JPH09321375A - レーザ用駆動電流生成方法とレーザ送信器 - Google Patents

レーザ用駆動電流生成方法とレーザ送信器

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JPH09321375A
JPH09321375A JP9043121A JP4312197A JPH09321375A JP H09321375 A JPH09321375 A JP H09321375A JP 9043121 A JP9043121 A JP 9043121A JP 4312197 A JP4312197 A JP 4312197A JP H09321375 A JPH09321375 A JP H09321375A
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laser
temperature
integrated circuit
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drive current
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JP9043121A
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Kalpendu Ranjitrai Shastri
ラニジトレイ シャストリ カルペンドゥ
David Alan Snyder
アラン スナイダー デビッド
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Nokia of America Corp
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LE-SENTO TECHNOL Inc
Lucent Technologies Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な制御を必要とせずに、レーザが動作し
ている温度で、バイアス電流をしきい値電流レベルに正
確に維持する。 【解決手段】 レーザ発信器は、駆動電流を受信しそれ
に応答して光を放出するレーザ１４と、レーザの駆動電
流を生成する集積回路１８と、レーザ温度の信号を受信
し対応する駆動電流の信号を出力するルックアップテー
ブル２０と、駆動電流の信号を駆動電流に変換してレー
ザに送るドライバとからなる。集積回路は、集積回路の
温度を検知する温度検知回路３８を有する。集積回路
は、集積回路の温度を、レーザ温度の信号に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路上の温度
センサを有するレーザドライバに関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザダイオードあるいはレーザの光出
力（出力）はレーザを駆動する電流の非線形関数であ
る。レーザの光−電流特性は温度にも依存する。レーザ
が発振モードで動作する最小駆動電流はしきい値電流と
して知られている。レーザの温度動作範囲で、動作温度
が高いほど、レーザが発振モードで動作するのに高いし
きい値電流が必要となる。その結果、動作温度が低いほ
ど、レーザが発振モードで動作するのに低いしきい値電
流で済むことになる。しきい値電流はレーザの動作温度
の関数であり、レーザの温度動作範囲にわたって１桁程
度変化することがある。
【０００３】集積回路は、データをレーザ出力上に変調
するために使用される。レーザは、変調されるべきデー
タに合わせて駆動電流によってオンオフされる。駆動電
流は一般に２つの成分、すなわち、発振モードでの動作
の端にレーザを維持するバイアス電流と、変調電流から
なる。バイアス電流は、レーザのしきい値電流になるよ
うに制御されている。レーザは、しきい値電流に達する
まで（あるいはしきい値電流を超えるまで）発振モード
で動作しないため、レーザが動作している温度で、バイ
アス電流がしきい値電流になるように正確に制御するこ
とが重要である。バイアス電流がしきい値電流より低く
なると、レーザのターンオン遅延が許容できないものと
なる。ターンオン遅延は、レーザが高いスイッチング速
度で動作する場合には特に好ましくない。しきい値電流
より高いバイアス電流もまた好ましくない。それは、消
光比の問題がレーザ出力に生じるためである。消光比の
