JP5818143B2 - 光モジュール - Google Patents
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Description
図2は、光トランシーバ10に内蔵されたAPC回路50の構成例を概略的に示す図である。ここでは便宜上、光源器12に含まれる1つのレーザダイオード12aを対象として説明するが、その他の3つのレーザダイオード12b,12c,12dについても同様のAPC回路50が設けられている。
具体的に、APC回路50は、差動増幅器54及び電流源56を有している。モニタ用PD52は、レーザダイオード12aが発する後方の光出力をモニタ(受光)し、モニタ電流Imtを発生させる。モニタ電流Imtは、グランドされた抵抗器(図示していない)でモニタ電圧Vmに変換され、このモニタ電圧Vmが差動増幅器54の反転入力端子に入力されている。
公知のように、レーザダイオード12aが発する前方の光出力と後方の光出力との間には相関関係(例えば比例関係)があるため、APC回路50によるバイアス電流Ibsの制御が光出力の安定化に有効である。
ここで、例えばレーザダイオード12aの温度条件が常温域(例えば25°C程度)から高温域(例えば85°C程度)、又は低温域(例えば0°C程度)に変化した場合を考える。このような温度条件の変化に応じて、レーザダイオード12aが発する前方の光出力が変化しても、APC回路50によるバイアス電流Ibsの制御が有効に作用することで光出力を一定に保持することができる。
なお、この場合、温度条件の変化に従ってレーザダイオード12aの光出力特性(バイアス電流と光出力の関係)が変化するため、光源器12は温度条件に応じた目標電圧Vtの設定値を有する。また、光源器12は、温度条件を測定するための図示しない温度センサを備える。光源器12は、温度センサから温度条件を測定し、測定した温度条件に応じた目標電圧Vtの設定値を用いて、バイアス電流Ibsを制御する。
ただし、レーザダイオード12a等の発光素子には、使用時に温度条件の変化に応じて前方後方比率(前方の光出力に対する後方の光出力の比率)が変化する特性がある。このため、前方後方比率の変化に起因する前方の光出力の変動(トラッキングエラー)は、APC回路50のバイアス電流制御で除去することができない。
例えば、高温域で常温域より前方後方比率が大きくなる場合、高温域では、APC回路50でバイアス電流Ibsを制御していても、前方の光出力は低下する傾向にある。逆に、高温域で常温域より前方後方比率が小さくなる場合、高温域では、前方の光出力が上昇する傾向にある。
図3は、導波路型合波器20の構成例を概略的に示す図である。図3に示される構成例は、第1実施形態及び第2実施形態について共通である。
図4は、第1実施形態の光モジュールに用いられる導波路型合波器20の分光特性を示す図である。導波路型合波器20は、短波長域から長波長域に向かって波長λ1’,λ2’,λ3’,λ’4の順に、光損失を極小化する各透過中心波長がほぼ一定間隔で配置された分光特性を有している。ここでは透過中心波長の間隔を一定としているが、波長間隔は一定でなくてもよい。
このような導波路型合波器20の分光特性は、温度条件が高温域に向かって変化すると、発振波長が長波方向に変化し、かつ、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が上昇する変動特性を有する発光素子に対して有効である。以下、この点について、より具体的に検証する。
このときレーザダイオード12aとしてDFB−LD(Distributed Feed Back Laser Diode)を使用し、Δ0.1nm/°Cの波長シフトが発生する場合を考える。
図5中(A)に示されているように、第1実施形態の導波路型合波器20では、予め透過中心波長を高温域での発振波長(λ’1:1277nm)に合わせて設計している。導波路型合波器20は、レーザダイオード12aが使用される温度範囲(低温域0°Cから高温域85°C)において、温度条件が高温域に向かって変化すると、光損失が減少する分光特性を有する。この場合、高温域で光損失(Lh)は最小となるが、常温域の発振波長(λ1:1271nm)では光損失(Ln)が大きくなり、低温域での発振波長(λ”1:1268.5nm)では光損失(Lc)が最大となる。
