JPH10321940A

JPH10321940A - 光伝送システム操作方法及びレーザ出力電力制御方法並びにレーザ制御回路

Info

Publication number: JPH10321940A
Application number: JP10124422A
Authority: JP
Inventors: Alan H Gnauck; エイチグナウクアラン; Sherly Leigh Woodward; レイフウッドワードシェリル
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1997-05-12
Filing date: 1998-05-07
Publication date: 1998-12-04
Anticipated expiration: 2018-05-07
Also published as: EP0878882B1; AU736324C; TW373358B; US5963570A; CA2235026C; EP0878882A2; DE69802228D1; JP4291428B2; AU6481798A; DE69802228T2; AU736324B2; CA2235026A1; CN1199943A; EP0878882A3

Abstract

(57)【要約】【課題】バイアス電流を制御することにより、低温時
にクリッピングにより誘発されるエラーを防ぐ光リンク
制御方法及び装置を提供する。【解決手段】注入型レーザに対する制御回路が、レー
ザ出力においてクリッピングにより誘発されるエラーを
防ぐプリバイアス電流を提供する。アナログ変調信号が
レーザダイオード１０に直接与えられ、レーザは帰還電
流Ｉｆｂと電流源Ｉｏとの和をプリバイアス電流Ｉｐｂ
として受信する。モニタフォトダイオード１４がレーザ
光出力を検波し、電流Ｉｄｅｔを供給する。帰還電流は
Ｉｄｅｔの変化に対応し、プリセット値に等しいＩｄｅ
ｔを保持するためにレーザプリバイアス電流を調整し、
有効にレーザの平均出力電力を一定に保持する。Ｉｐｂ
がＩｍｉｎを下回ることを防ぐことにより、クリッピン
グによる誘発されるエラー及びひずみは避けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光伝送システム操作
方法及び制御回路に関し、特に半導体レーザを用いる光
リンクの制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】直接変調された半導体レーザがアナログ
リンクにて用いられるとき、プリバイアス電流は通常、
レーザ平均出力電力が一定となるように設定される。こ
れは単純な帰還回路を用いてなされる。このような回路
を用いない場合には、レーザのプリバイアス電流は、レ
ーザの寿命、さらにレーザの動作温度範囲にわたってレ
ーザの平均出力電力が十分に高いことを確保するだけ、
十分に高く設定される必要がある。このような高いプリ
バイアス電流により、新しい、すなわちレーザ温度が低
いとき、レーザはあまりに高い電力を出力してしまうこ
とがある。過度の光電力は受信機を飽和したり、或いは
ファイバの非線形を誘発し、その結果システムの特性を
劣化させる。高電流にてレーザを動作させることはま
た、レーザのエージングを速める。それ故、定バイアス
電流を用いることはシステム特性を劣化させることがあ
る。

【０００３】単純な従来技術の帰還回路が冷却されない
レーザ（温度制御が欠如しているレーザモジュール）に
用いられるとき、プリバイアス電流は低温にて低くな
り、プリバイアス電流が落ち込むに従い、リンクはより
クリッピングによる誘発エラーの影響を受けやすくな
る。これらのエラーは、レーザ電流（プリバイアス電流
と変調信号の和）がレージングしきい値以下に落ち込む
とき発生する。

【０００４】レーザプリバイアス電流を制御することに
関する従来技術は以下のものがある。

【０００５】１９９７年２月２２日発行の米国特許第
４，００９，３８５号は、電気的変調信号に応じて、レ
ーザに駆動電流を印加する駆動回路を含む注入型レーザ
に対する制御回路を開示する。プリバイアス回路が、電
気的変調信号から導出される信号とレーザ光出力から導
出される信号との差に応じて、レーザに対してプリバイ
アス電流を印加する。

【０００６】１９８１年９月２９日発行の米国特許第
４，２９２，６０６号は、レーザダイオードに印加され
る全電流が光−電流特性曲線上の第２のブレークポイン
ト値を超え、かつ電流変調器を調整するためにフィード
バックされるエラー信号を発生する時間間隔を感知する
回路を開示する。

【０００７】１９８４年１１月２０日発行の米国特許第
４，４８４，３３１号は、半導体レーザダイオードのバ
イアス電流を安定化させるために、電気的フィードバッ
クを用いる電流調整回路を開示する。レーザダイオード
電流は負性温度係数抵抗を用いて感知され、ゼロ温度係
数電圧と比較された電圧を発生し、それによりエラー信
号を生成し、温度による変化に対してレーザダイオード
からの放射を調整する。