問題は、レーザによって放出される光がゼロに減少すべ
きでありゼロからずれてはならないときに、バイアス電
流がしきい値電流より高いためにレーザ駆動回路の変調
電流成分がゼロになってもレーザによって放出される光
がゼロに減少しない場合に生じる。従って、レーザが動
作している温度で、バイアス電流をしきい値電流レベル
に正確に維持することが所望される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】米国特許第５，０１
９，７６９号に記載されているような、１つの既知のバ
イアス電流制御方式では、レーザおよび背面ダイオード
が熱伝冷却器上にマウントされる。熱伝冷却器は、レー
ザ動作温度を制御された設定点に維持する。レーザ温度
センサが同じく熱伝冷却器上にマウントされ、レーザの
動作温度と同じ温度である熱伝冷却器の温度を検知す
る。レーザコントローラが、プログラムされたマイクロ
コントローラを用いて、レーザ温度を検知し、熱伝冷却
器（従ってレーザ温度）を制御し、ターンオンのプロセ
スおよびレーザの動作温度の選択を制御する。熱伝冷却
器の使用は、追加費用を伴い、複雑な制御を必要とす
る。
【０００５】もう１つの既知の方式では、温度補償回路
がレーザと熱接触してマウントされる。温度補償回路
は、レーザの動作温度に比例して、レーザを駆動する電
流成分を生成する。この方式は、熱伝冷却器を必要とせ
ずに、レーザ駆動電流を変化させて温度変化を補償す
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、レーザ
ドライバの駆動電流は、レーザの駆動電流を生成する集
積回路の温度をモニタすることによって生成される。集
積回路で検知される温度は、レーザの対応する温度に変
換される。駆動電流は、レーザの対応する温度に応じて
レーザに対して生成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明によるレーザドライバ１０
の実施例を図１に示す。レーザドライバ１０は、象徴的
に表したパッケージ１２に含まれる。レーザドライバ１
０は、レーザ１４、背面ダイオード１６、さまざまな機
能を提供する集積回路１８、およびルックアップテーブ
ル２０（例えば電気的消去可能プログラマブル読出し専
用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ））を有する。集積回路１８で
遠隔検知された温度は、ルックアップテーブル２０に記
憶されているデータにより、レーザ１４での対応する温
度に変換され、レーザ１４は、そのレーザの対応する温
度に応じて制御される。レーザドライバ１０は、レーザ
１４によって放出される光を集光するレンズ２２を有す
ることも可能である。
【０００８】レーザ１４の前面２４からは、コヒーレン
ト光２６が放出される。このコヒーレント光は、レンズ
２２がある場合はレンズ２２を通過し、ファイバ２８を
通って送出される。レーザ１４から放出される光の一部
は後面３０から放出される。後面３０から放出される光
の部分３２は、背面ダイオード１６に入る。レーザ１４
の前面２４から出力される光パワーは、後面３０から出
力される光パワーに比例するため、背面ダイオード１６
は、レーザ１４によって出力される光パワーを連続的に
モニタすることになる。レーザ１４によって出力される
光パワーは、レーザ１４が発生する熱に関連づけること
ができる。背面ダイオード１６は、導体３４を通じて信
号（例えば電流）を集積回路１８の制御部分３６に送
る。
【０００９】パッケージ１２内の温度は局所的な変動を
有する。パッケージ１２内に単一の温度というものはな
い。ある部品は他の部品よりも多くの熱を発生あるいは
放散し、パッケージのある領域はパッケージの他の領域
よりも速く、熱発生部品からから流入する熱を放散す
る。本発明によれば、温度は、レーザドライバ１０のパ
ッケージ１２内の集積回路１８で、レーザ１４から離れ
て測定される。従って、レーザ１４の温度は測定されな
い。測定される温度は、レーザ１４の温度より低いこと
も高いこともある。一般に、測定温度はレーザ１４の温
度より低くなる。温度は、集積回路１８上の温度センサ
３８（例えば、温度検知回路が温度検知パラメータを変
化させる）によって測定される。温度検知パラメータ
は、それ自体が温度検知信号であるか、または、温度検
知信号を生成する。実施例では、温度検知信号は、集積