レーザダイオード12aが、温度条件が高温域に向かって変化すると、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が上昇する変動特性を有する場合、APC回路50によって制御される前方の光出力は、温度条件が高温域に向かって変化すると、減少する。言い換えると、トラッキングエラーによる光出力の損失は、温度条件が高温域に向かって変化すると、増加する。
図5中(B)に示されるトラッキングエラーの特性は、例えば常温域での損失を中間値(0)とすると、高温域で光損失(Lth)は最大となり、逆に低温域で光損失(Ltc)は最小となる傾向を示す。なお「中間値(0)」は、厳密な意味で最大と最小の中央(平均)値である必要はない(第2実施形態についても同様。)。
図5中(C)に示されるように、図5中(A)の分光特性と図5中(B)のトラッキングエラー特性の両者により光損失が相殺され、温度条件の全域で、導波路型合波器20出力後の光出力を略一定値(Ps)に抑えることができる。具体的には、各温度条件で以下の補正が作用している。
常温域では、トラッキングエラーによる光損失は中間値(0)にある。このとき、常温域での発振波長λ1に対する導波路型合波器20の光損失(Ln)を足し合わせると、導波路型合波器20出力後の光出力は上記の一定値(Ps)になる。
高温域では、トラッキングエラーによる光損失が中間値(0)より増加して最大値(Lth)となる。この場合、トラッキングエラーによる損失の増加分(0→Lth)に対して、シフト後の発振波長λ’1では導波路型合波器20の光損失が減少(Ln→Lh)する。このため、両者の相殺により導波路型合波器20出力後の光出力は上記の一定値(Ps)に補正されることになる。
また低温域では、トラッキングエラーによる光損失が中間値(0)より減少して最小値(Ltc)となる。この場合、トラッキングエラーによる損失の減少分(0→Ltc)に対し、シフト後の発振波長λ”1では導波路型合波器20の光損失が増加(Ln→Lc)する。このため、ここでも両者の相殺により導波路型合波器20出力後の光出力は上記の一定値(Ps)に補正されることになる。
図6は、第2実施形態の光モジュールに用いられる導波路型合波器20の分光特性を示す図である。以下、第1実施形態との相違点を中心として説明する。
第2実施形態で用いられる導波路型合波器20の分光特性は、温度条件が高温域に向かって変化すると、発振波長が長波方向に変化し、かつ、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が減少する変動特性を有する発光素子に対して有効である。
図7中(A)に示されているように、第2実施形態の導波路型合波器20では、予め透過中心波長を低温域での発振波長(λ”1:1268.5nm)に合わせて設計している。導波路型合波器20は、レーザダイオード12aが使用される温度範囲(低温域0°Cから高温域85°C)において、温度条件が高温域に向かって変化すると、光損失が増加する分光特性を有する。この場合、低温域で光損失(Lc)は最小となるが、常温域の発振波長(λ1:1271nm)では光損失(Ln)が大きくなり、高温域での発振波長(λ’1:1277nm)では光損失(Lh)が最大となる。
レーザダイオード12aが、温度条件が高温域に向かって変化すると、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が減少する変動特性を有する場合、APC回路50によって制御される前方の光出力は、温度条件が高温域に向かって変化すると、増加する。言い換えると、トラッキングエラーによる光出力の損失は、温度条件が低温域に向かって変化すると、増加する。
図7中(B)に示されるトラッキングエラーの特性は、常温域での損失を中間値(0)としたとき、低温域で光損失(Ltc)が最大となり、逆に高温域で光損失(Lth)が最小となる傾向を示す(第1実施形態と逆の傾向)。
第2実施形態においても、図7中(C)に示されるように両者により光損失が相殺され、温度条件の全域で、導波路型合波器20出力後の光出力を略一定値(Ps)に抑えることができる。具体的には、各温度条件で以下の補正が作用している。
常温域でトラッキングエラーによる光損失が中間値(0)にある点は第1実施形態と同様である。そして、常温域での発振波長λ1に対する導波路型合波器20の光損失(Ln)を足し合わせると、導波路型合波器20出力後の光出力は上記の一定値(Ps)になる。
