JP2005302865A

JP2005302865A - 光送信モジュール

Info

Publication number: JP2005302865A
Application number: JP2004114039A
Authority: JP
Inventors: Atsunobu Ota; 篤伸太田; Noriyuki Chiba; 敬之千葉
Original assignee: NTT Electronics Corp
Current assignee: NTT Electronics Corp
Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2004-04-08
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】発光素子の温度上昇を抑制して発光素子の発光能力の低下を防ぎ、製造コストを削減し、インピーダンス整合を取ることができる光送信モジュールを得る。
【解決手段】発光素子２と、発光素子２を駆動するための駆動回路３と、発光素子２と駆動回路３を接続する伝送線路５，７と、終端インピーダンス整合をとるために伝送線路７に接続された終端抵抗１１とを有する。そして、終端抵抗１１は、発光素子２から隔離して設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、１０Ｇｂ／ｓ程度の超高速の光通信に用いられる光送信モジュールに関し、特に、発光素子の温度上昇を抑制して発光素子の発光能力の低下を防ぎ、製造コストを削減し、インピーダンス整合を取ることができる光送信モジュールに関するものである。

通信分野において光信号伝送が用いられている。光信号伝送は、種々の信号処理装置から出力される電気信号を送信側で光信号に変換し、光ファイバによって伝搬させ、受信側でその光信号を再び電気信号に戻し、次段の信号処理装置の入力とするものである。

送信側において、電気信号を光信号に変換する際に、光送信モジュールが用いられる（例えば、特許文献１参照）。そして、光送信モジュールには、発光素子を駆動回路により駆動する直接変調方式が一般的に用いられる。

従来の単相駆動の光送信モジュールを図３に示す。この光送信モジュールは、ステンレスのキャン３１内に設けられた発光素子３２と、発光素子３２を駆動するための駆動回路３３と、発光素子３２と駆動回路３３の正相出力端子３４を接続する伝送線路３５を有する。

また、キャン３１内において、発光素子３２にバイアス電流を供給するために、高電位電源Ｖ_ＣＣと接地電位との間に、終端抵抗３６、発光素子３２、チョークコイル３７が直列に設けられている。

ここで、終端抵抗３６は終端インピーダンス整合をとるために設けられたものである。例えば、伝送線路の特性インピーダンスが５０Ω、発光素子２の微分抵抗が５Ωである場合、終端抵抗を４５Ωに設定すれば、インピーダンス整合を取ることができる。

次に、従来の差動駆動の光送信モジュールを図４に示す。この光送信モジュールは、ステンレスのキャン３１内に設けられた発光素子３２と、発光素子３２を駆動するための駆動回路３３と、駆動回路３３の正相出力端子３４と発光素子３２のアノードを接続する伝送線路３５及びコンデンサ３８及び終端抵抗３９と、駆動回路３３の逆相出力端子４０と発光素子３２のカソードを接続する伝送線路４１及びコンデンサ４２及び終端抵抗４３を有する。

また、発光素子３２にバイアス電流を供給するために、コンデンサ３８と終端抵抗３９の接続点と高電位電源Ｖ_ＣＣを接続するチョークコイル４４と、コンデンサ４２と終端抵抗４３の接続点と接地電位を接続するチョークコイル４５及び定電流回路４６が設けられている。そして、キャン３１内には、終端インピーダンス整合をとるための終端抵抗３９，４３が設けられている。

特開２００２−０１６２６８

上記のように従来の光送信モジュールでは、キャン内に発光素子と共に終端抵抗が設けられていた。このため、終端抵抗の発熱により発光素子が高温になり、その発光能力が低下するという問題があった。これにより、光送信モジュールから送信されるデジタル変調信号が理想的な方形波から大きく崩れてしまう。

また、チョークコイルは形状が大きいため光送信モジュールへの実装が難しく、またチョークコイル自体も高価であることから、チョークコイルを用いる従来の光送信モジュールでは製造コストが高くなるという問題もあった。さらに、チョークコイルを用いることによるインピーダンス不整合の問題もあった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、発光素子の温度上昇を抑制して発光素子の発光能力の低下を防ぎ、製造コストを削減し、インピーダンス整合を取ることができる光送信モジュールを得るものである。

本発明に係る光送信モジュールは、発光素子と、発光素子を駆動するための駆動回路と、発光素子と駆動回路を接続する伝送線路と、終端インピーダンス整合をとるために伝送線路に接続された終端抵抗とを有する。そして、終端抵抗は、発光素子から隔離して設けられている。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

本発明により、発光素子の温度上昇を抑制して発光素子の発光能力の低下を防ぎ、製造コストを削減し、インピーダンス整合を取ることができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る単相駆動の光送信モジュールを示す回路図である。この光送信モジュールは、ステンレスのキャン１内に設けられた半導体レーザである発光素子２と、発光素子２を駆動するための駆動回路３と、発光素子２のアノードと駆動回路３の正相出力端子４を接続する伝送線路５と、発光素子２のカソードと駆動回路３の引込端子６を接続する伝送線路７とを有する。

