JPH07503812A - レーザ制御法とその装置 - 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】 レーザ制御法とその装置 発明の？ｒ旦 発明の分野 本発明は［・−づ°制御の方法と装置に関する。３さらに詳細にいえば、本発明 は１ノーザ・ダ、イオードを制御する方法ど装置に関する。

関連する技術の説明 Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　４’導体ダイオード・レーザからの誘導放射か１９６０年代の 初期に始めて観測された。それから何年か経過した後、半導体ダイオード・レー ザ（［１、・−ザ・グイす−　ド」）は、歪の技術的な重要性の点て、レーザの 分デｆで支配的にな、−）できた。１．・−ザ・ダーｆオー＝用・は、その応用 する分野かまずまず増えてきていＳか、特に光フアイバ通信および光データ記憶 装置において、中心的な要素にな−・できでいる。この「成功」は、集積回路と 両立し得る電圧レベルおよび電流レベルで半導体１ノ〜ザに電流を流すことによ り、半導体レーザに対し容易にポンプ作用を行う、τとができるという事実によ るものである。それは、このポンプ作用により、２０ＧＨ２以トの周波数で半導 体レーザを直接に変調できるからである。

Ｌ・−ザ・ダイオードはまた、容易に製造することができる。それは、レーザ・ ダイオードは電子回路と同し光りソグラフィ技術により大量生産することかでき るからであり、そして、レーザ・ダイオードはこれらの回路と一緒に１つのチッ プの１−に集積することかできるからである。

けれとも、レーザ・ダイオ−１・に欠点がないわけてはない。例えば、レーザ・ ダイオ−１・は、典型的には、動作温度の変動に対し強い非線形性を示す。した かって、動作温度か変動している間、レーザ・ダイオードの光出力強度を制御す ることは困難である。し−ザ・ダイオ−刊へはまた、放射される光出力か時間と 共にかなり変動ｑ”ることか知らｔｌている、すなわち、レーザ・ダイオードに は経年変化かあることか知られている。

これらの変動の大きさを緩和するために、出力光の強度を制御すること力＋ｄ’ Ｗである。連続動作状態にあるループ・ダイオードにより放射される光出力を制 御する方法は、既に知られている。これらの方法では、光出力を表す電気信号か 、基準出力に対応する電気基準信号ど比較される。これらの方法は、もし適切で あるならば、１ラー（４号を発生する装置をイｊし、そして、このようなエラー （１８号の発生に応答してレーザ・ダイオードの動作状態を自動的に変更する装 置を有する。

先行技術による自動出力制御装置は、典型的には、レーザ・ダイオードの閾値電 流１／・＼ルに近似的に設定されｔ−バイアス電流を供給−りる。この方式で、 パルス電流かバイアス電流に付加さ第１る時、し・−ザ・ダイオードは、パルス 電流の波形に対応して、高出力光強度と低出力光強度との間で実効的（１，切り 替えられる。供給されるハ・イアスミ流は制御可能に変更され、それにより、バ イアス電流か１５・・−ザ・ダイオードの閾値電流レベルの近くにあるようにさ ｔする。特に、１・−ザ・ダイオードの動作温度の変動により閾値電流【／ベル か変動する時（−も、バイアス電流かレーザ・ダイオードの閾値電流［／ベルの 近くにあるように制御される。

前記説明の理解の明確と便宜のために、典型的なディジタル・ファイバ光通信装 置、および、このような装置に用いらオ］るレーザ・ダイオードど特仔の制御装 置の役割に一ついて説明する。

典型的なディジタル・ファイバ光通信装置は、第１端部に送信器を有し、第２端 部に受信器を有する。送信器と受信器との間には、光フｒ、イバ接触器と、接続 装置と、光ファイバとか取り（；ｊけられる。送信器は増（ｉ器ど、１ノーザ・ ダイオードと、レーザ・ダイオードを同し動作点に保持する役割を緊たす一定の 制１１１１装置または制御回路とを有する電気・光インタフェースである。受信 器はフォ１へダイオ−１・と、増幅器と、クロック回復回路とを存する電気・光 インタフェースである。。このフォトダイオードは一般に、正形・真性形・負形 （ｒＰＩＮ４　）のフォトダイオ−１・、または、アバランシェ形のフ（トダイ オード（ｒＡＰＤＪ）のいずれかであることかできる。

ディジタル光フアイバ装置では、できるだけ良好な出力マージンを有する、：と か重要である。出力マージンとは、最大光出力限界と最小光出力限界との差であ る。これらの最大光出力限界および最小光出力限界は、典型的には１．受信器に より設定さ第１る。最大光出力限Ｗは、過負荷により生ずる増幅器の歪み（、″ より決定さｔする。最小光出力限界は、通常感１−１と呼ばれているか、最ｉｉ Ｉ段の増幅器の雑ａ″にまり主として決定される。

最大光出力限界は、接触器と接続装置とファイバの中で光信号の減衰がなければ 、送信器から得られる最大出力を与える。最小光出力限界は、光信号が多数個の 接触器と多数個の接続装置と長さか数キロメートルの光ファイバとを通った後、 送信器からの光信号か減衰を受けて、どの位の光出力がなお残っているかを示す 。

最大限界および最小限界は、光出力計画を定める。光信号路の中のすへての部品 は、光出力に対し一定の減衰あるいは損失を生ずることを考えれば、光の経路に 沿って計画された光出力が消滅しないで進むことができるように、限定された数 の接触器と、または、限定された数の接続装置、または、限定された長さの光フ ァイバしか光の経路の中に備えることができない。この光出力計画はまた、送信 器端と受信器端との両方における許容度により縮小する場合がある。送信器端の 許容度は、光出力の制御の精度により決定される。前記のすべての関係および損 失は、ｄＢｍで表される。ここで、第１接続装置の損失、すなわち、減衰は、ｌ ＯＸＩｏｇ　（Ｐｉｎ／Ｐｏｕｔ）ｄＢｍで定められる。

