JP2007201043A - Optical transmitter and optical transceiver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光送信器および光送受信器に係り、特に長寿命な動作を要求される光送信器および光送受信器に関する。 The present invention relates to an optical transmitter and an optical transmitter / receiver, and more particularly to an optical transmitter and an optical transmitter / receiver that require a long-life operation.
特許文献1には、入力電圧信号を受けて波形整形する差動増幅器、この差動増幅器の出力信号を受けて発光素子を駆動する為の変調電流を発生する差動型電流スイッチ、この差動型電流スイッチの電流振幅を変える可変電流源で構成された変調駆動回路と、この発光素子の直流バイアス電流を供給する平均出力光制御・駆動回路で構成され、このうち可変電流源はレーザダイオードの光出力電力の設定や発光効率特性に応じて調整される光送信器が記載されている。 Patent Document 1 discloses a differential amplifier that receives an input voltage signal and shapes a waveform, a differential current switch that receives a signal output from the differential amplifier and generates a modulation current for driving a light emitting element, and the differential A modulation drive circuit composed of a variable current source that changes the current amplitude of the current switch, and an average output light control / drive circuit that supplies a DC bias current of the light emitting element. An optical transmitter that is adjusted according to the setting of light output power and light emission efficiency characteristics is described.
インターネットの普及等による伝送量の増大に伴い、光伝送装置の設置数も増え、それに伴い、その保守に要する費用、時間も増大している。光送受信器の寿命を延ばすことにより、光送受信器が搭載されている光伝送装置の保守費用、時間を低減することが可能となる。光送受信器に搭載されている全ての部品の中で最も経年による特性劣化が大きいものが発光素子である。発光素子の特性劣化によって、光送信器が満足する特性が提供できなくなった時点が光送信器としての寿命となる。発光素子の特性劣化で顕著なものは、スロープ効率の減少と閾値電流の増加である。 As the amount of transmission increases due to the spread of the Internet and the like, the number of installed optical transmission devices also increases, and accordingly, the cost and time required for the maintenance also increase. By extending the lifetime of the optical transceiver, it is possible to reduce the maintenance cost and time of the optical transmission apparatus in which the optical transceiver is mounted. Among all the components mounted on the optical transceiver, the light emitting element has the greatest deterioration in characteristics due to aging. The point in time when the optical transmitter can no longer provide satisfactory characteristics due to the deterioration of the characteristics of the light emitting element is the lifetime of the optical transmitter. What is remarkable in the characteristic deterioration of the light emitting element is a decrease in slope efficiency and an increase in threshold current.
本発明によって、長時間安定した送信特性の得られる光送信器および光送受信器を提供する。 According to the present invention, an optical transmitter and an optical transmitter / receiver which can obtain transmission characteristics stable for a long time are provided.
送信電気信号を変調信号に変換して発光素子を駆動する変調駆動部と、前記発光素子と、前記発光素子の出力をモニタして出力パワー一定制御する出力制御部とからなり、前記制御部は発光素子のスロープ効率を測定する光送信器により、達成できる。 A modulation driving unit that converts a transmission electric signal into a modulation signal to drive a light emitting element, the light emitting element, and an output control unit that monitors the output of the light emitting element and controls output power constant, and the control unit includes: This can be achieved by an optical transmitter that measures the slope efficiency of the light emitting element.
また、送信電気信号を送信光信号に変換する光送信部と、受信光信号を受信電気信号に変換する光受信部で構成し、光送信部の光出力の一部を、光受信部の光入力に戻す光路を有する光送受信器により、達成できる。 Further, the optical transmission unit configured to convert the transmission electrical signal into a transmission optical signal and the optical reception unit configured to convert the reception optical signal into a reception electrical signal, a part of the optical output of the optical transmission unit is used as the light of the optical reception unit. This can be achieved with an optical transceiver having an optical path back to the input.
本発明に拠れば、長時間安定した送信特性を有する光送信器または光送受信器を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an optical transmitter or an optical transmitter / receiver having stable transmission characteristics for a long time.
以下本発明の実施の形態について、実施例を用いて図面を参照して説明する。なお、同一部位には同じ参照番号を振り説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings using examples. Note that the same reference numerals are assigned to the same parts and the description will not be repeated.
