WO2002069464A1 - Emetteur lumineux - Google Patents

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WO2002069464A1
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monitor
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Makoto Miki
Toru Matsuyama
Hiroki Kanesaka
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Fujitsu Limited
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    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters

Definitions

  • the present invention relates to an optical transmitter for converting an electric signal into an optical signal and transmitting the signal by using a semiconductor light emitting element such as a laser diode (LD) or a light emitting diode (LED).
  • a semiconductor light emitting element such as a laser diode (LD) or a light emitting diode (LED).
  • the present invention relates to a control technique for suppressing a change in the light output characteristic of the light emitting device.
  • the characteristics of the semiconductor light emitting device used in the optical transmitter vary according to the temperature, and the temperature characteristics vary depending on the individual semiconductor light emitting device used. For this reason, the conventional optical transmitter basically requires individual adjustment of the optical output power, which causes problems such as an increase in the circuit scale due to an increase in the number of adjustment parts and an increase in cost for the individual adjustment. there were.
  • the temperature characteristic data previously stored in the optical transmitter as the characteristic information is based on the driving current (specifically, the laser diode driving current acquired corresponding to the predetermined ambient temperature and light output). (Specifically, the forward current and the threshold current), it is difficult to control the fluctuation of the optical output power due to the temperature change with high accuracy.
  • the control of the optical output power performed by the conventional optical transmitter is performed by the laser diode.
  • the power of the light output from the photodiode is detected by a monitor photodiode (hereinafter referred to as monitor PD), and the detected optical output power is compared with a fixed reference signal (battery).
  • monitor PD monitor photodiode
  • the drive current to the laser diode is controlled so that the difference between the two is canceled.
  • the photoelectric conversion efficiency of the above-mentioned monitor PD changes with temperature, for example, as shown in FIG. 12, but the amount of change in the temperature characteristics of this monitor PD is generally the same as that of a laser diode. Compared to the amount of fluctuation in the temperature characteristics, the conventional control ignored the temperature characteristics of the monitor PD.
  • the optical output power is to be controlled with higher accuracy, the influence of the temperature characteristics of the monitor PD cannot be ignored, and thus it is necessary to perform control that takes into account the temperature characteristics of the monitor PD.
  • APC auto power control
  • the modulation current is based on the characteristic information read from the stored data.
  • feed-forward control is performed.
  • the temperature characteristic data is acquired while changing the ambient temperature at a predetermined rate in a required temperature range.
  • the time spent is increased and the cost for adjustment is increased due to an increase in the number of adjustment steps.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a low-cost optical transmitter capable of controlling, with high accuracy, fluctuations in optical output characteristics of a semiconductor light-emitting element due to a temperature change or the like. With the goal.
  • an optical transmitter includes: a semiconductor light emitting device; a driving circuit for supplying a driving current to the semiconductor light emitting device; a light output detection unit for detecting an optical output power of the semiconductor light emitting device;
  • an optical transmitter including a control unit that controls the operation of a drive circuit based on a detection result of a detection unit, a temperature characteristic data on a drive current supplied to a semiconductor light emitting element and a temperature characteristic on an optical output detection unit.
  • a storage unit that stores temperature characteristic information including data; and a temperature detection unit that detects a temperature, wherein the control unit reads out the temperature characteristic information from the storage unit according to the temperature detected by the temperature detection unit.
  • the operation of the drive circuit is controlled based on the detection result of the light output detector.
  • temperature characteristic information including drive current of the semiconductor light emitting element and temperature characteristic data relating to the optical output detection unit is stored in the storage unit in advance, and the temperature characteristic information of the storage unit is stored in the control unit by the control unit. Read out according to the temperature detected by the detector. Then, the control unit controls the operation of the drive circuit based on the read temperature characteristic information while compensating an error corresponding to a temperature change in the detection result of the optical output detection unit. As a result, the temperature fluctuation of the optical output power of the semiconductor light emitting device can be controlled with high accuracy.
  • the storage unit stores the temperature characteristic data corresponding to the threshold current and the modulation current supplied to the laser diode, respectively.
  • temperature characteristic data of the monitor current output from the light receiving element used in the light output detection unit may be stored as temperature characteristic information.
  • the control unit of the optical transmitter corresponds to the temperature characteristic data of the monitor current read from the storage unit according to the temperature detected by the temperature detection unit, and the optical output power detected by the optical output detection unit. It is preferable that at least one of the threshold current and the modulation current supplied from the drive circuit to the laser diode be feedback-controlled so that the monitor current value matches.
  • the drive circuit When feedback control is performed on both the threshold current and the modulation current, it is possible to control the operation of the drive circuit so that the ratio between the threshold current and the modulation current is optimal at each temperature.
  • the other In the case where one of the threshold current and the modulation current is feedback controlled, the other is based on only the temperature characteristic information read from the storage unit in accordance with the temperature detected by the temperature detection unit. May be fed-forward controlled.
  • the laser diode driving current corresponding to the sum of the threshold current and the modulation current is feedback-controlled by the control unit, so that the optical output power of the laser diode can be adjusted with high accuracy.
  • the semiconductor light emitting element can be a light emitting diode. In this case, the light output power of the light emitting diode can be controlled with high accuracy.
  • the temperature characteristic information stored in the storage unit of the optical transmitter described above may be obtained using an approximation formula determined based on data measured at least at three points in the operating temperature range. Good. This makes it possible to acquire accurate temperature characteristic information for the operating temperature range even if the number of measurement points in the temperature characteristic data is relatively small. It is possible to shorten the time.
  • the data corresponding to the temperature detected by the temperature detection unit in the temperature characteristic data relating to the drive current stored in the storage unit and the drive current generated in the drive circuit are calculated.
  • a drive current monitor circuit that can detect an increase or a decrease in the drive current supplied to the semiconductor light-emitting element by comparison may be provided.
  • the data corresponding to the temperature detected by the temperature detection unit out of the temperature characteristic data of the optical output detection unit stored in the storage unit and the information on the optical output power detected by the optical output detection unit are stored.
  • an optical output monitor circuit capable of detecting a change in the optical output power of the semiconductor light emitting element may be provided.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing a basic configuration of an optical transmitter according to the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific configuration example of a main signal unit used in the optical transmitter in FIG.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a specific configuration example of an optical output monitor signal generator used in the optical transmitter of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating temperature characteristics of a general laser diode.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of temperature characteristic data of a threshold current, a modulation current, and a monitor current stored as temperature characteristic information in the present invention.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating an operation in the case where the threshold current is feed-forward controlled and the modulation current is feedback-controlled in the present invention.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating an operation in the case where feedback control of a threshold current and feedforward control of a modulation current are performed in the present invention.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating an operation in the case where feedback control is performed on both the threshold current and the modulation current in the present invention.
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the optical transmitter according to the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a case where a function of issuing an alarm when a drive current abnormality occurs is provided in the optical transmitter of FIG.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the optical transmitter of FIG. 9 in which a function of issuing an alarm when an optical output power abnormality occurs is provided.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a temperature change of the photoelectric conversion efficiency of the monitor PD in the conventional optical transmitter.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing a basic configuration of an optical transmitter according to the present invention.
  • the optical transmitter 1 is composed of, for example, an LD module 10 having a laser diode (LD) 10 A and a monitor PD (MPD) 10 B, and a main signal for driving a laser diode 10 A.
  • LD laser diode
  • MPD monitor PD
  • the laser diode 10A and its driving circuit here, the main signal unit 11
  • the monitor PD 10B An optical output monitor signal generator 13 that generates an optical output monitor signal based on the output signal of the optical signal and transmits the generated signal to the main signal unit 11, and a temperature sensor 14 as a temperature detector that detects temperature.
  • the laser diode 1OA is a general semiconductor light emitting device that converts a drive current supplied by the main signal unit 11 into an optical signal and outputs the signal to an optical fiber.
  • the monitor PD 10B is a photodetector for detecting the optical output power of the laser diode 1OA, and specifically, for example, receives the backward emission light of the laser diode 1OA and converts it into a current signal. It can be a light receiving element or the like.
  • a general LD module 10 in which the laser diode 1 OA and the monitor PD 10 B are modularized is used.