回路１８上のアナログ−ディジタル変換器４０で、アナ
ログ形式からディジタル形式に変換され、さらに、アド
レス生成器４２で対応するアドレスに変換される。こう
して生成されたアドレスは、ルックアップテーブル２０
にアクセスして、対応する温度でのレーザドライバ１０
の動作に対して、そのアドレスに記憶されているデータ
を取得するために使用される。また、背面モニタ設定点
のような他のデータも取得されるようにすることが可能
である。この設定点の値は、レーザへの電流を、レーザ
が故障する極大エイジング電流（係数）に制限する。エ
イジング係数とは、与えられた温度において、実際のレ
ーザしきい値電流の、同じ温度における使用開始時のし
きい値電流に対する比である。このデータは、複数チャ
ネル４４のデータで表される。ルックアップテーブル２
０に記憶されているデータは、以下で図４で説明するモ
デルから事前に決定される。測定温度は、レーザ１４の
動作温度に対応する集積回路１８上の温度である。ルッ
クアップテーブル２０の所定の記憶されているデータ
は、測定温度に対応するレーザの温度に基づく。
【００１０】ルックアップテーブル２０からチャネル４
４を通じて取得されたデータはコントローラ３６に送ら
れ、背面ダイオード電流設定点４６のディジタル表現
と、測定温度における所望のバイアス電流４８および変
調電流５０のディジタル表現と、最大許容エイジング係
数５２とを含む。背面ダイオード１６によって生成され
る電流信号は、ルックアップテーブル２０から取得され
る背面ダイオード電流設定点４６のディジタル表現とコ
ンパレータ５６で比較するために、アナログ−ディジタ
ル変換器５４によってディジタル化される。この電流信
号のディジタル表現が背面ダイオード設定点４６より高
い場合、アップダウンカウンタ５８がカウントダウンさ
れるという意味でフィードバックループが動作する。こ
の補正は、乗算器６２および６４で、ルックアップテー
ブル２０から取得されるバイアス電流４８および変調電
流５０に乗じるために使用される。これにより、レーザ
１４への駆動電流は減少し、特に、後面３０から放出さ
れる光の部分３２が減少する。このフィードバックルー
プは、設定点４６と、背面ダイオード出力のディジタル
表現の差をなくする。カウンタ出力は、バイアス電流の
ディジタル表現に乗じられると、修正バイアス電流４
８′が得られ、これはドライバ４３に送られ、ドライバ
４３はレーザ１４を駆動電流を生成する。背面ダイオー
ド１５からの電流信号のディジタル表現が背面ダイオー
ド設定点４６より小さい場合、アップダウンカウンタ５
８が、上限リミタ６８で最大エイジング係数５２によっ
て制限されてカウントアップするという意味でフィード
バックループが動作し、ドライバ４３への出力が増大
し、レーザ１４への駆動電流が増大して、後面３０から
放出される光の部分３２も増大する。この場合も、フィ
ードバックループの動作は、設定点４６と背面ダイオー
ド出力のディジタル表現の差をなくする。
【００１１】適当な場合には、検知された温度に対する
変調電流５０もルックアップテーブル２０から取得され
る。図２に示すように、バイアス電流４８および変調電
流５０の一方または両方を、乗算器６２および６４で、
乗数Ｍ１およびＭ２により修正することが可能である。
エイジング補償したバイアス電流のディジタル表現を４
８′で表す。エイジング補償した変調電流のディジタル
表現を５０′で表す。なお、乗数Ｍ１およびＭ２を１に
設定すると、修正されていないバイアス電流４８および
変調電流５０がドライバ４３に送られる。バイアス電流
のディジタル表現４８′および変調電流のディジタル表
現５０′はドライバ４３に送られ、レーザ１４を駆動す
るアナログ電流信号に変換される。レーザ１４の動作を
変調するデータもドライバ４３に送られる。このデータ
は、ドライバ４３によって、変調電流をオンオフするた
めに使用される。
【００１２】フィードバックループをオフにしてレーザ
ドライバ１０が起動されると、設定情報がルックアップ
テーブル２０からダウンロードされる。これは、同じ集
積回路およびルックアップテーブルを、レーザドライバ
１０の物理的パッケージのさまざまな設定で使用できる
ようにするためである。ルックアップテーブルに記憶さ
れる駆動電流の所定のディジタル表現は、パッケージお
よびそのパッケージ内の部品ごとに固有である。温度は
温度センサ３８によって検知され、一度温度が検知され
てさまざまなアナログ−ディジタル変換器およびディジ