実施例1を図1ないし図3を用いて説明する。ここで、図1は、光送信器のブロック図である。図2(a)はスロープ効率の稼動時間依存性を説明する図である。また、図2(b)は閾値電流の稼動時間依存性を説明する図である。図3(a)は初回の自動補正モードを説明する図である。図3(b)は第2回の自動補正モードを説明する図である。 A first embodiment will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 1 is a block diagram of an optical transmitter. FIG. 2A is a diagram for explaining the dependence of slope efficiency on the operating time. FIG. 2B is a diagram for explaining the operating time dependency of the threshold current. FIG. 3A illustrates the first automatic correction mode. FIG. 3B is a diagram for explaining the second automatic correction mode.
図1において、光送信器500は、送信電気信号に基づいて発光素子211を駆動する変調駆動回路212と、発光素子211の近傍に置かれたサーミスタを含む発光素子温度モニタ回路216と、発光素子211の後方出力光をモニタするモニタ光受光素子214と、モニタ項受光素子214からの信号を受信し発光素子211の出力を制御する平均光出力制御・駆動回路215と、演算器417と、演算器417と接続された記憶媒体(メモリ)420と、変調駆動回路212の駆動電流を制御する変調駆動電流制御回路213とにより構成される。
In FIG. 1, an
ここで、発光素子211は光送信器に搭載前に、初期特性として光送信器の動作保証温度内の複数の温度で、スロープ効率と閾値電流特性を測定しておく。発光素子211の特性は温度に依存するので、多数の温度条件にて測定する必要がある。それぞれの温度でのスロープ効率と閾値電流のデータを記憶媒体420に記録する。ここで温度条件の数は、発光素子の温度変動による特性変動が小さいもののは少なくても構わない。しかし、温度変動による特性変動が大きいものは多くする必要がある。ここで温度条件数を多くすることにより、補正の精度が向上する。
Here, before mounting the
記憶媒体420には、加えて図2に示す特性劣化曲線を記録する。図2から明らかなようにスロープ効率ηは、稼働時間と共に低下する。一方、閾値電流Ithは、稼働時間と共に増加する。記憶媒体420に記録する劣化特性は、多数の発光素子を測定し、ばらつきを考慮した最悪条件である。記憶媒体420には、さらにスロープ効率の限界値ηlifeと閾値電流の限界値Ithlifeを記録する。
In addition, the characteristic deterioration curve shown in FIG. 2 is recorded in the
光送信器500には、通常モードと自己補正モードとがある。光送信器500が、自己補正モードで動作するのは、外部から演算器417に入力されるモード切替信号を自己補正モードに切替えるかあるいは、前もって決定された条件で演算器内部信号で自己補正モードに切替わった時である。光送信器500の稼動後、初めての自己補正モードでの動作について説明する。
The
自己補正モードに切替わると、まず変調駆動回路212が動作しないように変調駆動電流制御回路213が参照する制御信号bの値を決定する。その後平均出力制御・駆動回路215が参照する制御信号aを変動させ、発光素子のスロープ効率と閾値電流特性の測定を行う。
When the self-correction mode is switched, first, the value of the control signal b referred to by the modulation drive
具体的には、まずモニタ光受光素子214に入力される光が無くなる制御信号aを求める。その後、制御信号aを任意の刻みで変更し、その際のモニタ光受光素子214に入力される光パワー対平均光出力制御・駆動回路215で駆動された電流値を測定する。演算器417は測定した値からスロープ効率と閾値電流を算出する。それらの値と、発光素子温度モニタ回路216でモニタされた温度と、自己補正モードに切替わるまでの積算稼動時間を記憶媒体420に記録する。
Specifically, first, a control signal a that eliminates the light input to the monitor
算出されたスロープ効率と閾値電流と記憶媒体420に記録していた発光素子温度モニタ回路216でモニタされた温度時あるいは最も近い温度の初期特性とを比較し、その劣化分を演算器417で算出する。その算出値から通常モード時の制御信号bの値の補正を行う。次に、補正された制御信号bの値ので光送受信器が正常な特性を提供できるスロープ効率ηlimit1を求める。
The calculated slope efficiency, threshold current, and initial characteristics at the temperature or the closest temperature monitored by the light emitting element
記憶媒体420に記録されたスロープ効率の特性劣化曲線を現在のスロープ効率ηnow1に当てはめ、スロープ効率がηlimit1になる稼動積算時間Tηlimit1、スロープ効率がηlifeになる稼動積算時間Tηlifeを算出する。またTηlimit1の値から、次に自己補正モードをする稼動積算時間Tnext1を算出する。Tηlimit1、Tηlife、Tnext1等のデータを記憶媒体420に記録するとともに、そのデータを外部に出力し、通常モードに切替える。制御信号bは自己補正モード時に補正された値となり、発光素子の経年による特性劣化が補正され、送信光信号は稼動前と同等の特性を示す。
A slope efficiency characteristic deterioration curve recorded in the
積算稼動時間がTnext1になった際、再び、外部から入力されるモード切替信号によって、あるいは自動的に自己補正モードに切替わる。初回と同様な動作を繰り返すが、図3(b)に示すように発光素子の特性劣化曲線を測定したデータより補正し、発光素子の特性に合致させる。同様な動作を2回、3回…N回と繰り返す。 When the integrated operation time reaches Tnext1, the mode is again switched to the self-correction mode by a mode switching signal input from the outside or automatically. The same operation as the first time is repeated, but as shown in FIG. 3B, the characteristic deterioration curve of the light emitting element is corrected based on the measured data to match the characteristic of the light emitting element. The same operation is repeated twice, three times, N times.
