JP4690569B2 - Semiconductor laser device and optical transmitter using the same. - Google Patents
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Description
【0001】
【発明に属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ装置及びそれを用いた光伝送装置、さらに詳しく言えば、半導体電界吸収型変調器集積レーザで、半導体レーザの出力の一部をモニタして、半導体レーザの駆動電流を制御し、半導体レーザの光出力を制御する半導体電界吸収型変調器集積光源を用いた光伝送装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、光通信システムに使用される半導体電界吸収型変調器集積光源は、伝送速度が10Gbit/s程度のものでは、図1に示す光送信モジュール構造のものが知られている。光送信モジュール101は、そのパッケージ内部に、レーザモジュール102、レーザ駆動電流源103、変調器駆動部104、バイアス振幅制御部105及び温度制御回路116を設けて構成されている。レーザモジュール102の要部には、半導体電界吸収型変調器集積レーザ(以下、EA(electro-absorption)変調器集積レーザと略称)106が、ペルチェ基板112上に搭載されている。EA変調器集積レーザ106は、一定電流により駆動させる分布帰還レーザ(Distributed feedback laser、以下DFBレーザと略称)部107と、変調電圧により動作させるEA変調器部108により構成されている。EA変調器とは、EA変調器部に電圧を印加することにより生じる量子閉じ込めシュタルク効果を利用して、EA変調器部活性層吸収端をシフトさせることにより、DFBレーザの光をオン・オフする変調器である。EA変調器について記載した文献としては、;MAoki, et.al. ,”High-speed(10Gbit/s) and low-drive-voltage(1V peak to peak) InGaAs/InGaAsP MQW electroabsorption modulator integrated DFB laser with semi-insulating buried heterostructure,” Electron. Lett., vol.28, pp. 1157-1158, 1992.がある。
【0003】
EA変調器108には、終端抵抗110が並列に搭載されており、インピーダンス整合を取っている。また、EA変調器集積レーザ106の前方はレーザからの光cをレンズ113、アイソレータ115及びレンズ114を介して光ファイバ117に結合する光学手段が設けられている。さらに、EA変調器集積レーザの後方には、光出力モニタ用フォトダイオード109が搭載されている。フォトダイオード109により光電気(O/E)変換されたモニタ電流Imがレーザ駆動電流源103を通りDFBレーザ107を制御して、レーザ107の光出力を一定に保つ、いわゆるオート・パワー制御(APC)ループを形成している。ここで、レーザ駆動電流源103はいずれも入力電流に対して、線形に出力する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
EA変調器集積レーザを搭載した光送信装置は、現在製品化されている伝送距離40kmのものに加え、今後80km、及び100km以上の長距離伝送化が進んでいく。長距離伝送化が進んだ場合、EA変調器集積レーザにおいては、高光出力化、低チャープ化及び大消光比化の特性が要求される。EA変調器集積レーザにおいてこれらの特性を向上させた場合、それに伴って劣化する特性は、下述の前方後方比直線性ΔPf/ΔImである。なぜなら、いずれの特性を向上させる場合においても、EA変調器集積レーザEA変調器部での光吸収が大きくなり、EA変調器集積レーザ前方光出力の直線性にレーザ駆動電流に対して非線型な影響を与えるため、素子自体の前方後方比直線性が劣化してしまうためである。このことを更に詳しく説明する。
EA変調器集積光源のEA変調器集積レーザ106は、DFBレーザ107の前方にEA変調器108が集積されている。EA変調器はその性質上、電圧を印加しない状態においても、DFBレーザ107からの光を吸収する。従って、EA変調器集積レーザ106の前方からの光cの出力は、DFBレーザ107の光出力aにEA変調器部の光吸収が引かれた光出力として取り出される。一方、EA変調器集積レーザ106後方からの光bの出力は、後方にはEA変調器がないため、DFBレーザの光出力がそのまま取り出される。
【0005】
また、EA変調器集積光源をAPC制御で安定に動作させるためには、モニターしているEA変調器集積レーザ後方光出力bと前方光出力cとの比がレーザの駆動電流範囲で一定の値に保たれなければならない。なぜなら、例えばある電流増加量に対して、後方光出力が2倍になった時、前方光出力が1.5倍にしかならなかったら後方光出力モニタによるAPC制御で、前方光出力を安定に制御させることが不可能となるからである。
【0006】
従来のEA変調器集積光源では、フォトダイオード109からの出力信号とレンズ114の光出力の関係は、図2に示すように、フォトダイオード109からの出力信号Ipを点線で示し、レンズ114の光出力Ioを実線で示す。ここで出力信号Ip及びIoは、レーザの駆動電流;If=150mAの出力で規格化しているため、縦軸は絶対値ではない。
【0007】
