JP3844956B2 - 光送信機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高密度波長分割多重光伝送システムにおいて使用する光送信機に関し、特に、光源として電界吸収型光変調器集積半導体レーザを組み込んだ光送信機の変調光信号出力の制御に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおいては、通信情報の飛躍的な増大に対応すべく、例えば、高密度波長分割多重光伝送（Dense Wavelength Division Multiplexing：ＤＷＤＭ）システムが開発されている。
【０００３】
光通信システムにおける送信光源の一つとして半導体レーザ（Laser Diode ：ＬＤ）が多用されている。ＤＷＤＭシステムにおいては、例えば、電界吸収型（Electro Absorption）の光変調器を有する半導体レーザが使用されている。この電界吸収型光変調器集積半導体レーザ（以下、ＥＡ−ＬＤと呼称）は、変調光信号出力が高く、かつ変調光信号の波長広がり（以下、光チャープ量とも呼称）が小さいため、高速かつ長距離の光伝送システムの送信光源として需要が拡大している。
【０００４】
電界吸収型光変調器集積半導体レーザを組み込んだ光送信機については、例えば、2000年電子情報通信学会 総合大会講演論文集「１０Ｇｂｉｔ／ｓ Ｄ−ＦＦ内蔵分布型ＥＡ変調器駆動ＩＣを用いた通信２ Ｂ−10-160」、2000年３月発行、P535に記載されている。
【０００５】
また、電界吸収型光変調器集積半導体レーザについては、例えば、三菱電機技報「１０Ｇｂｐｓ波長多重通信用変調器集積型レーザ」vol.74,No6，2000年６月２５日発行、P11〜P14に詳細に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電界吸収型光変調器集積半導体レーザから出力される変調光信号は電界吸収部（ＥＡ部）へ印加する変調電気信号の振幅やオフセット電圧によって大きく変動する。また、変調光信号出力を調整するためにレーザダイオード（ＬＤ）の駆動電流を変化させると、ＬＤ部からＥＡ部へ送出される光出力（光パワー）が変化することでＥＡ部の動作条件が変動し、変調光信号の波形や光チャープ量も変動する。
【０００７】
さらに変調光信号出力はそのデューティー比によっても変化するが、ＥＡ部は非線形な消光特性を有するため、ＥＡ部に印加する変動電気信号の振幅，オフセット電圧及びデューティー比に応じて変調光信号のデューティー比も変化する。その上、ＬＤ部は設定温度やＬＤ駆動電流に応じて発光波長が変化するので、高密度波長分割多重光伝送の送信光源にＥＡ−ＬＤを用いる場合は、設定温度や駆動電流を管理して発光波長を一定に保持することが必須となる。
【０００８】
従って、ＥＡ−ＬＤを長距離ＤＷＤＭ伝送の送信光源として利用するためには、変調電気信号の振幅，オフセット電圧，デューティー比及び設定温度とＬＤ駆動電流を適切に調整し、かつ外乱の影響もしくは自己の経時変化分を補償することが必須となる。
【０００９】
従来は、ＥＡ−ＬＤのＬＤ駆動電流，設定温度，ＥＡ変調信号の振幅，オフセット電圧及びデューティー比を調整可能な個別のアナログもしくはデジタルの制御回路を用意し、個々のＥＡ−ＬＤの特性に応じて各々を手動で調整している。即ち、ＬＤとＥＡを個別に制御調整している。
【００１０】
しかし、上記の調整は各々が密接に相関を持っているため、ある項目を調整することによって他の項目も変化する。従って全ての項目が最適となるような調整のためには大変時間が掛かり、量産時のボトルネックとなっていた。
【００１１】
また、一旦最適なＬＤ駆動電流値で調整した後、変調光信号出力を変更するためにＬＤ駆動電流を変化させると同時に変調光波形及び光チャープ量も変化してしまうので、全ての項目を再設定することが必要であった。そのため変調光信号出力を容易に変化させる場合には、ＥＡ−ＬＤの外部に可変光アッテネータ（Att：Attenuator ）を用いる必要があり、装置が大型化するとともにコストアップとなっていた。装置の大型化は光通信システムにおける光送信機の設置スペースの増大に繋がる。
【００１２】
本発明の目的は、変調光信号出力及び変調光信号波形の高精度制御が可能で低光チャープ量化が達成できる光送信機を提供することにある。
本発明の他の目的は、小型で製造コストを低減できる光送信機を提供することにある。
本発明の上記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１４】
（１）光送信機は、
マイクロプロセッサと、
前方及び後方にレーザ光を放射し、上記マイクロプロセッサに制御されるレーザダイオード駆動電流供給回路によって駆動するレーザダイオードと、
上記レーザダイオードから放射される上記前方光を変調し、上記マイクロプロセッサに制御される変調器駆動回路によって駆動する変調器と、
上記変調器を通過した上記前方光を減衰制御し、上記マイクロプロセッサに制御される可変光アッテネータと、
上記レーザダイオードから放射される後方光の光強度及び波長を検出し、上記マイクロプロセッサに測定情報を送る波長モニタ光学素子と、
上記レーザダイオード及び上記変調器部分を加熱冷却し、上記マイクロプロセッサに制御されるペルチェ素子駆動回路によって駆動するペルチェ素子と、
上記レーザダイオード，上記変調器を含む部分の温度を測定して上記マイクロプロセッサに測定情報を送るサーミスタと、
上記各部全体が置かれた環境温度を測定し、上記マイクロプロセッサに測定情報を送るサーミスタとを有し、
上記マイクロプロセッサによる制御のもと、上記レーザダイオード，上記変調器，上記ペルチェ素子及び可変光アッテネータを駆動させるとともに、上記波長モニタ光学素子及び上記両サーミスタによる光学的特性，電気的特性，温度特性を測定し、この測定情報と予め上記マイクロプロセッサに内蔵された内蔵メモリによる情報によって変調光信号出力を制御しながら光通信を行うように構成されている。
【００１５】
また、上記マイクロプロセッサはマイコン監視ＩＣによって監視制御される。上記レーザダイオード，上記変調器及び上記可変光アッテネータは単一の半導体基板にモノリシックに形成されている。
【００１６】
上記（１）の手段によれば、（ａ）従来個別のアナログ回路もしくはデジタル回路で実現していた変調光信号の振幅，オフセット電圧，デューティー比の制御回路、設定温度安定化回路、ＬＤ駆動電流制御回路、発光波長安定化回路等をプログラムによって一括制御できる。従って、周囲温度の変化や電源電圧変動などの外部環境変化に対しても安定な動作が維持できる。また、安定動作を長期間に渡って維持できる。
【００１７】
（ｂ）ＥＡ−ＬＤモジュールを最適な駆動条件で使用するための条件設定をプログラムと、外部評価装置による自動調整となるので、調整時間の削減、人件費用の削減となり、光送信機の製造コストの削減が達成できる。
【００１８】
（ｃ）光送信機の波長制御のための全ての設定値をプログラムにより管理しているので、複数のユーザの異なる仕様に対しても回路定数の変更等の物理的な変更なしで容易に仕様を達成することが可能になる。
【００１９】
（ｄ）ユーザからの電気的な要求信号に従って光パワーや変調光波形などを調整可能なので、実際に光送信機の設置場所まで出向かなくともよくなり、遠距離から光パワーや変調光波形などを調整することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２１】
（実施形態１）
図１乃至図１２は本発明の一実施形態（実施形態１）である光送信機に係わる図である。図１は光送信機の構成を示すブロック図、図２及び図３は光送信機に係わる図である。
【００２２】
本実施形態１では、電界吸収型光変調器集積半導体レーザ（ＥＡ−ＬＤモジュール）を組み込んだ高密度波長分割多重光伝送システム用の光送信機に本発明を適用した例について説明する。
【００２３】
光送信機（光送信システム）１０は、図１に示すようにＥＡ−ＬＤモジュール１１を有している。このＥＡ−ＬＤモジュール１１内には、レーザ光を出射（放射）するレーザダイオード部（ＬＤ部）１２と、このＬＤ部１２で発光されるレーザ光を変調する変調器（電界吸収型光変調器部：ＥＡ部）１３とを有する電界吸収型光変調器集積半導体レーザ（ＥＡ−ＬＤ）素子１４が設けられている。上記ＬＤ部１２が光信号を送出する光源となる。上記光信号は変調器により情報符号に基づいて変調するようになっている。
【００２４】
このＥＡ−ＬＤ素子１４はペルチェ素子１５に固定され、このペルチェ素子１５によって温度管理がなされている。ＥＡ部１３を通過したレーザ光は可変光アッテネータ（Att ）１６によって減衰制御される。この可変光アッテネータ１６はＥＡ−ＬＤ素子１４にモノリシックに形成するものでもよい。本実施形態１では、後述するように可変光アッテネータ１６はＥＡ−ＬＤ素子１４にモノリシックに形成されるものを使用する（図６参照）。
【００２５】
可変光アッテネータ１６を通過したレーザ光は変調光出力（変調光信号出力）１７となり、図２に示すＥＡ−ＬＤモジュール１１に接続される光ファイバ１８のコア内に導かれ、光ファイバ１８によって所定箇所に伝送される。この変調光信号出力１７はＥＡ−ＬＤ素子１４から出射される前方光である。また後方光は、図５及び図７に示すように、ＥＡ−ＬＤモジュール１１内に配置された二つの受光素子ＰＤ１，ＰＤ２と光フィルタ（ファブリーペローエタロン２６：図７参照）で構成される波長モニタ光学素子１９によって波長測定されるように構成されている。この波長測定によって前方光の光強度のモニタができる。
ＥＡ−ＬＤ素子１４の光導波路６１に沿う長さＬは７６０μｍ程度となり、幅Ｗは４００μｍ程度、高さＨは１００μｍ程度になる。
【００２６】
図７はＥＡ−ＬＤモジュール１１内の光学系を示す模式図である。ＥＡ−ＬＤ素子１４の前方光２０は球状の第１レンズ２１，光アイソレータ２２，球状の第２レンズ２３を通して光ファイバ１８の先端に収束される。また、後方光２４は球状の後方光用レンズ２５を通り、誘電体多層膜フィルタにより構成されるファブリーペローエタロン２６で波長別に分岐されて、それぞれ受光素子ＰＤ１，ＰＤ２に到達する。ファブリーペローエタロン２５は、例えば、円柱状ガラス体の両端面に高反射膜を蒸着したフィルタ構成である。
また、図１に示すように、ＥＡ−ＬＤモジュール１１内には、上記ＬＤ部１２の温度をモニタするためにサーミスタ２７が最適な位置に配置されている。
【００２７】
光送信機１０内には、ＬＤ部１２に電流を供給するＬＤ駆動電流供給回路２８、ＥＡ部１３を駆動する変調器駆動回路（ＥＡ駆動ＩＣ）２９、ペルチェ素子１５を駆動するペルチェ素子駆動回路３０、上記ＬＤ駆動電流供給回路２８，ＥＡ駆動ＩＣ２９等を制御する制御回路、即ちマイクロプロセッサ（マイコン）３１、上記マイコン３１を監視するマイコン監視ＩＣ３２、光送信機１０内の温度をモニタするサーミスタ３３を有している。
【００２８】
これら各部品は、図２及び図３に示す光送信機本体３４内に組み込まれた配線基板３５上にそれぞれ搭載されている。図２及び図３は光送信機本体３４を覆う蓋を取り外した図である。なお、ＥＡ駆動ＩＣ２９は変調信号入力端子３６に電気的に接続されている。
