JPH0324831A - レーザダイオード駆動方法および装置 - 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】 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
ード駆動方法および装置に関するものである。

従来の技術 レーザダイオードを光源とするデジタル光通信装置等に
おけるレーザダイオードの駆動に関しては、レーザダイ
オードが強いしきい特性を持っていることや、高速の変
調を可能とし、また緩和振動をおさえる必要があること
などのために、データ入力信号に対応したパルス電流に
バイアス電流を加えて、レーザダイオードの駆動電流と
しなければならない。一般に、レーザダイオードの駆動
に関しては、しきい値電流が温度変化などによって大き
く変動することなどのために、出力光強度をモニタする
ことにより、バイアス電流を常に適当な大きさに調整し
ておく必要がある。このような制御は、しばしば自動出
力制御（ＡＰＣ）と呼ばれている。

筐体内光伝送（光インターコネクション）等に用いられ
る光通信装置においては、しばしば、間欠信号（バース
ト信号）に対するすみやかな応答が要求される。レーザ
ダイオードを用いた光送信装置では、バイアス電流の断
続が必要となる場合があり、発光ダイ才一ドを用いたも
のに比べて複雑である。例えば、光スターカブラ等の受
動形光回路部品により多数の光送受信装置を接続し多重
通信を行う場合、複数の非送信状態にある光送信装置か
らの出力光は、その光源の数が多いことにより、送信状
態にある１つの光送信装置からの出力光の品質に重大な
影響を及ぼし、通信特性を劣化させる。従って、非送信
状態にあるときには、出力光強度がほぼ完全に零である
ことが要求される。また、通信の効率を向上させるため
には、非送信状態から送信状態への遷移や、送信状態か
ら非送信状態への遷移に要する時間が極力短いことが必
要である。以下、非送信状態にあり、出力光がほぼ完全
に無い状態をディスエープル状態と呼び、送信状態、あ
るいはすみやかにデータを送信可能となっている状態を
イネーブル状態と呼ぶ。

レーザダイオードを用いた光送．信装置では、デイスエ
ープル状態は、レーザダイオードにパルス電流とバイア
ス電流が共に供給されていない状態であり、イネーブル
状態は、適当なバイアス電流が供給されており、パルス
電流を供給することによりデータをすみやかに送信可能
となっている状態である。通信の効率を向上させるため
に、デイス工−ブル状態から、イネーブル信号によって
バイアス電流の供給が開始され、バイアス電流および出
力光強度が安定してイネーブル状態となるまでの時間や
、またイネーブル状態からイネーブル信号の消失によっ
てバイアス電流が遮断され、デイスエープル状態となる
までの時間が、極力短いことがしばしば要求される。

レーザダイオードを用いた光送信装置の間欠信号に対す
る応答の例を、添付図面の第２図を用いて説明する。第
２図（Ａ）　　（Ｂ）および（Ｃ）において、横軸は共
通の時間である。光送信装置に与えられるデータ入力信
号を第２図（Ａ）に示している。

この図では、簡単のために、（１０１０１０１０１０１
０１０１）のデータの場合を示している。

光送信装置に与えられるイネーブル信号を、第２図（Ｂ
）に示している。それらの信号を与えられた光送信装置
の出力光強度の例を誇張して、第２図（Ｃ）に示してい
る。一般に、ディスエープル状態の光送信装置が、イネ
ーブル信号を受けてイネーブル状態になるまでに有限の
時間２０１を必要とする。この時間を以下、イネーブル
応答時間と呼ぶ。ディスエープル状態の光送信装置にイ
ネーブル信号が与えられ、イネーブル応答時間２０１が
経過した後に、データ入力信号が与えられる。自動出力
制御（ＡＰＣ）の方法や調整にもよるが、光送信装置に
よっては、データ入力信号が与えられてから有限の時間
２０２が経過しないと出力光強度が一定値に安定しない
ものがある。この時間を以下、バースト応答時間と呼ぶ
。データ入力信号が終了した後に、イネーブル信号が消
失すると、有限の時間２０３を経過した後に、光送信装
置は、ディスエープル状態になる。この時間を以下、デ
ィスエープル応答時間と呼ぶ。