【０００８】１９９０年２月２０日発行の米国特許第
４，９０３，２７３号は、レーザダイオードの動作点が
特性曲線の一部に位置し、その特性曲線の一部におい
て、特性曲線の線形部分における特性曲線の勾配に対す
る特性曲線の勾配の比が、所定値に等しくなる制御回路
を開示する。この比は、変調電流の変化によって生じる
電力変化を補うバイアス電流の変化を測定することによ
り得られる。

【０００９】１９９０年９月２５日発行の米国特許第
４，９５８，９２６号は、レーザに対する閉ループ制御
システムを開示し、そのシステムでは、レーザの出力光
及びレーザ光が結合されるファイバからの光が、最初に
バイアス及びレーザへのパルス電流振幅を設定され、制
御システムの一部をなす受信機の利得を調整する。ファ
イバからの光に応じて、制御システムは連続的にパルス
電流振幅及び受信機利得を制御し、振幅、すなわち光の
電気的信号表示が、受信機の電子回路の動作範囲内に保
持される。

【００１０】１９９１年１２月１７日発行の米国特許第
５，０７３，９８３号は、振幅変調型光シグナリングシ
ステムを開示し、その信号システムは、電気的帰還を得
るために光放射器から光出力の一部を検出し、帰還信号
の最初の部分を位相反転し、光放射器をＡＣ変調するた
めに結合した信号を得るために帰還信号の最初の部分を
信号の電気的入力を負帰還的に結合することにより、線
形性を改善し、歪みを減少させる。帰還信号の第２の部
分は、所望に時間平均され、光放射器に対するＤＣ駆動
を制御するために用いられ、その平均光出力は概ね一定
になる。高電力レベルで駆動される光放射器に関連する
非線形により光シグナリングシステム内に別に入り込む
歪みは減少される。

【００１１】１９９３年１１月９日発行の米国特許第
５，２６０，９５５号は、線形レーザ動作領域及び低い
非線形動作領域を有するレーザダイオードに対するしき
い値電流を自動的に設定する方法を開示する。レーザダ
イオードは、（１）電子回路及びレーザダイオードが安
定化できるようにするために、レーザダイオードに動作
電流が供給されないウォームアップ期間中、（２）レー
ザダイオードに対する電流が、前記非線形動作領域上の
しきい値動作点まで引き上げられるが、映像データはレ
ーザダイオードに印加されない初期化期間中、（３）線
形レーザ動作領域内でレーザを動作させるために、デジ
タル映像データが線形ダイオードに印加される動作期間
中、制御される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術はいずれ
もが、（１）最小平均レーザ出力電力を達成する、並び
に（２）プリバイアス電流が最小値を下回るとき、平均
レーザ出力電力が最小値を超えるようにすることによ
り、レーザ出力内においてクリッピングにより誘発され
るエラーを防ぐような、レーザに対する制御回路を開示
してはいない。

【００１３】本発明は、レーザに一定の最小電流を供給
する問題を解決し、その結果低温にてレーザプリバイア
スが最小許容値を下回らないが、高温ではレーザプリバ
イアスは平均光出力が一定のままであるように制御する
ことで、低温ではクリッピングによる誘発エラーが発生
することを防ぎ、高温では十分な光が放射されることを
確実にする制御回路及び方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】光リンクにおける注入型
レーザのためのバイアス制御回路は、モニタダイオー
ド、帰還回路及び電流源を含む。変調信号に応じて、レ
ーザが変調光を放射し、変調光が光リンクに供給され
る。モニタダイオードが平均レーザ出力電力に比例する
電流Ｉｄｅｔを発生させる。Ｉｄｅｔは帰還回路に供給
され、帰還回路は出力電流を調整し、Ｉｄｅｔは一定レ
ーザ平均出力電力を示す事前設定値に近づく。帰還回路
は制限範囲を有し、負帰還電流を供給しない。帰還電流
Ｉｆｂは、Ｉｄｅｔが事前設定値について変化するに従
い、変化する。Ｉｆｂは電流源からの電流Ｉｏと結合さ
れ、レーザに対するプリバイアス電流Ｉｐｂを形成し、
プリバイアス電流上に変調信号が重畳される。温度が下
がるにつれて、一定平均出力電力を保持するために必要
なプリバイアス電流は下がる。プリバイアス電流は、そ
れ以下には下がらない最低限の電流に到達するまで下が
り、それによりレーザ出力信号内のクリッピングよる誘
発エラーを防ぐ。

