WO2019216150A1 - 光送信モジュールの調整検査システム、光送信モジュールの調整検査方法、および光送信モジュールの製造方法 - Google Patents

光送信モジュールの調整検査システム、光送信モジュールの調整検査方法、および光送信モジュールの製造方法 Download PDF

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WO2019216150A1
WO2019216150A1 PCT/JP2019/016566 JP2019016566W WO2019216150A1 WO 2019216150 A1 WO2019216150 A1 WO 2019216150A1 JP 2019016566 W JP2019016566 W JP 2019016566W WO 2019216150 A1 WO2019216150 A1 WO 2019216150A1
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WO
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transmission module
optical
dynamic characteristic
optical transmission
approximation function
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Application number
PCT/JP2019/016566
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English (en)
French (fr)
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祐一 池田
深尾　哲宏
匡史 武田
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三菱電機株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/07—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters

Definitions

  • This application relates to an adjustment inspection system for an optical transmission module equipped with a semiconductor laser.
  • an electro-absorption modulator (EAM) suitable for high-speed modulation and a distributed feedback semiconductor laser (DFB-LD) are used.
  • EML (Electro-absorption Modulator integrated laser) which is an integrated semiconductor optical integrated device, is suitable.
  • a wavelength division multiplexing optical transmission module equipped with a plurality of EMLs with different output wavelengths is used.
  • This optical transmission module has many output optical parameters such as optical output, wavelength, transmission waveform, etc. as the characteristics of the output light to be output.
  • these output optical parameters are set to the inspection standards that have been set. Need to be satisfied. These parameters depend on the operation parameters of the apparatus, such as the temperature, voltage, and current of the optical transmission module, and the dependency varies depending on the optical transmission module. Therefore, it is necessary to set the operation parameters of the devices of the respective optical transmission modules so that the output optical parameters satisfy the inspection standard. In addition, it is necessary to select an optical transmission module that cannot satisfy the inspection standard.
  • the light output is adjusted by referring to a data table indicating the relationship between input data and light output. I am doing.
  • the wavelength division multiplexing optical transmitter module using an electroabsorption modulator integrated semiconductor laser EML-LD: Electro-absorption Modulator Laser Diode
  • EML-LD Electro-absorption Modulator Laser Diode
  • the adjustment method using the data table has a problem that it is necessary to measure a large amount of data, which takes time, and the manufacturing cost increases.
  • an optical transmission module having a configuration other than the EML-LD there are many output light parameters for outputting modulated light, and there is a demand to shorten the adjustment inspection time as much as possible.
  • the present application discloses a technique for solving the above-described problems, and obtains an adjustment inspection system and an adjustment inspection method for an optical transmission module in which the time required for adjusting the optical output, the optical wavelength, and the transmission waveform is short. It is an object.
  • the optical transmission module adjustment inspection system disclosed in the present application adjusts the operating conditions for operating the optical transmission module that outputs a modulated light mounted with a semiconductor laser, and inspects the optical output characteristics of the optical transmission module.
  • a transmission module adjustment inspection system for driving an optical transmission module to be adjusted and inspected, a temperature control device for controlling the temperature of a semiconductor laser mounted on the optical transmission module, and light output from the optical transmission module An optical power meter that measures the intensity of light, an optical wavelength meter that measures the wavelength of light output from the optical transmission module, an optical oscilloscope that acquires transmission characteristic data of modulated light output from the optical transmission module, and a drive power supply Set the operating conditions of the operating parameters for operating the optical transmitter module to the temperature controller And a computer that acquires and measures the optical output characteristics when the optical transmission module is operated under specified operating conditions from an optical power meter, an optical wavelength meter, and an optical oscilloscope.
  • a static characteristic measuring unit that measures the static characteristics, which are the optical output characteristics of the transmission module, and an optical output that obtains an optical output intensity approximation function that approximates the intensity of the optical output using the operating parameters as variables based on the measured static characteristics
  • An intensity approximation function calculator, a wavelength approximation function calculator that obtains a wavelength approximation function that approximates the wavelength of the optical output using the operating parameters as variables based on the measured static characteristics, an optical output intensity approximation function, and a wavelength approximation function Find the residual between the value of the evaluation function using and the target value set based on the inspection standard, and obtain the value of the operating parameter that minimizes the residual by optimization calculation
  • the obtained operation parameter value is output as a dynamic characteristic measurement condition for measuring the dynamic characteristic that is the optical output characteristic of the optical transmission module when the optical output is modulated, and And a dynamic characteristic measuring unit for measuring characteristics.
  • optical transmission module adjustment inspection system disclosed in the present application, it is possible to provide an adjustment inspection system with a short adjustment time of the optical transmission module.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an optical transmission module adjustment inspection system according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a computer of the optical transmission module adjustment inspection system according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an adjustment inspection target of the optical transmission module adjustment inspection system according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a measurement system of the optical transmission module adjustment inspection system according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is another diagram for explaining an optical output intensity approximation function of the optical transmission module adjustment inspection system according to the first embodiment.
  • 6 is a diagram for explaining a wavelength approximation function of the optical transmission module adjustment inspection system according to Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining transmission waveform characteristics of the optical transmission module adjustment inspection system according to Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a screen display of the display device of the optical transmission module adjustment inspection system according to Embodiment 1.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of a computer of an optical transmission module adjustment inspection system according to a second embodiment. 10 is a flow diagram showing the operation of the optical transmission module adjustment inspection system according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining a dynamic characteristic measurement condition update process of the optical transmission module adjustment inspection system according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an eye pattern approximation function of the optical transmission module adjustment inspection system according to the second embodiment.
  • 10 is a diagram illustrating an example of a screen display of a display device of the optical transmission module adjustment inspection system according to Embodiment 2.
  • FIG. 1 to 4 are block diagrams showing the configuration of the optical transmission module adjustment inspection system according to the first embodiment.
  • 1 shows the overall configuration.
  • FIG. 2 shows the detailed configuration of the computer 100
  • FIG. 3 shows the detailed configuration of the adjustment / inspection object including the optical transmission module 200
  • FIG. A detailed configuration is shown.
  • the optical transmission module 200 has a basic configuration of an electroabsorption modulator integrated semiconductor laser in which an electroabsorption modulator and a distributed feedback semiconductor laser are integrated.
  • the computer 100 includes an arithmetic processing device 160 and a storage device 170, and has an arithmetic function.
  • the display device 180 may be built in the computer or may be provided outside the computer. As shown in FIG. 2, the computer 100 is equipped with a plurality of functions for realizing transmission waveform adjustment / inspection.
  • the static characteristic measuring unit 101 controls the drive power supplies 1 to 4 (120 to 123), the temperature control device 124, and the EML driver IC 125 according to the static characteristic measurement conditions, and modulates the modulation mounted on the optical transmission module to be adjusted and inspected.
  • Operating parameters such as voltage, current, and temperature of LD1-4 (140-143) including a laser and a semiconductor laser are set.
  • the optical transmission module is operated with the set operation parameters, and using the optical power meter 126 and the optical wavelength meter 127, optical output intensity (optical output power) data of light output from the LD1 to 4 (140 to 143), and Get wavelength data.
  • the light output intensity approximate function calculation unit 102 performs curve fitting using the light output intensity data, and obtains parameters of the light output intensity approximate function.
  • the wavelength approximation function calculation unit 103 performs curve fitting using the wavelength data to obtain parameters of the wavelength approximation function.
  • the optimization calculation unit 104 obtains a dynamic characteristic measurement condition that is optimal for the inspection standard by optimization calculation using the parameters of the optical output intensity approximate function and the wavelength approximate function.
  • the dynamic characteristic measuring unit 105 controls the drive power supplies 1 to 4 (120 to 123), the temperature controller 124, and the EML driver IC 125 according to the dynamic characteristic measurement conditions, and sets the operation parameters of the LD1 to 4 (140 to 143).
  • the inspection standard determination unit 106 determines whether the optical output intensity, wavelength, and transmission characteristics satisfy the inspection standard based on each acquired data, and outputs a determination result.
  • the operation of each unit described above is realized, for example, when the arithmetic processing device 160 executes a computer program stored in the storage device 170.
  • the computer 100 is connected to interface devices such as the DIO board 113, the GPIB board A111, the GPIB board B112, and the USB board 114 via the PCI bus 110.
  • PCI Express registered trademark
  • USB Universal Serial Bus
  • the GPIB board A111 and the GPIB board B112 are interface boards for performing GPIB communication.
  • the driving power supplies 1 to 4 120 to 123
  • the temperature controller 124 the optical power meter 126
  • the optical wavelength meter 127 the optical wavelength meter 127
  • optical oscilloscope 128 are provided.
  • Communication wiring 151 is used for connection.
  • the DIO board 113 is an interface board for inputting / outputting digital signals, and is connected to the EML driver IC 125, the optical relay A136, and the optical relay B137.
