JP6155513B2 - 発光モジュールの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光モジュールの制御方法に関するものである。

光通信システムでは、送信側で電気信号を光信号に変換するために、発光モジュール（ＴＯＳＡ：Transmitter Optical Sub-Assembly）が用いられている。発光モジュールには、例えばレーザダイオード等の発光素子と、発光素子から出射される光の出力強度をモニタするための、例えばフォトダイオード等の受光素子と、が集積されている。レーザダイオードの電流−光出力特性は、温度に強く依存する。したがって、レーザダイオードを高周波で変調するときに、平均光出力及び消光比を広い温度範囲で一定に維持するためには、バイアス電流及び変調電流を温度に追随して変化させる必要がある。

このため、特許文献１，２に記載の技術では、発光モジュールの内部に、例えばサーミスタ等の温度検出素子を組み込み、温度検出素子の出力に基づいて、発光モジュールの内部の温度を検出する。特許文献１に記載の技術では、発光モジュールの内部の検出された温度に基づいて、発光モジュールに内蔵されたレーザダイオードの駆動電流と、発光モジュールに内蔵されたＥＡ（Electro-Absorption、電界吸収型）変調器のバイアス電圧及び変調電気信号が制御される。特許文献２に記載の技術では、発光モジュールの内部の検出された温度に基づいて、発光モジュールに内蔵された温度制御素子（ＴＥＣ：Thermo Electric Cooler）の温度を制御する。

特開２００４−６１５５６号公報 特開平１１−１２６９３９号公報 特開２０１１−１６５７１４号公報

しかしながら、特許文献１，２に記載の技術のように、温度検出素子を発光モジュールに内蔵した場合には、温度検出素子の出力信号を発光モジュールの外部に引き出すためのリードピンを発光モジュールに設けることが必要となる。このように、発光モジュールに新たなリードピンを設けることは、小型化を妨げるとともにコスト増大を招く。

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、新たなリードピンを設けることなく、簡易な回路構成により発光モジュールの内部の温度を検出することができる発光モジュールの制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る発光モジュールの制御方法は、レーザダイオードと、レーザダイオードの光出力を検出するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）と、を備える発光モジュールの制御方法であって、増倍率ＭがＭ＝１となるＰＤモードでＡＰＤが動作する第１のバイアス電圧をＡＰＤに供給し、ＡＰＤから出力される第１の光電流を検出するステップと、増倍率ＭがＭ＞１となるＡＰＤモードでＡＰＤが動作する第２のバイアス電圧をＡＰＤに供給し、ＡＰＤから出力される第２の光電流を検出するステップと、第１の光電流と第２の光電流との比に基づいてレーザダイオードの温度を検出するステップと、検出されたレーザダイオードの温度に対応する駆動電流をレーザダイオードに供給するステップと、を含む。

本発明の発光モジュールの制御方法によれば、新たなリードピンを設けることなく、簡易な回路構成により発光モジュールの内部の温度を検出することができる。

第１実施形態に係る光送信器の構成を示す回路図である。 ＡＰＤのバイアス電圧と増倍率との関係を示すグラフである。 ＡＰＤの温度と増倍率との関係を示すグラフである。 第１実施形態に係る制御方法を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る光送信器の構成を示す回路図である。 第２実施形態に係る発光モジュールの構成を示す模式図である。 ＥＡ変調器における波長と吸収係数との関係を示すグラフである。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。

一実施形態に係る発光モジュールの制御方法は、レーザダイオードと、レーザダイオードの光出力の強度を検出するアバランシェフォトダイオードと、を備える発光モジュールの制御方法であって、増倍率Ｍが所定値となる第１の動作モードでアバランシェフォトダイオードが動作する第１のバイアス電圧をアバランシェフォトダイオードに供給し、アバランシェフォトダイオードから出力される第１の光電流を検出するステップと、増倍率Ｍが所定値より大きい第２の動作モードでアバランシェフォトダイオードが動作する第２のバイアス電圧をアバランシェフォトダイオードに供給し、アバランシェフォトダイオードから出力される第２の光電流を検出するステップと、第１の光電流と第２の光電流との比に基づいてレーザダイオードの温度を検出するステップと、検出されたレーザダイオードの温度に対応する駆動電流をレーザダイオードに供給するステップと、を含む。

