JP5360612B2 - 半導体レーザの駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、光送受信モジュールに搭載される半導体レーザの制御方法に関するものである。

従来から、光通信において使用される光送受信モジュールには、発光素子として半導体レーザ（以下、「ＬＤ」という。）が内蔵されている。このような光送受信モジュールにおけるＬＤの制御方法に関しては、下記特許文献１に記載の方法が知られている。この制御方法においては、ＬＤのスロープ効率から消光比が一定になるように駆動電流が制御される。詳細には、光送信機が発光素子と駆動回路と温度検出素子と温度テーブルを格納する記憶部とを備え、制御回路は周囲温度と温度テーブルに基づいて消光比が一定になるように駆動回路を制御する。

特開２００７−３２４５２５号公報

上記のような従来のＬＤの制御方式では、ＬＤのスロープ効率を求めるために詳細な温度データが必要となる。これは、光出力強度と消光比を一定にするように駆動電流が決められるために、温度に対応した詳細なデータが必要となるからである。一般には、光送受信モジュールにおけるＬＤの光出力の制御は、自動光出力制御（Auto Power Control、以下、「ＡＰＣ」という。）によって、ＬＤからの光を受光素子によって受光して電流に変換し、この電流を電流電圧変換回路によって電圧に変換して、その電圧を基に光出力を帰還制御することにより行われている。具体的には、光出力を一定にすべく、ＡＰＣループにてバイアス電流を制御している。

その一方で、光送受信モジュールには、その仕様として、伝送信号に応じて光出力を変化させた時のハイレベルとローレベルの比率、すなわち、消光比を一定にすることも要求されている。そこで、ＬＤに供給する変調電流を、温度モニタからのモニタ値を基に記憶装置から読み出された予め決められた値に設定することにより、消光比が一定になるように制御される。実際には、光強度を所望の比率で変化させるためにＬＤに変調電流と呼ばれる伝送信号“1/0”に対応して“1/0”で変化する電流を供給し、光出力のハイレベルP(1)とローレベルP(0)を制御することで消光比ER=10×log{P(1)/P(0)}を一定にする。ここで、ＬＤの電流−光出力特性は温度に依存するために、各温度に応じた変調電流を設定する必要がある。従来の光送受信モジュールでは、温度センサから得られたモニタ値を基に予め決められた値を設定テーブルから読み出すことによって、変調電流を設定する。

しかしながら、ＬＤの特性には個体毎に異なることが多くばらつきが存在するため、ＬＤが実際の製品に組み立てられた後に各温度での調整及び測定を行うことによって設定テーブルを生成する必要があった。その結果、温度調整点の数が多ければ多いほど全温度範囲に対して誤差なく制御できるが、その分調整の手間がかかる傾向にあった。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、温度調整点の数を少なくして設定作業の手間を軽減しつつ、安定した光出力の制御を可能にする半導体レーザの駆動方法を提供することを目的とする。

或いは、本発明の他の側面に係る半導体レーザの駆動方法は、モジュールに搭載された半導体レーザの一方の端面からの発光を当該モジュールから取り出し、半導体レーザの他方の端面からの発光をモニタ用受光素子で検出することによりＡＰＣ制御を行い、一方の端面からの発光について所定の消光比を与える半導体レーザの駆動方法であって、第１の温度、第１の温度よりも高い第２の温度、第１の温度よりも低い第３の温度の環境下で、半導体レーザを搭載したデバイスの電流−発光特性を、デバイスをモジュールに搭載しない状態で測定し、それぞれの温度での発光効率を算出する第１ステップと、デバイスをモジュールに搭載した状態で所定の光出力強度を得るためのＡＰＣ動作を開始し、第１の温度において所定の消光比を与える変調電流の値を測定する第２ステップと、変調電流の値と発光効率とを基に、第２の温度及び第３の温度において所定の消光比を与える変調電流の値を計算する第３ステップと、第１の温度での変調電流の値、並びに第２の温度及び第３の温度での変調電流の計算値を用いて、下記式（１）；
Ｉｍｏｄ＝ａ×ｅｘｐ（ｂ×Ｔ）＋ｃ …（１）
によって表される温度Ｔと変調電流Ｉｍｏｄとの関係を近似する近似式の係数ａ，ｂ，ｃを算出する第４ステップと、デバイスをモジュールに搭載した状態でＡＰＣ動作を開始し、第２の温度及び第３の温度において所定の消光比を与える変調電流の値を測定する第５ステップと、第２の温度と第１の温度との間の温度では、第２の温度での変調電流の測定値と変調電流の計算値との差を線形補間して式（１）を補正して得られる変調電流Ｉｍｏｄを半導体レーザに供給し、第３の温度と第１の温度との間の温度では、第３の温度での変調電流の測定値と変調電流の計算値との差を線形補間して式（１）を補正して得られる変調電流Ｉｍｏｄを半導体レーザに供給する第６ステップと、を備える。

