JP6321461B2 - Semiconductor optical device and control method - Google Patents

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Description

本発明は、半導体光装置、及び制御方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor optical device and a control method.

従来、光通信において光信号を送信する半導体光装置は、半導体レーザ素子に高周波で変調された電流を印加することで、変調された光信号を生成する場合がある。また、半導体レーザ素子によりレーザ光を発生させ、変調器によりレーザ光の強度を変調することで、光信号を生成する場合がある。   Conventionally, a semiconductor optical device that transmits an optical signal in optical communication may generate a modulated optical signal by applying a current modulated at a high frequency to a semiconductor laser element. In some cases, laser light is generated by a semiconductor laser element, and the intensity of the laser light is modulated by a modulator to generate an optical signal.

ここで、光信号の消光比(光信号において1を表す光強度と、0を表す光強度との比)は、顧客仕様や国際規格により仕様(許容値、許容範囲)が定められている。また、光信号の平均出力は、光信号の伝送距離等に応じて制御されることが望ましい。   Here, the extinction ratio of the optical signal (ratio between the light intensity representing 1 and the light intensity representing 0 in the optical signal) is determined by customer specifications and international standards (allowable value, allowable range). The average output of the optical signal is preferably controlled according to the transmission distance of the optical signal.

下記特許文献1には、発光素子の端子間電圧のピーク値に応じて、発光素子の駆動電流を制御する発光素子駆動回路が記載されている。   Patent Document 1 listed below discloses a light emitting element driving circuit that controls a driving current of a light emitting element in accordance with a peak value of a voltage between terminals of the light emitting element.

また、特許文献2には、半導体レーザ素子への注入電流とその順方向電圧降下から半導体レーザ素子の温度を演算して、半導体レーザ素子の温度を定値制御する半導体レーザ安定化装置が記載されている。   Patent Document 2 describes a semiconductor laser stabilization device that calculates the temperature of a semiconductor laser element from a current injected into the semiconductor laser element and its forward voltage drop, and controls the temperature of the semiconductor laser element at a constant value. Yes.

特開平10−190118号公報JP-A-10-190118 特開昭62−22494号公報JP 62-22494 A

半導体光装置に含まれる半導体レーザ素子は、駆動温度によってP−I特性(光出力と駆動電流間の関係)が変化するため、温度変化に応じて駆動電流等を制御しなければ、消光比及び平均出力が変動してしまう。図12は、半導体レーザ素子のP−I特性を示す図である。縦軸は半導体レーザ素子の平均出力の大きさを表し、横軸は半導体レーザ素子に供給されるバイアス電流の大きさを表す。曲線Jは、半導体レーザ素子の温度が参照値温度Tadjである場合のP−I特性曲線であり、曲線Kは、半導体レーザ素子の温度が参照値温度Tadjより大きい温度Tの場合におけるP−I特性曲線である。 A semiconductor laser element included in a semiconductor optical device has a PI characteristic (relationship between optical output and drive current) that varies depending on the drive temperature. Therefore, if the drive current is not controlled according to the temperature change, the extinction ratio and Average output fluctuates. FIG. 12 is a diagram showing PI characteristics of the semiconductor laser element. The vertical axis represents the magnitude of the average output of the semiconductor laser element, and the horizontal axis represents the magnitude of the bias current supplied to the semiconductor laser element. A curve J is a PI characteristic curve when the temperature of the semiconductor laser element is the reference value temperature T adj , and a curve K is P when the temperature of the semiconductor laser element is a temperature T higher than the reference value temperature T adj. -I characteristic curve.

曲線Jに注目すると、参照値温度Tadjの場合、半導体レーザ素子の平均出力をPadjに合わせるためには、バイアス電流の大きさをIadjとすべきことがわかる。また、光信号において0を表す光出力をP1とし、1を表す光出力をP2として所望の消光比を実現する場合、半導体レーザ素子に加えるべき変調電流の大きさはImod,adjであることがわかる。一方、曲線Kに注目し、温度T>Tadjの場合に、参照値温度Tadjの場合と変わらない平均出力及び消光比を実現するためには、バイアス電流の大きさをI1>Iadjとし、変調電流の大きさをImod>Imod,adjと調整するべきことがわかる。すなわち、一定の平均出力及び消光比を実現するためには、半導体レーザ素子の温度上昇に伴って、バイアス電流及び変調電流を大きくするように調整しなければならない。 When attention is paid to the curve J, it can be seen that in the case of the reference value temperature T adj , the magnitude of the bias current should be I adj in order to match the average output of the semiconductor laser element to P adj . Further, in the optical signal, when the desired optical extinction ratio is realized by setting the optical output representing 0 as P1 and the optical output representing 1 as P2, the magnitude of the modulation current to be applied to the semiconductor laser element is I mod, adj I understand. On the other hand, paying attention to the curve K, when the temperature T> T adj , in order to realize an average output and extinction ratio that is not different from the case of the reference value temperature T adj , the magnitude of the bias current is I1> I adj. It can be seen that the magnitude of the modulation current should be adjusted as I mod > I mod, adj . That is, in order to realize a constant average output and extinction ratio, it is necessary to adjust so that the bias current and the modulation current increase as the temperature of the semiconductor laser element increases.

図13は、半導体レーザ素子のV−I特性を示す図である。縦軸は半導体レーザ素子の端子間に印加される電圧の直流成分であるバイアス電圧の大きさを表し、横軸は半導体レーザ素子に供給されるバイアス電流の大きさを表す。曲線Lは、半導体レーザ素子の温度が参照値温度Tadjである場合のV−I特性曲線であり、曲線Mは、半導体レーザ素子の温度が参照値温度Tadjより大きい温度Tの場合におけるV−I特性曲線である。 FIG. 13 is a diagram illustrating the VI characteristics of the semiconductor laser element. The vertical axis represents the magnitude of the bias voltage, which is the direct current component of the voltage applied between the terminals of the semiconductor laser element, and the horizontal axis represents the magnitude of the bias current supplied to the semiconductor laser element. A curve L is a VI characteristic curve when the temperature of the semiconductor laser element is the reference value temperature T adj , and a curve M is V V when the temperature of the semiconductor laser element is higher than the reference value temperature T adj. -I characteristic curve.

図12で示すように、参照値温度Tadjの場合に平均出力としてPadjを得るためには、バイアス電流の大きさをIadjとしなければならない。曲線Lに注目すると、その場合の端子間電圧はVadjであることがわかる。一方、温度T>Tadjの場合に、平均出力としてPadjを得るためには、バイアス電流をI1としなければならず、曲線Mに注目すると、その場合の端子間電圧はV1となることがわかる。すなわち、一定の平均出力を得るためには、半導体レーザ素子の温度上昇に伴って、端子間電圧が小さくなるように半導体レーザ素子の駆動条件を調整しなければならない。 As shown in FIG. 12, in order to obtain P adj as the average output in the case of the reference value temperature T adj , the magnitude of the bias current must be I adj . When attention is paid to the curve L, it can be seen that the voltage between the terminals in this case is V adj . On the other hand, in order to obtain P adj as an average output when temperature T> T adj , the bias current must be I1, and when attention is paid to the curve M, the terminal voltage in that case may be V1. Recognize. That is, in order to obtain a constant average output, it is necessary to adjust the driving conditions of the semiconductor laser element so that the inter-terminal voltage decreases as the temperature of the semiconductor laser element increases.

ここで、半導体レーザ素子から出射される光の一部を受光素子で受光し、光信号の消光比及び平均出力を直接モニタすることで、バイアス電流等をフィードバック制御することが考えられる。   Here, a part of the light emitted from the semiconductor laser element is received by the light receiving element, and the extinction ratio and the average output of the optical signal are directly monitored to feedback control the bias current and the like.

しかし、光通信において用いられる光信号は数GHz以上の高周波信号であるから、受光素子等で光信号を受光して、消光比及び平均出力をモニタすることとすると、高周波信号の受信に適した受光素子及び受信回路が必要とされる。そのため、半導体光装置に専用部品を組み込む必要が生じて、コスト等の面で不利となる。   However, since an optical signal used in optical communication is a high-frequency signal of several GHz or more, it is suitable for receiving a high-frequency signal by receiving the optical signal with a light receiving element or the like and monitoring the extinction ratio and average output. A light receiving element and a receiving circuit are required. For this reason, it is necessary to incorporate dedicated parts into the semiconductor optical device, which is disadvantageous in terms of cost and the like.

そこで、本発明は、受光素子を用いることなく、光信号の平均出力を一定に制御し、また、光信号の消光比を一定に制御することができる半導体光装置及び制御方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a semiconductor optical device and a control method capable of controlling the average output of an optical signal to be constant without using a light receiving element, and controlling the extinction ratio of the optical signal to be constant. Objective.

(1)上記課題を解決するために、本発明に係る半導体光装置は、光信号を出力する半導体光素子と、前記半導体光素子にバイアス電流を供給するバイアス電流供給手段と、前記半導体光素子の端子間に印加されるバイアス電圧を測定する電圧測定手段と、前記バイアス電流を測定する電流測定手段と、前記半導体光素子の温度を直接的又は間接的に測定する温度測定手段と、参照値バイアス電圧、参照値バイアス電流、参照値温度、及び参照値αを記憶する記憶手段と、前記光信号の平均出力が一定である場合に成立する、前記電圧測定手段により測定されたバイアス電圧、前記電流測定手段により測定されたバイアス電流、前記温度測定手段により測定された温度、前記参照値バイアス電圧、前記参照値バイアス電流、前記参照値温度、及び前記参照値αの関係を規定する第1の情報に基づいて、前記バイアス電流供給手段を制御するバイアス電流制御手段と、を備えることを特徴とする。   (1) In order to solve the above-described problem, a semiconductor optical device according to the present invention includes a semiconductor optical element that outputs an optical signal, a bias current supply unit that supplies a bias current to the semiconductor optical element, and the semiconductor optical element. A voltage measuring means for measuring a bias voltage applied between the terminals of the semiconductor device, a current measuring means for measuring the bias current, a temperature measuring means for measuring the temperature of the semiconductor optical device directly or indirectly, and a reference value Storage means for storing a bias voltage, a reference value bias current, a reference value temperature, and a reference value α, and a bias voltage measured by the voltage measuring means, which is established when an average output of the optical signal is constant, Bias current measured by current measuring means, temperature measured by temperature measuring means, reference value bias voltage, reference value bias current, reference value temperature, Based on the first information defining a relationship between the fine the reference value alpha, characterized in that it comprises a bias current control means for controlling the bias current supply means.

(2)上記(1)に記載の半導体光装置であって、前記第1の情報は、前記測定された温度を変数とする第1の関数と、前記測定されたバイアス電圧と前記測定されたバイアス電流との比の値である第1の値との等号関係を規定し、前記バイアス電流制御手段は、前記第1の情報に規定される等号関係が満たされるように、前記バイアス電流供給手段を制御することを特徴としてもよい。   (2) In the semiconductor optical device according to (1), the first information includes a first function having the measured temperature as a variable, the measured bias voltage, and the measured An equality relationship with a first value that is a ratio value with respect to the bias current is defined, and the bias current control unit is configured to satisfy the equality relationship defined in the first information. The supply unit may be controlled.

(3)上記(2)に記載の半導体光装置であって、前記第1の関数は、変数である前記測定された温度に関して単調減少関数であることを特徴としてもよい。   (3) In the semiconductor optical device according to (2), the first function may be a monotonically decreasing function with respect to the measured temperature that is a variable.

(4)上記(3)に記載の半導体光装置であって、前記参照値バイアス電圧をVadj、前記参照値バイアス電流をIadj、前記参照値バイアス電圧Vadjと前記参照値バイアス電流Iadjとの比をy=Vadj/Iadj、前記参照値温度をTadj、前記第1の値をx、前記測定された温度をTと表す場合に、前記第1の関数f(T)は、f(T)=y(α(T−Tadj)+1)1/2であり、前記バイアス電流制御手段は、x=f(T)となるように前記バイアス電流供給手段を制御することを特徴してもよい。 (4) In the semiconductor optical device according to (3), the reference value bias voltage is V adj , the reference value bias current is I adj , the reference value bias voltage V adj and the reference value bias current I adj The first function f 1 (T) is expressed as y = V adj / I adj , the reference value temperature is T adj , the first value is x, and the measured temperature is T F 1 (T) = y (α (T−T adj ) +1) 1/2 , and the bias current control means controls the bias current supply means so that x = f 1 (T). You may be characterized by doing.

(5)本発明に係る半導体光装置は、光信号を出力する半導体光素子と、前記半導体光素子にバイアス電流を供給するバイアス電流供給手段と、前記半導体光素子に変調電流を供給する変調電流供給手段と、前記半導体光素子の端子間に印加されるバイアス電圧を測定する電圧測定手段と、前記バイアス電流を測定する電流測定手段と、前記半導体光素子の温度を直接的又は間接的に測定する温度測定手段と、参照値変調電流、参照値バイアス電圧、参照値バイアス電流、参照値温度、及び参照値αを記憶する記憶手段と、前記光信号の消光比が一定である場合に成立する、前記電圧測定手段により測定されたバイアス電圧、前記電流測定手段により測定されたバイアス電流、前記温度測定手段により測定された温度、前記参照値変調電流、前記参照値バイアス電圧、前記参照値バイアス電流、前記参照値温度、及び前記参照値αの関係を規定する第2の情報に基づいて、前記変調電流供給手段を制御する変調電流制御手段と、を備えることを特徴とする。   (5) A semiconductor optical device according to the present invention includes a semiconductor optical element that outputs an optical signal, bias current supply means that supplies a bias current to the semiconductor optical element, and a modulation current that supplies a modulation current to the semiconductor optical element. A supply means; a voltage measuring means for measuring a bias voltage applied between the terminals of the semiconductor optical element; a current measuring means for measuring the bias current; and a temperature of the semiconductor optical element is measured directly or indirectly. This is established when the temperature measurement means for storing, the storage means for storing the reference value modulation current, the reference value bias voltage, the reference value bias current, the reference value temperature, and the reference value α, and the extinction ratio of the optical signal are constant. , The bias voltage measured by the voltage measuring means, the bias current measured by the current measuring means, the temperature measured by the temperature measuring means, the reference value modulation current, Modulation current control means for controlling the modulation current supply means based on second information defining the relationship between the reference value bias voltage, the reference value bias current, the reference value temperature, and the reference value α, It is characterized by providing.

(6)上記(5)に記載の半導体光装置であって、前記第2の情報は、前記測定されたバイアス電圧と前記測定されたバイアス電流との比の値である第1の値、及び前記測定された温度を変数とする第2の関数と、前記変調電流供給手段により供給される変調電流との等号関係を規定し、前記変調電流制御手段は、前記第2の情報に規定される等号関係が満たされるように、前記変調電流供給手段を制御することを特徴してもよい。   (6) In the semiconductor optical device according to (5), the second information is a first value that is a value of a ratio between the measured bias voltage and the measured bias current, and An equality relationship between the second function having the measured temperature as a variable and the modulation current supplied by the modulation current supply unit is defined, and the modulation current control unit is defined by the second information. The modulation current supply means may be controlled so that the equality relationship is satisfied.

(7)上記(6)に記載の半導体光装置であって、前記第2の関数は、変数である前記測定された温度に関して単調増加関数であることを特徴としてもよい。   (7) In the semiconductor optical device according to (6), the second function may be a monotonically increasing function with respect to the measured temperature that is a variable.