前記で説明したように、レーザ・ダイオードは非線形素子であり、そして、その 特性は動作温度と経年効果に強く依存する。正しく動作する場合には、ダイオ− １−′の膝部を越えて動作することが必要である。もし膝部以下で動作するなら ば、ダイオ−１・は、ターン・オンの時の遅延動作、および、減衰する時のリン ギング動作を始めるであろう。これらの動作は、ある程度は許容されるが、しか し、許容されるのはその大きさが小さい時に限られる。最大光出力と最小光出力 との比は消光比と呼ばれている。消光比はできるだけ大きくなければならないが 、しかし、最大平均出力と最大ターン・オン遅延とにより限定される。理想値と 現実値どの間の不整合はすべて出力８１画を縮小させる欠点となることを考えれ ば、温度と経年遅延とをできるだけ補償するように、動作点を制御により調整し なければならない。

レーザを制御する最も茸通の１つの方法は、制御されたベルチェ素子を用いて、 レーザ・ダイオードを一定の温度で動作させることである。このような制御装置 は、２つの制御ループを存する。１つはベルチェ素子に対する制御ループであり 、もう１つは平均出力制御に対する制御ループである。出力制御装置は、モニタ ＰＩＮダイオードて平均光出力を検出し、そして、バイアス電流を調整して、経 年効果で増大した１ｔｈ、すなわち、閾値電流、を補償する。このような場合、 スコープ効率の変化は非常に小さい。この種類の制御は良好に動作するが、実行 するにはコストが高（、大きな電力消費（すなわち、温度制御の場合には数ワラ １−）か必要であり、冷却が必要であり、また、大きなスペースが必要である。

さらに、ベルチェ素子はレーザ・ダイオード程の信頼性を有していない。

前記で説明したように、温度制御をせずにレーザを制御する方法は、他に多数あ る。このような他の方法の１つは、平均出力制御のみを行うことである。この方 法は、一定の変調電流と、バイアス電流の単純な制御とを存する。この方法では 、ＰＩＮ受信器に対しては５５−６ｄＢの損失があり、そして、ＡＰＤ受信器に 対しそれ以上の損失がある。

やや複雑な別の方法は、変調電流に対し簡単なフィード・フォワード制御装置を 備えた平均出力制御装置を存する方法である。温度を検出しレーザ・ダイオード の変調電流を予測することにより、スロープ効率の変動に対する補償を行うこと かできる。この方法は非常に簡単であるが、検出素子とレーザの特性との間の整 合を必要とし、そして、経年効果は補償しない。この方法での損失は、数ｄＢｍ である。

第３の方法は、前記のように平均出力を制御し、そしてまた、一定の形式の低周 波数で変調された光出力により、変調出力を制御することである。光出力は低周 波信号で変調される。その信号の振幅は、データ信号の振幅の１０％またはそれ 以下であり、したかって、それは信号の上に低周波（ｒＬＦＪ　）リップルとし て見ることができる。変調はバイアス電流を通して行うことができ、そして、最 大光出力と最小光出力との両方を変えることができる。もしこのような変調が完 全に膝部の上で行われるならば、これらの変動は、最大光出力と最小光出力との 両方に対して同じであるであろう。しかし、もしバイアス電流が減少して膝部の 近くになる、または、膝部以下になるならば、最小光出力の変動は抑制されるで あろう。ＬＦ倍信号この変動はモニタにより検出され、フィルタ作用を受けて、 平均出力信号と一緒に、制御のために用いられる。この第３の方法では、ＬＦ変 調により生ずる損失は約１ｄＢｍである。さらに、この方法による制御は、制御 か正しく行われるためには、膝部の近くて動作することだけが可能である。最良 の動作点は、場合によっては、この領域の外にあることも可能である。

発明の要約 レーザ・ダイオードの光出力強度を制御するために、本発明による装置を備える ことにより、先行技術が存する欠点および欠陥が解決される。本発明による装置 は、第１装置ど、第２装置と、第３装置と、第４装置とを有する。第１装置は、 レーザ・ダイオードの光出力の一部分を受取り、レーザ・ダイオードの光出力の 平均出力強度を表す大きさを有する第１信号を生ずる。第２装置は、レーザ・ダ イオ−１−の光出力の一部分を受取り、レーザ・ダイオードの光出力のピーク出 力強度を表す大きさを有する第２信号を生ずる。第３装置は、第１信号の大きさ と基！１！電流信号とを比較し、その結果を用いて平均出力強度を調整し、平均 出力強度か実質的に一定になるようにする。第４装置は、第２信号の大きさと基 準電流信号とを比較し、その結果を用いてピーク出力強度を調整し、ピーク出力 強度が実質的に一定になるようにする。

本発明の実施例はまた、Ｄ−ラッチのようなデータ・クロッキングを行うことが できる構造を有する。

第１装置および第３装置は、実効的に、平均出力制御ループを形成する。第２装 置および第４装置は、実効的に、ピーク出力制御ループを形成する。本発明の実 施例では、平均出力制御ループおよびピーク出力制御ループは、同じ予め定めら れた時定数て動作することかてきる。

本発明による装置では、第３装置は変調制御装置を存することができ、および／ または、第４装置はバイアス制御装置を有することができる。さらに、本発明に よる装置は、レーザ故障アラーム、および／または、データ故障アラームを有す ることかできる。なおさらに、本発明による装置は、狭帯域チャンネルおよび広 帯域チャンネルを存することかできる。

