと判定されたときに、前記制御信号の直流成分を減少させることを決定する制御信号決定部と、
   を有するレーザダイオード制御回路。

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