(8)上記(7)に記載の半導体光装置であって、前記参照値バイアス電圧をVadj、前記参照値バイアス電流をIadj、前記参照値バイアス電圧Vadjと前記参照値バイアス電流Iadjとの比をy=Vadj/Iadj、前記参照値温度をTadj、前記参照値変調電流をImod,adj、前記第1の値をx、前記測定された温度をT、前記変調電流供給手段により供給される変調電流をImodと表す場合に、前記第2の関数f(x、T)は、f(x、T)=(α(T−Tadj)+1)−1/2(log(x)/x)((y(α(T−Tadj)+1)/log(y(α(T−Tadj)+1)))であり、前記変調電流制御手段は、Imod=Imod,adj(x、T)となるように前記変調電流供給手段を制御することを特徴としてもよい。 (8) The semiconductor optical device according to (7), wherein the reference value bias voltage is V adj , the reference value bias current is I adj , the reference value bias voltage V adj and the reference value bias current I adj Is the ratio y = V adj / I adj , the reference value temperature is T adj , the reference value modulation current is I mod, adj , the first value is x, the measured temperature is T, and the modulation current When the modulation current supplied by the supply means is expressed as I mod , the second function f 2 (x, T) is f 2 (x, T) = (α (T−T adj ) +1) −1. / 2 (log (x 2 ) / x 2 ) ((y 2 (α (T−T adj ) +1) / log (y 2 (α (T−T adj ) +1))), and the modulation current control means, I mod = I mod, adj f 2 (x, T) and It may be characterized in that for controlling the modulation current supply means so that.

(9)上記(1)乃至(8)のいずれか一項に記載の半導体光装置であって、前記記憶部は、参照値平均出力をさらに記憶し、前記測定されたバイアス電圧、前記測定されたバイアス電流、前記測定された温度、前記参照値バイアス電圧、前記参照値バイアス電流、前記参照値温度、前記参照値α、及び前記参照値平均出力の関係を規定する第3の情報に基づいて、前記光信号の平均出力を算出する平均出力算出手段をさらに備えることを特徴としてもよい。   (9) The semiconductor optical device according to any one of (1) to (8), wherein the storage unit further stores a reference value average output, the measured bias voltage, and the measured Based on third information defining the relationship among the measured bias current, the measured temperature, the reference value bias voltage, the reference value bias current, the reference value temperature, the reference value α, and the reference value average output. Further, an average output calculating means for calculating an average output of the optical signal may be further provided.

(10)上記(9)に記載の半導体光装置であって、前記第3の情報は、前記測定されたバイアス電圧と前記測定されたバイアス電流との比の値である第1の値、及び前記測定された温度を変数とする第3の関数と、前記光信号の平均出力との等号関係を規定し、前記平均出力算出手段は、前記第3の情報に規定される等号関係により、前記光信号の平均出力を算出することを特徴としてもよい。   (10) In the semiconductor optical device according to (9), the third information includes a first value that is a value of a ratio between the measured bias voltage and the measured bias current, and An equality relationship between a third function having the measured temperature as a variable and an average output of the optical signal is defined, and the average output calculation means is based on an equality relationship defined in the third information. The average output of the optical signal may be calculated.

(11)上記(10)に記載の半導体光装置であって、前記第3の情報に規定される等号関係は、前記測定されたバイアス電流の値が大きくなるに従って、前記半導体光素子のP−I特性に近づくことを特徴としてもよい。   (11) In the semiconductor optical device according to the above (10), the equality relationship defined in the third information indicates that the value of the measured bias current increases as the measured bias current increases. It may be characterized by approaching -I characteristics.

(12)上記(10)又は(11)に記載の半導体光装置であって、前記参照値バイアス電圧をVadj、前記参照値バイアス電流をIadj、前記参照値温度をTadj、前記参照値平均出力をPadj、前記参照値バイアス電圧と前記参照値バイアス電流との比をy=Vadj/Iadj、前記第1の値をx、前記測定された温度をT、前記光信号の平均出力をPと表す場合に、前記第3の関数f(x、T)は、f(x、T)=(log(x)/x)((y(α(T−Tadj)+1)/log(y(α(T−Tadj)+1)))であり、前記平均出力算出手段は、P=Padj(x、T)により前記光信号の平均出力を算出することを特徴としてもよい。 (12) The semiconductor optical device according to (10) or (11), wherein the reference value bias voltage is V adj , the reference value bias current is I adj , the reference value temperature is T adj , and the reference value The average output is P adj , the ratio of the reference value bias voltage to the reference value bias current is y = V adj / I adj , the first value is x, the measured temperature is T, and the average of the optical signal When the output is expressed as P, the third function f 3 (x, T) is f 3 (x, T) = (log (x 2 ) / x 2 ) ((y 2 (α (T−T adj ) +1) / log (y 2 (α (T−T adj ) +1))), and the average output calculation means calculates the average output of the optical signal by P = P adj f 3 (x, T). It is good also as calculating.

(13)本発明に係る半導体光装置は、光信号を出力する半導体光素子と、前記半導体光素子にバイアス電流を供給するバイアス電流供給手段と、前記半導体光素子に変調電流を供給する変調電流供給手段と、前記半導体光素子の端子間に印加されるバイアス電圧を測定する電圧測定手段と、前記バイアス電流を測定する電流測定手段と、前記半導体光素子の温度を直接的又は間接的に測定する温度測定手段と、参照値バイアス電圧、参照値バイアス電流、参照値温度、参照値α、及び参照値変調電流を記憶する記憶手段と、前記光信号の平均出力が一定である場合に成立する、前記電圧測定手段により測定されたバイアス電圧、前記電流測定手段により測定されたバイアス電流、前記温度測定手段により測定された温度、前記参照値バイアス電圧、前記参照値バイアス電流、前記参照値温度、及び前記参照値αの関係を規定する第1の情報に基づいて、前記バイアス電流供給手段を制御するバイアス電流制御手段と、前記光信号の消光比が一定である場合に成立する、前記電圧測定手段により測定されたバイアス電圧、前記電流測定手段により測定されたバイアス電流、前記温度測定手段により測定された温度、前記参照値変調電流、前記参照値バイアス電圧、前記参照値バイアス電流、前記参照値温度、及び前記参照値αの関係を規定する第2の情報に基づいて、前記変調電流供給手段を制御する変調電流制御手段と、を備えることを特徴とする。   (13) A semiconductor optical device according to the present invention includes a semiconductor optical element that outputs an optical signal, bias current supply means that supplies a bias current to the semiconductor optical element, and a modulation current that supplies a modulation current to the semiconductor optical element. A supply means; a voltage measuring means for measuring a bias voltage applied between the terminals of the semiconductor optical element; a current measuring means for measuring the bias current; and a temperature of the semiconductor optical element is measured directly or indirectly. This is established when the temperature measurement means for storing, the storage means for storing the reference value bias voltage, the reference value bias current, the reference value temperature, the reference value α, and the reference value modulation current, and the average output of the optical signal are constant. The bias voltage measured by the voltage measuring means, the bias current measured by the current measuring means, the temperature measured by the temperature measuring means, the reference value via Bias current control means for controlling the bias current supply means based on the first information defining the relationship between the voltage, the reference value bias current, the reference value temperature, and the reference value α; and quenching of the optical signal The bias voltage measured by the voltage measuring unit, the bias current measured by the current measuring unit, the temperature measured by the temperature measuring unit, the reference value modulation current, and the reference, which are established when the ratio is constant Modulation current control means for controlling the modulation current supply means based on second information defining the relationship between the value bias voltage, the reference value bias current, the reference value temperature, and the reference value α. It is characterized by.

(14)本発明に係る制御方法は、光信号を出力する半導体光素子の端子間に印加されるバイアス電圧を測定する電圧測定工程と、前記半導体光素子に供給されるバイアス電流を測定する電流測定工程と、前記半導体光素子に変調電流を供給する変調電流供給工程と、前記半導体光素子の温度を直接的又は間接的に測定する温度測定工程と、前記光信号の平均出力が一定である場合に成立する、測定されたバイアス電圧、測定されたバイアス電流、測定された温度、参照値バイアス電圧、参照値バイアス電流、参照値温度、及び参照値αの関係を規定する第1の情報に基づいて、前記バイアス電流を制御するバイアス電流制御工程と、前記光信号の消光比が一定である場合に成立する、前記測定されたバイアス電圧、前記測定されたバイアス電流、前記測定された温度、参照値変調電流、前記参照値バイアス電圧、前記参照値バイアス電流、前記参照値温度、及び前記参照値αの関係を規定する第2の情報に基づいて、前記変調電流を制御する変調電流制御工程と、を備えることを特徴とする。   (14) A control method according to the present invention includes a voltage measuring step for measuring a bias voltage applied between terminals of a semiconductor optical device that outputs an optical signal, and a current for measuring a bias current supplied to the semiconductor optical device. A measurement step, a modulation current supply step for supplying a modulation current to the semiconductor optical device, a temperature measurement step for measuring the temperature of the semiconductor optical device directly or indirectly, and an average output of the optical signal is constant The first information that defines the relationship between the measured bias voltage, the measured bias current, the measured temperature, the reference value bias voltage, the reference value bias current, the reference value temperature, and the reference value α, And a bias current control step for controlling the bias current, and the measured bias voltage and the measured bias that are established when the extinction ratio of the optical signal is constant. The modulation based on the second information defining the relationship of the current, the measured temperature, the reference value modulation current, the reference value bias voltage, the reference value bias current, the reference value temperature, and the reference value α And a modulation current control step for controlling the current.

本発明により、受光素子を用いることなく、光信号の平均出力を一定に制御し、また、光信号の消光比を一定に制御することができる半導体光装置及び制御方法が提供される。   According to the present invention, there is provided a semiconductor optical device and a control method capable of controlling the average output of an optical signal to be constant and also controlling the extinction ratio of the optical signal to be constant without using a light receiving element.

本発明の第1の実施形態に係る半導体光装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a semiconductor optical device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体光装置の駆動時に行われる制御工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control process performed at the time of the drive of the semiconductor optical device concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体光装置の製造時に行われる参照値決定工程を示す第1のフローチャートである。It is a 1st flowchart which shows the reference value determination process performed at the time of manufacture of the semiconductor optical device concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体光装置の製造時に行われる参照値決定工程を示す第2のフローチャートである。It is a 2nd flowchart which shows the reference value determination process performed at the time of manufacture of the semiconductor optical device concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体光装置の製造時に行われる参照値決定工程を示す第3のフローチャートである。It is a 3rd flowchart which shows the reference value determination process performed at the time of manufacture of the semiconductor optical device concerning the 1st Embodiment of this invention. 第2の情報に規定される関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship prescribed | regulated by 2nd information. 異なる平均出力の場合における、第2の情報に規定される関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship prescribed | regulated by 2nd information in the case of a different average output. 第3の情報に規定される関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship prescribed | regulated by 3rd information. 第3の情報に規定される関係である数式(1)が成立する範囲を示す図である。It is a figure which shows the range where numerical formula (1) which is the relationship prescribed | regulated by 3rd information is materialized. 第1の情報に規定される関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship prescribed | regulated by 1st information. 本発明の第2の実施形態に係る半導体光装置の構成図である。It is a block diagram of the semiconductor optical device concerning the 2nd Embodiment of this invention. 半導体レーザ素子のP−I特性を示す図である。It is a figure which shows the PI characteristic of a semiconductor laser element. 半導体レーザ素子のV−I特性を示す図である。It is a figure which shows the VI characteristic of a semiconductor laser element.

以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described specifically and in detail based on the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted.

[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体光装置1の構成図である。本実施形態に係る半導体光装置1は、駆動回路(driver circuit)2と、光送信モジュール3と、マイクロコンピュータ(microcomputer)4と、バイアス電流源5と、電圧測定部6と、電流測定部7とを備える。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a configuration diagram of a semiconductor optical device 1 according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor optical device 1 according to this embodiment includes a driver circuit 2, an optical transmission module 3, a microcomputer 4, a bias current source 5, a voltage measurement unit 6, and a current measurement unit 7. With.

駆動回路2は、変調電流源20と、変調電流源20に並列に接続される2つのトランジスタを含む。2つのトランジスタのゲート電極には、外部から信号P及び信号Nがそれぞれ入力され、駆動回路2は、光送信モジュール3に対して変調信号を出力する。   The drive circuit 2 includes a modulation current source 20 and two transistors connected to the modulation current source 20 in parallel. Signals P and N are input to the gate electrodes of the two transistors from the outside, respectively, and the drive circuit 2 outputs a modulation signal to the optical transmission module 3.

光送信モジュール3は、半導体光素子30を含む光送信サブアセンブリ(TOSA: Transmitter Optical Sub-Assembly)である。本実施形態において、半導体光素子30は半導体レーザ素子であり、特定の波長のレーザ光を出射するDFBレーザであってよい。半導体光素子30には、駆動回路2から入力される変調信号に応じて変調された電流が供給され、半導体光素子30は光信号を出力する。ここで、変調電流源20が供給する電流の大きさに応じて、半導体光素子30から出射される光の最高出力と最低出力の差が定められることとなる。すなわち、変調電流源20を制御することにより、半導体光素子30から出力される光信号の消光比が制御される。   The optical transmission module 3 is an optical transmission sub-assembly (TOSA) including the semiconductor optical element 30. In the present embodiment, the semiconductor optical device 30 is a semiconductor laser device, and may be a DFB laser that emits laser light having a specific wavelength. The semiconductor optical device 30 is supplied with a current modulated in accordance with the modulation signal input from the drive circuit 2, and the semiconductor optical device 30 outputs an optical signal. Here, the difference between the maximum output and the minimum output of the light emitted from the semiconductor optical device 30 is determined according to the magnitude of the current supplied from the modulation current source 20. That is, by controlling the modulation current source 20, the extinction ratio of the optical signal output from the semiconductor optical device 30 is controlled.

マイクロコンピュータ4は、記憶部(storage unit)40と、温度計(thermometer)42と、制御部(control unit)44とを含む。また、制御部44は、平均出力算出部(Average Output Calculator)440と、変調電流制御部(Modulation Current Controller)442と、バイアス電流制御部(Bias Current Controller)444とを含む。   The microcomputer 4 includes a storage unit 40, a thermometer 42, and a control unit 44. The controller 44 includes an average output calculator 440, a modulation current controller 442, and a bias current controller 444.

記憶部40は、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)を含む。記憶部40は、制御部44が実行するプログラムを格納するとともに、制御部44のワークメモリとしても機能する。なお、記憶部40に格納される制御部44が実行するプログラムは、電気通信回線を介して提供されるものであってもよいし、半導体記憶素子等のコンピュータで読み取り可能な情報記憶媒体に格納されて提供されるものであってもよい。記憶部40に記憶される情報については、後に詳細に説明する。   The storage unit 40 includes, for example, a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory). The storage unit 40 stores a program executed by the control unit 44 and also functions as a work memory for the control unit 44. Note that the program executed by the control unit 44 stored in the storage unit 40 may be provided via an electric communication line or stored in a computer-readable information storage medium such as a semiconductor storage element. And may be provided. Information stored in the storage unit 40 will be described in detail later.

