JPH02284114A - 光変調器の光出力強度検出方法並びに該方法を用いたレーザ光源装置の光出力強度制御方法及び装置 - Google Patents

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】 概　　　要 主として光変調器の光出力強度検出方法に関し、光変調
器において光出力を低下させるこ七なく光出力強度の検
出を可能にすることを主要な目的とし、 例えば、印加電圧に応じて光吸収量が変化する光吸収部
と、入力信号に基づいて上記光吸収部に印加する電圧を
変化させる可変印加電圧部とを備え、上記光吸収部に一
定強度で入射した光を強度変調して出射するようにした
光変調器において、上記光吸収部における光吸収により
生じる光電流を検出することにより、該光電流に対応し
た光出力強度を間接的に検出するようにして構成する。

産業上の利用分野 本発明は、光変調器の光出力強度検出方法並びに該方法
を用いたレーザ光源装置の光出力強度制御方法及び制御
装置に関する。

一般的な光通信システムにおいては、送信側で強度変調
された信号光を光ファイバ等の光伝送路を介して受信側
に伝送し、受信側で受信光を直接検波して伝送情報を再
生するようにしている。送信側における強度変調は、例
えばレーザ光源としてのＬＤ（半導体レーザ）の駆動電
流を変調信号に基づいて変化させることにより行うこと
が出来るが（直接変調方式）、変調速度の高速化（例え
ば数Ｇ　ｂ　／　ｓ以上）が要求されるような場合には
、レーザ光源とは独立して外部に設けられた光変調器を
用いる外部変調方式が有利であるとされている。直接変
調方式又は外部変調方式を実施する場合、レーザ光源や
光変調器の動作特性は温度変化等の環境条件の変化或い
は経時変化による影響を受けて変化する場合がある。こ
のため、システムの安定動作を長期間維持するためには
、光出力をモニタリングしておくとともに、その結果に
基づいて光出力が安定になるように制御しておくことが
望ましい。

従来の技術 第７図は従来のレーザ光源装置の一例を示す図であり、
光出力強度が駆動電流に従って変化する特性を有するＬ
Ｄが図示されている。このＬＤ５１は活性層（光導波部
）５２とこの活性層５２に電流を注入するための電極５
３．５４とを具備して構成されており、電極５３．５４
間に印加する電圧ＶＬｔｌを変調信号に基づいて変化さ
せて駆動電流ＩＬ１１を変化させることによって、強度
変調された光出力Ｐ１．を得ることが出来るようになっ
ている。尚、Ｐ、は前方出射光としての光出力Ｐ□。

が出射する活性層５２の端面と反対側の端面から出射す
る後方出射光を表しており、その光出力強度は前方出射
光の光出力強度と相関する。即ち、後方出射光は、その
レベルにおいて前方出射光と差があるものの、前方出射
光（信号光）の時間応答に応じた光であるため、後方出
射光のモニタリングを行うことにより前方出射光の経時
変化等を知ることが出来る。従って、第７図に示される
従来装置に右いては、容易に光出力強度を検出すること
が出来るので、当該検出値が一定となるように駆動電流
をフィードバック制御することによって、容易に光出力
強度の安定化を図ることが出来る。

しかし、このような直接変調方式であると、変調信号に
基づいた駆動電流の変化により発振波長がパルス内で変
動し、光伝送路の波長分散特性によっては受信側に伝送
されたパルス波形が変化するので、特に数Ｇ　ｂ　／　
ｓ以上の変調速度においては、伝送距離が制限されてし
まう。このため、高速システムを構築する場合には、第
８図に示すような外部変調方式が有望である。

発明が解決しようとする課題 第８図は高速動作が可能な従来のレーザ光源装置の一例
を示す図である。この例では、第７図に示されるＬＤ５
１を概略一定電流で駆動して一定強度の光出力Ｐ。Ｃ及
び後方出射光Ｐ、を得、これらのうち前方出射光ｐｎｃ
について外部変調器６１を介して信号光ｐ　ｓｌ、とし
て出力するようにしている。このように出射光強度が一
定となるようにＬＤ５１を駆動する場合には、発振波長
の変動が少ないので、分散による伝送距離の制限が防止
される。

しかしながら、第８図に示すレーザ光源装置においては
、ＬＤの後方出射光Ｐ、をモニタリングするだけでは、
外部変調器の特性変化を含めたこのレーザ光源装置の光
出力特性変化を把握することが出来ない。このため、外
部変調器の特性変化を含めたレーザ光源装置の特性変化
を把握するためには、ＬＤの後方出射光をモニタリング
しておくだけでなく、ハーフミラ６２等の光分岐手段を
用いて外部変調器の光出力を分岐し、その分岐光のモニ
タリングを行うことが必要になる。モニタリングのため
に外部変調器の光出力を分岐すると、伝送情報に供され
る光出力が低下するので、伝送距離が制限される。