このような半導体レーザの駆動方法によれば、第１〜第３の温度におけるＬＤを搭載したデバイスの発光効率が算出され、デバイスをモジュールに搭載してＡＰＣ動作を開始した状態で、一の温度において消光比を一定にする変調電流値が取得されるとともに、その変調電流値と発光効率を基に他の温度における変調電流の計算値が予め計算される。その後、一の温度における変調電流値と他の温度における変調電流の計算値を基に、温度Ｔと変調電流Ｉｍｏｄとの関係を近似する近似式が得られ、デバイスをモジュールに搭載した状態でＡＰＣ動作が開始されるとともに、当該他の温度において消光比を一定にする変調電流の実測値が得られる。さらに、一の温度と他の温度との間の環境では、変調電流の実測値と計算値との差を基に線形補間して近似式を補正することにより変調電流Ｉｍｏｄが計算され、その変調電流ＩｍｏｄがＬＤに供給される。これにより、設定テーブルを生成するための温度調整点の数が少なくて済むので、設定作業の手間を軽減することができる。それとともに、指数関数を含む近似式を線形補間することによって、トラッキングエラーと呼ばれる光出力の変動に対応して所望の消光比を与えるようにＬＤをより安定して制御することができる。

本発明の半導体レーザの駆動方法によれば、温度調整点の数を少なくして設定作業の手間を軽減しつつ、安定した光出力の制御を実現できる。

図１は、本発明のＬＤ駆動方法に用いる光送受信モジュール１の概略構成を示す回路図である。 図１の光送受信モジュール１においてＬＤ８に供給されるバイアス電流Ｉｂｉａｓ及び変調電流Ｉｍｏｄに対する光出力の関係を示すグラフである。 図１のＬＤ８の電流−光出力特性を示すグラフである。 第１実施形態のＬＤ駆動方法において設定される環境温度に対する変調電流設定値、及び消光比の温度変化を示すグラフである。 比較例のＬＤ駆動方法において設定される環境温度に対する変調電流設定値、及び消光比の温度変化を示すグラフである。 図１の光送受信モジュール１において、トラッキングエラーが存在する場合の環境温度に対する消光比を一定にする変調電流設定値を示すグラフである。 第２実施形態のＬＤ駆動方法において設定される環境温度に対する変調電流設定値、及び消光比の温度変化を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるＬＤの制御方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るＬＤの駆動方法で用いる光送受信モジュール１の概略構成を示す回路図である。この光送受信モジュール１は、光信号を送受信するための装置であり、光送受信デバイスであるＯＳＡ（Optical Sub Assembly）２、温度センサ３、ＬＤ駆動回路４、ＡＰＣ回路５、終端抵抗６、及びコントローラ（デジタル回路）７を含んで構成されている。

ＯＳＡ２には、光信号を生成するＬＤ８と、ＬＤ８の発する光信号を受光する受光素子であるＰＤ（Photodiode）９とが搭載されている。ＬＤ８においては、一方の端面からの発光が光送受信モジュールから取り出されてデータ伝送用の光信号として利用され、他方の端面からの発光がＯＳＡ２内でＰＤ９によって受光されて光出力モニタ用として利用される。ＬＤ８のアノード端子及びＰＤ９のカソード端子にはＯＳＡ２の外部からバイアス電圧Ｖｃｃが印加されている。また、ＰＤ９のアノード端子には、終端抵抗６が接続され、この終端抵抗６によってＰＤ９が生成する光電流Ｉｐｄに応じた電圧降下が生じる。また、ＬＤ８のカソード端子には、ＬＤ駆動回路４とＡＰＣ回路５とが接続されている。

ＬＤ駆動回路４は、外部から“1/0”のデータを含む伝送信号が入力され、この伝送信号に対応して“1/0”で変化する変調電流ＩｍｏｄをＬＤ８に供給する。また、ＬＤ駆動回路４は、コントローラ７の制御によって変調電流Ｉｍｏｄの振幅を調整可能に構成されている。

