JPH09312441A - 光送信器 - Google Patents

光送信器

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JPH09312441A
JPH09312441A JP8125952A JP12595296A JPH09312441A JP H09312441 A JPH09312441 A JP H09312441A JP 8125952 A JP8125952 A JP 8125952A JP 12595296 A JP12595296 A JP 12595296A JP H09312441 A JPH09312441 A JP H09312441A
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JP
Japan
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semiconductor laser
temperature
current
laser
optical transmitter
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Application number
JP8125952A
Other languages
English (en)
Inventor
Akio Tajima
章雄 田島
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品数の少ない簡単な構成でかつ小型,低価
格でかつ周囲温度変化に対して光出力の変動及び消光比
の変動が少ない光送信器を実現する。 【解決手段】 半導体レーザ2の直近に配置した温度検
出器3によって検出した温度によって,レーザ駆動回路
4の出力電流振幅と,バイアス部7のバイアス電流を調
整する。温度が高い程半導体レーザのしきい値電流は大
きくなり,スロープ効率は低下するので,温度が高くな
るほど,出力電流振幅とバイアス電流を大きくする。こ
れにより半導体レーザ2とレーザ駆動回路4が別々に実
装されている場合でも,光出力変動と消光比変動を抑制
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,光通信システムに
おける光送信器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来,半導体レーザを光源とする光送信
器は,温度変化によって半導体レーザの電流対光出力特
性に図5に示すような特性変化があるために,主に,自
動温度制御(ATC)と自動出力制御(APC)の二種
類の制御を行って光出力の温度補償を行っていた。また
その他に,駆動IC内部に温度リファレンスを設けて駆
動電流を調整することによって光出力の温度補償を行う
方法もあった。
【0003】ATCはサーミスタとペルチェ素子を用い
て温度一定になるように制御することによって特性変化
を防ぐ方法である。
【0004】一方,温度制御を行わない場合,半導体レ
ーザは,図6に示すように温度上昇に伴ってしきい値電
流は上昇し,スロープ効率,即ち,単位注入電流あたり
の光出力増加分(W/A)は低下する。従って,温度変
化による光出力振幅の変化を補償するためには半導体レ
ーザに与える駆動電流振幅,バイアス電流の両方を温度
上昇と共に増加させる必要がある。
【0005】APCは,光出力をフォトダイオード等の
光検出器によってモニタし,出力が一定となるように半
導体レーザのバイアス電流や駆動電流を制御する方法で
ある。例えば,APCによる出力制御回路付き半導体レ
ーザとして,特公昭60−9184号公報に示された
「過バイアス電流検出回路」の従来例として記載されて
いるものを図7に示す。図7を参照すると,前記公報の
従来例として記載されているAPC回路付き半導体レー
ザダイオードでは,レーザ光発生器51で発生した光出
力の一部を光検出器52で受光検出し,この検出パワー
が一定となるようにAPC回路53でレーザ光発生器5
1のバイアス電流を制御している。また,サーミスタ5
4を温度監視のために設け,サーミスタ54からの温度
情報をバイアス電流監視回路54を通してAPC回路5
3に与え,その温度における適正バイアス電流をAPC
回路53で選択制御を行っているものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら,従来の