  • the drive power supplies 1 to 4 are power supplies for applying the offset voltage of the electroabsorption modulator and the current of the semiconductor laser to the LD1 to 4 (140 to 143), respectively.
  • the voltage and current output by communication can be set.
  • the temperature control device 124 is a device for controlling the temperature of the temperature control board 132 on which the LD1 to 4 (140 to 143) are mounted.
  • the target temperature can be set by GPIB communication.
  • the EML driver IC 125 is an IC for driving and controlling the electroabsorption modulator integrated semiconductor laser, and can generate modulation signals based on a designated offset voltage to drive the LDs 1 to 4 (140 to 143). By setting the cross point switch, the position of the cross point (intersection of the low / Hi level of the optical output) can be finely adjusted within a range of ⁇ 10% during modulation.
  • the optical power meter 126 is a measuring instrument for measuring the optical output intensity (optical power)
  • the optical wavelength meter 127 is a measuring instrument for measuring the optical wavelength
  • the optical oscilloscope 128 is for measuring the transmission characteristics and the transmission waveform. It is a measuring instrument.
  • the connector 130 is a connector for connecting a signal line.
  • the case 131 is a case in which a temperature control board, a multiplexer, a receptacle, and a connector are installed.
  • the temperature control board 132 is a board for controlling the temperature of the LDs 1 to 4 (140 to 143) mounted on the board by a Peltier element (TEC: Thermoelectric Cooler).
  • the multiplexer 133 is a component having a function of bundling the optical axes of the LD1 to LD4 (140 to 143) and guiding it to the optical fiber 153 connected to the receptacle 134.
  • the receptacle 134 is used to connect the optical fiber 153. It is a junction.
  • the optical transmission module 200 to be adjusted / inspected is from the connector 130 to the receptacle 134.
  • the optical transmission module 200 is equipped with one or more semiconductor lasers.
  • the LDs 1 to 4 140 to 143 are lasers having different wavelengths.
  • an electroabsorption modulator integrated semiconductor laser is assumed.
  • the technology disclosed in this application is not equipped with an electro-absorption modulator, and the optical output such as a distributed feedback semiconductor laser that modulates the optical output by other methods such as modulation by the power supply itself that supplies current. It can also be applied to the adjustment of all semiconductor lasers that modulate the laser.
  • the duplexer 135 is a component having a function of separating the optical axis received from the optical fiber 153 according to the wavelength and distributing it to a plurality of channels.
  • the optical relay A136 is a relay that selects one of the channels on the input side and outputs light based on a digital signal.
  • the optical relay B137 is a relay that selects one of the output-side channels and outputs light based on a digital signal.
  • Electrical wiring 150 is a wiring for transmitting digital or analog signals. Since digital signals are output from the DIO board 113 and analog signals are output from the drive power supplies 1 to 4 (120 to 123) and the temperature control device 124, the electrical wiring 150 is used to transmit these signals.
  • the communication wiring 151 is a wiring for acquiring measurement data in addition to controlling various power sources and measuring instruments by GPIB communication or USB communication.
  • the laser light path 152 is an aerial light path from the LD 1 to 4 (140 to 143) to the multiplexer 133.
  • the optical fiber 153 is a plastic or glass transmission path for transmitting light.
  • FIG. 5 is a data flow diagram showing a method for adjusting a transmission waveform of the optical transmission module according to the first embodiment.
  • the static characteristic measurement process P1 for measuring static characteristics is executed by the static characteristic measuring unit 101 in FIG.
  • the static characteristic means the characteristic of the optical output of the optical transmission module when the optical output is not modulated.
  • the modulator power supply voltage 1 to 4 120 to 123 is supplied with the modulator offset voltage and the semiconductor laser current.
  • Each temperature condition is set in the temperature control device 124.
  • the EML driver IC 125 invalidates the modulation signal and outputs the offset voltage as it is, and the crosspoint switch setting is set to zero. With these settings, the LD is operated to obtain optical output intensity data from the optical power meter 126 and wavelength data from the optical wavelength meter 127.
  • Static characteristic measurement conditions include voltage range and step to be measured, multiple currents, and temperature conditions.
  • the optical output intensity data is measurement data of optical output intensity (optical power) with respect to current, temperature, and voltage.
  • Wavelength data is wavelength measurement data for current, temperature, and voltage, but the voltage here is the voltage applied to the modulator, and in principle the wavelength does not vary with respect to the voltage. Need not use voltage as an operating parameter.
  • the light output intensity approximate function calculation process P2 for obtaining an approximate function of light output intensity is executed by the light output intensity approximate function calculation unit 102 in FIG.
  • light output intensity data is curve-fitted with respect to the light output intensity approximate function to obtain parameters of the light output intensity approximate function.
  • Expression (1) is used as the optical output intensity approximate function.
  • the expression (1) includes the functions of the expressions (2) to (4).
  • x 1 is a voltage
  • x 2 is a current, which represents the voltage of the modulator and the current of the semiconductor laser applied to the LD 1 to 4 (140 to 143) from the drive power supplies 1 to 4 (120 to 123).
  • x 3 is a temperature, which is controlled by the temperature control device 124 and indicates the temperature of the LDs 1 to 4 (140 to 143) mounted on the temperature control board 132.
  • the coefficients A, a i , c i , and s i included in the equations (1) to (4) are parameters determined by curve fitting of the light output intensity data.
  • the light output intensity approximation function f p is prepared for each of LD 1 to 4 (140 to 143), and is defined as f pn (n corresponds to the number of the LD, and here is an integer of 1 to 4).
  • Expressions (1) to (4) are functions obtained by combining a logistic function and a quadratic function.
  • the light output intensity approximate function may be composed of any function as long as the light output intensity characteristic curve fitting can be performed.
  • the equations (2) to (4) may be linear functions.
  • the f p, and the like may be used sigmoid function or exponential functions instead of logistic function.
  • Equations (1) to (4) use voltage, current, and temperature as variables, and this assumes an electroabsorption modulator integrated semiconductor laser.
  • an approximation function corresponding to the characteristics of the object is used.
  • the term related to voltage is removed in equations (1) to (4), and current and temperature are used as variables.
  • the approximate function can be used.
  • Any one or combination of general optimization algorithms can be used for curve fitting and optimization calculation.
  • Levenberg-Marquardt method L-BFGS-B method, Powell method, etc. can be used.
  • each coefficient contained in Formula (1) to Formula (4) it is a fixed value according to the structure of the optical transmission module to be adjusted / inspected and the characteristics of various measuring instruments or transmission paths used in the first embodiment.
  • an adjustable range can be set.
  • the EML driver IC 125 when the voltage range in which static characteristics can be measured is narrow, measurement at the lower end of the voltage is impossible, and curve fitting at the lower end of the approximate function based on the logistic function is not possible Assuming the light output intensity value at the lower end, curve fitting can be performed by setting a 0 to a fixed value or limiting the range.
  • FIG. 6 shows the LD current-voltage measurement point group 403, 404, 405 and the light output intensity approximation function 406 with respect to the LD current-voltage in the three dimensions of the light output intensity axis 400, the LD current axis 401, and the voltage axis 402.
  • the curved surface is illustrated as a mesh.
  • FIGS. 6 and 7 shows the curved surface of the light output intensity approximation function 505 for the LD temperature-voltage measurement point groups 503 and 504 and the LD temperature-voltage in the three dimensions of the light output intensity axis 500, the LD temperature axis 501, and the voltage axis 502. It is illustrated in a mesh shape.
  • the graphs shown in FIGS. 6 and 7 are examples for easy viewing, and there are actually a larger number of measurement point groups with respect to current and temperature.
  • the wavelength approximation function calculation process P3 for obtaining the wavelength approximation function is executed by the wavelength approximation function calculation unit 103 in FIG.
  • curve fitting of wavelength data is performed on the wavelength approximation function to obtain a wavelength approximation function parameter.
  • Equation (5) is used as the wavelength approximation function.
  • x 2 is a current, which represents a current applied to the LD 1 to 4 (140 to 143) from the drive power supplies 1 to 4 (120 to 123). At this time, the voltage set in the static characteristic measurement condition is used.
  • x 3 is a temperature, which is controlled by the temperature control device 124, and indicates the temperature of the LDs 1 to 4 (140 to 143) mounted on the temperature control board 132.
  • Each coefficient b i included in Equation (5) is a parameter determined by curve fitting of wavelength data.
  • a wavelength approximation function f w is prepared for each of LD 1 to 4 (140 to 143), and is defined as f wn (n corresponds to the LD number, and here is an integer of 1 to 4).
  • FIG. 8 illustrates a plane of the wavelength measurement point group 603 and the wavelength approximation function 604 in the three dimensions of the wavelength 600, the LD current 601, and the LD temperature 602.