ＡＰＣ回路５は、インダクタ１０、トランジスタ１１、抵抗素子１２、及び差動増幅器１３，１４を有しており、ＬＤ８に供給するバイアス電流Ｉｂｉａｓを制御するＡＰＣループを構成する。このトランジスタ１１のコレクタは、インダクタ１０を介してＬＤ８のカソード端子に接続され、トランジスタ１１のベースは、差動増幅器１３の出力に接続され、トランジスタ１１のエミッタは、抵抗素子１２を介して接地されると共に差動増幅器１３の反転入力及びコントローラ７に接続されている。さらに、差動増幅器１４の非反転入力にはコントローラ７が接続され、差動増幅器１４の反転入力にはＰＤ９のアノード端子が接続され、差動増幅器１４の出力には差動増幅器１３の非反転入力が接続されている。このような構成のＡＰＣ回路５は、コントローラ７からの光出力強度の目標値を示す光出力設定信号と、終端抵抗６の電圧降下によって示される光出力測定信号との差分信号が差動増幅器１４によって出力され、差動増幅器１３及びトランジスタ１１によって、その差分信号を基にＬＤ８の光出力が所定の目標値に近づくようにバイアス電流Ｉｂｉａｓが帰還制御（ＡＰＣ制御）によって調整される。

コントローラ７は、２つのＡＤＣ１５，１６、２つのＤＡＣ１７，１８、演算回路１９、及びデータ記憶装置２０を備えている。ＡＤＣ１５は、温度センサ３によって得られた環境温度のモニタ信号である環境温度測定信号Ａ_Ｔを、デジタル信号である環境温度測定値Ｄ_Ｔに変換して演算回路１９に送る。また、ＡＤＣ１６は、抵抗素子１２の電圧降下によって示されるバイアス電流のモニタ信号であるバイアス電流測定信号Ａ_Ｂを、デジタル信号であるバイアス電流測定値Ｄ_Ｂに変換して演算回路１９に送る。また、ＤＡＣ１７は、演算回路１９によって設定された変調電流Ｉｍｏｄの振幅の設定値である変調電流設定値Ｄ_ｍｏｄを、アナログ信号である変調電流設定信号Ａ_ｍｏｄに変換してＬＤ駆動回路４に出力する。また、ＤＡＣ１７は、予め設定された光出力強度の目標値を示す光出力設定値Ｄ_ｂｉａｓをアナログ信号である光出力設定信号Ａ_ｂｉａｓに変換してＡＰＣ回路５に出力する。

コントローラ７に含まれる演算回路１９は、温度センサ３から入力された環境温度測定値Ｄ_Ｔ及びバイアス電流測定値Ｄ_Ｂを基に、データ記憶装置２０からＬＵＴ（Look up Table）を読み出すことによって、環境温度測定値Ｄ_Ｔによって示される環境温度に対応する変調電流設定値Ｄ_ｍｏｄを決定し、その値をＤＡＣ１７を経由してＬＤ駆動回路４に送ることでＬＤ８に供給する変調電流Ｉｍｏｄを調整する。データ記憶装置２０には、複数の環境温度に対応する変調電流Ｉｍｏｄの振幅の設定値を示すデータが、ＬＵＴとして予め記憶されている。

図２は、光送受信モジュール１においてＬＤ８に供給されるバイアス電流Ｉｂｉａｓ及び変調電流Ｉｍｏｄに対する光出力の関係を示すグラフである。このグラフに示すように、ＬＤ８にバイアス電流Ｉｂｉａｓと変調電流Ｉｍｏｄが重畳して供給されると、ＬＤ８から時間の経過と共にハイレベルＰ（１）とローレベルＰ（０）間で交互に変化する光信号Ｓ_ＯＵＴが出力される。光送受信モジュール１では、この光信号Ｓ_ＯＵＴの平均出力Ｐ（Ａ）がＡＰＣ制御によって所定の目標値で一定になるように設定されるとともに、ハイレベルＰ（１）及びローレベルＰ（０）で規定される消光比ER=10×log{P(1)/P(0)}が所定値で一定になるように制御される。

