JPH02140985A

JPH02140985A - レーザダイオード駆動方法および装置

Info

Publication number: JPH02140985A
Application number: JP29444888A
Authority: JP
Inventors: Takayasu Fukuda; 福田　孝康; Tamotsu Tanabe; 田辺　有
Original assignee: NIPPON DIGITAL EQUIP KK
Current assignee: NIPPON DIGITAL EQUIP KK
Priority date: 1988-11-21
Filing date: 1988-11-21
Publication date: 1990-05-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、デジタル光通信装置等におけるレーザダイオ
ードめ駆動方法および装置に関するものである。

従来の技術一般的に、レーザダイオードの駆動電流対光出力特性は
、添付図面の第７図に示す如く、閾値特性を示し、その
閾値電流Ｉｔｈは、大きな温度（Ｔ）依存性を持ってい
る。従って、従来のレーザダイオード送信器においては
、主として、次の２つの方法によって、その温度依存性
を補償して安定な動作を得るようにしている。

（１）ＡＰＣ（自動出力制御）この従来方法を実施する装置構成例の概略を第８図に示
している。この従来方法によれば、第８図に示されるよ
うに、被駆動レーザダイオード１は、バイアス電流供給
回路４によって供給されるバイアス電流Ｉｂに、パルス
電流供給回路５によって供給されるパルス電流Ｉ、を重
畳させた駆動電流にて駆動される。そして、被駆動レー
ザダイオードｌの出力側とは反対側に置いたモニタフォ
トダイオード２で光出力をモニタし、モニタ光の変化に
応じた信号を増幅器３にて増幅した後差動増幅器７にて
基準値と比較してバイアス電流供給回路４によって供給
されるバイアス電流Ｉ、を制御することによって、被駆
動レーザダイオード１に対する周囲温度の変動の影響を
補償して安定な動作が行えるようにしている。

（２）ＡＴＣ（自動温度制御）この従来方法を実施する装置構成例の概略を第９図に示
している。この従来方法において、第９図に示されるよ
うに、被駆動レーザダイオード１は、バイアス電流供給
回路４によって供給されるバイアス電流Ｉｂに、パルス
電流供給回路５によって供給されるパルス電流工、を重
畳させた駆動電流にて駆動される点は、前述のＡＰＣの
動作と同じであるが、この従来方法によれば、被駆動レ
ーザダイオード１のチップを、温度検出素子としてのサ
ーミスタ９と共に、ペルチェ効果素子８の上に設置し、
周囲温度にかかわりなく被駆動レーザダイオード１のチ
ップの温度を一定に保つことにより、周囲温度の変動の
影響を抑えて、安定な動作が得られるようにしている。

すなわち、ペルチェ効果素子８の温度をサーミスタ９に
て検出し、その検出温度を差動増幅器１０にて設定温度
と比較して、電流ブースター１１を制御して、周囲温度
の変動に関係なく、常に、ペルチェ効果素子８による温
度が設定温度に保たれ、したがって、被駆動レーザダイ
オード１が一定の温度に保たれるようにしている。

発明が解決しようとする課題しかし、前記（１）項の従来のＡＰＣ方法は、本質的に
フィードバック制御であり、従って、動作点を劇的に変
化させる場合（ディスエーブル等）、その応答速度が問
題となる。例えば、送信器を組み込む上位システムがプ
ロトコルの実現手段として光出力が無い状態（例えば、
光出力が一４５ｄＢｒｎ以下）を必要とし、さらに、そ
の状態から能動状態への遷移時間が厳しく制限されてい
るような場合である。特に、システムの人力信号におい
て、“１”　（もしくは“０”）信号が連続し得る時間
が、許容遷移時間より十分短くない場合は、このフィー
ドバック制御であることによる応答速度への制限はより
本質的なものとなっていた。

また、前記（２）項のＡＴＣ方法は、このような応答速
度の問題こそ無いものの、やはり、（１）使用するペル
チェ効果素子８が大電流を必要とするため、電源、駆動
回路が高価かつ複雑なものとなる、（２）レーザダイオ
ードモジュールが高価なものとなる等の問題があった。

本発明の目的は、前述したような従来技術の問題点を解
消しうるレーザダイオード駆動方法および装置を提供す
ることである。

課題を解決するための手段本発明の１つの特徴によれば、駆動電流対光出力特性が
閾値特性を示すレーザダイオードに、前記閾値特性の閾
値電流に応じたバイアス電流にパルス電流を重畳した駆
動電流を流すことにより前記レーザダイオードを駆動す
るレーザダイオード駆動方法において、前記レーザダイ
オードの周囲の温度変化を検出し、該検出された温度変
化に応じて、少なくとも前記バイアス電流を変化させて
、該温度変化による前記閾値電流の変化を補償する。