従って、本発明では、光変調器において、光出力を低下
させることなく光出力強度の検出を可能にすることを目
的としている。

ところで、第８図に示される外部変調方式において、光
変調器の光出力強度をモニタリングしておくことが必要
とされるのは、レーザ光源装置の光出力強度の安定化の
ためである。即ち、温度変化等の環境条件の変化或いは
経時変化の影響によらず常に安定な光出力強度を得るこ
とが要求されている。

従って、本発明では、光出力強度を安定化するのに適し
たレーザ光源装置の光出力強度制御方法及び制御装置の
提供を目的としている。

課題を解決するための手段 第１図は発明の原理説明ブロック図であり、レーザ光源
装置の光出力強度制御装置が図示されている。

ｌは印加電圧に応じて光吸収量が変化する光吸収部、２
は入力信号に基づいて光吸収部１に印加する電圧を変化
させる可変印加電圧部であり、これら光吸収部１と可変
印加電圧部２とから光変調器３が構成されている。この
光変調器３は、光吸収部１に一定強度で入射した光を強
度変調して出射する。

４は光電流検出手段であり、光吸収部１における光吸収
により生じた光電流を検出する。

５は印加電圧制御手段であり、上記光電流に対応して間
接的に検出された光出力強度の平均レベルが一定となる
ように光吸収部ｌに印加する電圧の平均レベルを制御す
る。

６はレーザ光源であり、その前方出射光が光吸収部１に
入射する。

７は光検出器であり、レーザ光源６の後方出射光の強度
を検出する。

８は駆動電流制御手段であり、光検出器７の出力レベル
が一定となるようにレーザ光源６の駆動電流を制御する
。

発明にかかる光変調器の光出力強度検出方法は、上記光
変調器３において、光吸収部１における光吸収により生
じる光電流を検出（４）することにより、該光電流に対
応した光出力強度を間接的に検出するようにしたもであ
る。

発明にがかるレーザ光源装置の光出力強度制御方法は、
レーザ光源６及び光変調器３を備え、レーザ光源６の後
方出射光の強度を検出（７）して該後方出射光の強度が
一定となるようにレーザ光源６の駆動電流を制御（８）
するようにしたレーザ光源装置の光出力強度制御方法に
おいて、前記光出力強度検出方法により光変調器３の光
出力強度を検出し、該光出力強度の平均レベルが一定と
なるように光吸収部１に印加する電圧の平均レベルを制
御（５）するようにしたものである。

作　　　用 上述した光変調器の光出力強度検出方法によれば、光吸
収により生じる光電流を検出することにより、光電流に
対応した光出力強度を間接的に検出するようにしている
ので、光出力強度を検出するに際して光出力を分岐する
必要がなくなり、光出力を低下させることなく光出力強
度の検出が可能になる。

又、上述したレーザ光源装置の光出力強度制御方法又は
制御装置によれば、光吸収部による光吸収量が印加電圧
に応じて変化するという事実に着目して、前記光出力強
度検出方法により検出された光変調器の光出力強度の平
均レベルが一定となるように光吸収部に印加する電圧の
平均レベルを制御するようにしているので、光出力強度
の安定化を図ることが出来る。尚、レーザ光源の後方出
射光の強度を検出してこの強度が一定となるようにレー
ザ光源の駆動電流を制御するようにしているのは、光変
調器に入射する光の強度を一定にして、光出力の安定化
を図るためである。

実　　施　　例 以下第１図に示した光出力強度制御装置の基本構成に基
づいて発明の実施例を説明する。

第２図は発明の実施に使用することが出来る一体型光半
導体素子の構成図、第３図はその等価回路図である。こ
の一体型光半導体素子１１は、例えばＩｎＰ基板上に動
的単一モードレーザであるＤＦＢ−ＬＤ　（分布帰還型
半導体レーザ）と光吸収部とをモノリシックに形成する
ことにより、光吸収部ｌとレーザ光源６とを一体化した
ものである。１３は光吸収ｉｔとレーザ光源６とに共通
した光導波部であり、レーザ光源６においては活性層に
相当している。１４は光吸収Ｂ１及びレーザ光源６の共
通の接地電極、１５は光吸収部１に可変印加電圧部２か
らの電圧（Ｖｘｏｏ）を印加するための電極、１６はレ
ーザ光源６に駆動電流制御手段からの電圧（＋ＶＬＤ）
を印加するための電極である。光吸収部！としては、電
気吸収効果を用いたダブルへテロ型のもの或いはＭＱＷ
　（多重量子井戸）型のものを用いることが出来る。