温度計42は、マイクロコンピュータ4に内蔵された温度計であり、例えばサーミスタである。本実施形態では、温度計42によりマイクロコンピュータ4の温度を測定し、測定値を制御部44に送信し、半導体光素子30の温度を間接的に測定する。光送信モジュール3とマイクロコンピュータ4が物理的に離れて設置される場合、温度計42の検出する温度は、必ずしも半導体光素子30の温度とはならないが、温度計42の検出する温度と半導体光素子30の温度との間には相関関係があるため、温度計42で検出された温度により、間接的に半導体光素子30の温度を測定することができる。もしくは温度計42で検出された温度を、予め定められた方法により制御部44で読み変えた値を用いても良い。もっとも、温度計42をマイクロコンピュータ4と別体で備えることとして、半導体光素子30の温度を直接測定することとしてもよい。以後、特記なき場合は、本願明細書にて「温度計42により測定される半導体光素子30の温度」とは、温度計42で検出された半導体光素子30の温度そのものであると規定した場合、温度計42で検出された温度を読み変えた値とした場合、又は半導体光素子30の温度を直接測定した場合等を示すものとする。   The thermometer 42 is a thermometer built in the microcomputer 4 and is, for example, a thermistor. In the present embodiment, the temperature of the microcomputer 4 is measured by the thermometer 42, the measured value is transmitted to the control unit 44, and the temperature of the semiconductor optical element 30 is indirectly measured. When the optical transmission module 3 and the microcomputer 4 are installed physically apart from each other, the temperature detected by the thermometer 42 is not necessarily the temperature of the semiconductor optical element 30, but the temperature detected by the thermometer 42 and the semiconductor light Since there is a correlation with the temperature of the element 30, the temperature of the semiconductor optical element 30 can be indirectly measured based on the temperature detected by the thermometer 42. Alternatively, a value obtained by replacing the temperature detected by the thermometer 42 with the control unit 44 by a predetermined method may be used. However, the temperature of the semiconductor optical device 30 may be directly measured by providing the thermometer 42 separately from the microcomputer 4. Hereinafter, unless otherwise specified, in this specification, “the temperature of the semiconductor optical device 30 measured by the thermometer 42” is defined as the temperature of the semiconductor optical device 30 detected by the thermometer 42 itself. When the temperature detected by the thermometer 42 is changed to a read value, or when the temperature of the semiconductor optical device 30 is directly measured, the case is shown.

制御部44は、例えばCPU(Central Processing Unit)を含んでおり、記憶部40に格納されるプログラムを実行することにより、平均出力算出部440により半導体光素子30から出力される光信号の平均出力を算出し、変調電流制御部442により変調電流源20を制御し、バイアス電流制御部444によりバイアス電流源5を制御する。制御部44の行う制御については、後に詳細に説明する。平均出力算出部440により算出された値は、外部に信号Outとして出力される。信号Outの示す値は、液晶表示装置等の表示部に出力されることとしてもよい。   The control unit 44 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), and by executing a program stored in the storage unit 40, the average output of the optical signal output from the semiconductor optical device 30 by the average output calculation unit 440 , The modulation current control unit 442 controls the modulation current source 20, and the bias current control unit 444 controls the bias current source 5. The control performed by the control unit 44 will be described in detail later. The value calculated by the average output calculation unit 440 is output to the outside as a signal Out. The value indicated by the signal Out may be output to a display unit such as a liquid crystal display device.

バイアス電流源5は、光送信モジュール3に直流のバイアス電流を供給する。バイアス電流源5によって供給されるバイアス電流は、半導体光素子30から出力される光信号の平均出力を定める。バイアス電流源5は、バイアス電流制御部444によって制御される。   The bias current source 5 supplies a direct-current bias current to the optical transmission module 3. The bias current supplied by the bias current source 5 determines the average output of the optical signal output from the semiconductor optical device 30. The bias current source 5 is controlled by the bias current control unit 444.

電圧測定部6は、オペアンプ60、抵抗R、コンデンサC、及び第1の電圧計62を含む。オペアンプ60には、半導体光素子30の電極間電圧が入力され、規定の増幅率で増幅され出力される。本実施形態では、オペアンプ60による電圧増幅率はnであり、当該増幅率は記憶部40に記憶されているものとする。抵抗R及びコンデンサCは、ローパスフィルタとして機能する。半導体光素子30には、駆動回路2によって高周波で変調された電流が供給されるため、半導体光素子30の電極間電圧は高周波成分を有する。抵抗R及びコンデンサCによって、そのような高周波成分が除去され、第1の電圧計62では、半導体光素子30の端子間に印加される電圧のうち直流成分(以下、バイアス電圧という。)が測定される。測定された電圧の値は、マイクロコンピュータ4の制御部44に送信される。制御部44では、第1の電圧計62より受信した値をnで割ることによって、半導体光素子30の端子間に印加されているバイアス電圧を算出する。 The voltage measurement unit 6 includes an operational amplifier 60, a resistor R 2 , a capacitor C 2 , and a first voltmeter 62. The operational amplifier 60 receives the voltage between the electrodes of the semiconductor optical device 30, and is amplified and output with a specified amplification factor. In the present embodiment, the voltage amplification factor by the operational amplifier 60 is n, and the amplification factor is stored in the storage unit 40. Resistor R 2 and capacitor C 2 functions as a low-pass filter. Since the semiconductor optical device 30 is supplied with a current modulated at a high frequency by the drive circuit 2, the interelectrode voltage of the semiconductor optical device 30 has a high frequency component. Such a high frequency component is removed by the resistor R 2 and the capacitor C 2 , and in the first voltmeter 62, a direct current component (hereinafter referred to as a bias voltage) among voltages applied between the terminals of the semiconductor optical device 30. Is measured. The measured voltage value is transmitted to the control unit 44 of the microcomputer 4. The control unit 44 calculates the bias voltage applied between the terminals of the semiconductor optical device 30 by dividing the value received from the first voltmeter 62 by n.

電流測定部7は、抵抗R、抵抗R、コンデンサC、及び第2の電圧計70を含む。抵抗Rは、バイアス電流源5とグランドとの間に設けられた抵抗体であり、バイアス電流源5により直流電流Iが供給される場合、抵抗Rの端子間電圧はRIとなる。ここで、抵抗Rの抵抗値は、記憶部40に記憶されているものとする。抵抗R及びコンデンサCで形成されるローパスフィルタは、電圧の高周波成分を除去する。第2の電圧計70は、抵抗R及びコンデンサCで形成されるローパスフィルタを通過した電圧を測定し、制御部44に送信する。制御部44では、第2の電圧計70より受信した値をRで割ることにより、半導体光素子30に供給されているバイアス電流Iの値を算出する。なお、バイアス電流源5及び電流測定部7が、例えば駆動回路2に内蔵されている(駆動回路2がバイアス電流源及び電流測定部としての機能を備えている)場合もある。その場合には、駆動回路2の備える電流測定部により、駆動回路2の備えるバイアス電流源が出力するバイアス電流の値を測定し、駆動回路2からマイクロコンピュータ4に出力されたバイアス電流値を測定値として用いても構わない。 The current measurement unit 7 includes a resistor R i , a resistor R 1 , a capacitor C 1 , and a second voltmeter 70. The resistor R i is a resistor provided between the bias current source 5 and the ground. When the DC current I is supplied from the bias current source 5, the voltage between the terminals of the resistor R i is R i I. . Here, it is assumed that the resistance value of the resistor R i is stored in the storage unit 40. The low pass filter formed by the resistor R 1 and the capacitor C 1 removes the high frequency component of the voltage. The second voltmeter 70 measures the voltage that has passed through the low-pass filter formed by the resistor R 1 and the capacitor C 1 and transmits it to the control unit 44. The control unit 44, the value received from the second voltmeter 70 by dividing by R i, and calculates the value of the bias current I is supplied to the semiconductor optical device 30. In some cases, the bias current source 5 and the current measurement unit 7 are built in, for example, the drive circuit 2 (the drive circuit 2 has functions as a bias current source and a current measurement unit). In that case, the current measurement unit provided in the drive circuit 2 measures the value of the bias current output from the bias current source provided in the drive circuit 2, and measures the bias current value output from the drive circuit 2 to the microcomputer 4. It may be used as a value.

なお、本実施形態において、光送信モジュール3の半導体光素子30には、順方向電流が供給される。半導体光素子30には、バイアス電流源5及び駆動回路2によって高周波で変調された電流が供給されるものの、逆方向電流が供給されることは無いものとする。半導体光素子30の端子間に印加される電圧についても、順方向電圧が印加されることとし、逆方向電圧が印加されることは無いものとする。   In the present embodiment, a forward current is supplied to the semiconductor optical device 30 of the optical transmission module 3. The semiconductor optical element 30 is supplied with a current modulated at a high frequency by the bias current source 5 and the drive circuit 2 but is not supplied with a reverse current. As for the voltage applied between the terminals of the semiconductor optical device 30, a forward voltage is applied and no reverse voltage is applied.

図2は、本発明の第1の実施形態に係る半導体光装置1の駆動時に行われる制御工程を示すフローチャートである。半導体光素子1の駆動に先立って、記憶部40には、半導体光素子30により出力される光信号の平均出力が一定である場合に成立する、半導体光素子30の端子間に印加されるバイアス電圧、半導体光素子30に供給されるバイアス電流、温度計42により測定される半導体光素子30の温度、及び参照値の関係を規定する第1の情報が記憶されているものとする。また、記憶部40には、半導体光素子30により出力される光信号の消光比が一定である場合に成立する、変調電流源20により供給される変調電流、半導体光素子30の端子間に印加されるバイアス電圧、半導体光素子30に供給されるバイアス電流、温度計42により測定される半導体光素子30の温度、及び参照値の関係を規定する第2の情報が記憶されているものとする。さらに、記憶部40には、半導体光素子30により出力される光信号の平均出力、半導体光素子30の端子間に印加されるバイアス電圧、半導体光素子30に供給されるバイアス電流、温度計42により測定される半導体光素子30の温度、及び参照値の関係を規定する第3の情報が記憶されているものとする。   FIG. 2 is a flowchart showing a control process performed when the semiconductor optical device 1 according to the first embodiment of the present invention is driven. Prior to driving the semiconductor optical device 1, a bias applied between the terminals of the semiconductor optical device 30 is established in the storage unit 40 when the average output of the optical signal output from the semiconductor optical device 30 is constant. It is assumed that first information that defines the relationship among the voltage, the bias current supplied to the semiconductor optical device 30, the temperature of the semiconductor optical device 30 measured by the thermometer 42, and the reference value is stored. Further, the storage unit 40 applies the modulation current supplied from the modulation current source 20 between the terminals of the semiconductor optical element 30 that is established when the extinction ratio of the optical signal output from the semiconductor optical element 30 is constant. The second information defining the relationship between the bias voltage to be applied, the bias current supplied to the semiconductor optical device 30, the temperature of the semiconductor optical device 30 measured by the thermometer 42, and the reference value is stored. . Further, the storage unit 40 includes an average output of the optical signal output from the semiconductor optical element 30, a bias voltage applied between the terminals of the semiconductor optical element 30, a bias current supplied to the semiconductor optical element 30, and a thermometer 42. It is assumed that the third information defining the relationship between the temperature of the semiconductor optical device 30 measured by the above and the reference value is stored.

半導体光素子1の駆動時に行われる制御工程は、バイアス電流、バイアス電圧、及び温度の測定から始まる(S10)。ここで、バイアス電流は、バイアス電流源5により半導体光素子30に供給される電流であり、電流測定部7及び制御部44により測定される。バイアス電圧は、半導体光素子30の端子間に印加される電圧のうち直流成分であり、電圧測定部6及び制御部44により測定される。また、温度は、半導体光素子30の温度であり、温度計42及び制御部44により測定される。   A control process performed when the semiconductor optical device 1 is driven starts with measurement of a bias current, a bias voltage, and a temperature (S10). Here, the bias current is a current supplied to the semiconductor optical device 30 from the bias current source 5 and is measured by the current measuring unit 7 and the control unit 44. The bias voltage is a direct current component of the voltage applied between the terminals of the semiconductor optical device 30 and is measured by the voltage measurement unit 6 and the control unit 44. The temperature is the temperature of the semiconductor optical device 30 and is measured by the thermometer 42 and the control unit 44.

次に、制御部44の変調電流制御部442は、第2の情報に基づいて変調電流を制御する(S11)。より詳しくは、変調電流制御部442は、光信号の消光比が一定である場合に成立する、測定されたバイアス電圧、測定されたバイアス電流、測定された温度、及び参照値の関係を規定する第2の情報に基づいて、変調電流源20を制御する。変調電流制御部442は、測定されたバイアス電圧、測定されたバイアス電流、測定された温度を入力として、光信号の消光比が一定となる場合に成立する第2の情報に基づいて、変調電流源20を制御する。   Next, the modulation current control unit 442 of the control unit 44 controls the modulation current based on the second information (S11). More specifically, the modulation current control unit 442 defines the relationship between the measured bias voltage, the measured bias current, the measured temperature, and the reference value that is established when the extinction ratio of the optical signal is constant. The modulation current source 20 is controlled based on the second information. The modulation current control unit 442 receives the measured bias voltage, the measured bias current, and the measured temperature as inputs, based on the second information that is established when the extinction ratio of the optical signal is constant. The source 20 is controlled.

また、制御部44の平均出力算出部440は、第3の情報に基づいて平均出力を算出する(S12)。より詳しくは、平均出力算出部440は、測定されたバイアス電圧、測定されたバイアス電流、測定された温度、及び前記第3の情報に基づいて、光信号の平均出力を算出する。平均出力算出部440は、算出した値を外部に信号Outとして出力する。   Moreover, the average output calculation part 440 of the control part 44 calculates an average output based on 3rd information (S12). More specifically, the average output calculation unit 440 calculates the average output of the optical signal based on the measured bias voltage, the measured bias current, the measured temperature, and the third information. The average output calculation unit 440 outputs the calculated value to the outside as a signal Out.

制御部44のバイアス電流制御部444は、測定されたバイアス電圧、バイアス電流、及び温度が、第1の情報により規定される関係を満たすか否かを判定する(S13)。バイアス電流制御部444は、測定されたバイアス電圧、測定されたバイアス電流、及び測定された温度を入力として、それらの値が、光信号の平均出力が一定である場合に成立する第1の情報に規定される関係を満たすか否かを判定する。   The bias current control unit 444 of the control unit 44 determines whether or not the measured bias voltage, bias current, and temperature satisfy the relationship defined by the first information (S13). The bias current control unit 444 receives the measured bias voltage, the measured bias current, and the measured temperature as inputs, and these values are first information that is established when the average output of the optical signal is constant. It is determined whether or not the relationship specified in the above is satisfied.

バイアス電流制御部444により、測定されたバイアス電圧、測定されたバイアス電流、及び測定された温度は、第1の情報に規定される関係を満たさないと判定された場合(S13においてNOの場合)、バイアス電流制御部444はバイアス電流を補正する(S14)。すなわち、バイアス電流制御部444は、半導体光素子30から出力される光信号の平均出力が一定となるように、バイアス電流源5を制御する。   When the bias current control unit 444 determines that the measured bias voltage, the measured bias current, and the measured temperature do not satisfy the relationship defined in the first information (in the case of NO in S13) The bias current control unit 444 corrects the bias current (S14). That is, the bias current control unit 444 controls the bias current source 5 so that the average output of the optical signal output from the semiconductor optical device 30 is constant.