タル−アナログ変換器が安定すると、レーザドライバ１
０の動作を制御するためにフィードバックループがオン
にされる。
【００１３】レーザの光出力Ｌは、図３に示すように、
フォワードバイアス電流および変調電流、すなわち、駆
動電流の非線形関数である。駆動電流がレーザに加えら
れると、レーザは、駆動電流がしきい値電流として知ら
れる最小値に達するまでは発振動作を開始しない。しき
い値電流は、図３に見られるように、レーザごとに、レ
ーザ使用期間によって異なり、また、温度によっても異
なる。図３に、図式的に、駆動されるレーザの温度によ
るしきい値電流の変化とともに、駆動電流がどのように
温度に依存するかを示す。駆動電流は３つの温度、すな
わち、低い温度ＴL、中間温度ＴMおよび高い温度ＴHに
対して、レーザの動作範囲にわたって示されている。
低、中、および高のそれぞれの温度範囲に対するしきい
値電流はそれぞれＩL、ＩM、およびＩHとして示されて
いる。
【００１４】集積回路１８上の温度センサ３８によって
検知される温度に基づいてレーザの温度を解析的に評価
するために使用される熱的モデルを図４に示す。図４
は、レーザドライバ１０の熱的モデル４００を表す。ノ
ード４０２は、集積回路１８の温度センサ３８で測定さ
れる温度を表す。ノード４０４は、レーザ１４の温度を
表す。ノード４０６は、レーザおよび集積回路がパッケ
ージされているハウジングあるいはケースの温度を表
す。ノード４０８は、熱放散のための周囲の無限熱浴を
表す。熱抵抗４１０は、集積回路１８で発生する熱と、
レーザおよび集積回路がパッケージされているハウジン
グあるいはケースの間の熱抵抗を表す。熱流発生器４１
２は、駆動電流によって発生する熱を表し、これは、レ
ーザに送られる駆動電流の関数である。熱抵抗４１４
は、レーザで発生する熱と、レーザおよび集積回路がパ
ッケージされているハウジングあるいはケースの間の熱
抵抗を表す。熱流発生器４１６は、レーザで発生する熱
を表し、これは、レーザ駆動電流の関数である。熱抵抗
４１８は、ケースあるいはハウジングと、周囲の環境の
間の熱抵抗を表す。
【００１５】モデル４００のパラメータを変化させるこ
とによって、レーザドライバ１０の熱特性をモデル化
し、そのモデル化された条件下で集積回路１８での測定
温度に対する適当なレーザ駆動電流を決定することがで
きる。さらに複雑な熱的モデルを用いることも可能であ
るが、本発明の発明者は、このモデルで十分であること
を見出した。モデル４００は融通性があり、集積回路と
レーザの間のさまざまな相対的位置関係や、さまざまな
パッケージ材料および形状に対応可能であるとともに、
大気中あるいは強制気流中のようなさまざまな環境因子
にも対応可能である。
【００１６】モデル方程式は、当業者に既知の方法で解
くことができる。モデル方程式の解法は、当業者に知ら
れているように、解が収束するまで再帰的に行うもので
もよい。
【００１７】以上、本発明について、レーザの駆動電流
を生成する集積回路の温度を測定し、集積回路の温度を
対応するレーザの温度に変換し、レーザの駆動電流を対
応するレーザの温度の関数として生成することに関して
説明したが、集積回路の温度と対応するレーザの温度の
間の関係が決定された後に、容易に認識されるように、
必ずしも、レーザの実際の温度を出力する必要はない。
上記のように、レーザの実際の温度を出力する必要はな
く、レーザの温度の関数としてレーザの駆動電流を生成
することができる。
【００１８】上記では、複数の離散的な駆動電流を、対
応するレーザ温度の範囲にわたって事前に決定すること
について説明し、これはディジタル的な実装を示唆する
ものであるが、本発明は、完全にアナログ的に実装する
ことも可能である。
【００１９】上記では、熱的モデルを用いて、ルックア
ップテーブルのバイアス電流および変調電流のデータの
ディジタル表現を事前に決定することについて説明した
が、バイアス電流および変調電流のデータのディジタル
表現は実験によって経験的に決定することも可能であ
る。
【００２０】カウントアップするときにアップダウンカ
ウンタの出力を制限する最大エイジング電流について説
明したが、本発明はこのようなものには限定されない。
エイジング係数を実装するその他の方式も本発明の技術
的範囲に入る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による制御回路を含むレーザパッケージ
のブロック図である。
【図２】図１のブロック図における制御回路の部分の概
