JP2830794B2

JP2830794B2 - 光送信回路

Info

Publication number: JP2830794B2
Application number: JP7239558A
Authority: JP
Inventors: 武央財津
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-09-19
Filing date: 1995-09-19
Publication date: 1998-12-02
Anticipated expiration: 2015-09-19
Also published as: JPH0983055A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光信号を送出する
光送信回路に係わり、特に送出する光信号の波長の安定
化を図った光送信回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信では、情報を伝送するために用い
る光の波長を高い精度で一定に保つ必要がある。特に、
波長の異なる複数の光信号を波長多重して伝送する場合
には、それぞれの光信号の波長が高い精度で安定してい
なれば、多重化された光を的確に分離することができな
くなる。通常、半導体レーザダイオードによって光信号
を出力しているが、半導体レーザダイオードの発振波長
は、それ自体の温度によって変動してしまう。また、半
導体レーザダイオードは、その発光量が多くなればなる
ほど温度が上昇する。そこで、半導体レーザダイオード
周辺の温度をサーミスタ等の温度センサで測定し、測定
された温度が一定になるようにペルチェ素子などの冷却
装置で半導体レーザダイオードを冷却することが行われ
ている。

【０００３】図２は、従来から使用されている冷却装置
を備えた光送信回路の構成の概要を表わしたものであ
る。冷却型発光モジュール１０１は、光信号を出力する
半導体レーザ１０２と、発光強度を検出するフォトダイ
オード１０３と、温度の検出を行うサーミスタ１０４
と、半導体レーザの冷却を行う電子冷却素子１０５とか
ら構成される。これらの素子は、図示しないモジュール
本体の中に収容されている。モジュール本体の内部は所
定の熱抵抗を有する空気あるいは所定の媒質で充填され
ている。ここでは、電子冷却素子１０５としてペルチェ
素子を用いている。

【０００４】半導体レーザ駆動回路１０７は、半導体レ
ーザ１０２を駆動するための駆動電流１０８を出力する
回路である。半導体レーザ駆動回路１０７は、入力され
る変調信号１０９に従って半導体レーザ１０２の“オ
ン”、“オフ”を制御する。さらに、フォトダイオード
１０３からの電流信号１１１のピーク値が一定になるよ
うに、駆動電流１０８の大きさを制御するようになって
いる。これにより、半導体レーザ１０２から出力される
光の光強度のピーク値が一定の大きさになる。

【０００５】電子冷却素子駆動回路１１２は、電子冷却
素子１０５にその駆動電流１１３を供給する回路であ
る。温度検出回路１１４はサーミスタ１０４の内部抵抗
の変化を基に、サーミスタ１０４の配置された位置での
温度を求めて温度検出信号１１５を出力する回路であ
る。冷却量調整回路１１６は、温度検出回路１１４から
の温度検出信号１１５の値と所定の基準電圧１１７とを
比較し、その差に応じて電子冷却素子駆動回路１１２の
出力する駆動電流１１３の大きさを変更する回路であ
る。サーミスタ１０４で検出される温度が所定の温度に
なるように電子冷却素子１０５による冷却量が冷却量調
整回路１１６で調整される。

【０００６】このように電子冷却素子によって半導体レ
ーザを冷却することによって、半導体レーザの温度の変
動を抑え、その発振波長を安定化させている。

【０００７】特開昭５８−４３５８９号公報には、冷却
型発光モージュル内を真空状態にし、モジュール本体内
の熱抵抗を小さくした光送信回路が開示されている。冷
却を行うと、空気中の水分が霜や水滴となって半導体レ
ーザの表面に付着する。また、大気の温度の影響を半導
体レーザが受けやすく波長の変動が起こりやすい。そこ
で、モジュール本体内を真空にすることで、半導体レー
ザに水滴が付着することを防止するとともに、半導体レ
ーザが大気の温度の影響を受け難いようにしている。

【０００８】特開平３−８８３８１号公報には、冷却型
発光モジュール内に熱良導性の媒質を充填した光送信回
路が開示されている。熱良導性の媒質を充填することに
より、モジュール本体内部の温度分布を均等化してい
る。これにより、冷却素子の“オン”、“オフ”により
急激に半導体レーザの温度が変化してしまうことを防止
している。