ATC回路では,ペルチェ素子による静電容量の増加,
ペルチェ素子の信頼性,パッケージサイズが大きくな
る,複雑な制御回路が必要等の問題があった。
【0007】また,従来のAPC回路では,光出力をモ
ニタするフォトダイオード(PD)等の光検出器,バイ
アス電流監視回路等を必要とし,部品数の増加,それに
伴う信頼性の低下,パッケージサイズが大きくなる,さ
らに非常に複雑な制御回路が必要であり,低価格化が困
難である等という問題だけでなく,バイアス電流だけを
制御するので消光比の変動を抑制することができないの
で消光比の変化による受信側での受信感度が大きく変化
し,受信器のダイナミックレンジを大きくとらねばなら
ないという問題があった。さらに,駆動IC内部に温度
リファレンスを設けて駆動電流を調整する方法では,制
御に用いる温度はICの温度でありレーザの温度ではな
いので,レーザモジュールとICが別々に実装されてい
る場合やICの発熱が大きい場合は温度誤差が大きいと
いう問題があった。
【0008】そこで,本発明の技術的課題は,このよう
な従来の欠点を除去し,部品数の少ない簡単な構成でか
つ小型,低価格でかつレーザと駆動回路が別々に実装さ
れている場合でも周囲温度変化に対して光出力の変動及
び消光比の変動が少ない光送信器を提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記技術的課題を解決す
るために,本発明の光送信器では,半導体レーザと,入
力信号に応じて前記半導体レーザへ駆動電流を供給する
電源供給部と,前記半導体レーザへバイアス電流を供給
するバイアス部からなるレーザ駆動回路と,前記半導体
レーザの直近に配置した温度検出器とを備えた光送信器
において,前記駆動回路の出力振幅及びバイアス電流の
うちの少くとも一方を前記温度検出器の出力によって制
御することを特徴としている。
【0010】
【発明の実施の形態】次に,本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0011】図1は本発明の第1の実施の形態による光
送信器を示すブロック図である。図1を参照すると,光
送信器1は,半導体レーザ(LD)2と,温度検出器3
と,これらに夫々接続されたレーザ駆動回路4とを備え
ている。
【0012】半導体レーザ2は波長1.3μmのファブ
リペロ型,注入電流対光出力特性は,先に説明した図5
に示すような関係を示すものを用いた。また,この半導
体レーザ2は,しきい値電流とスロープ効率の温度特性
が図3に示している。使用した半導体レーザ2の20℃
におけるしきい値は5mA,フロープ効率は0.3W/
Aであり,80℃ではしきい値10mA,スロープ効率
0.25W/Aである。
【0013】また,温度検出器3は図2に示すような温
度特性のサーミスタを備えている。
【0014】レーザ駆動回路4は,駆動トランジスタ6
と駆動電流調整部5とからなる電源供給部を供え,入力
信号に応じて,レーザ駆動回路4の出力電流振幅をVcs
によって変化させることができる構成である。また,レ
ーザ駆動回路4は,バイアス(Bias)部7とを備え
ている。バイアス供給部7は,定電流源から構成されそ
の電流値は外部から制御可能な構成となっている。
【0015】温度検出器3のサーミスタの抵抗値は,2
0℃で2.6kΩであり,80℃では0.37kΩであ
るので,サーミスタに一定電流を供給しその電圧をモニ
タすることによって温度を検出することができる。
【0016】例えば,サーミスタに1mAの電流を供給
した場合20℃で2.6V,80℃で0.37Vの電圧
となる。この電圧によって駆動電流調整部5の出力電流
振幅と,バイアス部7のバイアス電流を調整し,20℃
のとき駆動電流30mAp-p,バイアス電流6mA,8
0℃のとき駆動電流振幅36mAp-p ,バイアス電流1
1mAとすると平均光出力は,20℃で4.8mW,8
0℃で4.75mWとすることができる。
【0017】また,消光比は20℃で14.9dB,8
0℃で15.6dBとすることができる。駆動電流振幅
30mAp-p ,バイアス電流11mAと固定した場合,
平均光出力は20℃で6.0mW,80℃で4.0mW
と2.0mWの出力変動がある。消光比は20℃で8.
5dB,80℃で14.9dBの変動がある。
【0018】本発明の第1の実施の形態による光送信器
1では,出力変動を0.1mW以下,消光比変動を0.