なお、実施例1は、図1に示すモニタ光受光素子と平均光出力制御・駆動回路を用いて発光素子を自動パワーコントロール(APC:Automatic Power Control)しているので、閾値電流の特性劣化曲線は、利用していない。
本実施例に拠れば、長時間安定した送信特性を有する光送信器を得ることができる。
In Example 1, the monitor light receiving element and the average light output control / drive circuit shown in FIG. 1 are used to perform automatic power control (APC: Automatic Power Control) of the light emitting element. Is not used.
According to the present embodiment, an optical transmitter having stable transmission characteristics for a long time can be obtained.
実施例2を図3ないし図6を用いて説明する。ここで、図4は光送受信器の構成を示すブロック図である。図5は光送信部の構成を示すブロック図である。図6は発光素子の閾値電流の稼働限界推定を説明する図である。 A second embodiment will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the optical transceiver. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the optical transmitter. FIG. 6 is a diagram for explaining operation limit estimation of the threshold current of the light emitting element.
図4において、光送受信器101は、光送信部501と、光受信部600と、光送信部501の出力光を95対5の比で分岐する光カプラ401と、光カプラ401からの分岐比5の光を入力として、光カプラ402に出力する光スイッチ403と、受信光を入力され光カプラ402に出力する光スイッチ404と、光スイッチ403と光スイッチ404とからの光をカップリングする光カプラ402とで構成される。光送信部501は光スイッチ403と光スイッチ404とを制御する。また、光送信部501は送信電気信号、モード切替信号光受信部からの平均電流信号を受信する。光受信部600は受信電気信号を出力する。
In FIG. 4, an
光送受信器600には、通常モードと自己補正モードとがある。光送受信器600が、自己補正モードで動作するとき、光送信部501は、光スイッチ403をONし、光スイッチ404をOFFする。その結果、光受信部600は光送信部501の出力をモニタすることになる。これについて図5を参照して説明する。
The
図5において、実施例2は光送信部501内には受光素子がないため、光受信部600を使用する点と、光送信部501がAPC回路を使用していない点が実施例1と異なる。光受信部を使用するために、図4に示す光送信部501の光出力を光受信部600に折り返す光路を有する。自己補正モード時は、図5に示す光スイッチ403をON、光スイッチ404をOFFにし、光受信部600に光送信部501の出力が入力されるようにする。光受信部600に搭載された平均電流検出回路312より、受光素子311に入力される平均光パワー値の計測に使用する。その他動作は、実施例1とほぼ同じである。しかし、図4に示す光送信部501はAPC回路が搭載されていないため、制御信号aの補正も必要となる。制御信号bの補正と同様な方法で制御信号aの補正を行う。
In FIG. 5, the second embodiment is different from the first embodiment in that there is no light receiving element in the
具体的には、制御信号aの値のまま光送受信器が正常な特性を提供できるスロープ効率ηlimit1と補正可能な限界のスロープ効率ηlife、制御信号aの値のまま光送受信器が正常な特性を提供できる閾値電流Ith1と補正可能な限界の閾値電流Ithlifeを求める。図3(a)において、記憶媒体420に記録されたスロープ効率の特性劣化曲線を現在のスロープ効率ηnow1に当てはめ、スロープ効率がηlimit1になる稼動積算時間Tηlimit1、スロープ効率がηlifeになる稼動積算時間Tηlifeを算出する。
Specifically, the slope efficiency ηlimit1 that can provide the normal characteristic with the value of the control signal a, the slope efficiency ηlife of the limit that can be corrected, the normal characteristic of the optical transceiver with the value of the control signal a. The threshold current Ith1 that can be provided and the limit threshold current Ithlife that can be corrected are obtained. In FIG. 3A, the characteristic degradation curve of the slope efficiency recorded in the
図6(a)において、記憶媒体420に記録された閾値電流の特性劣化曲線を現在の閾値電流Ithnow1に当てはめ、閾値電流がIthlimit1になる稼動積算時間TIthlimit1、閾値電流がIthlifeになる稼動積算時間TIthlifeを算出する。またTηlimit1とTIthlimit1、参考に次に自己補正モードをする稼動積算時間Tnext1を算出する。Tデータは記憶媒体420に記録されるとともに外部に出力し、通常モードに切替わる。制御信号a、制御信号bは自己補正モード時に補正された値となり、発光素子の経年による劣化が補正され、送信光信号は稼動前と同等の特性を示す。
In FIG. 6A, the threshold current characteristic deterioration curve recorded in the
積算稼動時間がTnext1になった際、再び、外部から入力されるモード切替信号によって、あるいは光送受信器内部で自己補正モードに切替わる。初回と同様な動作を繰り返すが、図3(b)または図6(b)に示すように発光素子の特性劣化曲線を測定したデータより補正し、曲線の精度を向上させる。同様な動作を2回、3回…N回と繰り返す。
本実施例に拠れば、長時間安定した送信特性を有する光送受信器を得ることができる。
