JPH04214691A - 半導体レーザ駆動回路 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光伝送モジュール、特
に光送信回路に使用される半導体レーザ駆動回路に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ファイバ伝送路の高速化の要請
が高まり、それに対応して半導体レーザ駆動回路の高速
化が進められている。

【０００３】図２は、従来の半導体レーザ駆動回路の一
例を示す回路図であって（電子情報通信学会技術研究報
告、８７〔３２６〕（１９８８−１−２０）Ｐ．１９−
２３）、電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）
Ｑ６〜Ｑ８、抵抗Ｒ５、Ｒ６、ダイオードＤ１からなる
差動増幅回路と、ＦＥＴＱ９〜Ｑ１２、ダイオードＤ２
〜Ｄ５からなり前記差動増幅回路の出力側に接続される
ソースフォロワと、ＦＥＴＱ１３〜Ｑ１５、抵抗Ｒ７か
らなり前記ソースフォロワにより駆動されて半導体レー
ザＬＤを変調する半導体レーザ駆動回路と、ＦＥＴＱ１
６、抵抗Ｒ８からなり半導体レーザＬＤのバイアス電流
を供給するバイアス電流供給回路とから構成されており
、端子１９に加える電圧Ｖｒ　を変えることにより前記
差動増幅回路の利得を変え、端子２０に加える電圧Ｖｐ
を変えることにより半導体レーザＬＤの駆動電流振幅を
変え、端子２１に加える電圧ＶＢ　を変えることにより
半導体レーザＬＤのバイアス電流を変えるものである。

【０００４】図２において、端子１７，１８に入力され
たデジタル信号Ｄｉｎ，バーＤｉｎは前記差動増幅回路
で増幅され、ソースフォロワを介して半導体レーザ駆動
回路に入力され、半導体レーザＬＤを直接変調する。ま
た、半導体レーザＬＤの光出力の温度変化に対しては、
前記電圧Ｖｐ　を制御することによりこれを補償する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の半導体レーザ駆動回路では、半導体レーザの温度変
化による光出力の変動を補償することができるものの、
半導体レーザを電流源で駆動しているので、半導体レー
ザ側から見た半導体レーザ駆動回路の出力インピーダン
スが高くなり、高速デジタル信号で半導体レーザを駆動
する場合、寄生インダクタンスや寄生容量の影響を受け
やすく、光半導体レーザの光出力波形が著しく劣化する
という問題点があった。

【０００６】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであって、高速デジタル信号で変調する場合
にも寄生素子による光出力波形の劣化を生ぜず、かつ半
導体レーザの温度特性を補償した半導体レーザ駆動回路
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、半導体レーザの動作温度を検出し、前記半
導体レーザの動作温度変化による光出力パワーの変化を
補償するように予め定められた電圧を出力する変調電流
制御回路と、低出力インピーダンスを有し、入力デジタ
ル信号を前記変調電流制御回路からの電圧に比例するレ
ベルで前記半導体レーザに供給する変調信号発生器とを
備えたものである。

