JP5721903B2

JP5721903B2 - 光送信器

Info

Publication number: JP5721903B2
Application number: JP2014505914A
Authority: JP
Inventors: 雅樹野田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: WO2013140587A1; US9319146B2; JPWO2013140587A1; US20140341571A1; CN104137442A; CN104137442B

Description

本発明は、光送信器に関する。

光送信器は、光通信システムのフロントエンドに設けられる。光送信器は、電気信号を光信号に変換して出力する。
通常、光システムの安定化のために、光送信器が出力する光信号の強度は、環境温度や時間の経過に関わらず、常に一定であることが望ましい。光信号の強度を自動的に一定値に制御するために、ＡＰＣ（Automatic Power Control）が一般的によく採用されている。

ＡＰＣを採用した光送信器が、特許文献１に開示されている。
特許文献１の光送信器では、発光素子の発生する光信号の強度を光検出器で検出する。光検出器は、光信号の強度に対応する電流信号を生成し、その電流信号を可変抵抗に流す。可変抵抗は、電流信号を電圧信号に変換してコントローラに与える。コントローラは、可変抵抗の出力する電圧信号と参照値とを比較し、その比較結果に基づいて可変抵抗の抵抗値、発光素子を駆動するバイアス電流及び変調電流の電流値を設定している。つまり、特許文献１の光送信器は、フィードバック式のＡＰＣを行い、発光素子の発生する光信号の強度を安定化させている。
特許文献１の光送信器では、電流信号を電圧信号に変換する変換利得を、可変抵抗の抵抗値で設定している。そして、光送信器内の温度に基づいて可変抵抗の抵抗値を制御し、電流信号を電圧信号に変換する変換利得を調整している。

特開２００６−８０６７７号公報

特許文献１の光送信器では、入力された電気信号を光信号に変換する変換利得を可変抵抗の抵抗値で決定している。即ち、光信号の強度が可変抵抗の抵抗値で決定されている。そして、光検出器の出力する電流信号が大きい場合には、変抵抗の抵抗値を小さな値に調整し、逆に、電流信号が小さい場合には、可変抵抗の抵抗値を大きな値に調整する。このような調整を行うことで光信号の強度を調整する。しかしながら、光検出器の出力する電流値と可変抵抗の抵抗値とは反比例の関係にあるため、光検出器での変換効率が高い光送信器の場合には、可変抵抗の抵抗値が小さくなる。可変抵抗の抵抗値が小さくなると、可変抵抗の抵抗値の誤差に対して光信号の変化が非常に敏感となり、光信号の調整可能なダイナミックレンジが制限されるという課題があった。

また、特許文献１の光送信器では、可変抵抗の抵抗値を変化させて電気信号を光信号に変換する変換利得を決定するので、可変抵抗の抵抗値に依存してループ利得も変化する。ループ利得が変化することにより、ＡＰＣが不安定になるという課題があった。

本発明は、広いダイナミックレンジを確保できると共に、安定したＡＰＣ動作が可能な光送信器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る光送信器は、
光信号を出力する光送信器であって、
駆動されて前記光信号を発生する発光素子と、
前記光信号を受光し、該受光した光信号の強度を示す電流信号を出力する受光素子と、
前記受光素子の出力する電流信号を電圧信号に変換する電流／電圧変換回路と、
前記電流／電圧変換回路が出力する電圧信号と基準電圧とを比較して比較結果を出力する比較部と、
前記比較部の比較結果に応じた直流電流を前記発光素子に流して前記発光素子を駆動するバイアス電流駆動回路と、
入力信号に応じて振幅が変化する変調電流を前記発光素子に流し、前記光信号の強度を変調する変調電流駆動回路と、
当該光送信器内の温度を検出する温度センサとを備え、
前記電流／電圧変換回路は、前記受光素子に接続された抵抗と該抵抗に並列に接続され該抵抗と相まって前記電流信号を流す可変電流源とを備え、該抵抗から前記電圧信号を出力する構成とし、
前記可変電流源に流れる電流の電流値及び前記変調電流の振幅値を調整する調整手段を備え、
前記調整手段は、前記温度センサの検出する温度に基づいて前記可変電流源に流れる電流の電流値及び前記変調電流の振幅値を調整する。

本発明によれば、広いダイナミックレンジを確保できると共に、安定したＡＰＣ動作が可能となる。

本発明の実施形態１に係る光送信器を示す構成図である。本発明の実施形態２に係る光送信器を示す構成図である。メモリに記憶された温度補償テーブルの概念図である。本発明の実施形態３に係る光送信器を示す構成図である。メモリに記憶された温度補償テーブルの概念図である。本発明の実施形態４の光送信器を示す構成図である。メモリに記憶され温度補償テーブルの作成方法を説明するための概念図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る光送信器を示す構成図である。
この光送信器１００は、発光素子としてのレーザダイオード（Laser Diode）１０１と、受光素子としてのフォトダイオード（Photo Diode）１０２と、ベースが入力端子Ｉｎ１に接続されたトランジスタ１０３と、ベースが入力端子Ｉｎ２に接続されたトランジスタ１０４とを備えている。
レーザダイオード１０１のアノード及びフォトダイオード１０２のカソードは、直流電源Ｖｃｃに接続されている。