  • the optimization calculation process P4 for obtaining the initial value by the optimization calculation is executed by the optimization calculation unit 104 in FIG.
  • a residual between the evaluation function value using the optical output intensity approximation function and the wavelength approximation function and the target value set based on the inspection standard is calculated, and the residual is calculated using the optimization algorithm.
  • the evaluation function parameters corresponding to the operation parameters of the optical transmission module are changed and the calculation is repeated. Censoring is performed when the residual does not become smaller, and the parameter value of the evaluation function at that time is set as the dynamic characteristic measurement condition.
  • the wavelength W n is obtained from the wavelength approximation functions f wn prepared for the LDs 1 to 4 (140 to 143).
  • Equation (7) from the bottom light from equation (9), the optical output intensity approximation function f pn output intensity Plow n, the central light output intensity Pmid n, obtains the upper light output intensity Phi n.
  • V pp is when the offset voltage is x 1, a driving voltage amplitude of the electro-absorption modulator integrated semiconductor laser.
  • the voltage, current, and temperature which are operation parameters corresponding to the LD1 to LD4 (140 to 143), are assumed to be x 1n , x 2n , and x 3n , respectively.
  • Equation (10) in determining the average light output intensity Pm n from the top light output intensity and a lower light output intensity, but on average after converting from dBm units in mW when its back to dBm units.
  • the extinction ratio Ex n is obtained from the difference between the upper end light output intensity in dBm and the lower end light output intensity in dBm.
  • Xpsw n is crosspoint switch settings of EML driver IC 125
  • d n is the coefficient of variation of the cross point for crosspoint switch settings, determined by measuring the variation of the relationship between a preset value Keep it.
  • each target value (Tg_) set in advance based on the inspection standard for the wavelength, the average light output intensity, the extinction ratio, and the cross point calculated by the equations (6) to (12) is used.
  • the residual Res n is obtained by dividing the difference with the predetermined weight (variable represented by Rg_).
  • the target value can be the average value of the upper limit value and the lower limit value
  • the weight can be the difference between the upper limit value and the lower limit value (range of the inspection standard).
  • the evaluation functions of the equations (6) to (13) are examples, and can be arbitrarily changed according to the characteristics of the semiconductor laser to be inspected, various measuring instruments used in this embodiment, or the transmission path. .
  • the dynamic characteristic measurement process P5 for measuring dynamic characteristics is executed by the dynamic characteristic measuring unit 105 in FIG.
  • the dynamic characteristic means the characteristic of the optical output of the optical transmission module when the optical output is modulated.
  • the current and modulation of the semiconductor laser are applied to the drive power supplies 1 to 4 (120 to 123).
  • the temperature conditions are set in the offset voltage of the chamber and the temperature control device 124, respectively.
  • the EML driver IC 125 validates the modulation signal and updates the crosspoint switch setting according to the dynamic characteristic measurement conditions.
  • Optical output intensity data is obtained from the optical power meter 126 and wavelength data is obtained from the optical wavelength meter 127, measurement is started by the optical oscilloscope 128, and transmission characteristic data and transmission waveform data are obtained.
  • the transmission characteristic data includes transmission waveform data, and a mask margin and a cross point obtained from the transmission waveform data, corresponding to LD1 to 4 (140 to 143).
  • items such as jitter, which are obtained from an optical oscilloscope and are to be inspected, may be added.
  • Transmission waveform data is an image file or time-series data in which the transmission waveform is drawn.
  • FIG. 9 shows an example of a transmission waveform 700, which is called an eye pattern because it has an opening at the center.
  • a crossing point 701 is an intersection on the left and right of the opening.
  • the mask margin is a value obtained by measuring a margin in the positional relationship between the mask pattern 702 and the transmission waveform 700 set in advance, and can be obtained from an optical oscilloscope.
  • the inspection standard determination process P6 for determining whether the inspection standard is satisfied is executed by the inspection standard determination unit 106 in FIG.
  • the inspection standard determination process P6 it is determined whether the dynamic characteristics satisfy the inspection standard, and the determination results (OK or NG) of the LDs 1 to 4 (140 to 143) are output.
  • This determination result is output to a file together with detailed data of dynamic characteristics, and is displayed to the operator by displaying it in the determination result display field 809 in the screen display example shown in FIG. 10, for example.
  • the determination result is OK, the values of the operation parameters such as temperature, current, and voltage set as the dynamic characteristic measurement conditions are output as the operation conditions of the optical transmission module.
  • FIG. 10 shows an example of the screen layout of the user interface according to the present embodiment.
  • a product type selection button 801 When a product type selection button 801 is clicked, a file selection dialog is opened, and a setup file of the product type to be inspected is selected and read.
  • the type name can be displayed in the type display column 802, and the inspection standard, mask pattern setting conditions, and the like can be switched for each type.
  • the inspection start button 807 By clicking the inspection start button 807, the inspection of the selected type is started, various measurement points and approximate function curves are displayed in the optical output approximate function display field 803 and the wavelength approximate function display field 804, and the eye pattern
  • the eye pattern 700 measured in the display field 805 can be displayed so as to overlap the mask pattern, and the inspection status can be displayed in the operation status display field 806.
  • the optical transmission module adjustment inspection system is measured with the static characteristic measurement unit 101 that measures the static characteristics that are the optical output characteristics of the optical transmission module when the optical output is not modulated.
  • the optical output intensity approximate function calculation unit 102 for obtaining a light output intensity approximate function approximating the intensity of the light output with the operation parameters as variables, and the operation parameters as variables based on the measured static characteristics
  • a wavelength approximation function calculation unit 103 for obtaining a wavelength approximation function approximating the wavelength of the light output, a value of the evaluation function using the light output intensity approximation function and the wavelength approximation function, and a target value set based on the inspection standard And obtain the operating parameter value that minimizes the residual by the optimization calculation, and transmit the optical parameter when the optical output is modulated to the calculated operating parameter value.
  • An optimization calculation unit 104 that outputs as a dynamic characteristic measurement condition that is an operation condition for measuring a dynamic characteristic that is a light output characteristic of a joule, and a dynamic characteristic measurement unit 105 that measures a dynamic characteristic according to the dynamic characteristic measurement condition, Since the process of each part is executed in each part, it is possible to shorten the time required for adjusting the optical transmission module.
  • the dynamic characteristic measuring unit 105 determines whether or not the dynamic characteristic measured by the dynamic characteristic measuring unit 105 satisfies the inspection standard, and the determination result is output.
  • the inspection standard is satisfied, the dynamic characteristic measurement condition is set to the optical transmission. Since the inspection standard determination unit 106 that outputs as an operating condition for operating the module is provided, the time required for the inspection can be further reduced.
  • FIG. FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration of a computer of the optical transmission module adjustment inspection system according to the second embodiment, and is a block diagram corresponding to FIG. 2 of the first embodiment.
  • the overall configuration of the optical transmission module adjustment inspection system is the same as that shown in FIG.
  • an eye pattern approximation function calculation unit 107 and a dynamic characteristic measurement condition update unit 118 are added to the first embodiment.
  • the eye pattern approximation function calculation unit 107 performs curve fitting using the transmission waveform data to obtain parameters of the eye pattern approximation function.
  • the dynamic characteristic measurement condition update unit 118 updates the dynamic characteristic measurement condition so as to reduce the difference between the dynamic characteristic data and the inspection standard.
  • FIG. 12 is a data flow diagram showing a method of adjusting the transmission waveform of the optical transmission module according to the second embodiment, and is a data flow diagram corresponding to FIG. 5 of the first embodiment.
  • a dynamic characteristic measurement condition update process P7 is added to the process of the first embodiment.
  • the dynamic characteristic measurement condition update process P7 for updating the dynamic characteristic measurement condition is executed by the dynamic characteristic measurement condition update unit 118 of FIG.
  • the dynamic characteristic measurement condition update unit 118 includes an eye pattern approximation function calculation unit 107 and a measurement condition update unit 108. As shown in FIG.
  • the dynamic characteristic measurement condition update process P7 executes an eye pattern approximation function calculation process P71 for obtaining an eye pattern approximation function and a measurement condition update process P72 for obtaining a gradient and updating the measurement condition.
  • the modulation signal of the EML driver IC 125 is simulated to generate a rectangular wave or a trapezoidal wave.
  • a signal or sine wave obtained by applying a low-pass filter or a band-pass filter to is generated, and an eye pattern approximation function when an offset voltage and a modulation signal are input to the optical output intensity approximation function is generated.
  • FIG. 14 shows an example in which the generated eye pattern approximation function 703 is superimposed on the eye pattern 700 that is the measured transmission waveform.
  • the display in which the eye pattern approximation function 703 is superimposed on the measured eye pattern 700 as shown in FIG. 14 is displayed as an eye pattern approximation function display field 815 together with other display items, for example, as shown in FIG. Can be displayed.