【０００８】

【作用】変調電流制御回路はサーミスタにより半導体レ
ーザの動作温度を検出し、この温度に対応して予め定め
られている大きさの電圧を変調信号発生器に出力する。 変調信号発生器は入力されたデジタル信号を変調電流制
御回路からの前記電圧に対応したレベルに変換し、低出
力インピーダンスで前記半導体レーザに供給する。変調
電流制御回路から出力される前記電圧は、半導体レーザ
の動作温度変化により生じる光出力パワーの変化を、該
半導体レーザに供給するデジタル信号のレベルの変化で
補償できるように定めてあり、これにより前記光出力パ
ワーを一定に維持する。さらに、半導体レーザを低出力
インピーダンスで駆動することにより、光出力の波形歪
を防止する。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す回路図である。 同図において、３は２入力・２出力のＯＲゲートであっ
て、その入力側の一方はデジタル信号が入力される入力
端子１に、他方は電圧ＶＬ　が印加される電源端子２に
それぞれ接続されている。又、ＯＲゲート３の出力側の
一方である非反転出力４はプッシュプル型インバータ６
に、他方である非反転出力５は消光比制御回路９にそれ
ぞれ接続されている。前記プッシュプル型インバータ６
は半導体レーザ８に変調信号を供給する変調信号発生器
の一例であって、ＦＥＴＱ１〜Ｑ４から構成されている
。ＦＥＴＱ２，Ｑ４のゲートは前記非反転出力４に接続
され、ＦＥＴＱ２，Ｑ４のソースは共に接地され、ＦＥ
ＴＱ２のドレインはＦＥＴＱ１のゲート、ソースおよび
ＦＥＴＱ３のゲートに接続され、ＦＥＴＱ１のドレイン
とＦＥＴＱ３のドレインは共に演算増幅器１５の出力に
接続される。又、ＦＥＴＱ３のソースはＦＥＴＱ４のド
レインと接続され、プッシュプル型インバータ６の出力
７となる。この出力７は結合容量Ｃ１を介して、アノー
ド側が接地されている半導体レーザ８のカソード側に接
続される。又、１０は半導体レーザ８の光出力をモニタ
する受光素子であって、カソード側は接地され、アノー
ド側は消光比制御回路９に接続されている。消光比制御
回路９の出力はＦＥＴＱ５のトランジスタＱ５のベース
に接続されている。このトランジスタＱ５は、エミッタ
側が抵抗Ｒ４を介して電源端子２４に、コレクタ側がイ
ンダクタンスＬ１を介して前記半導体レーザ８のカソー
ド側にそれぞれ接続され、半導体レーザ８のバイアス電
流を制御するバイアス電流制御回路を構成している。 なお、前記消光比制御回路９はＯＲゲート３からのデジ
タル信号のマーク率を検出し、そのマーク率と受光素子
１０により検出される半導体レーザ８の光出力のパワー
とに基づきトランジスタＱ５を制御し、前記出力光の消
光比が劣化しないように半導体レーザ８のバイアス電流
を制御するものである。又、ＴＨ１は半導体レーザ８の
近傍に設けられるサーミスタであって、抵抗Ｒ１が並列
接続されており、その一端は電圧Ｖ１が印加される電源
端子１２に、他端は前記演算増幅器１５の（−）入力端
と、抵抗Ｒ２を介して電圧Ｖ２が印加される電源端子１
３とに接続される。演算増幅器１５の（＋）入力端は、
電圧Ｖ３が印加される電源端子１４に接続され、（−）
入力端と出力端は抵抗Ｒ３で接続されている。この演算
増幅器１５は、前記抵抗Ｒ１〜Ｒ３、サーミスタＴＨ１
と共に、半導体レーザ８の変調電流を制御する変調電流
制御回路を構成している。

【００１０】次に、第１図に示す本実施例の動作につい
て説明する。

【００１１】入力端子１に入力されたデジタル信号はＯ
Ｒゲート３の一方の入力端に入力される。ＯＲゲート３
の他方の入力端は電圧ＶＬ　により論理“Ｌ”に固定さ
れているので、ＯＲゲート３の出力４，５からは入力と
同一波形のデジタル信号が出力される。前記出力４から
のデジタル信号はプッシュプル型インバータ６に入力さ
れ、前記変調電流制御回路により制御された後、出力７
から出力され、結合容量Ｃ２を介してその交流成分のみ
が半導体レーザ８に印加される。ここで、プッシュプル
型インバータ６の出力７の出力インピーダンスは半導体
レーザ８のインピーダンスにほぼ等しく、低インピーダ
ンスに設定してあり、高速のデジタル信号に対する寄生
インダクタンスや寄生容量による波形歪の発生を防止し
ている。

【００１２】半導体レーザ８は印加されたデジタル信号
により変調された光を出力する。その一部は受信素子１
０によって受光されて電気信号に変換され、バイアス電
流制御回路９に入力される。バイアス電流制御回路９は
、前記電気信号から半導体レーザ８の光出力のパワーに
比例する第１の信号を生成し、ＯＲゲート３の出力５か
ら送られてくるデジタル信号からそのマーク率に比例し
た第２の信号を生成し、前記第１の信号と第２の信号の
レベル差に応じた信号を生成してトランジスタＱ５のベ
ースに印加する。トランジスタＱ５はベースに印加され
た信号に差づき、そのレベルが減少する方向に半導体レ
ーザ８のバイアス電流を制御する。これにより、結合容
量Ｃ１による半導体レーザ８の光出力の消光比の劣化が
防止される。