レーザダイオード１０１は、変調された光信号を発生するものである。レーザダイオード１０１の発生する光信号は、前面光としてレンズなどの光学系１０５を介して外部に出力される。また、レーザダイオード１０１の発生する光信号の一部は、背面光としてフォトダイオード１０２に受光される。

フォトダイオード１０２は、レーザダイオード１０１から受光した光信号を電流信号に変換して出力する。電流信号は背面光の強度を示す。

トランジスタ１０３のコレクタは、レーザダイオード１０１のアノードに接続されている。トランジスタ１０４のコレクタは、レーザダイオード１０１のカソードに接続されている。トランジスタ１０３，１０４は、入力端子Ｉｎ１，Ｉｎ２から電気信号を入力する差動対を構成する。

トランジスタ１０３及びトランジスタ１０４のエミッタには、変調電流駆動回路１１０が接続されている。

変調電流駆動回路１１０は、可変電流源１１１によって構成されている。可変電流源１１１の一方の端子がトランジスタ１０３及びトランジスタ１０４のエミッタに接続されている。可変電流源１１１の他方の端子がグランドに接続されている。変調電流駆動回路１１０は、レーザダイオード１０１を変調駆動するために、トランジスタ１０３，１０４に電流を流すことにより、変調電流Ｉ_Ｂをレーザダイオード１０１に供給し、レーザダイオード１０１が発生する光信号の消光比を設定する。

レーザダイオード１０１のカソードには、バイアス電流駆動回路１２０が接続されている。

バイアス電流駆動回路１２０は、チョークコイル１２１と可変電流源１２２とを備えている。チョークコイル１２１の一方の端子がレーザダイオード１０１のカソードに接続されている。チョークコイル１２１の他方の端子は、可変電流源１２２の一方の端子に接続されている。可変電流減１２２の他方の端子は、グランドに接続されている。
バイアス電流駆動回路１２０は、レーザダイオード１０１に直流のバイアス電流を流す。

フォトダイオード１０２のアノードには、電流／電圧変換回路１３０が接続されている。

電流／電圧変換回路１３０は、抵抗１３１と可変電流源１３２とを備えている。抵抗１３１の一方の端子と可変電流源１３２の一方の端子とがフォトダイオード１０２のアノードに共通に接続されている。抵抗１３１の他方の端子及び可変電流源１３２の他方の端子がグランドに接続されている。つまり、抵抗１３１及び可変電流源１３２が並列になっている。
電流／電圧変換回路１３０は、フォトダイオード１０２が出力する電流信号を電圧信号に変換する。

この光送信器１００は、さらに、基準電圧源１４１と、比較増幅器１４２と、温度センサ１４３と、バイアス電流調整部１４４と、変調電流調整部１４５と、を備える。

基準電圧源１４１は、電流／電圧変換回路１３０が出力する電圧信号の電圧と比較するための基準電圧を発生する。

比較増幅器１４２の一方の入力端子には、電流／電圧変換回路１３０の出力端子が接続され、比較増幅器１４２の他方の入力端子には、基準電圧源１４１が接続されている。比較増幅器１４２は、電流／電圧変換回路１３０が出力する電圧信号と基準電圧源１４１が発生する基準電圧を入力し、その電圧信号と基準電圧とを比較する。比較増幅器１４１は、電圧信号と基準電圧との比較結果をバイアス電流駆動回路１２０中の可変電流源１２２に与え、可変電流源１２２の流す電流を調整する。

温度センサ１４３は、光送信器１００の内部の温度を検出し、検出結果の温度をバイアス電流調整部１４４及び変調電流調整部１４５に与える。

バイアス電流調整部１４４は、温度センサ１４３で検出した温度に基づいて、電流／電圧変換回路１３０中の可変電流源１３２に流す電流を調整する。つまり、バイアス電流調整部１４４は、温度センサ１４３で検出した温度毎に、当該光送信器１００の出力する光信号の強度が所望の値となるように可変電流源１３２が流す電流の電流値を調整する。

変調電流調整部１４５は、温度センサ１４３で検出した温度に基づいて、変調電流駆動回路１１０の可変電流源１１１の流す電流を調整する。つまり、変調電流調整部１４５は、温度センサ１４３で検出した温度毎に、当該光送信器１００の出力する光信号の強度及び消光比がそれぞれ所望の値となるように可変電流源１１１が流す電流の電流値を調整する。

次に、図１の光送信器の動作を説明する。
温度センサ１４３は、光送信器１００の内部の温度を検出し、検出結果をバイアス電流調整部１４４及び変調電流調整部１４５に与える。