【００１５】すなわち、第１の発明は、光伝送システム
操作方法において、ａ）レーザプリバイアス電流Ｉｐｂ
を所定値Ｉｍｉｎ以上に設定する過程と、ｂ）レーザ平
均出力電力が少なくとも所定の光出力値Ｌｏに等しくな
るようにＩｐｂを所定値以上に保持する過程とを有する
ことを特徴とする。

【００１６】また、第２の発明は、レーザに対する制御
回路がレーザ及び帰還回路に接続されるモニタダイオー
ドを含み、前記帰還回路が電流源を結合してレーザにプ
リバイアス電流を供給する構成において前記レーザの出
力電力を制御するための方法が、ａ）帰還回路内に帰還
電流を発生させる過程と、ｂ）電流源から電流値Ｉｏを
発生させる過程と、ｃ）前記帰還電流と前記電流源電流
をレーザに対するプリバイアス電流Ｉｐｂとして結合す
る過程と、ｄ）入力信号を、前記プリバイアス電流上に
重畳された入力信号として前記レーザに供給する過程
と、ｅ）モニタダイオード内に、レーザ出力光に比例す
る電流Ｉｄを発生させる過程と、ｆ）前記帰還回路に電
流Ｉｄを供給する過程と、ｇ）前記プリバイアス電流が
最低限値Ｉｍｉｎ以上になるように、前記帰還回路から
前記レーザまで電流を変更し、電流Ｉｄが予め設定され
た値について変化するに従い、前記プリバイアス電流
が、前記レーザからの平均光出力が最小値Ｌｏ以上に保
持されるように調整される過程とを有することを特徴と
する。

【００１７】また、第３の発明は、レーザに対する制御
回路がレーザ及び帰還回路に接続されるモニタダイオー
ドを含み、前記帰還回路がレーザにプリバイアス電流を
供給する構成において前記レーザの出力電力を制御する
ための方法が、ａ）前記帰還回路内にプリバイアス電流
Ｉｐｂを発生する過程と、ｂ）前記レーザに入力信号
を、前記プリバイアス電流上に重畳された入力信号とし
て供給する過程と、ｃ）前記モニタダイオード内に、レ
ーザ出力光に比例する電流Ｉｄを発生させる過程と、
ｄ）前記帰還回路に電流Ｉｄを供給する過程と、ｅ）前
記プリバイアス電流が最低限値Ｉｍｉｎ以上になるよう
に、前記帰還回路から前記レーザまで電流を変更し、電
流Ｉｄが予め設定された値について変化するに従い、前
記プリバイアス電流が、前記レーザからの平均光出力が
最小値Ｌｏ以上に保持されるように調整される過程とを
有することを特徴とする。

【００１８】また、第４の発明は、第１の発明におい
て、前記レーザに対する前記最小プリバイアス電流が

【数１】Ｉｍｉｎ＝Ｉｔｈ（Ｔ＝Ｔ´）＋Ｉａｃ，ｍ但し、Ｉｔｈ＝（Ｔ）が動作温度Ｔ´に対するレーザし
きい値電流Ｉａｃ，ｍが［−１×Ｉａｃ（ｔ）］の最大値Ｉａｃ（ｔ）はレーザに対するＡＣ入力信号Ｔ´は温度（Ｉａｃ，ｍ）×（レーザの勾配効率）＝Ｌｏであることを特徴とする。

【００１９】また、第５の発明は、第１の発明におい
て、さらに、ａ）前記レーザを低温にて動作させると
き、前記プリバイアス電流を制御し、最小平均光出力を
達成する過程を有することを特徴とする。

【００２０】また、第６の発明は、第１の発明におい
て、さらに、ａ）前記レーザを高温にて動作させると
き、プリバイアス電流を制御し、一定光出力を達成する
過程を有することを特徴とする。