図2において、EA変調器108前方からの光cの出力Ioは、同後方からの出力Ipとは、規格化しているにも関わらず完全に一致せず、特に駆動電流Ifが、しきい値電流Ithから約80mAの領域で、出力Io(実線)が小さくなっている。これは、EA変調器集積レーザ107の前方に、EA変調器108が集積されていることに起因している。レーザ107前方からの光aの出力は、EA変調器108を通過した後、レンズ113、114、アイソレータ115を介して光ファイバ117から出力されるため、DFBレーザ107の光は、同一素子に集積されているEA変調器108によって吸収を受ける。この吸収はEA変調器108を駆動していない状態、つまりEA変調器部にバイアスをかけていない状態でも、光電流にして10mA前後生じ、さらにレーザ駆動電流がしきい値電流(Ith)から80mAの領域で顕著に発生する。一方、EA変調器集積レーザの後方には、何も吸収体が集積されていないため、フォトダイオード109との間に結合損が生じるものの、DFBレーザ107の出力に比例した値がフォトダイオードの106の出力になる。
【0008】
レーザモジュール106は、後方出力をモニタすることにより前方光出力を一定に制御している。そのため、レーザ駆動電流Ifが変わった場合においても、後方出力に対して前方出力の比が、ある範囲で一定でなければ、レーザ駆動電流Ifが変わる前と同様な前方出力に制御することができない。
【0009】
このことに関して、後方の出力Imと前方の出力Pfの比を前方後方比として、実際のEA変調機集積レーザの電流依存性を図3に示す。同図中、従来の電流依存性を実線Aで示すように、駆動電流Ifにより前方後方比が変動していることが分かる。これは、図2での後方の光出力Ipと前方の光出力Ioの違いによるものである。EA変調器部の光吸収が顕著であるような光出力を発生させるレーザ駆動電流If領域、すなわちレーザ駆動電流Ifがしきい値電流から80mAの領域においては、前方後方比が一定でなく、レーザ駆動電流If増加に伴い増加傾向である。一方、EA変調器部の光吸収が飽和レベルであるような光出力を発生させるレーザ駆動電流領域では、レーザ駆動電流Ifに対し前方後方比はほぼ一定である。
【0010】
通常、レーザ駆動電流は、If=60〜80mAであるが、長期に渡る信頼性を保証するためには、50%増加の値、つまりIf=90〜120mAまで保証する必要がある。従って、例えば初期にIf=70mAで動作させているモジュールは、駆動電流範囲であるしきい値以Ith上の電流、例えば30mAから105mAまでの動作を保証しなければならが、図3に示す通り前後比がIf=30mAと105mAでは前方後方比が20%程度変動が生じており、この変動が20%を超えると、光出力信号を一定に動作させることが困難となる。この許容値の指標として、前方後方出力比の電流変動を
ΔPf/ΔIm=[{Pf(105mA)/Pf(30mA)}/{Im(105mA)/Im(30mA)}]-1 で定義した場合、この値が±20%以下でなければ、前述の通り長期に渡り信頼性が保証できない。これに加えてEA変調器は、ある光入力レベルにおいて、飽和傾向があるため、より一層この後方光出力と前方光出力との比に変動が生じてしまう。従って、後方光出力をモニターフォトダイオードで線型に電気変換して、レーザ駆動電流を制御する場合、後方光出力と前方光出力との比に変動が生じると、レーザ前方の光出力を一定に制御することが困難になる。
【0011】
このため、従来は、動作電流をIf=65mAで行うことにより、前後比直線性の値が実力+15〜+22%に対して、±20%以下でレーザ素子の選別することにより、本光送信モジュールの高信頼性を実現している。従って製品の歩留まりが悪く非経済的であり、動作電流の広い範囲にわたっての使用を可能にし、製品寿命を長くすることができない。この変動は、EA変調器の特性、例えば消光特性によって変わることが分かっており、長距離伝送用に設計された半導体EA変調器集積レーザを使用した光伝送装置においては、より顕著にこの変動が生じる問題がある。
【0012】
従って、本発明の主な目的は、半導体レーザの駆動電流が広範囲にわたって後方光出力と前方光出力との比に変動が小さい電界吸収型変調器集積レーザ装置及びそれを使用した光伝送装置を実現することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため,本発明は、半導体電界吸収型変調器集積レーザの前方出力光を光ファイバーに光学的に結合させる光学手段と、上記導体電界吸収型変調器集積レーザの後方出力光をモニタするモニターフォトダイオードと、上記モニターフォトダイオードによって制御され、上記半導体電界吸収型変調器集積レーザの半導体レーザの駆動電流を発生するレーザ駆動電源とを持つ半導体レーザ装置において、
上記モニターフォトダイオードと上記レーザ駆動電源との間に上記モニターフォトダイオード出力モニタ電流が上記レーザ駆動電流の値に対して増幅率が変わる非線型アンプを設けて構成される。ここで、半導体レーザ装置とは、実施例で述べるレーザモジュール、光送信モジュール及び光送受信モジュールを含む。
【0014】
本発明は、上記制御手段によって,後方モニタ電流を非線アンプで変換して、その変換された電流をレーザ駆動電流として出力することで,従来の電界吸収型EA変調器集積光源の不具合を解決している。前述の非線型アンプは、半導体EA変調器集積レーザがもつ前方後方比直線性の駆動電流電流に対する変動を補正する機能を有するものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
<実施例1>
図4は、本発明による光伝送装置(光送信モジュール)の一実施例の構成図である。本実施例は、伝送速度10Gbit/sのEA変調器集積レーザを搭載したものである。光送信モジュール401の基本構成は、従来の技術の図1での説明とほぼ同様である。図1と実質的に同じ構成部分には図1と同じ番号、符号を付して詳細な説明を省く。図1のものとの構成上の違いは、フォトダイオード109によりO/E変換された出力電流Ipを非線型アンプ402を介してレーザ光出力安定回路に入れる点である。
【0016】