【００１３】ところで、半導体レーザの光出力パワーは
温度によって変化する。図３は半導体レーザの温度特性
の一例であって、温度がＴ１　　からＴ２　（Ｔ２　＞
Ｔ１　）に変化すると光出力パワーとバイアス電流の関
係はＡからＢに変化していることを示しており、変調電
流Ｉｐが一定の場合温度上昇により光出力パワーが低下
する。この場合、光出力パワーを一定に保つためには、
温度変化Ｔ１　→Ｔ２　に対応して、変調電流をＩｐ１
　からＩｐ２　に変える必要がある。以下、図１におけ
る変調電流の制御による半導体レーザの光出力パワーの
温度特性補償動作について説明する。

【００１４】図１において、サーミスタＴＨ１の抵抗値
をＲＴＨで表わすと、演算増幅器１５の出力電圧Ｖ０　
は式（１）で表わすことができる。

【００１５】

【数１】

【００１６】（但し、Ｒ１　＞＞ＲＴＨとする）サーミ
スタＴＨ１の抵抗ＲＴＨは温度が上昇すると小さくなる
ため、電圧Ｖ１　とＶ２　の値をＶ１　−Ｖ３　＜０と
なるように設定しておくと、式（１）のＶ０　は温度上
昇に対応して大きくなる。

【００１７】一方、ＦＥＴＱ１〜Ｑ４からなるプッシュ
プル型インバータ６は、デジタル信号が入力されるとス
イッチング動作を行なうので、図４に示す等価回路で置
き換えることができる。同図において、ＳＷ１，ＳＷ２
はＦＥＴＱ３，Ｑ４のＯＮ，ＯＦＦを表わすスイッチ、
Ｒ５，Ｒ６はＦＥＴＱ３，Ｑ４のＯＮ状態における内部
抵抗、ＲＬＤは半導体レーザ８の微分抵抗、ＶＤ　はＦ
ＥＴＱ１，Ｑ３のドレインに印加される電圧、ＩＰ　は
変調電流である。すなわち、プッシュプル型インバータ
６の入力電圧が上昇すると、ＦＥＴＱ２，Ｑ４がＯＮ状
態に、ＦＥＴＱ３がＯＦＦ状態になるので、図４のＳＷ
１はＯＦＦ、ＳＷ２はＯＮとなる。逆に、プッシュプル
型インバータ６の入力電圧が下がるとＦＥＴＱ２，Ｑ４
がＯＦＦ状態に、ＦＥＴＱ３がＯＮ状態になるので、Ｓ
Ｗ１はＯＮ，ＳＷ２はＯＦＦとなる。従って、変調電流
ＩＰ　は式（２）で表わすことができる。

【００１８】

【数２】

【００１９】前記演算増幅器１５の出力電圧Ｖ０　は、
前述したように半導体レーザ８での温度が上昇すると大
きくなるから、プッシュプル型インバータ６に加わる電
圧ＶＤ　も前記温度の上昇に従って増大し、式（２）に
より変調電流ＩＰ　が増大する。従って、図１に示す電
圧Ｖ１〜Ｖ３、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、サーミスタＴＨ１を、
半導体レーザの温度特性に応じて適当な値に設定すれば
、半導体レーザの温度特性を補償することができ、光出
力パワーを一定に維持することが可能となる。

【００２０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
れば、出力インピーダンスの低い変調信号発生器により
デジタル信号を半導体レーザに印加しているので、寄生
素子の影響を抑制し、光出力の波形歪みを防止すること
ができる。

【００２１】さらに、変調電流制御回路により変調信号
発生器から出力されるデジタル信号のレベルを半導体レ
ーザの動作温度に応じて変化させ、その光出力パワーが
一定となるように変調電流を制御しているので、該半導
体レーザの温度特性による光出力パワーの低下を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す回路図である。

【図２】従来の半導体レーザ駆動回路の一例を示す回路
図である。

【図３】半導体レーザの温度特性を示す図である。

【図４】プッシュプル型インバータの等価回路図である
。

【符号の説明】

３　　ＯＲゲート６　　プッシュプル型インバータ８　
　半導体レーザ ９　　消光比制御回路 １０　　受光素子 １５　　演算増幅器 ＴＨ１　　サーミスタ Ｑ１〜Ｑ４　　ＦＥＴ Ｑ５　　トランジスタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体レーザの動作温度を検出し、前
   記半導体レーザの動作温度変化による光出力パワーの変
   化を補償するように予め定められた電圧を出力する変調
   電流制御回路と、低出力インピーダンスを有し、入力デ
   ジタル信号を前記変調電流制御回路からの電圧に比例す
   るレベルで前記半導体レーザに供給する変調信号発生器
   とを備えたことを特徴とする半導体レーザ駆動回路。