以下、光送受信モジュール１におけるＬＤ８の駆動方法について説明する。

まず、光送受信モジュール１を対象に、常温Ｔ_ｏｒｄ、常温よりも高い高温Ｔ_ｈｉｇｈ、及び常温より低い低温Ｔ_ｌｏｗの三温度の環境下で、ＡＰＣ回路５を動作させて所定の光出力強度の目標値を得るためのバイアス電流ＩｂｉａｓをＬＤ８に供給する。そして、それぞれの三温度の環境下で、ＬＤ駆動回路４に設定する変調電流設定値Ｄ_ｍｏｄを調整することによって、所定の消光比を与えるような変調電流Ｉｍｏｄの設定値を実測によって予め取得する。その後、常温Ｔ_ｏｒｄ、高温Ｔ_ｈｉｇｈ、及び低温Ｔ_ｌｏｗの三温度に対応する変調電流設定値Ｄ_ｍｏｄをＬＵＴに設定して、そのＬＵＴをデータ記憶装置２０に記憶させる（以上、第１ステップ）。

ここで、図３には、ＬＤ８の電流−光出力特性を示している。このグラフに示すように、三温度の環境下でのＬＤ８の閾値電流Ｉ_{ｔｈｏｒｄ}，Ｉ_{ｔｈｈｉｇｈ}，Ｉ_{ｔｈｌｏｗ}は、温度が上昇するに従って大きくなり、一般には、閾値電流Ｉ_ｔｈと温度Ｔとの関係は、下記式；
Ｉ_ｔｈ＝Ｉ_０×ｅｘｐ（Ｔ／Ｔ_０）
によって表される（Ｉ_０，Ｔ_０は定数）。また、同図に示すように、三温度の環境下での電流に対する光出力の変化率である発光効率（微分効率）η、すなわち、電流−光出力特性曲線の傾きは、温度が上昇するに従って小さくなる。このことから、ＡＰＣ動作によって光出力が一定になるようにバイアス電流Ｉｂｉａｓを制御している場合、消光比ERを一定にするための変調電流Ｉｍｏｄの設定値は、発光効率ηとほぼ反比例関係にあり、温度上昇とともに増加させる必要があることがわかる。すなわち、図２にも示すように、電流−光出力特性曲線において、ＡＰＣ制御により平均光出力Ｐ（Ａ）が一定とされた状態で、消光比ER=10×log{P(1)/P(0)}も一定とする条件下では、ＬＤ８の瞬間動作点は常に電流−光出力特性の直線部分（発光効率ηが有意な値で一定の部分）にあることを意味している。そのとき、所定の消光比に維持した場合に設定すべき変調電流Ｉｍｏｄの設定値は、閾値Ｉｔｈと同様に、指数関数での近似が可能である。

第１ステップの調整工程の後に、光送受信モジュール１において、ＡＰＣ回路５を動作させて所定の光出力強度の目標値を得るためのバイアス電流ＩｂｉａｓをＬＤ８に供給する（第２ステップ）。それと同時に、光送受信モジュール１において、コントローラ７を動作させて所定の消光比を得るための変調電流ＩｍｏｄをＬＤ８に供給するようにＬＤ駆動回路４を制御する（第３ステップ）。

上記第３ステップにおいては、演算回路１９が、データ記憶装置２０からＬＵＴ（Look up Table）を読み出すことによって、三温度Ｔ_ｏｒｄ、Ｔ_ｈｉｇｈ、Ｔ_ｌｏｗでの変調電流設定値Ｄ_ｍｏｄを特定する。そして、演算回路１９は、特定した変調電流設定値Ｄ_ｍｏｄを基に、現在の環境温度で所定の消光比を得るような変調電流設定値を近似するための近似関数を決定する。この近似関数の決定は、下記式（１）；
Ｉｍｏｄ＝ａ×ｅｘｐ（ｂ×Ｔ）＋ｃ …（１）
に対して、温度Ｔ_ｏｒｄ、Ｔ_ｈｉｇｈ、Ｔ_ｌｏｗ及びそれぞれの温度に対応する変調電流設定値Ｄ_ｍｏｄを適用して、上記式（１）中の係数ａ，ｂ，ｃを決定することによって行われる。さらに、演算回路１９は、決定した近似関数に対して環境温度測定値Ｄ_Ｔによって示される温度を適用することによって、温度Ｔ_ｏｒｄ、Ｔ_ｈｉｇｈ、Ｔ_ｌｏｗ以外の環境温度において所望の消光比を与えるような変調電流設定値Ｄ_ｍｏｄを算出する。そして、演算回路１９は、算出した変調電流設定値Ｄ_ｍｏｄを基にＬＤ駆動回路４を制御することによって、ＬＤ８に変調電流Ｉｍｏｄを供給する。