また、駆動回路３は、伝送線路５を介して発光素子２に変調電流を供給する変調電流供給回路８と、伝送線路５を介して発光素子２にバイアス電流を供給するバイアス電流供給回路９と、伝送線路７を介して発光素子２からバイアス電流を引き込むバイアス電流引込回路１０と、終端インピーダンス整合をとるために伝送線路７に接続された終端抵抗１１とを有する。

そして、変調電流供給回路８は、抵抗１２，１３，１４と、トランジスタ１５，１６と、これらのトランジスタ１５，１６をオンとしたときに流れる電流値を定める定電流回路１７とを有する。具体的には、高電位電源Ｖ_ＣＣと低電位電源（本例では、接地電位）との間に、抵抗１２、トランジスタ１５、定電流回路１７が、この順に直列接続されている。また、高電位電源Ｖ_ＣＣと接地電位の間に、抵抗１３，１４、トランジスタ１６、定電流回路１７が、この順に直列接続されている。そして、抵抗１４とトランジスタ１６の接続点が、伝送線路５に接続されている。

また、バイアス電流供給回路９は、抵抗１３，１４と、トランジスタ１８とを有する定電流回路である。このトランジスタ１８は、高電位電源Ｖ_ＣＣと第２の伝送線路７の間に設けられ、抵抗１３と抵抗１４の接続点にゲートが接続されている。

そして、バイアス電流引込回路１０は、抵抗１９，２０と、トランジスタ２１とを有する定電流回路である。このトランジスタ２１は、第２の伝送線路７と接地電位の間に設けられ、抵抗１９と抵抗２０の接続点にゲートが接続されている。

また、終端抵抗１１は、駆動回路３内において、バイアス電流引込回路１０と並列に設けられている。そして、終端抵抗１１は、ＡＣ結合端子２２を介して、直流電流をカットするための外部コンデンサ２３に接続されている。

次に、上記の構成を有する光送信モジュールの動作について説明する。バイアス電流供給回路９及びバイアス電流引込回路１０により、発光素子２へ一定のバイアス電流を常に供給する。このバイアス電流は、発光素子２の変調電流の中心値に定められている。そして、変調電流供給回路８により発光素子２へ供給する変調電流の大きさによって、発光素子２を発光させるかどうかを切り替える。

ここで、バイアス電流は、バイアス電流供給回路９により供給され、駆動回路３の正相出力端子４から出力され、発光素子２へ供給された後、駆動回路３の引込端子６へ入力され、バイアス電流引込回路１０へ引き込まれる。一方、変調電流は、変調電流供給回路８により供給され、駆動回路３の正相出力端子４から出力され、発光素子２へ供給された後、引込端子６へ入力され、終端抵抗１１を介して外部コンデンサ２３へ流れる。

発光素子２を非発光状態とするには、変調電流供給回路８のトランジスタ１５，１６のゲートに互いに相補な駆動制御信号を供給して、トランジスタ１５をオフ、トランジスタ１６をオンとし、発光素子２への変調電流の供給を減少させる。これにより、発光素子２は発光しない。

一方、発光素子２を発光状態とするには、トランジスタ１５をオン、トランジスタ１６をオフとし、発光素子２への変調電流の供給を増加させる。これにより、発光素子２は発光する。

以上説明したように、実施の形態１に係る光送信モジュールでは、駆動回路３内にバイアス電流引込回路１０と終端抵抗１１を並列に設けることにより、終端抵抗１１を発光素子２から隔離して設けることができる。このため、キャン１内を発光素子２だけにすることができ、発光素子２近辺の発熱は発光素子２自身の発熱だけとなる。これにより、発光素子２の温度上昇を抑制して、発光素子２の発光能力の低下を防ぐことができる。従って、光送信モジュールの動作温度範囲を従来と比較して広くすることができる。

例えば、バイアス電流を１００ｍＡ程度とすると、従来の光送信モジュールでは、キャン内において、終端抵抗で０．５Ｗ程度の電力が消費され、発光素子のビルトイン電圧が１．５Ｖ程度であるため、合計２Ｗ程度の電力が消費され発熱していた。これに対し、本発明の光送信モジュールでは、キャン内に発光素子のみ存在するため、キャン内において１．５Ｗ程度の電力が消費され発熱するだけである。即ち、発熱量を従来に比べて１／４程度削減することができる。

また、バイアス電流引込回路１０により、発光素子２に一定のバイアス電流を与える構成としたため、従来の光送信モジュールに設けられていたチョークコイルが不要となり、製造コストを削減することができる。さらに、チョークコイルによるインピーダンス不整合の問題も解消される。

また、駆動回路３内にバイアス電流供給回路９を設けることにより、発光素子に十分なバイアス電流を供給して駆動能力を確保することができる。

そして、駆動回路３内に送端抵抗を設けることで、送端インピーダンス整合をとることができる。また、この送端抵抗をバイアス電流供給回路９に含まれる抵抗１３，１４と共用することで、部品点数の増加を防ぐことができ、製造コストを削減することができる。