【００２１】また、第７の発明は、第２の発明におい
て、さらに、ａ）Ｉｆｂが常にプラスになるように、前
記帰還回路を動作させる過程を有することを特徴とす
る。

【００２２】また、第８の発明は、第２の発明におい
て、さらに、ａ）制限されたダイナミックレンジ内で、
前記帰還回路を動作させる過程を有することを特徴とす
る。

【００２３】また、第９の発明は、第１の発明におい
て、前記入力信号が連続アナログ信号或いはパケットバ
ースト信号であることを特徴とする。

【００２４】また、第１０の発明は、最低限の光出力を
供給するためのレーザに対する制御回路において、ａ）
レーザダイオードと、ｂ）前記レーザに対する入力デー
タ信号と、ｃ）前記レーザ光出力に結合され、前記レー
ザ光出力に対して比例する電流Ｉｄを発生させるモニタ
ダイオードと、ｄ）前記電流Ｉｄを受信し、出力電流Ｉ
ｆｂを供給する帰還回路と、ｅ）電流Ｉｏを供給する電
流源と、ｆ）前記電流Ｉｆｂ及びＩｏを前記レーザに対
するプリバイアス電流として結合するための手段と、
ｇ）前記レーザ動作温度が低温動作温度と高温動作温度
との間を変化するとき、前記プリバイアス電流が最小電
流レベル以下に落ち込まないように、前記レーザへの最
低限プリバイアス電流及び前記レーザからの光出力を達
成する手段とを有することを特徴とする。

【００２５】また、第１１の発明は、第１０の発明にお
いて、前記帰還回路がマイナスの出力レベルを供給しな
いことを特徴とする。

【００２６】また、第１２の発明は、第１０の発明にお
いて、前記プリバイアス電流が

【数２】Ｉｍｉｎ＝Ｉｔｈ（Ｔ＝Ｔ´）＋Ｉａｃ，ｍａｘ但し、Ｉｔｈが動作温度Ｔ´に対するレーザしきい値電
流Ｉａｃ，ｍが［−１×Ｉａｃ（ｔ）］の最大値Ｉａｃ（ｔ）はレーザに対するＡＣ入力信号Ｔ´は温度（Ｉａｃ，ｍｉｎ）×（レーザの勾配効率）＝Ｌｏにより定義される最小レベルに設定されることを特徴と
する。

【００２７】また、第１３の発明は、第１０の発明にお
いて、前記入力信号が連続アナログ信号或いはパケット
バースト信号であることを特徴とする。

【００２８】また、第１４の発明は、第１０の発明にお
いて、前記入力信号が前記レーザ入力に直接供給される
ことを特徴とする。

【００２９】本発明はさらに添付の図面とともに与えら
れる、以下の好適な実施の形態の詳細な説明から理解さ
れよう。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１には、１９℃で３５ｍＡプリ
バイアス電流（Ｉｐｂ）時、４８℃で４６ｍＡプリバイ
アス電流（Ｉｐｂ）時で、ビット誤り率（ＢＥＲ）が２
つのデータチャネル上で測定され、一方が９８０ＭＨｚ
に対する２ＭｂｐｓのＱＰＳＫ（４相位相変調）信号を
伝送する場合で、他方が９４７ＭＨｚに対する２０Ｍｂ
ｐｓのＯＯＫ（オンオフキーイング）信号を伝送する場
合の注入型レーザ動作に対して、縦軸にＢＥＲ（ビット
誤り率）を、横軸にｄＢ表示のＲＦ駆動レベルをとった
場合のクリッピングによるエラーを示すレーザの試験動
作の対数グラフが示されている。

【００３１】図において、注入型レーザは、アナログ入
力信号の電力に関してレーザ出力信号内のエラーを測定
して、レーザ平均出力電力が一定に保持されるように、
プリバイアス電流を用いて動作する。１９℃の低動作温
度では、レーザのプリバイアス及び勾配効率は４８℃の
高動作温度時より大きくなり、クリッピングによるエラ
ーは、より高いプリバイアスＲＦ駆動レベル時に黒塗り
の丸及び四角により表されるように両方のデータチャネ
ルで観測される。高動作温度では、アナログ入力信号の
電力が、１９℃でクリッピングによるエラーが観測され
る電力より７ｄＢ高くなるまで、プリバイアスレベルは
保持され、クリッピングによるエラーは観測されない。
これは、低温時の光リンクがより高い駆動レベルでは適
切に行われないことを意味する。本発明は、単にプリバ
イアスを設定するのではなく、ある最低限値Ｉｍｉｎ以
上のレーザを常にプリバイアスすることによりこの問題
を解決し、レーザ平均出力電力が一定になる。この最低
限プリバイアス電流は、帰還が用いられず、レーザの平
均出力電力が常に十分に高い値であることを確保するだ
け十分に大きい一定値にプリバイアス電流が設定される
場合には、必要とされるレベル以下である。

【００３２】図２（Ａ）及び（Ｂ）は本発明が用いられ
るとき、レーザ動作温度によって、いかにレーザの平均
出力電力及びプリバイアス電流が変化するかを示す。
（Ａ）はレーザ平均出力電力＜Ｌ＞対動作温度を示すグ
ラフであり、（Ｂ）はレーザプリバイアス電流（Ｉｐ
ｂ）対レーザ動作温度を示すグラフである。