第３図に示した一体型光半導体素子１１の等価回路にお
いて、２１は光吸収部１とレーザ光源６きの電気的なア
イソレーションを図るために設けられた高抵抗値（数Ｍ
Ω以上）の抵抗であり、この抵抗２１は、光半導体素子
の製造プロセス制御により形成することが出来る。レー
ザ光源６に順方向に所定の印加電圧（＋ＶＬＤ）を印加
すると、レーザ光源６には駆動電流（ＩＬＩｌｌ）が流
れ、この駆動電流に応じた強度の前方出射光及び後方出
射光が得られる。前方出射光は、レーザ光源６と一体的
に形成された光吸収部１に入射し、ここで変調信号に応
じた吸収量で吸収されて、強度変調された信号光として
出力される。光吸収部１における吸収量は、光吸収部１
に印加される逆バイアス電゛圧（Ｖｘａｎ）に応じて一
義的に決定される。

そして、この光吸収が生じると、光吸収部１には光電流
（Ｉｘｏｎ）が流れることになる。

第４図は光吸収部の特性の一例を示すグラフであり、横
軸は光吸収部に印加する電圧（Ｖｘｏｏ）、縦軸は光吸
収により生じる光電流（１、、、）及び光吸収部から出
射する光出力強度（Ｐ−ｔ＝）である。印加電圧（ＶＸ
ＯＯ）が０　（ｖ）近傍の値であり、光吸収部に電界が
ほとんど加わっていない状態にあっては、光吸収はほと
んど生じないから、光出力強度（Ｐ−＋、）は比較的高
いレベルにあり、このときの光電流（Ｉ　ｘｏａ　）は
ほとんど０である。逆バイアス電圧を大きくしてゆくと
、逆バイアスの増大に従って光吸収量も増大するから、
光出力強度（Ｐ、１．）は減少し、これに伴って、光電
流（１，、、）は増大する。従って、光吸収により生じ
る光電流を検出することにより、そのときの光出力強度
を間接的に検出することが出来る。

尚、同一の製造プロセスにより製造された別個の光吸収
部についての特性曲線はほぼ同一であるので、光電流に
対応して光出力強度を間接的に検出する上記方法は、同
一の製造プロセスにより製造された光吸収部について普
遍性を有する。

本実施例によれば、光吸収部１とレーザ光源６とを単一
の半導体内に集積しているので、装置の小型化が可能に
なると同時に、レーザ光源６と光吸収部１間の光結合が
不要になり、装置の製造が容易になる。しかし、集積化
したことにより、レーザ光源６及び光吸収部ｌの光出力
強度特性をそれぞれ別個にリアルタイムにモニタリング
することが一般に困難になる。従って、本発明方法によ
り光吸収部１の光出力強度を間接的に検出することは極
めて有効である。又、レーザ光源６の後方出射光をモニ
タリングすることは、光吸収部１に一定強度のレーザ光
を入射させる上で有効である。

第５図は発明の実施例を示す光出力強度制御装置のブロ
ック図、第６図はその制御手順を示す流れ図である。Ａ
ＰＣ回路（自動光出力強度制御回路）３１は、光吸収部
１からの信号光出力強度（Ｐ−＋、）の平均レベルが一
定となるように機能するものであり、この実施例では、
第１図における可変印加電圧部２、光電流検出手段４、
印加電圧制御手段５及び駆動電流制御手段８が組み込ま
れている。信号光出力強度の平均レベルが一定となるよ
うに制御している理由は２つある。即ち、第１に、変調
により経時的に変化する光出力強度レベルが一定となる
ように制御することは、強度変調をなすべき光吸収部１
について無意味だからである。第２に、信号光出力強度
のピーク値が一定となるように制御する場合と比較して
、特に高速システムにおいて、平均値制御の方が電子回
路を容易に構成し得るからである。

第６図に示す流れ図によりＡＰＣ回路３１における制御
手順を説明する。まず、ステップ４１では、レーザ光源
６の後方出射光強度（Ｐ、）に応じて変化する光検出器
７の出力電流（Ｉ８）を検出し、この出力電流（ＩＢ）
が設定値（Ｉ　Ｂ、）と比較して、一致していない場合
には、ステップ４２に進み、出力電流（■、）と設定値
（Ｉ　、、）との大小関係に応じてレーザ光源６の駆動
電流（■ＬＤ＞の増加又は減少を行う。これにより、温
度変化等の環境条件の変化や経時劣化に起因するレーザ
光７Ｒ６の光出力強度特性の変化をキャンセルすること
が出来る。次に、ステップ４３では、光検出器７の出力
電流（Ｉ８）とその設定値（Ｉ　、、）とが一致してい
ることを前提として、光吸収部１において生じた光電流
（Ｉｔｔｏｎ）の平均レベルと設定値（Ｉｘ。。ｌ）と
の比較を行い、これらの大小関係に応じて、ステップ４
４で光吸収部１に印加する電圧（Ｖ、、Ｏ）の増加又は
減少を行う。これにより、光変調器の特性変化に起因す
る光出力強度の変化（変調信号に基づくものを除く。）
を防止することが出来る。