  • the eye pattern approximation function 703 is superimposed on the transmission waveform 700, and the line width of the eye pattern approximation function 703 is increased from zero until a portion that does not overlap the transmission waveform 700 comes out.
  • a pattern evaluation value is used.
  • the eye pattern approximation function 703 is moved vertically and horizontally, the amount of movement until a portion that does not overlap the transmission waveform 700 appears can be used as the eye pattern evaluation value. .
  • a target value and a weight are determined by including an appropriate range of the eye pattern evaluation value in the inspection standard, and a residual can be obtained from the eye pattern evaluation value, the target value, and the weight in the same manner as Expression (13).
  • the residual of each dynamic characteristic data (including the eye pattern evaluation value) in the dynamic characteristic measurement condition is obtained, With the optimization algorithm, while further acquiring the dynamic characteristic data, the residual is reduced, the dynamic characteristic measurement condition that minimizes the residual is searched, and the dynamic characteristic measurement condition that can maximize the eye pattern evaluation value is obtained.
  • the amount of change in the dynamic characteristic data with respect to the amount of change in the dynamic characteristic measurement condition is measured in advance, and the gradient is set for each type, so that the residual decreases.
  • An algorithm that moves sequentially may be used.
  • an algorithm may be used in which the gradient in the dynamic characteristic measurement condition is obtained from the optical output intensity approximate function, the wavelength approximate function, and the eye pattern approximate function, and sequentially moved in the direction in which the residual decreases.
  • the inspection standard determination unit 106 determines that the optical transmission module is an inspection standard. If the dynamic characteristic measurement condition is not satisfied, a dynamic characteristic measurement condition update unit 118 that obtains an updated dynamic characteristic measurement condition is provided.
  • the dynamic characteristic measurement condition update unit 118 includes a transmission waveform among the measurement results of the dynamic characteristic.
  • An eye pattern approximation function calculation unit 107 that obtains an eye pattern approximation function that approximates an eye pattern that is data, an eye pattern approximation function that is obtained by the eye pattern approximation function calculation unit using the previous dynamic characteristic measurement conditions as initial values, and a light output Using the intensity approximation function and the wavelength approximation function, the residual between the dynamic characteristic including the eye pattern and the target value is obtained, and the residual is the minimum.
  • a measurement condition update unit 108 that outputs the value of the operation parameter as a result of the search as a dynamic characteristic measurement condition.
  • the dynamic characteristic measurement condition update unit 118 outputs Since the dynamic characteristics are measured according to the measured dynamic characteristic measurement conditions, and the operation of the inspection standard determination unit 106 is executed, the time required for adjustment / inspection can be shortened.
  • the process of adjusting and inspecting the optical transmission module using the optical transmission module adjustment and inspection system according to the first embodiment or the second embodiment is performed as a final process in the manufacturing process of the optical transmission module. It is.
  • 100 computer 101 static characteristic measurement unit, 102 light output intensity approximation function calculation unit, 103 wavelength approximation function calculation unit, 104 optimization calculation unit, 105 dynamic characteristic measurement unit, 106 inspection standard determination unit, 107 eye pattern approximation function calculation unit , 108 measurement condition update unit, 118 dynamic characteristic measurement condition update unit, 120, 121, 122, 123 drive power supply, 126 optical power meter, 127 optical wavelength meter, 128 optical oscilloscope, 140, 141, 142, 143 semiconductor laser (LD) ), 200 Optical transmission module, 406, 505 Optical output intensity approximation function, 604 Wavelength approximation function, 700 Eye pattern, P1 Static characteristic measurement process, P2 Optical output intensity approximation function calculation process, P3 Wavelength approximation function calculation process, P4 optimization Arithmetic process, P5 dynamic characteristic measurement Process, P6 inspection standards determined process, P7 dynamics measurement condition update process, P71 eye approximate function calculation process, P72 measurement condition update process