従来のレーザダイオードを光源とするデジタル光送信装
置の自動出力制御（ＡＰＣ）の原理を第第３図を参照し
て説明する。第３図は、素子温度をパラメータとしたレ
ーザダイオードの一般的な駆動電流一出力光強度特性を
中心にして示し、併せて、駆動電流の波形を下に、出力
光の波形を右に示したグラフ図である。この第３図にお
いて、特性曲線Ｕは、低温、特性曲線Ｖは、高温での特
性を示している。

従来のＡＰＣでは、レーザダイオードの光出力の一部（
以下、モニタ光という）を受光するためのフォトダイオ
ード（以下、モニタフォトダイオードという）によって
検出される出力光強度の平均値によってバイアス電流を
制御する方法が主なものであった。この方法は、出力光
強度のデューティー比（ＮＲＺコードの場合はデータの
マーク率にほぼ一致する）が０．５（５０％）とした場
合、出力光強度の平均値を第３図のＰ（０．５）に一致
するようにバイアス電流を制御するものである。

？のようにして決定されたバイアス電流の大きさをＩ．
（０．５）とする。しかし、その方法によれば、バイア
ス電流の閉ループ制御系の中に平均化のための時定数が
入るために、イネーブル応答時間を十分短くすることは
難しい。また、バースト応答時間もしばしば発生し問題
となる。なお、ディスエープル応答時間は、容易に短く
することができるので問題となることは少ない。

そこで、′１”に対応する高レベルの出力光をある時間
出力し、その間にバイアス電流を制御、決定し、その後
は決定されたバイアス電流を保持するという方法が考え
られる。この方法は、出力光強度のデューティー比を１
（１００％）とし、出力光強度を第３図のＰ（１）に一
致するようにバイアス電流を制御するものである。その
ようにして決定されたバイアス電流の大きさをＩ．（１
）とする。その方法によれば、バイアス電流の′・閉５
′ループ制御系の中に大きな時定数を入れる必要・が・
ないので、バイアス電流の制御、決定を迅速に行■うこ
とができる。また、バイアス電流が決定された後は、保
持時間の制約やレーザダイオードの温度変化などにより
次にバイアス電流の調整が必要となるまでは、バイアス
電流の大きさを固定したままでよいので、イネーブル、
ディスエープルの制御は、バイアス電流の断続のみで迅
速に行うことができる。従って、極めて短いイネーブル
時間が達或可能である。

前述した二つの方法について、Ｉ，（０．５）とＩｂ（
１）を一致させることができる、すなわち、何れの方法
でも同じバイアス電流の設定が行えることは明らかであ
る。

発明が解決しようとする課題 前述したように、“１”に対応する高レベルの出力光を
ある時間出力し、その間にバイアス電流を制御、決定し
、その後は決定されたバイアス電流を保持するという方
法では、保持時間の制約やレーザダイオードの温度変化
などのため、ある一定時間以内の間隔で“Ｉ”に対応す
る高レベルの出力光を出し、バイアス電流の大きさを調
整することが必要である。そのため、それに対する様々
な対策が要求される。例えば、光スターカブラ等の受動
型光回路部品により多数の光送受信装置を接続し、時分
割多重通信を行い、コンピュータの筐体内信号伝送に用
いる場合を考える。その場合、各光送信機が“１″に対
応する高レベルの出力光をある時間出力し、その間にバ
イアス電流を制御、決定するための時間を一定間隔で設
定することは可能である。しかし、多数接続された全て
の光送信機が同時に“１”に対応する高レベルの出力光
を出すと、各光受信機には、極めて大きな強度の光が入
射することになり、ダイナミックレンジの問題等、光受
信機の負担が大きくなり問題である。

それを避けるためには、光送信機を幾つかのグループに
分割し、グループごとに割り当てられた異なった時間に
“１”に対応する高レベルの出力光を出してバイアス電
流を調整する等の対策をとらなければならないが、その
結果バイアス電流の調整に当てられる時間が増大し、光
スターカプラ等の光通信媒体の利用効率が下がることに
なる。

本発明の目的は、前述したような従来の技術の問題点を
解消しうるような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 本発明によれば、データ入力信号に対応したパルス電流
にバイアス電流を加えた駆動電流にてレーザダイオード
を駆動するレーザダイオード駆動方法において、データ
入力信号が与えられていないときに、前記レーザダイオ
ードの出力光強度を検出し、該検出される出力光強度が
予め設定された一定の大きさになるように、前記バイア
ス電流を調整し、データ入力信号が与えられるときには
、前記調整されたバイアス電流を保持することを特徴と
する。