7dBに抑制することができた。
【0019】これに対して,比較の為に,従来のAPC
制御により,バイアス電流のみを制御し平均光出力を
4.8mWとした場合,20℃での消光比は15.6d
B,80℃ではバイアス6.6dBとなり9dBの消光
比の変動があった。
【0020】また,本発明の第1の実施の形態による光
送信器では,前述した従来のAPC制御やATC制御と
比較して,光検出器やペルチェ素子を必要としないこと
やフィードバック制御を行わなくて良いので,回路規模
を1/2以下の規模で実現することができる。
【0021】さらに,本発明の第1の実施の形態による
光送信器では,温度誤差は,駆動回路と半導体レーザと
が,別々のパッケージに実装されている場合でもレーザ
直近に温度検出用サーミスタを配置するので1℃以下と
することができる。
【0022】このように本発明の第1の実施の形態よる
光送信器は,半導体レーザ直近に温度によってその抵抗
値が変化する温度検出器を配置することによって半導体
レーザの温度を観測し,その観測した温度出力によって
バイアス電流,駆動回路の出力電流振幅を制御すること
ができる。第1の実施の形態によって用いたサーミスタ
は,温度上昇にしたがって抵抗値が小さくなるので,一
定電流を温度検出器に供給し温度検出器両端の電圧を観
測することによって温度を観測することができる。その
観測した温度に従って駆動回路の変調部の電流振幅もし
くはバイアス電流を調整することによって周囲温度変化
に対して光出力及び消光比の変動を少なくすることがで
きる。
【0023】図3は本発明の第2の実施の形態による光
送信器を示す図である。図3を参照すると,第2の実施
の形態による光送信器は,前述した第1の実施の形態に
よる半導体レーザ2を一対の半導体レーザ13,14を
並設したアレイ半導体レーザ12とし,その未使用チャ
ネルの半導体レーザ14を温度検出器として兼用してい
るので,第1の実施の形態のように温度検出器はなく,
また,半導体レーザ14に電流源15が接続されている
他は,第1の実施の形態と同様の構成を備えている。
【0024】一般に,半導体レーザの抵抗値は温度が上
昇すると小さくなる。第2の実施の形態によるアレイ半
導体レーザ12の抵抗値は,20℃で25Ωであり,8
0℃で20Ωであるので,一定の電流を電流源15によ
り未使用チャネルレーザ14に供給し,素子の両端の電
圧VLDをモニタすることによって温度を検出することが
できるようになっている。
【0025】例えば,電流源15より供給する電流を1
1mAとした場合,20℃では素子の両端の電圧VLD
0は275mVであり,80℃では220mVとなる。
この電圧VLDを用いて駆動電流調整部12の電流振幅と
バイアス部7のバイアス電流を調整し,20℃のとき駆
動電流30mAp-p ,バイアス電流6mAとし,80℃
のとき駆動電流36mAp-p ,バイアス電流11mAと
すれば,平均光出力は,20℃で4.8mWであり,8
0℃で4.75mWとすることができる。
【0026】また,消光比は20℃で14.9dBであ
り,80℃で15.6dBとすることができ,出力変動
を0.1mW以下,消光比変動を0.7dBに抑制する
ことができる。温度誤差は,レーザ駆動部4とアレイ半
導体レーザ12が別々のパッケージに実装されている場
合でも,半導体レーザ13そのものの温度を検出するの
で,ほぼ0とすることができる。
【0027】図4は図3のアレイ半導体レーザ12の具
体的な構造を示す斜視図である。図4を参照すると,ア
レイ半導体レーザ12は,n型半導体基板18の一面上
にn−クラッド層22,その上に活性層21,さらにそ
の上に,p−クラッド層,その上面にp側電極を形成し
た積層部を両側からブロック層20によって挟み込ん
で,n型半導体基板18の他面上にn側電極を形成して
なる。また,このアレイ半導体レーザの他側面には,同
様にブロック層20に囲まれたn−クラッド層28,活
性層27,p−クラッド層26,温度検出ダイオード電
極25からなる積層部が形成されて,温度検出ダイオー
ドを構成している。
【0028】このような構成のアレイ半導体レーザ12
では,レーザに用いるp−クラッド層26,活性層2
7,n−クラッド層28をダイオードに用いるために,
チップ内のレーザ発光部分とは別の場所にレーザ発光部
と同時に製作することが可能である。この半導体レーザ
13に集積した半導体レーザ(ダイオード)14からな
る温度検出ダイオード集積半導体レーザを用いることに
よって温度誤差がほぼ0の温度を検出することが可能と
なるために,出力変動及び消光比変動が少なく,回路規
模の小さい光送信器を実現することができる。
【0029】また,第2の実施の形態においては,光源
としてアレイ半導体レーザ12の半導体レーザ13を用
いており,アレイ半導体レーザ12の未使用チャネルの
レーザを温度検出用に用いている。半導体レーザ13,
14は,温度上昇にしたがって抵抗値が小さくなるの
で,一定電流を温度検出器に供給し温度検出器両端の電
圧を観測することによって温度を観測することができ
る。特に,半導体レーザ14を温度検出器として兼用し
た場合,そのバイアス電流を一定とし,半導体レーザ1
4の両端の電圧を測定することによって温度を観測する
ことができる。その観測した温度に従って,レーザ駆動
回路4の変調部の電流振幅もしくはバイアス電流を調整
することによって周囲温度変化に対して光出力及び消光
比の変動を少なくすることができる。