Abstract

光送信モジュールの調整検査において、静特性に基づいて、光送信モジュールの動作パラメータを変数とする光出力強度近似関数および波長近似関数を求め、求めた光出力強度近似関数および波長近似関数を用いた評価関数の値と検査規格に基づいて設定された目標値との残差が最小となる動作パラメータの値を最適化計算により求め、求めた動作パラメータの値を動作条件として光出力の動特性を測定するようにした。

Description

光送信モジュールの調整検査システム、光送信モジュールの調整検査方法、および光送信モジュールの製造方法
　本願は、半導体レーザーが搭載された光送信モジュールの調整検査システムに関する。
　中継局とユーザ間の光通信システムであるアクセス系では、高速変調に適した電界吸収型変調器（ＥＡＭ：Electro-absorption Modulator）と分布帰還型半導体レーザー（ＤＦＢ-ＬＤ：Distributed Feedback Laser Diode）を集積した半導体光集積素子であるＥＭＬ（Electro-absorption Modulator integrated Laser）が適している。光通信システムでは、出力される波長が異なる複数のＥＭＬを搭載した波長分割多重方式の光送信モジュールが用いられている。
　この光送信モジュールは、出力される出力光の特性として、光出力、波長、伝送波形、など多くの出力光パラメータがあり、各光送信モジュールにおいて、これらの出力光パラメータが、設定された検査規格を満足する必要がある。これらのパラメータは、光送信モジュールの温度、電圧、電流など、装置の動作パラメータに対する依存性が有り、その依存性は光送信モジュールによりばらつきがある。したがって、各光送信モジュールの装置の動作パラメータを、出力光パラメータが検査規格を満足するように設定する必要がある。また、検査規格を満足することができない光送信モジュールを選定する必要がある。
　出力光パラメータが設定された検査規格を満足するように調整する方法として、例えば、特許文献１に開示される技術では、入力データと光出力の関係を示すデータテーブルを参照して光出力の調整をしている。
特開２００３－２２４３２６号公報
　電界吸収型変調器集積型半導体レーザー（EML-LD：Electro-absorption Modulator Laser Diode）を用いた、波長分割多重方式の光送信モジュールにおいては、電流、温度に加えて、電圧に対する出力光の特性が加わる。このため、データテーブルによる調整方法では、大量のデータを測定する必要が生じて時間がかかり、製造コストが増加するといった問題点がある。また、ＥＭＬ－ＬＤ以外の構成をとる光送信モジュールにおいても、変調した光を出力するため出力光のパラメータが多く、調整検査時間をできるだけ短くする要求がある。
　本願は、上記の問題点を解決するための技術を開示するものであり、光出力、光波長、伝送波形の調整に要する時間が短い、光送信モジュールの調整検査システムおよび調整検査方法を得ることを目的としている。
　本願に開示される光送信モジュールの調整検査システムは、半導体レーザーを搭載され変調された光を出力する光送信モジュールを動作させる動作条件を調整し、当該光送信モジュールの光出力特性を検査する光送信モジュールの調整検査システムであって、調整検査対象の光送信モジュールを駆動する駆動電源と、光送信モジュールに搭載された半導体レーザーの温度を制御する温度制御装置と、光送信モジュールが出力する光の強度を測定する光パワーメータと、光送信モジュールが出力する光の波長を測定する光波長計と、光送信モジュールが出力する変調された光の伝送特性データを取得する光オシロスコープと、駆動電源および温度制御装置に対して光送信モジュールを動作させるための動作パラメータの動作条件を設定し、設定された動作条件で光送信モジュールを動作させたときの光出力特性を光パワーメータ、光波長計および光オシロスコープから取得して測定する計算機とを備え、計算機は、光出力を変調しないときの光送信モジュールの光出力特性である静特性を測定する静特性測定部と、測定された静特性に基づいて、動作パラメータを変数として、光出力の強度を近似する光出力強度近似関数を求める光出力強度近似関数演算部と、測定された静特性に基づいて、動作パラメータを変数として、光出力の波長を近似する波長近似関数を求める波長近似関数演算部と、光出力強度近似関数および波長近似関数を用いた評価関数の値と、検査規格に基づいて設定された目標値との残差を求めて、最適化計算により残差が最小となる動作パラメータの値を求め、求めた動作パラメータの値を、光出力を変調したときの光送信モジュールの光出力特性である動特性を測定するための動特性測定条件として出力する最適化演算部と、動特性測定条件により動特性を測定する動特性測定部とを備えたものである。
　本願に開示される光送信モジュールの調整検査システムによれば、光送信モジュールの調整時間が短い調整検査システムを提供できる効果がある。
実施の形態１による光送信モジュールの調整検査システムの概略構成を示すブロック図である。 実施の形態１による光送信モジュールの調整検査システムの計算機の構成を示すブロック図である。 実施の形態１による光送信モジュールの調整検査システムの調整検査対象の構成を示すブロック図である。 実施の形態１による光送信モジュールの調整検査システムの測定系の構成を示すブロック図である。 実施の形態１による光送信モジュールの調整検査システムの動作を示すフロー図である。 実施の形態１による光送信モジュールの調整検査システムの光出力強度近似関数を説明するための図である。 実施の形態１による光送信モジュールの調整検査システムの光出力強度近似関数を説明するための別の図である。 実施の形態１による光送信モジュールの調整検査システムの波長近似関数を説明するための図である。 実施の形態１による光送信モジュールの調整検査システムの伝送波形特性を説明するための図である。 実施の形態１による光送信モジュールの調整検査システムの表示装置の画面表示の例を示す図である。 実施の形態２による光送信モジュールの調整検査システムの計算機の構成を示すブロック図である。 実施の形態２による光送信モジュールの調整検査システムの動作を示すフローダイアグラムである。 実施の形態２による光送信モジュールの調整検査システムの動特性測定条件更新プロセスを説明するためのフロー図である。 実施の形態２による光送信モジュールの調整検査システムのアイパターン近似関数を説明するための図である。 実施の形態２による光送信モジュールの調整検査システムの表示装置の画面表示の例を示す図である。
実施の形態１．
　図１から図４は、実施の形態１による光送信モジュールの調整検査システムの構成を示すブロック図である。図１は全体構成を示し、図１の全体構成のうち、図２は計算機１００の詳細構成を、図３は光送信モジュール２００を含む調整・検査対象の詳細構成を、図４は測定系の詳細構成を示している。ここで、光送信モジュール２００は、電界吸収型変調器と分布帰還型半導体レーザーを集積した電界吸収型変調器集積型半導体レーザーを基本構成とするものを想定している。
　計算機１００は、演算処理装置１６０、記憶装置１７０を備えており、演算機能を有する装置である。パーソナルコンピュータ、マイコンボード、ＦＰＧＡボードなどによる。表示装置１８０は計算機に内蔵されていても良いし、計算機の外部に備えられても良い。図２に示すように、計算機１００には、伝送波形の調整・検査を実現するための複数の機能を搭載している。
　図１から図４を参照して、システム全体の構成を説明する。静特性測定部１０１では、静特性測定条件に従って、駆動電源１～４（１２０～１２３）、温度制御装置１２４、ＥＭＬドライバＩＣ１２５を制御して、調整検査対象の光送信モジュールに搭載されている変調器および半導体レーザーを含むＬＤ１～４（１４０～１４３）の電圧、電流、温度などの動作パラメータを設定する。設定された動作パラメータで光送信モジュールを動作させ、光パワーメータ１２６および光波長計１２７を用いて、ＬＤ１～４（１４０～１４３）から出力される光の光出力強度（光出力パワー）データおよび波長データを取得する。光出力強度近似関数演算部１０２では、光出力強度データを用いてカーブフィッティングを行い、光出力強度近似関数のパラメータを求める。波長近似関数演算部１０３では、波長データを用いてカーブフィッティングを行い、波長近似関数のパラメータを求める。最適化演算部１０４は、光出力強度近似関数と波長近似関数のパラメータを用いて、最適化計算により、検査規格に対して最適となる動特性測定条件を求める。動特性測定部１０５は、動特性測定条件に従って、駆動電源１～４（１２０～１２３）、温度制御装置１２４、ＥＭＬドライバＩＣ１２５を制御して、ＬＤ１～４（１４０～１４３）の動作パラメータを設定し、光パワーメータ１２６および光波長計１２７を用いて、ＬＤ１～４（１４０～１４３）から出力される光の光出力強度データおよび波長データを取得し、さらに光オシロスコープ１２８を用いて伝送特性データを取得する。検査規格判定部１０６では、取得した各データに基づいて、光出力強度、波長、伝送特性が、検査規格を満たしているか判定して、判定結果を出力する。以上の各部の動作は、例えば、記憶装置１７０に記憶されているコンピュータプログラムを演算処理装置１６０が実行することにより実現される。
　計算機１００には、ＰＣＩバス１１０を介して、ＤＩＯボード１１３、ＧＰＩＢボードＡ１１１およびＧＰＩＢボードＢ１１２、ＵＳＢボード１１４などのインタフェース用機器を接続する。ここで、ＰＣＩバスの代わりに、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ（登録商標）、ＵＳＢ、ＬＡＮなども使用可能である。ＧＰＩＢボードＡ１１１およびＧＰＩＢボードＢ１１２は、ＧＰＩＢ通信をするためのインタフェースボードであり、駆動電源１～４（１２０～１２３）、温度制御装置１２４、光パワーメータ１２６、光波長計１２７、光オシロスコープ１２８を通信配線１５１により接続している。ＤＩＯボード１１３は、デジタル信号の入出力をするためのインタフェースボードであり、ＥＭＬドライバＩＣ１２５、光リレーＡ１３６、光リレーＢ１３７を接続している。