非線型アンプ402は、モニタ電流Ipを入力として、これを非線型に変換し出力する。非線型アンプ402の出力電流Iqはレーザ駆動電流源103を介して半導体レーザ107の入力となる。この非線型な変換とは、入力であるモニタ電流Ipのレベルに対して増幅率が変わるような変換を意味する。具体的には、EA変調器集積レーザ106の前方光出力が小さく、EA変調器集積レーザ前方に集積されているEA変調器108における光吸収が飽和レベルに達していおらず顕著な光吸収が見られる範囲の場合、このときの非線型アンプの増幅率をN1とする。一方、EA変調器108部においてそれに集積されたレーザの光入力に対する光吸収が飽和領域に達しているようなEA変調器集積レーザ前方光出力レベルの場合、言いかえるとEA変調器部光電流がレーザ光入力に対して飽和レベルに達している領域の場合、このときの非線型アンプ402の増幅率をN2とする。それぞれの領域における非線型アンプの増幅率にN1<N2の関係を持たせるような変換で、非線型な変換を定義する。
【0017】
以上の説明から分かるように、非線型な変換とは本来EA変調器集積レーザのEA変調器部への光入力レベルによって増幅率を変えるべきであるが、このEA変調器への光入力は、モニタ電流の入力レベルと一対一に対応しているため、モニタ電流Ipの入力レベルに対して増幅率が変わるような変換で本発明の効果は得られる。さらにEA変調器108への光入力は、EA変調器集積レーザの駆動電流とも一対一に対応しているため、非線型な変換は、レーザ駆動電流の領域に対して増幅率が変わる変換とも定義することができる。非線型アンプ402の特性例について、図5及び図6を用いて説明する。
【0018】
図5は、レーザ駆動電流Ifに対する非線型アンプ出力、図6はレーザ駆動電流Ifに対して非線型アンプの増幅率を示したグラフであり、いずれも、2つの非線型アンプAとBの2例の場合を示している。
【0019】
図5及び図6に示したの場合の増幅作用について説明する。第1の例である非線形アンプAは、EA変調器108における光吸収が飽和レベルに達していおらず顕著な光吸収が見られる範囲であるしきい値Ithから約80mAのレーザ駆動電流領域においては、図5及び図6に示すとおり増幅率がN1である。一方、EA変調器部光電流がレーザ光入力に対して飽和レベルに達している70mA以上のレーザ駆動電流If領域の増幅率をN2とすると、増幅率N1<N2の関係となる。
【0020】
別の例である非線型アンプBについて図5及び図6について示す。非線型アンプBの特性は、しきい値Ithから70mAの領域では、増幅率N3がIfの関数となることであるが、この場合も増幅率N3レーザ駆動電流70mA以上の領域の増幅率N4との関係は、N3(If)<N4となる。実際の使用においては、非線型アンプ402は、EA変調器集積レーザの特性に応じて、AタイプやBタイプを使い分けることが可能である。このような非線型アンプ402は、能動素子と受動素子との組み合せによる回路形成、あるいはマイクロコンピュータに所望の増幅率をプログラミングすることにより実現が可能である。
【0021】
図7は上記非線形アンプの構成例のブロック図である。
非線形アンプ402はモニタ電流Ipを電圧に変える電流・電圧変換回路403と、予め前方出力情報が書き込まれているメモリ(ROM)404と、電流・電圧変換回路403の出力電圧を上記前方出力情報を基に補正するプログラムを実行する小型プロセッサで構成された前方後方補正回路405で構成されている。
【0022】
図8は、非線型アンプ402の特性図である。非線型アンプ402の動作に関して、レーザ駆動電流Ifを基準にして、具体的に説明する。非線型アンプ402を入力であるモニタ電流Ipは、図8の非線型アンプ入力Ipに示す通りであるが、非線型アンプ出力Iqは、図8の特性Iqに示すモニタ電流に変換される。ここで図8の電流Ip及びIqは、レーザ駆動電流If=150mAの出力で規格化しているため、縦軸は絶対値ではない。この非線型アンプ402を介したモニタ電流Iqと、レーザ前方の光出力Ioとの比について、電流依存性を取ると、図3の点線Bに示すように、電流依存性が従来のものに比べて小さいことが分かる。従って、レーザ駆動電流Ifが変わった場合においても、後方出力に対して前方出力の比がほぼ一定であるため、レーザ駆動電流Ifが変わる前と同様の前方出力に制御することできる。
【0023】
例えば初期に駆動電流If =70mAで動作させているモジュールは、駆動電流範囲である最小電流値;30mA〜最大電流値;105mAまでの動作を保証しなければならいが、図3に示す通り,前方後方比BがIf=30mAと105mAでは変動が従来Aより小さいため、電流が変動した場合においても、光出力信号を±10%程度の範囲で一定に動作させることができる。前後比直線性の電流変動ΔPf/ΔIm(従来の技術参照)の指標で示すと、前後比直線性の値が従来の+15〜+22%から、0%を中心とした±10%分布に改善することができる。この改善効果は、非線型アンプによりモニタ電流を、レーザの前方光出力と同様の駆動電流依存性に変換することによって得ることができる。また、非線型アンプの特性により、非線型アンプで変換した後のモニタ電流の駆動電流に対する依存性が決り、さらには前後比直線性の電流依存性も決めることができる。従って、光送信モジュールとして、所望の前後比直線性特性が得られるように、非線型アンプを設計することにより、高信頼度の光送信装置が実現できる。
【0024】
また、実施例の説明図4においては、EA変調器集積レーザを一定の温度に制御するための部品、ペルチェ112、サーミスタ113、及び温度制御回路116を記載しているが、これらの部品がなく、温度制御が必要でない半導体レーザモジュール場合においても、本発明の効果は変わらない。
さらに、実施例の説明図4においては、非球面レンズ113、セルフォックレンズ114、及びアイソレータ115が無いような、いわゆる簡易パッケージにおいても、本発明は同様の効果が得られることは言うまでも無い。
<実施例2>
図9は、本発明による光送信モジュールの他の実施例の構成を示す。本実施例は伝送速度10Gbit/sのEA変調器集積レーザを搭載したものである。