本発明において、レーザ・ダイオードはパルス電流源およびバイアス電流源から 電流を受取る。データを周期的に送信するために光通信装置の中で用いられるレ ーザ・グイオートの光出力強度を制御する本発明の方法は、レーザ・ダイオード の光出力の一部分を受け取る段階およびレーザ・ダイオードの光出力の平均出力 強度を表す大きさを有する第１信号を生ずる段階と、レーザ・ダイオードの光出 力の一部分を受け取る段階およびレーザ・ダイオードの光出力のピーク出力強度 を表す大きさを有する第２信号を生ずる段階と、第１信号の大きさと基準電流信 号とを比較する段階および平均光出力強度か実質的に一定になるように平均出力 強度を調整する段階と、第２信号の大きさと基準電流信号とを比較する段階およ びピーク光出力強度が実質的に一定になるようにピーク出力強度を調整する段階 とを存する。

したかって、本発明の１つの目的は、送信されたデータ信号の直流的不平衡の影 響を受けにくいレーザ駆動装置を得ることである。

本発明の別の目的は、その制御ループの中に比較的小さな時定数を用いたレーザ 駆動装置を得ることである。

本発明のさらに別の目的は、工程の変動と、温度の変動と、電源の変動とか抑制 されるレーザ駆動装置を得ることである。

本発明のなおさらに別の目的は、バイアス以下の動作点とバイアスを越えた動作 点との両方を容易に選定することができるレーザ駆動装置を得ることである。

図面の簡単な説明 本発明のその他の目的、その池の利点、および、その他の新規な特徴は、添付図 面を参照した以下の詳細な説明により、明らかになるであろう。

第１図は、典型的なＧａＡｓ／Ｇａ＋−ｘ　Ａ１＋＋　Ａｓレーザの図面である 。

第２図は、第１図のレーザに大きな正のバイアスを加えた場合の伝導電子バンド および価電子バンドの図面である。

第３図は、第２図に関連した、屈折率の分布および光電界（基本モード）の分布 を示す図面である。

第４図は、温度効果と経年効果とに基づく典型的なレーザ・ダイオードの動作を 示すグラフである。

第５図は、レーザ・ダイオードを変調する際に関与する種々の変数を示すグラフ である。

第６図は、本発明によるレーザ駆動装置のブロック線図である。

発明の詳細な説明 添ｆ１図面において、同等の素子または類似の素子には、同じ参照番号が付され でいる５、第１１４は、１・−ザ・ダイオード１ｏを示す。本発明のレーザ・ダ イオードの制−ｕ／１、およびυ１卯装置を理解するために、レーザ・ダイオー ドＩＯが下記で詳細に説明さｔｖる。

１稟りにはよく知られている、とうに、’！’−導体で利得を帰るのに必要であ る大きな↓−１リア密度は、Ｐ−Ｎダイオードの接合領域の近傍において、適度 の電流密度で達成Ｖることかできる。半導体ダイオード・レーザの中の最も重要 な種類は、■−■族半導体を基本どするダイオード・レーザである。ぞの１つの 装置は、Ｃ；　ａ　Ａ　ｓおよびＧ　ａ　ｌ−＋＋　Ａ　Ｉ　ＩＩ　Ａ　ｓを基 本とする装置である。この場合の活性領域は、ＧａＡｓまたはＧａｐ−、ＡＬ　 Ａｓである。下付き添字Ｘは、ＧａＡｓ１Ｏの中のＧａ原ｒかＡＩ原子゛Ｃ装き 換えられた割合を表す。得られたレーザは、（活性領域の中のモル分率Ｘどその 添加濃度に応じて）約ｏ、ｏ７ｓミクロンと約０．８５ミ’７０ンの間の波長の 光を放射する。このスペクトルＷは、ンリヵ・ファイバでの短距離（２ｋｍ以下 ）の光通信に対して好都合である。

第２の装置は４活性領域としてＧａ１−０Ｉ　ｎ、　Ａｓ　ｌ−ｙ　Ｐ　ｙを有 する。このし領域である。ぞの理由は１、二の波長において、０．１５ｄＢ／ｋ ｍのように小さなｍ失を存する尤ファイバか得られているからである。このこと は、長距離で大きなデ・−夕速度の光通４ＫにおいＣ，極めて好ましい、二とで ある。

第１図は、通常用いられるＧ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ｇ　ａ　ｌ□、Ａ１ヨＡｓレー ザ・ダイオード１０ｅ示し２ている。この１／−ザ・ダ・イオードｉｏはＧａＡ ｓの薄い（０，１ミクロンない１，０．２ミクロ二））領域１２を存し、４−の 薄い領域１２が、反対の導電形のイ・鈍物か１・−ブさｔ１７ｉ：Ｇａｐ−、Ａ １．Ａｓの２つの領域１４．１６て挟まれ、しｔ、−が−）で、２重へテロ接合 か形成される。第２図の内容は、この構造の根拠どなる理由を説明するのに役立 ってあろう。前記の図面の簡単な説明で示したよう人ト第２１＜は、典型的なヘ テロ接合において順方向に十分なバイアスがＩＪＩＩえらノまた場０の、伝導電 子パン１一端および価電ｆバント端（そねそれが参照番号１８およびｚ）０て示 されている）を小ず。この構造の重要な要素は、高さがデルタＥ４であるｘＴ− ｔＪＩする電位ウェル２２の形成゛Ｃある。、二のｉｆに対する電位ウェルは、 高さかデルタＥ、であるホールに対するウェル２４に、空間的に一致する。

エネルギ・ギヤツブの不連続は、Ｇａｐ−ｉ　Ａ１．Ａｓのエネルギ・ギャップ がＡＩのモル比率Ｘに応じて変化することにより生ずる。順方向にｅＶ、−Ｅ。

たけバイアスさノまた時、つ」−九の中に（Ｎ側から）注入された大きな密度の 策了および（Ｐ側から）注入された大きな密度のポールにより、反転状態が生ず る。

この領域の中で、下記の方程式 Ｅｖｅ　ｌＥｒ−〉Ｓ　（すなわち、ブランク定数を２πて除算したもの）とオ メガの積 を満たすオメガの光が、このウェルの中て増幅される条件か満足される。このＧ ａＡｓ内部層で誘導放射か起こるか、この誘導放射か起こる内部層は、活性領域 と呼はれる。利得を最大にするためには、光を活性層にできるだけ強く閉じ込め ておくことか必要である。それは、この領域の外に出た光は誘導放射を起こすこ とかできず、１．たかって、利得に寄与することかできないからである。この閉 し込めは、誘電体の導波効果によって得られる。、−の誘電体導波効果は、半導 体のエネルギ・ギャップが小さくなると屈折率か増加し、Ｇａｐ−ｍ　Ａ１．Ａ ｓ／Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ｇ　ａ　＋　−ｖ　Ａ　ｌ　ｗΔＳのサンドイツチ体 か活性領域にモート′・エネルギか集中し、それか誘電体導波器として動作する 、という事実により生ずる。典型的なヘテロ接合レーザの屈折率の分布とモード の形状か、第３図に示されている。

