JP5672552B2 - Optical module - Google Patents
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Description
本発明は、光モジュールに関する。 The present invention relates to an optical module.
従来、波長の異なる複数の光信号を１本の光ファイバで伝送することで、高速・大容量のデータ伝送を可能にする波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システムの先行技術がある（例えば、特許文献１参照。）。複数の光信号は、それぞれ異なる単波長光源器から出力され、合波器で合波（多重化）されて多波長光信号となる。また多波長光信号は受信側の分波器で分波され、複数の単波長光信号として受信される。 Conventionally, there is a prior art of a wavelength division multiplexing (WDM) transmission system that enables high-speed and large-capacity data transmission by transmitting a plurality of optical signals having different wavelengths through a single optical fiber ( For example, see Patent Document 1.) The plurality of optical signals are output from different single-wavelength light source devices, and are multiplexed (multiplexed) by a multiplexer to become a multi-wavelength optical signal. The multi-wavelength optical signal is demultiplexed by a receiving-side demultiplexer and received as a plurality of single-wavelength optical signals.
上記の先行技術において、単波長光源器としては半導体レーザが用いられており、合波器や分波器としてはアレイ導波路型のものが用いられている。導波路型合波器には、波長域毎に光透過率が最大（したがって光損失が最小）となる透過中心波長がある。このため波長分割多重伝送システムの導波路型合波器には、各半導体レーザの発振波長に合わせて透過中心波長を配置した分光特性を設定することが一般的である。 In the above prior art, a semiconductor laser is used as a single wavelength light source, and an arrayed waveguide type is used as a multiplexer or a demultiplexer. The waveguide type multiplexer has a transmission center wavelength that maximizes the light transmittance (and therefore minimizes the light loss) for each wavelength region. For this reason, it is common to set a spectral characteristic in which a transmission center wavelength is arranged in accordance with the oscillation wavelength of each semiconductor laser in a waveguide multiplexer of a wavelength division multiplexing transmission system.
半導体レーザは、素子温度の変化によって発振波長がシフトしていくが、上記の先行技術では、予め合波器や分波器の透過帯域を発振波長のシフト幅以上に確保しておくとともに、常温時の透過中心波長を標準的なグリッド波長よりも長波長側にずらしている。これにより、素子温度の変化に伴う発振波長のシフトが生じた場合であっても、合波器や分波器の透過帯域幅内で波長シフトを許容することができる。 In semiconductor lasers, the oscillation wavelength shifts due to changes in the element temperature. However, in the above-described prior art, the transmission band of the multiplexer and the demultiplexer is secured in advance to be equal to or greater than the shift width of the oscillation wavelength, and The transmission center wavelength is shifted to the longer wavelength side than the standard grid wavelength. As a result, even when the oscillation wavelength shifts due to the change in the element temperature, the wavelength shift can be allowed within the transmission bandwidth of the multiplexer or duplexer.
通常、半導体レーザは、素子温度に応じてバイアス電流の閾値とスロープ効率が変化する特性を有している。このため、半導体レーザを制御する温度範囲内で光出力を一定水準にするには、素子温度を加味したバイアス電流の制御が必要となる。半導体レーザの特性上、一般的には高温時ほど制御上でバイアス電流を増加させる必要がある。 In general, a semiconductor laser has a characteristic that a threshold value of a bias current and a slope efficiency change according to an element temperature. For this reason, in order to make the optical output constant within the temperature range for controlling the semiconductor laser, it is necessary to control the bias current in consideration of the element temperature. Due to the characteristics of semiconductor lasers, it is generally necessary to increase the bias current for control at higher temperatures.