バイアス電流制御部444によりバイアス電流が補正されると、バイアス電流と、半導体光素子30の端子間に印加されるバイアス電圧とが変化するため、変調電流制御部442により行った変調電流源20の制御(S11)、及び平均出力算出部440により行った光信号の平均出力の算出(S12)の前提が変化する。そのため、バイアス電流補正(S14)の後、バイアス電流、バイアス電圧、温度を測定する工程(S10)に戻り、S10乃至13の工程を再度行う。そして、バイアス電流制御部444により、測定されたバイアス電圧、測定されたバイアス電流、及び測定された温度が、第1の情報に規定される関係を満たすと判定されるまで(S13においてYESと判定されるまで)、S10乃至14の工程を繰り返す。   When the bias current is corrected by the bias current control unit 444, the bias current and the bias voltage applied between the terminals of the semiconductor optical device 30 change, so that the modulation current source 20 of the modulation current source 20 performed by the modulation current control unit 442 changes. The premise of the control (S11) and the calculation (S12) of the average output of the optical signal performed by the average output calculation unit 440 changes. Therefore, after the bias current correction (S14), the process returns to the step (S10) of measuring the bias current, bias voltage, and temperature, and the steps S10 to S13 are performed again. Until the bias current control unit 444 determines that the measured bias voltage, the measured bias current, and the measured temperature satisfy the relationship defined in the first information (determined as YES in S13). Steps S10 to S14 are repeated.

バイアス電流制御部444により、測定されたバイアス電圧、測定されたバイアス電流、及び測定された温度は、第1の情報に規定される関係を満たすと判定された場合(S13においてYESの場合)、制御工程は終了する。   When the bias current control unit 444 determines that the measured bias voltage, the measured bias current, and the measured temperature satisfy the relationship defined in the first information (in the case of YES in S13), The control process ends.

このように、本実施形態では、半導体光素子30の端子間に印加されるバイアス電圧、半導体光素子30に供給されるバイアス電流、及び半導体光素子30の温度を測定し、記憶部40に記憶された情報に基づいて、半導体光素子30から出力される光信号の平均出力を一定とするようなバイアス電流源5の制御、半導体光素子30から出力される光信号の消光比を一定とするような変調電流源20の制御、及び半導体光素子30から出力される光信号の平均出力のモニタを行うことができる。そのため、本実施形態に係る半導体光装置1は、受光素子を用いることなく、光信号の平均出力を一定に制御し、また、光信号の消光比を一定に制御することができる。また、受光素子を用いることなく、光信号の平
均出力をモニタすることができる。従来、平均出力の制御や消光比の制御には、受光素子を用いてそのモニタ値を用いて制御されていたが、発明者等は鋭意検討することで、バイアス電圧、バイアス電流、及び温度の3つのパラメータを測定し、この3つの測定値を用いて、平均出力、消光比を一定とする(所望の値とする)制御ができることを見出した。より具体的な制御については後述する。
As described above, in this embodiment, the bias voltage applied between the terminals of the semiconductor optical device 30, the bias current supplied to the semiconductor optical device 30, and the temperature of the semiconductor optical device 30 are measured and stored in the storage unit 40. Based on the obtained information, the bias current source 5 is controlled so that the average output of the optical signal output from the semiconductor optical element 30 is constant, and the extinction ratio of the optical signal output from the semiconductor optical element 30 is constant. Such control of the modulation current source 20 and monitoring of the average output of the optical signal output from the semiconductor optical device 30 can be performed. Therefore, the semiconductor optical device 1 according to the present embodiment can control the average output of the optical signal to be constant and can also control the extinction ratio of the optical signal to be constant without using a light receiving element. Further, the average output of the optical signal can be monitored without using a light receiving element. Conventionally, the control of the average output and the extinction ratio has been controlled using the monitor value using the light receiving element, but the inventors etc. have intensively studied to control the bias voltage, the bias current, and the temperature. Three parameters were measured, and it was found that the average output and the extinction ratio can be controlled to be constant (desired values) using these three measured values. More specific control will be described later.

なお、半導体光装置1の制御工程は、半導体光装置1の駆動時に、例えば数秒毎等、定期的に行われることとしてよい。また、バイアス電流補正(S14)は、例えば0.01mA毎等、規定の増減量ずつ行うこととしてよい。もっとも、増減量に制限を加えず、自由に補正できることとしてもよい。   Note that the control process of the semiconductor optical device 1 may be performed periodically, for example, every few seconds, when the semiconductor optical device 1 is driven. Further, the bias current correction (S14) may be performed by a specified increase / decrease amount, for example, every 0.01 mA. But it is good also as being able to correct | amend freely, without adding a restriction | limiting to the increase / decrease amount.

図3は、本発明の第1の実施形態に係る半導体光装置1の製造時に行われる参照値決定工程を示す第1のフローチャートである。参照値決定工程は、半導体光装置1が駆動可能な状態に組み立てられた後に行われる工程であり、半導体光装置1の記憶部40に記憶される種々の参照値を決定するために行われる工程である。特に、第1のフローチャートに示す処理は、参照値バイアス電圧、参照値バイアス電流、参照値温度、及び参照値平均出力を決定するために行われるものである。   FIG. 3 is a first flowchart showing a reference value determining step performed at the time of manufacturing the semiconductor optical device 1 according to the first embodiment of the present invention. The reference value determination step is a step performed after the semiconductor optical device 1 is assembled in a drivable state, and is a step performed to determine various reference values stored in the storage unit 40 of the semiconductor optical device 1. It is. In particular, the process shown in the first flowchart is performed to determine the reference value bias voltage, the reference value bias current, the reference value temperature, and the reference value average output.

参照値決定工程では、はじめに、固定抵抗値R、及びオペアンプ増幅率nを記憶部40に記憶する(S20)。これらの値は、半導体光装置1の設計時点において既知である。 In the reference value determination step, first, the fixed resistance value R i and the operational amplifier gain n are stored in the storage unit 40 (S20). These values are known at the time of designing the semiconductor optical device 1.

次に、半導体光装置1の置かれる雰囲気温度を設定する(S21)。設定される雰囲気温度は、半導体光装置1に過度な負担を与えない範囲で十分に安定していれば、自由に設定して良いが、半導体光装置1が実際に使用される場合の雰囲気温度に近いものであることが望ましく、例えば、25℃に設定することとする。ここで、雰囲気温度ではなく、半導体光素子30の温度を設定することとしてもよい。その場合、半導体光素子30の温度を、ペルチェ素子等により一定に保つこととしてもよい。   Next, the ambient temperature in which the semiconductor optical device 1 is placed is set (S21). The set ambient temperature may be set freely as long as it is sufficiently stable within a range that does not place an excessive burden on the semiconductor optical device 1, but the ambient temperature when the semiconductor optical device 1 is actually used. It is desirable that the temperature be close to, for example, 25 ° C. Here, not the ambient temperature, but the temperature of the semiconductor optical device 30 may be set. In that case, the temperature of the semiconductor optical device 30 may be kept constant by a Peltier device or the like.

次に、バイアス電流の初期値設定を行う(S22)。バイアス電流の初期値設定は、マイクロコンピュータ4に入力部を接続し、外部からバイアス電流制御部444を操作するか、記憶部40に初期設定値として予め記憶しておき、この初期設定値によりバイアス電流制御部444を操作することにより行う。バイアス電流の初期値は自由に設定してよいが、半導体光素子30が十分な平均出力の光を出力し、半導体光素子30に過度な負担を与えない範囲内のものとする。   Next, the initial value of the bias current is set (S22). The initial value of the bias current is set by connecting an input unit to the microcomputer 4 and operating the bias current control unit 444 from the outside or storing it in the storage unit 40 in advance as an initial set value. This is done by operating the current control unit 444. The initial value of the bias current may be set freely, but is within a range in which the semiconductor optical device 30 outputs sufficient average output light and does not place an excessive burden on the semiconductor optical device 30.

半導体光素子30が光を出力する状態が得られた後、平均出力は規定範囲内であるか否かを判定する(S23)。ここで、半導体光素子30から出力される光の出力は、参照値決定工程において準備される光出力測定器で測定する。また、平均出力が規定範囲内であるか否かとは、規定の精度で平均出力が所望の値となっているか否かをいう。例えば、所望の値の±5%以内の出力が達成されていれば、平均出力が規定範囲内であると判定することとしてよい。光平均出力が規定範囲内でない場合(S23においてNOの場合)、バイアス電流制御部444を介してバイアス電流源5を制御し、バイアス電流を補正する(S24)。   After the state in which the semiconductor optical device 30 outputs light is obtained, it is determined whether or not the average output is within a specified range (S23). Here, the output of the light output from the semiconductor optical device 30 is measured by a light output measuring instrument prepared in the reference value determining step. Also, whether or not the average output is within the specified range means whether or not the average output is a desired value with a specified accuracy. For example, if an output within ± 5% of a desired value is achieved, it may be determined that the average output is within a specified range. If the optical average output is not within the specified range (NO in S23), the bias current source 5 is controlled via the bias current control unit 444 to correct the bias current (S24).

平均出力が規定範囲内と判定された場合(S23においてYESの場合)、平均出力、バイアス電流、バイアス電圧、温度を測定する(S25)。これらの値は、参照値決定工程において準備される光出力測定器、半導体光装置1に備えられた電圧測定部6、電流測定部7、温度計42、及び制御部44を用いて測定する。   If it is determined that the average output is within the specified range (YES in S23), the average output, bias current, bias voltage, and temperature are measured (S25). These values are measured using the light output measuring instrument prepared in the reference value determining step, the voltage measuring unit 6, the current measuring unit 7, the thermometer 42, and the control unit 44 provided in the semiconductor optical device 1.

測定されたバイアス電圧、バイアス電流、温度、及び平均出力を、それぞれ、参照値バイアス電圧Vadj、参照値バイアス電流Iadj、参照値温度Tadj、及び参照値平均出力Padjとして記憶部40に記憶する(S26)。これらの値は、第1の情報、第2の情報、及び第3の情報に規定される関係において参照され、半導体光装置1の制御工程において、バイアス電流制御部444、変調電流制御部442、及び平均出力算出部440における処理を実行する際に用いられる。 The measured bias voltage, bias current, temperature, and average output are respectively stored in the storage unit 40 as a reference value bias voltage V adj , a reference value bias current I adj , a reference value temperature T adj , and a reference value average output P adj. Store (S26). These values are referred to in the relationship defined by the first information, the second information, and the third information. In the control process of the semiconductor optical device 1, the bias current control unit 444, the modulation current control unit 442, The average output calculation unit 440 executes the process.

図4は、本発明の第1の実施形態に係る半導体光装置1の製造時に行われる参照値決定工程を示す第2のフローチャートである。第2のフローチャートに示される処理は、第1のフローチャートに示される処理を行った後に行われるものであり、参照値αを決定するために行われるものである。   FIG. 4 is a second flowchart showing a reference value determining step performed at the time of manufacturing the semiconductor optical device 1 according to the first embodiment of the present invention. The process shown in the second flowchart is performed after the process shown in the first flowchart is performed, and is performed to determine the reference value α.

はじめに、半導体光装置1の置かれる雰囲気温度を変更する(S30)。すなわち、第1のフローチャートに示した、参照値Vadj、Iadj、Tadj、及びPadjを決定する工程における場合とは異なる雰囲気温度に半導体光装置1を置く。例えば、雰囲気温度を85℃とする。この場合も、ペルチェ素子等で半導体光素子30の温度を直接制御することとしてもよい。 First, the ambient temperature in which the semiconductor optical device 1 is placed is changed (S30). That is, the semiconductor optical device 1 is placed at an atmospheric temperature different from that in the step of determining the reference values V adj , I adj , T adj , and P adj shown in the first flowchart. For example, the ambient temperature is 85 ° C. Also in this case, the temperature of the semiconductor optical device 30 may be directly controlled by a Peltier device or the like.

そして、参照値決定工程において準備される光出力測定器、半導体光装置1に備えられた電圧測定部6、電流測定部7、温度計42、及び制御部44を用いて、平均出力、バイアス電流、バイアス電圧、及び温度を測定する(S31)。測定された平均出力、バイアス電流、バイアス電圧、及び温度の値を、それぞれP、V、I、及びTと表すこととする。   Then, using the optical output measuring instrument prepared in the reference value determining step, the voltage measuring unit 6 provided in the semiconductor optical device 1, the current measuring unit 7, the thermometer 42, and the control unit 44, the average output, the bias current Then, the bias voltage and the temperature are measured (S31). The measured average output, bias current, bias voltage, and temperature values are denoted as P, V, I, and T, respectively.

測定されたP、V、I、及びTの値と、既に記憶部40に記憶されている参照値Padj、Vadj、Iadj、及びTadjと、第3の情報に規定される関係とに基づいて参照値αを算出し、記憶部40に記憶する(S32)。第3の情報に規定される関係とは、測定されたバイアス電圧V、測定されたバイアス電流I、測定された温度T、参照値バイアス電圧Vadj、参照値バイアス電流Iadj、参照値温度Tadj、及び参照値αの関係であり、具体的には以下の数式(1)で規定される関係をいう。本実施形態において、参照値αは、−0.01程度の負の値となる。ただし、参照値αの値は半導体光装置1や半導体光素子30の構成や材料によって変わる値である。 The measured values of P, V, I, and T, the reference values P adj , V adj , I adj , and T adj already stored in the storage unit 40, and the relationship defined in the third information The reference value α is calculated based on and stored in the storage unit 40 (S32). The relationship defined in the third information includes the measured bias voltage V, the measured bias current I, the measured temperature T, the reference value bias voltage V adj , the reference value bias current I adj , and the reference value temperature T. The relationship between adj and the reference value α, specifically, the relationship defined by the following formula (1). In the present embodiment, the reference value α is a negative value of about −0.01. However, the value of the reference value α varies depending on the configuration and material of the semiconductor optical device 1 and the semiconductor optical element 30.

Figure 0006321461
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ここで、logは、10を底とする対数を表し、P、V及びIは、mW、mV及びmAの単位で規格化された平均出力、バイアス電圧及びバイアス電流の値を表す。Padj、Vadj及びIadjについても同様である。また、T及びTadjはKの単位で表した温度であり、参照値αの単位は、[K−1]である。数式(1)で規定される関係には、成立するための条件がある。そのため、参照値αの決定は、そのような条件を満たすようなバイアス電流の値等を用いて行う必要がある。当該条件については、後に詳細に説明する。 Here, log represents a logarithm having a base of 10, and P, V, and I represent values of average output, bias voltage, and bias current normalized in units of mW, mV, and mA. The same applies to P adj , V adj and I adj . T and T adj are temperatures expressed in K units, and the unit of the reference value α is [K −1 ]. The relationship defined by Equation (1) has a condition for establishing it. Therefore, it is necessary to determine the reference value α using a bias current value that satisfies such a condition. This condition will be described in detail later.

数式(1)は、異なる2条件下における、バイアス電圧、バイアス電流、温度、そして平均出力の関係を表した式である。すなわち、第1の条件(参照値決定工程で定めた条件)であるバイアス電圧Vadj、バイアス電流Iadj、そして温度Tadjにおいての平均出力をPadjとし、第2の条件(ある時点の測定値)であるバイアス電圧V、バイアス電流I、そして温度Tにおいての平均光出力をPとした場合に、これらのパラメータは参照値αを含めた数式(1)の関係となっている。αはいわゆる係数である。この数式(1)は、発明者等が数多くの半導体光装置の様々な条件下における平均出力、バイアス電圧、バイアス電流、そして温度の値がどのような関係にいるかを鋭意検討することで得られた経験式であり、発明者等が初めて見出したものである。後述する数式(2)、(3)、(4)についても同様である。 Equation (1) is an equation representing the relationship between bias voltage, bias current, temperature, and average output under two different conditions. That is, an average output at a bias voltage V adj , a bias current I adj , and a temperature T adj which are first conditions (conditions determined in the reference value determining step) is P adj , and a second condition (measurement at a certain time) When the average light output at the bias voltage V, the bias current I, and the temperature T is P, these parameters have the relationship of the formula (1) including the reference value α. α is a so-called coefficient. This numerical formula (1) is obtained by the inventors, etc., by diligently examining the relationship between the average output, the bias voltage, the bias current, and the temperature under various conditions of many semiconductor optical devices. This is an empirical formula that was first discovered by the inventors. The same applies to formulas (2), (3), and (4) described later.