【０００９】特開平１−９８２８２号公報には、半導体
レーザに流れる電流の変動分を検出し、実際の半導体レ
ーザの温度と検出された温度との差を補正するようにし
た光送信装置が開示されている。サーミスタなどの温度
センサと半導体レーザとの間には熱抵抗が存在するの
で、たとえば、半導体レーザに流れる電流量が増加して
温度が上昇しても、サーミスタの温度はすぐには変わら
ない。このため、サーミスタの温度だけを基に冷却量を
調整しても、半導体レーザを一定の温度に保つことがで
きない。そこで、この回路では、電流の変動量を監視
し、半導体レーザに流れる電流量に変化が生じたとき、
その変化量に応じてサーミスタで検出された温度を補正
するようになっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】半導体レーザとサーミ
スタとの間に存在する熱抵抗を低減させても、その値が
“０”にはならないので、サーミスタによって半導体レ
ーザの正確な温度を検出することはできない。したがっ
て、サーミスタによって検出された温度だけを基に冷却
量の調整を行っても、半導体レーザの温度を一定にする
ことができず、発振波長の安定化を十分に図ることがで
きない。

【００１１】また、特開平１−９８２８２号公報では、
電流の変動量に応じてサーミスタで検出した温度を補正
しているので、電流量が変化した場合における温度のず
れを打ち消すことができる。しかしながら、電流量に変
動が無く一定であっても、半導体レーザとサーミスタと
の間には温度差が生じる。しかも、少ない電流量で駆動
される場合と、多い電流量で一定に駆動される場合とで
は、サーミスタで検出された温度と半導体レーザの温度
との温度差の大きさが異なる。したがって、電流の変動
量に応じてサーミスタの温度を補正しても、電流量が一
定になった状態での温度差を補正することができない。
このため、半導体レーザの発振波長を常に一定の波長で
安定化させることができないという問題がある。

【００１２】そこで本発明の目的は、半導体レーザの発
振波長を一定の波長に安定して保つことのできる光送信
回路を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、（イ）入力される変調信号に応じて光の出力をオン
・オフ制御される半導体レーザと、（ロ）この半導体レ
ーザから出力される光を受光する位置に配置されたフォ
トダイオードと、（ハ）このフォトダイオードから出力
される電気信号のピーク値を検出するピーク値検出回路
と、（ニ）このピーク値検出回路によって検出されたピ
ーク値を所定の基準値と比較する比較回路と、（ホ）こ
の比較回路の比較結果としてピーク値が基準値と一致す
るように半導体レーザに流す駆動電流の大きさを決定
し、この駆動電流をオン・オフさせて半導体レーザに変
調信号を供給する半導体レーザ駆動回路と、（へ）所定
の熱抵抗を有する空気あるいは媒質が充填されたモジュ
ール本体内に半導体レーザと共に収められかつこの半導
体レーザの近傍に配置された温度検出手段と、（ト）半
導体レーザを冷却する冷却手段と、（チ）半導体レーザ
が単位時間のうちで発光している時間の割合を表わすマ
ーク率を変調信号を基に検出するマーク率検出手段と、
（リ）このマーク率検出手段によって検出されたマーク
率を基に温度検出手段で検出される温度と半導体レーザ
自体の温度との温度差を、マーク率が大きい場合には半
導体レーザの温度が比較的高く、サーミスタと半導体レ
ーザとの間の温度差が大きく、マーク率が小さい場合に
は半導体レーザの温度が比較的低いとするマーク率と半
導体レーザ自体の温度との関係を予め登録した対応表に
よって求める温度差検出手段と、（ヌ）この温度差検出
手段によって求めた温度差で温度検出手段の検出した温
度を補正した温度が基準の温度になるように冷却手段の
冷却量を調整する冷却量調整手段とを光送信回路に具備
させている。