上記の発光モジュールの制御方法では、アバランシェフォトダイオードに第１のバイアス電圧を供給した時の第１の光電流と、アバランシェフォトダイオードに第２のバイアス電流を供給した時の第２の光電流とが検出され、これらの比が算出される。アバランシェフォトダイオードに第１のバイアス電圧を供給した時には、アバランシェフォトダイオードは、増倍率Ｍが所定値となる第１の動作モードで動作する。アバランシェフォトダイオードに第２のバイアス電圧を供給した時には、アバランシェフォトダイオードは、増倍率Ｍが所定値より大きい第２の動作モードで動作する。したがって、第１の光電流と、第２の光電流と、の比をとることにより、アバランシェフォトダイオードの増倍率Ｍが計算される。このアバランシェフォトダイオードの増倍率Ｍは、温度に強く依存する。したがって、第１の光電流と第２の光電流との比を用いれば、レーザダイオードの温度を検出することができる。ここで、上記発光モジュールでは、アバランシェフォトダイオードは、レーザダイオードの光出力の強度を検出するためのデバイスとしても機能する。光出力の強度を検出するためのデバイスは、通常の発光モジュールにも搭載されるものであり、当該デバイスの出力を発光モジュールの外部に引き出すためのリードピンも設けられている。したがって、上記の発光モジュールの制御方法によれば、通常の発光モジュールにも設けられているリードピンを用いてレーザダイオードの温度を検出することができるため、新たなリードピンを設けることなく発光モジュールの内部の温度を検出することができる。

さらに、上記の発光モジュールの制御方法では、第１及び第２の光電流のどちらを検出する場合であっても、あるバイアス電圧をアバランシェフォトダイオードに供給し、アバランシェフォトダイオードから出力される光電流を検出するという構成は共通である。したがって、第１及び第２の光電流を検出するためのどちらの回路構成も、アバランシェフォトダイオードに電圧を供給する可変電圧出力回路と、アバランシェフォトダイオードからの光電流を検出する電流検出回路という、実質的に同様な回路構成とすることができる。したがって、上記の発光モジュールの制御方法によれば、簡易な回路構成により発光モジュールの内部の温度を検出することができる。

一実施形態において、レーザダイオードは、電界吸収型変調器とともに光集積素子として一体に集積されており、光集積素子は、温度制御素子上に搭載されており、第１の光電流と第２の光電流との比に基づいて温度制御素子の温度を制御してもよい。

電界吸収型変調器に供給されるバイアス電圧に対する光吸収特性は、温度に対して非常に敏感である。小さな変調電圧で光出力を効率的に変調するためには、電界吸収型変調器の温度を精度よく検出し、バイアス電圧を最適値に保つ必要がある。上述の構成の場合には、レーザダイオード及び電界吸収型変調器が同一の光集積素子上に一体に集積され、この光集積素子が温度制御素子上に搭載されている。したがって、アバランシェフォトダイオードから出力される第１の光電流と第２の光電流との比に基づいて発光モジュールの内部の温度を検出し、検出された温度に応じて、温度制御素子により、電界吸収型変調器の温度を制御することができる。このため、上記の構成によれば、発光モジュールの内部の温度を検出することにより、電界吸収型変調器の温度を精度よく検出してその温度を制御することができ、電界吸収型変調器を小さな変調電圧で効率的に変調することができる。

一実施形態において、第１の光電流を検出するステップ及び第２の光電流を検出するステップにおいて、レーザダイオードは、一定の電流が供給されるようにバイアスされてもよい。この場合には、第１の光電流を検出するステップと、第２の光電流を検出するステップとの間で、レーザダイオードの光出力及び動作温度の変動が実質的にないとみなせるようになるため、第１の光電流と第２の光電流とが、光入力が等しいという条件下で検出されたとみなせるようになる。このため、上記の構成によれば、第１の光電流と第２の光電流との比から、より正確に発光モジュールの内部の温度を計算することができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当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を参照して、第１実施形態に係る発光モジュールの制御方法について説明する。図１は、第１実施形態に係る制御方法により制御される光送信器の構成を示す回路図である。光送信器１Ａは、発光モジュール１０Ａを備える。発光モジュール１０Ａは、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）１１及びアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Avalanche PhotoDiode）１２を備える。本実施形態の発光モジュール１０Ａは、直接変調方式に対応している。すなわち、レーザダイオード１１にはバイアス電流及び変調電流が供給され、これによりレーザダイオード１１の出力光Ｌｏｕｔは、直接変調される。

レーザダイオード１１は、供給された電流に応じて出力光Ｌｏｕｔを出射する。出力光Ｌｏｕｔは、不図示の光ファイバを介して、光送信器１Ａからの送信光として出射される。また、レーザダイオード１１は、出力光Ｌｏｕｔを出射すると同時に、モニタ光Ｌｍｏｎを出射する。レーザダイオード１１の発光波長は、例えば１．３μｍである。また、例えばレーザダイオード１１の温度を変更することにより、レーザダイオード１１の発光波長が可変となっていてもよい。