図9の光送信モジュール601の基本構成は、実施例1で説明した図4における光送信モジュール106とほぼ同様で、図4の構成部分と実質的に同じ部分には同じ番号、符号で示し、その詳細な説明は省く。図9の構成と図4の構成との違いは、非線型アンプ802を半導体レーザモジュール601内に搭載した点である。フォトダイオード109によりO/E変換された出力電流Ipが、半導体レーザモジュール内に搭載された非線型アンプ802を介して、半導体レーザモジュールのモニタ電流出力Iqとなる。
【0025】
非線型アンプ802の動作は、実施例1での説明と同様であり、これにより半導体レーザモジュール601の光ファイバー117への光出力と非線型アンプ802を介したモニタ電流出力Iqの比が、図3の点線Bで示すようなレーザ駆動電流依存性となり、レーザ駆動電流が変化した時点においても、ファイバー光出力を一定に制御することができる。
【0026】
図9に示す実施例においては、EA変調器集積レーザ601を一定の温度に制御するための部品、ペルチェ112、サーミスタ111を記載しているが、これらの部品がなく、温度制御が必要でない半導体レーザモジュール場合においても、本発明の効果は変わらない。
さらに、図9に示す実施例においては、非球面レンズ113、セルフォックレンズ114、及びアイソレータ115が無いようないわゆる簡易パッケージにおいても、本発明は同様の効果が得られることは言うまでも無い。
【0027】
また、波長多重伝送用として、波長をロッキングする機構を備えた波長ロッカ内蔵半導体レーザモジュールにおいても、この半導体レーザがEA変調器を集積したレーザである場合には本発明を用いることにより、駆動電流の変動に対してファイバ光出力が一定に制御可能な高信頼度な波長ロッカ内蔵半導体レーザモジュールが作製できる。
<実施例3>
本発明の実施例について、伝送速度10Gbit/sの光伝送装置について説明する。実施例1で述べた光送信モジュールを搭載し、光伝送装置を構成することにより、経時変化、及び環境変化による半導体EA変調器集積レーザ駆動電流の変動にかかわらず、光出力を一定に制御することが可能となり、高い長期信頼性を有した光伝送装置が実現する。また、この光伝送装置を使用して、光伝送システムを構築することにより、信頼性の高い光伝送システムが実現できる。
<実施例4>
図10は本発明によるEA変調器集積波長可変レーザを搭載した光伝送装置(光送信モジュール)の他の実施例の構成を示す。
送信モジュール901の基本な構成は、実施例1(図4)での説明とほぼ同様であるが、異なる点は、図10において、EA変調器集積波長可変レーザ902が搭載されている点である。EA変調器集積波長可変レーザ902は、半導体レーザ部が波長可変レーザ903、EA変調機部108で構成されている点である。
【0028】
波長可変レーザの場合においても、EA変調器が波長可変レーザの前方に集積されているため、EA変調器集積波長可変レーザ素子自体では、実施例1での説明と同様に前後比直線性がレーザ駆動電流依存性を有する。さらに、波長を可変するため、EA変調器部分の吸収特性が変わるため、実施例1の波長が変わらない送信モジュールと比較して、前後比直線性の電流依存性が大きくなってしまう場合がありうる。このため、実施例1と同様に非線型アンプを搭載して光送信モジュールを構成することにより、半導体レーザ駆動電流が変動した場合においても、光出力を一定に制御することが可能となる。
<実施例5>
図11は本発明によるEA変調器集積波長可変レーザを搭載した光伝送装置(光送信モジュール)のさらに他の実施例の構成を示す。
半導体レーザモジュール1001の基本構成は、実施例2での説明とほぼ同様であるが、異なる点は、図9において、EA変調器集積波長可変レーザ902が搭載されている点である。EA変調器集積波長可変レーザ902は、半導体レーザ部が波長可変レーザ903、EA変調器部108で構成されている点である。この場合も、EA変調器集積波長可変レーザモジュールとして、実施例2と同様の効果が得られる。
【0029】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。さらに本発明の光伝送装置として、光送信モジュールについて説明したが、光送信モジュールに限定されるものではなく、光送信モジュールを搭載した光伝送装置、光送信モジュールを搭載した波長多重光伝送装置、これらの光伝送装置を使用した光通信システムにも適用される。
伝送速度10Gbit/s程度の波長多重光伝送おいては、各波長ごとに異なる光送信モジュールで構成するため、モジュールの個体差、及び光伝送装置内のフィルタ、波長合波器等の部品の波長依存性により、光出力レベルが異なってしまう恐れがある。しかしながら、光伝送装置においては光伝送システムの構成上、各波長の光出力レベルを一定揃えて制御する必要がある。この光出力レベル制御のためには、実施例1で述べた光送信モジュ搭載し、波長多重光伝送装置を構成することにより、波長多重光伝送装置に適した光出力制御が可能となり、高い長期信頼性を有した波長多重光伝送装置が実現する。
【0030】
また、波長多重光伝送装置を使用して、波長光伝送システムを構築することにより、システムを構成する波長依存性のある部品、例えば光ファイバ、光アンプ、光スイッチ等に応じて、光出力制御が可能となり、信頼性の高い波長光伝送システムが実現できる。
【0031】
【発明の効果】
本発明では、幹線系光伝送の重要な部品の一つである、半導体電界吸収型変調器集積レーザの本質である前方後方比直線性劣化を、非線型アンプを入れることによりこれを搭載した半導体レーザモジュール、及び光送信モジュールにて補正するため、半導体レーザモジュール、及び光送信モジュールの光出力安定性や信頼性が向上する。さらにこれらの光送信モジュールを用いることにより、経時変化、及び環境変化による半導体EA変調器集積レーザ駆動電流の変動にかかわらず、光出力を一定に制御することが可能となり信頼度の高い光伝送装置、及び幹線系光伝送システムの構築が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の光送信モジュールの構造を示す回路図
【図2】従来の光送信モジュールの動作説明のための特性図