第3の情報(数式(1))に基づいて参照値αを決定するためには、少なくとも2つの異なる条件で、平均出力、バイアス電圧、バイアス電流、及び温度を測定する必要がある。もっとも、3以上の異なる条件で平均出力、バイアス電圧、バイアス電流、及び温度を測定し、複数の条件の組合せについて数式(1)を用い、αを算出し、それらの平均値として参照値αを決定することとしてもよい。   In order to determine the reference value α based on the third information (formula (1)), it is necessary to measure the average output, the bias voltage, the bias current, and the temperature under at least two different conditions. However, the average output, the bias voltage, the bias current, and the temperature are measured under three or more different conditions, α is calculated using Formula (1) for a combination of a plurality of conditions, and the reference value α is calculated as the average value thereof. It may be determined.

参照値αは、半導体光装置1の構成などにより決まる値であり個体差は小さいため、少なくとも1台の半導体光装置1を用いて決定すればよく、製造した全ての半導体光装置1について第2のフローチャートに示す処理を行わなくともよい。もっとも、複数台の半導体光装置1について第2のフローチャートに示す処理を行い、得られた値の平均値を参照値αとして全ての半導体光装置1の記憶部40に記憶することとしてもよいし、すべての半導体光装置1について参照値αを決定しても構わない。   The reference value α is a value determined by the configuration of the semiconductor optical device 1 and the individual difference is small. Therefore, the reference value α may be determined using at least one semiconductor optical device 1. The processing shown in the flowchart may not be performed. However, the processing shown in the second flowchart may be performed for a plurality of semiconductor optical devices 1, and the average value of the obtained values may be stored in the storage unit 40 of all the semiconductor optical devices 1 as a reference value α. The reference value α may be determined for all the semiconductor optical devices 1.

図5は、本発明の第1の実施形態に係る半導体光装置1の製造時に行われる参照値決定工程を示す第3のフローチャートである。第3のフローチャートに示す処理は、第2のフローチャートに示す処理の後に行われるものであり、参照値変調電流を決定するために行われるものである。   FIG. 5 is a third flowchart showing a reference value determining step performed at the time of manufacturing the semiconductor optical device 1 according to the first embodiment of the present invention. The process shown in the third flowchart is performed after the process shown in the second flowchart, and is performed to determine the reference value modulation current.

はじめに、変調電流の初期値設定が行われる(S40)。変調電流の初期値設定は、マイクロコンピュータ4に入力部を接続し、外部から変調電流制御部442を操作するか、記憶部40に初期設定値を予め記憶しておき、この初期設定値により変調電流制御部442を操作することにより行う。変調電流の初期値は自由に設定してよいが、半導体光素子30の消光比が規定値に近いものとなるように設定されることが望ましく、半導体光素子30に過度な負担を与えない範囲内のものとする。なお、雰囲気温度は第2のフローチャートにて記憶部40に記憶されたTadjとし、バイアス電流も同様にIadjとする。初期値はこれに限らず、任意の値で設定しても良い。 First, the initial value of the modulation current is set (S40). The modulation current initial value is set by connecting an input unit to the microcomputer 4 and operating the modulation current control unit 442 from the outside, or storing the initial setting value in the storage unit 40 in advance, and modulating the initial value by this initial setting value. This is done by operating the current control unit 442. The initial value of the modulation current may be set freely, but is preferably set so that the extinction ratio of the semiconductor optical element 30 is close to a specified value, and does not place an excessive burden on the semiconductor optical element 30. It shall be within. The ambient temperature is T adj stored in the storage unit 40 in the second flowchart, and the bias current is also I adj . The initial value is not limited to this, and an arbitrary value may be set.

半導体光素子30が光を出力する状態が得られた後、消光比は規定範囲内であるか否かを判定する(S41)。ここで、半導体光素子30から出力される光の消光比は、参照値決定工程において準備される、例えば光オシロスコープ等の光波形測定器で測定する。消光比が規定範囲内であるか否かとは、規定の精度で消光比が所望の値となっているか否かをいう。例えば、所望の値の±5%以内の消光比が達成されていれば、消光比が規定範囲内であると判定することとしてよい。消光比が規定範囲内でない場合(S41においてNOの場合)、変調電流制御部442を介して変調電流源20を制御し、変調電流を補正する(S42)。   After the state in which the semiconductor optical device 30 outputs light is obtained, it is determined whether or not the extinction ratio is within a specified range (S41). Here, the extinction ratio of the light output from the semiconductor optical device 30 is measured by an optical waveform measuring instrument such as an optical oscilloscope prepared in the reference value determining step. Whether or not the extinction ratio is within a specified range refers to whether or not the extinction ratio is a desired value with a specified accuracy. For example, if an extinction ratio within ± 5% of a desired value is achieved, it may be determined that the extinction ratio is within a specified range. When the extinction ratio is not within the specified range (NO in S41), the modulation current source 20 is controlled via the modulation current control unit 442 to correct the modulation current (S42).

消光比が規定範囲内であると判定された場合(S41においてYESの場合)、その場合の変調電流値を参照値変調電流Imod,adjとして記憶部40に記憶する(S43)。ここで、変調電流制御部442から変調電流源20に与えられる信号と、変調電流源20により供給される電流との関係は既知であるものとし、変調電流制御部442の制御状況から変調電流源20により供給される変調電流値が読み取れるものとする。 If it is determined that the extinction ratio is within the specified range (YES in S41), the modulation current value in that case is stored in the storage unit 40 as the reference value modulation current I mod, adj (S43). Here, it is assumed that the relationship between the signal supplied from the modulation current control unit 442 to the modulation current source 20 and the current supplied by the modulation current source 20 is known, and the modulation current source is determined based on the control status of the modulation current control unit 442. It is assumed that the modulation current value supplied by 20 can be read.

以上で参照値決定工程が終了し、半導体光装置1の記憶部40には、固定抵抗値R、オペアンプ増幅率n、参照値α、Vadj、Iadj、Tadj、Padj、及びImod,adjが記憶された状態となる。その後、記憶部40には、これらの参照値を参照する第1乃至3の情報が記憶され、出荷される。半導体光装置1の駆動時には、図2に示した制御工程により、光信号の平均出力及び消光比を一定とする制御が行われ、光信号の平均出力の算出し、算出した値を外部に信号Outとして出力する。 The reference value determination process is thus completed, and the fixed resistance value R i , the operational amplifier amplification factor n, the reference values α, V adj , I adj , T adj , P adj , and I are stored in the storage unit 40 of the semiconductor optical device 1. “mod” and “adj” are stored. Thereafter, the storage unit 40 stores first to third information referring to these reference values, and is shipped. When the semiconductor optical device 1 is driven, the control process shown in FIG. 2 controls the average output and extinction ratio of the optical signal to be constant, calculates the average output of the optical signal, and outputs the calculated value to the outside. Output as Out.

図6は、第2の情報に規定される関係を示す図である。第2の情報は、光信号の消光比が一定である場合に成立する、測定された変調電流、測定されたバイアス電圧V、測定されたバイアス電流I、測定された温度T、参照値変調電流Imod,adj、参照値バイアス電圧Vadj、参照値バイアス電流Iadj、参照値温度Tadj、及び参照値αの関係である。第2の情報は、VとIとの比の値である第1の値V/I、及び測定された温度Tを変数とする第2の関数f(V/I、T)と、変調電流源20により供給される変調電流Imodとの等号関係である以下の数式(2)を規定する。 FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship defined by the second information. The second information is a measured modulation current, a measured bias voltage V, a measured bias current I, a measured temperature T, a reference value modulation current, which is established when the extinction ratio of the optical signal is constant. I mod, adj , reference value bias voltage V adj , reference value bias current I adj , reference value temperature T adj , and reference value α. The second information includes a first value V / I that is a value of a ratio of V and I, a second function f 2 (V / I, T) having the measured temperature T as a variable, and modulation. The following equation (2) that is an equality relationship with the modulation current I mod supplied by the current source 20 is defined.

Figure 0006321461
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ここで、logは、10を底とする対数を表し、Imod、V及びIは、それぞれmA、mV及びmAの単位で規格化された変調電流、バイアス電圧及びバイアス電流の値を表す。Imod,adj、Vadj及びIadjについても同様である。また、T及びTadjはKの単位で表した温度であり、参照値αの単位は、[K−1]である。 Here, log represents a logarithm having a base of 10, and I mod , V, and I represent values of modulation current, bias voltage, and bias current normalized in units of mA, mV, and mA, respectively. The same applies to I mod, adj , V adj and I adj . T and T adj are temperatures expressed in K units, and the unit of the reference value α is [K −1 ].

第2の情報に規定されるImod/Imod,adj=f(V/I、T)の関係は、消光比が規定の値で一定である場合に成立する関係である。また、第2の情報に規定される関係は、数式(1)(第3の情報)を用いて変形すると、以下の数式(3)のように表すこともできる。 The relationship of I mod / I mod, adj = f 2 (V / I, T) defined in the second information is a relationship that is established when the extinction ratio is constant at a specified value. Further, the relationship defined by the second information can be expressed as the following mathematical formula (3) when transformed using the mathematical formula (1) (third information).

Figure 0006321461
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図6では、縦軸をImod/Imod,adj、横軸をTとして、Imod/Imod,adj=f(V/I、T)の関係のうち、特に、光信号の平均出力PがPadjに等しい場合を表す曲線Aを示している。すなわち、曲線Aは、P=Padjの場合における、光信号の消光比が一定となるようなImodとTの関係を表す曲線である。つまり曲線Aは、P=Padj及び消光比が一定となる場合の数式(3)に基づいたImod/Imod,adjとTの関係曲線である。 In FIG. 6, the average output of the optical signal is particularly shown in the relationship of I mod / I mod, adj = f 2 (V / I, T), where I mod / I mod, adj is the vertical axis and T is the horizontal axis. A curve A representing the case where P is equal to P adj is shown. That is, the curve A is a curve representing the relationship between I mod and T so that the extinction ratio of the optical signal is constant when P = P adj . That is, the curve A is a relationship curve of I mod / I mod, adj and T based on the equation (3) when P = P adj and the extinction ratio are constant.

温度計42により測定される半導体光素子30の温度Tが、原点であるT=Tadjである場合には、参照値決定工程において消光比を調整した場合と同じ条件となるから、Imod/Imod,adj=1で消光比が規定値となる。そのため、曲線AはImod/Imod,adj=1で縦軸と交わる。この場合、変調電流制御部442は、変調電流源20を、Imod=Imod,adjとなるように制御することで、光信号の消光比を規定値に合わせることができる。 When the temperature T of the semiconductor optical element 30 measured by the thermometer 42 is T = T adj which is the origin, the same condition as that when the extinction ratio is adjusted in the reference value determination step is used, and therefore I mod / When I mod, adj = 1, the extinction ratio becomes a specified value. Therefore, the curve A intersects the vertical axis with I mod / I mod, adj = 1. In this case, the modulation current control unit 442 can adjust the extinction ratio of the optical signal to the specified value by controlling the modulation current source 20 to be I mod = I mod, adj .

また、測定される温度Tが、点Zで表される値であった場合、変調電流制御部442は、変調電流源20を、Imod/Imod,adj=Z1となるようにImodを制御することで、光信号の消光比を規定値に合わせることができる。一方、測定される温度Tが、点Qで表される値であった場合、変調電流制御部442は、変調電流源20を、Imod/Imod,adj=Q1となるようにImodを制御することで、光信号の消光比を規定値に合わせることができる。 The temperature T to be measured, if a value represented by the point Z, the modulation current control unit 442, a modulation current source 20, I mod / I mod, the I mod so that adj = Z1 By controlling, the extinction ratio of the optical signal can be adjusted to the specified value. On the other hand, when the measured temperature T is a value represented by the point Q, the modulation current control unit 442 sets the modulation current source 20 to I mod / I mod, adj = Q1 so that I mod / I mod, adj = Q1. By controlling, the extinction ratio of the optical signal can be adjusted to the specified value.

第2の関数f(V/I、T)は、測定された温度Tに関して単調増加関数である。そのため、曲線Aは右上がりの曲線となり、光信号の消光比を一定に保つためには、測定される温度Tが参照値温度Tadjより大きい場合には、Imod>Imod,adjとなるよう制御し、測定される温度Tが参照値温度Tadjより小さい場合には、Imod<Imod,adjとなるよう制御する必要がある。このことは、図12に示す半導体レーザ素子のP−I特性から定性的に読み取れることである。本実施形態における第2の情報に規定される関係を表す数式(2)又は(3)は、半導体レーザ素子のP−I特性から定性的に読み取れる内容を、定量的に表現したものである。すなわち駆動時において、半導体光装置1の消光比を一定制御するためには、例えば後述する平均出力一定制御を行った後に、数式(3)が成立するようにImodを制御すれば消光比を一定制御することができる。より具体的には、平均出力一定制御を行うと、数式(3)においてP/Padj=1となる。その結果、数式(3)は変調電流と温度のみで表現された式となる。そして、数式(3)の関係を満たすようにImodを制御すれば消光比を一定制御することとなる。さらに、顧客仕様によっては消光比ではなく、光信号において1を表す光強度と0を表す光強度の差であるOMA(Optical Modulation Amplitude)を基準とする場合もあるが、本実施形態により平均出力一定および消光比一定制御をすれば、必然的にOMAも一定制御され、OMA規定の顧客仕様をも満足することが出来る。また数式(2)の関係を用いれば、平均出力一定制御とは独立して消光比を制御することもできる。例えば、参照値決定工程おいて、平均出力一定制御に用いる各参照値は第1のフローチャートで求めた値を使い、消光比一定制御に用いる各参照値は第2のフローチャートで個別に求めた値を使って制御しても良い。その後、後述する平均出力一定制御を行えば、平均出力及び消光比の一定制御が可能となり、さらに上述したOMAについても一定制御がされた状態となる。 The second function f 2 (V / I, T) is a monotonically increasing function with respect to the measured temperature T. For this reason, the curve A is an upward curve, and in order to keep the extinction ratio of the optical signal constant, when the measured temperature T is higher than the reference value temperature T adj , I mod > I mod, adj When the measured temperature T is smaller than the reference value temperature T adj, it is necessary to control so that I mod <I mod, adj . This can be qualitatively read from the PI characteristics of the semiconductor laser element shown in FIG. The mathematical expression (2) or (3) representing the relationship defined in the second information in the present embodiment quantitatively represents the content that can be qualitatively read from the PI characteristic of the semiconductor laser element. That is, at the time of driving, in order to keep the extinction ratio of the semiconductor optical device 1 constant, for example, after performing the average output constant control described later, the extinction ratio can be set by controlling I mod so that Equation (3) is satisfied. Constant control is possible. More specifically, when the average output constant control is performed, P / P adj = 1 in Expression (3). As a result, Expression (3) becomes an expression expressed only by the modulation current and the temperature. Then, if I mod is controlled so as to satisfy the relationship of Equation (3), the extinction ratio is controlled to be constant. Further, depending on customer specifications, there is a case where the optical output is not an extinction ratio but is based on OMA (Optical Modulation Amplitude) which is a difference between light intensity representing 1 and light intensity representing 0 in the optical signal. If the constant and extinction ratio constant control is performed, the OMA is inevitably controlled to satisfy the customer specifications defined by the OMA. Moreover, if the relationship of Formula (2) is used, the extinction ratio can be controlled independently of the average output constant control. For example, in the reference value determining step, each reference value used in the average output constant control uses the value obtained in the first flowchart, and each reference value used in the extinction ratio constant control is a value obtained individually in the second flowchart. You may control using. Thereafter, if the average output constant control described later is performed, the average output and the extinction ratio can be controlled constant, and the above-described OMA is also in a state where the constant control is performed.