Ｘによる屈折率の変化かデルタｎであり、このデルタｎは−０，７ｘにほぼ等し い。

第４図は、典型的なレーザ・ダイｔ−Ｆの特性を示したグラフである。この特性 は、前記の関連した部分で説明し考察した。雰囲気温度の増加、および／まｌ− は、レーザ・ダイオ−１への経年効果により、レーザ・ダイオードの閾値電流か 増加し、および、スロープ効率（ｒｌＰ／ｄＴ）か減少するごどを、第４図か示 している。

第５１４は、ｉｔ前記で説明したよ・）に、し・−ザ・ダイオ−斗の変調に関ｕ ｙする多数の重要な変数を示す５、第５図においで、■０１．はバ・イアス匿流 を示し、ぞ（プＣ，１、。、は変調電流を示す。Ｐｌ、つは最大出力、すなわち 、ピーク出力である１、前記の関連した部分て説明し考察したように、消光比は Ｐｏ７、Ｐｍ１ｎである。

第６図（４、本発明によるＬ・−ザ駆動装置４０の図面である。この駆動装置４ ゜は、先行技術による駆動装置に比−＼て簡単なハードウェアを４ｉＬ、さらに 、１個のデー・・、・ブに比較的多数個の機能を集積することかできる。点線４ ２は集積回路（＋’１ＣＪ）の境界を示−ど鳥人ることかできるので、本発明に よるＩＣは、下記で詳細に説明されるように、大電流出力部と、制御回路ど、メ ンテナンスを実施する構造どｅｆｆする。１、二の駆動装置の１，１徴はまた、 広帯域チャンネルと狭帯域ヂャ〉檀しどを有することである。

駆動装置４０のデー々／ＨＦインタフェースに関して、データ入力信号ＤＩ／Ｎ Ｉ）Ｉ（＋第１それ、Ａ／’、ｌｉ真を表す）か第６図に参照番号４４および４ ６として小されている。同様（こ、りし１ツク入カイ−号ＣＫ／ＮＣＫ　（ぞれ それ、真／非頁を表す）か第６図に参照番号４８および５０として示されている 。モニタ入力Ｍ１、、／ＮＭ＋　（鮫人人力を電流か］ｍＡである場合）か第６ 図に参照番号５２および５４どして表される。データ／ＨＦインタフェ・−ス出 力は、レーザ・ダイオ−１−出ＪＪ　ｆｔ′ｉ号ｉ−１）（、）と、１ノーザ・ グイオート出力反転信号ＮＬＤ（’）と、メンテナンス・ループＡＩの頁出用５ よひ反転出力、ＬＡＩおよびＮＬΔｌ、とをｈ−する。前記出力信号は第６図に そ第１ぞｔ１参照番号５６．５８．６ｏおよび６２として表される。

制ｆ卸信Ｆ）とＹ−インタフェース信号に関して、駆動装置４ｏに幻する２個の 基本的なアナログ信号か仔（［する。そ第１らは、変調信号０１）ＲＭに対する 光出力基準と、バイアスｆｉｔ号ＯＰ　ＲＢに１１する光出力である。ｏ　Ｐ　 ＲＭｉａ号は、光出力の変調値、すなわち光レベルＮＪと光レベルｒＯＪとの間 の１ノベル差、を調整するための基準人力を！ｊえる。他方、０ＰＲＢ信号は、 光出力の平均値を調整するｔ：めの基準人力をｔｊ−える。ｏｐＲｔ＜イを号お よび０ＰＲＢ（、’ｒ号か第６図に、それぞれ科照番号６・１および６６どして 表される。

駆動Ｆｉ！１！８４０に社してその他多数の入力かある。通常１、：れらの人力 は検ｆＩＪ的のためのものである。、−れらの人力により、内部の基準値を変更 することができる。駆動１ｉｉ１！ｊＳ４０の中のすへての内部基準値は、それ 自身のデフォノ叶値を汀するか、これらのデフォ４　ｔ＝値は必要ならば外部基 準電流を和える、：どにより変更することかできる。。

り１部基準入力を有するずへ〔の内部児準源は同じ様に動作する９、外部基準電 流か低ければ（例えば、−４Ｖ未満）、デフオル斗値か用いられる。電流か人力 に加えら第１第１ば、ぞれは高くなるであろう（例えば、−４Ｖ超）６１．これ によ、）で実効的に内部基皇源をオフにし、新しい内部基準値とし、で用いるた めに、外部電流のミラー作用を行なう。

前記のその他の入力の中の４個の入力は、５ＲＣＩと５ＲＣ２とＩＲＤ、’ＩＲ ＭＢである。５ＲＣＩおよび５ＲＣ２はＹ−インタフェースに接続することかで き、そして必要ならばＴＲ−モジ」−ルの外部で調整するごとかできる。