また、本発明の別の１つの特徴によれば、駆動電流対光
出力特性が閾値特性を示すレーザダイオードに、前記閾
値特性の閾値電流に応じたバイアス電流にパルス電流を
重畳した駆動電流を流すことにより前記レーザダイオー
ドを駆動するレーザダイオード駆動装置において、前記
レーザダイオードの外囲器内または表面に設けられその
レーザダイオードの周囲の温度変化を検出するための温
度検出手段と、前記バイアス電流を供給するためのバイ
アス電流供給手段と、前記パルス電流を供給するための
パルス電流供給手段と、前記温度検出手段によって検出
された温度変化に基づいて、前記レーザダイオードの温
度によって変化する前記閾値特性の閾値電流を模擬した
信号を出力する閾値電流模擬手段とを備えており、該閾
値電流模擬手段の前記出力信号によって、少なくとも前
記バイアス電流供給手段を制御して１１．該バイアス電
流供給手段が供給するバイアス電流を変化させて、前記
温度変化による前記閾値電流の変化を補償する。

実施例次に、添付図面の、特に、第１図から第６図を参照して
本発明の実施例について本発明をより詳細に説明する。

先ず、本発明の具体的な実施例について説明する前に、
本発明の概念について説明する。本発明は、モニタフォ
トダイオードを含むフィードバック制御によらずに、バ
イアス電流を制御することを考えることにより、フィー
ドバック制御に起因する応答速度の制限を克服し、さら
に副次的効果として、（１）非常に不規則な信号の伝送
が可能となる、（２）駆動装置の大幅な簡素化が可能と
なる等の効果を得ることをねらいとしている。すなわち
、前述した従来のＡＰＣ方法がディスエーブル信号に対
する応答速度を速くできないのは、基本的にモニタフォ
トダイオードの出力を用いるフィードバック制御である
こと、さらにそのループ内に種々の時定数（平均化、振
幅検出等のため）を含むことによるのであり、本発明は
、これに対処するため開ループ制御を採用することにし
た。この際、レーザダイオードの閾値電流■いとサーミ
スタの抵抗値の逆数が共に温度に対して一定の温度範囲
で返信的に指数関数的に増加すること、また、演算増幅
器による電流−電圧変換回路を用いれば、この逆数を取
るという操作が非常に簡単に実現できることに着眼し、
具体的な実施例においては、サーミスタを用いてレーザ
ダイオードの閾値電流ＩＬｈの温度変化を模擬する回路
を構成し、これによってバイアス電流を制御することを
試みた。

第１図は、本発明の一実施例としてのレーザダイオード
駆動装置の構成を概略的に示している。

この第１図に示した実施例は、本発明によりバイアス電
流のみを制御するものである。閾値電流模擬回路８０は
、レーザダイオード１の外囲器内部に設置した温度検出
手段としてのサーミスタ７０の抵抗値からその温度にお
けるレーザダイオード１の閾値電流に対応する電圧Ｉｔ
ｈ　　を発生するためのものであり、その出力電圧１　
ｔｈ’　は、バイアス電流供給回路４０に送られる。光
出力をしゃ断するための信号であるディスエーブル信号
は、バイアス電流供給回路４０に印加される。外部から
のデジタル入力信号は、パルス電流供給回路５０に供給
され、その出力Ｉ、は、バイアス電流Ｉ。

と合わされ、レーザダイオード１を駆動する。

第２図は、第１図の装置の構成をさらに詳細に示す回路
構成図であり、特に、この第２図を参照して、装置の動
作について説明する。閾値電流模擬回路８０は、固定抵
抗Ｒ３、可変抵抗Ｒ２および反転増幅器として用いる演
算増幅器８１とを備えており、可変抵抗Ｒ２の両端には
、サーミスタ７０が接続されている。この閾値電流模擬
回路８０は、これらの抵抗Ｒ，、Ｒ２および反転増幅器
のフィードバック抵抗Ｒｒを調整することにより、種々
な相異なるレーザダイオードに対して適切なバイアス電
流値を発生させることができる。