バイアス電流調整部１４４は、温度センサ１４３の検出した温度に基づいて、電流／電圧変換回路１３０の可変電流源１３２の流す電流の電流値を調整する。

変調電流調整部１４５は、温度センサ１４３の検出した温度に基づいて、変調電流駆動回路１１０の可変電流源１１１の流す電流の電流値を調整する。

交番する電気信号が電気信号入力端子Ｉｎ１，Ｉｎ２を介してトランジスタ１０３のベース及びトランジスタ１０４のベースに印加されると、トランジスタ１０３及びトランジスタ１０４のオン抵抗が電気信号に応じて変化する。可変電流源１１１は、その時点で調整されている電流値の電流をトランジスタ１０３及びトランジスタ１０４に流す。

可変電流源１１１の流す電流は、トランジスタ１０３に流れる電流とトランジスタ１０４に流れる電流を合計したものである。トランジスタ１０３に流れる電流とトランジスタ１０４に流れる電流の差分の電流が、変調電流Ｉ_Ｍとしてレーザダイオード１０１に流れる。

一方、可変電流源１２２は、その時点で調整されている電流値の直流電流を流す。可変電流源１２２が直流電流を流すことにより、レーザダイオード１０１には、直流のバイアス電流Ｉ_Ｂが流れる。

したがって、レーザダイオード１０１には、変調電流Ｉ_Ｍ及びバイアス電流Ｉ_Ｂを合計した電流が流れ、それに応じてレーザダイオード１０１が発光する。レーザダイオード１０１に流れる変調電流Ｉ_Ｍは電気信号に応じて変化するので、レーザダイオード１０１は、電気信号に応じて変調された光信号を発生することになる。

フォトダイオード１０２は、レーザダイオード１０１と光学的に結合し、レーザダイオード１０１の出力する背面光を受光し、背面光の強度に比例する電流を出力する。即ち、フォトダイオード１０２は、レーザダイオード１０１が背面光として出力する光信号を電流信号に変換する。

電流／電圧変換回路１３０では、抵抗１３１がプルダウン抵抗となり、可変電流源１３２が抵抗１３１に並列の吸い込み型電流源となる。抵抗１３１及び可変電流源１３２は、フォトダイオード１０２の出力する電流信号を分岐して流す。可変電流源１３２は、その時点で調整されている電流値の電流を流す。抵抗１３１は、当該抵抗１３１に流れる電流を電圧信号に変換して比較増幅器１４２へ出力する。抵抗１３１に流れる電流は、可変電流源１３２が吸い込む電流によって変化する。抵抗１３１の出力する電圧信号も、可変電流源１３２が吸い込む電流によって変化する。

比較増幅器１４２は、電流／電圧変換回路１３０から与えられる電圧信号の電圧と、基準電圧源１４１から与えられる基準電圧とを比較し、電圧信号の電圧が基準電圧と等しくなるように可変電流源１２２が流す電流を制御する信号を発生し、可変電流源１２２に与える。この信号を可変電流源１２２に与えることにより、バイアス電流Ｉ_Ｂの電流値が設定される。レーザダイオード１０１の発生する光信号の強度は、バイアス電流Ｉ_Ｂの電流値で設定されるので、レーザダイオード１０１の出力する光信号の強度が所定値に近づく。比較増幅器１４２の出力する信号に基づいて、バイアス電流を変化させる制御を繰り返すことにより、電流／電圧変換回路１３０から与えられる電圧信号の電圧と基準電圧とが等しくなり、制御動作が収束する。

即ち、光信号を出力するレーザダイオード１０１に対して、フォトダイオード１０２，電流／電圧変換回路１３０、比較増幅器１４２、及びバイアス電流駆動回路１２０がフィードバック回路となり、ＡＰＣが行われる。ＡＰＣを行うことにより、光送信器１００の出力する光信号の強度が設定値に収束する。

ここで、この実施形態１の光送信器１００の出力する光信号の強度及び光信号の消光比の設定方法を説明する。
一般的に、レーザダイオード１０１の背面光の強度をフォトダイオード１０２が電流値に変換する効率は、製品に搭載されたフォトダイオード１０２によって１０倍程度ばらつく。また、レーザダイオード１０１の駆動電流とレーザダイオード１０１の出力光との関係も、個々のレーザダイオード１０１により、ばらつく。そのため、光送信器１００として所望の発光強度と消光比を得るためには、製品毎に個別の調整が必要となる。

光送信器１００では、ＡＰＣが収束状態になった場合には、電流／電圧変換回路１３０の出力する電圧信号と基準電圧源１４１の出力する基準電圧とが等しくなる。この状態では、抵抗１３１には基準電圧を抵抗１３１の抵抗値で割った固定電流が流れることになる。抵抗１３１を流れる固定電流値と可変電流源１３２の吸い込み電流値とを加算した値が、フォトダイオード１０２の流す電流値となる。また、ＡＰＣが収束状態になっている場合には、フォトダイオード１０２の流す電流値とレーザダイオード１０１の背面光の強度とは比例関係になっている。