なお、OMA一定制御は、平均出力がどのような値であっても行うことができる。そのためには、Imod/Imod,adj=(α(T−Tadj)+1)−1/2の関係を満たすように変調電流源20を制御すればよい。ここで、平均出力をP、光信号において1を表す出力をP+P0、光信号において0を表す出力をP−P0と表す場合、OMAは、(P+P0)−(P−P0)=2P0であり、平均出力に依存しない。そして、P0の大きさは変調電流Imodの大きさによって制御される。そのため、上記のように平均出力に依存しない関係によってOMAを一定に制御することができる。一方、消光比は、(P+P0)/(P−P0)であり、平均出力に依存する。そのため、数式(3)のように平均出力に依存した関係により、消光比一定制御が行われる。 The OMA constant control can be performed regardless of the average output. For this purpose, the modulation current source 20 may be controlled so as to satisfy the relationship of I mod / I mod, adj = (α (T−T adj ) +1) −1/2 . Here, when the average output is P, the output representing 1 in the optical signal is represented as P + P0, and the output representing 0 in the optical signal is represented as P-P0, OMA is (P + P0)-(P-P0) = 2P0, It does not depend on the average output. The magnitude of P0 is controlled by the magnitude of the modulation current I mod . Therefore, OMA can be controlled to be constant by the relationship not depending on the average output as described above. On the other hand, the extinction ratio is (P + P0) / (P-P0) and depends on the average output. Therefore, constant extinction ratio control is performed according to the relationship depending on the average output as shown in Equation (3).

図7は、異なる平均出力の場合における、第2の情報に規定される関係を示す図である。図7では、図6において示した曲線Aを破線で表し、曲線B及びCを実線で表している。   FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship defined by the second information in the case of different average outputs. In FIG. 7, the curve A shown in FIG. 6 is represented by a broken line, and the curves B and C are represented by a solid line.

曲線Bは、光信号の平均出力が参照値平均出力Padjの2倍である場合において、光信号の消光比が一定の場合に成立する関係を示している。曲線Bは、Imod/Imod,adj=2で縦軸と交わる。曲線Bより、P=2Padjの場合には、測定される温度Tが点Zで表される値の場合、変調電流制御部442は、変調電流源20を、Imod/Imod,adj=Z3となるようにImodを制御することで、光信号の消光比を規定値に合わせることができることがわかる。また、測定される温度Tが点Qで表される値の場合、変調電流制御部442は、変調電流源20を、Imod/Imod,adj=Q3となるようにImodを制御することで、光信号の消光比を規定値に合わせることができる。Z3とQ3の差は、Z1とQ1の差よりも大きく、Z1とQ1の差の2倍になる。 Curve B shows the relationship that is established when the optical signal extinction ratio is constant when the average output of the optical signal is twice the reference value average output P adj . Curve B intersects the vertical axis with I mod / I mod, adj = 2. From the curve B, in the case of P = 2P adj , when the measured temperature T is a value represented by the point Z, the modulation current control unit 442 changes the modulation current source 20 to I mod / I mod, adj = It can be seen that the extinction ratio of the optical signal can be adjusted to the specified value by controlling I mod so as to be Z3. Further, when the value of the temperature T to be measured is represented by point Q, modulation current control unit 442, a modulation current source 20, to control the I mod so that I mod / I mod, adj = Q3 Thus, the extinction ratio of the optical signal can be adjusted to the specified value. The difference between Z3 and Q3 is larger than the difference between Z1 and Q1, and is twice the difference between Z1 and Q1.

半導体光装置1は、通常、予め定められた平均出力Padjで駆動されるため、製造時に参照値平均出力Padjを所望の平均出力値として記憶部40に記憶し、駆動時に曲線Aに従って変調電流源20を制御することで、光信号の消光比を一定に制御することができる。しかし、例えば、光信号に関して仕様変更があった場合等、当初予定されていた光信号の平均出力とは異なった平均出力で光信号を出力しつつ、当初予定されていたのと同じ消光比を実現したいという場合も想定される。曲線B又はCは、当初予定されていたのとは異なる平均出力で、当初予定されていたのと同じ消光比を達成したいという場合に用いられる関係である。なお、図示しないが消光比についても同様であり、当初予定されていた消光比とは異なる値で一定動作させたい場合は、数式(1)−(3)から所望の消光比となる様な変調電流を算出することもできる。 Since the semiconductor optical device 1 is normally driven at a predetermined average output P adj , the reference value average output P adj is stored in the storage unit 40 as a desired average output value at the time of manufacture, and modulated according to the curve A at the time of driving. By controlling the current source 20, the extinction ratio of the optical signal can be controlled to be constant. However, for example, when there is a change in the specifications of the optical signal, the optical signal is output at an average output different from the average output of the optical signal originally planned, and the same extinction ratio as originally planned is obtained. The case where it wants to realize is also assumed. Curve B or C is the relationship used when one wants to achieve the same extinction ratio as originally planned with a different average power than originally planned. Although not shown, the same applies to the extinction ratio, and when it is desired to operate constantly at a value different from the originally planned extinction ratio, modulation is performed so as to obtain a desired extinction ratio from the formulas (1) to (3). The current can also be calculated.

曲線Cは、光信号の平均出力が参照値平均出力Padjの半分である場合において、光信号の消光比が一定の場合に成立する関係を示している。曲線Cは、Imod/Imod,adj=0.5で縦軸と交わる。曲線Cより、P=0.5Padjの場合には、測定される温度Tが点Zで表される値の場合、変調電流制御部442は、変調電流源20を、Imod/Imod,adj=Z2となるように制御することで、光信号の消光比を規定値に合わせることができることがわかる。また、測定される温度Tが点Qで表される値の場合、変調電流制御部442は、変調電流源20を、Imod=Q2となるように制御することで、光信号の消光比を規定値に合わせることができる。Z2とQ2の差は、Z1とQ1の差よりも小さく、Z1とQ1の差の半分になる。 Curve C shows the relationship that is established when the optical signal extinction ratio is constant when the average output of the optical signal is half of the reference value average output P adj . Curve C intersects the vertical axis at I mod / I mod, adj = 0.5. From the curve C, in the case of P = 0.5P adj , when the measured temperature T is a value represented by the point Z, the modulation current control unit 442 changes the modulation current source 20 to I mod / I mod, It can be seen that the extinction ratio of the optical signal can be adjusted to the specified value by controlling so that adj = Z2. When the measured temperature T is a value represented by the point Q, the modulation current control unit 442 controls the modulation current source 20 so that I mod = Q 2, thereby reducing the extinction ratio of the optical signal. Can be adjusted to the specified value. The difference between Z2 and Q2 is smaller than the difference between Z1 and Q1, and is half of the difference between Z1 and Q1.

図8は、第3の情報に規定される関係を示す図である。第3の情報に規定される関係とは、数式(1)で規定される関係である。図8では、縦軸をP/Padjとし、横軸をV/I(第1の値x)として、数式(1)で規定される関係を示している。数式(1)の右辺は、第3の関数f(V/I、T)であり、平均出力算出部440は、測定されたバイアス電流、測定されたバイアス電圧、測定された温度を第3の関数f(V/I、T)に代入することで、P=Padj(V/I、T)という等号関係により光信号の平均出力Pを算出する。 FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship defined in the third information. The relationship defined by the third information is a relationship defined by Equation (1). In FIG. 8, the vertical axis is P / P adj and the horizontal axis is V / I (first value x), and the relationship defined by Equation (1) is shown. The right side of Equation (1) is the third function f 3 (V / I, T), and the average output calculation unit 440 uses the measured bias current, the measured bias voltage, and the measured temperature as the third function. By substituting into the function f 3 (V / I, T), the average output P of the optical signal is calculated according to the equality relationship of P = P adj f 3 (V / I, T).

曲線Dは、測定される温度Tが参照値温度Tadjに等しい場合における、第3の情報に規定される関係を示す。すなわち、P/Padj=f(V/I、T=Tadj)の関係を示す。例えば、測定されたバイアス電圧とバイアス電流の比の値である第1の値x=V/Iが、点Rで表される値の場合、P=Padjであることが算出される。第3の関数は、図8に示した範囲において、第1の値xに関して単調減少関数である。すなわち、第1の値xの増加に伴い、光信号の平均出力は小さくなる。 Curve D shows the relationship defined in the third information when the measured temperature T is equal to the reference value temperature T adj . That is, the relationship of P / P adj = f 3 (V / I, T = T adj ) is shown. For example, when the first value x = V / I, which is the value of the ratio of the measured bias voltage and bias current, is a value represented by a point R, it is calculated that P = P adj . The third function is a monotonically decreasing function with respect to the first value x in the range shown in FIG. That is, as the first value x increases, the average output of the optical signal decreases.

一方、曲線Eは、測定される温度Tが参照値温度Tadjより大きい場合における、第3の情報に規定される関係を示す。すなわち、P/Padj=f(V/I、T>Tadj)の関係の一例を示す。曲線Eは、曲線Dよりも傾きが小さく、値が小さい。そのため、T>Tadjの状態においては、第1の値x=V/Iが点Rで表される値の場合にP<Padjとなる。第1の値xが点Sで表される値の場合に、P=Padjとなる。反対に、測定される温度Tが参照値温度Tadjより小さい場合には、第1の値xが点Rで表される値の場合にP>Padjとなり、第1の値xが点Rで表される値より大きい値である場合に、P=Padjとなる。 On the other hand, the curve E shows the relationship defined in the third information when the measured temperature T is higher than the reference value temperature Tadj . That is, an example of a relationship of P / P adj = f 3 (V / I, T> T adj ) is shown. The curve E has a smaller slope and a smaller value than the curve D. Therefore, in the state of T> T adj , P <P adj is satisfied when the first value x = V / I is a value represented by the point R. When the first value x is a value represented by the point S, P = P adj . On the other hand, when the measured temperature T is smaller than the reference value temperature T adj , P> P adj when the first value x is a value represented by the point R, and the first value x is the point R When the value is larger than the value represented by P = P adj .

図9は、第3の情報に規定される関係である数式(1)が成立する範囲を示す図である。図9では、縦軸に光信号の平均出力Pをとり、横軸に測定されたバイアス電流の値Iをとって、数式(1)に規定される関係を実線で曲線Fとして示し、半導体光素子30のP−I特性を破線で示している。曲線Fは、測定される温度Tが参照値温度Tadjに等しい場合における、数式(1)に規定される関係である。 FIG. 9 is a diagram illustrating a range in which the mathematical formula (1) that is the relationship defined by the third information is established. In FIG. 9, the vertical axis represents the average output P of the optical signal, the horizontal axis represents the measured bias current value I, and the relationship defined by Equation (1) is shown by a solid line as a curve F. The PI characteristic of the element 30 is indicated by a broken line. A curve F is a relationship defined by Equation (1) when the measured temperature T is equal to the reference value temperature T adj .

本実施形態において、半導体光素子30は半導体レーザ素子であり、バイアス電流Iの値が閾値電流Ithを越えると、平均出力Pがバイアス電流Iにおおよそ比例するように上昇するという特性を有する。ここで、曲線Fは、測定されたバイアス電流の値Iが大きくなるに従って、半導体光素子30のP−I特性を表す破線に近づき、I=I1以上でほぼ一致する。I1は、半導体光素子30のP−I特性曲線において、閾値電流Ithにおける屈曲点からさらにIthの大きさの分だけP−I特性曲線上を進んだ点に対応するバイアス電流の値である。I1は、閾値電流Ithより大きい値である。 In the present embodiment, the semiconductor optical device 30 is a semiconductor laser element, having the value of the bias current I exceeds the threshold current I th, the property that the average output P increases roughly as proportional to the bias current I. Here, the curve F approaches a broken line representing the PI characteristic of the semiconductor optical device 30 as the measured bias current value I increases, and substantially coincides with I = I1 or more. I1, in the P-I characteristic curve of the semiconductor optical device 30, the value of the bias current corresponding to only in advanced on P-I characteristic curve minute size of the more I th from the bent point at the threshold current I th is there. I1 is the threshold current I th is greater than value.

半導体光素子30に印加することのできるバイアス電流の大きさには、破損を防止する観点から上限があり、仮にそれをI2と表すこととすると、数式(1)が半導体光素子30のP−I特性を再現する範囲(数式(1)を用いることができる範囲)は、I1≦I≦I2であることがわかる。ここで、バイアス電流がI1の場合における光信号の平均出力はP1であり、バイアス電流がI2である場合における平均出力はP2である。   The magnitude of the bias current that can be applied to the semiconductor optical device 30 has an upper limit from the viewpoint of preventing breakage, and if it is expressed as I2, Equation (1) can be expressed as P− of the semiconductor optical device 30. It can be seen that the range in which the I characteristic is reproduced (the range in which Formula (1) can be used) is I1 ≦ I ≦ I2. Here, the average output of the optical signal when the bias current is I1 is P1, and the average output when the bias current is I2 is P2.

参照値バイアス電流Iadjは、I1≦Iadj≦I2を満たすように選ばれる。半導体光装置1の駆動時に供給されるバイアス電流Iの大きさは、Iadjの前後で調整されるものであるから、I1≦I≦I2の範囲に収まり、第3の情報に基づいて光信号の平均出力を算出することができる。言い換えると、本実施形態に係る半導体光装置1では、温度がTadjの場合、光信号の平均出力がP1以上、P2以下の場合であれば、第3の情報に基づいて光信号の平均出力を算出することができる。 The reference value bias current I adj is selected so as to satisfy I1 ≦ I adj ≦ I2. Since the magnitude of the bias current I supplied when driving the semiconductor optical device 1 is adjusted before and after I adj , it falls within the range of I1 ≦ I ≦ I2, and the optical signal is based on the third information. The average output can be calculated. In other words, in the semiconductor optical device 1 according to the present embodiment, when the temperature is T adj , the average output of the optical signal is based on the third information if the average output of the optical signal is P1 or more and P2 or less. Can be calculated.

図8において示した曲線D及びEは、条件I1≦I≦I2を満たす範囲におけるものであり、第3の関数f(V/I、T)は、条件I1≦I≦I2を満たす範囲において、第1の値xに関して単調減少関数である。 Curves D and E shown in FIG. 8 are in a range satisfying the condition I1 ≦ I ≦ I2, and the third function f 3 (V / I, T) is in a range satisfying the condition I1 ≦ I ≦ I2. , A monotonically decreasing function with respect to the first value x.