【００３３】レーザプリバイアス電流（Ｉｐｂ）は以下
の式により記述される。

【００３４】

【数３】Ｉｐｂ＝Ｉａ但し＜Ｌ（Ｉａ）＞＝Ｌｏ（Ｉａ＞Ｉｍｉｎ）

【数４】Ｉｐｂ＝Ｉｍｉｎ（上記以外）但し、Ｉａはプリバイアス電流により規定される電流
（図２Ｉｐｂ＝Ｉｏ参照）であり、Ｌ（Ｉａ）はＩａの
関数として表したレーザ出力であり、Ｌｏは事前設定平
均レーザ出力電力である。

【００３５】レーザが変調されるとき以下の式が成り立
つ。

【００３６】

【数５】Ｉ＝Ｉｐｂ＋変調信号＝Ｉｐｂ＋Ｉａｃ（ｔ）但し、Ｉａｃ（ｔ）は時間の関数として表した入力信号
である。

【００３７】従ってクリッピングを防ぐためには、Ｉｍ
ｉｎは以下のように選択される。

【００３８】全時間において、

【数６】Ｉｐｂ＋Ｉａｃ（ｔ）＞Ｉｔｈ現実のシステムでは、Ｉａｃ（ｔ）の瞬時の大きさは広
範囲に及ぶが、最大値は非常にまれにしか生じない。限
定されたクリッピング値は許容可能である。そのシステ
ムは、Ｉｔｈを下回る変位は許容範囲内であり、まれに
しか生じないように設計されるべきである。許容範囲及
び信号のクリッピングを許容可能な頻度は、用いられる
変調方式、エラー訂正符号が用いられるか否か、並びに
提供されるサービスに依存する。

【００３９】Ｉｔｈは温度によって変化し、温度が下が
るに従って下がる傾向がある。全動作温度範囲にわたっ
て十分な特性を保証するＩｍｉｎの値を選択するために
は、Ｉｍｉｎは、レーザがしきい値以下では駆動されな
いように選択されるべきである。ｎはレーザの勾配効率
（電流入力ｍＡ当たりの光出力ｍＷ）であり、温度の関
数（ただしｎは温度が下がるとき増加する傾向にある）
であるとする。レーザが＜Ｌ＞＝Ｌｏのようにプリバイ
アスされるなら、その時

【数７】Ｌ（ｔ）＝Ｌｏ＋（Ｉａｃ（ｔ）×ｎ）である。

【００４０】レーザがしきい値以下では駆動されないと
いうことを保証するためには、

【数８】Ｌ（ｔ）＝（Ｉｐｂ＋Ｉａｃ−Ｉｔｈ）×ｎがプラスのままでなければならない。ｎがレーザ温度Ｔ
の関数であることを思い起こされたい。ここで（−１×
Ｉａｃ）の最大値をＩａｃ，ｍと表す。Ｔ´をＩａｃ，
ｍ×ｎ（Ｔ´）＝Ｌｏでの温度とする。その時Ｉｍｉｎ
は

【数９】Ｉｍｉｎ＝Ｉｔｈ（Ｔ＝Ｔ´）＋Ｉａｃ，ｍに設定されるべきである。これはＩｔｈ＜Ｉｔｈ（Ｔ
´）及びｎ＞（Ｌｏ／Ｉａｃ，ｍ）であるとき、Ｉｐｂ
がＩｍｉｎに及びＬ（ｔ）＞０に設定されることが保証
される。

【００４１】Ｌ（ｔ）＞０となるためには、以下の式を
思い起されたい。

【００４２】

【数１０】Ｌ（ｔ）≒｛［（Ｉｍｉｎ−Ｉｙｈ（Ｔ））］＋Ｉａｃ（ｔ）｝×ｎ＝｛（Ｉｔｈ（Ｔ＝Ｔ´）＋Ｉａｃ，ｍ）−Ｉｔｈ（Ｔ）＋Ｉａｃ（ｔ）｝×ｎ＝｛（Ｉｔｈ（Ｔ´）−Ｉｔｈ）＋（Ｉａｃ，ｍ＋Ｉａｃ（ｔ））｝×ｎただしｎ＞０、｛Ｉｔｈ（Ｔ´）＞Ｉｔｈ｝並びに（Ｉ
ａｃ，ｍ＞−１×Ｉａｃ（ｔ））Ｉｔｈ＞Ｉｔｈ（Ｔ´）、並びにｎ＜（Ｌｏ／Ｉａｃ，
ｍ）であるとき、Ｉｐｂは、＜Ｌ＞＝Ｌｏで、Ｉｍｉｎ
以上となるように設定されるであろう。