【図3】従来技術及び本発明による光送信モジュール特性比較図
【図4】本発明による半導体レーザ装置の第1実施例の回路図
【図5】本発明による半導体レーザ装置における非線型アンプの出力特性図
【図6】本発明による半導体レーザ装置における非線型アンプの増幅特性図
【図7】本発明による半導体レーザ装置における非線型アンプの実施例の構成図
【図8】本発明による半導体レーザ装置における非線型アンプの入出力特性図
【図9】本発明による半導体レーザ装置の第2実施例の回路図
【図10】本発明による半導体レーザ装置の第4実施例の回路図
【図11】本発明による半導体レーザ装置の第5実施例の回路図
【符号の説明】
101・・・光送信モジュール、102・・・半導体レーザモジュール、
103・・・レーザ駆動電流源、104・・・変調器駆動部、
105・・・バイアス振幅制御部、
106・・・電界吸収型(EA)変調器集積DFBレーザ、
107・・・電界吸収型変調器部(EA変調器部)、
108・・・DFBレーザ部、109・・・モニタフォトダイオード、
110・・・終端抵抗、111・・・ミスタ、112・・・・・ペルチェ基板、
113・・・面レンズ、114・・・・・セルフォックレンズ、
115・・・アイソレータ、116・・・温度制御回路、
117・・・光ファイバ、401・・・実施例1による光送信モジュール、
402・・・非線型アンプ、
801・・・実施例2による半導体レーザモジュール、
901・・・実施例5による光送信モジュール、
902・・・EA変調器集積波長可変レーザ、
903・・・波長可変レーザ部、
1001・・・実施例6による光送信モジュール、[0001]
[Technical field belonging to the invention]
The present invention relates to a semiconductor laser device and an optical transmission device using the same, and more specifically, a semiconductor electroabsorption modulator integrated laser that monitors a part of the output of the semiconductor laser and controls the driving current of the semiconductor laser. The present invention also relates to an optical transmission device using a semiconductor electroabsorption modulator integrated light source that controls the optical output of a semiconductor laser.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor electroabsorption modulator integrated light source used in an optical communication system has an optical transmission module structure shown in FIG. 1 for a transmission rate of about 10 Gbit / s. The
[0003]
A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Optical transmitter equipped with EA modulator integrated laser Is In addition to the currently commercialized transmission distance of 40 km, long-distance transmission of 80 km and 100 km or more will continue in the future. When the long-distance transmission is advanced, the EA modulator integrated laser is required to have characteristics of high light output, low chirp, and large extinction ratio. When these characteristics are improved in the EA modulator integrated laser, the characteristic that deteriorates accordingly is the front-rear specific linearity ΔPf / ΔIm described below. This is because, in any case of improving the characteristics, the light absorption in the EA modulator integrated laser EA modulator section increases, and the linearity of the EA modulator integrated laser front light output is non-linear with respect to the laser drive current. This is because the front-rear specific linearity of the element itself is deteriorated because of the influence. This will be described in more detail.