また、本発明によれば、データ入力信号に対応したパル
ス電流にバイアス電流を加えた駆動電流にてレーザダイ
オードを駆動するレーザダイオード駆動装置において、
データ入力信号に対応したパルス電流を前記レーザダイ
オードに供給するためのパルス電流供給手段と、バイア
ス電流を前記レーザダイオードに供給するためのバイア
ス電流供給手段と、データ入力信号が与えられていない
ときの前記レーザダイオードの出力光強度を検出してそ
の検出された出力光強度を表す検出信号を出力する出力
光強度検出手段と、データ入力信号が与えられていない
ときの前記レーザダイオードの出力光強度の所望値を表
す参照信号と前記出力光強度検出手段からの前記検出信
号とを比較してその差に応じた差信号を出力する比較手
段と、トラック状態とホールド状態との間で制御される
トラック・ホールド手段とを備え、該トラック・ホール
ド手段は、前記トラック状態にあるときには、前記出力
光強度検出手段からの差信号に応じて前記バイアス電流
供給手段によって供給されるバイアス電流を調整して、
前記差信号が零値となるようにし、前記ホールド状態に
あるときには、前記調整されたバイアス電流を前記バイ
アス電流供給手役が保持するようにすることを特徴とす
る。

実施例 次に、添付図面の、特に、第１図および第４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、本発明の原理は、第３図に示したように、レーザ
ダイオードを用いた光送信機の場合、“０”の信号に対
応する、低い出力光強度においても、あまり小さくない
出力光Ｐ（０）が得られることに基づくものである。そ
こで、本発明では、前述の方法とは異なり、出力光強度
のデューティー比を０とし、出力光強度を第３図のＰ（
０）に一致するようにバイアス電流を制御する。第３図
からわかるように、Ｐ（０）を適当に選べば、従来の方
法と同じ大きさのバイアス電流を得ることができる。ま
た、第３図では、微分量子効率は、温度には依存しない
ように描いているが、実際は、温度の変化と共に微分量
子効率も変化する。その場合、本発明による方法は、前
述の従来の方法よりも、バイアス電流がその影響を受け
にくいことも図より明らかである。

次に、第１図は、本発明のレーザダイオード駆動方法を
実施する装置構戊の一例を示す概略ブロック図であり、
この第１図のレーザダイオード駆勤装置は、コンピュー
タの光システムバスの各ノードのデジタル光伝送装置の
允送信部に適用した例である。第１図の回路において、
モニタフォトダイオードｌで検出されたレーザダイオー
ド７の出力光強度は、プリアンプ２で増幅され、差動増
幅器３でレベルシフト回路１ｌの出力電圧と比較され、
その差出力は、トラック・ホールド回路４に入る。トラ
ック・ホールド回路４の出力は、バイアス電流供給回路
５を駆動する。バイアス電流供給回路５によって供給さ
れたバイアス電流は、データ入力端子８に与えられるデ
ータ入力信号によって駆動されるパルス電流供給回路６
によって供給されるパルス電流と合流し、レーザダイオ
ード７を駆動する。

レーザダイオード７の出力光のうち、モニタ光がモニタ
フォトダイオード１に入る。ところで、バイアス電流供
給回路５によって供給されるバイアス電流は、イネーブ
ル入力端子９に与えられる、第４図の信号タイミング図
のうち、第４図（Ｂ）に示されるようなイネーブル信号
によって断続される。すなわち、第４図（Ｄ）に例示す
るように、イネーブル状態では、バイアス電流が供給さ
れ、ディスエープル状態ではバイアス電流は供給さｆＬ
ナい。また、トラック・ホールド回路４は、ホールド入
力端子１０に与えられる、例えば、第４図（Ｃ）に示す
ようなホールド信号によって、ホールト状態あるいはト
ラック状態に制御される。本発明の駆動方法によれば、
トラック・ホールド回路４がトラック状態のときには、
第４図（Ａ）に示すように、データ入力端子８には、出
力光レベルが低くなるデータ、すなわち連続する“Ｏ”
のデータを与える。このように連続する“０”のデータ
を与えることを、以後「データを与えない」と表現する
。イネーブル状態で、すなわち、バイアス電流が供給さ
れておりー、且つトラック・ホールド回路４がトラック
状態の時は、回路はバイアス電流を制御する閉ループと
なる。すなわち、モニタフォトダイオード１、プリアン
プ２、差動増幅器３、トラック・ホールド回路４、バイ
アス電流供給回路５及びレーザダイオード７が、バイア
ス電流の閉ループ制御系を構或する。その制御系により
、“Ｏ”のデータに対応する、すなわち低い出力光強度
が、レベルシフト回路ｌ１の出力電圧によって決まる一
定値になるように、バイアス電流及びその設定値が自動
的に調整される。この出力電圧は、データ入力信号が与
えられていないときのレーザダイオード７の出力光強度
の所望値を表すものである。この閉ループ制御系には、
大きな時定数を含まないので、この調整は、極めて短時
間のうちに行われる。光送信部から意味のあるデータを
送信するためには、データ入力端子８に、“１”を含む
可能性のあるデータを与える必要がある。