ここで、バイアス電流調整部１４４により、可変電流源１３２の吸い込み電流値を調整して変化させると、抵抗１３１の出力する電圧信号の電圧が変化する。抵抗１３１の出力する電圧信号が変化することにより、可変電流源１２２の流す電流値及びバイアス電流Ｉ_Ｂが変化する。バイアス電流Ｉ_Ｂが変化することにより、レーザダイオード１０１の発光強度が変化する。レーザダイオード１０１の発光強度は、可変電流源１３２の吸い込み電流値に依存する。したがって、バイアス電流調整部１４４で設定する可変電流源１３２の吸い込み電流値を、光送信器１００の出力する光信号が所望の光強度となるように設定することで、レーザダイオード１０１やフォトダイオード１０２の特性にあっても、そのばらつきに関わらず、所望の強度の光信号が得られる。

一方、変調電流調整部１４５によって可変電流源１１１に流れる電流を変化させることにより、変調電流Ｉ_Ｍが変化する。変調電流Ｉ_Ｍが変化することにより、光送信器１００の出力する光信号の消光比が変化する。したがって、バイアス電流Ｉ_Ｂが変化させて光信号の強度を設定することにあわせて、光送信器１００の出力する光信号の消光比が所望の値になるように、変調電流調整部１４５によって変調電流Ｉ_Ｍを調整すれば、所望の消光比の光信号が得られる。

次に、この実施形態１の光送信器１００の効果について説明する。
（１）光送信器１００においては、フォトダイオード１０２の出力する電流信号を電圧信号に変換する電流/電圧変換回路１３０を、並列の抵抗１３１と可変電流源１３２とで構成し、可変電流源１３２の流す電流（吸い込み電流）を調整することでバイアス電流Ｉ_Ｂを決定し、レーザダイオード１０１の光信号の強度を決定している。つまり、抵抗１３１の抵抗値は固定であるので、抵抗１３１の抵抗値を微小な値にしない限りは、その抵抗値の誤差に対して出力する光信号の変化が非常に鈍感である。そのため、光信号の強度を所望の値にする場合でも、抵抗１３１の抵抗値のばらつきによって光信号の調整可能なダイナミックレンジが制限されることを防ぐことができる。

（２）抵抗１３１の抵抗値が固定値なので、ＡＰＣのループ利得が一定であり、ＡＰＣが不安定になるという問題がない。

（３）レーザダイオード１０１の背面光は、フォトダイオード１０２に直接受光されるのに対し、光送信器１００の出力する光信号はレンズなどの光学系１０５を介して出力されるが、光送信器１００では、温度センサ１４３で温度を検出し、検出した温度に基づいてバイアス電流Ｉ_Ｂ及び変調電流Ｉ_Ｍを調整する。そのため、背面光の強度が適切に制御されても、環境温度に応じて光送信器１００の出力する光信号の強度が変動するという、トラッキングエラーを抑制することができる。

（４）光送信器１００は、フィードバック式のＡＰＣを行い、出力する光信号の強度と消光比を所望する値に設定するので、レーザダイオード１０１やフォトダイオード１０２の経年劣化によって生ずる光信号の強度や消光比の変動を補償することができる。

［実施形態２］
図２は、本発明の実施形態２に係る光送信器２００を示す構成図である。
図２では、図１と共通する要素には共通の符合を付している。

この光送信器２００は、実施形態１の光送信器１００のバイアス電流調整部１４４をバイアス電流テーブル部２４４に置換している。光送信器２００は、実施形態１の変調電流調整部１４５を変調電流テーブル部２４５に置換している。光送信器２００の他の構成は、実施形態１の光送信器１００と同様である。

バイアス電流テーブル部２４４は、メモリ２４４ａと、そのメモリ２４４ａに接続された制御回路２４４ｂとを備えている。メモリ２４４ａは、バイアス電流Ｉ_Ｂを変化させるために可変電流源１３２に与える制御信号の値と光送信器２００内の温度とを関連付けて温度補償テーブル２４４ｃとして記憶する。

制御部２４４ｂには、温度センサ１４３が接続され、制御部２４４ｂの出力側に、可変電流源１３２が接続されている。制御回路２４４ｂは、温度センサ１４３で検出された温度を入力し、その温度に関連付けられてメモリ２４４ａに記憶されている制御信号の値を読み出し、アナログの制御信号に変換して可変電流源１３２に与える。

変調電流テーブル部２４５は、メモリ２４５ａと、そのメモリ２４５ａに接続された制御回路２４５ｂとを備えている。メモリ２４５ａは、変調電流Ｉ_Ｍを変化させるために可変電流源１１１に与える制御信号の値と光送信器２００内の温度とを関連付けて温度補償テーブル２４５ｃとして記憶する。

制御回路２４５ｂには、温度センサ１４３が接続され、制御回路２４５ｂの出力側が可変電流源１１１に接続されている。制御回路２４５ｂは、温度センサ１４３で検出された温度を入力し、その温度に関連付けられてメモリ２４５ａに記憶されている制御信号の値を読み出し、アナログの制御信号に変換して可変電流源１１１に与える。