【００２９】
マイコン３１は外部入力信号４０を受け、外部出力信号４１を送りだす外部通信ポート４２を有するとともに、内蔵メモリ４３，インタフェース部Ａ４４，インタフェース部Ｂ４５を有している。マイコン３１はマイコン監視ＩＣ３２による監視信号によって監視される。
【００３０】
インタフェース部Ａ４４はＬＤ駆動電流供給回路２８にＬＤ駆動電流制御信号を供給し、可変光アッテネータ１６に可変光アッテネータ制御信号を供給し、ペルチェ素子駆動回路３０にペルチェ素子制御信号を供給する。インタフェース部Ａ４４には、ＬＤ駆動電流供給回路２８からＬＤ駆動電流モニタ信号（情報）が送られ、波長モニタ光学素子１９から波長モニタ信号（情報）が送られ、サーミスタ２７から温度モニタ信号（情報）が送られる。ＬＤ駆動電流供給回路２８は上記ＬＤ駆動電流制御信号に基づいてＬＤ部１２にＬＤ駆動電流を供給し、ＬＤ部１２を駆動させる。
【００３１】
インタフェース部Ｂ４５は、ＥＡ駆動ＩＣ２９に対して振幅制御信号，オフセット電圧制御信号，デューティー比制御信号を送り、ＥＡ駆動ＩＣ２９から振幅モニタ信号（情報），オフセット電圧モニタ信号（情報），デューティー比モニタ信号（情報）を受ける。ＥＡ駆動ＩＣ２９は上記振幅制御信号，オフセット電圧制御信号，デューティー比制御信号に基づいてＥＡ部１３を制御する。また、サーミスタ３３による光送信機１０内の温度情報がインタフェース部Ｂ４５に送られる。
【００３２】
これら各回路等とマイクロプロセッサとの接続において、インタフェース部Ａ・Ｂ（内蔵のＡ／Ｄコンバータ，Ｄ／Ａコンバータの入出力も含む）の駆動能力を超える場合には、マイクロプロセッサと前記各回路や素子等の間にドライブ回路を接続してもよい。
【００３３】
マイクロプロセッサ３１には、特に表示してないが、外部メモリもまた配備されている。内蔵メモリや外部メモリには、光送信のために必要なプログラムが書き込まれている。マイクロプロセッサ３１によって、前記メモリに書き込まれたプログラムやＥＡ−ＬＤモジュール１１の固有の特性データを元に、ＬＤ駆動電流，設定温度，ＥＡ駆動ＩＣの振幅値，オフセット電圧値，デューティー比が設定される。
【００３４】
なお、上記メモリに、光源，変調器，変調器駆動回路の電気的特性，光学的特性，温度特性，経時変化特性の全てまたは１乃至複数の特性を予め測定し、各特性間、若しくは個々の特性と外部環境変化との間の関係を数式化したり、数表化し、上記１乃至複数の数式や数表を光送信機内の記憶装置に記録するようにしてもよい。そして、上記記録された数式や数表と光送信機の外部環境の変化を観測する手段によって得た外部環境変化とを電気的に演算処理することによって上記光源，上記変調器，上記変調器駆動回路の制御条件を導き出して変調光信号出力を制御する。
【００３５】
図４は光送信機に組み込まれるＥＡ−ＬＤモジュールの外観を示す斜視図、図５はＥＡ−ＬＤモジュールの内部結線状態を示す模式図、図６はＥＡ−ＬＤ素子を示す模式的斜視図である。
【００３６】
ＥＡ−ＬＤモジュール１１は、図４に示すように箱型パッケージ構造となるとともに、箱型パッケージ５５の底から張り出す支持部５６を有している。この支持部５６には箱型パッケージ５５を固定する際使用される取付孔５７や取付溝５８が設けられている。また、箱型パッケージ５５の一端には光ファイバガイド５９が突出状態で設けられている。この光ファイバガイド５９は光ファイバ１８（光ファイバケーブル）を案内している。
【００３７】
箱型パッケージ５５の両側には複数の外部端子（ピン）が突出している。図５のＥＡ−ＬＤモジュールの内部結線状態をも参照しながら各端子の機能について説明する。ピン１はサーミスタ用端子、２はアッテネータ用端子、３はＬＤアノード端子、４はＰＤ１用端子、５はＰＤ２用端子、６はペルチェ素子（＋）電極用端子、７はペルチェ素子（−）用端子、８は変調信号入力端子である。図５の抵抗Ｒは５０Ωである。
【００３８】
図６はＥＡ−ＬＤ素子１４を示す模式的斜視図である。このＥＡ−ＬＤ素子１４は、ＬＤ部１２，ＥＡ部１３及び電界吸収型の可変光アッテネータ１６を半導体基板６０上にモノリシックに形成した構造になっている。本実施形態１では、例えばＥＡ−ＬＤ素子１４は発振波長が１５５０ｎｍ帯の多重量子井戸型ＤＦＢ半導体レーザを有する。ＥＡ−ＬＤ素子１４は、図６に示すように、光導波路６１に沿ってＬＤ部１２，ＥＡ部１３，可変光アッテネータ１６が位置している。
【００３９】
ＥＡ−ＬＤ素子１４は、例えばｎ型ＩｎＰ基板からなる半導体基板６０上に選択成長法を利用して多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の光導波路をメサ状に形成した構造になっている。選択成長法では、半導体基板の表面を覆うマスク（絶縁膜）の幅（マスク幅）や、マスクとマスクの間の目開き幅を違えることによって量子井戸の各層の厚さを異なるものとすることができる。また、ＬＤ部１２及びＥＡ部１３の部分に亘って回折格子６２が設けられている。回折格子６２のピッチは、たとえば、２４０ｎｍである。
【００４０】
上記メサ部は半導体基板６０上にＭＯＣＶＤ（Metalorganic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長）法で順次各層を形成し、中央線の両側をエッチング除去することによって形成される。例えば、符号を付して説明はしないが、半導体基板６０上に、ＩｎＧａＡｓＰ下ガイド層，ＭＱＷ層，ＩｎＧａＡｓＰ上ガイド層，ＩｎＰクラッド層，ＩｎＧａＡｓキヤップ層を順次重ねて形成し、その後に表面にストライプ状に絶縁膜を形成した後、この絶縁膜をエッチングマスクとしてメサエッチングを行いメサ部を形成する。
【００４１】
前記ＭＱＷ層は、ウエル層が複数層となるＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰからなっている。例えば、約６ｎｍの厚さのウエル層と８ｎｍの厚さのバリア層で構成されている。また、回折格子６２はＩｎＧａＡｓＰ上ガイド層に形成されている。
また、上記メサ部の両側の窪んだ部分には、鉄（Ｆｅ）を含んだＩｎＰ層からなるブロック層（Ｆｅ−ＩｎＰ）６３が設けられている。
【００４２】
ＥＡ−ＬＤ素子（ＥＡ−ＬＤチップ）１４の下面はカソード電極６４が形成されている。また、ＥＡ−ＬＤ素子１４の上面は選択的に絶縁膜６５が設けられるとともに、この絶縁膜６５から露出する所定の半導体層上に亘ってそれぞれ電極層が設けられている。上記電極層は、ＬＤ部１２ではＬＤ用アノード電極６６を構成し、ＥＡ部１３ではＥＡ用アノード電極６７を構成し、可変光アッテネータ１６ではアッテネータ用アノード電極６８を構成している。
【００４３】
また、ＬＤ部１２，ＥＡ部１３及び可変光アッテネータ１６の間にはそれぞれ分離溝６９，７０が設けられ、ＬＤ用アノード電極６６，ＥＡ用アノード電極６７及びアッテネータ用アノード電極６８間で相互の電流の干渉を防止している。また、図示しないが、ＥＡ−ＬＤ素子１４の両端には所定の屈折率を有する反射膜が設けられ、所望の前方光２０及び後方光（図示せず）を出射するようになっている。
【００４４】
ＬＤ用アノード電極６６とカソード電極６４間に所定の電圧を印加することによってＬＤ部１２で所定のレーザ光を発生させる。このレーザ光はＥＡ部１３におけるカソード電極６４とＥＡ用アノード電極６７との間に印加される変調信号によって変調制御される。またこの変調信号は可変光アッテネータ１６におけるカソード電極６４とアッテネータ用アノード電極６８との間に印加される可変光アッテネータ制御信号によって減衰制御され、前方光２０及び後方光２４としてＥＡ−ＬＤ素子１４の外部に放出される。
このような光送信機１０では、ＥＡ−ＬＤモジュールの初期設定（トレーニング）を行った後、実動作を行う。即ち、光通信を行う。
【００４５】
図８はＥＡ−ＬＤモジュールのトレーニングの手順（ステップ：Ｓ）を示すフローチャートである。作業開始（Start ）後、Ｓ１０１では環境温度Ｔａの設定を行う。このＳ１０１では、例えば、環境温度Ｔａ（＝恒温槽温度）を２５℃に設定する。なお、光送信機１０から放出される変調光信号出力１７を受信する光受信器の光受信器感度（＠ＢＥＲ＝１０-12）は−１７ｄＢｍである。
【００４６】
Ｓ１０２では、初期状態を設定する。即ち、ＬＤ電流（ＩＬＤ）を６０ｍＡに設定し、ＥＡ印加電圧の高レベル（Ｖhigh）を、例えば、−０．５Ｖに設定し、ＥＡ印加電圧の低レベル（Ｖlow ）を、例えば、−２．５Ｖに設定する。
つぎに、波長が設定値になるようにＬＤの温度を設定温度（ＴＬＤ）に調整する。
【００４７】
波長検出（モニタ）は、図７に示すように、二つの受光素子ＰＤ１，ＰＤ２で構成される波長モニタ光学素子１９によって行う。ＥＡ−ＬＤ素子１４の後方光２４はファブリーペローエタロン２６の傾き角θによって二つに分岐され、一方は受光素子ＰＤ１に到達し、他方は受光素子ＰＤ２に到達する。
【００４８】
受光素子ＰＤ１，ＰＤ２の出力電流がピークとなる波長は、ファブリーペローエタロン２６の傾きθと、ファブリーペローエタロン２６と受光素子ＰＤ１，ＰＤ２との相対位置関係で決まる。
【００４９】
図９は受光素子ＰＤ１，ＰＤ２の出力電流と波長との相関を示す特性図である。受光素子ＰＤ１，ＰＤ２の出力電流は波長変化に対して繰り返してそのピークが現れる。また、ＰＤ１とＰＤ２では、受光するレーザ光成分の波長が相互に異なることから、出力電流のピークの位置が相互にずれる。そこで、ＰＤ１とＰＤ２のピーク位置の中間点を設定目標波長（λ0）とし、この設定目標波長（λ0）で出力電流が一致するように、後方光用レンズ２５，ファブリーペローエタロン２６及びＰＤ１，ＰＤ２の位置やファブリーペローエタロン２６の傾きを調整する。
【００５０】
なお、ＰＤ１の出力電流のピークとピークの波長間隔ａはファブリーペローエタロン２６の厚さと屈折率で決定されることから、ファブリーペローエタロン２６の厚さと屈折率を適当に選択して波長間隔ａを所定値、例えば、１００ＧＨｚとなるようにする。この波長間隔ａの値をＤＷＤＭ光伝送における波長間隔と一致させておくことで、ＬＤの動作温度ＴＬＤを変更するだけで複数の送信波長に対応させることが可能となる。このことは一つの光送信器が故障した場合のバックアップ等に有利となる。
【００５１】
ＰＤ１とＰＤ２の出力電流が等しくなるように、ペルチェ素子１５によってＬＤ部１２の温度を変化させることによって変調光信号出力１７の波長を設定目標波長（λ0）にすることができる。
【００５２】
また、ＬＤ部１２の光出力が変化すると、ＰＤ１，ＰＤ２の出力電流は変化する。そこで、ＰＤ１とＰＤ２の電流の合計が一定となるように、ＬＤの駆動電流を制御する。ＰＤ１とＰＤ２の電流の合計が一定となるようにＬＤの駆動電流を制御することによって、ＬＤの光出力が常に一定になる効果が得られる。
【００５３】