　ここで、駆動電源１～４（１２０～１２３）は、それぞれＬＤ１～４（１４０～１４３）に対して電界吸収型変調器のオフセット電圧および半導体レーザーの電流を印加するための電源であり、ＧＰＩＢ通信により出力する電圧、電流を設定できる。温度制御装置１２４は、ＬＤ１～４（１４０～１４３）を搭載している温度制御基板１３２の温度を制御するための装置である。ＧＰＩＢ通信により目標温度を設定できる。ＥＭＬドライバＩＣ１２５は、電界吸収型変調器集積型半導体レーザーを駆動制御するためのＩＣであり、指定されたオフセット電圧を基準に変調信号を生成してＬＤ１～４（１４０～１４３）を駆動できる。クロスポイントスイッチ設定により、変調の際にクロスポイント（光出力のＬｏｗ／Ｈｉレベルの交点）の位置を±１０％の範囲で微調整できる。
　光パワーメータ１２６は光出力強度（光パワー）を測定するための計測器であり、光波長計１２７は光波長を測定するための計測器、光オシロスコープ１２８は伝送特性および伝送波形を測定するための計測器である。
　コネクタ１３０は信号線を接続するためのコネクタである。ケース１３１は、温度制御基板、合波器、レセプタクル、コネクタを設置したケースである。温度制御基板１３２は、基板に搭載したＬＤ１～４（１４０～１４３）の温度をペルチェ素子（ＴＥＣ：Thermoelectric Cooler）により制御するための基板である。合波器１３３は、ＬＤ１～４（１４０～１４３）の光軸を束ねてレセプタクル１３４に接続した光ファイバ１５３へ誘導する機能を持った部品であり、レセプタクル１３４は光ファイバ１５３を接続するための接合部である。コネクタ１３０からレセプタクル１３４までが、調整・検査対象の光送信モジュール２００である。
　光送信モジュール２００には、１個以上の半導体レーザーが搭載されている。ここでは、４個の半導体レーザーが搭載されている光送信モジュールを例に説明する。ＬＤ１～４（１４０～１４３）は、波長の異なるレーザーであり、ここでは、電界吸収型変調器集積型半導体レーザーを想定している。ただし、本願が開示する技術は、電界吸収型変調器を搭載せず、例えば電流を供給する電源自身で変調を行うなど、他の方法で光出力を変調する分布帰還型半導体レーザーなど、光出力を変調する半導体レーザー全般の調整にも適用できる。
　分波器１３５は光ファイバ１５３から受けた光軸を波長によって分離して、複数のチャンネルに分配する機能を持った部品である。光リレーＡ１３６は、デジタル信号により、入力側の各チャンネルのうち一つを選択して光を出力するリレーである。光リレーＢ１３７は、デジタル信号により、出力側の各チャンネルのうち一つを選択して光を出力するリレーである。
　電気配線１５０は、デジタルまたはアナログ信号を伝達するための配線である。ＤＩＯボード１１３からはデジタル信号、駆動電源１～４（１２０～１２３）および温度制御装置１２４からはアナログ信号を出力するので、電気配線１５０はこれらの信号を伝達するために用いる。通信配線１５１は、各種の電源および計測器をＧＰＩＢ通信またはＵＳＢ通信により制御する他、測定データを取得するための配線である。レーザー光路１５２は、ＬＤ１～４（１４０～１４３）から合波器１３３までの空中光路である。光ファイバ１５３は、光を伝えるためのプラスチックまたはガラス製の伝送路である。
　図５は、実施の形態１による光送信モジュールの伝送波形の調整方法を示すデータフローダイアグラムである。静特性を測定する静特性測定プロセスＰ１は、図２の静特性測定部１０１で実行される。ここで、静特性とは光出力を変調しないときの光送信モジュールの光出力の特性を意味する。静特性測定プロセスＰ１では、静特性測定条件の各測定点について、光出力強度データ、波長データを測定するため、駆動電源１～４（１２０～１２３）に変調器のオフセット電圧と半導体レーザーの電流、温度制御装置１２４に温度の条件をそれぞれ設定する。ＥＭＬドライバＩＣ１２５は変調信号を無効にしてオフセット電圧をそのまま出力し、クロスポイントスイッチ設定はゼロに設定する。これらの設定によりＬＤを動作させて、光パワーメータ１２６から光出力強度データ、光波長計１２７から波長データを取得する。
　静特性測定条件には、測定する電圧の範囲とステップ、複数の電流、温度の条件を含む。光出力強度データは、電流、温度、電圧に対する光出力強度（光パワー）の測定データである。波長データは、電流、温度、電圧に対する波長の測定データであるが、ここでの電圧は変調器に印加する電圧であり、原理的に波長は電圧に対して変動が無いので、波長に対しては電圧を動作パラメータとする必要はない。
　光出力強度の近似関数を求める光出力強度近似関数演算プロセスＰ２は、図２の光出力強度近似関数演算部１０２で実行される。光出力強度近似関数演算プロセスＰ２では、光出力強度近似関数に対して、光出力強度データのカーブフィッティングをして、光出力強度近似関数のパラメータを求める。ここで、光出力強度近似関数には、例えば式（１）を用いる。式（１）の内部には式（２）から式（４）の関数を含む。x1は電圧、x2は電流であり、駆動電源１～４（１２０～１２３）からＬＤ１～４（１４０～１４３）に印加する変調器の電圧と半導体レーザーの電流を表す。x3は温度であり、温度制御装置１２４により制御しており温度制御基板１３２に搭載しているＬＤ１～４（１４０～１４３）の温度を示す。式（１）から式（４）に含まれる各係数A、ai、ci、siは光出力強度データのカーブフィッティングをすることで決定するパラメータである。光出力強度近似関数fpは、ＬＤ１～４（１４０～１４３）についてそれぞれ用意し、fpn（nはＬＤの番号に対応し、ここでは１～４の整数）として定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　式（１）から式（４）はロジスティック関数と二次関数を組み合わせた関数であるが、光出力強度特性のカーブフィッティングができれば、光出力強度近似関数はどのような関数で構成してもよい。例えば、Ｐ４の最適化計算により初期値を求めるプロセスにおいて、適切な初期値が求まるのであれば、式（２）から式（４）を一次関数にしてもよい。また、fpとしては、ロジスティック関数の代わりにシグモイド関数あるいは指数関数などを用いてもよい。
　式（１）から式（４）は、電圧、電流、温度を変数としているが、これは電界吸収型変調器集積型半導体レーザーを想定したものである。電界吸収型変調器を用いず他の方法で光出力強度を変調する分布帰還型半導体レーザーなど他の種類の半導体レーザーの調整に用いる場合は、対象物の特性に応じた近似関数を用いる。例えば、電界吸収型変調器を用いずに電流により変調を実施する分布帰還型半導体レーザーの場合は、式（１）から式（４）において電圧に関する項を除去して、電流、温度を変数とした近似関数を用いることができる。
　カーブフィッティングおよび最適化計算には、一般的な最適化アルゴリズムのいずれか、あるいは組み合わせを用いることができる。例えば、Levenberg-Marquardt法、L-BFGS-B法、Powell法などを用いることができる。
　式（１）から式（４）に含まれる各係数については、調整・検査対象となる光送信モジュールの構成、実施の形態１で使用する各種の計測器あるいは伝送経路の特徴に合わせて固定値としたり、調整可能な範囲を設定することができる。例えば、ＥＭＬドライバＩＣ１２５の仕様により、静特性を測定できる電圧の範囲が狭く、電圧の下端部での測定が不可能であり、ロジスティック関数をベースにした近似関数の下端部のカーブフィッティングができない場合、下端の光出力強度値を仮定して、a0を固定値とするか範囲を限定することで、カーブフィッティングを実施できるようになる。
　光出力強度近似関数のうち、ＬＤ電流および変調器のオフセット電圧に対する光出力強度の一例を図６に、ＬＤ温度および変調器のオフセット電圧に対する光出力強度の一例を図７に示す。図６には、光出力強度軸４００、ＬＤ電流軸４０１、電圧軸４０２の三次元において、ＬＤ電流－電圧測定点群４０３、４０４、４０５、およびＬＤ電流－電圧に対する光出力強度近似関数４０６の曲面をメッシュ状に図示している。図７には、光出力強度軸５００、ＬＤ温度軸５０１、電圧軸５０２の三次元において、ＬＤ温度－電圧測定点群５０３、５０４、およびＬＤ温度－電圧に対する光出力強度近似関数５０５の曲面をメッシュ状に図示している。図６および図７に図示したグラフは見やすく示すための一例であって、実際には電流、温度に対してさらに多数の測定点群がある。
　波長の近似関数を求める波長近似関数演算プロセスＰ３は、図２の波長近似関数演算部１０３で実行される。波長近似関数演算プロセスＰ３では、波長近似関数に対して、波長データのカーブフィッティングをして、波長近似関数のパラメータを求める。ここで、波長近似関数には、式（５）を用いる。x2は電流であり、駆動電源１～４（１２０～１２３）からＬＤ１～４（１４０～１４３）に印加する電流を表す。このとき電圧は静特性測定条件に設定している電圧を用いる。x3は温度であり、温度制御装置１２４により制御しており、温度制御基板１３２に搭載しているＬＤ１～４（１４０～１４３）の温度を示す。式（５）に含まれる各係数biは波長データのカーブフィッティングをすることで決定するパラメータである。波長近似関数fwは、ＬＤ１～４（１４０～１４３）についてそれぞれ用意し、fwn（nはＬＤの番号に対応し、ここでは１～４の整数）として定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　式（５）は一次関数であるが、波長の近似関数が得られれば、どのような関数で構成してもよい。例えば、電流に対して波長が二次関数に従った特性を持つのであれば式（５）に二次の項を追加してもよい。また、半導体レーザーの個体差によるばらつきが十分小さい場合には、例えばｎ＝１で求めた各係数biを全てのＬＤに対しても適用する、あるいは、波長近似関数演算プロセスＰ３においてカーブフィッティングを実施ぜずに、予め各係数biを決定しておいてもよい。
　波長近似関数の一例を図８に示す。図８には、波長６００、ＬＤ電流６０１、ＬＤ温度６０２の三次元において、波長測定点群６０３および波長近似関数６０４の平面を図示している。
　最適化計算により初期値を求める最適化演算プロセスＰ４は、図２の最適化演算部１０４で実行される。最適化演算プロセスＰ４では、光出力強度近似関数と波長近似関数を用いた評価関数の値と、検査規格に基づいて設定された目標値との残差を計算し、最適化アルゴリズムを用いて残差が小さくなるように、光送信モジュールの動作パラメータに相当する、評価関数のパラメータを変えて繰り返し計算する。それ以上残差が小さくならない所で打ち切り、そのときの評価関数のパラメータの値を、動特性測定条件として設定する。