【００４３】そのとき

【数１１】Ｌ（ｔ）≒Ｌｏ＋Ｉａｃ（ｔ）×ｎである。

【００４４】明らかに、システムを設計するときには、
Ｉｍｉｎ及びＩａｃの両方がシステム設計者の管理下に
置かれ、これらの値を設定する際にトレードオフがあ
る。制限されたクリッピング量が許容可能であるなら、
そのときＩｍｉｎは低い値に設定できる（例えば１分当
たり１回のクリッピング発生が許容可能であり、−１×
Ｉａｃ（ｔ）が１分当たり１度だけＩａｃ，ｚを越える
なら、Ｉａｃ，ｚは上式においてＩａｃ，ｍに置き換わ
る）。

【００４５】寿命期間にわたって、レーザの勾配効率は
減少する傾向があり、そのしきい値電流は増加する傾向
にあるため、結果的にレーザが新しいときのＩｍｉｎの
適切な選択がレーザの有効期間にわたって、レーザ出力
信号における許容レベルまでクリッピングエラーを抑え
る、すなわち減少させるべきである。従ってＩｍｉｎ＝
Ｉｔｈ（Ｔ＝Ｔ´）＋Ｉａｃ，ｍａｘを設定すること
が、注入型レーザを用いる光リンク内の許容レベルクリ
ッピングエラーまで抑える、すなわち減少させるであろ
う。

【００４６】温度制御されたレーザを用いる光リンクに
おいても、本発明はアナログ信号をバースト信号にて送
出するシステムにおいて適用される。

【００４７】レーザの応答が線形であるとき、レーザの
平均出力は平均電流入力の関数となるであろう。＜Ｌ
（Ｉ）＞＝Ｌ（＜Ｉ＞）である。レーザの応答が線形で
ないなら、そのときこの式は成り立たない。アナログ信
号を連続的に送出するシステムでは、この影響は問題で
はなく、従来型の帰還回路のように＜Ｌ＞＝Ｌｏを設定
するであろう。しかしながらレーザがデータのパケット
をバースト送信するとき、＜Ｌ＞は、レーザの応答が非
線形であるなら、パケットが送出されるとき変化するで
あろう。従来型の帰還回路は、長時間一定値にしなけれ
ばならないから（そうでないと送出される信号を劣化さ
せるであろう）、＜Ｌ＞の変化に対してパケット時間ス
ケール上で訂正できる制御ループを設計することは困難
であろう。ほとんどデータパケットが送出されないな
ら、そのとき帰還回路は、データの多くのパケットが送
信されているときより低い値にＩｐｂを設定することが
できる。本発明は、帰還回路がプリバイアス電流をあま
りにも低く設定することを防ぐ。したがって本発明はま
た、しきい値電流及び勾配効率が温度により変化しない
システムにおいても適用できる。

【００４８】図３に戻ると、レーザのためのプリバイア
ス制御回路はＩｆｂを供給する帰還回路及びＩｏを供給
する電流源を含む。制御回路最小出力電流（Ｉｍｉｎ＝
Ｉｏ＋Ｉｆｂ，ｍｉｎ）は、Ｉｍｉｎ＝Ｉｔｈ（Ｔ＝Ｔ
´）＋Ｉａｃ，ｍａｘに設定されるとき、許容されない
クリッピングエラーは、レーザ動作温度に関係なく、防
止される。

【００４９】図３では、レーザダイオード１０は光リン
ク１２内に結合され、モニタフォトダイオード１４に光
出力を供給する。ダイオード１４は、レーザダイオード
１０出力に比例する電流Ｉｄｅｔを生成する。Ｉｄｅｔ
は出力電流Ｉｆｂを供給する帰還回路１６に、入力とし
て供給される。出力電流Ｉｆｂは制限されたダイナミッ
クレンジを有する（例えば、ＩｆｂはＩ₁＋／−４０、
すなわちＩｆｂ＞０）。このタイプの帰還回路は商業的
に入手可能である。電流源１８は出力電流Ｉｏを供給
し、ＩｏはＩｆｂと結合され、レーザダイオード１０に
対するプリバイアス電流Ｉｐｂを形成する。変調信号源
２０は、信号Ｉａｃを供給し、Ｉａｃはレーザダイオー
ド１０への入力としてＩｐｂに重畳される。帰還回路は
Ｉｆｂを調整することにより事前設定される一定値に等
しい＜Ｉｄｅｔ＞を保持しようとし、レーザのＤＣ電流
（Ｉｐｂ＝Ｉｆｂ＋Ｉｏ）を変化させる。帰還回路の制
限されたダイナミックレンジは、レーザダイオードのＤ
Ｃ電流が最小値以下に下がることを防ぐであろう。従っ
て、レーザダイオード１０の動作温度が下がるに従い、
帰還回路は、Ｉｐｂ＝Ｉｍｉｎ＝Ｉｏ＋Ｉｆｂ，ｍｉｎ
（Ｉｆｂ，ｍｉｎは０でありうる）になるまで、レーザ
ダイオード１０の平均出力電力を一定に保持するであろ
う。レーザ出力はそのとき増大するが、レーザ電流は最
小事前設定値を下回らないであろう。