５ＲＣＩおよび５ＲＣ２は、スルー　・レート制御に対し効果的である。デフォ ７１０ルト値か十分でないときには、各装置に対し信号を最適化するために、５ ＲＣＩと５ＲＣ２かレーザ出力信号の正のスープおよび負のス［１・−ブを制御 するｔ−めの基準入力を５える。５ＲＣＩ信号および５ＲＣ２信号をＹ−インタ フェースに直接に接続づ−ることは不必要であり、ＴＲ−モジュールに関してこ れらの信号を直接に調整することかてきる。５ＲＣ１に対するデフ（ルト値は約 １０１Ａであることかてきる。ＳＲＣ２＋二対するデフオル１−値は、変調器電 流の約０４％であることかできる。

前記で説明した５ＲＣＩ信号および５ＲＣ２信号は、本発明のある実施例のある 特徴を形成するに過ぎないことに注目する、：とか重要である。前記説明の５Ｒ ＣＩ信号および／または５ＲＣ２信号、および／またはこれらの信号のいずれも 有しない本発明の他の実施例も可能である。例えば、実際に構成された本発明の １つの実施例では、前記の５ＲＣＩ信号および５ＲＣ２信号はＩＲＲＣで示され た１個の信号で置き換えらね、このＩＲＲＣ信号が前記の５ＲＣＩｆａ能とＳＲ Ｃ２機能を実行する。このような変更実施例か本願請求の範囲内の実施態様に過 ぎないことは、本発明の特徴から理解されるはずである１゜Ｉ　ＲＤ信号および ＩＲＭＢ信号は、サブモジュールの」、で内部的にのみ調整することかてきる。

ＩＲＤ信号か電流回路および検出器回路に対する基準入力を％−える。ＩＲＤ信 号に対するデフナノ１斗値は、約ｌＯμへであることができる。

ＩＲＭＢ信号か積分器回路ｍｏｄ　ｒｅｇおよびバイアスｒｔ４の中の電流に対 する基準入力を与える。ＩＲ〜ＩＢ信号に対する典型的なｆフィルト値は、約１ ０μ八であることができる。

ＰＣＩおよびＦｅ２は、周波数補償接続体である。これらの接続体は、遅いモニ タＰＩＮダイオードの補償のためのものである。モニタ信号のピーク値は、デー タ信号の周波数スペクトルに応じて変化するであろう。これにより、モニタＰＩ Ｎダイオードのバンド幅の周辺またはこのバンド幅を越えて異なる周波数スペク トルの間での変化が起こる時、光出力レベルが変化することになる。従属性の一 部は、ＰＣＩとＦｅ２との間にインダクタを接続することにより補償することが できる。このインダクタのインダクタンス値の例として５０ｎＨとすることがで きる。この補償はまた、製造工程の間省略することができ、または、２個のパッ ドの間にジャンパを単に接続することにより、省略することもできる。

このバンド輻補償のための別の解決法が、本発明の発明者により実施された。

特別の入力ＢＷＣ（バンド幅制御）をこの回路に付加することができる。この入 力は増幅器９６を通してデータ基準信号を制御することができ、それにより、回 路９６からの出力信号がモニタ増幅器９７からの出力とほぼ同じに見えるように する。この機能は、回路に対し利用可能なバンド幅領域を増大して、モニタ・ダ イオードにバンド幅の制限かある場合でも適切な制御を行うことかできる。

ディノタル入力に関しては、多数の信号について適切に述べられる。この考察に おいて、基準となるＣＭＯＳレベルは負の５ボルトであり、したがって、高レベ ル、すなわちＩ（は０ボルトに等しく、低レベル、すなわちＬは負の５ボルトに 等しい。閉じたループＡ１信号、すなわぢＣＬＡＩ信号７２はループＡｔ出力を イネーブルにすることによりループＡＩを閉じる。ＨはループＡＩが接続された ことに等しい。パワー・ダウン信号、すなわちＰＤ信号７４はパワー・ダウン命 令人力である。このＰＤ倍信号ついては高レベル信号はパワー・ダウンに等しい 。

狭帯域モード選択信号、すなわちＳＮＢＭ信号７６はレーザ駆動装置４０を狭帯 域トラフィック・モードに設定する。この信号については、高水旬でエネーブル されることになる。狭帯域データ入力信号、すなわちＮＮＢＤＩ信号７８はレー ザ駆動装置か狭帯域Ｉ・ラフイック・モードで動作している時の負の狭帯域デー タ入力である。ＣＭＯＳレベルは、反転された負の５ボルトを基準とする。入力 における高レベルは、光出力を与えない。本発明による駆動装置４Ｇにおける前 記ＰＤ倍信号ＳＮＢＭ信号とＮＮＢＤＩ信号に対し、下記の真理値表を適用する ことかできる。

真理値表 ＰＤ　ＳＮＢＭ　ＮＮＢＤＩ ＨＬ　Ｘ　パワー・ダウン モード ＨＨＸ　狭帯域動作 モード Ｌ　Ｘ　Ｘ　広帯域動作 モード クロック・イネーブル信号、すなわちＣＫＥ信号８０はデータ信号のクロック動 作をイネーブルにする。ＣＫＥ信号については、高レベルはクロックされたデー タを意味する。ＮＡＤＣ信号８２は、必要ならば検出器回路のピーク検出器に余 分の静電容量を付加する。低レベルが余分の静電容量を付加させる。これは、サ ブキャリアの上のジャンパにより接続される。

２個のディジタル出力信号は、負のレーザ故障アラーム信号、すなわちＮＬＦＡ 信号８４と負のレーザ・データ誤りアラームＮＬＤＦＡ信号８６である。モニタ に光出力か検出されないときは、ＮＬＦΔ信号８４がアラームを出す。この信号 については低レベルはアラームを意味する。データ入力に電流データがない時は ＮＬＤＦＡ信号８６かアラームを出す。この信号については低レベルはアラーム を意味する。