メモリ２４４ａ及び２４５ａにそれぞれ記憶されたテーブルの制御信号の値は、個々の光送信器２００について、出力する光信号の強度及び消光比が所望の一定値になるように可変電流源１３２及び可変電流源１１１に与える制御信号の値を、予め温度毎に記憶したものである。
尚、ここでは、メモリ２４４ａ及び２４５ａを別の構成要素として分けているが、共通のメモリで構成してもよい。

図３は、メモリ２４４ａ及び２４５ａに記憶された温度補償テーブル２４４ｃ，２４５ｃの概念図であり、横軸は、温度センサ１４３によって検出された温度（℃）を示し、縦軸は、可変電流源１３２及び可変電流源１１１に与える制御信号の値（Ｖ）を示してる。図３の実線は、可変電流源１１１に与える制御信号の温度特性を示し、図３の破線は、可変電流源１３２に与える制御信号の温度特性を示している。

この光送信器２００は、温度センサ１４３で検出された温度がバイアス電流テーブル部２４４の制御回路２４４ｂ及び変換電流テーブル部２４５の制御回路２４５ｂに与えられる。

制御回路２４４ｂは、温度センサ１４３で検出された温度に対応する制御信号の値をメモリ２４４ａから読み出し、アナログの制御信号に変換して、可変電流源１３２に与える。これにより、可変電流源１３２の流す電流値が調整される。

制御回路２４５ｂは、温度センサ１４３で検出された温度に対応する制御信号の値をメモリ２４５ａから読み出し、アナログの制御信号に変換して、可変電流源１１１に与える。これにより、可変電流源１１１の流す電流値が調整される。

トランジスタ１０３，１０４、レーザダイオード１０１及びフォトダイオード１０２に対して、変調電流駆動回路１１０、バイアス電流駆動回路１２０、電流／電圧変換回路１３０、基準電圧源１４１及び比較増幅器１４２が実施形態１と同様にＡＰＣを行い、レーザダイオード１０１から光学系１０５を介して、所望の強度及び消光比を持つ光信号を出力する。

この実施形態２の光送信器２００は、実施形態１の光送信器１００と同様の効果を奏すると共に、さらに、次のような効果を奏する。ここで、光送信器２００の効果を説明する。

光送信器の出力する光信号の強度や消光比を一定に制御するためには、バイアス電流Ｉ_Ｂと変調電流Ｉ_Ｍを温度補償する必要がある。バイアス電流Ｉ_Ｂや変調電流Ｉ_Ｍを温度補償する手段としては、温度によって抵抗値が変化するサーミスタなどを適用する電気回路的手法が考えられる。しかしながら、個々のレーザダイオード１０１の駆動電流に対する光信号の強度の温度依存性や、個々の光送信器２００のトラッキングエラーの温度依存性は多種多様であるため，電気回路的手法では必ずしも温度補償をしきれない。

光送信器２００では、個々の光送信器２００について、各温度に対して一定の光信号の強度と消光比が得られるように可変電流源１３２及び可変電流源１１１に与える制御信号の値を温度毎に予め記憶している。そのため、何れの個体に対しても、各温度に対して一定の光出力強度と消光比を得ることが可能となる。従って、一般的なフィードバック式のＡＰＣで生じるトラッキングエラーによる光信号の強度の変動を抑圧可能な光送信器を得ることができる。

［実施形態３］
図４は、本発明の実施形態３に係る光送信器３００を示す構成図である。
図４では、図１と共通する要素には共通の符合を付している。

この光送信器３００は、実施形態１の光送信器１００のバイアス電流調整部１４４をバイアス電流テーブル部３４４に置換している。光送信器３００は、実施形態１の変調電流調整部１４５を変調電流テーブル部３４５に置換している。光送信器３００の他の構成は、実施形態１の光送信器１００と同様である。

バイアス電流テーブル部３４４は、メモリ３４４ａと、そのメモリ３４４ａに接続された制御回路３４４ｂとを備えている。メモリ３４４ａは、バイアス電流Ｉ_Ｂを変化させるために可変電流源１３２に与える制御信号の値と光送信器３００内の温度とを関連付けて温度補償テーブル３４４ｃとして記憶する。

制御部３４４ｂには、温度センサ１４３が接続され、制御部３４４ｂの出力側に、可変電流源１３２が接続されている。制御回路３４４ｂは、温度センサ１４３で検出された温度を入力し、その温度に関連付けられてメモリ３４４ａに記憶されている制御信号の値を読み出し、アナログの制御信号に変換して可変電流源１３２に与える。

変調電流テーブル部３４５は、メモリ３４５ａと、そのメモリ３４５ａに接続された制御回路３４５ｂとを備えている。メモリ３４５ａは、変調電流Ｉ_Ｍを変化させるために可変電流源１１１に与える制御信号の値と光送信器３００内の温度とを関連付けて温度補償テーブル３０２として記憶する。