図10は、第1の情報に規定される関係を示す図である。図10では、縦軸を第1の値V/Iとし、横軸を測定された温度Tとして、第1の情報により規定される関係である曲線Gを示している。第1の情報は、光信号の平均出力が一定の場合に成立する、測定されたバイアス電圧V、測定されたバイアス電流I、測定された温度T、参照値バイアス電圧Vadj、参照値バイアス電流Iadj、参照値温度Tadj、及び参照値αの関係であり、以下に示す数式(4)で表される関係である。 FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship defined by the first information. In FIG. 10, the vertical axis is the first value V / I, and the horizontal axis is the measured temperature T, and a curve G that is a relationship defined by the first information is shown. The first information is established when the average output of the optical signal is constant, and is measured bias voltage V, measured bias current I, measured temperature T, reference value bias voltage V adj , reference value bias current. The relationship between I adj , reference value temperature T adj , and reference value α is expressed by the following equation (4).

Figure 0006321461
Figure 0006321461

ここで、V及びIは、mV及びmAの単位で規格化されたバイアス電圧及びバイアス電流の値を表す。Vadj及びIadjについても同様である。また、T及びTadjはKの単位で表した温度であり、参照値αの単位は、[K−1]である。数式(4)の右辺を、第1の関数f(T)と呼ぶこととする。 Here, V and I represent bias voltage and bias current values normalized in units of mV and mA. The same applies to V adj and I adj . T and T adj are temperatures expressed in K units, and the unit of the reference value α is [K −1 ]. The right side of Equation (4) will be referred to as the first function f 1 (T).

本実施形態において、αの値は負であるため、第1の関数f(T)は、温度Tについて単調減少関数となる。そのため、曲線Gは右下がりとなる。T=Tadjの場合、光信号の平均出力がPadjとなるのは、V/I=Vadj/Iadjの場合であり、曲線Gと縦軸はVadj/Iadjで交わる。 In the present embodiment, since the value of α is negative, the first function f 1 (T) is a monotonically decreasing function with respect to the temperature T. For this reason, the curve G is downwardly inclined. For T = T adj, the average output of the optical signal is P adj is the case of the V / I = V adj / I adj, the curve G and the vertical axis intersect at V adj / I adj.

T=T1>Tadjの場合、P=Padjに合わせるためには、バイアス電流制御部444によりバイアス電流源5を制御し、V/I=V1/I1<Vadj/Iadjとする必要がある。また、T=T2<Tadjの場合、P=Padjに合わせるためには、バイアス電流制御部444によりバイアス電流源5を制御し、V/I=V2/I2>Vadj/Iadjとする必要がある。 In the case of T = T1> T adj , in order to match P = P adj , it is necessary to control the bias current source 5 by the bias current control unit 444 so that V / I = V1 / I1 <V adj / I adj. is there. When T = T2 <T adj , the bias current source 5 is controlled by the bias current control unit 444 in order to match P = P adj so that V / I = V2 / I2> V adj / I adj . There is a need.

このことは、図12及び13から定性的に読み取ることができる。図12に示す半導体レーザのP−I特性によると、光信号の平均出力を一定とするためには、温度上昇に伴い、バイアス電流の値を上昇させる必要があることがわかる。また、図13に示す半導体レーザのV−I特性によると、バイアス電流の値を上昇させた場合におけるバイアス電圧は、温度上昇に伴い、減少することがわかる。すなわち、光信号の平均出力を一定とするためには、第1の値x=V/Iを温度上昇に伴い減少させる制御が必要となることがわかる。第1の情報に規定される関係を表す数式(4)は、半導体レーザ素子のP−I特性及びV−I特性から定性的に読み取れる内容を、定量的に表現したものである。数式(1)で規定される関係をも併せて考えると、駆動時において、半導体光装置1の温度TがTadjより高温となった場合(図8の曲線Eの場合)に、平均出力を一定制御するためには、第1の値xが点Sの値となるように制御すれば良いことを示している。より具体的には、第1の値x=V/Iを点Rより小さくするように制御するので、バイアス電流Iを大きくすれば良いことが分かる。バイアス電流Iを変化させるとバイアス電圧Vも変化していく。従って、バイアス電流Iとバイアス電圧Vの両方の値、およびその時の温度Tを観測し、式(4)が成立するようにバイアス電流を変えていけば、平均出力を一定制御することができる。 This can be qualitatively read from FIGS. According to the PI characteristics of the semiconductor laser shown in FIG. 12, it can be seen that in order to keep the average output of the optical signal constant, it is necessary to increase the value of the bias current as the temperature rises. Further, according to the VI characteristic of the semiconductor laser shown in FIG. 13, it can be seen that the bias voltage when the value of the bias current is increased decreases as the temperature rises. That is, in order to make the average output of the optical signal constant, it can be seen that control is required to decrease the first value x = V / I as the temperature rises. Formula (4) representing the relationship defined in the first information is a quantitative representation of the contents that can be qualitatively read from the PI characteristics and the VI characteristics of the semiconductor laser element. Considering the relationship defined by Equation (1) as well, when the temperature T of the semiconductor optical device 1 becomes higher than T adj during driving (in the case of the curve E in FIG. 8), the average output is calculated. In order to perform constant control, it is indicated that the first value x should be controlled to be the value of the point S. More specifically, since the first value x = V / I is controlled to be smaller than the point R, it can be seen that the bias current I should be increased. When the bias current I is changed, the bias voltage V is also changed. Therefore, by observing both the values of the bias current I and the bias voltage V, and the temperature T at that time, and changing the bias current so that Equation (4) is satisfied, the average output can be controlled to be constant.

以上のように、本願発明によれば、予め所望の平均出力Padj、及び所望の消光比となるバイアス電流Iadj、バイアス電圧Vadj、変調電流Imod,adj、温度Tadj、そしてαを記憶部に記憶させておけば、駆動時においては、ある時点でのバイアス電流I、バイアス電圧V、温度Tを測定すれば、数式(1)−(4)を用いて、平均出力、消光比を一定制御することができる。これにより、従来の受光素子を用いた制御と比べると部品の削減によるコストダウン、半導体光装置の小型化へ寄与することができる。 As described above, according to the present invention, a desired average output P adj , a bias current I adj , a bias voltage V adj , a modulation current I mod, adj , a temperature T adj , and α that have a desired extinction ratio are set in advance. If stored in the storage unit, during driving, if the bias current I, bias voltage V, and temperature T at a certain point in time are measured, the average output and extinction ratio can be calculated using equations (1)-(4). Can be controlled constantly. Thereby, compared with the control using the conventional light receiving element, it can contribute to the cost reduction by the reduction of components, and the miniaturization of the semiconductor optical device.

[第2の実施形態]
図11は、本発明の第2の実施形態に係る半導体光装置1の構成図である。本実施形態に係る半導体光装置1は、駆動回路2と、光送信モジュール3と、マイクロコンピュータ4と、バイアス電流源5と、電圧測定部6と、電流測定部7と、温度計(thermometer)8とを備えている。第2の実施形態に係る半導体光装置1は、温度計8がマイクロコンピュータ4と別体で備えられている点で第1の実施形態に係る半導体光装置1と相違する。また、第2の実施形態に係る半導体光装置1における電圧測定部6及び電流測定部7は、第1の実施形態に係る半導体光装置1におけるものとそれぞれ相違する。その他の構成については、第2の実施形態に係る半導体光装置1の構成と、第1の実施形態に係る半導体光装置1の構成とは同様である。
[Second Embodiment]
FIG. 11 is a configuration diagram of a semiconductor optical device 1 according to the second embodiment of the present invention. The semiconductor optical device 1 according to the present embodiment includes a drive circuit 2, an optical transmission module 3, a microcomputer 4, a bias current source 5, a voltage measurement unit 6, a current measurement unit 7, and a thermometer. 8 and. The semiconductor optical device 1 according to the second embodiment is different from the semiconductor optical device 1 according to the first embodiment in that a thermometer 8 is provided separately from the microcomputer 4. Further, the voltage measuring unit 6 and the current measuring unit 7 in the semiconductor optical device 1 according to the second embodiment are different from those in the semiconductor optical device 1 according to the first embodiment. Other configurations are the same as the configuration of the semiconductor optical device 1 according to the second embodiment and the configuration of the semiconductor optical device 1 according to the first embodiment.

本実施形態に係る温度計8は、サーミスタ等であり、光送信モジュール3の温度を直接測定する。測定したデータを、マイクロコンピュータ4の制御部44に送信する点は、第1の実施形態に係る半導体光装置1と同様である。   The thermometer 8 according to the present embodiment is a thermistor or the like and directly measures the temperature of the optical transmission module 3. The point that the measured data is transmitted to the control unit 44 of the microcomputer 4 is the same as that of the semiconductor optical device 1 according to the first embodiment.

本実施形態に係る電圧測定部6は、ローパスフィルタとしてデジタルフィルタ64及び66を備える。デジタルフィルタ64及び66は、適当な抵抗を介して半導体光素子30の両電極に接続される。デジタルフィルタ64及び66を通過した電圧の値は、第1の電圧計62によって測定され、制御部44に送信される。ここで、第1の実施形態に係る半導体光装置1と同様に、半導体光素子30の端子間電圧をオペアンプにより増幅した後、ローパスフィルタを通過させる構成としてもよい。その場合、記憶部40に増幅率を記憶することとする。   The voltage measurement unit 6 according to the present embodiment includes digital filters 64 and 66 as low-pass filters. The digital filters 64 and 66 are connected to both electrodes of the semiconductor optical device 30 through appropriate resistors. The value of the voltage that has passed through the digital filters 64 and 66 is measured by the first voltmeter 62 and transmitted to the control unit 44. Here, similarly to the semiconductor optical device 1 according to the first embodiment, the voltage between the terminals of the semiconductor optical device 30 may be amplified by an operational amplifier and then passed through a low-pass filter. In that case, the amplification factor is stored in the storage unit 40.

本実施形態に係る電流測定部7は、ローパスフィルタとしてデジタルフィルタ72を備え、第2の電圧計70によりRIの値を測定し、制御部44において固定抵抗値Rを除き、バイアス電流源5によって供給されるバイアス電流の値Iを測定する。 The current measurement unit 7 according to the present embodiment includes a digital filter 72 as a low-pass filter, measures the value of R i I with the second voltmeter 70, and removes the fixed resistance value R i in the control unit 44, and the bias current The value I of the bias current supplied by the source 5 is measured.

本実施形態に係る半導体光装置1の駆動時に行われる制御工程と、製造時に行われる参照値決定工程は、第1の実施形態に係る半導体光装置1の場合と同様である。本実施形態に示す構成であっても、受光素子を用いることなく、光信号の平均出力を一定に制御し、また、光信号の消光比を一定に制御することができる。加えて、受光素子を用いることなく、光信号の平均出力をモニタすることができる。   The control process performed at the time of driving the semiconductor optical device 1 according to the present embodiment and the reference value determination process performed at the time of manufacturing are the same as those in the semiconductor optical device 1 according to the first embodiment. Even in the configuration shown in the present embodiment, the average output of the optical signal can be controlled to be constant and the extinction ratio of the optical signal can be controlled to be constant without using a light receiving element. In addition, the average output of the optical signal can be monitored without using a light receiving element.

なお、第1又は第2の実施形態では、参照値決定工程において、第3の情報に基づいて参照値αを算出することとしているが(S32)、第1の情報に基づいて参照値αを算出することとしてもよい。その場合、異なる条件(雰囲気温度がTadjである場合と、T≠Tadjである場合)において、平均出力が等しいことを光出力測定器により確認し、数式(4)により参照値αを算出する。 In the first or second embodiment, the reference value α is calculated based on the third information in the reference value determining step (S32). However, the reference value α is calculated based on the first information. It may be calculated. In that case, the optical output measuring device confirms that the average output is the same under different conditions (when the ambient temperature is T adj and when T ≠ T adj ), and the reference value α is calculated by Equation (4). To do.

なお、第1又は第2の実施形態に示した構成は一例として示したものであり、本発明の技術的範囲をこれに限定することは意図されていない。本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、当業者が実施形態に係る半導体光装置1を適宜変形することにより得られる範囲を含むものである。   In addition, the structure shown in the 1st or 2nd embodiment was shown as an example, and it is not intending limiting the technical scope of this invention to this. The technical scope of the invention disclosed in this specification includes a range obtained by a person skilled in the art appropriately modifying the semiconductor optical device 1 according to the embodiment.

なお、第1又は第2の実施形態は、平均出力および消光比の両方について一定制御する例を示したが、各々片方だけの制御機能を有した半導体光装置にも適用できることは言うまでもない。具体的には光信号の変調機能を有しない、連続光を出力する光源において、本願発明の平均出力一定制御を用いても構わない。また平均出力一定制御は受光素子を用いて行い、消光比一定制御には本願発明の構成を用いて行っても構わない。平均出力一定制御のためだけであれば、高速変調光に対応した受光素子を用いる必要はなく、より低価格な受光素子を用いることができ、装置全体として低価格化を実現できる。   In the first or second embodiment, an example in which both the average output and the extinction ratio are controlled constant has been described. However, it goes without saying that the present invention can also be applied to a semiconductor optical device having only one control function. Specifically, the average output constant control of the present invention may be used in a light source that does not have an optical signal modulation function and outputs continuous light. The constant average output control may be performed using a light receiving element, and the constant extinction ratio control may be performed using the configuration of the present invention. If it is only for constant average output control, it is not necessary to use a light-receiving element corresponding to high-speed modulated light, and a lower-priced light-receiving element can be used, and the overall cost can be reduced.

なお、第1又は第2の実施形態では、参照値決定工程において光出力測定器や光波形測定器を用いて参照値を決定したが、以下の方法でも決定することができる。例えば、半導体光装置に搭載する前の半導体光素子の状態または前記半導体光素子を内蔵した光送信モジュール(TOSA等)の状態で、参照値バイアス電圧、参照値バイアス電流、参照値温度、及び参照値平均出力を決定し、また類似の半導体光装置で決定した参照値αの値を記憶部40に記憶させ、半導体光装置としては参照値決定工程を行わなくても構わない。さらに、前記導体光素子の状態もしくは光送信モジュールの状態で決定した各参照値を仮に記憶部40に記憶させ、所望の平均出力Pとなるように、ある温度Tにおいてバイアス電流Iを数式(1)が成立するように調整し、得られたバイアス電流IをIadj、その時のバイアス電圧をVadj、温度をTadjとして、記憶部40に記憶させても構わない。変調電流についても同様に数式(2)が成立するよう決定させる。このようにすると、半導体光装置の参照値決定工程において、光出力測定器や光波形測定器を用いることなく参照値を決定することができる。 In the first or second embodiment, the reference value is determined by using the optical output measuring device or the optical waveform measuring device in the reference value determining step, but it can also be determined by the following method. For example, the reference value bias voltage, the reference value bias current, the reference value temperature, and the reference in the state of the semiconductor optical element before being mounted on the semiconductor optical device or the state of the optical transmission module (TOSA etc.) incorporating the semiconductor optical element. The value average output is determined, and the value of the reference value α determined by a similar semiconductor optical device is stored in the storage unit 40, and the semiconductor optical device may not perform the reference value determining step. Further, each reference value determined in the state of the conductor optical element or the state of the optical transmission module is temporarily stored in the storage unit 40, and the bias current I at a certain temperature T is expressed by the formula (1) so that the desired average output P is obtained. ) And the obtained bias current I may be stored in the storage unit 40 as I adj , the bias voltage at that time as V adj , and the temperature as T adj . Similarly, the modulation current is determined so that Formula (2) is established. If it does in this way, in a reference value determination process of a semiconductor optical device, a reference value can be determined without using an optical output measuring instrument and an optical waveform measuring instrument.