以上説明した本実施形態のＬＤの駆動方法によれば、三温度Ｔ_ｏｒｄ、Ｔ_ｈｉｇｈ、Ｔ_ｌｏｗの環境下でバイアス電流ＩｂｉａｓがＬＤ８に供給された際の所定の消光比を与える変調電流値Ｉｍｏｄが予め取得され、ＡＰＣ動作によってＬＤ８に供給されるバイアス電流Ｉｂｉａｓが制御されるとともに、三温度Ｔ_ｏｒｄ、Ｔ_ｈｉｇｈ、Ｔ_ｌｏｗ以外の環境下では、予め取得された変調電流値を基に指数関数によって近似されて求められた算出値を基に変調電流がＬＤ８に供給される。これにより、ＬＵＴを生成するための温度調整点の数が少なくて済むので、設定作業の手間を軽減することができる。それとともに、指数関数による近似を用いることで、所望の消光比を与えるようにＬＤを安定して制御することができる。

ここで、図４には、本実施形態のＬＤ駆動方法において設定される環境温度に対する変調電流設定値、及び消光比の温度変化を示すグラフである。このように、三温度Ｔ_ｏｒｄ、Ｔ_ｈｉｇｈ、Ｔ_ｌｏｗ以外の温度における変調電流設定値が、これらの温度調整点間を結ぶ指数関数によって近似して求められている。この場合、広い温度に亘って消光比も安定して目標値１２．５ｄＢに保たれている。

これに対して、図５には、比較例であるＬＤ駆動方法において設定される環境温度に対する変調電流設定値、及び消光比の温度変化を示している。ここでは、三温度Ｔ_ｏｒｄ、Ｔ_ｈｉｇｈ、Ｔ_ｌｏｗ以外の温度における変調電流設定値が、隣接する２つの温度調整点間を直線近似することによって近似して求められている。この場合は、補間が十分に為されるとは言い難く、三温度Ｔ_ｏｒｄ、Ｔ_ｈｉｇｈ、Ｔ_ｌｏｗ以外の消光比が目標値１２．５ｄＢから大きくずれてしまっており、広い温度範囲で消光比を安定化することが困難である。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るＬＤの駆動方法について説明する。本実施形態では、光送受信モジュールにおいて生じるトラッキングエラーを考慮している。本実施形態で用いる光送受信モジュール１の構成は第１実施形態と同一であるのでその説明を省略する。

実際の光送受信モジュール１においては、ＬＤ８の光出力がＡＰＣ回路５によって制御されていても、ＬＤ８、ＰＤ９、レンズなどの光学部品（図示せず）をアセンブリした構成品が原因でトラッキングエラーが存在し、温度に対して光出力が変動してしまうものがある。一般的には、トラッキングエラーとしては、主に２つの要因が考えられる。一つは、ＬＤ８から出力された光がレンズ等を経由して、ファイバに結合されるまでの光軸のズレにより、光強度が温度変動する場合、他は、ＬＤ８にはフロント側端面とバック側端面の２方向から光が出力されており、フロント側端面からの光は光送受信モジュール１の光出力として用いられ、バック側端面からの光はＡＰＣ制御用にＰＤ９で検知するために用いられる。そのため、フロント側／バック側の出力比率に温度依存性があると光強度が変動してしまう。前者は、光路長の短縮や部品点数の削減により光軸ずれは少なくなる。また、仮に前者が原因となって光出力が変動してもＬＤ８が実際に出力する光強度は一定であるため、変調電流を第１実施形態による方法で調整すれば消光比は一定となる。