制御回路３４５ｂには、温度センサ１４３が接続され、制御回路３４５ｂの出力側が可変電流源１１１に接続されている。制御回路３４５ｂは、温度センサ１４３で検出された温度を入力し、その温度に関連付けられてメモリ３４５ａに記憶されている制御信号の値を読み出し、アナログの制御信号に変換して可変電流源１１１に与える。

メモリ３４４ａ及び３４５ａにそれぞれ記憶されたテーブルの制御信号の値は、個々の光送信器３００について、出力する光信号の強度及び消光比が所望の一定値になるように可変電流源１３２及び可変電流源１１１に与える制御信号の値を、予め温度毎に記憶したものである。
尚、ここでは、メモリ３４４ａ及び３４５ａを別の構成要素として分けているが、共通のメモリで構成してもよい。

この光送信器３００では、温度センサ１４３で検出された温度がバイアス電流テーブル部３４４の制御回路３４４ｂ及び変換電流テーブル部３４５の制御回路３４５ｂに与えられる。

この光送信器３００では、バイアス電流テーブル部３４４及び変調電流テーブル部３４５が、実施形態２のバイアス電流テーブル部２４４及び変調電流テーブル部２４５と同様に動作する。

即ち、制御回路３４４ｂは、温度センサ１４３で検出された温度に対応する制御信号の値をメモリ３４４ａから読み出し、アナログの制御信号に変換して、可変電流源１３２に与える。これにより、可変電流源１３２の流す電流値が調整される。

制御回路３４５ｂは、温度センサ１４３で検出された温度に対応する制御信号の値をメモリ３４５ａから読み出し、アナログの制御信号に変換して、可変電流源１１１に与える。これにより、可変電流源１１１の流す電流値が調整される。

次に、メモリ３４４ａ及び３４５ａに記憶された温度補償テーブルの作成方法を説明する。

図５は、メモリ３４４ａ及び３４５ａに記憶された温度補償テーブル３４４ｃ，３４５ｃの概念図であり、横軸は、温度センサ１４３によって検出された温度（℃）を示し、縦軸は、可変電流源１３２及び可変電流源１１１に与える制御信号の値（Ｖ）を示してる。図５の実線は、可変電流源１１１に与える制御信号の温度特性を示し、図５の破線は、可変電流源１３２に与える制御信号の温度特性を示している。

温度補償テーブルを作成する場合、光送信器３００の環境温度として想定される温度範囲から任意の複数の温度を選択する。図５では4温度を選択した場合を示している。選択した各温度に対して所望の一定の光出力強度と消光比が得られるように変調電流Ｉ_Ｍ及びバイアス電流Ｉ_Ｂを調整する。そして、所望の一定の光出力強度と消光比が得られるとき可変電流源１１１に与える制御信号の値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を各温度に対応させてメモリ３４５ａに記憶させる。また、所望の一定の光出力強度と消光比が得られるとき可変電流源１３２に与える制御信号の値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を各温度に対応させてメモリ３４４ａに記憶させる。

次に、上記の４温度について可変電流源１１１に与えた制御信号の値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４をもとに、必要な温度範囲のすべてにわたって内挿補完及び外挿補完を行い、可変電流源１１１に与える制御信号の値を求め、温度に対応させてメモリ３４５ａに記憶させる。

同様に、上記の４温度について可変電流源１３２に与えた制御信号の値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４をもとに、必要な温度範囲のすべてにわたって内挿補完及び外挿補完を行い、可変電流源１３２に与える制御信号の値を求め、温度に対応させてメモリ３４４ａに記憶させる。

このようにして、メモリ３４４ａ及びメモリ３４５ａに記憶された温度毎の制御信号の値が、温度補償テーブル３４４ｃ，３４５ｃとなる。

以上のように、この実施形態３の光送信器３００では、必要な全温度範囲の温度補償テーブルを内挿補完及び外挿補完により作成している．従って，温度補償テーブルの作成時間を大幅に短縮することが可能である。

［実施形態４］
図６は、本発明の実施形態４の光送信器４００を示す構成図である。
図６では、図１と共通する要素には共通の符合を付している。

この光送信器４００は、実施形態１の光送信器１００のバイアス電流調整部１４４をバイアス電流テーブル部４４４に置換している。光送信器４００は、実施形態１の変調電流調整部１４５を変調電流テーブル部４４５に置換している。光送信器４００の他の構成は、実施形態１の光送信器１００と同様である。

バイアス電流テーブル部４４４は、メモリ４４４ａと、そのメモリ４４４ａに接続された制御回路４４４ｂとを備えている。メモリ４４４ａは、バイアス電流Ｉ_Ｂを変化させるために可変電流源１３２に与える制御信号の値と光送信器４００内の温度とを関連付けて温度補償テーブル４４４ｃとして記憶する。

制御部４４４ｂには、温度センサ１４３が接続され、制御部４４４ｂの出力側に、可変電流源１３２が接続されている。制御回路４４４ｂは、温度センサ１４３で検出された温度を入力し、その温度に関連付けられてメモリ４４４ａに記憶されている制御信号の値を読み出し、アナログの制御信号に変換して可変電流源１３２に与える。