  • the main signal section 11 generates a drive current to be supplied to the laser diode 1 OA in accordance with the data signal DATA and the clock signal CLK input from the outside of the optical transmitter 1 and the like, and outputs the drive current from the storage section 12. Based on the read temperature characteristic information, the optical output monitor signal transmitted from the optical output monitor signal generator 13 and the temperature monitor signal transmitted from the temperature sensor 14, a power supply having a function of adjusting the level of the drive current is provided. It is an air circuit. Therefore, here, the main signal section 11 corresponds to the drive circuit and the control section.
  • FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a specific configuration example of the main signal unit 11.
  • the main signal section 11 controls the drive current supplied to the laser diode 1 OA in accordance with the arithmetic processing circuit 20 and the data signal DATA and the clock signal CLK input from the outside.
  • Current control circuit 21 that can control the value of the modulation current I mod according to the output information from the on / off control circuit 21 that switches between the light emitting state and the quenching state, and the arithmetic processing circuit 20, and the threshold current And a threshold current control circuit 23 capable of controlling the value of I th.
  • the arithmetic processing circuit 20 receives the input of the optical output monitor signal from the optical output monitor signal generator 13 and the input of the temperature monitor signal from the temperature sensor 14, and according to the input temperature monitor signal, stores the memory 12. It reads the temperature characteristic information stored in the memory and generates a control signal for controlling each value of the modulation current I mod and the threshold current I th based on the temperature characteristic information and the input optical output monitor signal. Output. A specific method for generating the control signal will be described later.
  • the on / off control circuit 21 includes, for example, a flip-flop circuit (FZF) 21 A, a pulse width adjustment circuit 21 B, and an M ⁇ SFET 21 C. Pretend, sop flop The circuit 21A re-times the data signal DATA input from the outside or the like with the clock signal CLK.
  • the pulse width adjustment circuit 21B adjusts the pulse width of the output signal of the flip-flop circuit 21A.
  • the MOSFET 21C has a gate terminal connected to the output terminal of the pulse width adjustment circuit 21B, a drain terminal connected to the power source terminal of the laser diode 1OA, and on / off operation according to the output signal of the pulse width adjustment circuit 21B. I do.
  • the modulation current control circuit 22 has, for example, a DZA converter (DAC) 22A and MOS FETs 22B and 22C.
  • the D / A converter 22A converts the control signal, which is output from the arithmetic processing circuit 20, regarding the modulation current Imod from a digital signal to an analog signal.
  • the MOSFET 22B is diode-connected, and receives an output signal from the D / A converter 22A.
  • the gate terminal is connected to the gate terminal of the MOSFET 22B, the drain terminal is connected to the source terminal of the MOSFET 21C, and the modulation current I is changed according to the signal input to the gate terminal. Control the value of mod.
  • the threshold current control circuit 23 has, for example, a DZA converter (DAC) 23A and MOSFETs 23B and 23C.
  • the DZA converter 23A converts a control signal output from the arithmetic processing circuit 20 and related to the threshold current Ith from a digital signal to an analog signal.
  • the MOSFET 23B is diode-connected, and receives an output signal from the D / A converter 23A.
  • the gate terminal is connected to the gate terminal of the MOS FET 23B, the drain terminal is connected to the power source terminal of the LD, and the value of the threshold current Ith is set according to the signal input to the gate terminal. Control.
  • the storage unit 12 stores temperature characteristic information including temperature characteristic data of the laser diode 10A and the main signal unit 11 serving as a driving circuit thereof, and temperature characteristic data of the monitor PD 10B.
  • the temperature characteristic data I mod (T) of the modulation current I mod of the drive current supplied to the laser diode 1 OA and the threshold current I th The storage unit 12 stores the temperature characteristic data I th (T) and the temperature characteristic data Im (T) for the monitor current Im of the monitor PD 10.
  • Each temperature characteristic data Imod (T), I th (T), and Im (T) were obtained by measurement in advance for the required temperature range. A specific method of creating the temperature characteristic information will be described later.
  • the optical output monitor signal generator 13 includes a resistor 30 for converting a monitor current Im output from the monitor PD 10B into a voltage, and a voltage signal obtained by converting the resistor 30.
  • the operational amplifier 32 This output signal is output to the main signal section 11 as an optical output monitor signal. Therefore, here, the monitor PD 10B and the optical output monitor signal generator 13 have a function as an optical output detector.
  • the temperature sensor 14 measures the temperature at an arbitrary location on the optical transmitter 1 (for example, an LSI in which the LD module 10 or the main signal unit 11 is integrated) and uses the measurement result as a temperature monitor signal. Output to signal section 11.
  • Fig. 4 is an explanatory diagram showing the temperature characteristics of a general laser diode.For example, the ambient temperature of the laser diode was changed to 140 ° C, + 25 ° C, and + 85 ° C, respectively. 7 shows the relationship between the drive current and the optical output power in the case. As shown in Fig. 4, in order to obtain the required optical output power, it is necessary to increase the drive current as the ambient temperature rises.
  • the amount of change in the threshold current I th (or lb) and the amount of change in the modulation current I mod (or I p) with respect to the change in the ambient temperature are different from each other as shown in, for example, the middle part and the upper part of FIG. For this reason, the temperature characteristic information used for compensating optical output fluctuations due to temperature changes should be within the required temperature range where the use of the optical transmitter 1 is assumed.
  • the corresponding temperature characteristic data I th (T) of the threshold current and temperature characteristic data I mod (T) of the modulation current are stored in the storage unit 12, respectively.
  • the temperature characteristic as shown in the lower part of FIG. 5 occurs because the photoelectric conversion efficiency of the monitor PD changes according to the temperature as described in FIG. . Therefore, in the present invention, the temperature characteristic data Im (T) of the monitor current corresponding to the required temperature range is also stored in the storage unit 12 as the temperature characteristic information used for compensating the optical output fluctuation due to the temperature change.
  • Each temperature characteristic data I mod (T), I th (T), and Im (T) stored in the storage unit 12 as the temperature characteristic information as illustrated in FIG. 5 are obtained as follows. Is possible.
  • the operating temperature range of the optical transmitter 1 is ⁇ 40 to 1085 ° C
  • first set the measurement temperature at ⁇ 40 ° C, + 25 ° C, and +85 and set the threshold current Measure I th (-40), I th (+25), and I th (+85).
  • the target optical output power was calculated.
  • the modulation currents I mod (-40), Imod (+25), and I mod (+85) necessary to obtain are measured.
  • the monitor currents Im (-40), Im (+25), and Im (+85) are measured when the target optical output power is obtained. .
  • I th (T) aT m + bT + c-(1)
  • each table of the threshold current Ith, the modulation current Imod, and the monitor current Im with respect to the operating temperature range is obtained. It is created and stored in the storage unit 12 as temperature characteristic information. If the temperature characteristic information is created by using the approximation formulas (1) to (3) as described above, even if the number of measurement points is relatively small (here, three points for each current value), the temperature is high. Since the characteristic information can be obtained, the time spent for adjusting the optical transmitter 1 can be reduced, and the cost can be reduced by reducing the number of adjustment steps.
  • the temperature monitored during the measurement of the temperature characteristic data be at the same position as the temperature monitored by the temperature sensor 14 when the optical transmitter 1 is actually used.
  • the temperature monitoring position is different between the overnight measurement and the use of the optical transmitter 1, the temperature difference at each position is measured in advance, and the characteristic curve of FIG. Temperature characteristic information may be obtained using an approximate expression in which the horizontal axis is shifted, and stored in the storage unit 12.
  • each current value was actually measured at each temperature.
  • the temperature characteristic data of the LD module 10 used alone for the optical transmitter 1 is available, the Each coefficient of the above approximate expression may be calculated using the data.
  • the work of acquiring the data as an optical transmitter 1 after assembly can be performed only at a certain temperature (for example, room temperature), so that the adjustment time of the optical transmitter 1 can be reduced. It is possible to greatly shorten the time.
  • the optical transmitter in which the temperature characteristics I th (T), I mod (T), and Im (T) of the threshold current, the modulation current, and the monitor current are stored in the storage unit 12 In 1, the main signal section 11 reads the temperature characteristic information in the storage section 12 according to the optical output monitor signal from the optical output monitor signal generation section 13 and the temperature monitor signal from the temperature sensor 14.
  • the drive current is controlled so that the optical output power of the laser diode 1 OA is constant at a target value.