略図である。
【図３】レーザの動作温度範囲の３つの温度における、
与えられた駆動電流ｉに対する、レーザの光出力Ｌの図
である。
【図４】集積回路の温度からレーザの動作温度範囲にわ
たるレーザの対応する温度を解析的に決定するために使
用可能なレーザ発信器パッケージの熱力学モデルの電気
的表現の図である。
【符号の説明】
１０ レーザドライバ １２ パッケージ １４ レーザ １６ 背面ダイオード １８ 集積回路 ２０ ルックアップテーブル ２２ レンズ ２４ 前面 ２６ コヒーレント光 ２８ ファイバ ３０ 後面 ３４ 導体 ３６ 制御部分 ３８ 温度センサ ４０ アナログ−ディジタル変換器 ４２ アドレス生成器 ４３ ドライバ ４４ チャネル ４６ 背面ダイオード電流設定点 ４８ バイアス電流 ５０ 変調電流 ５２ 最大許容エイジング係数 ５４ アナログ−ディジタル変換器 ５６ コンパレータ ５８ アップダウンカウンタ ６２ 乗算器 ６４ 乗算器 ６８ 上限リミタ ４００ 熱的モデル ４０２ ノード ４０４ ノード ４０６ ノード ４０８ ノード ４１０ 熱抵抗 ４１２ 熱流発生器 ４１４ 熱抵抗 ４１６ 熱流発生器 ４１８ 熱抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 デビッド アラン スナイダー アメリカ合衆国、18036 ペンシルバニア、 バックス カウンティ、タウンシップ オ ブ スプリングフィールド、クーパーズバ ーグ、ステイト ロード 2025

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザの駆動電流を生成する集積回路の
    温度をモニタするステップと、 前記集積回路の温度を前記レーザの対応する温度に変換
    する変換ステップと、 前記レーザの対応する温度の関数として前記レーザの駆
    動電流を生成する生成ステップとからなることを特徴と
    する、レーザの駆動電流を生成する方法。
  2. 【請求項２】 前記変換ステップは、前記集積回路の温
    度の表現をルックアップテーブルに入力して前記レーザ
    の対応する温度を取得するステップを有することを特徴
    とする請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 前記生成ステップは、 対応するレーザ温度の範囲における複数の離散的な駆動
    電流を事前に決定するステップと、 ルックアップテーブルに前記複数の離散的な駆動電流の
    ディジタル表現を記憶するステップとを含むことを特徴
    とする請求項１の方法。
  4. 【請求項４】 前記集積回路の温度に基づいて前記ルッ
    クアップテーブルを検索するステップと、 前記複数の離散的な駆動電流のディジタル表現のうちか
    ら、前記集積回路の温度に対応する１つの駆動電流のデ
    ィジタル表現を取得するステップとをさらに有すること
    を特徴とする請求項３の方法。
  5. 【請求項５】 駆動電流を受信しそれに応答して光を放
    出するレーザ（１４）と、 前記レーザの駆動電流を生成する集積回路（１８）と、 前記レーザの温度に対応する表現を受信し対応する駆動
    電流の表現を出力するルックアップテーブル（２０）
    と、 前記駆動電流の表現を駆動電流に変換して前記レーザに
    送るドライバとからなるレーザ発信器において、 前記集積回路は、該集積回路の温度を検知する温度検知
    回路（３８）を有し、 前記集積回路は、該集積回路の温度を、前記レーザの温
    度に対応する表現に変換することを特徴とするレーザ発
    信器。
  6. 【請求項６】 前記ルックアップテーブルは電気的消去
    可能プログラマブル読出し専用メモリに記憶されること
    を特徴とする請求項５のレーザ発信器。
  7. 【請求項７】 前記対応する駆動電流の表現はディジタ
    ル表現であることを特徴とする請求項５のレーザ発信
    器。
  8. 【請求項８】 前記ドライバはディジタル−アナログ変
    換器であることを特徴とする請求項７のレーザ発信器。
JP9043121A 1996-02-27 1997-02-27 レーザ用駆動電流生成方法とレーザ送信器 Pending JPH09321375A (ja)

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