ところが、後者の場合、ＬＤ自体の光出力が温度により変動するため、変調電流設定値が指数関数近似からずれるだけでなく低温の温度調整点が常温よりも高くなり、指数関数近似すらできなくなる場合もある。これは、指数関数近似があくまでＬＤの光出力の平均値Ｐ（Ａ）が一定で、ハイレベルＰ（１）〜ローレベルＰ（０）間の光出力変動範囲が電流−光出力特性曲線上で直線部分にあることが前提にされているからである。図６には、トラッキングエラーが存在する光送受信モジュール１において環境温度に対する消光比を一定にする変調電流設定値を示しており、低温側での変調電流設定値が指数関数近似からずれていることがわかる。例えば、ＬＤ８の全光強度に対して常温でのバック側光出力強度が全体の１０％である場合、常温でのフロント側光出力強度は９０％となる。仮に、温度変動により、低温でのバック側光出力強度が全光強度に対して９％になった場合、低温でのフロント側光出力強度は９１％になる。ここで、光送受信モジュール１ではＡＰＣ制御が行われているので、低温においてバック側の光強度が常温の１０％と同じになるように制御するので、このときのフロント側の光出力強度は常温での９０％と比べると約１１％の増加量となる。その結果、常温と低温での光出力変動としては０．４ｄＢだけであるが、消光比の変動量はこれに比較して大きい。例えば、常温での消光比が１０ｄＢであり、低温において光出力の平均値が一定と仮定した場合の変調電流を設定した場合は、消光比は８．２ｄＢとなり、変動量は１．８ｄＢとなる。そのため、消光比が一定となるためには低温での変調電流の設定値も１１％上昇させる必要がある。この場合は、図６に示すように、常温よりも低温の変調電流の設定値が上回る場合もあり、変調電流の設定値が温度に対して単調増加ではなく負の温度係数を持つようになり、指数関数近似が困難となる。

そこで、本実施形態におけるＬＤの駆動方法は、以下のように行われる。

まず、三温度Ｔ_ｏｒｄ、Ｔ_ｈｉｇｈ、Ｔ_ｌｏｗにおいて、ＯＳＡ２にＬＤ８を搭載した状態で、所定の光出力Ｐ（Ａ）をこのＯＳＡ２から得るための予め定められた電流Ｉを流してＯＳＡ２の光出力強度であるＬＤ８のフロント側の光強度Ｐ（Ａ）を測定する。次に、電流Ｉ及び三温度Ｔ_ｏｒｄ、Ｔ_ｈｉｇｈ、Ｔ_ｌｏｗにおいて予め定められたＬＤ８の閾値電流Ｉｔｈを基に、ＯＳＡ２の電流−光出力（発光）特性を計算する。具体的には、各温度Ｔ_ｏｒｄ、Ｔ_ｈｉｇｈ、Ｔ_ｌｏｗにおいて、Ｉｍ＝Ｉ−Ｉｔｈを計算して変調電流Ｉｍを見積もり、η＝Ｐ（Ａ）／Ｉｍを計算することにより、常温、高温、及び低温におけるそれぞれの発光効率η_Ｍ，η_Ｈ，η_Ｌを求めＯＳＡ２としての測定データとする（以上、第１ステップ）。

その後、ＯＳＡ２を光送受信モジュール１に搭載した状態で、ＡＰＣ回路５を動作させて所定の光出力強度の目標値を得るためのバイアス電流ＩｂｉａｓをＬＤ８に供給する。そして、三温度のうちの１つの温度である常温Ｔ_ｏｒｄの環境下で、ＬＤ駆動回路４に設定する変調電流設定値Ｄ_ｍｏｄを調整することによって、所定の消光比を与えるような変調電流Ｉｍｏｄ（Ｍ）の設定値を実測によって予め取得する（第２ステップ）。

なお、消光比が十分に大きい場合、バイアス電流ＩｂｉａｓはＬＤの閾値電流Ｉｔｈに実質的に等しく、変調電流Ｉｍｏｄと上記駆動電流Ｉｍもほぼ等しいとみなされる。従って、各三温度で消光比を一定にする変調電流Ｉｍｏｄは発光効率に依存しており、またトラッキングエラーが無いと仮定すれば、ＡＰＣ制御においては平均光強度が低温でも常温と同じであるため、常温と同じ消光比になる低温Ｔ_ｌｏｗでの変調電流Ｉｍｏｄ（Ｌ）は、下記式（２）；
Ｉｍｏｄ（Ｌ）＝Ｉｍｏｄ（Ｍ）×η_Ｍ／η_Ｌ …（２）
によって見積もられ、同様に高温Ｔ_ｈｉｇｈでの変調電流Ｉｍｏｄ（Ｈ）は、下記式（３）
Ｉｍｏｄ（Ｈ）＝Ｉｍｏｄ（Ｍ）×η_Ｍ／η_Ｈ …（３）
によって見積もられる。そこで、第２ステップで取得された変調電流設定値Ｉｍｏｄ（Ｍ）と、上記式（２）、上記式（３）によって計算した変調電流設定値Ｉｍｏｄ（Ｈ）、Ｉｍｏｄ（Ｌ）とを、常温Ｔ_ｏｒｄ、高温Ｔ_ｈｉｇｈ、及び低温Ｔ_ｌｏｗの三温度に対応する変調電流設定値Ｄ_ｍｏｄとしてＬＵＴに設定して、そのＬＵＴをデータ記憶装置２０に記憶させる（第３ステップ）。