【００１４】すなわち請求項１記載の発明では、半導体
レーザから出力される光を受光する位置にフォトダイオ
ードを配置して、このフォトダイオードから出力される
電気信号のピーク値をピーク値検出回路で検出するよう
にしている。そして、このピーク値が予め定めた基準値
と一致するように半導体レーザに流す電流を調整するよ
うにして、この半導体レーザに変調信号を入力してこれ
をオン・オフ制御するようにしている。また、マーク率
検出手段は、このオン・オフする変調信号からマーク率
を検出し、半導体レーザと同一のモジュール内に半導体
レーザと近接して配置された温度検出手段によって検出
された半導体レーザの温度とマーク率検出手段によって
検出されたマーク率を基にして、マーク率が大きい場合
には半導体レーザの温度が比較的高く、サーミスタと半
導体レーザとの間の温度差が大きく、マーク率が小さい
場合には半導体レーザの温度が比較的低いとするマーク
率と半導体レーザ自体の温度との関係を予め登録した対
応表で温度差を算出して、この温度差で温度検出手段の
検出した温度を補正した温度が基準の温度になるように
冷却手段の冷却量を調整するようにしている。このよう
に変調信号からマーク率を検出し、これを基に対応表に
よって温度差を補正するようにしているので、発光手段
から出力される光の強度を一定に保ちながら、かつ処理
の負担が軽い状態で、発信波長の安定化を図ることがで
きる。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施の形態に
おける光送信回路の構成の概要を表わしたものである。
冷却型発光モジュール１１は、光信号を出力する半導体
レーザ１２と、発光強度を検出するフォトダイオード１
３と、温度の検出を行うサーミスタ１４と、半導体レー
ザの冷却を行う電子冷却素子１５とから構成される。こ
れらの素子は、図示しないモージュール本体内に収めら
れている。モジュール本体の内部は、所定の熱抵抗を有
する空気あるいは所定の媒質が充填されている。

【００２２】フォトダイオード１３は、半導体レーザ１
２の出力する光の一部を受光し、その光強度に応じた大
きさの電流信号１６を出力する回路素子である。サーミ
スタ１４は、その温度によって内部抵抗の変化する回路
素子である。温度を検出できれば、サーミスタ以外の温
度センサを用いてもよい。また、電子冷却素子１５とし
て、ここでは、ペルチェ素子を使用している。

【００２３】半導体レーザ駆動回路１７は、半導体レー
ザ１２を駆動するための駆動電流１８を出力する回路で
ある。半導体レーザ駆動回路１７は、入力される変調信
号１９に従って半導体レーザの“オン”、“オフ”を制
御する。また半導体レーザ駆動回路１７は、フォトダイ
オード１３からの電流信号１６のピーク値を検出する図
示しないピーク検出回路と、検出したピーク値を所定の
基準値と比較するこれまた図示されない比較回路とを備
えている。そして、ピーク値が基準値と一致するよう
に、駆動電流１８の大きさを変更するようになってい
る。これにより、半導体レーザ１２から出力される光の
光強度のピーク値が一定の大きさになる。

【００２４】電子冷却素子駆動回路２１は、電子冷却素
子１５にその駆動電流２２を供給する回路である。温度
検出回路２３はサーミスタの内部抵抗の変化を基に、サ
ーミスタ１４の配置された位置での温度を求め、温度検
出信号２４を出力する回路である。マーク率検出回路２
５には、半導体レーザ駆動回路を介して変調信号１９が
入力されている。変調信号１９は、半導体レーザ１２を
“オン”にするとき“１”の値に、半導体レーザ１２を
“オフ”するとき“０”の値になるディジタル信号であ
る。マーク率検出回路２５は、変調信号１９が単位時間
のうちに“１”の状態になる時間を計測し、単位時間に
占める割合を表わしたマーク率検出信号２６を出力する
ようになっている。

【００２５】温度補正回路２７には、温度検出信号２４
とマーク率検出信号２６が入力されている。温度補正回
路２７は、マーク率検出信号２６の値を基に、温度検出
信号２４の値を補正する回路である。温度補正回路２７
は、補正後の温度を表わした補正温度信号２８を出力す
る。冷却量調整回路２９は、温度補正回路２７からの補
正温度信号２８の値と基準電圧３１とを比較し、その差
に応じて電子冷却素子駆動回路２１の出力する駆動電流
２２の大きさを変更する回路である。

【００２６】マーク率が大きい場合は、半導体レーザ１
２が単位時間内に多くの消費電力を消費していることを
示している。逆に、マーク率が小さい場合は、半導体レ
ーザ１２が単位時間内に消費する電力が少ないことを示
している。消費電力が多ければ、それだけ、半導体レー
ザ１２の発熱量が多いので、温度が上昇する。ところ
で、半導体レーザ１２と、サーミスタ１４との間には所
定の熱抵抗が存在するので、半導体レーザ１２の温度
と、サーミスタ１４の検出する温度との間に温度差が生
じる。