  • the modulation current I mod is feedback-controlled in accordance with the optical output monitor signal
  • the threshold current I th is determined in accordance with the temperature characteristic information of the storage unit 12 corresponding to the temperature monitor signal.
  • Figure 6 shows the behavior of the optical transmitter 1 in the above control scheme. It is a conceptual diagram explaining a work.
  • the temperature of a required portion on the optical transmitter 1 monitored by the temperature sensor 14 is used as a temperature monitor signal as an arithmetic processing circuit of the main signal unit 11. Sent to 20.
  • each value of the threshold current I th, the modulation current I mod, and the monitor current Im corresponding to the input temperature monitor signal is read from the temperature characteristic information of the storage unit 12.
  • a control signal for setting the read threshold current I th to an initial value is sent from the arithmetic processing circuit 20 to the threshold current control circuit 23, and the threshold current I th controlled by the threshold current control circuit 23 is applied to the laser. Supplied to one diode 1 OA.
  • the optical output monitor signal output from the optical output monitor signal generation unit 13 is sent to the arithmetic processing circuit 20.
  • the arithmetic processing circuit 20 feedback control of the modulation current I mod using the optical output monitor signal is performed using the value of the monitor current ⁇ m read from the storage unit 12 as a reference value of APC. Specifically, a difference between an actually measured value of the monitor current Im and a reference value is obtained, and a control signal for adjusting the modulation current I mod according to the difference is sent from the arithmetic processing circuit 20 to the modulation current control circuit 22.
  • the modulation current I mod flowing through the MOS FET 22 C is feedback-controlled.
  • the target value of the monitor current Im is read out according to the temperature monitor signal and set to the reference value of the feedback control (APC).
  • APC feedback control
  • the drive current control method according to the present invention is not limited to this. It is also possible to adopt a method in which the threshold current I th is feedback-controlled and the modulation current I mod is feed-forward controlled, or a method in which both the threshold current I th and the modulation current I mod are feedback-controlled.
  • the threshold current I th is controlled by the feedback control, and the modulation current I mod is controlled by the feedback control.
  • the laser directly uses the value of the modulation current Imod read from the storage unit 12 in response to the temperature monitor signal from the temperature sensor 14.
  • the modulation current I mod to be supplied to one diode 10 A is set, and the value of the monitor current Im read from the storage unit 12 corresponding to the temperature monitor signal is used as the APC reference value, and the optical output monitor signal is used. Feedback control of the threshold current I th is performed.
  • the storage unit corresponds to the temperature monitor signal from the temperature sensor 14.
  • the value of the monitor current Im read from 12 is used as the APC reference value, and the ratio of the modulation current I mod to the threshold current I th (Imod / I th) matches the temperature characteristic information corresponding to the temperature monitor signal.
  • the feedback control of the threshold current Ith and the modulation current Imod is performed.
  • the temperature characteristic information about Imod / Ith is calculated in advance using the temperature characteristic data of the threshold current Ith and the modulation current Imod, and stored in the storage unit 12.
  • the threshold current Ith and the modulation current Imod corresponding to the temperature monitor signal are read from the storage unit 12 and the value of ImodZlth is read by the arithmetic processing circuit 20 of the main signal unit 11 as needed.
  • the calculation may be performed. If the value of Imod / Ith is calculated as needed, the capacity of the storage unit 12 can be reduced, so that the circuit scale and cost can be reduced.
  • the value of the monitor current Im read from the storage unit 12 corresponding to the temperature monitor signal is used as the reference value of APC, and the threshold current Ith and the modulation current Imod are At least one of them is feedback-controlled, and such control can be realized with a relatively simple circuit configuration as shown in FIGS. 1 and 2 described above.
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the optical transmitter according to the present invention. However, the same parts as those in the configurations shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals.
  • the optical transmitter 1 ′ has a general microcomputer 50.
  • the microcomputer 50 includes, for example, a CPU 52, a RAM 53, a memory 54, and an 55, and an analog Z-to-digital conversion circuit 56 that interfaces with the optical output monitor signal generator 13 and the temperature sensor 14, and an input and output of the modulation current control circuit 22 and the threshold current control circuit 23. It has a digital Z-to-analog conversion circuit 57 serving as an interface, and 1/058 and 59 as other interfaces.
  • the RAM 53 is used as a work area for the CPU 52 or a temporary storage area for data.
  • the memory 54 corresponds to the storage unit 12 described above, and is an area for storing temperature characteristic information acquired in advance by measurement or the like.
  • the IZO 58 controls the writing and reading of data to and from the memory 54 and the writing and reading of information to and from various latch circuits (LAT) using an external personal computer or the like. It is a circuit that processes one-phase signals, and uses general serial transmission for the interface.
  • the IZO 59 is an interface for digital input / output signals.
  • an external shut-down control signal XSD for forcibly shutting off the optical output of the optical transmitter 1 ′ and the CPU 5 2 outputs an alarm signal LC A that indicates an abnormal increase in the drive current calculated and output, and an alarm signal SO A that indicates an abnormal deterioration of the optical output power.
  • the analog / digital conversion circuit 56 includes A / D converters 14A and 33A and latch circuits 14B and 33B.
  • the AZD converter 14A converts the temperature monitor signal from the temperature sensor 14 into a digital signal and outputs the digital signal to the latch circuit 14B.
  • Latch circuit 14 B latches the output signal from octal / 0 converter 14 and outputs it to path 51.
  • the A / D converter 33A converts the output signal from the optical output monitor signal generator 13 into a digital signal and outputs the digital signal to the latch circuit 33B.
  • the latch circuit 33B latches the output signal from the A / D converter 33A and outputs it to the bus 51.
  • the digital / analog conversion circuit 57 includes latch circuits 22D and 23D and DZA comparators 22A and 23A.
  • the latch circuit 22D latches a control signal for the modulation current Imod output from the bus 51 and outputs the control signal to the D / A converter 22A.
  • the D / A converter 22A converts the output signal of the latch circuit 22D into an analog signal, and outputs the analog signal to the diode-connected MOS FET 22B.
  • the latch circuit 23D latches a control signal for the threshold current I th output from the path 51 and outputs the control signal to the D / A converter 23A.
  • the DZA converter 23A converts the output signal of the latch circuit 23D into an analog signal and outputs the analog signal to the diode-connected M ⁇ S FET 23B.
  • the microcomputer 50 of the optical transmitter 1 ′ is provided with latch circuits 60 and 62 and D / A converters 61 and 63 for outputting a driving state to the outside.
  • the latch circuit 60 includes a sum of a modulation current I mod and a threshold current I th controlled by the CPU 52 stored in the latch circuits 22D and 23D, and a modulation current I mod and a threshold stored in the memory 54.
  • the ratio of the current I th to the sum of the initial values is latched and output to the D / A converter 61.
  • the D / A converter 61 converts the output signal of the latch circuit 60 into an analog signal, and outputs the analog signal to the outside as a monitor signal LCM indicating the control state of the drive current. Further, as shown in FIG.
  • the arithmetic circuit 64 compares the output signal level of the latch circuit 60 with an alarm issuance level set in advance to determine whether the drive current is abnormal (deteriorated).
  • This optical transmitter 1 ′ may be provided with a function of issuing a warning LCA when an error occurs in the optical transmitter 1 ′.
  • the latch circuit 62 latches the ratio between the signal corresponding to the monitor current Im of the optical output stored in the latch circuit 33B and the initial value of the monitor current Im stored in the memory 54, and Output to A converter 63.
  • the DZA converter 63 converts the output signal of the latch circuit 62 into an analog signal, and outputs it as a monitor signal SOM indicating the control state of the optical output power to the outside.
  • the arithmetic circuit 65 compares the output signal level of the latch circuit 62 with an alarm issuance level set in advance to judge whether the optical output power is abnormal (deteriorated).
  • the optical transmitter 1 ' may be provided with a function of issuing an alarm SOA when an output power abnormality occurs.
  • the same operation and effect as those of the optical transmitter 1 described above can be obtained, and at the same time, through the latch circuits 60 and 62 and the DZA converters 61 and 63.
  • the monitor signals L CM and S OM output from the optical transmitter 1 ′ the state of each latch circuit 22 D, 23 D and 33 B can be monitored from outside the optical transmitter 1 ′. It is also possible to externally alarm the occurrence of abnormalities (deterioration) in current and optical output power. In this way, a circuit that monitors the control status of the drive current and optical output power and issues an alarm when an error occurs can be achieved with the conventional circuit configuration by using the threshold current I 1; 1 1110 (1.