発明の効果 光変調器において、光吸収により生じる光電流を検出し
て該光電流に対応した光出力強度を間接的に検出するこ
とにより、光出力を低下させることなく光出力強度の検
出が可能になるという効果を奏する。

又、この光出力強度検出方法を用いてレーザ光源装置の
光出力強度を制御することによって、容易に光出力強度
の安定化を図ることが可能になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の原理説明ブロック図、 第２面は発明の実施に使用することが出来る一体型光半
導体素子の構成図、 第３図は第２図に示した一体型光半導体素子の等価回路
図、 第４図は光吸収部の特性の一例を示すグラフ、第５図は
発明の実施例を示す光出力強度制御装置のブロック図、 第６図は発明の実施例における制御手順を示す流れ図、 第７図は従来のレーザ光源装置の一例を示す図、第８図
は高速動作が可能な従来のレーザ光′ＦＡ装置の一例を
示す図である。 １・・・光吸収部、 ２・・・可変印加電圧部、 ３・・・光変調器、 ４・・・光電流検出手段、 ５・・・印加電圧制御手段、 ６・・・レーザ光源、 ７・・・光検出器、 ８・・・駆動電流制御手段、 １１・・・一体型光半導体素子、 ３１・・・ＡＰＣ回路。 掃ＣＢ月の１！、１里家θ月フ゛ロ、、２０第１図 ｅＢ月の実施１；イ更Ｆ＠１ろ二乙がマ゛さる−（苓翌
九半搏イ拳禾手の講成口 第２図 発日月の支施４１１を示１光エカ弓東農争゛」律Ｐ張１
の）゛°ロック図第５図 発明の実方也例１−お【１ろ剃？卸キ１慣を示１シ丸わ
口笛６図 ＶＭＯＤ ＋ＶＬＤ 第２０ＩＳ示しｒ；−イオζ３２；六−そ掴１イ」ミ」
祇子の耳イｄｂ回に匹］第３図 ＶＭＯ０ （Ｖ） 光咀収邦の８社の一例２才・１７゛ラフ第４図 探来のし一寸′光捌ｌＬ１の一イ列と示・１図第７図 高埋動作が剖りとなイ足東のレープ光１１（！の−イ列
２示１図第８図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）印加電圧に応じて光吸収量が変化する光吸収部（
   １）と、入力信号に基づいて上記光吸収部（１）に印加
   する電圧を変化させる可変印加電圧部（２）とを備え、
   上記光吸収部（１）に一定強度で入射した光を強度変調
   して出射するようにした光変調器（３）において、 上記光吸収部（１）における光吸収により生じる光電流
   を検出（４）することにより、該光電流に対応した光出
   力強度を間接的に検出することを特徴とする光変調器の
   光出力強度検出方法。
2. （２）レーザ光源（６）と該レーザ光源（６）の前方出
   射光が入射する請求項１記載の光変調器（３）とを備え
   、上記レーザ光源（６）の後方出射光の強度を検出（７
   ）して該後方出射光の強度が一定となるように上記レー
   ザ光源（６）の駆動電流を制御（８）するようにしたレ
   ーザ光源装置の光出力強度制御方法において、請求項１
   記載の方法により上記光変調器（３）の光出力強度を検
   出し、該光出力強度の平均レベルが一定となるように前
   記光吸収部（１）に印加する電圧の平均レベルを制御（
   ５）するようにしたことを特徴とするレーザ光源装置の
   光出力強度制御方法。
3. （３）請求項１記載の光変調器（３）と、 前記光吸収部（１）における光吸収により生じた光電流
   を検出する光電流検出手段（４）と、 該光電流に対応して間接的に検出された光出力強度の平
   均レベルが一定となるように前記光吸収部（１）に印加
   する電圧の平均レベルを制御する印加電圧制御手段（５
   ）と、 その前方出射光が前記光吸収部（１）に入射するレーザ
   光源（６）と、 該レーザ光源（６）の後方出射光の強度を検出する光検
   出器（７）と、 該光検出器（７）の出力レベルが一定となるように上記
   レーザ光源（６）の駆動電流を制御する駆動電流制御手
   段（８）とを具備して構成されることを特徴とするレー
   ザ光源装置の光出力強度制御装置。