変調電流テーブル部４４５は、メモリ４４５ａと、そのメモリ４４５ａに接続された制御回路４４５ｂとを備えている。メモリ４４５ａは、変調電流Ｉ_Ｍを変化させるために可変電流源１１１に与える制御信号の値と光送信器４００内の温度とを関連付けて温度補償テーブル３０２として記憶する。

制御回路４４５ｂには、温度センサ１４３が接続され、制御回路４４５ｂの出力側が可変電流源１１１に接続されている。制御回路４４５ｂは、温度センサ１４３で検出された温度を入力し、その温度に関連付けられてメモリ４４５ａに記憶されている制御信号の値を読み出し、アナログの制御信号に変換して可変電流源１１１に与える。

メモリ４４４ａ及び４４５ａにそれぞれ記憶されたテーブルの制御信号の値は、個々の光送信器４００について、出力する光信号の強度及び消光比が所望の一定値になるように可変電流源１３２及び可変電流源１１１に与える制御信号の値を、予め温度毎に記憶したものである。
尚、ここでは、メモリ４４４ａ及び４４５ａを別の構成要素として分けているが、共通のメモリで構成してもよい。

この光送信器３００は、温度センサ１４３で検出された温度がバイアス電流テーブル部４４４の制御回路４４４ｂ及び変換電流テーブル部４４５の制御回路４４５ｂに与えられる。

この光送信器３００では、バイアス電流テーブル部４４４及び変調電流テーブル部４４５が、実施形態２のバイアス電流テーブル部２４４及び変調電流テーブル部２４５と同様に動作する。

即ち、制御回路４４４ｂは、温度センサ１４３で検出された温度に対応する制御信号の値をメモリ４４４ａから読み出し、アナログの制御信号に変換して、可変電流源１３２に与える。これにより、可変電流源１３２の流す電流値が調整される。

制御回路４４５ｂは、温度センサ１４３で検出された温度に対応する制御信号の値をメモリ４４５ａから読み出し、アナログの制御信号に変換して、可変電流源１１１に与える。これにより、可変電流源１１１の流す電流値が調整される。

次に、メモリ４４４ａ及び４４５ａに記憶された温度補償テーブルの作成方法を説明する。

図７は、メモリ４４４ａ及び４４５ａに記憶された温度補償テーブル４４４ｃ，４４５ｃの作成方法を説明するための概念図である。

温度補償テーブルを作成する場合、光送信器４００の環境温度として想定される温度範囲から任意の複数の温度を選択する。図７では4温度を選択した場合を示している。選択した4温度について、各温度に対して所望の一定の光出力強度と消光比が得られるように変調電流Ｉ_Ｍ及びバイアス電流Ｉ_Ｂを調整する。そして、所望の一定の光出力強度と消光比が得られるとき可変電流源１１１に与える制御信号の値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を各温度に対応させてメモリ４４５ａに記憶させる。また、所望の一定の光出力強度と消光比が得られるとき可変電流源１３２に与える制御信号の値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を各温度に対応させてメモリ４４４ａに記憶させる。

次に、上記の４温度について可変電流源１１１に与える制御信号の値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４をもとに、必要な温度範囲のすべてにわたって、隣接する２点間の指数関数補完を用いて内挿及び外挿を行い、可変電流源１１１に与える制御信号の値Ｌ１を温度毎に求める。さらに、制御信号の値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４をもとに、例えば４点を通る多項式関数補完とを行い、全温度範囲にわたって可変電流源１１１に与える制御信号の値Ｌ２を求める。そして、指数関数補完で得られた制御信号の値と多項式関数補完で得られた制御信号の値の平均Ｌ３を温度毎に求め、メモリ４４５ａに記憶させる。

同様に、上記の４温度について可変電流源１３２に与える制御信号の値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４をもとに、必要な温度範囲のすべてにわたって、隣接する２点間の指数関数補完を用いて内挿及び外挿を行い、可変電流源１３２に与える制御信号の値Ｌ４を温度毎に求める。さらに、制御信号の値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４をもとに、例えば４点を通る多項式関数補完を行い、全温度範囲にわたって可変電流源１３２に与える制御信号の値Ｌ５を求める。そして、指数関数補完で得られた制御信号の値と多項式関数補完で得られた制御信号の値の平均Ｌ６を温度毎に求め、メモリ４４４ａに記憶させる。

このようにして、メモリ４４４ａ及びメモリ４４５ａに記憶された温度毎の制御信号の値が、温度補償テーブル４４４ｃ，４４５ｃとなる。

以上のように、この実施形態４の光送信器４００では、必要な全温度範囲の温度補償テーブルを、2点間の指数関数補完と４点を通る多項式関数補完とを行ってそれらの平均を求めることで作成している。この方法で温度補償テーブルの作成することの効果を説明する。