【0030】以上,第1及び第2の実施の形態を用いて
本発明を説明したが,本発明にはこの実施の形態以外に
も,多数の変形例がある。例えば,半導体レーザ2の波
長は1.3μmに限らず任意の波長のレーザとすること
もできるし,レーザはファブリペロ型に限らず,DFB
レーザやDBRレーザとすることもできるし,アレイと
した場合のチャネル数は何チャネルでも良い。また,駆
動回路のトランジスタはバイポーラ型に限らずFETで
もよいし,駆動回路は差動構成に限らずシングルエンド
構成でもよいが,これらの変形例は,本発明に含まれる
ことは明らかである。
【0031】
【発明の効果】以上の説明のように本発明では,半導体
レーザ直近に配置した温度検出器によってレーザ駆動回
路の出力振幅とバイアス電流を制御することによって,
半導体レーザとレーザ駆動回路が別々に実装されている
場合でも周囲温度変化に対して光出力及び消光比の変動
が少ない光送信器を提供することがことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による光送信器を示
すブロック図である。
【図2】サーミスタの温度特性を説明するための図であ
る。
【図3】本発明の第2の実施の形態を光送信器を示すブ
ロック図である。
【図4】図3のアレイ半導体レーザの具体的な構造を示
す斜視図である。
【図5】半導体レーザの電流対光出力特性を説明するた
めの図である。
【図6】半導体レーザの温度特性を説明するための図で
ある。
【図7】従来のAPC回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
1,11 光送信器 2 半導体レーザ 3 温度検出器 4 レーザ駆動回路 5 駆動電流調整部 6 駆動トランジスタ 7 バイアス部 12 アレイ半導体レーザ 15 温度検出用定電流源 14 半導体レーザ 18 n型半導体基板 19 p−クラッド層 20 ブロック層 21 活性層 22 n−クラッド層 23 n側電極 24 p側電極 25 温度検出ダイオード電極 26 p−クラッド層 27 活性層 28 n−クラッド層 51 レーザ光発生器 52 光検出器 53 APC回路 54 バイアス電流監視回路 55 サーミスタ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04B 10/26

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザと,入力信号に応じて前記
    半導体レーザへ駆動電流を供給する電源供給部と,前記
    半導体レーザへバイアス電流を供給するバイアス部から
    なるレーザ駆動回路と,前記半導体レーザの直近に配置
    した温度検出器とを備えた光送信器において,前記駆動
    回路の出力振幅及びバイアス電流のうちの少くとも一方
    を前記温度検出器の出力によって制御することを特徴と
    する光送信器。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の光送信器において,前記
    温度検出器がサーミスタであることを特徴とする光送信
    器。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の光送信器において,前記
    半導体レーザがアレイ半導体レーザであることを特徴と
    する光送信器。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の光送信器において,前記
    温度検出器は,夫々に一定電圧を与えられた半導体レー
    ザに集積されたダイオードから構成されていることを特
    徴とする光送信器。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の光送信器において,前記
    温度検出器は,夫々に一定電流を与えられた半導体レー
    ザに集積されたダイオードとから構成されていることを
    特徴とする光送信器。
  6. 【請求項6】 請求項4又は5記載の光送信器におい
    て,前記集積されたダイオードは,アレイ半導体レーザ
    の未使用チャンネルの半導体レーザからなることを特徴
    とする光送信器。
JP8125952A 1996-05-21 1996-05-21 光送信器 Pending JPH09312441A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006054272A (ja) * 2004-08-11 2006-02-23 Opnext Japan Inc 半導体光素子、レーザモジュール、及び光送受信器
US7715728B2 (en) 2006-06-05 2010-05-11 Fuji Xerox Co., Ltd. Optical transmitter, optical communication system and method for adjusting optical transmitter
JP2019110164A (ja) * 2017-12-15 2019-07-04 株式会社堀場製作所 半導体レーザ装置及びその製造方法並びにガス分析装置

Cited By (4)

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