　ここで、評価関数について説明をする。式（６）ではＬＤ１～４（１４０～１４３）についてそれぞれ用意した波長近似関数fwnから波長Wnを求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　式（７）から式（９）では光出力強度近似関数fpnから下端光出力強度Plown、中央光出力強度Pmidn、上端光出力強度Phinを求める。Vppはオフセット電圧をx1としたときの、電界吸収型変調器集積型半導体レーザーの駆動電圧振幅である。ＬＤ１～４（１４０～１４３）に対応した動作パラメータである電圧、電流、温度をそれぞれx1n、x2n、x3nとする。本実施の形態ではＬＤ１～４（１４０～１４３）を一つの温度制御基板１３２に搭載しており、４つのＬＤにおいて同一の温度条件（x31=x32=x33=x34）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　式（１０）では上端光出力強度と下端光出力強度から平均光出力強度Pmnを求めるが、その際にdBm単位からmW単位に変換してから平均し、dBm単位に戻す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　式（１１）では消光比Exnを、dBm単位の上端光出力強度とdBm単位の下端光出力強度との差から求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　式（１２）ではクロスポイントXpnを上端光出力強度、中央光出力強度、下端光出力強度から求める。ここでXpswnはＥＭＬドライバＩＣ１２５のクロスポイントスイッチ設定値であり、dnはクロスポイントスイッチ設定値に対するクロスポイントの変動量の係数であり、あらかじめ設定値と変動量の関係を実測して決定しておく。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　式（１３）では、式（６）から式（１２）により算出した波長、平均光出力強度、消光比、クロスポイントに対して、検査規格に基づいてあらかじめ設定したそれぞれの目標値（Tg_で表す変数）との差分を求めて、さらに、あらかじめ設定したそれぞれのウェイト（Rg_で表す変数）で除算することで残差Resnを求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　例えば、検査規格に上限値と下限値がある場合に、目標値を上限値と下限値の平均値、ウェイトを上限値と下限値の差（検査規格の範囲）とすることができる。あるいは狙いたい目標値がある場合、検査項目ごとのウェイトを調整したい場合に、任意に指定することもできる。式（６）～式（１３）の評価関数は一例であり、検査対象となる半導体レーザー、本実施の形態で使用する各種の計測器あるいは伝送経路の特徴に合わせて任意に変更することができる。
　動特性を測定する動特性測定プロセスＰ５は、図２の動特性測定部１０５で実行される。動特性とは、光出力を変調したときの光送信モジュールの光出力の特性を意味する。動特性測定プロセスＰ５では、動特性測定条件に従って、光出力強度データ、波長データ、伝送特性データ、伝送波形データを測定するため、駆動電源１～４（１２０～１２３）に半導体レーザーの電流と変調器のオフセット電圧、温度制御装置１２４に温度の条件をそれぞれ設定する。ＥＭＬドライバＩＣ１２５は変調信号を有効にして、動特性測定条件に従ってクロスポイントスイッチ設定を更新する。光パワーメータ１２６から光出力強度データ、光波長計１２７から波長データを取得し、光オシロスコープ１２８で測定を開始して、伝送特性データと伝送波形データを取得する。
　ここで、伝送特性データには、ＬＤ１～４（１４０～１４３）に対応して、伝送波形データ、および伝送波形データから得られるマスクマージン、クロスポイントが含まれる。その他にジッタなど、光オシロスコープから得られる、検査対象としたい項目を追加してもよい。
　伝送波形データは、伝送波形を描画した画像ファイルもしくは時系列データである。図９は伝送波形７００の一例であり、中央に開口部があることからアイパターンと呼ばれる。開口部の左右の交点がクロスポイント７０１である。マスクマージンとは、あらかじめ設定したマスクパターン７０２と伝送波形７００の位置関係におけるマージンを計測した値であり光オシロスコープより取得できる。
　検査規格を満たしているか判定する検査規格判定プロセスＰ６は、図２の検査規格判定部１０６で実行される。検査規格判定プロセスＰ６では、動特性が検査規格を満たしているか判定してＬＤ１～４（１４０～１４３）のそれぞれの判定結果（ＯＫまたはＮＧ）を出力する。この判定結果は動特性の詳細なデータとともにファイルに出力した上で、例えば、図１０に示す画面表示例において、判定結果表示欄８０９に表示することで作業者に伝える。さらに、判定結果がＯＫの場合、動特性測定条件として設定された、温度、電流、電圧などの動作パラメータの値を、当該光送信モジュールの動作条件として出力する。
　なお図１０は本実施の形態のユーザーインタフェースの画面レイアウトの一例であり、品種選択ボタン８０１をクリックすることで、ファイル選択ダイアログを開き、検査対象となる品種の設定ファイルを選択して読込むことで、品種表示欄８０２に品種名を表示するとともに、検査規格、マスクパターンの設定条件などを品種別に切り替えることができる。検査開始ボタン８０７をクリックすることで、選択済みの品種の検査を開始し、光出力近似関数表示欄８０３、波長近似関数表示欄８０４に各種測定点および近似関数の曲線を表示して、アイパターン表示欄８０５に測定されたアイパターン７００を例えば図９に示すようにマスクパターンと重ねて表示、動作状況表示欄８０６に検査の状況を表示できる。
　以上のように、実施の形態１による光送信モジュールの調整検査システムにおいては、光出力を変調しないときの光送信モジュールの光出力特性である静特性を測定する静特性測定部１０１と、測定された静特性に基づいて、動作パラメータを変数として、光出力の強度を近似する光出力強度近似関数を求める光出力強度近似関数演算部１０２と、測定された静特性に基づいて、動作パラメータを変数として、光出力の波長を近似する波長近似関数を求める波長近似関数演算部１０３と、光出力強度近似関数および波長近似関数を用いた評価関数の値と、検査規格に基づいて設定された目標値との残差を求めて、最適化計算により残差が最小となる動作パラメータの値を求め、求めた動作パラメータの値を、光出力を変調したときの光送信モジュールの光出力特性である動特性を測定するための動作条件である動特性測定条件として出力する最適化演算部１０４と、動特性測定条件により動特性を測定する動特性測定部１０５を備え、各部において各部のプロセスを実行するようにしたので、光送信モジュールの調整に要する時間を短縮できる効果がある。
　さらに、動特性測定部１０５において測定された動特性が検査規格を満たしているかどうかを判定し、判定結果を出力するとともに、検査規格を満たしている場合は、当該動特性測定条件を、光送信モジュールを動作させる動作条件として出力する検査規格判定部１０６を備えたので、さらに、検査に要する時間も短縮できる効果がある。
実施の形態２．
　図１１は、実施の形態２による光送信モジュールの調整検査システムの計算機の構成を示すブロック図であり、実施の形態１の図２に相当するブロック図である。光送信モジュールの調整検査システムの全体構成は図１と同じである。本実施の形態２による光送信モジュールの調整検査システムでは、実施の形態１にアイパターン近似関数演算部１０７および動特性測定条件更新部１１８が追加されている。アイパターン近似関数演算部１０７では、伝送波形データを用いてカーブフィッティングを行い、アイパターン近似関数のパラメータを求める。動特性測定条件更新部１１８では、動特性データと検査規格の差異を減少させるように、動特性測定条件を更新する。
　図１２は、実施の形態２による光送信モジュールの伝送波形の調整方法を示すデータフローダイアグラムであり、実施の形態１の図５に相当するデータフローダイアグラムである。実施の形態２では、実施の形態１のプロセスに、動特性測定条件更新プロセスＰ７が追加されている。動特性の測定条件を更新する動特性測定条件更新プロセスＰ７は、図１１の動特性測定条件更新部１１８で実行される。動特性測定条件更新部１１８は、アイパターン近似関数演算部１０７と測定条件更新部１０８を備えている。動特性測定条件更新プロセスＰ７は、図１３に示すように、アイパターンの近似関数を求めるアイパターン近似関数演算プロセスＰ７１と、勾配を求めて測定条件を更新する測定条件更新プロセスＰ７２を実行する。アイパターン近似関数演算部１０７で実行されるアイパターン近似関数演算プロセスＰ７１では、伝送波形データからアイパターンの近似関数を求めるために、ＥＭＬドライバＩＣ１２５の変調信号を模擬して、矩形波または台形波にローパスフィルタまたはバンドパスフィルタをかけた信号または正弦波を生成し、光出力強度近似関数に対してオフセット電圧と変調信号を入力したときのアイパターン近似関数を生成する。図１４に測定された伝送波形であるアイパターン７００に生成したアイパターン近似関数７０３を重ねて表示している例を示す。図１４に示すような、測定されたアイパターン７００にアイパターン近似関数７０３を重ねた表示は、例えば図１５に示すように、他の表示項目とともにアイパターン近似関数表示欄８１５として、表示装置１８０に表示することができる。
　伝送波形７００にアイパターン近似関数７０３を重ねて、アイパターン近似関数７０３の線幅をゼロから、伝送波形７００に重ならない部分が出てくるまで増加させていき、もっとも増加できた線幅をアイパターン評価値とする。あるいは、線幅を増加させる代わりに、アイパターン近似関数７０３を上下左右に移動させたときに、伝送波形７００に重ならない部分がでてくるまでの移動量をアイパターン評価値とすることもできる。アイパターン評価値の適正範囲を検査規格に含めて目標値とウェイトを決めておき、アイパターン評価値と目標値およびウェイトから式（１３）と同様に残差を求められるようにする。
　測定条件更新部１０８で実行される、勾配を求めて測定条件を更新する測定条件更新プロセスＰ７２では、動特性測定条件における各動特性データ（アイパターン評価値を含む）の残差を求めて、最適化アルゴリズムにより、さらに動特性データを取得しながら、残差を減少させ、残差が最小となる動特性測定条件を探索し、アイパターン評価値を最大化できる動特性測定条件を求める。