ＡＰＤ１２は、レーザダイオード１１により出射されたモニタ光Ｌｍｏｎを受光し、受光したモニタ光Ｌｍｏｎに応じた光電流を発生させる。この光電流に応じて、不図示のＡＰＣ（Automatic Power Control）制御回路は、レーザダイオード１１による出力光Ｌｏｕｔの発光強度及び消光比を一定に保つように、レーザダイオード１１に供給される電流を制御する。後で詳述するように、本実施形態では、ＡＰＤ１２は、レーザダイオード１１の温度を検出するための素子としても用いられる。

レーザダイオード１１及びＡＰＤ１２は、例えば１つのＣＡＮパッケージ内に封入され、互いに近接するように配置されている。したがって、レーザダイオード１１の温度とＡＰＤ１２の温度とは、ほぼ等しいとみなせる。

レーザダイオード１１には、電流源２１が接続されている。電流源２１は、ＬＤバイアス制御回路２２により決定されたバイアス電流及び変調電流をレーザダイオード１１に供給する。ＬＤバイアス制御回路２２は、後述するＡＰＤ温度検出回路３４から出力された温度信号に応じてバイアス電流及び変調電流を決定する。

ＡＰＤ１２には、可変電圧源３１及び電流検出回路３２が直列に接続されている。可変電圧源３１は、ＡＰＤバイアス制御回路３３から出力されたＡＰＤバイアス信号に応じたバイアス電圧をＡＰＤ１２に印加する。ＡＰＤバイアス信号は、以下のＰＤモード信号とＡＰＤモード信号とを含む。ＰＤモード信号は、増倍率Ｍが所定値（例えば、Ｍ＝１）となるＰＤモード（第１の動作モード）となるような逆バイアス電圧をＡＰＤ１２に印加することを可変電圧源３１に指示する。ＡＰＤモード信号は、増倍率Ｍが所定値より大きい（例えばＭ＞１）となるＡＰＤモード（第２の動作モード）となるような逆バイアス電圧をＡＰＤ１２に印加することを可変電圧源３１に指示する。可変電圧源３１は、例えば０Ｖから３０Ｖの範囲の電圧を出力することができる。電流検出回路３２は、ＡＰＤ１２が発生した光電流を検出する。

電流検出回路３２により検出された光電流の大きさを示すＡＰＤ電流信号と、ＡＰＤバイアス制御回路３３により出力されたＡＰＤバイアス信号は、ＡＰＤ温度検出回路３４に送出される。ＡＰＤ温度検出回路３４は、電流検出回路３２からのＡＰＤ電流信号と、ＡＰＤバイアス制御回路３３からのＡＰＤバイアス信号とに基づき、後述する方法によってＡＰＤ１２の温度を検出する。ＡＰＤ温度検出回路３４は、検出されたＡＰＤ１２の温度を示す温度信号をＬＤバイアス制御回路２２に出力する。ＡＰＤ温度検出回路は、ＡＰＤ１２の温度と、ＡＰＤ１２の増倍率Ｍとの関係を、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）等に保持している。

ここで、可変電圧源３１、電流検出回路３２、ＡＰＤバイアス制御回路３３及びＡＰＤ温度検出回路３４を用いてＡＰＤ１２の温度を検出する方法の原理について説明する。

図２は、ＡＰＤのバイアス電流と増倍率との関係を示すグラフである。図２の横軸は、ＡＰＤに印加される逆バイアス電圧ＶＲ（単位：Ｖ）を示す。図２の縦軸は、増倍率Ｍを示す。増倍率Ｍは、１個の入射フォトンに対して、光電流として出力される電子・正孔対の数を示す値である。図２の実線の曲線及び破線の曲線は、それぞれ温度が２５℃及び８５℃のそれぞれの場合におけるＡＰＤの増倍率を示す。

図２に示されるように、２５℃及び８５℃のいずれにおいても、逆バイアス電圧ＶＲが約６Ｖの場合、増倍率Ｍはほぼ１である。増倍率Ｍがほぼ１であることは、逆バイアス電圧ＶＲが小さいことにより、増倍作用が生じていないため、１個の入射フォトンに対して１対の電子・正孔対だけが光電流として取り出されていることを示す。