つぎに、ＥＡ部１３のＯＮ時とＯＦＦ時の光透過量の比（消光比：ＥＲ）の測定を行う（Ｓ１０４）。このＳ１０４による測定値から消光比（ＥＲ）の良否の判定を行う（Ｓ１０５）。即ち、消光比（ＥＲ）が、例えば、１１ｄＢよりも低い場合にはＶlow を下げ、１２ｄＢよりも高い場合にはＶlow を上げる。この作業を繰り返し、消光比（ＥＲ）を、１１ｄＢ≦ＥＲ≦１２ｄＢに設定する。
【００５４】
つぎに、光波形のクロスポイント（ＸＰ）を測定（Ｓ１０６）するとともに、光波形（変調光波形）のクロスポイント（ＸＰ）を５０％に設定する（ＳｅｔＸＰ）。
【００５５】
図１０は、クロスポイントが８０％となるＥＡ駆動電気波形を示す特性図と、その場合の光透過率及び変調光波形を示す特性図である。この場合、変調光波形のクロスポイント（ＸＰ）は５０％である。ＥＡ駆動電気波形のクロスポイントを８０％とすることによって、変調光波形のクロスポイント（ＸＰ）を５０％にすることができ、伝送特性を高めることができる。
【００５６】
図１１は、クロスポイントが５０％となるＥＡ駆動電気波形を示す特性図と、その場合の光透過率及び変調光波形（クロスポイントＸＰは約０％）を示す特性図である。ＥＡ駆動電気波形のクロスポイントを５０％としても、変調光波形のクロスポイント（ＸＰ）は約０％であり、伝送特性は非常に悪い。
【００５７】
このようにＥＡ駆動電気波形のクロスポイントの多少の変化で変調光波形のクロスポイントが大きく変化し、伝送特性の劣化に結びつくので、ＥＡ駆動電気波形を適切な値に調整することが重要となる。
【００５８】
つぎに、前記受光素子ＰＤ１，ＰＤ２によって光パワー（Ｐｆ）を測定する（Ｓ１０８）。この測定によるＰｆと、設定パワー値Ｐとを判定する（Ｓ１０９）。そして、例えば、設定パワー値Ｐが−２ｄＢｍと同じかまたは大きい場合は不的確（Ｎ−ｎｏ）としてＶhighを上げてＳ１０４に戻り、再びＳ１０８に至る工程を実施する。
【００５９】
Ｓ１０９での判定が的確（Ｙ：ｙｅｓ）の場合、光ファイバ長さを８０ｋｍとした場合における−１４ｄＢｍでのビットエラーレート（ＢＥＲ）を測定する（Ｓ１１０）。ビットエラーレートが、例えば、１０-12よりも小さい場合は的確（Ｙ）とし、ビットエラーレートが、１０-12以上の場合は不的確（Ｎ）と判定する（Ｓ１１１）。
【００６０】
不的確（Ｎ）の場合、図８の右下部分に記載したフローチャートによるＡからＢに至るステップの処理がなされる。即ち、最初にＥＡの印加電圧Ｖhighを設定通りに下げる（Ｓ００１）。つぎに、Ｓ１０４及びＳ１０５と同様に消光比の設定を行い（ＳｅｔＥＲ：Ｓ００２）、Ｓ１０６及びＳ１０７と同様に光波形のクロスポイントの設定を行い（ＳｅｔＸＰ：Ｓ００３）、Ｓ１０８と同様に光パワーＰｆの測定を行う（Ｓ００４）。光パワーＰｆが所定の光パワー、例えば−２ｄＢｍ以上である場合は不的確（Ｎ）と判定（Ｓ００５）して再度レーザダイオード（ＬＤ）の駆動電流（ＩＬＤ）を増加させてＳ００２〜Ｓ００４を繰り返す。光パワーＰｆが−２ｄＢｍよりも小さくなった場合は的確（Ｙ）と判定する（Ｓ００５）。
【００６１】
そして、的確（Ｙ）と判定した後は、Ｓ１１２に進み、光受信感度Ｐｒを測定する。即ち、この場合の測定は光ファイバを接続しない状態の光受信感度Ｐｒ（Ｐｒ＠ＢＴＢ：Back to Back）と、８０ｋｍの長さの光ファイバを接続した状態の光受信感度Ｐｒ（Ｐｒ＠８０ｋｍ）を測定する。この測定は１０-12のビットエラーレート時の光出力である。
【００６２】
つぎに、前記Ｐｒ＠ＢＴＢと、Ｐｒ＠８０ｋｍの差を計算してＰｐ（伝送ペナルティ）を求める（Ｓ１１３）。
伝送ペナルティ（Ｐｐ）が２ｄＢ以下の場合は的確（Ｙ）とし、２ｄＢを越える場合は不的確（Ｎ）と判定する（Ｓ１１４）。
【００６３】
不的確（Ｎ）の場合、前記同様に図８の右下部分に記載したフローチャートによるＡからＢに至るステップの処理がなされる。そして、的確（Ｙ）と判定した後は、Ｓ１１５に進み、波長が設定値になるようにＴＬＤの調整が行われる。ＬＤ設定温度（ＴＬＤ）の調整は、図７に示す二つの受光素子ＰＤ１，ＰＤ２を利用して、ＰＤ１，ＰＤ２の出力電流が一致する、即ち、ＬＤの波長が設定目的波長λ０となるようにＴＬＤを調整する。
【００６４】
つぎに、マイコン内のメモリに、Ｔａ（サーミスタ３３で測定する環境温度），ＴＬＤ（ＬＤ設定温度），ＩＬＤ（ＬＤ電流），Ｖhigh（ＥＡ印加電圧のhighレベル），Ｖlow （ＥＡ印加電圧のlow レベル），ＸＰ（光波形のクロスポイント）等設定電圧を記録する（Ｓ１１６）。
【００６５】
つぎに、環境温度Ｔａを動作保証最低温度（＝０℃）に設定した（Ｓ１１７）後、前記各値の最適値を検索する（Ｓ１１８）。即ち、先程のＳ１０２からＳ１１６の手順を繰り返し実行し、動作保証最低温度における最適なＴａ，ＴＬＤ，ＩＬＤ，Ｖhigh，Ｖlow ，ＸＰ設定電圧等を記録する。
【００６６】
つぎに、環境温度Ｔａを動作保証最高温度（＝７０℃）に設定した（Ｓ１１９）後、前記各値の最適値を検索する（Ｓ１２０）。即ち、同様にＳ１０２からＳ１１６の手順を繰り返し実行し、動作保証最高温度における最適なＴａ，ＴＬＤ，ＩＬＤ，Ｖhigh，Ｖlow ，ＸＰ設定電圧等を記録する。
このようなフローチャートによる各ステップで得た数値はそれぞれメモリに記憶される。これにより、初期調整が完了する。
【００６７】
光送信機を実際にマイコン制御で動作させる場合、図１２に示すフローチャートの各ステップにより行う。スタート後、現在の環境温度Ｔａをサーミスタ３３によって測定する（Ｓ２０１）。
つぎに、マイコンメモリ内の０℃，２５℃，７０℃での最適設定値より、環境温度Ｔａにおける最適値を補間して計算する（Ｓ２０２）。
つぎに、ＴＬＤ（ＬＤ設定温度），ＩＬＤ（ＬＤ電流），Ｖhigh（ＥＡ印加電圧のhighレベル），Ｖlow （ＥＡ印加電圧のlow レベル），ＸＰ（光波形のクロスポイント）設定電圧を計算により求めた値に設定する（Ｓ２０３）。
【００６８】
つぎに、可変光アッテネータ１６による光Ａtt電流により光パワーＰｆを推定する（Ｓ２０４）。この推定は、以下の方法により行う。実施形態１においては、光ＡttとしてＬＤ及び変調用ＥＡと集積化したＥＡ素子を用いている。この光Ａtt用ＥＡ素子から出力される光パワーは、光Ａtt用ＥＡ素子に印加される電圧と、そこに流れる電流とで一意に決定される。従って、前もって光Ａtt用ＥＡ素子への印加電圧及び電流と出力される光パワーの関係をマイコンのメモリに記録しておくことで、印加電圧及び電流より光パワーが推定できる。
【００６９】
つぎに、光パワーＰｆが−２ｄＢｍ以上の場合は不的確（Ｎ）とし、−２ｄＢｍよりも小さい場合は的確（Ｙ）と判定する（Ｓ２０５）。不的確（Ｎ）の場合、可変光アッテネータ１６のアッテネーションを下げて、再びＳ２０４を行いＳ２０５を繰り返させる。
Ｓ２０５で的確（Ｙ）と判定した後は、Ｓ２０６に進み、波長モニタで現在の波長を測定する（Ｓ２０６）。この波長測定は、前述のように受光素子ＰＤ１，ＰＤ２により行う。
【００７０】
Ｓ２０６で測定した波長が設定波長（例えば、１５５３．３２ｎｍ）であれば、的確（Ｙ）と判定され（Ｓ２０７）、Ｓ２０１に戻り、この一連の制御システムのもとに光送信を行う。不的確（Ｎ）と判定された場合は、波長外れアラームが出力されて作業者に異常が知らされ（Ｓ２０８）、光送信が停止される。
【００７１】
本実施形態１によれば以下の効果を有する。
（１）従来個別のアナログ回路もしくはデジタル回路で実現していた変調光信号の振幅，オフセット電圧，デューティー比の制御回路、設定温度安定化回路、ＬＤ駆動電流制御回路、発光波長安定化回路等をプログラムによって一括制御できる。従って、周囲温度の変化や電源電圧変動などの外部環境変化に対して安定な動作が維持できる。またこの安定な動作を長時間に渡って維持できる。
【００７２】
（２）ＥＡ−ＬＤモジュールを最適な駆動条件で使用するための条件設定をプログラムと、外部評価装置による自動調整となるので、調整時間の削減、人件費用の削減となり、光送信機の製造コストの削減が達成できる。
【００７３】
（３）光送信機の波長制御のための全ての設定値をプログラムにより管理しているので、複数のユーザの異なる仕様に対しても回路定数の変更等の物理的な変更なしで容易に仕様を達成することが可能になる。
【００７４】
（４）ユーザからの電気的な要求信号に従って光パワーや変調光波形などを調整可能なので、実際に光送信機の設置場所まで出向かなくともよくなり、遠距離から光パワーや変調光波形などを調整することができる。
【００７５】
（実施形態２）
図１３乃至図１５は本発明の他の実施形態（実施形態２）である光送信機に係わる図である。図１３は光送信機の構成を示すブロック図、図１４は光送信機における複数波長対応光送信機動作手順を示すフローチャート、図１５は光送信機に組み込まれるＥＡ−ＬＤを示す模式的斜視図である。
【００７６】
本実施形態２の光送信機１０は、実施形態１のＥＡ−ＬＤ素子１４の代わりに、図１５に示すようなヒータ付４多重ＬＤ−ＥＡ素子１４ａを組み込んだ構成になっている。このヒータ付４多重ＬＤ−ＥＡ素子１４ａは、ＬＤ部１２には４個のレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ４が並列に配置されているとともに、各ＬＤ１〜ＬＤ４の前方光及び後方光は、図１５で示される各４本の光導波路７５，７６によって１本の光導波路に導かれる。即ち、前方光合波部７７の４本の光導波路７５によって各ＬＤ１〜ＬＤ４の前方光はＥＡ部１３の１本の光導波路に導かれる。また、後方光合波部７８の４本の光導波路７６によって各ＬＤ１〜ＬＤ４の後方光は１本の光導波路に導かれて半導体レーザチップの出射面から出射される。このＬＤ１〜ＬＤ４の動作の切替えは、図１３に示すように、インタフェース部Ａ４４によって制御される切替スイッチ（切替ＳＷ）８０によって制御されるように構成されている。
【００７７】
また、ヒータ付４多重ＬＤ−ＥＡ素子１４ａには、ＥＡ部１３及び可変光アッテネータ１６の部分を加熱するためのヒータ（薄膜ヒータ）８１が設けられている。そして、この薄膜ヒータ８１には薄膜ヒータ電極Ａ８２，薄膜ヒータ電極Ｂ８３が設けられている。前記ヒータ８１は、図１３に示すようにインタフェース部Ｂ４５から送り込まれるＥＡ用ヒータ駆動信号によって制御される。
【００７８】
また、ＥＡ−ＬＤモジュール１１における可変光アッテネータ１６ａは可変光アッテネータまたは可変光増幅器で構成する。この場合、可変光アッテネータ１６ａはインタフェース部Ａ４４による可変光アッテネータ（可変光Att ）制御信号または可変光増幅器制御信号によって制御する。
【００７９】
前記ＬＤ１〜ＬＤ４はその波長が同じに形成してもよく、また、波長多重のために少しずつ波長を変えておいてもよい。そして、ヒータ８１の加熱によって使用するレーザダイオードの波長の調整を行う。切替ＳＷ８０によるスイッチ操作によって駆動させるレーザダイオードが選択される。
【００８０】
また可変光アッテネータ１６の代わりに可変光増幅器を用いることは、光出力パワーを増大でき、かつ光出力の可変幅も広くすることが可能となる。これによって伝送距離のシステムに適用できるという効果が得られる。
【００８１】