【００５０】従来技術では、ダイオード動作温度が落ち
るに従い、レーザ勾配効率は増加し、しきい値電流は下
がるであろう。従来の制御回路では、レーザプリバイア
ス電流は、Ｉｄｅｔが事前設定値に等しい点まで下が
る。この条件により、変調電流Ｉａｃは、歪み及びエラ
ーを誘発するしきい値電流Ｉｔｈを下回るレーザを駆動
することができる。本帰還回路は、事前設定値（例えば
Ｉｐｂ＞Ｉｏ＋Ｉｆｂ，ｍｉｎ）を下回るレーザを駆動
できず、クリッピングによる誘発エラーは防がれる、す
なわち許容範囲内に保持される。

【００５１】本発明は好適な実施例に関して示され、記
載されるが、請求の範囲にて確定されるように、様々な
変更が本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、その
実施例内においてなされるであろう。

【００５２】

【発明の効果】本発明により、バイアス電流を制御する
ことにより、低温ではクリッピングにより誘発されるエ
ラーを防ぎ、かつ高温では十分な光を放射するレーザダ
イオードを用いる光リンクシステムを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】縦軸上にＢＥＲを、横軸上にｄＢ表示のＲＦ
駆動レベルをとった場合のクリッピングによるエラーを
示すレーザの試験的動作の対数グラフである。

【図２】本発明が用いられるときのレーザ平均出力電
力＜Ｌ＞とレーザプリバイアス電流（Ｉｐｂ）に対する
レーザ動作温度を示すグラフである。

【図３】本発明の原理によるクリッピングよるエラー
を防ぐ、或いは減少させるレーザに対するプリバイアス
制御回路図である。

【符号の説明】

１０レーザダイオード、１２光リンク（通常ファイ
バにカップリング）、１４モニタフォトダイオード、
１６帰還回路、１８電流源、２０変調信号源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者シェリルレイフウッドワードアメリカ合衆国ニュージャージー州ホルムデルイーストブルックドライブ７