逆バイアス電圧ＶＲが約６Ｖから約１３Ｖの場合、２５℃及び８５℃のいずれにおいても、逆バイアス電圧ＶＲの増加に応じて、増倍率Ｍは、ゆるやかに上昇する。逆バイアス電圧ＶＲを増加させていくと、逆バイアス電圧ＶＲが約１３Ｖのときに、２５℃及び８５℃のいずれにおいても、増倍率Ｍは階段状に急増する。さらに逆バイアス電圧ＶＲを増加させていくと、増倍率Ｍはさらに増加する。逆バイアス電圧ＶＲが約１３Ｖ以上の領域においては、２５℃での増倍率Ｍは、８５℃での増倍率Ｍよりも大きくなっている。２５℃では、逆バイアス電圧ＶＲが約２６Ｖのときに増倍率Ｍは最大値７０をとり、以後、逆バイアス電圧ＶＲの増加に伴って増倍率Ｍは減少する。８５℃では、逆バイアス電圧ＶＲが約２９Ｖのときに増倍率Ｍは最大値７０をとり、以後、逆バイアス電圧ＶＲの増加に伴って増倍率Ｍは減少する。

図３は、ＡＰＤの温度と増倍率との関係を示すグラフである。横軸は温度（単位：℃）を示す。縦軸は増倍率Ｍを示す。実線のグラフは、逆バイアス電圧ＶＲが２５Ｖの場合の増倍率Ｍを示す。破線のグラフは、逆バイアス電圧ＶＲが８Ｖの場合の増倍率Ｍを示す。図３のグラフは、逆バイアス電圧ＶＲが８Ｖ及び２５Ｖのそれぞれにおいて、温度を−４０℃、０℃、２５℃、及び８５℃の４種類の温度で増倍率Ｍを実測することにより得られたものである。破線のグラフで示されるように、逆バイアス電圧ＶＲが８Ｖの時は、増倍率は、全温度範囲でほぼ１である。逆バイアス電圧ＶＲが２５Ｖの時は、増倍率Ｍは、−４０℃のとき約１６、０℃のとき約１１、２５℃のとき約８、８５℃のとき約５であり、温度の増加に応じて減少している。この図３から、逆バイアス電圧ＶＲが２５Ｖの時の増倍率Ｍに基づいてＡＰＤ１２の温度を推定することができることが分かる。すなわち、ＡＰＤ１２の増倍率を検出し、検出された増倍率に対応する温度を算出することにより、ＡＰＤ１２の温度を推定することができる。

上述したＡＰＤの温度と増倍率との関係を踏まえて、以下、図４を参照して、本実施形態の発光モジュール１０Ａの制御方法について説明する。図４は、発光モジュール１０Ａの制御方法を示すフローチャートである。

まず、ＡＰＤバイアス制御回路３３が可変電圧源３１を制御し、可変電圧源３１が、増倍率ＭがＭ＞１となるＡＰＤモードでＡＰＤ１２が動作する第１のバイアス電圧を、ＡＰＤ１２に逆バイアス電圧として印加する。第１のバイアス電圧は、例えば８Ｖである。そして、電流検出回路３２が、逆バイアス電圧が８Ｖのときの光電流（第１の光電流）を検出し、検出結果をＡＰＤ電流信号としてＡＰＤ温度検出回路３４に出力する（ステップＳ１１）。

次に、ＡＰＤバイアス制御回路３３が可変電圧源３１を制御し、可変電圧源３１が、増倍率ＭがＭ＝１となるＰＤモードでＡＰＤ１２が動作する第２のバイアス電圧を、ＡＰＤ１２に逆バイアス電圧として印加する。第２のバイアス電圧は、例えば２５Ｖである。そして、電流検出回路３２が、ＡＰＤ１２の逆バイアス電圧が２５Ｖのときの光電流（第２の光電流）を検出し、検出結果をＡＰＤ電流信号としてＡＰＤ温度検出回路３４に出力する（ステップＳ１２）。

次に、ＡＰＤ温度検出回路３４が、ＡＰＤ１２の逆バイアス電圧ＶＲが２５Ｖのときの光電流と、ＡＰＤ１２の逆バイアス電圧が８Ｖのときの光電流との比を計算し、この比に基づいてＡＰＤ１２の温度を検出する（ステップＳ１３）。図３に示されるように、逆バイアス電圧が８Ｖのときの増倍率はほぼ１である。したがって、ＡＰＤ１２の逆バイアス電圧が２５Ｖのときの光電流と、ＡＰＤ１２の逆バイアス電圧が８Ｖのときの光電流との比は、ＡＰＤ１２の逆バイアス電圧が２５Ｖのときの増倍率にほぼ等しい。