そのことを、以後「データを与える」と表現する。

データを与えるとき、及びディスエープル状態にすると
きには、第４図（Ｃ）に示すように、予めトラック・ホ
ールド回路４をホールド状態とし、前記の調整されたバ
イアス電流の設定値を保持しておく。

前述したようにして、イネーブル状態且つデータが与え
られていな状態で、トラック・ホールド回路をトラック
状態としてバイアス電流及びその設定値が迅速に調整さ
れ、その後、トラック・ホールド回路をホールドの状態
として、バイアス電流の設定値が保持される。そして、
場合によっては、データが与えられ、第４図（Ｂ）に示
すような駆動電流にて、レーザダイオード７の駆動がな
され、それにより第４図（Ｆ）に誇張して示すような光
出力が得られる。その後バイアス電流の設定値が保持さ
れたままディスエープル状態となる。後に、バイアス電
流の調整から長時間が経過しない内に再びイネーブル状
態にするときには、トラック・ホールド回路をホールド
状態としたままでイネーブル状態とすることで、極めて
短いイネーブル応答時間を実現できる。また、バイアス
電流の調整時に大きな光出力を出すことがないので、光
受信器に大きな負担をかけることもない。

本実施例ではまた、第１図に示すように、バイアス電流
供給回路５のもうひとつの出力端子が信号線１２を経由
してレベルシフト回路｛ｌに入る。

その出力端子は、イネーブル状態のときには一定の電圧
、例えば零電圧を出力し、ディスエープル状態のときに
はバイアス電流の設定値に対応した電圧を出力する端子
である。従って、イネーブル状態のときは、レベルシフ
ト回路１１の出力電圧は、レーザダイ才−ド７の出力光
強度の所望の値にほぼ比例しているが、ディスエープル
状態のときには、レベルシフト回路の出力電圧は、バイ
アス電流の設定値に依存している。そのことにより、差
動増幅器３の出力電圧、従って、トラック・ホールド回
路４の入力電圧の、ディスエープル状態の時とイネーブ
ル状態の時との差を小さくすることができ、イネーブル
時間を、より短縮することができる。このような構成を
とれるのも、本発明の方法の利点の一つである。

第５図は、第１図におけるバイアス電流供給回路５とパ
ルス電流供給回路６の具体的な回路例を示している。主
に、トランジスタ１０１とトランジスタ１０２とトラン
ジスタ１０３とでバイアス電流供給回路を構或している
。また、主に、トランジスタ１０４とトランジスタ１０
５とトランジスタ１０６とでパルス電流供給回路を構或
している。この場合、レーザダイオード１００のアノー
ドは、接地電極１０８に接続されている。信号線１０９
と信号線１１０は、差動のイネーブル信号線となってお
り、第１図のイネーブル入力端子９に対応している。信
号線１１１は、バイアス電流の大きさを制御するもので
、トラック・ホールド回路の出力につながるものである
。信号線１１２は、ディスエーブル状態のときにバイア
ス電流の設定値に対応した電圧が出力されるものであり
、第１図の信号線１２に対応している。信号線１１２に
出力される電圧は、イネーブル状態のときや、バイアス
電流の設定値が零であるときは零電圧であり、ディスエ
ーブル状態で、且つバイアス電流の設定値が零でないと
きは負電位である。

その大きさは、抵抗器１０７の大きさにより調整できる
し、回路を若干変更することにより温度によって変化さ
せることも容易である。なお、信号線１１３と信号線１
１４は、差勤のデータ入力信号のためのものであり、第
１図のデータ入力端子８に対応している。信号線１１５
には、パルス電流の振幅を設定する電圧が与えられる。