図１４は複数波長対応光送信機動作手順を示すフローチャートである。この手順において、Ｓ３０１では、希望波長のＬＤを駆動するよう切替ＳＷ８０を制御する。つぎのＳ３０２では、希望波長でＥＡを変調できるように、ＥＡ用ヒータ８１を制御してＥＡの温度を変更する。つぎのＳ３０３では、最適な変調光波形となるようにＥＡ駆動信号を調整する。つぎのＳ３０４では、設定波長に安定化するためにペルチェ素子１５でＬＤ温度を制御する。つぎのＳ３０５では、設定光パワーとなるよう可変光アッテネータ（可変光Att ）または可変光増幅器を制御する。
【００８２】
このような複数波長対応光送信機動作手順は、前記実施形態１の場合のトレーニングにおいて、Ｓ１０３の代わりとして行われ、光送信機の実際のマイコン制御で動作させる場合には、Ｓ２０５とＳ２０６との間で行われる。
【００８３】
本実施形態２の光送信機は、前記実施形態１の光送信機と同様の効果を有するとともに、複数の半導体レーザを切替え使用できることから、高密度波長分割多重光伝送システムに使用して有効なものとなる。
【００８４】
また、本実施形態２の光送信機は、ある波長の光送信器が故障した場合の予備器としても適用可能という効果を有する。さらには１台で複数の波長の光送信器に対応できることから、予備器として前もって用意しておく光送信器の保有台数を削減できるという効果を有する。
【００８５】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００８６】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である長距離ＤＷＤＭ伝送システムにおける光送信機に適用した技術について説明したが、それに限定されるものではなく、たとえば、ＥＡ−ＬＤモジュールを光源として利用する光伝送装置，光測定機，光計測器などにも同様に適用でき、同様な効果が得られる。本発明は少なくとも光を送信する技術には適用できる。
【００８７】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）変調光信号出力及び変調光信号波形の高精度制御が可能で低光チャープ量化が達成できる光送信機を提供することができる。
（２）小型で製造コストを低減できる光送信機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態（実施形態１）である光送信機の構成を示すブロック図ある。
【図２】本実施形態１の光送信機の蓋を外した状態の模式的平面図である。
【図３】本実施形態１の光送信機の側面図である。
【図４】本実施形態１の光送信機に組み込まれるＥＡ−ＬＤモジュールの外観を示す斜視図である。
【図５】上記ＥＡ−ＬＤモジュールの内部結線状態を示す模式図である。
【図６】上記ＥＡ−ＬＤモジュールに組み込まれるＥＡ−ＬＤを示す模式的斜視図である。
【図７】本実施形態１の光送信機のＥＡ−ＬＤモジュール内の光学系を示す模式図である。
【図８】本実施形態１の光送信機におけるＥＡ−ＬＤの初期調整の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】本実施形態１の光送信機におけるＰＤ１及びＰＤ２の出力電流と波長との相関を示す特性図である。
【図１０】クロスポイントが８０％となるＥＡ駆動電気波形を示す特性図と、その場合の光透過率及び変調光波形を示す特性図である。
【図１１】クロスポイントが５０％となるＥＡ駆動電気波形を示す特性図と、その場合の光透過率及び変調光波形を示す特性図である。
【図１２】本実施形態１の光送信機のマイコン制御による実動作時の処理手順を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の他の実施形態（実施形態２）である光送信機の構成を示すブロック図ある。
【図１４】本実施形態２の光送信機における複数波長対応光送信機動作手順を示すフローチャートである。
【図１５】本実施形態２の光送信機に組み込まれるＥＡ−ＬＤを示す模式的斜視図である。
【符号の説明】
１０…光送信機、１１…ＥＡ−ＬＤモジュール、１２…レーザダイオード部（ＬＤ部）、１３…電界吸収型光変調器部（ＥＡ部）、１４…電界吸収型光変調器集積半導体レーザ（ＥＡ−ＬＤ）素子、１４ａ…ヒータ付４多重ＬＤ−ＥＡ素子、１５…ペルチェ素子、１６，１６ａ…可変光アッテネータ、１７…変調光信号出力、１８…光ファイバ、１９…波長モニタ光学素子、２０…前方光、２１…第１レンズ、２２…光アイソレータ、２３…第２レンズ、２４…後方光、２５…後方光用レンズ、２６…ファブリーペローエタロン、２７…サーミスタ、２８…ＬＤ駆動電流供給回路、２９…変調器駆動回路（ＥＡ駆動ＩＣ）、３０…ペルチェ素子駆動回路、３１…マイクロプロセッサ（マイコン）、３２…マイコン監視ＩＣ、３３…サーミスタ、３４…光送信機本体、３５…配線基板、３６…変調信号入力端子、４０…外部入力信号、４１…外部出力信号、４２…外部通信ポート、４３…内蔵メモリ、４４…インタフェース部Ａ、４５…インタフェース部Ｂ、５５…箱型パッケージ、５６…支持部、５７…取付孔、５８…取付溝、５９…光ファイバガイド、６０…半導体基板、６１…光導波路、６２…回折格子、６３…ブロック層（Ｆｅ−ＩｎＰ）、６４…カソード電極、６５…絶縁膜、６６…ＬＤ用アノード電極、６７…ＥＡ用アノード電極、６８…アッテネータ用アノード電極、６９，７０…分離溝、７５，７６…光導波路、７７…前方光合波部、７８…後方光合波部、８０…切替スイッチ（切替ＳＷ）、８１…ヒータ（薄膜ヒータ）、８２，８３…薄膜ヒータ電極。
【発明の属する技術分野】
本発明は高密度波長分割多重光伝送システムにおいて使用する光送信機に関し、特に、光源として電界吸収型光変調器集積半導体レーザを組み込んだ光送信機の変調光信号出力の制御に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおいては、通信情報の飛躍的な増大に対応すべく、例えば、高密度波長分割多重光伝送（Dense Wavelength Division Multiplexing：ＤＷＤＭ）システムが開発されている。
【０００３】
光通信システムにおける送信光源の一つとして半導体レーザ（Laser Diode ：ＬＤ）が多用されている。ＤＷＤＭシステムにおいては、例えば、電界吸収型（Electro Absorption）の光変調器を有する半導体レーザが使用されている。この電界吸収型光変調器集積半導体レーザ（以下、ＥＡ−ＬＤと呼称）は、変調光信号出力が高く、かつ変調光信号の波長広がり（以下、光チャープ量とも呼称）が小さいため、高速かつ長距離の光伝送システムの送信光源として需要が拡大している。
【０００４】
電界吸収型光変調器集積半導体レーザを組み込んだ光送信機については、例えば、2000年電子情報通信学会 総合大会講演論文集「１０Ｇｂｉｔ／ｓ Ｄ−ＦＦ内蔵分布型ＥＡ変調器駆動ＩＣを用いた通信２ Ｂ−10-160」、2000年３月発行、P535に記載されている。
【０００５】
また、電界吸収型光変調器集積半導体レーザについては、例えば、三菱電機技報「１０Ｇｂｐｓ波長多重通信用変調器集積型レーザ」vol.74,No6，2000年６月２５日発行、P11〜P14に詳細に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電界吸収型光変調器集積半導体レーザから出力される変調光信号は電界吸収部（ＥＡ部）へ印加する変調電気信号の振幅やオフセット電圧によって大きく変動する。また、変調光信号出力を調整するためにレーザダイオード（ＬＤ）の駆動電流を変化させると、ＬＤ部からＥＡ部へ送出される光出力（光パワー）が変化することでＥＡ部の動作条件が変動し、変調光信号の波形や光チャープ量も変動する。
【０００７】
さらに変調光信号出力はそのデューティー比によっても変化するが、ＥＡ部は非線形な消光特性を有するため、ＥＡ部に印加する変動電気信号の振幅，オフセット電圧及びデューティー比に応じて変調光信号のデューティー比も変化する。その上、ＬＤ部は設定温度やＬＤ駆動電流に応じて発光波長が変化するので、高密度波長分割多重光伝送の送信光源にＥＡ−ＬＤを用いる場合は、設定温度や駆動電流を管理して発光波長を一定に保持することが必須となる。
【０００８】
従って、ＥＡ−ＬＤを長距離ＤＷＤＭ伝送の送信光源として利用するためには、変調電気信号の振幅，オフセット電圧，デューティー比及び設定温度とＬＤ駆動電流を適切に調整し、かつ外乱の影響もしくは自己の経時変化分を補償することが必須となる。
【０００９】
従来は、ＥＡ−ＬＤのＬＤ駆動電流，設定温度，ＥＡ変調信号の振幅，オフセット電圧及びデューティー比を調整可能な個別のアナログもしくはデジタルの制御回路を用意し、個々のＥＡ−ＬＤの特性に応じて各々を手動で調整している。即ち、ＬＤとＥＡを個別に制御調整している。
【００１０】
しかし、上記の調整は各々が密接に相関を持っているため、ある項目を調整することによって他の項目も変化する。従って全ての項目が最適となるような調整のためには大変時間が掛かり、量産時のボトルネックとなっていた。
【００１１】
また、一旦最適なＬＤ駆動電流値で調整した後、変調光信号出力を変更するためにＬＤ駆動電流を変化させると同時に変調光波形及び光チャープ量も変化してしまうので、全ての項目を再設定することが必要であった。そのため変調光信号出力を容易に変化させる場合には、ＥＡ−ＬＤの外部に可変光アッテネータ（Att：Attenuator ）を用いる必要があり、装置が大型化するとともにコストアップとなっていた。装置の大型化は光通信システムにおける光送信機の設置スペースの増大に繋がる。
【００１２】
本発明の目的は、変調光信号出力及び変調光信号波形の高精度制御が可能で低光チャープ量化が達成できる光送信機を提供することにある。
本発明の他の目的は、小型で製造コストを低減できる光送信機を提供することにある。
本発明の上記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１４】
（１）光送信機は、
マイクロプロセッサと、
前方及び後方にレーザ光を放射し、上記マイクロプロセッサに制御されるレーザダイオード駆動電流供給回路によって駆動するレーザダイオードと、
上記レーザダイオードから放射される上記前方光を変調し、上記マイクロプロセッサに制御される変調器駆動回路によって駆動する変調器と、
上記変調器を通過した上記前方光を減衰制御し、上記マイクロプロセッサに制御される可変光アッテネータと、
上記レーザダイオードから放射される後方光の光強度及び波長を検出し、上記マイクロプロセッサに測定情報を送る波長モニタ光学素子と、
上記レーザダイオード及び上記変調器部分を加熱冷却し、上記マイクロプロセッサに制御されるペルチェ素子駆動回路によって駆動するペルチェ素子と、
上記レーザダイオード，上記変調器を含む部分の温度を測定して上記マイクロプロセッサに測定情報を送るサーミスタと、
上記各部全体が置かれた環境温度を測定し、上記マイクロプロセッサに測定情報を送るサーミスタとを有し、
上記マイクロプロセッサによる制御のもと、上記レーザダイオード，上記変調器，上記ペルチェ素子及び可変光アッテネータを駆動させるとともに、上記波長モニタ光学素子及び上記両サーミスタによる光学的特性，電気的特性，温度特性を測定し、この測定情報と予め上記マイクロプロセッサに内蔵された内蔵メモリによる情報によって変調光信号出力を制御しながら光通信を行うように構成されている。