駆動装置４０は、外部の補償部品を接続する際に内部信号を検査するために、駆 動装置チップの近くに配置された５個の検査点を存する。これらの５個の検査点 は、ＴＰＭ、ＴＰＢ、ＣＴＳ、ＴＰｌ、および、ＴＰ２で示される。ＴＰＭ検査 点８８は、検査点変調に対するものである。ＴＰＢ検査点９０は、検査点バイア スに対するものである。ＴＰＭおよびＴＰＢは、電圧を制御するためのものであ る。これらの検査点を強制的に動かすことにより、この固有の制御に優先するこ とかでき、このことにより、光信号の外部制御が可能になる。積分器の時定数を 増加させることか必要なときには、これらの検査点に外部コンデンサを接続する こともてきる。ＣＴＳ検査点９２はチップの温度に関係する。温度検知部品９４ はこの検査点９２と連結している。本発明のレーザ駆動装置４０の実施例におい て、多数の温度センサをチップの種々の位置に配置することかできる。これらの センサを一度に１個ずつを選定して、出力ＣＴＳに接続することかできる。信号 ＮＮＢＤＩおよびＳＮＢＭにより、これらのセンサを選定することかできる。

ＴＰＩおよびＴＰ２はオプションの検査点である。

ループ・ダイオード駆動装置４０は、機能に関して、６個の部分を有する。すな わち、データ・クロッキングおよび信号路と、変調制御装置と、バイアス制御装 置と、変調器と、管理部と、低電力ビット速度縮小トラフィック、すなわぢ毎秒 約２００キロビツトての狭帯域トラフィックのための部分とを存する。通常、本 発明の実施例では、狭帯域変調は０から数メガビット／秒の程度までの領域で動 作し、広帯域変調はメガビット／秒からギガビット／秒までの領域で動作する。

これらの部分のおのおのは、下記の各節で説明される。

データ・クロッキングおよび信号路は、入力データのクロッキングのためのＤ− ラッチを有する。この経路はさらに別の出力、すなわちループＡｔ出力のための 駆動装置を有する。この別の出力は制御信号によりイネーブルされる。通常、こ の経路はデータを内部で分配する。本発明の実施例では、Ｄ−ラッチそれ自身は 制御信号かバイパスすることができる。

変調制御装置は、変調電流制御装置を存する。この部分において、光の［１」レ ベルがモニタ・ダイオードにより検出され、　ｒＯＰＲＭ」基準信号と比較され る。この比較は素子９９て実行され、レーザ・ダイオードのＰ／Ｉ）ランスファ ｒＪＪ１ｔ９の上で、光振幅、すなわち光ｒｌＪレヘルベルｒＯＪレベルを実効 的に決定する。本発明の実施例では、光振幅出力レベルか一定になるように変調 か常に調整される。この部分により実行される機能は、温度効果および経年効果 によるレーザ・ダイオード功外部差動効率の変動を効果的に補償する。

ループ駆動装置４０のバイアス制御装置部分は、バイアス電流制御装置を有する 。この部分では、光の平均レベルかモニタ・ダイオードにより検出され、ｒＯＰ ＲＢ」基準信号と比較される。この制御装置により、具体的には第６図に示され た素子９８および１００により、レーザ駆動回路からのノくイアスミ流が、変調 電流と共に制御されて光の「０」出力か常に一定になる。この部分により実行さ れる機能は、経年変化と温度変化による閾値電流の変化を効果的に補償する。

この部分および変調部分１０２は協働して、雰囲気温度、電源電圧の変動、レー ザ・ダイオードの経年効果等に関係なく、「０」および「ｌ」に対する光出力レ ベルを一定に保持する６ 本発明によるループ駆動装置のこの部分の中で実行される補償は、先行技術より も大幅に優れた点であり、関連する分野の当業者にとって特に関心のある点であ る。通常、比較は「データ電圧基準」と「モニタ電圧基準」との間で行われる。

さらに詳細にいえば、ピーク値と平均値との間の比較は、それぞれ、これらの２ つの電圧の間で行われる。

前記の考察を続けるならば、２つの電圧が発生される方法によりそれらが電気的 に等しくなることか分かるはずである。したがって、変調器９６とモニタ・フロ ントエンド９７（第６図参照）とにより、対称的な平衡が得られる。前記の説明 を要約すれば、データ信号を内部基準電圧に変調する変調器９６を２つの基準電 流か制御する、ということができる。モニタ電流は、モニタ・フロントエンド９ ７の中でモニタ電圧に変換する。したがって、２つの基準電流はモニタ電流の中 の平均電流とピーク電流を反映し、データ信号はモニタ信号の中のデータ１ペタ ーンを反映する。

変調器は、出力レーザ駆動部と調整可能変調制御回路とを有する。第６図の素子 １０２および１０４はこの変調の一部を形成する。調整可能変調制御回路はレー ザ・ダイオード出力の正および負のスロープを制御する。レーザ・ダイオードに 対して、また駆動装置とそれに付随するレーザの間の接続に対して信号を最適化 するために、信号の立上がり時間と立下がり時間を調整することができる。この 性能により、レーザ・ダイオードの接続の不整合により生ずる損失を部分的に緩 和することができる。このレーザ・ダイオードの接続は、異なる設備で異なる。

ループ駆動装置の管理部分は、２つの管理機能を実行する。このような管理機能 の１つはループ故障アラームである。このアラーム１０６はレーザまたはモニタ に故障が起きた時に作動イる。アラーム回路は２−〕の制ｇｌＪ電圧ＴＰＢおよ びＴＰＭを検出ず包イ′の−ｊｊまたは両刃か回路に対する限Ｗ電源値を突破し ていれば、制御か故障している、−と、イーして結局、レーザか故障しているこ とが示さｔする。その時点において、出力アラームをトリガすることができ、そ してトリガされる。第ｇの管理機能はデータ誤りアラームである。このアラーム １０８は、データ人力に送られる電流γ−夕かない時に作動する。