ここで、ＡＰＤ温度検出回路３４は、ＡＰＤ１２の温度と、ＡＰＤ１２の増倍率との関係を、例えばＲＯＭ等にデータとして保持している。ＡＰＤ温度検出回路３４は、ＲＯＭに保持されたデータと、逆バイアス電圧が２５Ｖのときと８Ｖのときの光電流の比とを照合し、逆バイアス電圧が２５Ｖのときと８Ｖのときの光電流の比に最も近い増倍率のデータに対応する温度をＲＯＭから読み出すことにより、ＡＰＤ１２の温度を検出することができる。また、前述したように、レーザダイオード１１とＡＰＤ１２とは、互いに近接するように配置されているため、レーザダイオード１１の温度はＡＰＤ１２の温度とほぼ等しい。従って、上記のステップＳ１３により、レーザダイオード１１の温度が検出される。

なお、上記ステップＳ１１及びＳ１３において、レーザダイオード１１は、一定の電流が供給されるようにバイアスされる。これにより、一連のステップの実行の際におけるモニタ光Ｌｍｏｎの強度の変動、並びにレーザダイオード１１及びＡＰＤ１２の温度の変動がほぼないものとみなすことができる。

ステップＳ１３の実行後に、ＡＰＤ温度検出回路３４は、ステップＳ１３で検出されたレーザダイオード１１の温度を表す温度信号を、ＬＤバイアス制御回路２２に出力する。ＬＤバイアス制御回路２２は、ＡＰＤ温度検出回路３４から出力された温度信号に基づいて、レーザダイオード１１の温度に対応する駆動電流をレーザダイオード１１に供給するように、電流源２１を制御する（ステップＳ１４）。

なお、上述したレーザダイオード１１の温度を検出する制御を行うタイミングは、任意のタイミングとすることができる。一例としては、レーザダイオード１１の発光波長をある値に設定した後、最初にＡＰＤ１２によりレーザダイオード１１の温度を検出し、その後、一定のタイミングでＡＰＤ１２によりレーザダイオード１１の温度を検出することを繰り返すようにしてもよい。この場合、基本的には常時ＡＰＤ１２によりレーザダイオード１１のモニタ光Ｌｍｏｎの強度の検出を行いつつ、レーザダイオード１１の温度を検出するタイミングでのみ、ＡＰＤ１２によりレーザダイオード１１のモニタ光Ｌｍｏｎの強度の検出を止めるといった制御を行うことが考えられる。

以上で説明した第１実施形態に係る発光モジュール１０Ａの制御方法によれば、光増倍が行われていない第１の光電流と、光増倍が行われている第２の光電流と、の比をとることにより、ＡＰＤ１２の増倍率Ｍが計算される。このＡＰＤの増倍率Ｍは、温度に強く依存する。したがって、第１の光電流と第２の光電流との比を用いることにより、レーザダイオード１１の温度が検出されることができる。ここで、発光モジュール１０Ａでは、ＡＰＤ１２は、レーザダイオード１１の出力光Ｌｏｕｔの強度を検出するためのデバイスとしても機能する。光出力の強度を検出するためのデバイスは、通常の発光モジュールにも搭載されるものであり、当該デバイスの出力を発光モジュールの外部に引き出すためのリードピンも設けられている。したがって、発光モジュール１０Ａの制御方法によれば、通常の発光モジュールにも設けられているリードピンを用いてレーザダイオード１１の温度を検出することができるため、新たなリードピンを設けることなく発光モジュール１０Ａの内部の温度を検出することができる。

なお、レーザダイオード１１からのモニタ光Ｌｍｏｎの強度をモニタするための一般的なダイオードに順方向の一定の電流を供給し、このときにダイオードに発生する順方向電圧の温度依存性を利用してレーザダイオード１１の温度を検出することも考えられる。しかし、この場合には、上述のダイオードの順方向電圧の温度依存性は小さいため、環境温度や動作温度の大雑把な見積もりは可能であるとしても、例えば、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing、波長分割多重）等の変調方式を用いるためにレーザダイオード１１の発振波長が高い精度で求められる場合には、このような温度検出方法ではレーザダイオード１１の温度及び発振波長を高い精度で制御することはできない。これに対し、本実施形態の発光モジュール１０Ａの制御方法によれば、図３からも分かるように、ＡＰＤ１２の大きな温度依存性を利用してレーザダイオード１１の温度を検出することができるため、レーザダイオード１１の温度を高い精度で制御することができる。

さらに、上記の発光モジュール１０Ａの制御方法では、第１及び第２の光電流のどちらを検出する場合であっても、可変電圧源３１があるバイアス電圧をＡＰＤ１２に供給し、電流検出回路３２がＡＰＤ１２から出力される光電流を検出するという構成は共通である。したがって、第１及び第２の光電流を検出するためのどちらの回路構成も、ＡＰＤに供給する電圧を与える可変電圧出力回路と、ＡＰＤからの光電流を検出する電流検出回路という、実質的に同様な回路構成とすることができる。したがって、上記の発光モジュールの制御方法によれば、簡易な回路構成により発光モジュールの内部の温度を検出することができる。