なお、トランジスタ１５，１６，１８，２１として、電界効果トランジスタ又はバイポーラトランジスタの何れを用いても良い。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る差動駆動の光送信モジュールを示す回路図である。図１と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。

この光送信モジュールは、ステンレスのキャン１内に設けられた発光素子２と、発光素子２を駆動するための駆動回路３と、発光素子２のアノードと駆動回路３の正相出力端子４を接続する伝送線路５と、発光素子２のカソードと駆動回路３の逆相出力端子２４を接続する伝送線路２５、コンデンサ２６ａ及び終端抵抗２７ａ，２７ｂと、終端抵抗２７ｂと発光素子２の接続点と駆動回路３の引込端子６を接続するチョークコイル２８と、終端抵抗２７ａと終端抵抗２７ｂの接続点と接地点を接続するコンデンサ２６ｂとを有する。

そして、駆動回路３内において、変調電流供給回路８の抵抗１２とトランジスタ１５の接続点が、逆相出力端子２４を介して伝送線路５に接続されている。

また、伝送線路５と伝送線路２５からなる差動伝送線路は特性インピーダンスＺ_０［Ω］を有し、終端抵抗２７ａ，２７ｂの終端抵抗値は２×Ｚ_０［Ω］に設定されている。そして、正相側の伝送線路５と逆相側の伝送線路２５について終端抵抗２７ａまでの電気長を等しくし、容量結合用のコンデンサ２６ａを設けることで、差動インピーダンス２×Ｚ_０［Ω］となる差動伝送線路が構築されている。また、終端抵抗２７ａと終端抵抗２７ｂの接続点は、交流信号に対する基準点として働く。

次に、上記の構成を有する光送信モジュールの動作について説明する。バイアス電流供給回路９及びバイアス電流引込回路１０により、発光素子２へ一定のバイアス電流を常に供給する。そして、変調電流供給回路８により、発光素子２へ変調電流を供給する向きを切り替えることで、発光素子の発光状態を切り替える。

ここで、バイアス電流は、バイアス電流供給回路９により供給され、駆動回路３の正相出力端子４から出力され、発光素子２へ供給された後、チョークコイル２８を介して駆動回路３の引込端子６へ入力され、バイアス電流引込回路１０へ引き込まれる。

一方、変調電流については、変調電流供給回路８→正相出力端子４→発光素子２→終端抵抗２７ａと終端抵抗２７ｂの接続点（基準点）→コンデンサ２６ｂ→接地点という方向に電流が流れる。そして、トランジスタ１５，１６をオン・オフすることで、発光素子２への変調電流の供給の増減を行う。

以上説明したように、実施の形態２に係る光送信モジュールでは、駆動回路３内にバイアス電流引込回路１０を設けることにより、チョークコイルを１つにすることができる。このため、従来と比較して部品点数を少なくすることができ、製造コストを削減することができる。

本発明の実施の形態１に係る単相駆動の光送信モジュールを示す回路図である。本発明の実施の形態２に係る差動駆動の光送信モジュールを示す回路図である。従来の単相駆動の光送信モジュールを示す回路図である。従来の差動駆動の光送信モジュールを示す回路図である。

符号の説明

２発光素子（レーザ）
３駆動回路
５，７，２５伝送線路
８変調電流供給回路
９バイアス電流供給回路
１０バイアス電流引込回路
１１，２７終端抵抗
１３，１４抵抗（送端抵抗）

Claims

発光素子と、
前記発光素子を駆動するための駆動回路と、
前記発光素子と前記駆動回路を接続する伝送線路と、
終端インピーダンス整合をとるために前記伝送線路に接続された終端抵抗とを有し、
前記終端抵抗は、前記発光素子から隔離して設けられていることを特徴とする光送信モジュール。
発光素子と、
前記発光素子を駆動するための駆動回路と、
前記発光素子のアノードと前記駆動回路を接続する第１の伝送線路と、
前記発光素子のカソードと前記駆動回路を接続する第２の伝送線路とを有し、
前記駆動回路は、前記第１の伝送線路を介して前記発光素子に変調電流を供給する変調電流供給回路と、前記第２の伝送線路を介して前記発光素子からバイアス電流を引き込むバイアス電流引込回路と、終端インピーダンス整合をとるために前記第２の伝送線路に接続され、前記バイアス電流引込回路と並列に設けられた終端抵抗とを有していることを特徴とする光送信モジュール。
前記駆動回路は、前記第１の伝送線路を介して前記発光素子にバイアス電流を供給するバイアス電流供給回路を有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。
前記駆動回路は、送端インピーダンス整合をとるために前記第１の伝送線路に接続された送端抵抗を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の光送信モジュール。
前記送端抵抗は、前記バイアス電流供給回路に含まれる抵抗と共用していることを特徴とする請求項４に記載の光送信モジュール。