【００２７】半導体レーザ１２が、一定のマーク率であ
る程度の時間、駆動された後であっても、概ね次式で示
すような関係で温度差が生じる。ＴＤ＝α（ＴＬ−Ｈ）（１）ここで、ＴＤは、半導体レーザとサーミスタとの間の温
度差を、ＴＬは、半導体レーザの温度を、Ｈは、所定の
基準温度をそれぞれ示している。また、αは、定数であ
る。このように、サーミスタと半導体レーザとの温度差
の大きさは、半導体レーザ自体の温度に依存している。
半導体レーザの温度が高い状態にあるのか、あるいは低
い状態にあるのかは、その発熱量によるので、マーク率
を基にある程度、半導体レーザの推定することができ
る。

【００２８】そこで、マーク率が大きい場合には、半導
体レーザの温度が比較的高く、サーミスタと半導体レー
ザとの間の温度差が大きいと判別し、逆にマーク率が小
さい場合には、半導体レーザの温度が比較的低く、サー
ミスタとの温度差が少ないと判別する。温度補正回路２
７は、マーク率検出信号２６の値を基に所定の関数、あ
るいは予め登録した対応表によって温度差を求め、サー
ミスタ１４で検出した温度を補正する。冷却量調整回路
２９は、補正後の温度が一定の基準温度になるように、
電子冷却素子駆動回路２１に冷却量を調整する信号を与
える。

【００２９】このように、サーミスタで検出された温度
をマーク率を基に補正したので、半導体レーザ自体の温
度をほぼ一定に保つことができ、安定した波長で発振さ
せることができる。

【００３０】

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、半導体レーザの出力する光の強度をモニタし
て、そのピーク値が予め定めた基準値と一致するように
調整したので、オン・オフ変調時の信号を安定化させる
ことができ、良好な状態で光信号を出力することができ
る。また、変調信号自体と測定した温度から、マーク率
が大きい場合には半導体レーザの温度が比較的高く、サ
ーミスタと半導体レーザとの間の温度差が大きく、マー
ク率が小さい場合には半導体レーザの温度が比較的低い
とするマーク率と半導体レーザ自体の温度との関係を予
め登録した対応表で温度差を算出することにしたので、
温度差の算出に複雑な計算を必要とせず、処理系の負担
を軽減し発信波長の安定化を図ることができるという効
果がある。

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における光送信回路の構
成の概要を表わしたブロック図である。

【図２】従来から使用されている冷却装置を備えた光送
信回路の構成の概要を表わしたブロック図である。

【符号の説明】

１１冷却型発光モジュール１２半導体レーザ１３フォトダイオード１４サーミスタ１５電子冷却素子１７半導体レーザ駆動回路２１電子冷却素子駆動回路２３温度検出回路２５マーク率検出回路２７温度補正回路２９冷却量調整回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01S 3/096 H01S 3/103 H01S 3/133 H01S 3/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力される変調信号に応じて光の出力を
オン・オフ制御される半導体レーザと、この半導体レーザから出力される光を受光する位置に配
置されたフォトダイオードと、このフォトダイオードから出力される電気信号のピーク
値を検出するピーク値検出回路と、このピーク値検出回路によって検出されたピーク値を所
定の基準値と比較する比較回路と、この比較回路の比較結果として前記ピーク値が基準値と
一致するように前記半導体レーザに流す駆動電流の大き
さを決定し、この駆動電流をオン・オフさせて半導体レ
ーザに前記変調信号を供給する半導体レーザ駆動回路
と、所定の熱抵抗を有する空気あるいは媒質が充填されたモ
ジュール本体内に前記半導体レーザと共に収められかつ
この半導体レーザの近傍に配置された温度検出手段と、前記半導体レーザを冷却する冷却手段と、前記半導体レーザが単位時間のうちで発光している時間
の割合を表わすマーク率を前記変調信号を基に検出する
マーク率検出手段と、このマーク率検出手段によって検出されたマーク率を基
に前記温度検出手段で検出される温度と前記半導体レー
ザ自体の温度との温度差を、マーク率が大きい場合には
半導体レーザの温度が比較的高く、サーミスタと半導体
レーザとの間の温度差が大きく、マーク率が小さい場合
には半導体レーザの温度が比較的低いとするマーク率と
半導体レーザ自体の温度との関係を予め登録した対応表
によって求める温度差検出手段と、この温度差検出手段によって求めた温度差で前記温度検
出手段の検出した温度を補正した温度が基準の温度にな
るように前記冷却手段の冷却量を調整する冷却量調整手
段とを具備することを特徴とする光送信回路。