KR20040081372A - 반도체 레이저의 구동회로 - Google Patents

반도체 레이저의 구동회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바이어스전류에 의한 소광비(消光比)의 열화를 방지하여 정확한 신호검출을 가능하게 하고, 또한 PON 시스템 등에 있어서의 시분할통신에 최적인 반도체 레이저의 구동회로를 제공하는 것이다.
반도체 레이저와, 상기 반도체 레이저에 바이어스전류를 공급하는 바이어스전류 공급수단과, 입력된 변조신호에 의거하여 상기 반도체 레이저에 변조전류를 공급하는 변조전류 공급수단을 구비하고, 상기 바이어스전류를 적어도 상기 변조전류가 공급되는 기간 공급하고, 상기 변조전류의 공급정지시에 상기 바이어스전류의 공급도 정지하였다.

Description

반도체 레이저의 구동회로{DRIVING CIRCUIT FOR SEMICONDUCTOR LASER}
본 발명은 반도체 레이저의 구동회로에 관한 것이다.
종래의 반도체 레이저 구동회로를 도 6에 나타낸다. 반도체 레이저(41)에 변조전류를 흘리기 위한 트랜지스터(42)의 베이스에는 기준전압(Vref)이 인가되고, 그 에미터는 변조용 펄스신호가 베이스에 입력되는 트랜지스터(43)의 에미터에 접속된다. 이들 2개의 에미터는 트랜지스터(44)의 콜렉터에 접속되고, 그 베이스와 에미터와의 사이에는 오퍼레이션 앰플리파이어(45)가 설치된다. 오퍼레이션 앰플리파이어(45)에는 트랜지스터(44)의 에미터저항(46)의 전압이 입력되고, 또한 서미스터(47)에 의하여 반전 입력단(-)에 음 귀환이 걸리고, 비반전 입력단(+)이 서미스터(48)에 의하여 접지된다.
이상의 구성에 있어서, 연속되는 펄스신호에 의하여 트랜지스터(42, 43)가 교대로 온/오프하여 반도체 레이저(41)에 변조전류가 흐른다. 또 오퍼레이션 앰플리파이어(45)에 서미스터(47, 48)가 접속되어 있기 때문에, 반도체 레이저(41)에 흐르는 변조전류는 온도의 상승에 대응하여 증가하도록 작용한다. 이에 의하여 반도체 레이저(41)의 효율이 저하하여도 광출력이 일정해진다.
또 반도체 레이저(41)의 광출력은 그 일부가 수광소자(50)에 의하여 검출된다. 검출된 전압은 광출력 제어회로(51)에 입력된다. 광출력 제어회로(51)는, 반도체 레이저(41)의 광출력이 주위온도의 여하에 관계없이 일정하게 되도록, 반도체 레이저(41)에 바이어스전류를 흘리기 위한 트랜지스터(52)를 구동한다. 즉, 온도 상승에 따르는 반도체 레이저(41)의 효율저하로 검출된 전압이 내려가면, 광출력 제어회로(51)가 그것을 보충하도록 트랜지스터(52)를 제어하여 바이어스전류를 증가한다(특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1]
일본국 특개평5-259563호 공보(도 1)
상기 종래의 구동회로에서는, 공통의 센터국에 복수의 가입자가 접속되어 광섬유 케이블을 공유하는, 소위 PON(Passive Optical Network) 시스템에 있어서 시분할 방식으로 사용되면, 광섬유 케이블의 합류점(도 4a 참조)에는 바이어스전류에 상당하는 광신호가 가산된 상태로 공급된다. 그 때문에, 바이어스전류에 의한 광출력이 커져, 변조신호(변조용 펄스신호)가 입력되었을 때의 광출력과의 레벨차가 적어져(소광비의 열화), 수신측에 있어서의 신호검출시에 지장이 생긴다.
또 변조용 펄스신호가 소위 버스트(burst)형상으로 단속적으로 입력되는 경우는, 변조용 펄스신호가 입력되지 않은 기간에는 반도체 레이저에 변조전류가 흐르지 않고, 따라서 수광소자에 전류가 흐르지 않기 때문에 광출력 제어회로는 최대의 전류를 반도체 레이저에 흘리려고 한다. 그 결과, 반도체 레이저가 파괴된다는 문제가 있기 때문에, 종래의 구성에서는 소위 버스트 모드에서는 사용할 수 없다.