【００１５】
また、上記マイクロプロセッサはマイコン監視ＩＣによって監視制御される。上記レーザダイオード，上記変調器及び上記可変光アッテネータは単一の半導体基板にモノリシックに形成されている。
【００１６】
上記（１）の手段によれば、（ａ）従来個別のアナログ回路もしくはデジタル回路で実現していた変調光信号の振幅，オフセット電圧，デューティー比の制御回路、設定温度安定化回路、ＬＤ駆動電流制御回路、発光波長安定化回路等をプログラムによって一括制御できる。従って、周囲温度の変化や電源電圧変動などの外部環境変化に対しても安定な動作が維持できる。また、安定動作を長期間に渡って維持できる。
【００１７】
（ｂ）ＥＡ−ＬＤモジュールを最適な駆動条件で使用するための条件設定をプログラムと、外部評価装置による自動調整となるので、調整時間の削減、人件費用の削減となり、光送信機の製造コストの削減が達成できる。
【００１８】
（ｃ）光送信機の波長制御のための全ての設定値をプログラムにより管理しているので、複数のユーザの異なる仕様に対しても回路定数の変更等の物理的な変更なしで容易に仕様を達成することが可能になる。
【００１９】
（ｄ）ユーザからの電気的な要求信号に従って光パワーや変調光波形などを調整可能なので、実際に光送信機の設置場所まで出向かなくともよくなり、遠距離から光パワーや変調光波形などを調整することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２１】
（実施形態１）
図１乃至図１２は本発明の一実施形態（実施形態１）である光送信機に係わる図である。図１は光送信機の構成を示すブロック図、図２及び図３は光送信機に係わる図である。
【００２２】
本実施形態１では、電界吸収型光変調器集積半導体レーザ（ＥＡ−ＬＤモジュール）を組み込んだ高密度波長分割多重光伝送システム用の光送信機に本発明を適用した例について説明する。
【００２３】
光送信機（光送信システム）１０は、図１に示すようにＥＡ−ＬＤモジュール１１を有している。このＥＡ−ＬＤモジュール１１内には、レーザ光を出射（放射）するレーザダイオード部（ＬＤ部）１２と、このＬＤ部１２で発光されるレーザ光を変調する変調器（電界吸収型光変調器部：ＥＡ部）１３とを有する電界吸収型光変調器集積半導体レーザ（ＥＡ−ＬＤ）素子１４が設けられている。上記ＬＤ部１２が光信号を送出する光源となる。上記光信号は変調器により情報符号に基づいて変調するようになっている。
【００２４】
このＥＡ−ＬＤ素子１４はペルチェ素子１５に固定され、このペルチェ素子１５によって温度管理がなされている。ＥＡ部１３を通過したレーザ光は可変光アッテネータ（Att ）１６によって減衰制御される。この可変光アッテネータ１６はＥＡ−ＬＤ素子１４にモノリシックに形成するものでもよい。本実施形態１では、後述するように可変光アッテネータ１６はＥＡ−ＬＤ素子１４にモノリシックに形成されるものを使用する（図６参照）。
【００２５】
可変光アッテネータ１６を通過したレーザ光は変調光出力（変調光信号出力）１７となり、図２に示すＥＡ−ＬＤモジュール１１に接続される光ファイバ１８のコア内に導かれ、光ファイバ１８によって所定箇所に伝送される。この変調光信号出力１７はＥＡ−ＬＤ素子１４から出射される前方光である。また後方光は、図５及び図７に示すように、ＥＡ−ＬＤモジュール１１内に配置された二つの受光素子ＰＤ１，ＰＤ２と光フィルタ（ファブリーペローエタロン２６：図７参照）で構成される波長モニタ光学素子１９によって波長測定されるように構成されている。この波長測定によって前方光の光強度のモニタができる。
ＥＡ−ＬＤ素子１４の光導波路６１に沿う長さＬは７６０μｍ程度となり、幅Ｗは４００μｍ程度、高さＨは１００μｍ程度になる。
【００２６】
図７はＥＡ−ＬＤモジュール１１内の光学系を示す模式図である。ＥＡ−ＬＤ素子１４の前方光２０は球状の第１レンズ２１，光アイソレータ２２，球状の第２レンズ２３を通して光ファイバ１８の先端に収束される。また、後方光２４は球状の後方光用レンズ２５を通り、誘電体多層膜フィルタにより構成されるファブリーペローエタロン２６で波長別に分岐されて、それぞれ受光素子ＰＤ１，ＰＤ２に到達する。ファブリーペローエタロン２５は、例えば、円柱状ガラス体の両端面に高反射膜を蒸着したフィルタ構成である。
また、図１に示すように、ＥＡ−ＬＤモジュール１１内には、上記ＬＤ部１２の温度をモニタするためにサーミスタ２７が最適な位置に配置されている。
【００２７】
光送信機１０内には、ＬＤ部１２に電流を供給するＬＤ駆動電流供給回路２８、ＥＡ部１３を駆動する変調器駆動回路（ＥＡ駆動ＩＣ）２９、ペルチェ素子１５を駆動するペルチェ素子駆動回路３０、上記ＬＤ駆動電流供給回路２８，ＥＡ駆動ＩＣ２９等を制御する制御回路、即ちマイクロプロセッサ（マイコン）３１、上記マイコン３１を監視するマイコン監視ＩＣ３２、光送信機１０内の温度をモニタするサーミスタ３３を有している。
【００２８】
これら各部品は、図２及び図３に示す光送信機本体３４内に組み込まれた配線基板３５上にそれぞれ搭載されている。図２及び図３は光送信機本体３４を覆う蓋を取り外した図である。なお、ＥＡ駆動ＩＣ２９は変調信号入力端子３６に電気的に接続されている。
【００２９】
マイコン３１は外部入力信号４０を受け、外部出力信号４１を送りだす外部通信ポート４２を有するとともに、内蔵メモリ４３，インタフェース部Ａ４４，インタフェース部Ｂ４５を有している。マイコン３１はマイコン監視ＩＣ３２による監視信号によって監視される。
【００３０】
インタフェース部Ａ４４はＬＤ駆動電流供給回路２８にＬＤ駆動電流制御信号を供給し、可変光アッテネータ１６に可変光アッテネータ制御信号を供給し、ペルチェ素子駆動回路３０にペルチェ素子制御信号を供給する。インタフェース部Ａ４４には、ＬＤ駆動電流供給回路２８からＬＤ駆動電流モニタ信号（情報）が送られ、波長モニタ光学素子１９から波長モニタ信号（情報）が送られ、サーミスタ２７から温度モニタ信号（情報）が送られる。ＬＤ駆動電流供給回路２８は上記ＬＤ駆動電流制御信号に基づいてＬＤ部１２にＬＤ駆動電流を供給し、ＬＤ部１２を駆動させる。
【００３１】
インタフェース部Ｂ４５は、ＥＡ駆動ＩＣ２９に対して振幅制御信号，オフセット電圧制御信号，デューティー比制御信号を送り、ＥＡ駆動ＩＣ２９から振幅モニタ信号（情報），オフセット電圧モニタ信号（情報），デューティー比モニタ信号（情報）を受ける。ＥＡ駆動ＩＣ２９は上記振幅制御信号，オフセット電圧制御信号，デューティー比制御信号に基づいてＥＡ部１３を制御する。また、サーミスタ３３による光送信機１０内の温度情報がインタフェース部Ｂ４５に送られる。
【００３２】
これら各回路等とマイクロプロセッサとの接続において、インタフェース部Ａ・Ｂ（内蔵のＡ／Ｄコンバータ，Ｄ／Ａコンバータの入出力も含む）の駆動能力を超える場合には、マイクロプロセッサと前記各回路や素子等の間にドライブ回路を接続してもよい。
【００３３】
マイクロプロセッサ３１には、特に表示してないが、外部メモリもまた配備されている。内蔵メモリや外部メモリには、光送信のために必要なプログラムが書き込まれている。マイクロプロセッサ３１によって、前記メモリに書き込まれたプログラムやＥＡ−ＬＤモジュール１１の固有の特性データを元に、ＬＤ駆動電流，設定温度，ＥＡ駆動ＩＣの振幅値，オフセット電圧値，デューティー比が設定される。
【００３４】
なお、上記メモリに、光源，変調器，変調器駆動回路の電気的特性，光学的特性，温度特性，経時変化特性の全てまたは１乃至複数の特性を予め測定し、各特性間、若しくは個々の特性と外部環境変化との間の関係を数式化したり、数表化し、上記１乃至複数の数式や数表を光送信機内の記憶装置に記録するようにしてもよい。そして、上記記録された数式や数表と光送信機の外部環境の変化を観測する手段によって得た外部環境変化とを電気的に演算処理することによって上記光源，上記変調器，上記変調器駆動回路の制御条件を導き出して変調光信号出力を制御する。
【００３５】
図４は光送信機に組み込まれるＥＡ−ＬＤモジュールの外観を示す斜視図、図５はＥＡ−ＬＤモジュールの内部結線状態を示す模式図、図６はＥＡ−ＬＤ素子を示す模式的斜視図である。
【００３６】
ＥＡ−ＬＤモジュール１１は、図４に示すように箱型パッケージ構造となるとともに、箱型パッケージ５５の底から張り出す支持部５６を有している。この支持部５６には箱型パッケージ５５を固定する際使用される取付孔５７や取付溝５８が設けられている。また、箱型パッケージ５５の一端には光ファイバガイド５９が突出状態で設けられている。この光ファイバガイド５９は光ファイバ１８（光ファイバケーブル）を案内している。
【００３７】
箱型パッケージ５５の両側には複数の外部端子（ピン）が突出している。図５のＥＡ−ＬＤモジュールの内部結線状態をも参照しながら各端子の機能について説明する。ピン１はサーミスタ用端子、２はアッテネータ用端子、３はＬＤアノード端子、４はＰＤ１用端子、５はＰＤ２用端子、６はペルチェ素子（＋）電極用端子、７はペルチェ素子（−）用端子、８は変調信号入力端子である。図５の抵抗Ｒは５０Ωである。
【００３８】
図６はＥＡ−ＬＤ素子１４を示す模式的斜視図である。このＥＡ−ＬＤ素子１４は、ＬＤ部１２，ＥＡ部１３及び電界吸収型の可変光アッテネータ１６を半導体基板６０上にモノリシックに形成した構造になっている。本実施形態１では、例えばＥＡ−ＬＤ素子１４は発振波長が１５５０ｎｍ帯の多重量子井戸型ＤＦＢ半導体レーザを有する。ＥＡ−ＬＤ素子１４は、図６に示すように、光導波路６１に沿ってＬＤ部１２，ＥＡ部１３，可変光アッテネータ１６が位置している。
【００３９】
ＥＡ−ＬＤ素子１４は、例えばｎ型ＩｎＰ基板からなる半導体基板６０上に選択成長法を利用して多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の光導波路をメサ状に形成した構造になっている。選択成長法では、半導体基板の表面を覆うマスク（絶縁膜）の幅（マスク幅）や、マスクとマスクの間の目開き幅を違えることによって量子井戸の各層の厚さを異なるものとすることができる。また、ＬＤ部１２及びＥＡ部１３の部分に亘って回折格子６２が設けられている。回折格子６２のピッチは、たとえば、２４０ｎｍである。
【００４０】
上記メサ部は半導体基板６０上にＭＯＣＶＤ（Metalorganic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長）法で順次各層を形成し、中央線の両側をエッチング除去することによって形成される。例えば、符号を付して説明はしないが、半導体基板６０上に、ＩｎＧａＡｓＰ下ガイド層，ＭＱＷ層，ＩｎＧａＡｓＰ上ガイド層，ＩｎＰクラッド層，ＩｎＧａＡｓキヤップ層を順次重ねて形成し、その後に表面にストライプ状に絶縁膜を形成した後、この絶縁膜をエッチングマスクとしてメサエッチングを行いメサ部を形成する。
【００４１】