この閾値電流模擬回路８０は、可変抵抗Ｒ２に並列に接
続されたサーミスタ７０の抵抗値がレーザダイオード１
の周囲の温度の変化につれて変化することにより、レー
ザダイオード１のその温度の変化につれて変化する閾値
電流を模擬する電圧を出力する。製造者の異なる２種類
のレーザダイオードについて実際の閾値電流Ｉｔｈと、
このような閾値電流模擬回路８０によって発生される模
擬閾値電流値１　ｔｈ’　との比較を、第３図および第
４図にそれぞれ示している。第３図は、サンプルＡのレ
ーザダイオードについて、閾値電流模擬回路８０の固定
抵抗Ｒ１の値を２にΩ、可変抵抗Ｒ２の値をＩＯＫΩと
して発生された模！！！！閾値電流Ｉ　ｔｈ　　を・印
で示し、実際に測定した閾値電流Ｉｔｈの温度変化を点
線にて示している。第４図は、サンプルＡとは異なる種
類のサンプルＢのレーザダイオードについて、閾値電流
模擬回路８０の固定抵抗Ｒ１Ｏ値を２にΩ、可変抵抗Ｒ
２の値を１６にΩとして発生された模擬閾値電流Ｉ　ｔ
ｈ’　を・印で示し、実際１ご測定した閾値電流■いの
温度変化を点線にて示している。これら第３図および第
４図のグラフから明らかなように、第２図の閾値電流模
擬回路８０の構成によれば、各種のレーザダイオードの
閾値電流の温度変化を精度よく模擬することができる。

この閾値電流模擬回路８０の出力電圧Ｉｔｈ　　は、バ
イアス電流供給回路４０へ送られる。バイアス電流供給
回路４０は、トランジスタ４１と、第１の演算増幅器４
２と、第２の演算増幅器４３とを備えており、レーザダ
イオード１に供給されるバイアス電流Ｉｂは、トランジ
スタ４１の導通時に、演算増幅器４２および４３０作用
により、閾値電流模擬回路８０からの出力電圧１　ｔｈ
’　と一致するように制御される。ディスエーブル信号
も出力電圧Ｉ　ｔｈ’　と並列にバイアス電流供給回路
４０へ入力されるが、このディスエーブル信号をハイ“
Ｈ”にすることにより、Ｉ　ｔｈ’　の値にかかわりな
く、バイアス電流Ｉｂ　、従って、光出力をしゃ断する
ことができる。

このようなレーザダイオードの駆動方式によれば、バイ
アス電流をその周囲温度におけるレーザダイオードの閾
値電流付近に設定するという本来のＡＰＣの機能を果た
すことができる上、前述したような従来技術の問題点を
次のように解決できる。

（１）高　　速ＡＰＣの応答としては、バーストデータ信号への応答速
度およびディスエーブル信号への応答速度を考慮しなけ
ればならないのであるが、バーストデータ信号への応答
速度については、バイアス電流Ｉ、がパルス電流Ｉ、と
無関係に設定されるため何ら問題とならない。すなわち
、応答時間は、事実上零である。ディスエーブル信号へ
の応答速度についても、前述した実施例の場合、使用す
る演算増幅器４３のスリニーレートのみで決まるので、
従来方式より大幅に短縮が可能である。実際、実験によ
れば、スリニーレートがＩＶ／μ秒という標準的な演算
増幅器を用いてイネーブノペディスエーブルとも１μ秒
以下という良好な応答速度を得ることができる。

（２）簡単化および低価格化本方式によるＡＰＣ回路は、高々３個（回路の工夫によ
り２個にすることも可）の演算増幅器と抵抗器のみで構
成することができ、また、第８図に示すように従来の駆
動方式では必要とされたマーク率検出回路６の如き回路
を不要とすることができる。

（３）パルス電流の制御の容易性本発明の駆動方式では、バイアス電流■、は、光出力か
らではなく、レーザダイオードの温度のみによって、従
って、パルス電流Ｉ、とは完全に無関係に制御されるの
で、従って、パルス電流１、の制御にあたってはバイア
ス電流Ｉ、との干渉を考慮する必要がない。

第１図および第２図に関して説明した本発明の実施例は
、バイアス電流のみを制御するものであったが、本発明
は、これに限らず、バイアス電流を制御するだけでなく
、同時に、パルス電流を制御してより安定な動作をさせ
ることも容易である。

第５図は、このようなパルス電流も制御する実施例の装
置構成を概略的に示している。この第５図の装置では、
第１図の装置に設けられていたバイアス電流供給回路４
０、パルス電流供給回路５０、サーミスタ７０および閾
値電流模擬回路８０に加えて、微分量子効率模擬回路９
０が設けられている。この微分量子効率模擬回路９０は
、第７図に示したようなレーザダイオードの駆動電流−
光出力特性における閾値電流以上の駆動電流と光出力と
の関係を表す直線部分の勾配の温度変化分を模擬した電
圧を出力するもので、閾値電流模擬回路８０の出力電圧
によって制御される。微分量子効率模擬回路９０の出力
電圧は、パルス電流供給回路５０に送られて、そのパル
ス電流供給回路５０がレーザダイオード１に供給するパ
ルス電流■。