一般的に，レーザダイオード１０１の駆動電流に対する光信号の強度の温度依存性は、指数関数により大まかには近似できるが、光送信器ではレーザダイオード１０１の温度依存性に加えて、トラッキングエラーの温度依存性も加味する必要がある。トラッキングエラーの温度依存性は、一般的に、常温で小さく，低温や高温では大きくなる傾向にあるため、指数関数では近似できない。

本実施形態４の光送信器４００おいては，隣接する2点間の指数関数による補完の結果と４点を通る多項式関数補完の結果とを合成（平均）している。これにより、トラッキングエラーを含む光信号の強度の温度依存性を、高精度に抑圧可能になる。従って、光送信器４００は、実施形態１の効果に加えて、トラッキングエラーを抑圧できるという効果を奏する。

本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。
例えば、実施形態１及び実施形態４では、４温度について可変電流源１３２，１１１の制御信号の値を求めて、４温度における制御信号の値を基準点として、全温度範囲の制御信号の値を求めたが、４温度に限定されるものではなく、５温度以上であっても、３温度以下であってもよい。

また、上記実施形態１〜実施形態４では、トラッキングエラーを防止するために、光学系１０５を介して出力される光信号の強度及び消光比が、所望の値になるように、バイアス電流及び変調電流を調整するようにしたが、トラッキングエラーを考慮しなくてもよい場合には、背面光の強度及び消光比が所望の値になるように調整してもよい。

また、実施形態４では、指数関数補完、多項式関数補完を用いた温度補償テーブルを作成する例を示したが、補完に用いる関数は、指数関数補完及び多項式関数補完に限定されず、他の関数を用いてもよい。

また、実施形態４では、指数関数補完で得られた制御信号の値と多項式関数補完で得られた制御信号の値を単純に平均することで、２種類の補完の補完結果を結合したが、これに限定されるものではない。例えば重み付けをして平均を求めることで、２種類の補完の補完結果を結合させてもよい。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、上述した実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内およびそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

本発明は、出力する光信号のダイナミックレンジを広く確保することに好適である。

１００，２００，３００，４００光送信器
１０１レーザダイオード
１０２フォトダイオード
１０３，１０４トランジスタ
１０５光学系
１１０変調電流駆動回路
１１１，１２２，１３２可変電流源
１２０バイアス電流駆動回路
１３０電流／電圧変換回路
１３１抵抗
１４１基準電圧源
１４２比較増幅器
１４３温度センサ
１４４バイアス電流調整部
１４５変調電流調整部

Claims

光信号を出力する光送信器であって、
駆動されて前記光信号を発生する発光素子と、
前記光信号を受光し、該受光した光信号の強度を示す電流信号を出力する受光素子と、
前記受光素子の出力する電流信号を電圧信号に変換する電流／電圧変換回路と、
前記電流／電圧変換回路が出力する電圧信号と基準電圧とを比較して比較結果を出力する比較部と、
前記比較部の比較結果に応じた直流電流を前記発光素子に流して前記発光素子を駆動するバイアス電流駆動回路と、
入力信号に応じて振幅が変化する変調電流を前記発光素子に流し、前記光信号の強度を変調する変調電流駆動回路と、
当該光送信器内の温度を検出する温度センサとを備え、
前記電流／電圧変換回路は、前記受光素子に接続された抵抗と該抵抗に並列に接続され該抵抗と相まって前記電流信号を流す可変電流源とを備え、該抵抗から前記電圧信号を出力する構成とし、
前記可変電流源に流れる電流の電流値及び前記変調電流の振幅値を調整する調整手段を備え、
前記調整手段は、前記温度センサの検出する温度に基づいて前記可変電流源に流れる電流の電流値及び前記変調電流の振幅値を調整する光送信器。
前記発光素子が発生する光信号を伝達する光学系を備え、
前記受光素子は、前記発光素子が発生する光信号の一部を前記光学系を介さないで受光する請求項１に記載の光送信器。
前記調整手段によって調整される前記可変電流源に流れる電流の電流値及び前記変調電流の振幅値は、前記発光素子の発生する光信号の強度と消光比とが所望の値になるように調整される、請求項１又は２に記載の光送信器。
前記調整手段によって調整される前記可変電流源に流れる電流の電流値及び前記変調電流の振幅値は、前記光学系を介して出力される前記光信号の強度と消光比とが所望の値になるように調整される、請求項２に記載の光送信器。
前記可変電流源に流れる電流の電流値及び前記変調電流の振幅値は、前記調整手段が前記電流／電圧変換回路及び前記変調電流駆動回路に与える制御値により、設定される構成とし、
複数の温度について、前記発光素子の発生する光信号の強度及び消光比が所望の値になる前記制御値を求め、前記求められた複数の温度についての制御値を用いて内挿及び外挿を行うことにより、前記複数の温度以外の温度についての前記制御値を求める、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光送信器。
前記内挿及び外挿は、指数関数補完と多項式関数補完とを組み合わせた補完により行う、請求項５に記載の光送信器。