前記ＭＱＷ層は、ウエル層が複数層となるＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰからなっている。例えば、約６ｎｍの厚さのウエル層と８ｎｍの厚さのバリア層で構成されている。また、回折格子６２はＩｎＧａＡｓＰ上ガイド層に形成されている。
また、上記メサ部の両側の窪んだ部分には、鉄（Ｆｅ）を含んだＩｎＰ層からなるブロック層（Ｆｅ−ＩｎＰ）６３が設けられている。
【００４２】
ＥＡ−ＬＤ素子（ＥＡ−ＬＤチップ）１４の下面はカソード電極６４が形成されている。また、ＥＡ−ＬＤ素子１４の上面は選択的に絶縁膜６５が設けられるとともに、この絶縁膜６５から露出する所定の半導体層上に亘ってそれぞれ電極層が設けられている。上記電極層は、ＬＤ部１２ではＬＤ用アノード電極６６を構成し、ＥＡ部１３ではＥＡ用アノード電極６７を構成し、可変光アッテネータ１６ではアッテネータ用アノード電極６８を構成している。
【００４３】
また、ＬＤ部１２，ＥＡ部１３及び可変光アッテネータ１６の間にはそれぞれ分離溝６９，７０が設けられ、ＬＤ用アノード電極６６，ＥＡ用アノード電極６７及びアッテネータ用アノード電極６８間で相互の電流の干渉を防止している。また、図示しないが、ＥＡ−ＬＤ素子１４の両端には所定の屈折率を有する反射膜が設けられ、所望の前方光２０及び後方光（図示せず）を出射するようになっている。
【００４４】
ＬＤ用アノード電極６６とカソード電極６４間に所定の電圧を印加することによってＬＤ部１２で所定のレーザ光を発生させる。このレーザ光はＥＡ部１３におけるカソード電極６４とＥＡ用アノード電極６７との間に印加される変調信号によって変調制御される。またこの変調信号は可変光アッテネータ１６におけるカソード電極６４とアッテネータ用アノード電極６８との間に印加される可変光アッテネータ制御信号によって減衰制御され、前方光２０及び後方光２４としてＥＡ−ＬＤ素子１４の外部に放出される。
このような光送信機１０では、ＥＡ−ＬＤモジュールの初期設定（トレーニング）を行った後、実動作を行う。即ち、光通信を行う。
【００４５】
図８はＥＡ−ＬＤモジュールのトレーニングの手順（ステップ：Ｓ）を示すフローチャートである。作業開始（Start ）後、Ｓ１０１では環境温度Ｔａの設定を行う。このＳ１０１では、例えば、環境温度Ｔａ（＝恒温槽温度）を２５℃に設定する。なお、光送信機１０から放出される変調光信号出力１７を受信する光受信器の光受信器感度（＠ＢＥＲ＝１０-12）は−１７ｄＢｍである。
【００４６】
Ｓ１０２では、初期状態を設定する。即ち、ＬＤ電流（ＩＬＤ）を６０ｍＡに設定し、ＥＡ印加電圧の高レベル（Ｖhigh）を、例えば、−０．５Ｖに設定し、ＥＡ印加電圧の低レベル（Ｖlow ）を、例えば、−２．５Ｖに設定する。
つぎに、波長が設定値になるようにＬＤの温度を設定温度（ＴＬＤ）に調整する。
【００４７】
波長検出（モニタ）は、図７に示すように、二つの受光素子ＰＤ１，ＰＤ２で構成される波長モニタ光学素子１９によって行う。ＥＡ−ＬＤ素子１４の後方光２４はファブリーペローエタロン２６の傾き角θによって二つに分岐され、一方は受光素子ＰＤ１に到達し、他方は受光素子ＰＤ２に到達する。
【００４８】
受光素子ＰＤ１，ＰＤ２の出力電流がピークとなる波長は、ファブリーペローエタロン２６の傾きθと、ファブリーペローエタロン２６と受光素子ＰＤ１，ＰＤ２との相対位置関係で決まる。
【００４９】
図９は受光素子ＰＤ１，ＰＤ２の出力電流と波長との相関を示す特性図である。受光素子ＰＤ１，ＰＤ２の出力電流は波長変化に対して繰り返してそのピークが現れる。また、ＰＤ１とＰＤ２では、受光するレーザ光成分の波長が相互に異なることから、出力電流のピークの位置が相互にずれる。そこで、ＰＤ１とＰＤ２のピーク位置の中間点を設定目標波長（λ0）とし、この設定目標波長（λ0）で出力電流が一致するように、後方光用レンズ２５，ファブリーペローエタロン２６及びＰＤ１，ＰＤ２の位置やファブリーペローエタロン２６の傾きを調整する。
【００５０】
なお、ＰＤ１の出力電流のピークとピークの波長間隔ａはファブリーペローエタロン２６の厚さと屈折率で決定されることから、ファブリーペローエタロン２６の厚さと屈折率を適当に選択して波長間隔ａを所定値、例えば、１００ＧＨｚとなるようにする。この波長間隔ａの値をＤＷＤＭ光伝送における波長間隔と一致させておくことで、ＬＤの動作温度ＴＬＤを変更するだけで複数の送信波長に対応させることが可能となる。このことは一つの光送信器が故障した場合のバックアップ等に有利となる。
【００５１】
ＰＤ１とＰＤ２の出力電流が等しくなるように、ペルチェ素子１５によってＬＤ部１２の温度を変化させることによって変調光信号出力１７の波長を設定目標波長（λ0）にすることができる。
【００５２】
また、ＬＤ部１２の光出力が変化すると、ＰＤ１，ＰＤ２の出力電流は変化する。そこで、ＰＤ１とＰＤ２の電流の合計が一定となるように、ＬＤの駆動電流を制御する。ＰＤ１とＰＤ２の電流の合計が一定となるようにＬＤの駆動電流を制御することによって、ＬＤの光出力が常に一定になる効果が得られる。
【００５３】
つぎに、ＥＡ部１３のＯＮ時とＯＦＦ時の光透過量の比（消光比：ＥＲ）の測定を行う（Ｓ１０４）。このＳ１０４による測定値から消光比（ＥＲ）の良否の判定を行う（Ｓ１０５）。即ち、消光比（ＥＲ）が、例えば、１１ｄＢよりも低い場合にはＶlow を下げ、１２ｄＢよりも高い場合にはＶlow を上げる。この作業を繰り返し、消光比（ＥＲ）を、１１ｄＢ≦ＥＲ≦１２ｄＢに設定する。
【００５４】
つぎに、光波形のクロスポイント（ＸＰ）を測定（Ｓ１０６）するとともに、光波形（変調光波形）のクロスポイント（ＸＰ）を５０％に設定する（ＳｅｔＸＰ）。
【００５５】
図１０は、クロスポイントが８０％となるＥＡ駆動電気波形を示す特性図と、その場合の光透過率及び変調光波形を示す特性図である。この場合、変調光波形のクロスポイント（ＸＰ）は５０％である。ＥＡ駆動電気波形のクロスポイントを８０％とすることによって、変調光波形のクロスポイント（ＸＰ）を５０％にすることができ、伝送特性を高めることができる。
【００５６】
図１１は、クロスポイントが５０％となるＥＡ駆動電気波形を示す特性図と、その場合の光透過率及び変調光波形（クロスポイントＸＰは約０％）を示す特性図である。ＥＡ駆動電気波形のクロスポイントを５０％としても、変調光波形のクロスポイント（ＸＰ）は約０％であり、伝送特性は非常に悪い。
【００５７】
このようにＥＡ駆動電気波形のクロスポイントの多少の変化で変調光波形のクロスポイントが大きく変化し、伝送特性の劣化に結びつくので、ＥＡ駆動電気波形を適切な値に調整することが重要となる。
【００５８】
つぎに、前記受光素子ＰＤ１，ＰＤ２によって光パワー（Ｐｆ）を測定する（Ｓ１０８）。この測定によるＰｆと、設定パワー値Ｐとを判定する（Ｓ１０９）。そして、例えば、設定パワー値Ｐが−２ｄＢｍと同じかまたは大きい場合は不的確（Ｎ−ｎｏ）としてＶhighを上げてＳ１０４に戻り、再びＳ１０８に至る工程を実施する。
【００５９】
Ｓ１０９での判定が的確（Ｙ：ｙｅｓ）の場合、光ファイバ長さを８０ｋｍとした場合における−１４ｄＢｍでのビットエラーレート（ＢＥＲ）を測定する（Ｓ１１０）。ビットエラーレートが、例えば、１０-12よりも小さい場合は的確（Ｙ）とし、ビットエラーレートが、１０-12以上の場合は不的確（Ｎ）と判定する（Ｓ１１１）。
【００６０】
不的確（Ｎ）の場合、図８の右下部分に記載したフローチャートによるＡからＢに至るステップの処理がなされる。即ち、最初にＥＡの印加電圧Ｖhighを設定通りに下げる（Ｓ００１）。つぎに、Ｓ１０４及びＳ１０５と同様に消光比の設定を行い（ＳｅｔＥＲ：Ｓ００２）、Ｓ１０６及びＳ１０７と同様に光波形のクロスポイントの設定を行い（ＳｅｔＸＰ：Ｓ００３）、Ｓ１０８と同様に光パワーＰｆの測定を行う（Ｓ００４）。光パワーＰｆが所定の光パワー、例えば−２ｄＢｍ以上である場合は不的確（Ｎ）と判定（Ｓ００５）して再度レーザダイオード（ＬＤ）の駆動電流（ＩＬＤ）を増加させてＳ００２〜Ｓ００４を繰り返す。光パワーＰｆが−２ｄＢｍよりも小さくなった場合は的確（Ｙ）と判定する（Ｓ００５）。
【００６１】
そして、的確（Ｙ）と判定した後は、Ｓ１１２に進み、光受信感度Ｐｒを測定する。即ち、この場合の測定は光ファイバを接続しない状態の光受信感度Ｐｒ（Ｐｒ＠ＢＴＢ：Back to Back）と、８０ｋｍの長さの光ファイバを接続した状態の光受信感度Ｐｒ（Ｐｒ＠８０ｋｍ）を測定する。この測定は１０-12のビットエラーレート時の光出力である。
【００６２】
つぎに、前記Ｐｒ＠ＢＴＢと、Ｐｒ＠８０ｋｍの差を計算してＰｐ（伝送ペナルティ）を求める（Ｓ１１３）。
伝送ペナルティ（Ｐｐ）が２ｄＢ以下の場合は的確（Ｙ）とし、２ｄＢを越える場合は不的確（Ｎ）と判定する（Ｓ１１４）。
【００６３】
不的確（Ｎ）の場合、前記同様に図８の右下部分に記載したフローチャートによるＡからＢに至るステップの処理がなされる。そして、的確（Ｙ）と判定した後は、Ｓ１１５に進み、波長が設定値になるようにＴＬＤの調整が行われる。ＬＤ設定温度（ＴＬＤ）の調整は、図７に示す二つの受光素子ＰＤ１，ＰＤ２を利用して、ＰＤ１，ＰＤ２の出力電流が一致する、即ち、ＬＤの波長が設定目的波長λ０となるようにＴＬＤを調整する。
【００６４】
つぎに、マイコン内のメモリに、Ｔａ（サーミスタ３３で測定する環境温度），ＴＬＤ（ＬＤ設定温度），ＩＬＤ（ＬＤ電流），Ｖhigh（ＥＡ印加電圧のhighレベル），Ｖlow （ＥＡ印加電圧のlow レベル），ＸＰ（光波形のクロスポイント）等設定電圧を記録する（Ｓ１１６）。
【００６５】
つぎに、環境温度Ｔａを動作保証最低温度（＝０℃）に設定した（Ｓ１１７）後、前記各値の最適値を検索する（Ｓ１１８）。即ち、先程のＳ１０２からＳ１１６の手順を繰り返し実行し、動作保証最低温度における最適なＴａ，ＴＬＤ，ＩＬＤ，Ｖhigh，Ｖlow ，ＸＰ設定電圧等を記録する。
【００６６】
つぎに、環境温度Ｔａを動作保証最高温度（＝７０℃）に設定した（Ｓ１１９）後、前記各値の最適値を検索する（Ｓ１２０）。即ち、同様にＳ１０２からＳ１１６の手順を繰り返し実行し、動作保証最高温度における最適なＴａ，ＴＬＤ，ＩＬＤ，Ｖhigh，Ｖlow ，ＸＰ設定電圧等を記録する。
このようなフローチャートによる各ステップで得た数値はそれぞれメモリに記憶される。これにより、初期調整が完了する。
【００６７】
光送信機を実際にマイコン制御で動作させる場合、図１２に示すフローチャートの各ステップにより行う。スタート後、現在の環境温度Ｔａをサーミスタ３３によって測定する（Ｓ２０１）。
つぎに、マイコンメモリ内の０℃，２５℃，７０℃での最適設定値より、環境温度Ｔａにおける最適値を補間して計算する（Ｓ２０２）。
つぎに、ＴＬＤ（ＬＤ設定温度），ＩＬＤ（ＬＤ電流），Ｖhigh（ＥＡ印加電圧のhighレベル），Ｖlow （ＥＡ印加電圧のlow レベル），ＸＰ（光波形のクロスポイント）設定電圧を計算により求めた値に設定する（Ｓ２０３）。
【００６８】