When the integrated operation time reaches Tnext1, the mode is again switched to the self-correction mode by a mode switching signal input from the outside or inside the optical transceiver. The same operation as the first time is repeated, but the characteristic deterioration curve of the light emitting element is corrected from the measured data as shown in FIG. 3B or 6B to improve the accuracy of the curve. The same operation is repeated 2 times, 3 times, and N times.
According to this embodiment, it is possible to obtain an optical transceiver having transmission characteristics that are stable for a long time.
101…光送受信器、211…発光素子、212…変調駆動回路、213…変調駆動制御電流回路、214…モニタ光受光素子、215、217…平均光出力制御・駆動回路、216…発光素子温度モニタ回路、217…演算器、300…光受信部、311…受光素子、312…平均電流検出回路、313…識別回路、401、402…光カプラ、403…スイッチ、404…スイッチ、417…演算器、420…記憶媒体、500…光送信器、501…光送信部、600…光受信部、701…光送受信器。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記発光素子のスロープ効率を測定する制御部を有することを特徴とする光送信器。 In an optical transmitter including a modulation driving unit that converts a transmission electric signal into a modulation signal to drive a light emitting element, the light emitting element, and an output control unit that monitors the output of the light emitting element and controls output power constant.
An optical transmitter comprising a control unit for measuring a slope efficiency of the light emitting element.
前記制御部は、前記スロープ効率の経年劣化を検出したとき、その劣化量から前記発光素子の制御値を補正することを特徴とする光送信器。 The optical transmitter according to claim 1, wherein
The controller, when detecting the aging deterioration of the slope efficiency, corrects the control value of the light emitting element from the deterioration amount.
前記制御部は、スロープ効率の経年劣化特性を記録された記憶媒体を有することを特徴とする光送信器。 The optical transmitter according to claim 2, wherein
The said control part has a storage medium with which the aged deterioration characteristic of slope efficiency was recorded, The optical transmitter characterized by the above-mentioned.
前記光送信部の光出力の一部を、前記光受信部の光入力に戻す光路を有することを特徴とする光送受信器。 In an optical transmitter / receiver configured by an optical transmission unit that converts a transmission electrical signal into a transmission optical signal and an optical reception unit that converts a reception optical signal into a reception electrical signal,
An optical transceiver having an optical path for returning a part of the optical output of the optical transmitter to the optical input of the optical receiver.
前記光送信部に搭載された発光素子の特性を監視し、その特性から前記発光素子の制御値を補正することを特徴とする光送受信器。
The optical transceiver according to claim 4,
An optical transceiver characterized by monitoring a characteristic of a light emitting element mounted on the optical transmission unit and correcting a control value of the light emitting element based on the characteristic.
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JP2006015996A JP2007201043A (en) | 2006-01-25 | 2006-01-25 | Optical transmitter and optical transceiver |
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Citations (2)
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JPH0818510A (en) * | 1994-07-01 | 1996-01-19 | Fujitsu Ltd | Optical communication module |
JP2006013252A (en) * | 2004-06-28 | 2006-01-12 | Hitachi Cable Ltd | Method and circuit for controlling laser diode, and optical transmitter |
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2006
- 2006-01-25 JP JP2006015996A patent/JP2007201043A/en active Pending
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