しかし、常温時の発振波長を基準として合波器の透過中心波長を設計していると、高温時に半導体レーザの発振波長が透過中心波長から大きくずれた場合、透過率の低下に伴う光損失を補うため、さらに制御上でバイアス電流を増加しなければならない。このような制御は、全ての単波長光源器について行う必要があるため、伝送システム全体として高温時の消費電力が大幅に増大する（４波多重なら増大幅も４倍になる）という問題がある。 However, if the transmission center wavelength of the multiplexer is designed based on the oscillation wavelength at room temperature, if the oscillation wavelength of the semiconductor laser deviates significantly from the transmission center wavelength at high temperatures, the optical loss due to the decrease in transmittance is reduced. In order to compensate for this, the bias current must be further increased in control. Since such control needs to be performed for all single-wavelength light source devices, there is a problem in that the power consumption at high temperatures is greatly increased in the entire transmission system (the increase width is quadrupled with four-wave multiplexing). .
そこで本発明は、高温時に半導体レーザ等の発光素子に供給するバイアス電流の増加を抑制することができる技術を提供する。 Accordingly, the present invention provides a technique capable of suppressing an increase in bias current supplied to a light emitting element such as a semiconductor laser at a high temperature.
上記の課題を解決するため、本発明は、バイアス電流の供給を受けて光信号を出力する、複数の発光素子と、複数の前記発光素子からの複数の前記光信号が入力され、複数の前記光信号を合波し、合波した前記光信号を出力する導波路型合波器と、前記発光素子近傍の温度を検出する温度検出器と、前記温度検出器で検出した温度に基づいて前記バイアス電流を制御する制御回路と、を備え、前記発光素子は、素子温度が高温側へ変化すると発振波長が長波長側へずれる特性を有するとともに、素子温度が高温側へ変化するとバイアス電流の閾値は高くなり、スロープ効率は低下する光出力特性を有し、前記導波路型合波器は、前記制御回路が前記バイアス電流を制御する温度範囲である制御温度範囲内において、高温時の発振波長で前記光信号の損失が最小となる分光特性を有し、前記制御回路は、前記導波路型合波器から出力される前記光信号の光出力が一定となるように、前記バイアス電流を制御する、光モジュールを一態様とする。 In order to solve the above-described problem, the present invention receives a plurality of light-emitting elements that receive a supply of a bias current and outputs an optical signal, and a plurality of the optical signals from the plurality of light-emitting elements. Based on the temperature detected by the temperature detector, a waveguide type multiplexer that combines the optical signals and outputs the combined optical signal, a temperature detector that detects the temperature in the vicinity of the light emitting element, and A control circuit for controlling a bias current, wherein the light emitting element has a characteristic that an oscillation wavelength shifts to a long wavelength side when the element temperature changes to a high temperature side, and a bias current threshold value when the element temperature changes to a high temperature side Has a light output characteristic in which the slope efficiency is lowered, and the waveguide multiplexer has an oscillation wavelength at a high temperature within a control temperature range in which the control circuit controls the bias current. In the light The control circuit is configured to control the bias current so that the optical output of the optical signal output from the waveguide multiplexer is constant. A module is an aspect.
本発明の光モジュールによれば、高温時に発光素子に供給するバイアス電流の増加を抑制することができる。 According to the optical module of the present invention, it is possible to suppress an increase in bias current supplied to the light emitting element at a high temperature.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、波長多重伝送システムの構成を概略的に示す図である。本発明の光モジュールは、例えば図１に示される波長多重伝送システムに適用することができる。ただし、以下は１つの適用例として示すものであり、光モジュールの適用範囲は以下の適用例に限られるものではない。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a wavelength division multiplexing transmission system. The optical module of the present invention can be applied to, for example, the wavelength division multiplexing transmission system shown in FIG. However, the following is shown as one application example, and the application range of the optical module is not limited to the following application example.