また、第１の光電流を検出するステップＳ１１及び第２の光電流を検出するステップＳ１２において、レーザダイオード１１は、一定の電流が供給されるようにバイアスされる。このため、第１の光電流を検出するステップと、第２の光電流を検出するステップとの間で、レーザダイオード１１の光出力及び動作温度の変動が実質的にないとみなせる。したがって、第１の光電流と第２の光電流とが、光入力が等しいという条件下で検出されたとみなせる。このため、第１の光電流と第２の光電流との比から、より正確に発光モジュール１０Ａの内部の温度を計算することができる。

（第２実施形態）
図５を参照して、第２実施形態に係る発光モジュールの制御方法について説明する。図５は、第２実施形態に係る光送信器の構成を示す回路図である。

光送受信器１Ｂは、発光モジュール１０Ｂを備える。発光モジュール１０Ｂは、レーザダイオード１１、ＡＰＤ１２及びＥＡ（Electro-Absorption）変調器１３（電界吸収型変調器）を備える。本実施形態の発光モジュール１０Ｂは、外部変調方式に対応している。すなわち、レーザダイオード１１には直流のバイアス電流が供給され、レーザダイオード１１は直流光を出射する。ＥＡ変調器１３は、レーザダイオード１１により出射された直流光を、外部から入力された変調信号に応じて変調して出力光Ｌｏｕｔとし、この出力光Ｌｏｕｔを発光モジュール１０Ｂの外部に出射する。

レーザダイオード１１は、ＥＡ変調器１３とともに光集積素子１４として、一の半導体基板上に一体に集積されている。そして、光集積素子１４とＡＰＤ１２とは、例えば１つのＣＡＮパッケージ内に封入され、互いに近接するように配置されている。したがって、レーザダイオード１１の温度、ＡＰＤ１２の温度及びＥＡ変調器１３の温度は、ほぼ等しいとみなせる。

レーザダイオード１１には、可変電圧源２３が接続されている。可変電圧源２３は、ＬＤバイアス制御回路２２により決定されたバイアス電圧をレーザダイオード１１に供給する。ＬＤバイアス制御回路２２は、後述するＡＰＤ温度検出回路３４から出力された温度信号に応じて、レーザダイオード１１のバイアス電圧を決定する。ＬＤバイアス制御回路２２は、ＡＰＤ温度検出回路３４から出力された温度信号に応じてバイアス電圧を決定し、このバイアス電圧を可変電圧源２３がレーザダイオード１１に供給するように、可変電圧源２３を制御する。

ＥＡ変調器１３には、コイルＬ１及びＬ２を介してバイアス電流源４１が接続されるとともに、コンデンサＣ１及びＣ２を介して交流電圧源４３が接続されている。コイルＬ１及びＬ２は、バイアス電流源４１とＥＡ変調器１３とを直流的に接続するとともに、高周波成分を遮断するための素子である。コンデンサＣ１及びコンデンサＣ２は、交流電圧源４３から出力される電圧の高周波電圧成分をＥＡ変調器１３に印加させるとともに、直流電圧成分を遮断するための素子である。

発光モジュール１０Ｂは、さらにペルチェ素子１５（温度制御素子）を備える。ペルチェ素子１５には、電流源１６が接続されている。電流源１６は、ペルチェ素子制御回路１７により決定された電流をペルチェ素子１５に供給する。ペルチェ素子制御回路１７は、ＡＰＤ温度検出回路３４から出力された温度信号に応じて電流を決定する。ペルチェ素子制御回路１７は、この電流を電流源１６がペルチェ素子１５に供給するように、電流源１６を制御する。

バイアス電流源４１には、ＥＡバイアス制御回路４２が接続されている。ＥＡバイアス制御回路４２は、ＡＰＤ温度検出回路３４から出力された温度信号に応じてＥＡ変調器１３のバイアス電流を決定する。バイアス電流源４１は、ＥＡバイアス制御回路４２により決定されたバイアス電流をＥＡ変調器１３に供給する。

交流電圧源４３には、ＥＡ変調振幅制御回路４４が接続されている。ＥＡ変調振幅制御回路４４は、ＡＰＤ温度検出回路３４から出力された温度信号に応じてＥＡ変調器１３の変調振幅を決定する。交流電圧源４３は、ＥＡ変調振幅制御回路４４により決定された変調振幅の交流電圧をＥＡ変調器１３に供給する。