  • the first monitor and alarm issuance compares the information on the drive current under feedback control and the monitor current Im output from the monitor PD with the temperature characteristic information stored in the memory 54, The result of the comparison is output as a monitor signal, and the result of comparison between the above-mentioned comparison result and the alarm issuance level is issued as an alarm when an abnormality occurs. Since it is realized only by the comparison operation of various kinds of information processed by the PU 50, it is possible to avoid the above-mentioned inconvenience in the conventional circuit.
  • the comparison processing of the monitor output Im and the monitor output of the optical output power and the alarm current performed for issuing the alarm can be performed regardless of the drive current control method, the drive current feed-forward control and the feedback control of the drive current are performed. It is valid for both.
  • the drive current of the semiconductor light emitting element and the temperature characteristic data relating to the optical output detection unit are stored in the storage unit as temperature characteristic information, and the drive current is controlled using the temperature characteristic information.
  • a low-cost optical transmitter capable of controlling the optical output power of the semiconductor light emitting element with high accuracy.
  • Such a control technology of a semiconductor light emitting device according to the present invention can be applied to various optical transmitters used in, for example, an optical communication field, and has great industrial applicability.

Description

明 細 書 光 fei 器 技術分野
本発明は、 レーザーダイオード （L D) や発光ダイオード （L E D) 等の半導 体発光素子を利用し電気信号を光信号に変換して送信する光送信器に関し、 特に、 温度変化等による半導体発光素子の光出力特性の変動を抑える制御技術に関する。 背景技術
光送信器に利用される半導体発光素子の特性は温度に応じて変化し、 また、 そ の温度特性は、 使用する個々の半導体発光素子ごとにばらつきが存在する。 この ため、 従来の光送信器では、 光出力パワーの個別調整が基本的に必要となり、 調 整部品点数の増加に伴う回路規模の増大、 個別調整のためのコス卜の上昇などの 問題点があった。
上記のような問題点を解決するための従来の技術としては、 例えば、 特開平 9
- 1 6 2 8 1 1号公報等に記載された技術が知られている。 この従来の技術は、 レーザーダイオードおよびその駆動回路についての温度特性データを予め取得し、 その取得データを制御のための特性情報として光送信器内に格納し、 温度と目標 とする光出力とに応じて格納デ一夕から特性情報を選択し、 該特性情報に基づい て、 駆動回路がレーザーダイオードに供給する駆動電流を制御するものである。 これにより、 レーザーダイオードの温度特性とそれを駆動制御する回路の温度特 性の相違による、 消光不良や発光遅延などの解消を図っている。
しかし、 上記のような従来の光送信器では、 特性情報として光送信器内に予め 格納される温度特性データが、 所定の雰囲気温度および光出力に対応させて取得 したレーザーダイオードの駆動電流 （具体的には、 順方向電流および閾値電流） だけであるため、 温度変化による光出力パヮ一の変動を高い精度で制御すること が難しいという問題点がある。
すなわち、 従来の光送信器で行われる光出力パワーの制御は、 レーザーダイォ ードから出力される光のパワーをモニタ用フォトダイオード （以下、 モニタ P D とする） で検出し、 その検出した光出力パワーと、 固定の基準信号 （電池） とを 比較して、 その比較結果の相違が相殺されるようにレーザーダイォ一ドへの駆動 電流を制御する。 上記モニタ P Dの光電変換効率は、 例えば図 1 2に示すように、 温度に応じて変化することが知られているが、 このモニタ P Dの温度特性の変動 量は、 一般的に、 レーザーダイオードの温度特性の変動量に比べて小さく、 従来 の制御ではモニタ P Dの温度特性を無視していた。 しかしながら、 光出力パワー をより高い精度で制御しょうとすると、 モニタ P Dの温度特性による影響が無視 できなくなるため、 モニタ P Dの温度特性までを考慮した制御が必要になってく る。
また、 従来の光送信器における光出力パワー制御では、 モニタ P Dの検出結果 を用いた A P C (オートパワーコントロール） が閾値電流に対してだけ行われ、 変調電流については格納データから読み出した特性情報により直接制御される、 いわゆるフィードフォワード制御が行われる。 しかし、 レーザ一ダイオードの経 年劣化等による光出力特性の変化は、 閾値電流に応じた変化であるのか、 あるい は、 変調電流に応じた変化であるのかを区別することが困難であるため、 閾値電 流に対して A P C等のフィードバック制御を行うだけでは、 例えば 2 5年間等の 長期間におよぶ特性補償を行うことが難しいという問題点もある。
さらに、 従来の光送信器では、 格納する特性情報を作成するために、 所要の温 度範囲について雰囲気温度を所定の割合で変えながら温度特性データが取得され る。 しかし、 このような特性情報の作成方法において、 より高精度の光出力パヮ —制御を実現させるためには、 非常に多くの温度について特性データを取得する 必要が生じるため、 光送信器の調整に費やされる時間が長くなり、 調整工数の増 大によるコスト上昇を招いてしまうという問題点がある。
本発明は上記のような問題点に着目してなされたものであり、 温度変化等によ る半導体発光素子の光出力特性の変動を高い精度で制御できる低コストの光送信 器を提供することを目的とする。 発明の開示 このため本発明にかかる光送信器は、 半導体発光素子と、 該半導体発光素子に 駆動電流を供給する駆動回路と、 半導体発光素子の光出力パワーを検出する光出 力検出部と、 該光出力検出部の検出結果に基づいて駆動回路の動作を制御する制 御部とを備えた光送信器において、 半導体発光素子に供給される駆動電流に関す る温度特性データおよび光出力検出部に関する温度特性データを含んだ温度特性 情報を記憶する記憶部と、 温度を検出する温度検出部とを有し、 前記制御部が、 温度検出部で検出された温度に応じて記憶部から読み出した温度特性情報および 光出力検出部の検出結果に基づいて、 駆動回路の動作を制御するようにしたもの である。