第１ステップ〜第３ステップの調整工程の後に、光送受信モジュール１において、演算回路１９が、データ記憶装置２０からＬＵＴを読み出すことによって、三温度Ｔ_ｏｒｄ、Ｔ_ｈｉｇｈ、Ｔ_ｌｏｗでの変調電流設定値Ｄ_ｍｏｄを特定し、第１実施形態と同様にして、上記式（１）中の係数ａ，ｂ，ｃを算出することによって変調電流Ｉｍｏｄと温度Ｔとの関係を近似する近似式を決定する（第４ステップ）。

その後、光送受信モジュール１において、第１実施形態と同様にして、ＡＰＣ回路５を動作させて所定の光出力強度の目標値を得るためのバイアス電流ＩｂｉａｓをＬＤ８に供給する。それと同時に、高温Ｔ_ｈｉｇｈ、及び低温Ｔ_ｌｏｗの二温度の環境下で、所定の消光比を与えるような変調電流Ｉｍｏｄの設定値を実測によって予め取得する（第５ステップ）。

次に、光送受信モジュール１において、コントローラ７を動作させて所定の消光比を得るための変調電流ＩｍｏｄをＬＤ８に供給するようにＬＤ駆動回路４を制御する（第６ステップ）。このとき、演算回路１９は、第４ステップで決定した近似関数である上記式（１）を、第５ステップで取得された高温Ｔ_ｈｉｇｈ及び低温Ｔ_ｌｏｗでの変調電流Ｉｍｏｄの実測値Ｉｍｏｄ１（Ｈ）、Ｉｍｏｄ１（Ｌ）と、第３ステップで計算された変調電流設定値Ｉｍｏｄ（Ｈ）、Ｉｍｏｄ（Ｌ）とに基づいて補正する。具体的には、演算回路１９は、変調電流Ｉｍｏｄの実測値と計算値との差分値Ｉｍｏｄ１（Ｈ）−Ｉｍｏｄ（Ｈ），Ｉｍｏｄ１（Ｌ）−Ｉｍｏｄ（Ｌ）を計算し、それらの差分値を常温を基準にした補正量として、上記式（１）を線形補間することによって補正する。すなわち、常温での差をゼロとし、低温および高温での差をこれらの差分値に設定した線形補間が行われる。その結果、演算回路１９は、下記式（４）：
Ｉｍｏｄ＝ａ×ｅｘｐ（ｂ×Ｔ）＋ｃ＋ｄ×Ｔ＋ｅ …（４）
における係数ｄ，ｅを算出して、上記式（１）を補正した近似式を決定する。ただし、係数ｄ，ｅは、２つの差分値Ｉｍｏｄ１（Ｈ）−Ｉｍｏｄ（Ｈ），Ｉｍｏｄ１（Ｌ）−Ｉｍｏｄ（Ｌ）から求められた定数であり、低温−常温間と常温−高温間で異なる値を持つ。その後、演算回路１９は、補正した近似関数に対して環境温度測定値Ｄ_Ｔによって示される温度を適用することによって、温度Ｔ_ｏｒｄ、Ｔ_ｈｉｇｈ、Ｔ_ｌｏｗ以外の環境温度において所望の消光比を与えるような変調電流設定値Ｄ_ｍｏｄを算出する。そして、演算回路１９は、算出した変調電流設定値Ｄ_ｍｏｄを基にＬＤ駆動回路４を制御することによって、ＬＤ８に変調電流Ｉｍｏｄを供給する。これにより、トラッキングエラーが原因で低温の温度調整点が常温より高くなり指数関数近似ができない場合でも、消光比を安定化させることができる。