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光伝送システム操作方法において、ａ）レーザプリバイアス電流Ｉｐｂを所定値Ｉｍｉｎ以
上に設定する過程と、ｂ）レーザ平均出力電力が少なくとも所定の光出力値Ｌ
ｏに等しくなるようにＩｐｂを所定値以上に保持する過
程と、を有することを特徴とする光伝送システム操作方法。
【請求項２】レーザに対する制御回路がレーザ及び帰
還回路に接続されるモニタダイオードを含み、前記帰還
回路が電流源を結合してレーザにプリバイアス電流を供
給する構成において前記レーザの出力電力を制御するた
めの方法が、ａ）帰還回路内に帰還電流を発生させる過程と、ｂ）電流源から電流値Ｉｏを発生させる過程と、ｃ）前記帰還電流と前記電流源電流をレーザに対するプ
リバイアス電流Ｉｐｂとして結合する過程と、ｄ）入力信号を、前記プリバイアス電流上に重畳された
入力信号として前記レーザに供給する過程と、ｅ）モニタダイオード内に、レーザ出力光に比例する電
流Ｉｄを発生させる過程と、ｆ）前記帰還回路に電流Ｉｄを供給する過程と、ｇ）前記プリバイアス電流が最低限値Ｉｍｉｎ以上にな
るように、前記帰還回路から前記レーザまで電流を変更
し、電流Ｉｄが予め設定された値について変化するに従
い、前記プリバイアス電流が、前記レーザからの平均光
出力が最小値Ｌｏ以上に保持されるように調整される過
程と、を有することを特徴とするレーザ出力電力制御方法。
【請求項３】レーザに対する制御回路がレーザ及び帰
還回路に接続されるモニタダイオードを含み、前記帰還
回路がレーザにプリバイアス電流を供給する構成におい
て前記レーザの出力電力を制御するための方法が、ａ）前記帰還回路内にプリバイアス電流Ｉｐｂを発生す
る過程と、ｂ）前記レーザに入力信号を、前記プリバイアス電流上
に重畳された入力信号として供給する過程と、ｃ）前記モニタダイオード内に、レーザ出力光に比例す
る電流Ｉｄを発生させる過程と、ｄ）前記帰還回路に電流Ｉｄを供給する過程と、ｅ）前記プリバイアス電流が最低限値Ｉｍｉｎ以上にな
るように、前記帰還回路から前記レーザまで電流を変更
し、電流Ｉｄが予め設定された値について変化するに従
い、前記プリバイアス電流が、前記レーザからの平均光
出力が最小値Ｌｏ以上に保持されるように調整される過
程と、を有することを特徴とするレーザ出力電力制御方法。
【請求項４】請求項１に記載の方法において、前記レーザに対する前記最小プリバイアス電流がＩｍｉｎ＝Ｉｔｈ（Ｔ＝Ｔ´）＋Ｉａｃ，ｍ但し、Ｉｔｈ＝（Ｔ）が動作温度Ｔ´に対するレーザし
きい値電流Ｉａｃ，ｍが［−１×Ｉａｃ（ｔ）］の最大値Ｉａｃ（ｔ）はレーザに対するＡＣ入力信号Ｔ´は温度（Ｉａｃ，ｍ）×（レーザの勾配効率）＝Ｌｏであることを特徴とする方法。
【請求項５】請求項１に記載の方法において、さら
に、ａ）前記レーザを低温にて動作させるとき、前記プリバ
イアス電流を制御し、最小平均光出力を達成する過程を有することを特徴とする方法。
【請求項６】請求項１に記載の方法において、さら
に、ａ）前記レーザを高温にて動作させるとき、プリバイア
ス電流を制御し、一定光出力を達成する過程を有することを特徴とする方法。
【請求項７】請求項２に記載の方法において、さら
に、ａ）Ｉｆｂが常にプラスになるように、前記帰還回路を
動作させる過程を有することを特徴とする方法。
【請求項８】請求項２に記載の方法において、さら
に、ａ）制限されたダイナミックレンジ内で、前記帰還回路
を動作させる過程を有することを特徴とする方法。
【請求項９】請求項１に記載の方法において、前記入力信号が連続アナログ信号或いはパケットバース
ト信号であることを特徴とする方法。
【請求項１０】最低限の光出力を供給するためのレー
ザに対する制御回路において、ａ）レーザダイオードと、ｂ）前記レーザに対する入力データ信号と、ｃ）前記レーザ光出力に結合され、前記レーザ光出力に
対して比例する電流Ｉｄを発生させるモニタダイオード
と、ｄ）前記電流Ｉｄを受信し、出力電流Ｉｆｂを供給する
帰還回路と、ｅ）電流Ｉｏを供給する電流源と、ｆ）前記電流Ｉｆｂ及びＩｏを前記レーザに対するプリ
バイアス電流として結合するための手段と、ｇ）前記レーザ動作温度が低温動作温度と高温動作温度
との間を変化するとき、前記プリバイアス電流が最小電
流レベル以下に落ち込まないように、前記レーザへの最
低限プリバイアス電流及び前記レーザからの光出力を達
成する手段と、を有することを特徴とするレーザ制御回路。
【請求項１１】請求項１０に記載の制御回路におい
て、前記帰還回路がマイナスの出力レベルを供給しないこと
を特徴とする制御回路。
【請求項１２】請求項１０に記載の制御回路におい
て、前記プリバイアス電流がＩｍｉｎ＝Ｉｔｈ（Ｔ＝Ｔ´）＋Ｉａｃ，ｍａｘ但し、Ｉｔｈが動作温度Ｔ´に対するレーザしきい値電
流Ｉａｃ，ｍが［−１×Ｉａｃ（ｔ）］の最大値Ｉａｃ（ｔ）はレーザに対するＡＣ入力信号Ｔ´は温度（Ｉａｃ，ｍｉｎ）×（レーザの勾配効率）＝Ｌｏにより定義される最小レベルに設定されることを特徴と
する制御回路。
【請求項１３】請求項１０に記載の制御回路におい
て、前記入力信号が連続アナログ信号或いはパケットバ
ースト信号であることを特徴とする制御回路。
【請求項１４】請求項１０に記載の制御回路におい
て、前記入力信号が前記レーザ入力に直接供給されるこ
とを特徴する制御回路。