かかる光送信器では、 半導体発光素子の駆動電流および光出力検出部に関する 各温度特性データを含んだ温度特性情報が記憶部に予め記憶され、 その記憶部の 温度特性情報が、 制御部によって、 温度検出部で検出された温度に応じて読み出 される。 そして、 制御部では、 読み出した温度特性情報に基づいて、 光出力検出 部の検出結果についての温度変化に応じた誤差を補償しながら駆動回路の動作制 御が行われる。 これにより、 半導体発光素子の光出力パワーの温度変動を高い精 度で制御することができるようになる。
また、 上記光送信器の具体的な構成として、 半導体発光素子がレーザーダイォ ードであるとき、 記憶部が、 レーザーダイオードに供給される閾値電流および変 調電流にそれぞれ相当する温度特性デ一夕と、 光出力検出部に用いられる受光素 子から出力されるモニタ電流の温度特性データと、 を温度特性情報として記憶す るようにしてもよい。 さらに、 上記光送信器の制御部は、 温度検出部で検出され た温度に応じて記憶部から読み出したモニタ電流の温度特性データと、 光出力検 出部で検出された光出力パワーに対応するモニタ電流値とが一致するように、 駆 動回路からレーザ一ダイォードに供給される閾値電流および変調電流の少なくと も一方をフィードバック制御するのが好ましい。 閾値電流および変調電流の双方 をフィードバック制御する場合には、 閾値電流と変調電流の比の値が各温度にお いて最適になるように駆動回路の動作を制御することが可能である。 また、 閾値 電流および変調電流の一方をフィードバック制御する場合には、 温度検出部で検 出された温度に応じて記憶部から読み出した温度特性情報のみに基づいて、 他方 の電流をフィードフォヮ一ド制御するようにしてもよい。
上記のような具体的な構成によれば、 閾値電流および変調電流の和に対応した レーザ—ダイォ—ドの駆動電流が制御部によってフィードバック制御されること で、 レーザーダイオードの光出力パワーを高い精度で所要のレベルに制御できる ようになる。 なお、 前述した光送信器は、 半導体発光素子を発光ダイオードとす ることも可能であり、 この場合には、 発光ダイオードの光出力パワーを高い精度 で制御できるようになる。
また、 上述した光送信器の記憶部に記憶される温度特性情報は、 使用温度範囲 について、 少なくとも 3点の温度で測定したデータを基に定めた近似式を利用し て取得するようにしてもよい。 これにより、 温度特性デ一夕の測定ポイントが比 較的少なくても、 使用温度範囲について精度の高い温度特性情報を取得すること ができるようになるため、 光送信器の調整作業に要する時間の短縮を図ることが 可能になる。
さらに、 上述した光送信器については、 記憶部に記憶された駆動電流に関する 温度特性デー夕のうちの温度検出部で検出された温度に対応するデー夕と、 駆動 回路で発生する駆動電流とを比較することによって、 半導体発光素子に供給され る駆動電流の増加または減少を検出可能な駆動電流モニタ回路を備えるようにし てもよい。 加えて、 記憶部に記憶された光出力検出部に関する温度特性データの うちの温度検出部で検出された温度に対応するデータと、 光出力検出部で検出さ れた光出力パワーに関する情報とを比較することによって、 半導体発光素子の光 出力パワーの変動を検出可能な光出力モニタ回路を備えるようにしても構わない 上記のような構成とすることによって、 半導体発光素子の駆動状態を外部等で モニタすることが可能になり、 駆動電流や光出力パワーに異常が発生した場合の 警報発出等にも利用することができるようになる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明にかかる光送信器の基本構成を示す機能プロック図である。 図 2は、 図 1の光送信器に用いられる主信号部の具体的な構成例を示す回路図 である。 図 3は、 図 1の光送信器に用いられる光出力モニタ信号生成部の具体的な構成 例を示す回路図である。
図 4は、 一般的なレーザーダイオードの温度特性を説明する図である。
図 5は、 本発明において、 温度特性情報として記憶される、 閾値電流、 変調電 流およびモニタ電流の各温度特性データの一例を示す図である。
図 6は、 本発明において、 閾値電流をフィードフォワード制御し、 変調電流を フィードバック制御する場合の動作を説明する概念図である。
図 7は、 本発明において、 閾値電流をフィードバック制御し、 変調電流をフィ ードフォワード制御する場合の動作を説明する概念図である。
図 8は、 本発明において、 閾値電流および変調電流の双方をフィードバック制 御する場合の動作を説明する概念図である。
図 9は、 本発明にかかる光送信器の具体的な構成例を示す回路図である。 図 1 0は、 図 9の光送信器について、 駆動電流の異常発生時に警報を発出する 機能を設けた場合の一例を示す図である。
図 1 1は、 図 9の光送信器について、 光出力パワーの異常発生時に警報を発出 する機能を設けた場合の一例を示す図である。
図 1 2は、 従来の光送信器におけるモニタ P Dの光電変換効率の温度変化を説 明する図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明にかかる光送信器の実施形態を添付図面に基づいて説明する。 図 1は、 本発明にかかる光送信器の基本構成を示す機能ブロック図である。 図 1において、 本光送信器 1は、 例えば、 レーザ一ダイオード （L D) 1 0 A およびモニタ P D (M P D) 1 0 Bを有する L Dモジュール 1 0と、.レーザーダ ィオード 1 0 Aを駆動する主信号部 1 1と、 レーザーダイォード 1 0 Aおよびそ の駆動回路 （ここでは主信号部 1 1 ) 並びにモニタ P D 1 0 Bに関する温度特性 情報を記憶する記憶部 1 2と、 モニタ P D 1 0 Bからの出力信号を基に光出力モ 二夕信号を生成して主信号部 1 1に伝える光出力モニタ信号生成部 1 3と、 温度 を検出する温度検出部としての温度センサ 1 4とを備えて構成される。 レーザーダイオード 1 O Aは、 主信号部 1 1によって供給される駆動電流を光 信号変換して光ファイバに出力する一般的な半導体発光素子である。 モニタ P D 1 0 Bは、 レーザ一ダイオード 1 O Aの光出力パワーを検出するための受光器で あり、 具体的には、 例えばレーザーダイオード 1 O Aの後方出射光を受光して電 流信号に変換する受光素子等とすることができる。 ここでは、 上記のレーザーダ ィオード 1 O Aおよびモニタ P D 1 0 Bがモジュール化された一般的な L Dモジ ユール 1 0を使用している。
主信号部 1 1は、 光送信器 1の外部等から入力されるデータ信号 D AT Aおよ びクロック信号 C L Kに従って、 レーザーダイオード 1 O Aに供給する駆動電流 を発生すると共に、 記憶部 1 2から読み取った温度特性情報、 光出力モニタ信号 生成部 1 3から伝えられる光出力モニタ信号および温度センサ 1 4から伝えられ る温度モニタ信号に基づいて、 上記駆動電流のレベルを調整する機能を備えた電 気回路である。 したがって、 ここでは主信号部 1 1が駆動回路および制御部に相 当することになる。
図 2は、 主信号部 1 1の具体的な構成例を示す回路図である。
図 2の構成例において、 主信号部 1 1は、 演算処理回路 2 0と、 外部等より入 力されるデータ信号 D A T Aおよびクロック信号 C L Kに従って、 レーザーダイ オード 1 O Aに供給する駆動電流を制御して発光状態および消光状態を切り替え るオン Zオフ制御回路 2 1と、 演算処理回路 2 0からの出力情報に応じて、 変調 電流 I m o dの値を制御可能な変調電流制御回路 2 2および閾値電流 I t hの値 を制御可能な閾値電流制御回路 2 3と、 を備えて構成される。
演算処理回路 2 0は、 光出力モニタ信号生成部 1 3からの光出力モニタ信号お よび温度センサ 1 4からの温度モニタ信号の入力を受け、 入力された温度モニタ 信号に応じて記憶部 1 2に格納された温度特性情報を読み取り、 その温度特性情 報と入力された光出力モニタ信号とに基づいて、 変調電流 I m o dおよび閾値電 流 I t hの各値を制御する制御信号を生成して出力する。 なお、 制御信号の具体 的な生成方法については後述する。
オン/オフ制御回路 2 1は、 例えば、 フリップフロップ回路 （FZ F) 2 1 A、 パルス幅調整回路 2 1 Bおよび M〇S F E T 2 1 Cを有する。 フリ、ソプフロップ 回路 21Aは、 外部等より入力されるデータ信号 DATAをクロック信号 CLK でリタイミングする。 パルス幅調整回路 21 Bは、 フリップフロップ回路 21 A の出力信号のパルス幅を調整する。 MOSFET21 Cは、 ゲート端子がパルス 幅調整回路 21 Bの出力端子に接続され、 ドレイン端子がレーザ一ダイオード 1 OAの力ソード端子に接続されて、 パルス幅調整回路 21 Bの出力信号に従いォ ンノオフ動作する。