；５・−ザ駆動装置４０の低出カフ／′狭帯域トラフィック部分は、低出力じツ ト速度縮小トラフィックを処理−４る。、：の狭帯域は、０から数メガビット・ ／秒程度のビット速Ｌｖを有する。２Ｂ＋Ｉ）のためのｌ５ＤＮ　Ｕ−インタフ ェースは、毎秒１６０キロビツトのビット速度を有する。小さなバンド輻ど改善 されたレーザ変調法どを用いる。′どにより電力か節約さ第１る。輿望的には、 レーザは完全にオンで、または完全に４フで動作する。尤の１が送ら４゛する時 、レーザはｒＯＰＲＢ罎基準およびｒｏ））ＲＭ、ｌ　１１７％により決定され るのと同し出力レベルで通常のように動作４“る５、光の０１ベルが送られる時 にはバイアスがオフになる。、−のような場合。入ってくる狭帯域のデータ・ス トり一仏は１ノーザを直接に変ｉＪ！４！１−る。２相コト−一−−Ｆンゲを用 いることどパルスを短くする。−とにより電力の消費がまＩ−減少する。変調器 ｌυ４，１“りはむしろ１・−ザを変調するｔ、めに、狭帯域、部分はバイアス 玉流部４刊用−４る。

１ｉｉｒ記説明と添イ且−４而とか−・、４−′発明σ、ルーサ駆動装置はバイ ポーラ　ＣＭ　ＯＳｌ−稈に依存−シると考え！″１れる５３本発、明の］［− 程は、通常、ｆイノタル応用に対するものである１、さらにＪ￥細にいえば、レ ーザ駆動装置チツプは、電気経路どＬ）−ザ・ダイオードどの間のｒン娼盲、− スとしでの役割を果たす。本発明にょる１７・−刀゛駆動装置トップは、他の同 様な応用に使用−σ又ことかできる。

例示のＥｌ的のｔ−めに、本発明のＬ′）の実施例に対！、て推奨さ第１る動作 条件と、電気曲性ｒ番と、制御イａ　”３’ｌ”　Ｙ　−イ：・クフＪ、−ス信 号とか下に示される。

推ｊ３される動作子イ′Ｉ ｔｉ　最小４．５Ｖ　名目５．ＯＶ　最大５．３Ｖ革流　最大２００ｍＡ 動ｆ１温１［（１−７０Ｃ 電気的特性 データ／ＨＦインタフェース すべての値は、０および一５Ｖｔ源電圧を基準とする。

データ／クロック入力 最小入力レベル　ビーク・ツー・ピーク　１００ｍＶ共通モード領域　−３−− 〇、３Ｖ 最大入力電流（シンキング）　１０ＩＩＡ静電容量性負荷　最大　２ｐＦ データ出力（ＬＡＩ） 終端負荷　１５０オーム、　最大静電容量性負荷　５ｐＦ最小入力レベル　ビー ク・ツー・ピーク　２００ｍＶ出力領域　最小−最大　−４，４−−０，９Ｖ最 入立−Ｌかり時間および最大立下がり時間（１０−９０％）０．８ｎＳモニタ入 力 ＮＭ＋からＭｌへの最大雇、流　１．ｍΔＭＩのに圧Ｌ・ペルー４．　２−−− −４．　ＯＶＮＭＮのｔｌＪｌレベル　Ｏ，ＯＶ レルー・ダイオード出力、ＬＤＯ 最大変調電流、ｌｌＴ１　５０ｍＡ 最大バイアス電流、Ｉｂ　１００ｍＡ 狭帯域動作に３ける最大変調電流 Ｉｍｎ　Ｉ００ｍＡ レーザ・ダイオード出力　負、ＮＬＤ０鹸入変ｉｌ　７ｆ鄭７　５０ｒｎΔ ＯＰ　ＲＭ変調基準電流入力 基’ｖ’ｉ、流　０．１　−　ＩｍＡ ７ＭＪＥ　１．□　’＜　ノｌ　−４、２−−Ｏｙ（、）ＰＲＥ）ｚ＜（Ｔス基 準；電流入力基準玉流　ｔＬ　Ｉ　＝ＩｌｎＡ ｔ［ＥＬヘベル　−４，２−０Ｖ ＳＲＣＩ／５ＲＣ２，１−、Ｄ　＋二対する出力イＪ号のスロープを制−するた めに外部基準人力か必要である。

ディス−Ｊ−イブルされる、　−４Ｖより低い電圧レベル当ｔバには１ぐに分か るように、本発明によるレーザ駆動装置は、モ、−夕・グイトドからの実際値ど 内部回路からの目標値との間で比較を行う。これらの２−）のデータ路は、実質 的に同し、である。モニタに対する平均電流およびビーク電流は、２−）の外部 基準電流０ＰＲＩ３およびＯＰＲＭにより反映される。モニタ増幅器とＦ−タ増 幅器とからのデータ信号は同じ様相を見せる。これら１ｉｉｊ記のすへてから多 くの利点を生ずる。このような利点の１つはパターン変動の抑制である。

本発明による回路は、送らｔｌできたデータ信号の直流的不平衡に敏感ではない 。

さらに、２つのほぼ回し信ｔＪの間の比較により、ループの中の時定数を小さく することができる。さらになお、２個の制御装置ど、ビーク出力および平均出力 と、変調器ど、バイアスとは、共同して動作する。それらの時定数は同じにでき る。

このことは、他の装置とは異なっている。他の装置では、５倍ないし１０倍の差 か必要である。さらになお、動作のほぼ完全な対極性は、工程と温度と電源の変 動を抑制する。本発明のレーザ駆動装置により、非常に正確な制御を行うことか できる。平均およびビークの制御を行うことにより、要請された動作点がバイア スの下におよびバイアスの上ｌ：＜るように選定することかできる。

前記説明を参照すれば多くの修正および変更が可能である。τとは明白である。

例えは、本発明の特定の実施例の説明はディジタル・データ・ストリームに対し て行オ）れたけ第１とも、本発明のｌ　−、：）の実施例はまｔ、−アナログ応 用に対１．でもｔ乃ことかできる。この場合には、データ・ストリームは正弦波 信号であって、その正弦波信号は周波数変調または位相変調され、あるいは他の 方法で変調される。