以上説明したＬＤの駆動方法によれば、三温度におけるＬＤ８を搭載したＯＳＡ２の発光効率ηが算出され、ＯＳＡ２をモジュールに搭載してＡＰＣ動作を開始した状態で、常温Ｔ_ｏｒｄにおいて消光比を一定にする変調電流値が実測で取得されるとともに、その変調電流値と発光効率ηを基に高温Ｔ_ｈｉｇｈおよび低温Ｔ_ｌｏｗにおける変調電流の計算値が予め計算される。その後、常温Ｔ_ｏｒｄにおける変調電流値と高温Ｔ_ｈｉｇｈおよび低温Ｔ_ｌｏｗにおける変調電流の計算値を基に、温度Ｔと変調電流Ｉｍｏｄとの関係を近似する近似式が得られ、ＯＳＡ２をモジュールに搭載した状態でＡＰＣ動作が開始されるとともに、高温Ｔ_ｈｉｇｈおよび低温Ｔ_ｌｏｗにおいて消光比を一定にする変調電流の実測値が得られる。さらに、常温Ｔ_ｏｒｄと高温Ｔ_ｈｉｇｈおよび低温Ｔ_ｌｏｗとの間の環境では、変調電流の実測値と計算値との差を基に線形補間して近似式を補正することにより変調電流Ｉｍｏｄが計算され、その変調電流ＩｍｏｄがＬＤ８に供給される。これにより、ＬＵＴを生成するための温度調整点の数が少なくて済むので、設定作業の手間を軽減することができる。それとともに、指数関数を含む近似式を線形補間することによって、トラッキングエラーと呼ばれる光出力の変動に対応して所望の消光比を与えるようにＬＤ８をより安定して制御することができる。

図７は、本実施形態のＬＤ駆動方法において設定される環境温度に対する変調電流設定値、及び消光比の温度変化を示すグラフである。このように、常温Ｔ_ｏｒｄに対して高温Ｔ_ｈｉｇｈ、低温Ｔ_ｌｏｗにおいてトラッキングエラーが発生していても、変調電流設定値が、これらの温度調整点間を結ぶ線形補間された指数関数によって精度よく近似して求められている。この場合、広い温度に亘って消光比も安定して目標値１２．５ｄＢに保たれている。

１…光送受信モジュール、３…温度センサ、４…ＬＤ駆動回路、５…ＡＰＣ回路、７…コントローラ、８…ＬＤ、９…ＰＤ、１９…演算回路、２０…データ記憶装置、Ｉｂｉａｓ…バイアス電流、Ｉｍｏｄ…変調電流、Ｉｐｄ…光電流。

Claims (1)

1. モジュールに搭載された半導体レーザの一方の端面からの発光を当該モジュールから取り出し、前記半導体レーザの他方の端面からの発光をモニタ用受光素子で検出することによりＡＰＣ制御を行い、前記一方の端面からの発光について所定の消光比を与える半導体レーザの駆動方法であって、
   第１の温度、前記第１の温度よりも高い第２の温度、前記第１の温度よりも低い第３の温度の環境下で、前記半導体レーザを搭載したデバイスの電流−発光特性を、前記デバイスを前記モジュールに搭載しない状態で測定し、それぞれの温度での発光効率を算出する第１ステップと、
   前記デバイスをモジュールに搭載した状態で所定の光出力強度を得るためのＡＰＣ動作を開始し、前記第１の温度において前記所定の消光比を与える変調電流の値を測定する第２ステップと、
   前記変調電流の値と前記発光効率とを基に、前記第２の温度及び前記第３の温度において前記所定の消光比を与える変調電流の値を計算する第３ステップと、
   前記第１の温度での変調電流の測定値、並びに前記第２の温度及び前記第３の温度での変調電流の計算値を用いて、下記式（１）；
   Ｉｍｏｄ＝ａ×ｅｘｐ（ｂ×Ｔ）＋ｃ …（１）
   によって表される温度Ｔと変調電流Ｉｍｏｄとの関係を近似する近似式の係数ａ，ｂ，ｃを算出する第４ステップと、
   前記デバイスをモジュールに搭載した状態で前記ＡＰＣ動作を開始し、前記第２の温度及び前記第３の温度において前記所定の消光比を与える変調電流の値を測定する第５ステップと、
   前記第２の温度と前記第１の温度との間の温度では、前記第２の温度での前記変調電流の測定値と前記変調電流の計算値との差を線形補間して前記式（１）を補正して得られる変調電流Ｉｍｏｄを前記半導体レーザに供給し、前記第３の温度と前記第１の温度との間の温度では、前記第３の温度での前記変調電流の測定値と前記変調電流の計算値との差を線形補間して前記式（１）を補正して得られる変調電流Ｉｍｏｄを前記半導体レーザに供給する第６ステップと、
   を備えることを特徴とする半導体レーザの駆動方法。

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