変調電流制御回路 22は、 例えば、 DZAコンバータ （DAC) 22Aおよび MOS FET 22 B, 22 Cを有する。 D/Aコンパ一夕 22 Aは、 演算処理回 路 20から出力される、 変調電流 I mo dに関する制御信号をディジタル信号か らアナログ信号に変換する。 MOSFET22Bは、 ダイオード接続されていて、 D/Aコンバータ 22 Aからの出力信号が入力される。 MOS FET 22 Cは、 ゲ一ト端子が MO SFET22Bのゲ一ト端子に接続され、 ドレイン端子が MO SFET21 Cのソース端子に接続され、 ゲ一ト端子に入力される信号に応じて 変調電流 I m o dの値を制御する。
閾値電流制御回路 23は、 例えば、 DZAコンバータ （DAC) 23Aおよび MOSFET23 B, 23 Cを有する。 DZAコンバータ 23 Aは、 演算処理回 路 20から出力される、 閾値電流 I t hに関する制御信号をディジタル信号から アナログ信号に変換する。 MOSFET23 Bは、 ダイオード接続されていて、 D/Aコンバータ 23 Aからの出力信号が入力される。 MOSFET23 Cは、 ゲート端子が MOS FET 23 Bのゲ一ト端子に接続され、 ドレイン端子が LD の力ソード端子に接続されて、 ゲート端子に入力される信号に応じて閾値電流 I t hの値を制御する。
記憶部 12は、 レーザーダイォ一ド 10 Aおよびその駆動回路となる主信号部 11についての温度特性データと、 モニタ PD 10 Bについての温度特性データ とを含んだ温度特性情報を記憶する。 ここでは、 温度特性情報の具体例として、 レーザーダイオード 1 OAに供給される駆動電流のうちの変調電流 I mo dにつ いての温度特性データ I mo d (T) と、 閾値電流 I t hについての温度特性デ 一夕 I t h (T) と、 モニタ PD 10 Βのモニタ電流 I mについての温度特性デ 一夕 Im (T) とが、 記憶部 12にそれぞれ格納される。 各々の温度特性データ Imod (T), I t h (T)， Im (T) は、 所要の温度範囲に対して予め測定 等により取得したものである。 なお、 温度特性情報の具体的な作成方法について は後述する。
光出力モニタ信号生成部 13は、 例えば図 3の回路図に示すように、 モニタ P D 10 Bから出力されるモニタ電流 Imを電圧に変換するための抵抗 30と、 そ の変換された電圧信号を平滑化するためのローパスフィルタ 31としての抵抗 3 1 Aおよび容量 31 Bと、 ローパスフィルタ 31の出力信号を 1倍の利得で増幅 するバッファ一としての演算増幅器 32と、 を有し、 演算増幅器 32の出力信号 を光出力モニタ信号として主信号部 11に出力する。 したがって、 ここではモニ 夕 PD 10Bおよび光出力モニタ信号生成部 13が光出力検出部としての機能を 備えることになる。
温度センサ 14は、 光送信器 1上の任意の箇所 （例えば、 L Dモジュール 10 や、 主信号部 11等を集積化した LS Iなど） における温度を測定し、 その測定 結果を温度モニタ信号として主信号部 11に出力する。
ここで、 レ一ザ一ダイオード 1 OAの変調電流 I mo dおよび閾値電流 I t h、 並びに、 モニタ PD 10 Bのモニタ電流 I mについての各温度特性について、 具 体的に説明する。
図 4は、 一般的なレーザーダイオードの温度特性を示す説明図であって、 例え ば、 レーザーダイオードの雰囲気温度を一 40°C、 +25°C、 +85°Cにそれぞ れ変化させた場合の駆動電流に対する光出力パワーの関係を示したものである。 図 4に示すように、 所要の光出力パワーを得るためには、 雰囲気温度の上昇に 伴って駆動電流を増加させる必要がある。 各温度における駆動電流は、 レーザー ダイォ一ドの閾値電流 I t hと変調電流 I m o dの和、 若しくは、 レーザ一ダイ オードの消光不良や発光遅延等を考慮して補正を行った閾値電流 I b (=kX I t h ； k≤ 1. 0) と変調電流 I p (= Imo d+ (1一 k) X I t h) の和で 表すことができる。 雰囲気温度の変化に対する、 閾値電流 I t h (または l b) および変調電流 Imo d (または I p) の各変化量は、 例えば図 5の中段および 上段に示すようにそれぞれ異なる。 このため、 温度変化による光出力変動の補償 に用いる温度特性情報として、 光送信器 1の使用が想定される所要の温度範囲に 対応した、 閾値電流の温度特性デ一夕 I t h (T) および変調電流の温度特性デ 一夕 I mo d (T) が記憶部 12にそれぞれ格納される。
また、 モニタ PD 10 Βのモニタ電流 Imについても、 上述の図 12で説明し たようにモニタ P Dの光電変換効率が温度に応じて変化するため、 図 5の下段に 示すような温度特性が生じる。 そこで本発明では、 温度変化による光出力変動の 補償に用いる温度特性情報として、 所要の温度範囲に対応したモニタ電流の温度 特性データ I m (T) も記憶部 12に格納される。
温度特性情報として記憶部 12に格納される、 図 5に例示したような各温度特 性データ I mod (T)， I t h (T), Im (T) は、 次のようにして取得する ことが可能である。
例えば、 光送信器 1の使用温度範囲として— 40〜十 85°Cを想定した場合、 まず、 — 40 °C、 + 25 °C、 + 85 の 3点を測定温度に設定して、 閾値電流 I t h (— 40)， I t h (+25), I t h (+ 85) の測定を行う。 次に、 各温 度について、 測定した閾値電流 I t h (— 40)， I t h (+25)， I t h ( + 85) をレーザーダイオード 1 OAに流した状態で、 目標とする光出力パワーを 得るのに必要な変調電流 I mo d (— 40), Imod (+25), I mo d ( + 85) の測定を行う。 また、 各温度での変調電流 Imodの測定と同時に、 目標 の光出力パワーが得られた時におけるモニタ電流 I m (— 40)， Im (+25)， I m (+85) の測定も行う。
そして、 各温度で測定した各々の電流値を用いて、 次に示す各近似式 （1)， (2), (3) の各々の係数 a〜c， d〜f, x〜zをそれぞれ算出する。 ただし、 各近似式における次数 m， n, oは、 各々の特性曲線に応じて予め設定しておく ものとする。
I t h (T) =aTm+bT+c - (1)
Imod (T) =dTn+ e T+ f … (2)
Im (T) =xT。十 yT+z … (3)
そして、 算出した各係数を適用した各々の近似式 （1) 〜 （3) を用いて、 使 用温度範囲に対する閾値電流 I t h、 変調電流 I mo d、 モニタ電流 I mの各テ 一ブルを作成して、 温度特性情報として記憶部 12にそれぞれ格納する。 上記のように近似式 （1 ) 〜 （3 ) を利用して温度特性情報を作成するように すれば、 比較的少ない測定点 （ここでは各電流値に対して 3点） でも精度の高い 温度特性情報を取得できるため、 光送信器 1の調整に費やされる時間の短縮を図 ることが可能になり、 調整工数の削減による低コスト化を実現できるようになる。 なお、 上記温度特性データの測定時にモニタする温度は、 光送信器 1を実際に 使用するときに温度センサ 1 4でモニタされる温度と同じ位置にするのが望まし い。 あるいは、 デ一夕測定時と光送信器 1の使用時とで温度をモニタする位置が 異なる場合には、 それぞれの位置における温度差を予め測定しておき、 その温度 差分だけ図 5の特性曲線の横軸をシフトさせた近似式を用いて温度特性情報を取 得し、 記憶部 1 2に格納するようにしても構わない。
また、 上記温度特性情報の取得方法では、 各近似式の項数を増やし次数をあげ ることで、 高精のより高い温度特性情報を得ることが可能である。 ただし、 この 場合には、 測定する温度のポイントを増やす必要がある。
さらに、 上記の取得方法では、 各温度について各々の電流値を実測するように したが、 例えば、 光送信器 1に使用する L Dモジュール 1 0単体の温度特性デー 夕が入手可能であれば、 そのデータを用いて上記近似式の各係数を算出するよう にしてもよい。 このようにすることによって、 組み立てた後の光送信器 1として のデ一夕取得作業は、 ある 1つの温度 （例えば常温等） のみで実施可能となるた め、 光送信器 1の調整時間を大幅に短縮することが可能になる。