본 발명은 바이어스전류에 의한 소광비의 열화를 방지하여 정확한 신호검출을 가능하게 하고, 또한 PON 시스템 등에 있어서의 시분할 통신에 최적인 반도체 레이저의 구동회로를 제공하는 것을 목적으로 한다
도 1은 본 발명의 반도체 레이저 구동회로의 구성을 나타내는 회로도,
도 2는 반도체 레이저의 광출력 특성도,
도 3은 본 발명의 반도체 레이저 구동회로에 있어서의 반도체 레이저에 공급하는 변조전류와 바이어스전류와의 타이밍차트,
도 4는 본 발명의 반도체 레이저 구동회로를 사용한 통신시스템의 설명도,
도 5는 본 발명의 반도체 레이저 구동회로의 다른 구성을 나타내는 회로도,
도 6은 종래의 반도체 레이저 구동회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 반도체 레이저 2 : 바이어스전류 공급수단
2a : 제 1 트랜지스터 2b, 2c : 저항
3 : 변조전류 공급수단 3a : 제 2 트랜지스터
3b, 3c : 저항
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 반도체 레이저와, 상기 반도체 레이저에 바이어스전류를 공급하는 바이어스전류 공급수단과, 입력된 변조신호에 의거하여 상기 반도체 레이저에 변조전류를 공급하는 변조전류 공급수단을 구비하여, 상기 바이어스전류를 적어도 상기 변조전류가 공급되는 기간동안 공급함과 동시에, 상기 변조전류의 공급정지시에 상기 바이어스전류의 공급도 정지하도록 상기 바이어스전류 공급수단을 구성하였다.
또 상기 바이어스전류를 상기 변조전류의 공급 개시시각보다도 이른 시각에 공급 개시하였다.
또 상기 바이어스전류 공급수단은 상기 반도체 레이저에 직렬 접속된 제 1 트랜지스터를 적어도 가지고, 상기 변조전류 공급수단은 상기 반도체 레이저에 직렬 접속된 제 2 트랜지스터를 적어도 가지고, 상기 제 1 트랜지스터의 베이스에 상기 바이어스전류를 흘리기 위한 전압을 인가하고, 상기 제 2 트랜지스터의 베이스에 상기 변조신호를 입력하였다.
또 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터를 서로의 콜렉터가 상기 반도체에 접속된 NPN 형 트랜지스터로 구성하고, 상기 2개 트랜지스터의 서로의 에미터를 접지하였다.
또 상기 제 2 트랜지스터에 흐르는 상기 변조전류를 상기 제 1 트랜지스터를 거쳐 흐르도록 하였다.
또 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터를 서로의 콜렉터가 상기 반도체 레이저에 접속된 NPN 형 트랜지스터로 구성하여, 상기 제 1 트랜지스터의 에미터를 접지함과 동시에, 상기 제 2 트랜지스터의 콜렉터를 상기 제 1 트랜지스터의 콜렉터에 접속하였다.
본 발명의 반도체 레이저의 구동회로를 도 1 내지 도 3에 따라 설명한다. 도 1은 본 발명의 반도체 레이저 구동회로의 구성을 나타내고, 도 2는 반도체 레이저의 광출력 특성을 나타내며, 도 3은 변조신호와 바이어스전압과의 타이밍차트를 나타내고, 도 4는 반도체 레이저 구동회로의 다른 구성을 나타낸다.
도 1에 있어서, 반도체 레이저 다이오드(단지, 반도체 레이저라 함)(1)의 애노드에는 소정의 전압이 인가되어 있다. 반도체 레이저(1)에 바이어스전류를 공급하기 위한 바이어스전류 공급수단(2)은 제 1 트랜지스터(NPN 형)(2a)를 가지고, 제 1 트랜지스터(2a)는 반도체 레이저(1)에 직렬로 접속된다. 즉, 제 1 트랜지스터 (2a)의 콜렉터는 바이어스전류를 제한하기 위한 저항(2b)을 거쳐 반도체 레이저(1)의 캐소드에 접속되고, 에미터는 접지된다. 그리고 베이스에는 바이어스전류를 흘리기 위한 바이어스전압(B)이 베이스전류 제한용 저항(2c)을 거쳐 인가된다.