高温域では、トラッキングエラーによる光損失が中間値(0)より減少して最小値(Lth)となる。この場合、トラッキングエラーによる損失の減少分(0→Lth)に対して、シフト後の発振波長λ’1での導波路型合波器20の光損失は増加(Ln→Lh)する。このため、同じく両者の相殺により導波路型合波器20出力後の光出力は上記の一定値(Ps)に補正されることになる。
また低温域では、トラッキングエラーによる光損失が中間値(0)より増加して最大値(Ltc)となる。この場合、トラッキングエラーによる損失の増加分(0→Ltc)に対して、シフト後の発振波長λ”1での導波路型合波器20の光損失は減少(Ln→Lc)する。このため、ここでも両者の相殺により導波路型合波器20出力後の光出力は上記の一定値(Ps)に補正されることになる。
12a,12b,12c,12d レーザダイオード
20 導波路型合波器
20a,20b,20c マッハツェンダ干渉計
22 光ファイバ
30 導波路型分波器
50 APC回路
52 モニタ用PD
54 差動増幅器
56 電流源
Claims (5)
- バイアス電流の供給を受けて前方及び後方に光を発する、それぞれ異なる波長の光を発する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子に対応する複数のモニタ用受光素子を有し、前記発光素子が発する後方の光出力を前記モニタ用受光素子でモニタし、モニタした後方の光出力が目標の光出力となるようにバイアス電流を制御する制御回路と、
複数の前記発光素子が発した複数の前方の光が入力され、入力された複数の光を合波し、合波した光を出力する導波路型合波器と、
を備え、
前記発光素子は、温度条件の変化に応じて、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が変化することにより、前方の光出力が変動し、
温度条件が高温域に向かって変化すると前記発光素子が発する前方の光出力が減少し、
前記導波路型合波器は、温度条件が高温域に向かって変化すると光損失が減少する分光特性を有する、
光モジュール。 - バイアス電流の供給を受けて前方及び後方に光を発する、それぞれ異なる波長の光を発する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子に対応する複数のモニタ用受光素子を有し、前記発光素子が発する後方の光出力を前記モニタ用受光素子でモニタし、モニタした後方の光出力が目標の光出力となるようにバイアス電流を制御する制御回路と、
複数の前記発光素子が発した複数の前方の光が入力され、入力された複数の光を合波し、合波した光を出力する導波路型合波器と、
を備え、
前記発光素子は、温度条件の変化に応じて、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が変化することにより、前方の光出力が変動し、
温度条件が高温域に向かって変化すると前記発光素子が発する前方の光出力が増加し、
前記導波路型合波器は、温度条件が高温域に向かって変化すると光損失が増加する分光特性を有する、
光モジュール。 - 請求項1又は2に記載の光モジュールにおいて、
前記発光素子は、
温度条件が高温域に向かって変化すると、発振波長が長波方向に変化し、かつ、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が上昇する変動特性を有しており、
前記導波路型合波器は、
高温域の温度条件で得られる前記発光素子の発振波長に合わせて、光損失を極小化する透過中心波長が設定された分光特性を有している、
光モジュール。 - 請求項1又は2に記載の光モジュールにおいて、
前記発光素子は、
温度条件が高温域に向かって変化すると、発振波長が長波方向に変化し、かつ、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が減少する変動特性を有しており、
前記導波路型合波器は、
低温域の温度条件で得られる前記発光素子の発振波長に合わせて、光損失を極小化する透過中心波長が設定された分光特性を有している、
光モジュール。 - 請求項1から4のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記導波路型合波器は、多段に接続した複数のマッハツェンダ干渉計から構成される、
光モジュール。
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