ＡＰＤ１２、可変電圧源３１、電流検出回路３２、ＡＰＤバイアス制御回路３３及びＡＰＤ温度検出回路３４の各部の構成と、これらの各部の相互間の接続関係は、第１実施形態の発光モジュール１０Ａの場合と概ね同様である。ただし、ＡＰＤ温度検出回路３４は、検出されたＡＰＤ１２の温度を示す温度信号をペルチェ素子制御回路１７、ＬＤバイアス制御回路２２、ＥＡバイアス制御回路４２及びＥＡ変調振幅制御回路４４に出力する点で、発光モジュール１０Ａの場合と異なっている。

図６は、第２実施形態に係る発光モジュール１０Ｂの構成を示す模式図である。前述したように、レーザダイオード１１及びＥＡ変調器１３は、光集積素子１４として、一体に集積されている。この光集積素子と、ＡＰＤ１２とが、ペルチェ素子１５上に搭載されている。この構成により、ペルチェ素子１５は、ペルチェ素子１５上に搭載されたレーザダイオード１１、ＡＰＤ１２及びＥＡ変調器１３の温度を制御する。

第２実施形態に係る発光モジュール１０Ｂの制御方法は、第１実施形態に係る発光モジュール１０Ａの制御方法とほぼ同様である。

さらに、第２実施形態に係る発光モジュール１０Ｂの制御方法では、上述した第１の光電流と第２の光電流との比に基づいて、ペルチェ素子１５の温度を制御する。具体的には、第１実施形態と同様の方法により、第１の光電流と第２の光電流との比に基づいて、ＡＰＤバイアス制御回路３３がＡＰＤ１２の温度を求める。この求められたＡＰＤ１２の温度に基づいて、ペルチェ素子制御回路１７が電流値を決定し、電流源１６がこの決定された電流値の電流をペルチェ素子１５に供給することにより、ペルチェ素子１５の温度を制御する。

以上で説明した第２実施形態に係る発光モジュール１０Ｂの制御方法によっても、第１実施形態に係る発光モジュール１０Ａの制御方法と同様の作用効果が得られる。

さらに、本実施形態のレーザダイオード１１は、ＥＡ変調器１３とともに光集積素子１４として一体に集積されており、光集積素子１４は、ペルチェ素子１５上に搭載されており、第１の光電流と第２の光電流との比に基づいてペルチェ素子１５の温度を制御している。

ＥＡ変調器１３に供給されるバイアス電圧に対する光吸収特性は、温度に対して非常に敏感である。また、ＥＡ変調器１３のバイアス電圧は、精密に制御される必要がある。この点について、図７を参照して説明する。

図７は、ＥＡ変調器１３における波長と吸収係数との関係を示すグラフである。横軸は、光の波長を示す。縦軸は、吸収係数αを示す。曲線α（Ｖ１，Ｔ１），α（Ｖ２，Ｔ１），α（Ｖ１，Ｔ２），α（Ｖ２，Ｔ２）は、それぞれ、バイアス電圧がＶ１で温度がＴ１のときの吸収係数α、バイアス電圧がＶ２で温度がＴ１のときの吸収係数α、バイアス電圧がＶ１で温度がＴ２のときの吸収係数α、バイアス電圧がＶ２で温度がＴ２のときの吸収係数αを示す。

曲線α（Ｖ１，Ｔ１）は、バイアス電圧がＶ１で温度がＴ１のときのバンドギャップエネルギーＥｇに対応する波長λ_Ｅｇ（Ｖ１，Ｔ１）から立ち上がり、短波長側に向かって急激に増加し、さらに短波長側に向かうと、波長の減少に対してゆるやかに増加するような曲線を描く。曲線α（Ｖ２，Ｔ１）は、同様に波長λ_Ｅｇ（Ｖ２，Ｔ１）から立ち上がり、短波長側に向かって急激に増加し、さらに短波長側に向かうと、波長の減少に対してゆるやかに増加するような曲線を描く。曲線α（Ｖ１，Ｔ１）及びα（Ｖ２，Ｔ１）は、波長方向に略平行移動された関係にある。

波長λの位置に破線で示される直線Ｌλに注目すると、曲線α（Ｖ１，Ｔ１）と直線Ｌλとは交差していない。このことは、ＥＡ変調器１３のバイアス電圧をＶ１とすれば、ＥＡ変調器１３は波長λの光をほとんど吸収しないことを示している。また、曲線α（Ｖ２，Ｔ１）と直線Ｌλとは、点（λ，α（Ｖ２，Ｔ１，λ））で交差している。α（Ｖ２，Ｔ１，λ）は、曲線α（Ｖ２，Ｔ１）の最大値に近い。このことは、ＥＡ変調器１３のバイアス電圧をＶ２とすれば、ＥＡ変調器１３は波長λの光をよく吸収することを示している。