上記のようにして、 閾値電流、 変調電流およびモニタ電流の各温度特性デ一夕 I t h (T)， I m o d (T) , I m (T) が記憶部 1 2に格納された光送信器 1 では、 主信号部 1 1において、 光出力モニタ信号生成部 1 3からの光出力モニタ 信号および温度センサ 1 4からの温度モニタ信号に応じて記憶部 1 2内の温度特 性情報が読み取られ、 レーザーダイオード 1 O Aの光出力パワーが目標とする値 で一定となるように駆動電流の制御が行われる。 ここでは、 駆動電流の制御方式 として、 例えば、 光出力モニタ信号に応じて変調電流 I m o dがフィードバック 制御され、 温度モニタ信号に対応した記憶部 1 2の温度特性情報に応じて閾値電 流 I t hがフィードフォワード制御される方式を想定して、 光送信器 1の具体的 な動作を説明することにする。 図 6は、 上記の制御方式における光送信器 1の動 作を説明する概念図である。
図 6に示すように、 光送信器 1では、 まず、 温度センサ 1 4によってモニタさ れた光送信器 1上の所要の部位の温度が温度モニタ信号として主信号部 1 1の演 算処理回路 2 0に送られる。 演算処理回路 2 0では、 入力された温度モニタ信号 に対応する閾値電流 I t h、 変調電流 I m o dおよびモニタ電流 I mの各値が記 憶部 1 2の温度特性情報から読み出される。 そして、 読み出した閾値電流 I t h を初期値に設定する制御信号が、 演算処理回路 2 0から閾値電流制御回路 2 3に 送られ、 閾値電流制御回路 2 3によって制御された閾値電流 I t hがレーザ一ダ ィオード 1 O Aに供給される。
次に、 光出力モニタ信号生成部 1 3から出力される光出力モニタ信号が演算処 理回路 2 0に送られる。 演算処理回路 2 0では、 記憶部 1 2から読み出したモニ 夕電流 ί mの値を A P Cの基準値として、 光出力モニタ信号を用いた変調電流 I m o dのフィードバック制御が行われる。 具体的には、 モニタ電流 I mの基準値 に対する実測値の差が求められて、 その差分に応じて変調電流 I m o dを調整す る制御信号が演算処理回路 2 0から変調電流制御回路 2 2に送られ、 MO S F E T 2 2 Cを流れる変調電流 I m o dがフィードバック制御される。
このような制御方式においては、 温度モニタ信号に応じてモニタ電流 I mの目 標値が読み出されフィードバック制御 （A P C) の基準値に設定されるため、 従 来のようにフィ一ドバック制御用の基準値の初期調整を行う必要がなくなると^ に、 モニタ P D 1 0 Bの光電変換効率の温度変化による光出力パワーの変動をも 補償することが可能になる。 これにより、 光出力パワーを高い精度で制御できる 低コストの光送信器が実現可能になる。
なお、 上記の制御方式では、 閾値電流 I t hをフィードフォワード制御し、 変 調電流 I m o dをフィードバック制御する場合を考えたが、 本発明による駆動電 流の制御方式はこれに限られるものではなく、 閾値電流 I t hをフィードバック 制御し、 変調電流 I m o dをフィードフォワード制御する方式や、 閾値電流 I t hおよび変調電流 I m o dの双方をフィードバック制御する方式を採用すること も可能である。
閾値電流 I t hをフィードパック制御し、 変調電流 I m o dをフィードフォヮ ード制御する場合、 具体的には図 7の概念図に示すように、 温度センサ 14から の温度モニタ信号に対応して記憶部 12から読み出した変調電流 I mo dの値を 直接用いてレーザ一ダイォード 10 Aに供給する変調電流 I mo dが設定される と共に、 温度モニタ信号に対応して記憶部 12から読み出したモニタ電流 Imの 値を APCの基準値として、 光出力モニタ信号を用いた閾値電流 I t hのフィ一 ドバック制御が行われる。
また、 閾値電流 I t hおよび変調電流 I mo dの双方をフィードバック制御す る場合、 具体的には図 8の概念図に示すように、 温度センサ 14からの温度モニ 夕信号に対応して記憶部 12から読み出したモニタ電流 I mの値を APCの基準 値とし、 さらに、 閾値電流 I t hに対する変調電流 I mo dの比 （Imod/I t h) が温度モニタ信号に対応した温度特性情報に一致するように、 閾値電流 I t hおよび変調電流 I mo dのフィードバック制御が行われる。 なお、 Imod /I t hについての温度特性情報は、 図 8の例では、 閾値電流 I t hおよび変調 電流 I mo dの各温度特性データを用いて予め算出して記憶部 12に格納してお くようにしたが、 温度モニタ信号に対応した閾値電流 I t hおよび変調電流 Im odの各値を記憶部 12からそれぞれ読み出して、 ImodZl t hの値を主信 号部 1 1の演算処理回路 20で随時演算するようにしてもよい。 このように Im od/I t hの値を随時演算するようにすれば、 記憶部 12の容量を削減できる ため、 回路規模の削減および低コスト化を図ることが可能である。
上記のように本発明による駆動電流の制御方式は、 温度モニタ信号に対応して 記憶部 12から読み出したモニタ電流 Imの値を A PCの基準値として、 閾値電 流 I t hおよび変調電流 Imodの少なくとも一方をフィードバック制御するも のであり、 そのような制御は上述の図 1および図 2に示したような比較的簡単な 回路構成で実現可能である。
なお、 本発明による光送信器 1の構成によれば、 閾値電流 I t hおよび変調電 流 I mo dをフィードフォヮ一ド制御する方式にも対応可能ではあるが、 この場 合には、 モニタ PD 10 Bでのモニタ結果を用いた制御が行われなくなるため、 レーザーダイオード 1 OAの経時劣化等による光出力変動を補償することが難し くなる。 次に、 本発明にかかる光送信器のより具体的な実施形態について説明する。 図 9は、 本発明にかかる光送信器の具体的な構成例を示す回路図である。 ただ し、 上述の図 1〜図 3に示した構成と同様の部分には同じ符号が付してある。 図 9において、 本光送信器 1 ' は、 一般的なマイクロコンピュー夕 50を有し、 該マイクロコンピュータ 50は、 例えば、 バス 51に結合された CPU 52、 R AM53、 メモリ 54および夕イマ一 55を有すると共に、 光出力モニタ信号生 成部 13および温度センサ 14とのインタ一フェースとなるアナログ Zディジ夕 ル変換回路 56と、 変調電流制御回路 22および閾値電流制御回路 23とのイン 夕一フェースとなるディジタル Zアナログ変換回路 57と、 その他のインターフ エースとして 1/058， 59とを有する。
RAM53は、 CPU52の作業領域またはデータの一時記憶領域として使用 される。 メモリ 54は、 上述した記憶部 12に対応するものであって、 予め測定 等により取得した温度特性情報を格納するための領域である。 I ZO 58は、 メ モリ 54へのデータの書き込みおよび読み出し、 並びに、 各種ラッチ回路 （LA T) に対する情報の書き込みおよび読み出しなどの制御を、 外部のパソコン等を 用いて行う際のィ'ン夕一フェース信号を処理する回路であって、 インタ一フエ一 スには一般的なシリアル伝送を用いている。 また、 I ZO 59は、 ディジタル入 出力信号のインタ一フェースであり、 例えば、 本光送信器 1 ' の光出力を強制的 に遮断するための外部からのシャツトダウン制御信号 XSDの入力や、 CPU5 2が演算し出力する駆動電流の異常増加を知らせる警報信号 LC Aや、 光出力パ ヮ一の異常な劣化を知らせる警報信号 SO Aなどを出力する。
アナログ /ディジタル変換回路 56は、 ここでは、 A/Dコンバータ 14A, 33 Aおよびラッチ回路 14B, 33 Bから構成される。 AZDコンバータ 14 Aは、 温度センサ 14からの温度モニタ信号をディジタル信号に変換してラッチ 回路 14 Bに出力する。 ラッチ回路 14 Bは、 八/0コンバータ14 からの出 力信号をラッチしパス 51に出力する。 また、 A/Dコンバータ 33 Aは、 光出 力モニタ信号生成部 13からの出力信号をディジタル信号に変換してラッチ回路 33 Bに出力する。 ラッチ回路 33 Bは、 A/Dコンバータ 33 Aからの出力信 号をラッチしバス 51に出力する。 ディジタル/アナログ変換回路 57は、 ここでは、 ラッチ回路 22D， 23D および DZAコンパ一夕 22 A， 23Aから構成される。 ラッチ回路 22Dは、 バス 51から出力される変調電流 I mo dについての制御信号をラッチし、 D/ Aコンバータ 22 Aに出力する。 D/Aコンバータ 22 Aは、 ラッチ回路 22D の出力信号をアナログ信号に変換して、 ダイォ一ド接続された MO SFET22 Bに出力する。 また、 ラッチ回路 23Dは、 パス 51から出力される閾値電流 I t hについての制御信号をラッチし、 D/Aコンバータ 23 Aに出力する。 DZ Aコンバータ 23 Aは、 ラッチ回路 23Dの出力信号をアナログ信号に変換して、 ダイオード接続された M〇S FET 23 Bに出力する。