The EA modulator integrated
[0005]
Further, in order to stably operate the EA modulator integrated light source by APC control, the ratio of the monitored EA modulator integrated laser rear light output b to the front light output c is a constant value within the laser drive current range. Must be kept on. Because, for example, when the rear light output doubles for a certain amount of current increase, if the front light output only becomes 1.5 times, the APC control by the rear light output monitor stabilizes the front light output. This is because it becomes impossible to control.
[0006]
In the conventional EA modulator integrated light source, the relationship between the output signal from the
[0007]
In FIG. 2, the output Io of the light c from the front of the
[0008]
The
[0009]
In this regard, FIG. 3 shows the current dependence of an actual EA modulator integrated laser, where the ratio of the rear output Im and the front output Pf is the front-rear ratio. In the figure, as shown by the solid line A in the conventional current dependency, it can be seen that the front-rear ratio varies with the drive current If. This is due to the difference between the rear light output Ip and the front light output Io in FIG. In the laser drive current If region that generates an optical output in which the light absorption of the EA modulator is significant, that is, in the region where the laser drive current If is 80 mA from the threshold current, the front-to-back ratio is not constant. The driving current If increases with an increase. On the other hand, in the laser drive current region that generates an optical output in which the light absorption of the EA modulator section is at a saturation level, the front-rear ratio with respect to the laser drive current If is substantially constant.
[0010]
Usually, the laser drive current is If = 60 to 80 mA, but in order to guarantee long-term reliability, it is necessary to guarantee a value of 50% increase, that is, If = 90 to 120 mA. Therefore, for example, a module that is initially operated at If = 70 mA must guarantee a current that is above the threshold that is the drive current range, for example, an operation from 30 mA to 105 mA, as shown in FIG. When the front-to-back ratio is If = 30 mA and 105 mA, the forward / backward ratio fluctuates by about 20%. When this fluctuation exceeds 20%, it becomes difficult to operate the optical output signal constantly. As an indicator of this tolerance, the current fluctuation of the front-rear output ratio is
ΔPf / ΔIm = [{Pf (105 mA) / Pf (30 mA)} / {Im (105 mA) / Im (30 mA)}]-1 When this value is not less than ± 20%, as described above Reliability cannot be guaranteed for a long time. In addition, since the EA modulator tends to be saturated at a certain light input level, the ratio between the rear light output and the front light output further varies. Therefore, when the laser output current is controlled by converting the rear light output linearly with a monitor photodiode and the ratio between the rear light output and the front light output varies, the light output in front of the laser is controlled to be constant. It becomes difficult to do.
[0011]
For this reason, conventionally, by performing the operating current at If = 65 mA, the optical element is selected by selecting the laser element so that the front-rear specific linearity value is ± 20% or less with respect to the actual value +15 to + 22%. High reliability is realized. Therefore, the product yield is poor and uneconomical, it can be used over a wide range of operating current, and the product life cannot be extended. This variation is known to vary depending on the characteristics of the EA modulator, for example, the extinction characteristic. In an optical transmission device using a semiconductor EA modulator integrated laser designed for long-distance transmission, this variation is more noticeable. There are problems that arise.
[0012]
Accordingly, the main object of the present invention is to realize an electroabsorption modulator integrated laser device in which the drive current of the semiconductor laser has a small fluctuation in the ratio of the rear light output and the front light output over a wide range and an optical transmission device using the same. It is to be.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention provides an optical means for optically coupling the front output light of a semiconductor electroabsorption modulator integrated laser to an optical fiber, and monitors the rear output light of the conductor electroabsorption modulator integrated laser. In a semiconductor laser device having a monitor photodiode and a laser driving power source that is controlled by the monitor photodiode and generates a driving current of the semiconductor laser of the semiconductor electroabsorption modulator integrated laser,
A non-linear amplifier in which the monitor photodiode output monitor current has an amplification factor that changes with respect to the value of the laser drive current is provided between the monitor photodiode and the laser drive power supply. Here, the semiconductor laser device includes a laser module, an optical transmission module, and an optical transmission / reception module described in the embodiments.