したがって、波長λの光については、ＥＡ変調器１３のバイアス電圧をＶ１とＶ２の２通りに切り替えることで、光を小さな変調信号によって効率よく変調することができる。仮に電圧Ｖ１又は電圧Ｖ２が変化すれば、図７に示される波長−吸収係数曲線が波長方向にシフトすることにより、波長λの光の吸収量が過剰となったり不足したりするため、変調を効率よく行うことができなくなる。

ここで、温度がＴ２になると、曲線α（Ｖ１，Ｔ１）及び曲線α（Ｖ２，Ｔ１）は波長軸上において大きくシフトして曲線α（Ｖ１，Ｔ２）及び曲線α（Ｖ２，Ｔ２）にそれぞれ移動する。このように、ＥＡ変調器１３の吸収係数αは、温度に対して敏感に変化する。したがって、温度Ｔ２において波長λの光をうまく変調するには、ＥＡ変調器１３のバイアス電圧を調整することにより、曲線α（Ｖ１，Ｔ２）及び曲線α（Ｖ２，Ｔ２）をそれぞれ曲線α（Ｖ１，Ｔ１）及びα（Ｖ２，Ｔ１）の位置まで移動させる必要がある。

このように、ＥＡ変調器１３のバイアス電圧の設定にあたっては、温度を精密に知ることが重要である。ここで、本実施形態の発光モジュール１０Ｂの制御方法によれば、レーザダイオード１１及びＥＡ変調器１３が同一の光集積素子１４上に一体に集積され、光集積素子１４がペルチェ素子１５上に搭載されている。したがって、ＡＰＤ１２から出力される第１の光電流と第２の光電流との比に基づいて発光モジュール１０Ｂ内部の温度を検出し、検出された温度に応じてペルチェ素子１５によりＥＡ変調器１３の温度を制御することができる。このため、ＥＡ変調器１３の温度を精度よく検出してその温度を制御することができ、ＥＡ変調器１３を小さな変調電圧で効率的に変調することができる。

以上、本発明に係る好適な実施形態について図示し説明してきたが、本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではない。すなわち、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能であることは、当業者によって容易に認識される。

例えば、図４に示されるステップＳ１１とステップＳ１２とを交互に繰り返し、２回のステップＳ１１で検出されたそれぞれの第１の光電流の間の差が一定の閾値を下回った後にステップＳ１３及びステップＳ１４を行うようにしてもよい。これは、例えば、レーザダイオード１１をある波長で発振させ始めた直後など、レーザダイオード１１からのモニタ光Ｌｍｏｎの強度が安定していない場合に特に有効である。

１０Ａ，１０Ｂ…発光モジュール、１１…レーザダイオード、１２…ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）、１３…ＥＡ変調器（電界吸収型変調器）、１４…光集積素子、１５…ペルチェ素子（温度制御素子）。

Claims (3)

1. レーザダイオードと、前記レーザダイオードの光出力の強度を検出するアバランシェフォトダイオードと、を備える発光モジュールの制御方法であって、
   増倍率Ｍが所定値となる第１の動作モードで前記アバランシェフォトダイオードが動作する第１のバイアス電圧を前記アバランシェフォトダイオードに供給し、前記アバランシェフォトダイオードから出力される第１の光電流を検出するステップと、
   前記増倍率Ｍが前記所定値より大きい第２の動作モードで前記アバランシェフォトダイオードが動作する第２のバイアス電圧を前記アバランシェフォトダイオードに供給し、前記アバランシェフォトダイオードから出力される第２の光電流を検出するステップと、
   前記第１の光電流と前記第２の光電流との比に基づいて前記レーザダイオードの温度を検出するステップと、
   前記検出された前記レーザダイオードの温度に対応する駆動電流を前記レーザダイオードに供給するステップと、
   を含む、発光モジュールの制御方法。
2. 前記レーザダイオードは、電界吸収型変調器とともに光集積素子として一体に集積されており、
   前記光集積素子は、温度制御素子上に搭載されており、
   前記第１の光電流と前記第２の光電流との比に基づいて前記温度制御素子の温度を制御する、請求項１に記載の発光モジュールの制御方法。
3. 前記第１の光電流を検出するステップ及び前記第２の光電流を検出するステップにおいて、前記レーザダイオードは、一定の電流が供給されるようにバイアスされる、請求項１又は２に記載の発光モジュールの制御方法。

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