　このとき、最適化アルゴリズムを用いる代わりに、動特性測定条件の変化量に対する動特性データの変化量をあらかじめ実測し、その勾配を品種ごとに設定しておくことで、残差が減少する方向に順次移動するアルゴリズムを用いてもよい。あるいは、光出力強度近似関数、波長近似関数、アイパターン近似関数から動特性測定条件における勾配を求めて、残差が減少する方向に順次移動するアルゴリズムを用いてもよい。
　以上のように、実施の形態２による光送信モジュールの調整検査システムは、実施の形態１の光送信モジュールの調整検査システムの構成に加えて、検査規格判定部１０６において、光送信モジュールが検査規格を満たしていないと判定した場合に、更新された動特性測定条件を求める動特性測定条件更新部１１８を備え、この動特性測定条件更新部１１８は、動特性を測定した結果のうち、伝送波形データであるアイパターンを近似するアイパターン近似関数を求めるアイパターン近似関数演算部１０７と、前回の動特性測定条件を初期値として、アイパターン近似関数演算部で求めたアイパターン近似関数、光出力強度近似関数、および波長近似関数を用いて、アイパターンを含む動特性と目標値との残差を求めて、当該残差が最小となる動作パラメータの値を探索し、探索した結果の動作パラメータの値を動特性測定条件として出力する測定条件更新部１０８とを備え、動特性測定部１０５では、動特性測定条件更新部１１８において出力された動特性測定条件により動特性を測定し、さらに検査規格判定部１０６の動作を実行するようにしたので、調整・検査に要する時間を短縮できる効果がある。
　なお、実施の形態１あるいは実施の形態２による光送信モジュールの調整検査システムを用いて、光送信モジュールを調整検査するプロセスは、当該光送信モジュールの製造プロセスにおける最終段階のプロセスとして実行されるものである。
　本願には、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１００　計算機、１０１　静特性測定部、１０２　光出力強度近似関数演算部、１０３　波長近似関数演算部、１０４　最適化演算部、１０５　動特性測定部、１０６　検査規格判定部、１０７　アイパターン近似関数演算部、１０８　測定条件更新部、１１８　動特性測定条件更新部、１２０、１２１、１２２、１２３　駆動電源、１２６　光パワーメータ、１２７　光波長計、１２８　光オシロスコープ、１４０、１４１、１４２、１４３　半導体レーザー（ＬＤ）、２００　光送信モジュール、４０６、５０５　光出力強度近似関数、６０４　波長近似関数、７００　アイパターン、Ｐ１　静特性測定プロセス、Ｐ２　光出力強度近似関数演算プロセス、Ｐ３　波長近似関数演算プロセス、Ｐ４　最適化演算プロセス、Ｐ５　動特性測定プロセス、Ｐ６　検査規格判定プロセス、Ｐ７　動特性測定条件更新プロセス、Ｐ７１　アイパターン近似関数演算プロセス、Ｐ７２　測定条件更新プロセス

Claims (11)

  1. 　半導体レーザーが搭載され変調された光を出力する光送信モジュールを動作させる動作条件を調整し、当該光送信モジュールの光出力特性を検査する光送信モジュールの調整検査システムであって、
    調整検査対象の光送信モジュールを駆動する駆動電源と、
    前記光送信モジュールに搭載された半導体レーザーの温度を制御する温度制御装置と、
    前記光送信モジュールが出力する光の強度を測定する光パワーメータと、
    前記光送信モジュールが出力する光の波長を測定する光波長計と、
    前記光送信モジュールが出力する変調された光の伝送特性データを取得する光オシロスコープと、
    前記駆動電源および前記温度制御装置に対して前記光送信モジュールを動作させるための動作パラメータの動作条件を設定し、設定された動作条件で前記光送信モジュールを動作させたときの光出力特性を前記光パワーメータ、前記光波長計および前記光オシロスコープから取得して測定する計算機とを備え、
    前記計算機は、
    光出力を変調しないときの前記光送信モジュールの光出力特性である静特性を測定する静特性測定部と、
    測定された前記静特性に基づいて、前記動作パラメータを変数として、前記光出力の強度を近似する光出力強度近似関数を求める光出力強度近似関数演算部と、
    測定された前記静特性に基づいて、前記動作パラメータを変数として、前記光出力の波長を近似する波長近似関数を求める波長近似関数演算部と、
    前記光出力強度近似関数および前記波長近似関数を用いた評価関数の値と、検査規格に基づいて設定された目標値との残差を求めて、最適化計算により前記残差が最小となる前記動作パラメータの値を求め、求めた動作パラメータの値を、光出力を変調したときの前記光送信モジュールの光出力特性である動特性を測定するための動特性測定条件として出力する最適化演算部と、
    前記動特性測定条件により前記動特性を測定する動特性測定部と
    を備えたことを特徴とする光送信モジュールの調整検査システム。
  2.  前記動特性測定部において測定された動特性が検査規格を満たしているかどうかを判定し、判定結果を出力するとともに、検査規格を満たしている場合は、当該動特性測定条件を、前記光送信モジュールを動作させる動作条件として出力する検査規格判定部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュールの調整検査システム。
  3. 　前記検査規格判定部において前記光送信モジュールが検査規格を満たしていないと判定した場合に、更新された動特性測定条件を求める動特性測定条件更新部を備え、
    この動特性測定条件更新部は、
    前記動特性を測定した結果のうち、前記伝送特性データのうちの伝送波形データであるアイパターンを近似するアイパターン近似関数を求めるアイパターン近似関数演算部と、
    前回の前記動特性測定条件を初期値として、前記アイパターン近似関数演算部で求めたアイパターン近似関数、前記光出力強度近似関数、および前記波長近似関数を用いて、アイパターンを含む動特性と目標値との残差を求めて、当該残差が最小となる前記動作パラメータの値を探索し、探索した結果の動作パラメータの値を動特性測定条件として出力する測定条件更新部とを備え、
    前記動特性測定部では、前記動特性測定条件更新部において出力された動特性測定条件により前記動特性を測定し、さらに前記検査規格判定部の動作を実行することを特徴とする請求項２に記載の光送信モジュールの調整検査システム。
  4. 　前記動作パラメータは、前記半導体レーザーの電流と温度であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光送信モジュールの調整検査システム。
  5. 　前記光送信モジュールは、前記光出力の変調を行う電界吸収型変調器を備え、前記動作パラメータは、前記半導体レーザーの電流と温度、および前記電界吸収型変調器への印加電圧であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光送信モジュールの調整検査システム。
  6. 　半導体レーザーが搭載され変調された光を出力する光送信モジュールを動作させるための動作パラメータの動作条件を調整し、当該光送信モジュールの光出力特性を検査する光送信モジュールの調整検査方法であって、
    調整検査対象の光送信モジュールを変調しないで動作させたときの前記光出力特性である静特性を測定する静特性測定プロセスと、
    測定された前記静特性に基づいて、前記動作パラメータを変数として、光出力の強度を近似する光出力強度近似関数を求める光出力強度近似関数演算プロセスと、
    測定された前記静特性に基づいて、前記動作パラメータを変数として、光出力の波長を近似する波長近似関数を求める波長近似関数演算プロセスと、
    前記光出力強度近似関数および前記波長近似関数を用いた評価関数の値と、検査規格に基づいて設定された目標値との残差を求めて、最適化計算により前記残差が最小となる前記動作パラメータを求め、求めた動作パラメータを、前記光送信モジュールの光出力を変調して動作させたときの光出力特性である動特性を測定するための動作条件である動特性測定条件として出力する最適化演算プロセスと、
    前記動特性測定条件により前記動特性を測定する動特性測定プロセスと
    を備えたことを特徴とする光送信モジュールの調整検査方法。
  7. 　前記動特性測定プロセスにおいて測定された動特性が前記検査規格を満たしているかどうかを判定し、判定結果を出力するとともに、前記検査規格を満たしている場合は、当該動特性測定条件を、前記光送信モジュールを動作させる動作条件として出力する検査規格判定プロセスを備えたことを特徴とする請求項６に記載の光送信モジュールの調整検査方法。
  8. 　前記検査規格判定プロセスにおいて前記光送信モジュールが検査規格を満たしていないと判定した場合に実行する動特性測定条件更新プロセスを備え、
    この動特性測定条件更新プロセスは、
    前記動特性を測定した結果のうち、伝送波形データであるアイパターンを近似するアイパターン近似関数を求めるアイパターン近似関数演算プロセスと、
    前回の前記動特性測定条件を初期値として、前記アイパターン近似関数演算プロセスで求めたアイパターン近似関数、前記光出力強度近似関数、および前記波長近似関数を用いて、前記アイパターンを含む動特性と目標値との残差を求めて、当該残差が最小となる動特性測定条件を探索する測定条件更新プロセスとを備え、
    前記動特性測定プロセスでは、前記動特性測定条件更新プロセスにおいて探索された動特性測定条件により前記動特性を測定し、前記検査規格判定プロセスを実行することを特徴とする請求項７に記載の光送信モジュールの調整検査方法。
  9. 　前記動作パラメータは、前記半導体レーザーの電流と温度であることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の光送信モジュールの調整検査方法。
  10. 　前記調整検査対象の光送信モジュールは、光出力の変調を行う電界吸収型変調器を備え、前記動作パラメータは、前記半導体レーザーの電流と温度、および前記電界吸収型変調器への印加電圧であることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の光送信モジュールの調整検査方法。
  11. 　光送信モジュールの製造方法であって、
    請求項６から１０のいずれか１項の光送信モジュールの調整検査方法により、製造する光送信モジュールの調整検査を行うプロセスを有することを特徴とする光送信モジュールの製造方法。
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