波長多重伝送システムは、例えば送信側の光トランシーバ１０から４波長多重化した光信号を出力し、１芯の光ファイバ２２を伝送路として光信号を伝送する。伝送区間が長距離に及ぶ場合、伝送路の途中には中継器２４を設置することができ、中継器２４は光増幅器２４ａで光信号を増幅しながら伝送する。伝送された光信号は、受信側の光トランシーバ４０で４つの単波長光信号に分波される。なお、ここでは送信側、受信側としてそれぞれ簡略化しているが、双方の光トランシーバ１０，４０には、光送信機能と光受信機能とが合わせて装備されていてもよい。
The wavelength division multiplex transmission system outputs, for example, an optical signal multiplexed by four wavelengths from the
この適用例において、光モジュールは送信側の光トランシーバ１０に内蔵されている。光トランシーバ１０は、光源器１２及び導波路型合波器２０を備えている。光源器１２は、複数の発光素子及びＡＰＣ回路（制御回路の一部）を含む。光モジュールは、複数の発光素子、制御回路、及び導波路型合波器から構成される。なお、光モジュールとしての実施形態については後述するものとし、ここでは光トランシーバ１０の各構成要素について概略的に説明する。
In this application example, the optical module is built in the
光源器１２には、光モジュールを構成する発光素子として、例えば４つのレーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）１２ａ〜１２ｄが含まれている。これら４つのレーザダイオード１２ａ〜１２ｄは、バイアス電流の供給を受けて、それぞれ異なる波長（λ１，λ２，λ３，λ４）の光信号を出力する。
The
また光源器１２には、複数の発光素子及びＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路の他に、図示しない変調（駆動）回路を含む。ＡＰＣ回路は、レーザダイオード１２ａ〜１２ｄが発する後方の光出力をモニタし、出力誤差をフィードバックしてバイアス電流を制御する。また変調回路は、レーザダイオード１２ａ〜１２ｄに対し変調電流を供給して光を直接変調する。前方の変調された光は、光信号として導波路型合波器２０へ入力される。
The
導波路型合波器は、複数の発光素子からの複数の光信号が入力され、複数の光信号を合波し、合波した光信号を出力する。図１に示す導波路型合波器２０は、４つの異なる波長λ１，λ２，λ３，λ４の光信号を合波して出力する。なお、導波路型合波器２０の具体的な構成や分光特性についてはさらに後述する。
The waveguide type multiplexer receives a plurality of optical signals from a plurality of light emitting elements, combines the plurality of optical signals, and outputs the combined optical signal. The
受信側の光トランシーバ４０は、導波路型分波器３０及び受光器３２を備えている。導波路型分波器３０は、光ファイバ２２を通じて入力された多重化信号を４つの単波長λ１，λ２，λ３，λ４の光信号に分波する。
The
また受光器３２には、例えば４つのフォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）３２ａ〜３２ｄが含まれており、これら４つのフォトダイオード３２ａ〜３２ｄは、それぞれ単波長λ１，λ２，λ３，λ４に分波された光信号を電気信号に変換する。
The
〔ＡＰＣ回路の構成例〕
図２は、光トランシーバ１０に内蔵されたＡＰＣ回路５０の構成例を概略的に示す図である。ここでは便宜上、光源器１２に含まれる１つのレーザダイオード１２ａを対象として説明するが、その他の３つのレーザダイオード１２ｂ，１２ｃ，１２ｄについても同様のＡＰＣ回路５０が設けられている。
[APC circuit configuration example]
FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration example of the APC circuit 50 built in the
ＡＰＣ回路５０は、モニタ用のフォトダイオード（以下、「モニタＰＤ」と言う。）５２を有している。またＡＰＣ回路５０は、差動増幅器５４及び電流源５６を有している。モニタＰＤ５２は、レーザダイオード１２ａが発する後方への光出力をモニタ（受光）し、モニタ電流Ｉｍｔを発生させる。モニタ電流Ｉｍｔは、グランドされた抵抗器（図示していない）でモニタ電圧Ｖｍに変換され、このモニタ電圧Ｖｍが差動増幅器５４の反転入力端子に入力されている。
The APC circuit 50 includes a monitor photodiode (hereinafter referred to as “monitor PD”) 52. The APC circuit 50 includes a
また光トランシーバ１０には、制御回路の一部としてＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５８が内蔵されているほか、温度検出器として温度センサ６２が内蔵されている。このうちＭＣＵ５８は図示しないプロセッサコアを有するほか、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）６４や図示しないＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶素子、入出力ドライバ等を有している。
温度センサ６２は、レーザダイオード１２ａ近傍の温度を検出する。具体的には、温度センサ６２はレーザダイオード１２ａ近傍の温度に対応した検出電圧を出力する。温度センサ６２は、例えば、レーザダイオード１２ａ近傍の基板上に実装される。
The
The
ＭＣＵ５８は、ＡＰＣ回路５０とともに光モジュールの制御回路を構成しており、ＭＣＵ５８はＡＰＣ回路５０に対してバイアス電流の目標値を指示（設定）している。差動増幅器５４の非反転入力端子には、ＭＣＵ５８の１つの出力ポートが接続されており、ＭＣＵ５８は、ＡＰＣ回路５０に対するバイアス電流の目標値を目標電圧Ｖｔとして、差動増幅器５４に印加する。これを受けて差動増幅器５４は、目標電圧Ｖｔに対するモニタ電圧Ｖｍの誤差を増幅して電流源５６に供給する。
The
電流源５６は、差動増幅器５４の出力に基づいて、目標電圧Ｖｔに対するモニタ電圧Ｖｍの誤差がなくなるように、レーザダイオード１２ａに供給されるバイアス電流Ｉｂｓを制御する。これにより、レーザダイオード１２ａが発する前方の光出力が目標電圧Ｖｔを基準とした出力で安定する。なお、レーザダイオード１２ａから発せられる前方の光出力（波長λ１）は図示しないレンズ系を通じて導波路型合波器２０に入力される。
Based on the output of the
ＡＰＣ回路５０によるバイアス電流Ｉｂｓの制御に際して、ＭＣＵ５８は温度センサ６２の検出電圧から温度を判定し、判定した温度に基づいて目標電圧Ｖｔを設定する。目標電圧Ｖｔで設定されるバイアス電流目標値は、レーザダイオード１２ａが発する前方の光出力の目標値に対応する。
ＭＣＵ５８のＥＥＰＲＯＭ３４には、温度毎のレーザダイオード１２ａの光出力特性（バイアス電流と光出力との関係）、温度毎のレーザダイオード１２ａの発振波長、導波路型合波器２０の分光特性が記憶されている。ＭＣＵ５８は温度センサ６２の検出電圧から現在の温度を判定すると、レーザダイオード１２ａの光出力特性、レーザダイオード１２ａの発振波長及び導波路型合波器２０の分光特性を参照して、導波路型合波器２０から出力される光出力が一定となるような目標電圧Ｖｔ（温度毎のバイアス電流目標値）を設定する。温度に対する目標電圧Ｖｔの設定は、制御温度範囲（ＭＣＵ５８がバイアス電流を制御する温度範囲）内において、例えば、１°Ｃ刻みの温度毎に行う。制御温度範囲は、例えば、０°Ｃ〜８５°Ｃである。以下、制御温度範囲内において、低温は０°Ｃ程度、常温は２５°Ｃ程度、高温は８５°Ｃ程度とする。なお、具体的な目標値の設定例についてはさらに後述する。
When controlling the bias current Ibs by the APC circuit 50, the
The EEPROM 34 of the