また別の例として、本発明の発明者は、平均とピークを組み合わせたものを選定 しｔ−、。（注意二し〜ザ・ダイオードに対するＰ／１曲線の１−の２点を測定 するために、３個の異なる検出器かある。すなわち、最低値検出器と、平均値検 出器と、ピーク値検出器τある。これらの検出器の組み合わせに対し３つの可能 性がある。

ずなわぢ、最低値検出器と平均値検出器、または、最低値検出器とピーク値検出 器、または、平均値検出器とピーク値検出器である。）ここで、平均値検出器は 簡単でか一つ正確であるから、ピーク値検出器か動作しないときにも、動作する 平均出力制御か少なくとも存在することになる。けれども、平均値検出器を、レ ーザ制御装置の中の最小ビーク検出器、すなわち、最低値検出器、で置き換える ことかできる、：とは、当業者にはすぐに分かるであろう。実際、最低値とピー ク値の組み合わせは、もし１／−ザ・ダイオードに対するＰ／１曲線か曲がって おり、その曲がりの曲率半径か温度により変化するならば（このことは、いくつ かのレーザ・ダイオードについて起こる。特に、大きな駆動電流と高い温度の場 合に起こりやすい。）、非常に正確な制御を多分与えるであろう。回路の観点か らは、これらの変更を実行するのは非常に簡単である。すなわち、検出器を好ま しい組み合す〕せに置き換えるために、第１検出器をブロック９８とし、そして 、第２検出器をブロック９９とする。このような検出器ブロックか用いられる時 、もちろん、平均値の代わりに最低値か検出されるであろう。けれども、機能的 には、残りの回路を含めた全部か同じままであるであろう。その他の変更および 修正を行うことにより、本発明の他の実施例を得ることも可能である。したかつ て、前記て詳細に説明された実施例以外でも本願請求の範囲内に包含される実施 例により本発明を実施することもまた可能である。

ＦＩＣ；、７ ＦＩＣ；、２ ＦＩＣ；、３ （Ｉｔｈ−閾値電流）

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．周期的にデータを送信する光通信装置に用いられるレーザ・ダイオードの光 出力強度を制御する装置であって、前記レーザ。ダイオードがパルス電流涙およ びバイアス電流源から電流を受取るものにおいて、レーザ・ダイオードの光出力 の一部分を受取り、前記レーザ・ダイオードの光出力の平均出力強度を表す大き さを有する第１信号を生ずる第１装置と、前記レーザ・ダイオードの光出力の一 部分を受取り、前記レーザ・ダイオードの光出力のピーク出力強度を表す大きさ を有する第２信号を生ずる第２装置と、前記第１信号の大きさを基準電流信号と 比較し、前記平均出力強度を事実上一定に保つように前記平均出力強度を調整す る第３装置と、前記第２信号の大きさを基準電流信号と比較し、前記ピーク出力 強度を事実上足に保つように前記ピーク磁力強度を調整する第４装置とを存する 装置。
2. ２．第１項記載の装置であって、データ・クロッキングを実行するように動作す ることが可能な構造をさらに存する装置。
3. ３．第２項記載の装置であって、前記第１装置および前記第３装置が平均出力制 御ループの一部分を形成し、かつ、前記第２装置および前記第４装置がピーク出 力制御ループの一部分を形成し、かつ、前記平均出力制御ループおよび前記ピー ク出力制御ループが予め定められた同じ時定数で動作する装置。
4. ４．第１項記載の装置であって、前記第３装置が変調制御装置を有する装置。
5. ５．第１項記載の装置であって、前記第４装置がバイアス制御装置を有する装置 。
6. ６．第１項記載の装置であって、レーザ故障アラームをさらに有する装置。
7. ７．第１項記載の装置であって、データ誤りアラームをさらに有する装置。
8. ８．第１項記載の装置であって，狭帯域チャンネルおよび広帯域チャンネルを存 する装置。
9. ９．周期的にデータを送信する光通信装置に用いられるレーザ・ダイオードの光 出力強度を制御する方法であって、前記レーザ・ダイオードがパルス電流源およ びバイアス電流源から電流を受取るものにおいて、レーザ・ダイオードの光出力 の一部分を受取り、前記レーザ・ダイオードの光出力の平均出力強度を表す大き さを有する第１信号を生ずる段階と、前記レーザ・ダイオードの光出力の一部分 を受取り、前記レーザ・ダイオードの光出力のピーク出力強度を表す大きさを有 する第２信号を生する段階と、前記第１信号の大きさを基準電流信号と比較し、 前記平均力強度を事実上一定に保つように前記平均出力強度を調整する段階と、 前記第２信号の大きさと基準電流信号とを比較し、前記ピーク出力強度を事実上 一定に保つように前記ピーク出力強度を調整する段階とを存する方法。
10. １０．第９項記載の方法であって、データ・クロッキングを実行ずる段階をさら に有する方法。
11. １１．第９項記載の方法であって、前記第１装置および前記第３装置が平均出力 制御ループの一部分を形成し、かつ、前記第２装置および前記第４装置がピーク 出力制御ループの一部分を形成し、かつ、データ・クロッキングを実行ずる前記 段階が予め定められた時定数を利用することを有し、かつ、前記平均出力制御ル ープおよび前記ピーク出力制御ループが予め定められた前記時定数で動作する方 法。
12. １２．第９項記載の方法であって、前記第３装置が変調制御装置を有する方法。
13. １３．第９項記載の方法であって、前記第４装置がバイアス制御装置を存する方 法。
14. １４．第９項記載の方法であって、前記レーザ・ダイオードが故障した場合アラ ームをトリガする段階をさらに有する方法。
15. １５．第９項記載の方法であって、前記データが故障した時アラームをトリガす る段階をさらに有する方法。
16. １６．第９項記載の方法であって、狭帯域チャンネルおよび広帯域チヤンネルを 有する方法。