信号線１１６及び信号線１１７は、それぞれ抵抗器を経
由して負電源に接続される。

第５図の回路を使い、且つ第１図のモニタフォトダイオ
ード１のカソードを接地電極に接続し、且つ第１図のブ
リアンプ２に反転増幅器を使う場合には、第１図の差動
増幅器３は、和演算回路に置き換えられる。そのとき、
レベルシフト回路１１のレベルシフト量は、データ入力
信号が与えられていないときの出力光強度に、ほぼ比例
する。

以上の例によって示したような回路構或を用いることに
より、前述したように、トラック・ホールド回路４の入
力電圧の、ディスエープル状態の時とイネーブル状態の
時との差を小さくすることができ、イネーブル時間を、
より短縮することができる。

発明の効果 前述したように、本発明によれば、極めて短いバイアス
電流の調整時間と、極めて短いイネーブル時間とを、従
来難しかった、バイアス電流の調整時に大きな光出力を
出すことのない方法で、実現できる。その結果、筐体内
光伝送等において、通信の効率を容易に向上せしめるこ
とが可能となる。さらにまた、レーザダイオードの量子
効率が温度変化などの影響で変化した時、バイアス電流
の大きさが、その影響を受けにくいことも本発明の効果
の一つである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のレーザダイオード駆動方法を実施す
る装置構或の一例を示す概略ブロック図、第２図は、レ
ーザダイオードを用いた光送信装置におけるデータ入力
信号、イネーブル信号およびレーザダイオードの出力光
強度の例を示す図、第３図は、素子温度をパラメータと
したレーザダイオード−の一般的な駆動電流一出力光強
度特性を中心にして示し、併せて、駆動電流の波形を下
に、出力光の波形を右に示したグラフ図、第４図は、第
１図の装置に本発明の方法によって加えられる種々な信
号または電流のタイミングを示す信号タイミング図、第
５図は、第１図におけるバイアス電流供給回路とパルス
電流供給回路の具体的な回路例を示している図である。 ｌ・・・・・・モニタフォトダイオード、２・・・・・
・プリアンプ、 ３・・・・・・差動増幅器、 ４・・・・・・トラック・ホールド回路、５・・・・・
・バイアス電流供給回路、６・・・・・・パルス電流供
給回路、 ７・・・・・・レーザダイオード、 ８・・・・・・データ入力端子、 ９・・・・・・イネーブル入力端子、 １０・・・・・・ホールド入力端子、 １１・・・・・・レベルシフト回路。 第３図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）データ入力信号に対応したパルス電流にバイアス
   電流を加えた駆動電流にて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、データ入力信号が
   与えられていないときに、前記レーザダイオードの出力
   光強度を検出し、該検出される出力光強度が予め設定さ
   れた一定の大きさになるように、前記バイアス電流を調
   整し、データ入力信号が与えられるときには、前記調整
   されたバイアス電流を保持することを特徴とするレーザ
   ダイオード駆動方法。
2. （２）データ入力信号に対応したパルス電流にバイアス
   電流を加えた駆動電流にて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、データ入力信号に
   対応したパルス電流を前記レーザダイオードに供給する
   ためのパルス電流供給手段と、バイアス電流を前記レー
   ザダイオードに供給するためのバイアス電流供給手段と
   、データ入力信号が与えられていないときの前記レーザ
   ダイオードの出力光強度を検出してその検出された出力
   光強度を表す検出信号を出力する出力光強度検出手段と
   、データ入力信号が与えられていないときの前記レーザ
   ダイオードの出力光強度の所望値を表す参照信号と前記
   出力光強度検出手段からの前記検出信号とを比較してそ
   の差に応じた差信号を出力する比較手段と、トラック状
   態とホールド状態との間で制御されるトラック・ホール
   ド手段とを備えており、該トラック・ホールド手段は、
   前記トラック状態にあるときには、前記出力光強度検出
   手段からの差信号に応じて前記バイアス電流供給手段に
   よって供給されるバイアス電流を調整して、前記差信号
   が零値となるようにし、前記ホールド状態にあるときに
   は、前記調整されたバイアス電流を前記バイアス電流供
   給手段が保持するようにすることを特徴とするレーザダ
   イオード駆動装置。