また、 本光送信器 1 ' のマイクロコンピュータ 50には、 駆動状態を外部に出 力するために、 ラッチ回路 60， 62および D/Aコンパ一夕 61， 63が設け られている。 ラッチ回路 60は、 ラッチ回路 22D， 23Dに格納されている、 CPU 52が制御する変調電流 I mo dおよび閾値電流 I t hの和と、 メモリ 5 4に格納されている変調電流 I mo dおよび閾値電流 I t hの初期値の和との比 をラッチして D/Aコンバータ 61に出力する。 D/Aコンバータ 61は、 ラッ チ回路 60の出力信号をアナログ信号に変換し、 駆動電流の制御状態を示すモニ 夕信号 L CMとして外部に出力する。 また、 例えば図 10に示すように、 ラッチ 回路 60の出力信号レベルと、 駆動電流の異常 （劣化） を判断するために予め設 定した警報発出レベルとを演算回路 64で比較して、 駆動電流の異常発生時に警 報 LC Aを発出する機能を本光送信器 1 ' に設けるようにしてもよい。
ラッチ回路 62は、 ラッチ回路 33 Bに格納されている光出力のモニタ電流 I mに相当する信号と、 メモリ 54に格納されているモニタ電流 I mの初期値との 比をラッチして D/Aコンバータ 63に出力する。 DZAコンバータ 63は、 ラ ツチ回路 62の出力信号をアナログ信号に変換し、 光出力パワーの制御状態を示 すモニタ信号 SOMとして外部に出力する。 また、 例えば図 11に示すように、 ラッチ回路 62の出力信号レベルと、 光出力パワーの異常 （劣化） を判断するた めに予め設定した警報発出レベルとを演算回路 65で比較して、 光出力パワーの 異常発生時に警報 SO Aを発出する機能を本光送信器 1 ' に設けるようにしても よい。 上記のような構成の光送信器 1 ' では、 上述した光送信器 1の場合と同様の作 用効果が得られると共に、 ラッチ回路 6 0， 6 2および D ZAコンバータ 6 1， 6 3を介して出力されるモニタ信号 L CM， S OMにより、 各ラッチ回路 2 2 D， 2 3 D , 3 3 Bの状態を光送信器 1 ' の外部からモニタすることが可能であり、 さらには、 駆動電流や光出力パワーの異常 （劣化） 発生を外部に警報することも 可能である。 このように、 駆動電流や光出力パワーの制御状態をモニタし、 異常 発生時に警報を発出するような回路は、 従来の回路構成でも、 レーザーダイォー ドに供給される閾値電流 I 1; 11ゃ変調電流1 1110 (1、 モニタ P Dから出力される モニタ電流 I mをモニタするためのアナログ回路を別途設けることで実現可能で はある。 しかし、 上記のようなアナログ回路は、 カレントミラーや抵抗の絶対値 偏差、 比較器のオフセットなどといった回路部品のばらつきによる誤差が大きい ので、 そのような誤差を補正するための初期調整を光送信器ごとに行う必要であ り、 調整工数の増大を招くことになると共に、 抵抗や比較器などといった回路部 品が必要となるため、 回路規模が大きくなるという欠点もある。 一方、 本発明に よる駆動電流や光出力パヮ一のモニタおよび警報の発出は、 フィードバック制御 されている駆動電流の情報やモニタ P Dが出力するモニタ電流 I mの情報と、 メ モリ 5 4に格納されている温度特性情報とを比較し、 その比較結果をモニタ信号 として出力し、 さらに、 上記の比較結果と警報発出レベルを比較した結果を異常 発生時の警報として発出するものである。 したがって、 モニタ信号の出力および 警報の発出がマイクロコンピュー夕 5 0で処理される各種情報の比較演算だけで 実現されるため、 上記のような従来の回路における不都合を回避することが可能 である。
なお、 光出力パワーのモニタ出力および警報発出のために行うモニタ電流 I m の比較処理は、 駆動電流の制御方式によらずに実行可能であるため、 駆動電流の フィードフォヮ一ド制御およびフィードバック制御のどちらに対しても有効であ る。
また、 上述した実施の形態では、 半導体発光素子としてレーザーダイオードを 使用する場合を示したが、 本発明はこれに限らず、 発光ダイオード （L E D) を 利用した光送信器に対しても同様にして適用することが可能である。 この場合に は、 レーザーダイオードにおける閾値電流以下の領域で L E Dを駆動して変調を 行うことになる。 産業上の利用可能性
本発明は、 半導体発光素子の駆動電流および光出力検出部に関する各温度特性 データを温度特性情報として記憶部に格納し、 それらの温度特性情報を用いて駆 動電流を制御するようにしたことで、 半導体発光素子の光出力パワーを高い精度 で制御できる低コストの光送信器を提供することが可能になる。 このような本発 明による半導体発光素子の制御技術は、 例えば光通信分野などに用いられる各種 の光送信器に適用することができ、 産業上の利用可能性が大である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 半導体発光素子と、 該半導体発光素子に駆動電流を供給する駆動回路と、 前記半導体発光素子の光出力パワーを検出する光出力検出部と、 該光出力検出部 の検出結果に基づいて前記駆動回路の動作を制御する制御部とを備えた光送信器 において、
前記半導体発光素子に供給される駆動電流に関する温度特性デ一夕および前記 光出力検出部に関する温度特性デ一夕を含んだ温度特性情報を記憶する記憶部と、 温度を検出する温度検出部と、 を有し、
前記制御部が、 前記温度検出部で検出された温度に応じて前記記憶部から読み 出した温度特性情報および前記光出力検出部の検出結果に基づいて、 前記駆動回 路の動作を制御することを特徴とする光送信器。
2 . 請求項 1に記載の光送信器であつて、
前記半導体発光素子が、 レーザーダイオードであり、
前記記憶部が、 前記レーザーダイォードに供給される閾値電流に相当する温度 特性データと、 前記レーザーダイオードに供給される変調電流に相当する温度特 性データと、 前記光出力検出部に用いられる受光素子から出力されるモニタ電流 の温度特性データと、 を前記温度特性情報として記憶することを特徴とする光送 信器。
3 . 請求項 2に記載の光送信器であつて、
前記制御部は、 前記温度検出部で検出された温度に応じて前記記憶部から読み 出したモニタ電流の温度特性データと、 前記光出力検出部で検出された光出力パ ヮ一に対応するモニタ電流値とが一致するように、 前記駆動回路から前記レーザ —ダイォードに供給される閾値電流および変調電流の少なくとも一方をフィード バック制御することを特徴とする光送信器。
4 . 請求項 3に記載の光送信器であって、
前記制御部は、 前記駆動回路から前記レーザ一ダイォ一ドに供給される閾値電 流および変調電流の双方をフィードバック制御するとき、 前記温度検出部で検出 された温度に応じて前記記憶部から読み出した温度特性情報を用いて閾値電流と 変調電流の比を算出し、 該閾値電流と変調電流の比の値が各温度において最適に なるように前記駆動回路の動作を制御することを特徴とする光送信器。
5 . 請求項 4に記載の光送信器であって、
前記記憶部が、 閾値電流と変調電流の比に関する温度特性デ一夕を前記温度特 性情報として記憶していることを特徴とする光送信器。
6 . 請求項 2に記載の光送信器であって、
前記制御部は、 前記温度検出部で検出された温度に応じて前記記憶部から読み 出した温度特性情報のみに基づいて、 前記駆動回路から前記レーザーダイオード に供給される閾値電流および変調電流の一方をフィードフォワード制御すること を特徴とする光送信器。
7 . 請求項 1に記載の光送信器であって、
前記半導体発光素子が、 発光ダイォードであることを特徴とする光送信器。
8 . 請求項 1に記載の光送信器であって、
前記記憶部に記憶される温度特性情報は、 使用温度範囲について、 少なくとも 3点の温度で測定したデータを基に定めた近似式を利用して取得することを特徴 とする光送信器。
9 . 請求項 1に記載の光送信器であって、
前記記憶部に記憶された駆動電流に関する温度特性デ一夕のうちの前記温度検 出部で検出された温度に対応するデータと、 前記駆動回路で発生する駆動電流と を比較することによって、 前記半導体発光素子に供給される駆動電流の増加また は減少を検出可能な駆動電流モニタ回路を備えたことを特徴とする光送信器。
1 0 . 請求項 1に記載の光送信器であって、
前記記憶部に記憶された前記光出力検出部に関する温度特性データのうちの前 記温度検出部で検出された温度に対応するデータと、 前記光出力検出部で検出さ れた光出力パワーに関する情報とを比較することによって、 前記半導体発光素子 の光出力パワーの変動を検出可能な光出力モニタ回路を備えたことを特徴とする 光送 器。
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