[0014]
The present invention solves the problem of the conventional electroabsorption EA modulator integrated light source by converting the rear monitor current with a non-linear amplifier by the control means and outputting the converted current as a laser drive current. is doing. The non-linear amplifier described above has a function of correcting the fluctuation of the front-rear specific linearity of the semiconductor EA modulator integrated laser with respect to the drive current.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<Example 1>
FIG. 4 is a configuration diagram of an embodiment of an optical transmission apparatus (optical transmission module) according to the present invention. In this embodiment, an EA modulator integrated laser having a transmission rate of 10 Gbit / s is mounted. The basic configuration of the
[0016]
The
[0017]
As can be seen from the above description, the nonlinear conversion should originally change the amplification factor according to the light input level to the EA modulator portion of the EA modulator integrated laser, but the optical input to this EA modulator is: Since there is a one-to-one correspondence with the input level of the monitor current, the effect of the present invention can be obtained by conversion in which the amplification factor changes with respect to the input level of the monitor current Ip. Furthermore, since the optical input to the
[0018]
FIG. 5 is a graph showing the nonlinear amplifier output with respect to the laser driving current If, and FIG. 6 is a graph showing the amplification factor of the nonlinear amplifier with respect to the laser driving current If, both of which are two of the two nonlinear amplifiers A and B. An example case is shown.
[0019]
The amplification action in the case shown in FIGS. 5 and 6 will be described. The non-linear amplifier A as the first example is in a laser drive current region of about 80 mA from the threshold value Ith where light absorption in the
[0020]
Another example of the non-linear amplifier B is shown in FIGS. The characteristic of the nonlinear amplifier B is that the amplification factor N3 is a function of If in the region from the threshold value Ith to 70 mA. In this case as well, the amplification factor N4 in the region where the amplification factor N3 is greater than the laser drive current of 70 mA The relationship is N3 (If) <N4. In actual use, the
[0021]
FIG. 7 is a block diagram of a configuration example of the nonlinear amplifier.
The
[0022]
FIG. 8 is a characteristic diagram of the
[0023]
For example, a module that is initially operated with a drive current If = 70 mA must guarantee an operation up to a minimum current value in a drive current range; 30 mA to a maximum current value; 105 mA, but as shown in FIG. When the rear ratio B is If = 30 mA and 105 mA, the fluctuation is smaller than that of the conventional A. Therefore, even when the current fluctuates, the optical output signal can be operated in a range of about ± 10%. When indicated by the index of current fluctuation ΔPf / ΔIm (refer to the prior art) of the front-to-back ratio linearity, the value of the front-to-back ratio linearity is improved from the conventional +15 to + 22% to a ± 10% distribution centering on 0% be able to. This improvement effect can be obtained by converting the monitor current into a drive current dependency similar to the front light output of the laser by a non-linear amplifier. Further, the dependence of the monitor current on the drive current after conversion by the nonlinear amplifier is determined by the characteristics of the nonlinear amplifier, and further, the current dependence of the longitudinal linearity can be determined. Therefore, a highly reliable optical transmitter can be realized by designing a non-linear amplifier so that a desired front-to-back ratio linearity characteristic can be obtained as an optical transmitter module.
[0024]
Also, in FIG. 4, the components for controlling the EA modulator integrated laser to a constant temperature, the
Further, in FIG. 4 of the embodiment, it goes without saying that the same effect can be obtained even in a so-called simple package in which the
<Example 2>
FIG. 9 shows a configuration of another embodiment of the optical transmission module according to the present invention. In this embodiment, an EA modulator integrated laser having a transmission rate of 10 Gbit / s is mounted.
The basic configuration of the
[0025]
The operation of the
[0026]
In the embodiment shown in FIG. 9, the components for controlling the EA modulator integrated
Further, in the embodiment shown in FIG. 9, it goes without saying that the same effect can be obtained even in a so-called simple package in which the
[0027]
Further, even in a semiconductor laser module with a built-in wavelength locker equipped with a wavelength locking mechanism for wavelength multiplexing transmission, when this semiconductor laser is a laser integrated with an EA modulator, the present invention can be used to drive current. A highly reliable semiconductor laser module with a built-in wavelength locker in which the fiber light output can be controlled to be constant with respect to the fluctuation of the wavelength can be manufactured.
<Example 3>
An embodiment of the present invention will be described with respect to an optical transmission apparatus having a transmission rate of 10 Gbit / s. By mounting the optical transmission module described in the first embodiment and configuring the optical transmission device, the optical output is controlled to be constant regardless of the variation of the semiconductor EA modulator integrated laser driving current due to the change with time and the environmental change. Therefore, an optical transmission device having high long-term reliability is realized. Further, by constructing an optical transmission system using this optical transmission apparatus, a highly reliable optical transmission system can be realized.
<Example 4>
FIG. 10 shows the configuration of another embodiment of an optical transmission apparatus (optical transmission module) equipped with an EA modulator integrated wavelength tunable laser according to the present invention.
The basic configuration of the
[0028]
Even in the case of the wavelength tunable laser, since the EA modulator is integrated in front of the wavelength tunable laser, the EA modulator integrated wavelength tunable laser element itself has a longitudinal linearity similar to that described in the first embodiment. It has drive current dependency. Further, since the absorption characteristic of the EA modulator portion changes because the wavelength is changed, the current dependency of the front-to-back ratio linearity may increase compared to the transmission module in which the wavelength of Example 1 does not change. sell. For this reason, the optical output can be controlled to be constant even when the semiconductor laser driving current fluctuates by mounting the nonlinear amplifier in the same manner as in the first embodiment and configuring the optical transmission module.
<Example 5>
FIG. 11 shows the configuration of still another embodiment of an optical transmission apparatus (optical transmission module) equipped with an EA modulator integrated wavelength tunable laser according to the present invention.