また、平均出力や消光比等の顧客仕様や国際規格における規定仕様は、固定値ではなくある範囲(許容範囲)や上限値、下限値で規定されていることが一般的である。例えば、平均出力の仕様として、−8.2dB〜+0.5dBの範囲が与えられる場合があり、消光比の仕様として、3.5dB以上という下限値が与えられる場合がある。従って、第1及び第2の実施形態において、平均出力一定制御や消光比一定制御という場合、必ずしも一定値に合わせるだけでなく、平均出力や消光比についての仕様を満たす範囲内となるように制御することも含まれるものとする。より具体的な制御方法としては、例えば以下の方法がある。顧客仕様には光波形の品質に関わる光マスク規定がある。光波形は、半導体光素子の特性上、高温時の方が劣化しやすい傾向にある。その対策として、高温時においては高出力化状態で使用し、光波形品質を保ちやすくするというものがある。逆に低温時においては、高温時と同等の光波形品質とするためには、高温時と比較して低出力化の状態とすることが望ましい場合がある。つまり、マスク規定を満足するためには、高温時は高出力とし、低温時は低出力とすることが望ましい。従って、平均出力の顧客仕様が上述のように、ある範囲で規定されている場合は、高温時は高出力となるように制御し、低温時は低出力となるように制御することで、平均出力仕様もマスク規定も満足することができる。制御方法としては、例えば数式(4)において、左辺に温度により変わる係数をかけることで、高温時と低温時で目標とする平均出力値を変えることができる。これは消光比についても同様で、温度により目標とする消光比仕様が変わる場合などは、数式に温度により変わる係数を掛け合わせることで、消光比仕様もマスク規定も満足することができる。   In addition, customer specifications such as average output and extinction ratio, and standard specifications in international standards are generally defined by a certain range (allowable range), upper limit value, and lower limit value instead of fixed values. For example, a range of −8.2 dB to +0.5 dB may be given as the average output specification, and a lower limit value of 3.5 dB or more may be given as the extinction ratio specification. Therefore, in the first and second embodiments, when the average output constant control or the extinction ratio constant control is used, the control is not limited to a constant value, but is controlled to be within a range that satisfies the specifications for the average output and extinction ratio. To be included. More specific control methods include, for example, the following methods. Customer specifications include optical mask regulations related to optical waveform quality. The optical waveform tends to deteriorate at a high temperature due to the characteristics of the semiconductor optical device. As a countermeasure, there is a method of using the high output state at a high temperature to easily maintain the optical waveform quality. On the contrary, at low temperatures, in order to obtain optical waveform quality equivalent to that at high temperatures, it may be desirable to reduce the output compared to high temperatures. That is, in order to satisfy the mask regulations, it is desirable to have a high output at high temperatures and a low output at low temperatures. Therefore, when the customer specifications for average output are specified in a certain range as described above, the average output is controlled by controlling the output to be high at high temperatures and to be low at low temperatures. Both output specifications and mask regulations can be satisfied. As a control method, for example, in Equation (4), a target average output value can be changed between a high temperature and a low temperature by applying a coefficient that varies with temperature to the left side. The same applies to the extinction ratio. When the target extinction ratio specification changes depending on the temperature, the extinction ratio specification and the mask specification can be satisfied by multiplying the equation by a coefficient that changes depending on the temperature.

1 半導体光装置、2 駆動回路、3 光送信モジュール、4 マイクロコンピュータ、5 バイアス電流源、6 電圧測定部、7 電流測定部、8 温度計、20 変調電流源、30 半導体光素子、40 記憶部、42 温度計、44 制御部、60 オペアンプ、62 第1の電圧計、64 デジタルフィルタ、66 デジタルフィルタ、70 第2の電圧計、72 デジタルフィルタ、440 平均出力算出部、442 変調電流制御部、444 バイアス電流制御部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor optical device, 2 Drive circuit, 3 Optical transmission module, 4 Microcomputer, 5 Bias current source, 6 Voltage measurement part, 7 Current measurement part, 8 Thermometer, 20 Modulation current source, 30 Semiconductor optical element, 40 Storage part , 42 thermometer, 44 control unit, 60 operational amplifier, 62 first voltmeter, 64 digital filter, 66 digital filter, 70 second voltmeter, 72 digital filter, 440 average output calculation unit, 442 modulation current control unit, 444 Bias current control unit.

Claims (8)

光信号を出力する半導体光素子と、
前記半導体光素子にバイアス電流を供給するバイアス電流供給手段と、
前記半導体光素子の端子間に印加されるバイアス電圧を測定する電圧測定手段と、
前記バイアス電流を測定する電流測定手段と、
前記半導体光素子の温度を直接的又は間接的に測定する温度測定手段と、
参照値バイアス電圧、参照値バイアス電流、参照値温度、及び参照値αを記憶する記憶手段と、
前記光信号の平均出力が一定である場合に成立する、前記電圧測定手段により測定されたバイアス電圧、前記電流測定手段により測定されたバイアス電流、前記温度測定手段により測定された温度、前記参照値バイアス電圧、前記参照値バイアス電流、前記参照値温度、及び前記参照値αの関係を規定する第1の情報に基づいて、前記バイアス電流供給手段を制御するバイアス電流制御手段と、
を備え、
前記第1の情報は、前記測定された温度を変数とする第1の関数と、前記測定されたバイアス電圧と前記測定されたバイアス電流との比の値である第1の値との等号関係を規定し、
前記バイアス電流制御手段は、
前記第1の情報に規定される等号関係が満たされるように、前記バイアス電流供給手段を制御し、
前記第1の関数は、変数である前記測定された温度に関して単調減少関数であり、
前記バイアス電流制御手段は、前記第1の値が前記第1の関数の値と等しくなるように前記バイアス電流供給手段を制御する、
ことを特徴とする半導体光装置。
A semiconductor optical element that outputs an optical signal;
Bias current supply means for supplying a bias current to the semiconductor optical element;
Voltage measuring means for measuring a bias voltage applied between terminals of the semiconductor optical element;
Current measuring means for measuring the bias current;
Temperature measuring means for directly or indirectly measuring the temperature of the semiconductor optical element;
Storage means for storing a reference value bias voltage, a reference value bias current, a reference value temperature, and a reference value α;
The bias voltage measured by the voltage measurement unit, the bias current measured by the current measurement unit, the temperature measured by the temperature measurement unit, and the reference value, which are satisfied when the average output of the optical signal is constant. Bias current control means for controlling the bias current supply means based on first information defining a relationship between a bias voltage, the reference value bias current, the reference value temperature, and the reference value α;
With
The first information is an equal sign of a first function having the measured temperature as a variable and a first value that is a value of a ratio between the measured bias voltage and the measured bias current. Define the relationship,
The bias current control means includes
Controlling the bias current supply means so that the equality relationship defined in the first information is satisfied;
The first function is a monotonically decreasing function with respect to the measured temperature being a variable;
The bias current control means controls the bias current supply means so that the first value is equal to a value of the first function;
A semiconductor optical device.
請求項に記載の半導体光装置であって、
前記参照値バイアス電圧をVadj、前記参照値バイアス電流をIadj、前記参照値バイアス電圧Vadjと前記参照値バイアス電流Iadjとの比をy=Vadj/Iadj、前記参照値温度をTadj、前記第1の値をx、前記測定された温度をTと表す場合に、
前記第1の関数f(T)は、f(T)=y(α(T−Tadj)+1)1/2であ
ことを特徴とする半導体光装置。
The semiconductor optical device according to claim 1 ,
The reference value bias voltage is V adj , the reference value bias current is I adj , the ratio of the reference value bias voltage V adj to the reference value bias current I adj is y = V adj / I adj , and the reference value temperature is T adj , where the first value is x and the measured temperature is T,
Said first function f 1 (T) is, f 1 (T) = y (α (T-T adj) +1) Ru 1/2 der,
A semiconductor optical device.
光信号を出力する半導体光素子と、
前記半導体光素子にバイアス電流を供給するバイアス電流供給手段と、
前記半導体光素子に変調電流を供給する変調電流供給手段と、
前記半導体光素子の端子間に印加されるバイアス電圧を測定する電圧測定手段と、
前記バイアス電流を測定する電流測定手段と、
前記半導体光素子の温度を直接的又は間接的に測定する温度測定手段と、
参照値変調電流、参照値バイアス電圧、参照値バイアス電流、参照値温度、及び参照値αを記憶する記憶手段と、
前記光信号の消光比が一定である場合に成立する、前記電圧測定手段により測定されたバイアス電圧、前記電流測定手段により測定されたバイアス電流、前記温度測定手段により測定された温度、前記参照値変調電流、前記参照値バイアス電圧、前記参照値バイアス電流、前記参照値温度、及び前記参照値αの関係を規定する第2の情報に基づいて、前記変調電流供給手段を制御する変調電流制御手段と、を備え、
前記第2の情報は、前記測定されたバイアス電圧と前記測定されたバイアス電流との比の値である第1の値、及び前記測定された温度を変数とする第2の関数と、前記変調電流供給手段により供給される変調電流との等号関係を規定し、
前記変調電流制御手段は、
前記第2の情報に規定される等号関係が満たされるように、前記変調電流供給手段を制御し、
前記第2の関数は、変数である前記測定された温度に関して単調増加関数であり、
前記変調電流制御手段は、前記変調電流と前記参照値変調電流との比が前記第2の関数の値と等しくなるように前記バイアス電流供給手段を制御する、
ことを特徴とする半導体光装置。
A semiconductor optical element that outputs an optical signal;
Bias current supply means for supplying a bias current to the semiconductor optical element;
Modulation current supply means for supplying a modulation current to the semiconductor optical element;
Voltage measuring means for measuring a bias voltage applied between terminals of the semiconductor optical element;
Current measuring means for measuring the bias current;
Temperature measuring means for directly or indirectly measuring the temperature of the semiconductor optical element;
Storage means for storing a reference value modulation current, a reference value bias voltage, a reference value bias current, a reference value temperature, and a reference value α;
The bias voltage measured by the voltage measuring unit, the bias current measured by the current measuring unit, the temperature measured by the temperature measuring unit, and the reference value, which are satisfied when the extinction ratio of the optical signal is constant. Modulation current control means for controlling the modulation current supply means based on second information that defines the relationship among the modulation current, the reference value bias voltage, the reference value bias current, the reference value temperature, and the reference value α. And comprising
The second information includes a first value that is a value of a ratio between the measured bias voltage and the measured bias current, a second function having the measured temperature as a variable, and the modulation. Define the equality relationship with the modulation current supplied by the current supply means,
The modulation current control means includes
Controlling the modulation current supply means so that the equality relationship defined in the second information is satisfied;
The second function is a monotonically increasing function with respect to the measured temperature being a variable;
The modulation current control means controls the bias current supply means so that a ratio of the modulation current and the reference value modulation current is equal to a value of the second function;
A semiconductor optical device.
請求項に記載の半導体光装置であって、
前記参照値バイアス電圧をVadj、前記参照値バイアス電流をIadj、前記参照値バイアス電圧Vadjと前記参照値バイアス電流Iadjとの比をy=Vadj/Iadj、前記参照値温度をTadj、前記参照値変調電流をImod,adj、前記第1の値をx、前記測定された温度をT、前記変調電流供給手段により供給される変調電流をImodと表す場合に、
前記第2の関数f(x、T)は、f(x、T)=(α(T−Tadj)+1)−1/2(log(x)/x)((y(α(T−Tadj)+1)/log(y(α(T−Tadj)+1)))であ
ことを特徴とする半導体光装置。
The semiconductor optical device according to claim 3 ,
The reference value bias voltage is V adj , the reference value bias current is I adj , the ratio of the reference value bias voltage V adj to the reference value bias current I adj is y = V adj / I adj , and the reference value temperature is T adj , the reference value modulation current is represented by I mod, adj , the first value is represented by x, the measured temperature is represented by T, and the modulation current supplied by the modulation current supply unit is represented by I mod ,
The second function f 2 (x, T) is f 2 (x, T) = (α (T−T adj ) +1) −1/2 (log (x 2 ) / x 2 ) ((y 2 (α (T-T adj) +1) / log (y 2 (α (T-T adj) +1))) Ru der,
A semiconductor optical device.
請求項1乃至のいずれか一項に記載の半導体光装置であって、
前記記憶手段は、参照値平均出力をさらに記憶し、
前記測定されたバイアス電圧、前記測定されたバイアス電流、前記測定された温度、前記参照値バイアス電圧、前記参照値バイアス電流、前記参照値温度、前記参照値α、及び前記参照値平均出力の関係を規定する第3の情報に基づいて、前記光信号の平均出力を算出する平均出力算出手段を
さらに備えることを特徴とする半導体光装置。
A semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 4 ,
The storage means further stores a reference value average output,
Relationship between the measured bias voltage, the measured bias current, the measured temperature, the reference value bias voltage, the reference value bias current, the reference value temperature, the reference value α, and the reference value average output A semiconductor optical device, further comprising: an average output calculation unit that calculates an average output of the optical signal based on third information that defines
請求項に記載の半導体光装置であって、
前記第3の情報は、前記測定されたバイアス電圧と前記測定されたバイアス電流との比の値である第1の値、及び前記測定された温度を変数とする第3の関数と、前記光信号の平均出力との等号関係を規定し、
前記平均出力算出手段は、
前記第3の情報に規定される等号関係により、前記光信号の平均出力を算出する
ことを特徴とする半導体光装置。
The semiconductor optical device according to claim 5 ,
The third information includes a first value that is a value of a ratio between the measured bias voltage and the measured bias current, a third function having the measured temperature as a variable, the light Define the equality relationship with the average output of the signal,
The average output calculation means includes
The semiconductor optical device, wherein an average output of the optical signal is calculated according to an equality relationship defined in the third information.
請求項に記載の半導体光装置であって、
前記第3の情報に規定される等号関係は、前記測定されたバイアス電流の値が大きくなるに従って、前記半導体光素子のP−I特性に近づく
ことを特徴とする半導体光装置。
The semiconductor optical device according to claim 6 ,
The equality relationship defined in the third information approaches the PI characteristic of the semiconductor optical device as the value of the measured bias current increases.
請求項又はに記載の半導体光装置であって、
前記参照値バイアス電圧をVadj、前記参照値バイアス電流をIadj、前記参照値温度をTadj、前記参照値平均出力をPadj、前記参照値バイアス電圧と前記参照値バイアス電流との比をy=Vadj/Iadj、前記第1の値をx、前記測定された温度をT、前記光信号の平均出力をPと表す場合に、
前記第3の関数f(x、T)は、f(x、T)=(log(x)/x)((y(α(T−Tadj)+1)/log(y(α(T−Tadj)+1)))であり、
前記平均出力算出手段は、P=Padj(x、T)により前記光信号の平均出力を算出する
ことを特徴とする半導体光装置。
The semiconductor optical device according to claim 6 or 7 ,
The reference value bias voltage is V adj , the reference value bias current is I adj , the reference value temperature is T adj , the reference value average output is P adj , and the ratio between the reference value bias voltage and the reference value bias current is y = V adj / I adj , where the first value is x, the measured temperature is T, and the average output of the optical signal is P,
The third function f 3 (x, T) is f 3 (x, T) = (log (x 2 ) / x 2 ) ((y 2 (α (T−T adj ) +1) / log (y 2 (α (T−T adj ) +1))),
The average output calculating means calculates an average output of the optical signal by P = P adj f 3 (x, T).
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