つぎに、可変光アッテネータ１６による光Ａtt電流により光パワーＰｆを推定する（Ｓ２０４）。この推定は、以下の方法により行う。実施形態１においては、光ＡttとしてＬＤ及び変調用ＥＡと集積化したＥＡ素子を用いている。この光Ａtt用ＥＡ素子から出力される光パワーは、光Ａtt用ＥＡ素子に印加される電圧と、そこに流れる電流とで一意に決定される。従って、前もって光Ａtt用ＥＡ素子への印加電圧及び電流と出力される光パワーの関係をマイコンのメモリに記録しておくことで、印加電圧及び電流より光パワーが推定できる。
【００６９】
つぎに、光パワーＰｆが−２ｄＢｍ以上の場合は不的確（Ｎ）とし、−２ｄＢｍよりも小さい場合は的確（Ｙ）と判定する（Ｓ２０５）。不的確（Ｎ）の場合、可変光アッテネータ１６のアッテネーションを下げて、再びＳ２０４を行いＳ２０５を繰り返させる。
Ｓ２０５で的確（Ｙ）と判定した後は、Ｓ２０６に進み、波長モニタで現在の波長を測定する（Ｓ２０６）。この波長測定は、前述のように受光素子ＰＤ１，ＰＤ２により行う。
【００７０】
Ｓ２０６で測定した波長が設定波長（例えば、１５５３．３２ｎｍ）であれば、的確（Ｙ）と判定され（Ｓ２０７）、Ｓ２０１に戻り、この一連の制御システムのもとに光送信を行う。不的確（Ｎ）と判定された場合は、波長外れアラームが出力されて作業者に異常が知らされ（Ｓ２０８）、光送信が停止される。
【００７１】
本実施形態１によれば以下の効果を有する。
（１）従来個別のアナログ回路もしくはデジタル回路で実現していた変調光信号の振幅，オフセット電圧，デューティー比の制御回路、設定温度安定化回路、ＬＤ駆動電流制御回路、発光波長安定化回路等をプログラムによって一括制御できる。従って、周囲温度の変化や電源電圧変動などの外部環境変化に対して安定な動作が維持できる。またこの安定な動作を長時間に渡って維持できる。
【００７２】
（２）ＥＡ−ＬＤモジュールを最適な駆動条件で使用するための条件設定をプログラムと、外部評価装置による自動調整となるので、調整時間の削減、人件費用の削減となり、光送信機の製造コストの削減が達成できる。
【００７３】
（３）光送信機の波長制御のための全ての設定値をプログラムにより管理しているので、複数のユーザの異なる仕様に対しても回路定数の変更等の物理的な変更なしで容易に仕様を達成することが可能になる。
【００７４】
（４）ユーザからの電気的な要求信号に従って光パワーや変調光波形などを調整可能なので、実際に光送信機の設置場所まで出向かなくともよくなり、遠距離から光パワーや変調光波形などを調整することができる。
【００７５】
（実施形態２）
図１３乃至図１５は本発明の他の実施形態（実施形態２）である光送信機に係わる図である。図１３は光送信機の構成を示すブロック図、図１４は光送信機における複数波長対応光送信機動作手順を示すフローチャート、図１５は光送信機に組み込まれるＥＡ−ＬＤを示す模式的斜視図である。
【００７６】
本実施形態２の光送信機１０は、実施形態１のＥＡ−ＬＤ素子１４の代わりに、図１５に示すようなヒータ付４多重ＬＤ−ＥＡ素子１４ａを組み込んだ構成になっている。このヒータ付４多重ＬＤ−ＥＡ素子１４ａは、ＬＤ部１２には４個のレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ４が並列に配置されているとともに、各ＬＤ１〜ＬＤ４の前方光及び後方光は、図１５で示される各４本の光導波路７５，７６によって１本の光導波路に導かれる。即ち、前方光合波部７７の４本の光導波路７５によって各ＬＤ１〜ＬＤ４の前方光はＥＡ部１３の１本の光導波路に導かれる。また、後方光合波部７８の４本の光導波路７６によって各ＬＤ１〜ＬＤ４の後方光は１本の光導波路に導かれて半導体レーザチップの出射面から出射される。このＬＤ１〜ＬＤ４の動作の切替えは、図１３に示すように、インタフェース部Ａ４４によって制御される切替スイッチ（切替ＳＷ）８０によって制御されるように構成されている。
【００７７】
また、ヒータ付４多重ＬＤ−ＥＡ素子１４ａには、ＥＡ部１３及び可変光アッテネータ１６の部分を加熱するためのヒータ（薄膜ヒータ）８１が設けられている。そして、この薄膜ヒータ８１には薄膜ヒータ電極Ａ８２，薄膜ヒータ電極Ｂ８３が設けられている。前記ヒータ８１は、図１３に示すようにインタフェース部Ｂ４５から送り込まれるＥＡ用ヒータ駆動信号によって制御される。
【００７８】
また、ＥＡ−ＬＤモジュール１１における可変光アッテネータ１６ａは可変光アッテネータまたは可変光増幅器で構成する。この場合、可変光アッテネータ１６ａはインタフェース部Ａ４４による可変光アッテネータ（可変光Att ）制御信号または可変光増幅器制御信号によって制御する。
【００７９】
前記ＬＤ１〜ＬＤ４はその波長が同じに形成してもよく、また、波長多重のために少しずつ波長を変えておいてもよい。そして、ヒータ８１の加熱によって使用するレーザダイオードの波長の調整を行う。切替ＳＷ８０によるスイッチ操作によって駆動させるレーザダイオードが選択される。
【００８０】
また可変光アッテネータ１６の代わりに可変光増幅器を用いることは、光出力パワーを増大でき、かつ光出力の可変幅も広くすることが可能となる。これによって伝送距離のシステムに適用できるという効果が得られる。
【００８１】
図１４は複数波長対応光送信機動作手順を示すフローチャートである。この手順において、Ｓ３０１では、希望波長のＬＤを駆動するよう切替ＳＷ８０を制御する。つぎのＳ３０２では、希望波長でＥＡを変調できるように、ＥＡ用ヒータ８１を制御してＥＡの温度を変更する。つぎのＳ３０３では、最適な変調光波形となるようにＥＡ駆動信号を調整する。つぎのＳ３０４では、設定波長に安定化するためにペルチェ素子１５でＬＤ温度を制御する。つぎのＳ３０５では、設定光パワーとなるよう可変光アッテネータ（可変光Att ）または可変光増幅器を制御する。
【００８２】
このような複数波長対応光送信機動作手順は、前記実施形態１の場合のトレーニングにおいて、Ｓ１０３の代わりとして行われ、光送信機の実際のマイコン制御で動作させる場合には、Ｓ２０５とＳ２０６との間で行われる。
【００８３】
本実施形態２の光送信機は、前記実施形態１の光送信機と同様の効果を有するとともに、複数の半導体レーザを切替え使用できることから、高密度波長分割多重光伝送システムに使用して有効なものとなる。
【００８４】
また、本実施形態２の光送信機は、ある波長の光送信器が故障した場合の予備器としても適用可能という効果を有する。さらには１台で複数の波長の光送信器に対応できることから、予備器として前もって用意しておく光送信器の保有台数を削減できるという効果を有する。
【００８５】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００８６】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である長距離ＤＷＤＭ伝送システムにおける光送信機に適用した技術について説明したが、それに限定されるものではなく、たとえば、ＥＡ−ＬＤモジュールを光源として利用する光伝送装置，光測定機，光計測器などにも同様に適用でき、同様な効果が得られる。本発明は少なくとも光を送信する技術には適用できる。
【００８７】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）変調光信号出力及び変調光信号波形の高精度制御が可能で低光チャープ量化が達成できる光送信機を提供することができる。
（２）小型で製造コストを低減できる光送信機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態（実施形態１）である光送信機の構成を示すブロック図ある。
【図２】本実施形態１の光送信機の蓋を外した状態の模式的平面図である。
【図３】本実施形態１の光送信機の側面図である。
【図４】本実施形態１の光送信機に組み込まれるＥＡ−ＬＤモジュールの外観を示す斜視図である。
【図５】上記ＥＡ−ＬＤモジュールの内部結線状態を示す模式図である。
【図６】上記ＥＡ−ＬＤモジュールに組み込まれるＥＡ−ＬＤを示す模式的斜視図である。
【図７】本実施形態１の光送信機のＥＡ−ＬＤモジュール内の光学系を示す模式図である。
【図８】本実施形態１の光送信機におけるＥＡ−ＬＤの初期調整の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】本実施形態１の光送信機におけるＰＤ１及びＰＤ２の出力電流と波長との相関を示す特性図である。
【図１０】クロスポイントが８０％となるＥＡ駆動電気波形を示す特性図と、その場合の光透過率及び変調光波形を示す特性図である。
【図１１】クロスポイントが５０％となるＥＡ駆動電気波形を示す特性図と、その場合の光透過率及び変調光波形を示す特性図である。
【図１２】本実施形態１の光送信機のマイコン制御による実動作時の処理手順を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の他の実施形態（実施形態２）である光送信機の構成を示すブロック図ある。
【図１４】本実施形態２の光送信機における複数波長対応光送信機動作手順を示すフローチャートである。
【図１５】本実施形態２の光送信機に組み込まれるＥＡ−ＬＤを示す模式的斜視図である。
【符号の説明】
１０…光送信機、１１…ＥＡ−ＬＤモジュール、１２…レーザダイオード部（ＬＤ部）、１３…電界吸収型光変調器部（ＥＡ部）、１４…電界吸収型光変調器集積半導体レーザ（ＥＡ−ＬＤ）素子、１４ａ…ヒータ付４多重ＬＤ−ＥＡ素子、１５…ペルチェ素子、１６，１６ａ…可変光アッテネータ、１７…変調光信号出力、１８…光ファイバ、１９…波長モニタ光学素子、２０…前方光、２１…第１レンズ、２２…光アイソレータ、２３…第２レンズ、２４…後方光、２５…後方光用レンズ、２６…ファブリーペローエタロン、２７…サーミスタ、２８…ＬＤ駆動電流供給回路、２９…変調器駆動回路（ＥＡ駆動ＩＣ）、３０…ペルチェ素子駆動回路、３１…マイクロプロセッサ（マイコン）、３２…マイコン監視ＩＣ、３３…サーミスタ、３４…光送信機本体、３５…配線基板、３６…変調信号入力端子、４０…外部入力信号、４１…外部出力信号、４２…外部通信ポート、４３…内蔵メモリ、４４…インタフェース部Ａ、４５…インタフェース部Ｂ、５５…箱型パッケージ、５６…支持部、５７…取付孔、５８…取付溝、５９…光ファイバガイド、６０…半導体基板、６１…光導波路、６２…回折格子、６３…ブロック層（Ｆｅ−ＩｎＰ）、６４…カソード電極、６５…絶縁膜、６６…ＬＤ用アノード電極、６７…ＥＡ用アノード電極、６８…アッテネータ用アノード電極、６９，７０…分離溝、７５，７６…光導波路、７７…前方光合波部、７８…後方光合波部、８０…切替スイッチ（切替ＳＷ）、８１…ヒータ（薄膜ヒータ）、８２，８３…薄膜ヒータ電極。
Claims (12)
- マイクロプロセッサと、
前方及び後方にレーザ光を放射し、上記マイクロプロセッサに制御されるレーザダイオード駆動電流供給回路によって駆動するレーザダイオードと、
上記レーザダイオードから放射される上記前方光を変調し、上記マイクロプロセッサに制御される変調器駆動回路によって駆動する変調器と、
上記変調器を通過した上記前方光を減衰制御し、上記マイクロプロセッサに制御される可変光アッテネータと、