The basic configuration of the
[0029]
As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to the said Example. Further, as the optical transmission device of the present invention, the optical transmission module has been described, but is not limited to the optical transmission module, the optical transmission device equipped with the optical transmission module, the wavelength division multiplexing optical transmission device equipped with the optical transmission module, The present invention is also applied to an optical communication system using these optical transmission apparatuses.
In wavelength multiplexing optical transmission with a transmission speed of about 10 Gbit / s, each module has a different optical transmission module, so the individual module differences and the wavelengths of components such as filters and wavelength multiplexers in the optical transmission device Depending on the dependency, the light output level may be different. However, in the optical transmission apparatus, it is necessary to control the optical output levels of the respective wavelengths at a constant level due to the configuration of the optical transmission system. For this optical output level control, the optical transmission module described in the first embodiment is mounted and the wavelength division multiplexing optical transmission apparatus is configured, so that the optical output control suitable for the wavelength division multiplexing optical transmission apparatus can be realized, and a high long-term A reliable wavelength multiplexing optical transmission apparatus is realized.
[0030]
In addition, by constructing a wavelength optical transmission system using a wavelength division multiplexing optical transmission device, the optical output control is performed according to the wavelength-dependent components constituting the system, such as optical fiber, optical amplifier, optical switch, etc. Therefore, a highly reliable wavelength optical transmission system can be realized.
[0031]
【The invention's effect】
In the present invention, the front-rear specific linearity degradation, which is one of the important components of trunk-line optical transmission, which is the essence of the semiconductor electroabsorption modulator integrated laser, is introduced by inserting a non-linear amplifier. Since correction is performed by the laser module and the optical transmission module, the optical output stability and reliability of the semiconductor laser module and the optical transmission module are improved. Furthermore, by using these optical transmission modules, the optical output can be controlled to be constant regardless of fluctuations in the semiconductor EA modulator integrated laser drive current due to changes over time and environmental changes. The construction of a trunk optical transmission system can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing the structure of a conventional optical transmission module.
FIG. 2 is a characteristic diagram for explaining the operation of a conventional optical transmission module.
FIG. 3 is a characteristic comparison diagram of optical transmission modules according to the prior art and the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram of a first embodiment of a semiconductor laser device according to the present invention.
FIG. 5 is an output characteristic diagram of a nonlinear amplifier in a semiconductor laser device according to the present invention.
FIG. 6 is an amplification characteristic diagram of a nonlinear amplifier in the semiconductor laser device according to the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram of an embodiment of a nonlinear amplifier in a semiconductor laser device according to the present invention.
FIG. 8 is a graph showing input / output characteristics of a nonlinear amplifier in a semiconductor laser device according to the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram of a second embodiment of the semiconductor laser apparatus according to the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram of a fourth embodiment of the semiconductor laser apparatus according to the present invention.
FIG. 11 is a circuit diagram of a fifth embodiment of the semiconductor laser apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
101: Optical transmission module, 102: Semiconductor laser module,
103 ... Laser drive current source, 104 ... Modulator drive unit,
105... Bias amplitude control unit,
106 ... Electroabsorption (EA) modulator integrated DFB laser,
107 ... Electroabsorption modulator unit (EA modulator unit),
108 ... DFB laser unit, 109 ... monitor photodiode,
110 ... Terminal resistor, 111 ... Mister, 112 ... Peltier substrate,
113 ... surface lens, 114 ... selfoc lens,
115 ... isolator, 116 ... temperature control circuit,
117: optical fiber, 401: optical transmission module according to embodiment 1,
402: Non-linear amplifier,
801 ... Semiconductor laser module according to Example 2,
901: Optical transmission module according to embodiment 5;
902... EA modulator integrated wavelength tunable laser,
903 ... wavelength tunable laser unit,
1001... Optical transmission module according to Example 6
Claims (6)
上記モニターフォトダイオードと上記レーザ駆動電源との間に上記モニターフォトダイオードから出力されたモニタ電流が入力され、このモニタ電流のレベルに対して増幅率が変わる非線型アンプを設け、
前記非線形アンプは、前記半導体電界吸収型変調器集積レーザにおけるレーザ部から変調器部への光出力レベルに応じて異なる二つの増幅率を切替える制御を行なうことを特徴とする半導体レーザ装置。Optical means for optically coupling the front output light of the semiconductor electroabsorption modulator integrated laser to an optical fiber, a monitor photodiode for monitoring the rear output light of the conductor electroabsorption modulator integrated laser, and the monitor photodiode In a semiconductor laser device having a controlled laser driving power source for generating a driving current of a semiconductor laser of the semiconductor electroabsorption modulator integrated laser,
A monitor current output from the monitor photodiode is input between the monitor photodiode and the laser drive power supply, and a non-linear amplifier whose amplification factor changes with respect to the level of the monitor current is provided .
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the nonlinear amplifier performs control to switch between two different amplification factors according to a light output level from the laser unit to the modulator unit in the semiconductor electroabsorption modulator integrated laser .
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