또 반도체 레이저(1)에 변조전류(변조 펄스전류)를 공급하는 변조전류 공급수단(3)은 제 2 트랜지스터(NPN 형)(3a)를 가지고, 제 2 트랜지스터(3a)도 반도체 레이저(1)에 직렬로 접속된다. 즉, 제 2 트랜지스터(3a)의 콜렉터는 변조전류를 제한하기 위한 저항(3b)을 거쳐 반도체 레이저(1)의 캐소드에 접속되고, 에미터는 접지된다. 그리고 베이스에는 변조전류를 흘리기 위한 데이터(D)(변조 펄스전압)가 베이스전류 제한용 저항(2c)을 거쳐 입력된다.
반도체 레이저(1)의 광출력 레벨(P)은 그곳을 흐르는 모든 전류(Io)에 의하여 결정되나, 통상은 도 2에 나타내는 바와 같이 발광 개시 전후의 전류〔바이어스전류(Ib)〕를 흘려 두고, 그 다음에 펄스형상의 변조전류(Im)를 겹침으로써 단시간에 발광시키도록 하고 있다. 반도체 레이저(1)로부터의 광출력은 광섬유 케이블에 의하여 접속된 센터국 등을 향하여 전송된다.
반도체 레이저(1)에 공급되는 변조전류는 변조전류 공급수단(3)에 입력되는 데이터에 대응하여 도 3a에 나타내는 바와 같이 데이터의 기간(T)만큼 버스트형상으로 흐르고, 그것이 단속적으로 연속된다. 따라서 본 발명에서는, 변조전류에 겹치는 바이어스전류를 도 3b에 나타내는 바와 같이, 데이터의 기간을 커버하고 또한 단속적으로 흘리도록 바이어스전류 공급수단(2)을 구성하고 있다. 바꾸어 말하면, 데이터의 기간이 지나면 바이어스전류를 흐르지 않도록 하고 있다. 단, 반도체 레이저(1)에 변조전류를 공급하고 나서 발광 개시하기까지의 시간을 단축하기 위하여 변조전류의 공급 개시전(Δt)만큼 앞당겨 바이어스전류를 공급하는 것이 효과적이다.
이와 같은 반도체 레이저의 구동회로를 가지는 복수의 가입자(X 내지 Z)가 도 4에 나타내는 바와 같이 공통의 센터국에 광섬유 케이블로 접속된 경우는, 각 가입자로부터는 도 3에 나타내는 변조전류와 바이어스전류에 대응하는 광출력이 시분할로 광섬유 케이블에 송출된다. 그러나 바이어스전류도 변조전류에 동기하여 시분할로 되어 있기 때문에, 광섬유 케이블에 송출되는 광출력 중 바이어스전류에 의존하는 것은 항상 한사람의 가입자로부터의 것에 한정된다. 따라서 센터국에서 신호검출하는 경우의 노이즈(바이어스전류에 의한 광출력)의 레벨이 억제되기 때문에, 정확하게 검출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 반도체 레이저 구동회로의 다른 구성을 나타낸다. 바이어스전류 공급수단(2)은 도 1에 나타내는 것과 마찬가지로, 제 1 트랜지스터(2a)는 그 콜렉터가 반도체 레이저에 접속되고, 에미터는 접지된다. 한편, 변조전류 공급수단(3)의 제 2 트랜지스터(3a)는 그 에미터가 접지되지 않고, 제 1 트랜지스터(2a)의 콜렉터에 접속된다. 따라서 제 2 트랜지스터(3a)에 흐르는 변조전류는 제 1 트랜지스터(2a)에도 흐른다. 그 밖의 구성은 도 1에 나타낸 것과 동일하다. 이 구성에서는, 제 1 트랜지스터(2a)가 오프가 되어 바이어스전류의 공급을 정지하면, 제 2 트랜지스터(3a)도 동일한 타이밍으로 필연적으로 오프가 된다. 따라서 오프의 타이밍의 설정을 공통화할 수 있는 장점이 있다.