を制御して、温度変化によるレーザダイオード１の微分
量子効率の変化を補償するものである。

なお、本発明の駆動方式の問題点としては、レーザダイ
オードの経時変化に自動的に対処できないことがあるが
、閾値電流Ｉｔｈの温度依存性の経時変化は、第６図に
示すようなものなので、第２図の実施例では、抵抗器Ｒ
ｒの調整のみで経時変化の影響を簡単に補正することが
可能である。

発明の効果本発明の駆動方式は、前述したような構成で動作するも
のなので、次のような種々な効果の得られるものである
。

（１）バースト信号に対して完全にビット欠落無しとす
ることができ、また、ディスエーブル信号に対する応答
速度を改善できる。

（２）制御回路を簡単、安価なものとすることができる
。

（３）バイアス電流だけでなく、パルス電流も周囲温度
の変化に応じて容易に制御できるので、より安定な動作
をさせることができる。

（４）　　レーザダイオードの経時変化に対して容易に
対処することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例としてのレーザダイオード
駆動装置の構成を示す概略図、第２図は、第１図の装置
の構成をさらに詳細に示す回路構成図、第３図および第
４図は、製造者の異なる２種類のレーザダイオードにつ
いて実際の閾値電流と閾値電流模擬回路によって発生さ
れる模擬閾値電流値との比較をそれぞれ示す図、第５図
は、パルス電流も制御する本発明の実施例の装置構成を
示す概略図、第６図は、閾値電流の温度依存性を示す図
、第７図は、−殻内なレーザダイオードの駆動電流対光
出力特性を示す図、第８図は、従来の自動出力制御によ
るレーザダイオードの駆動方法を実施する装置構成例を
示す概略図、第９図は、従来の自動温度制御によるレー
ザダイオードの駆動方法を実施する装置構成例を示す概
略図である。１・・・・・・レーザダイオード、４０・・・・・・バイアス電流供給回路、４３・・・・
・・演算増幅器、５０・・・・・・パルス電流供給回路、７０・・・・・
・サーミスタ、８０・・・・・・閾値電流模擬回路、Ｒ１・・・・・・固定抵抗、Ｒ２・・・・・・可変抵抗、８１・・・・・・演算増幅器、Ｒｒ・・・・・・フィードバック抵抗、９０・・・・・
・微分量子効率模擬回路。第１図第３図第５図 ■＋第６図温度（°Ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）駆動電流対光出力特性が閾値特性を示すレーザダ
イオードに、前記閾値特性の閾値電流に応じたバイアス
電流にパルス電流を重畳した駆動電流を流すことにより
前記レーザダイオードを駆動するレーザダイオード駆動
方法において、前記レーザダイオードの周囲の温度変化
を検出し、該検出された温度変化に応じて、少なくとも
前記バイアス電流を変化させて、該温度変化による前記
閾値電流の変化を補償することを特徴とするレーザダイ
オード駆動方法。
（２）前記検出された温度変化に応じて、前記パルス電
流も変化させて、該温度変化による前記レーザダイオー
ドの微分量子効率の変化を補償する請求項（１）記載の
レーザダイオード駆動方法。
（３）駆動電流対光出力特性が閾値特性を示すレーザダ
イオードに、前記閾値特性の閾値電流に応じたバイアス
電流にパルス電流を重畳した駆動電流を流すことにより
前記レーザダイオードを駆動するレーザダイオード駆動
装置において、前記レーザダイオードの外囲器内または
表面に設けられそのレーザダイオードの周囲の温度変化
を検出するための温度検出手段と、前記バイアス電流を
供給するためのバイアス電流供給手段と、前記パルス電
流を供給するためのパルス電流供給手段と、前記温度検
出手段によって検出された温度変化に基づいて、前記レ
ーザダイオードの温度によって変化する前記閾値特性の
閾値電流を模擬した信号を出力する閾値電流模擬手段と
を備えており、該閾値電流模擬手段の前記出力信号によ
って、少なくとも前記バイアス電流供給手段を制御して
、該バイアス電流供給手段が供給するバイアス電流を変
化させて、前記温度変化による前記閾値電流の変化を補
償することを特徴とするレーザダイオード駆動装置。
（４）前記パルス電流供給手段には、前記閾値電流模擬
手段の前記出力信号を受けて前記レーザダイオードの温
度によって変化する微分量子効率を模擬した信号を前記
パルス電流供給手段へ出力して、該パルス電流供給手段
が供給するパルス電流を変化させて、該温度変化による
前記レーザダイオードの微分量子効率の変化を補償する
微分量子効率模擬手段が関連付けられている請求項（３
）記載のレーザダイオード駆動装置。
（５）前記温度検出手段は、サーミスタである請求項（
３）または（４）記載のレーザダイオード駆動装置。