上記レーザダイオードから放射される後方光の光強度及び波長を検出し、上記マイクロプロセッサに測定情報を送る波長モニタ光学素子と、
上記レーザダイオード及び上記変調器部分を加熱冷却し、上記マイクロプロセッサに制御されるペルチェ素子駆動回路によって駆動するペルチェ素子と、
上記レーザダイオード，上記変調器を含む部分の温度を測定して上記マイクロプロセッサに測定情報を送るサーミスタと、
上記各部全体が置かれた環境温度を測定し、上記マイクロプロセッサに測定情報を送るサーミスタとを有し、
上記マイクロプロセッサによる制御のもと、上記レーザダイオード，上記変調器，上記ペルチェ素子及び可変光アッテネータを駆動させるとともに、上記波長モニタ光学素子及び上記両サーミスタによる光学的特性，電気的特性，温度特性を測定し、この測定情報と予め上記マイクロプロセッサに内蔵された内蔵メモリによる情報によって変調光信号出力を制御しながら光通信を行うように構成されていることを特徴とする光送信機。 - 上記マイクロプロセッサはマイコン監視ＩＣによって監視制御されることを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
- 上記可変光アッテネータの代わりに可変光増幅器を用いることを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
- 上記レーザダイオード及び上記変調器は単一の半導体基板にモノリシックに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
- 上記レーザダイオード，上記変調器及び上記可変光アッテネータは単一の半導体基板にモノリシックに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
- 上記レーザダイオード，上記変調器及び上記可変光増幅器は単一の半導体基板にモノリシックに形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光送信機。
- マイクロプロセッサと、
前方及び後方にレーザ光を放射し、上記マイクロプロセッサに制御されるレーザダイオード駆動電流供給回路によって駆動するレーザダイオードと、
上記レーザダイオードが形成される半導体基板にモノリシックに形成されるとともに、上記レーザダイオードから放射される上記前方光を変調し、上記マイクロプロセッサに制御される変調器駆動回路によって駆動する変調器と、
上記変調器を通過した上記前方光を減衰制御し、上記マイクロプロセッサに制御される可変光アッテネータと、
上記レーザダイオードから放射される後方光の光強度及び波長を検出し、上記マイクロプロセッサに測定情報を送る波長モニタ光学素子と、
上記レーザダイオード及び上記変調器部分を加熱冷却し、上記マイクロプロセッサに制御されるペルチェ素子駆動回路によって駆動するペルチェ素子と、
上記レーザダイオード，上記変調器を含む部分の温度を測定して上記マイクロプロセッサに測定情報を送るサーミスタと、
上記各部全体が置かれた環境温度を測定し、上記マイクロプロセッサに測定情報を送るサーミスタとを有し、
上記レーザダイオードは上記半導体基板に複数のレーザダイオードが並列に配置されているとともに、上記各レーザダイオードの前方光及び後方光は途中で１本の光導波路となって上記変調器または上記波長モニタ光学素子に光学的に接続される各光導波路によって案内され、
上記半導体基板には上記マイクロプロセッサによる制御によって上記レーザダイオード及び上記変調器を加熱するヒータが設けられ、
上記複数のレーザダイオードは上記ＬＤ駆動電流供給回路によって制御される切替スイッチのスイッチ動作のもとに駆動制御され、
上記マイクロプロセッサによる制御のもと、上記レーザダイオード，上記変調器，上記ペルチェ素子，上記ヒータ及び可変光アッテネータを駆動させるとともに、上記波長モニタ光学素子及び上記両サーミスタによる光学的特性，電気的特性，温度特性を測定し、この測定情報と予め上記マイクロプロセッサに内蔵された内蔵メモリによる情報によって変調光信号出力を制御しながら光通信を行うように構成されていることを特徴とする光送信機。 - 上記マイクロプロセッサはマイコン監視ＩＣによって監視制御されることを特徴とする請求項７に記載の光送信機。
- 上記可変光アッテネータの代わりに可変光増幅器を用いることを特徴とする請求項７に記載の光送信機。
- 上記レーザダイオード，上記変調器及び上記可変光アッテネータは上記半導体基板にモノリシックに形成されていることを特徴とする請求項７に記載の光送信機。
- 上記レーザダイオード，上記変調器及び上記可変光増幅器は上記半導体基板にモノリシックに形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光送信機。
- マイコン監視ＩＣによって監視制御されるマイクロプロセッサと、
前方及び後方にレーザ光を放射し、上記マイクロプロセッサに制御されるレーザダイオード駆動電流供給回路によって駆動するレーザダイオードと、
上記レーザダイオードから放射される上記前方光を変調し、上記マイクロプロセッサに制御される変調器駆動回路によって駆動する変調器と、
上記変調器を通過した上記前方光を減衰制御し、上記マイクロプロセッサに制御される可変光アッテネータと、
二つの受光素子ＰＤ１，ＰＤ２と光フィルタで構成され、かつ上記レーザダイオードから放射される後方光の光強度及び波長を検出し、上記マイクロプロセッサに測定情報を送る波長モニタ光学素子と、
上記レーザダイオード及び上記変調器部分を加熱冷却し、上記マイクロプロセッサに制御されるペルチェ素子駆動回路によって駆動するペルチェ素子と、
上記レーザダイオード，上記変調器を含む部分の温度を測定して上記マイクロプロセッサに測定情報を送るサーミスタと、
上記各部全体が置かれた環境温度を測定し、上記マイクロプロセッサに測定情報を送るサーミスタとを有し、
上記マイクロプロセッサによる制御のもと、上記レーザダイオード，上記変調器，上記ペルチェ素子及び可変光アッテネータを駆動させるとともに、上記波長モニタ光学素子及び上記両サーミスタによる光学的特性，電気的特性，温度特性を測定し、この測定情報と 予め上記マイクロプロセッサに内蔵された内蔵メモリによる情報によって変調光信号出力を制御しながら光通信を行うように構成される光送信機における、
上記レーザダイオードＬＤと上記変調器ＥＡからなるＥＡ−ＬＤ素子，上記可変光アッテネータ，上記ペルチェ素子，上記波長モニタ光学素子及び上記レーザダイオード，上記変調器を含む部分の温度を測定するサーミスタによって構成されるＥＡ−ＬＤモジュールの初期設定を、
（ａ）上記ＥＡ−ＬＤモジュールの環境温度Ｔａの設定を行うとともに、上記光送信機から放出される変調光信号出力を受信する光受信器を準備する工程、
（ｂ）上記ＥＡ−ＬＤモジュールの上記ＬＤの駆動電流ＩＬＤ、上記ＥＡのＥＡ印加電圧の高レベルＶ high 及び低レベルＶ low を設定する工程、
（ｃ）上記ＥＡ−ＬＤモジュールから出力されるレーザ光の波長が設定値になるように上記ＬＤの温度を設定温度ＴＬＤに調整する工程、
（ｄ）上記ＥＡのＯＮ時とＯＦＦ時の消光比ＥＲの測定を行うとともに、上記測定による測定値から上記消光比ＥＲの良否の判定を行い、上記消光比ＥＲが所定ｄＢよりも低い場合には上記Ｖ low を下げ、上記所定ｄＢよりも高い数値の所定ｄＢよりも高い場合には上記Ｖ low を上げ、かつこの作業を繰り返し、上記消光比ＥＲを所定数値間に設定する工程（ＳｅｔＥＲ）、
（ｅ）上記ＥＡ−ＬＤモジュールから出力されるレーザ光の光波形のクロスポイントＸＰを測定するとともに、上記光波形のクロスポイントＸＰを５０％に設定する工程（ＳｅｔＸＰ）、
（ｆ）上記二つの受光素子ＰＤ１，ＰＤ２によって光パワーＰｆを測定する工程、
（ｇ）上記工程（ｆ）の上記測定による上記光パワーＰｆと、設定パワー値Ｐとを判定し、上記光パワー値Ｐｆが上記設定パワー値の所定ｄＢｍより小さい場合は不的確として上記Ｖ high を上げて上記工程（ｄ）に戻り再び上記工程（ｆ）に至る工程を実施する工程、
（ｈ）上記工程（ｇ）での判定が的確の場合、光ファイバ長さを所定長さとした場合における所定ｄＢｍでのビットエラーレートＢＥＲを測定する工程、
（ｉ）上記工程（ｈ）で測定した上記ビットエラーレートが所定値よりも小さい場合は的確とし、ビットエラーレートが上記所定値以上の場合は不的確と判定する工程、
（ｊ）上記工程（ｉ）で不的確となった場合、
上記工程（ｂ）と同様に上記ＥＡの印加電圧Ｖ high を設定通りに下げる処理ステップ、
上記工程（ｄ）と同様に上記消光比の設定（ＳｅｔＥＲ）を行う処理ステップ、
上記工程（ｅ）と同様に上記クロスポイントの設定（ＳｅｔＸＰ）を行う処理ステップ、
上記工程（ｆ）と同様に上記光パワーＰｆの測定を行う処理ステップ、
上記光パワーＰｆの測定を行う処理ステップで測定された上記光パワーＰｆが所定のｄＢｍより小さい場合は不的確と判定して再度上記レーザダイオードの駆動電流ＩＬＤを増加させて、上記ＳｅｔＥＲを行う処理ステップ、上記ＳｅｔＸＰを行う処理ステップ及び上記光パワーＰｆの測定を行う処理ステップを繰り返し、上記光パワーＰｆが上記所定のｄＢｍ以上の場合は的確と判定する処理ステップを行う工程、
（ｋ）上記工程（ｉ）で的確となった場合、１０ −１２ のビットエラーレート時の光出力における、上記光ファイバを接続しない状態の光受信感度Ｐｒ＠ＢＴＢと、８０ｋｍの長さの上記光ファイバを接続した状態の光受信感度Ｐｒ＠８０ｋｍを測定する工程、
（ｌ）上記工程（ｋ）で測定した上記Ｐｒ＠ＢＴＢと、上記Ｐｒ＠８０ｋｍの差を計算して伝送ペナルティＰｐを求める工程、
（ｍ）上記工程（ｌ）で求めた上記伝送ペナルティＰｐが２ｄＢ以下の場合は的確とし、２ｄＢを越える場合は不的確と判定する工程、
（ｎ）上記工程（ｍ）で不的確と判定された場合、上記工程（ｊ）を行う工程、
（ｏ）上記工程（ｍ）で的確と判定された場合、上記二つの受光素子ＰＤ１，ＰＤ２を利用して、上記ＰＤ１と上記ＰＤ２の出力電流が一致するところの上記ＬＤの波長が設定 値（設定目的波長λ ０ ）となるようにＴＬＤを調整する工程、
（ｐ）上記マイコン監視ＩＣ内のメモリに、上記Ｔａ，上記ＴＬＤ，上記ＩＬＤ，上記Ｖ high ，上記Ｖ low ，上記ＸＰを含む設定電圧を記録する工程、
（ｑ）上記環境温度Ｔａを動作保証最低温度（＝０℃）に設定した後、上記工程（ｂ）から上記工程（ｐ）の手順を繰り返し実行し、上記工程（ｐ）の上記各値の上記動作保証最低温度における最適値を検索し記録する工程、
（ｒ）上記環境温度Ｔａを動作保証最高温度（＝７０℃）に設定した後、上記工程（ｂ）から上記工程（ｐ）の手順を繰り返し実行し、上記工程（ｐ）の上記各値の上記動作保証最高温度における最適値を検索し記録する工程、
で行い、かつ上記各工程及び上記処理ステップで得た数値はそれぞれ上記所定のメモリに記憶することを特徴とする光送信機のＥＡ−ＬＤモジュールの初期設定方法。
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