또한 바이어스전류 공급수단(2)에 사용되고 있는 제 1 트랜지스터(2a) 및 변조전류 공급수단(3)에 사용되고 있는 제 2 트랜지스터(3a)는 NPN 형에 한정되지 않고 PNP 형이어도 좋다. 또 바이폴라 트랜지스터에 한하지 않고 FET(전계효과 트랜지스터)이어도 좋다. 또한 다른 스위칭소자로 구성하여도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 반도체 레이저와, 반도체 레이저에 바이어스전류를 공급하는 바이어스전류 공급수단과, 입력된 변조신호에 의거하여 반도체 레이저에 변조전류를 공급하는 변조전류 공급수단을 구비하여, 바이어스전류를 적어도 변조전류가 공급되는 기간동안 공급함과 동시에, 변조전류의 공급정지시에 바이어스전류의 공급도 정지하도록 바이어스전류 공급수단을 구성하였기 때문에, 반도체 레이저의 구동회로가 복수 사용되는 경우에도 광섬유 케이블에 송출되는 광 신호 중, 바이어스전류에 의거하는 광신호의 레벨이 낮아져, 수신측에서의 신호검출을 실수없이 할 수 있다.
또, 바이어스전류를 변조전류의 공급 개시시각보다도 이른 시각에 공급 개시하였기 때문에, 반도체 레이저를 변조전류의 공급개시로부터 단시간에 발광시켜, 발광지연에 의한 펄스파형 왜곡을 줄일 수 있다.
또 바이어스전류 공급수단은 반도체 레이저에 직렬 접속된 제 1 트랜지스터를 적어도 가지고, 변조전류 공급수단은 반도체 레이저에 직렬 접속된 제 2 트랜지스터를 적어도 가지며, 제 1 트랜지스터의 베이스에 바이어스전류를 흘리기 위한 전압을 인가하고, 제 2 트랜지스터의 베이스에 변조신호를 입력하였기 때문에, 바이어스전류와 변조전류를 용이하게 공급할 수 있고, 또한 공급기간의 설정이 용이하다.
또 제 1 및 제 2 트랜지스터를 서로의 콜렉터가 반도체에 접속된 NPN 형 트랜지스터로 구성하여, 2개 트랜지스터의 서로의 에미터를 접지하였기 때문에 구성이 간단하다.
또 제 2 트랜지스터에 흐르는 변조전류를 제 1 트랜지스터를 거쳐 흐르도록하였기 때문에, 제 1 트랜지스터에 의한 바이어스전류의 공급정지시에 변조전류의 공급을 정지할 수 있다.
또 제 1 및 제 2 트랜지스터를 서로의 콜렉터가 반도체 레이저에 접속된 NPN 형 트랜지스터로 구성하여, 제 1 트랜지스터의 에미터를 접지함과 동시에, 제 2 트랜지스터의 콜렉터를 제 1 트랜지스터의 콜렉터에 접속하였기 때문에, 변조전류를 바이어스전류용의 제 1 트랜지스터에 흘릴 수 있다.

Claims (6)

  1. 반도체 레이저와, 상기 반도체 레이저에 바이어스전류를 공급하는 바이어스전류 공급수단과, 입력된 변조신호에 의거하여 상기 반도체 레이저에 변조전류를 공급하는 변조전류 공급수단을 구비하여, 상기 바이어스전류를 적어도 상기 변조전류가 공급되는 기간 동안 공급함과 동시에, 상기 변조전류의 공급정지시에 상기 바이어스전류의 공급도 정지하도록 상기 바이어스전류 공급수단을 구성한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구동회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 바이어스전류를 상기 변조전류의 공급 개시시각보다도 이른 시각에 공급 개시한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구동회로.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 바이어스전류 공급수단은 상기 반도체 레이저에 직렬 접속된 제 1 트랜지스터를 적어도 가지고, 상기 변조전류 공급수단은 상기 반도체 레이저에 직렬 접속된 제 2 트랜지스터를 적어도 가지며 상기 제 1 트랜지스터의 베이스에 상기 바이어스전류를 흘리기 위한 전압을 인가하고, 상기 제 2 트랜지스터의 베이스에 상기 변조신호를 입력한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구동회로.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 트랜지스터를 서로의 콜렉터가 상기 반도체에 접속된 NPN 형 트랜지스터로 구성하고, 상기 2개 트랜지스터의 서로의 에미터를 접지한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구동회로.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제 2 트랜지스터에 흐르는 상기 변조전류를 상기 제 1 트랜지스터를 거쳐 흐르도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구동회로.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 트랜지스터를 서로의 콜렉터가 상기 반도체 레이저에 접속된 NPN 형 트랜지스터로 구성하고, 상기 제 1 트랜지스터의 에미터를 접지함과 동시에, 상기 제 2 트랜지스터의 콜렉터를 상기 제 1 트랜지스터의 콜렉터에 접속한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저의 구동회로.
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