また光源器１２は、ＡＰＣ回路５０の他に変調回路６０を有している。変調回路６０は、上記のようにレーザダイオード１２ａに供給される変調電流Ｉｍｄの振幅を制御する。ＭＣＵ５８は、変調回路６０に対して変調電流Ｉｍｄの振幅値を出力し、これを受けて変調回路６０は、レーザダイオード１２ａが発する前方への光出力を二値の光信号に変調する。
The
〔導波路型合波器の構成例〕
図３は、導波路型合波器２０の構成例を概略的に示す図である。
導波路型合波器２０は、例えば３つのマッハツェンダ干渉計２０ａ〜２０ｃを多段に接続して構成されている。具体的には、光信号の入力段に２つのマッハツェンダ干渉計２０ｂ，２０ｃが位置し、残る１つのマッハツェンダ干渉計２０ａが出力段に位置している。３つのマッハツェンダ干渉計２０ａ〜２０ｃは、いずれも構造的には同等（ただし分光特性は個別に異なる）の光導波路素子であるが、配置によって機能が異なる。
[Configuration example of waveguide type multiplexer]
FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration example of the
The
入力段に位置する２つのマッハツェンダ干渉計２０ｂ，２０ｃは、導波路型合波器２０全体としての入力ポート２００を形成している。入力ポート２００には、第１ポート２００ａ〜第４ポート２００ｄまでの４つが含まれる。このうち第１ポート２００ａ及び第２ポート２００ｂが１つのマッハツェンダ干渉計２０ｂで構成されており、第３ポート２００ｃ及び第４ポート２００ｄがもう１つのマッハツェンダ干渉計２０ｃで構成されている。
The two Mach-
４つある入力ポート２００のうち、第１ポート２００ａには波長λ１の光信号が入力され、第２ポート２００ｂには波長λ３の光信号が入力される。また第３ポート２００ｃには波長λ２の光信号が入力され、第４ポート２００ｄには波長λ４の光信号が入力されるものとなっている。なお、同一のマッハツェンダ干渉計２０ｂに入力される２つの光信号（波長λ１，λ３）の間には、標準グリッドよりも大きい波長間隔が確保されている。同様に、同一のマッハツェンダ干渉計２０ｃに入力される２つの光信号（波長λ２，λ４）の間にも、標準グリッドより大きい波長間隔が確保されているものとする。
Of the four given
出力段に位置する１つのマッハツェンダ干渉計２０ａは、導波路型合波器２０全体としての出力ポート２１０を形成している。マッハツェンダ干渉計２０ａと他の２つのマッハツェンダ干渉計２０ｂ，２０ｃとは、それぞれ中間導波路２００ｅ，２００ｆで接続されている。入力段のマッハツェンダ干渉計２０ｂで合波された光信号（波長λ１，λ３）は、中間導波路２００ｅを通じて出力段のマッハツェンダ干渉計２０ａに入力され、また、別の入力段のマッハツェンダ干渉計２０ｃで合波された光信号（波長λ２，λ４）は、中間導波路２００ｆを通じて出力段のマッハツェンダ干渉計２０ａに入力されている。
One Mach-
出力段のマッハツェンダ干渉計２０ａは、入力された２つの光信号（波長λ１，λ３が合波されたものと波長λ２，λ４が合波されたもの）をさらに合波し、４波長多重化した光信号（波長λ１〜λ４）を出力ポート２１０から出力する。
The Mach-
図４は、一実施形態の光モジュールに用いられる導波路型合波器２０の分光特性を示す図である。導波路型合波器２０は、短波長から長波長に向かって波長λ１’，λ２’，λ３’，λ’４の順に、光損失を極小化する各透過中心波長がほぼ一定間隔で配置された分光特性を有している。ここでは透過中心波長の間隔を一定としているが、波長間隔は一定でなくてもよい。なお図４中、波長毎の損失曲線を異なる線種で示している。
FIG. 4 is a diagram illustrating the spectral characteristics of the
ここで、レーザダイオード１２ａ〜１２ｄ等の発光素子は、素子温度（発光素子の温度）が変化すると、発振波長のずれ（温度ドリフト）が生じる特性を有している。具体的に、発光素子は、素子温度が高温側へ変化すると発振波長が長波長側へずれる特性を有している。このとき本実施形態の光モジュールでは、制御温度範囲内において、高温時の発振波長λ１’〜λ４’に導波路型合波器２０の透過中心波長を一致させた分光特性を採用している。したがって、高温時に導波路型合波器２０での光損失（Ｌｈ）が最小となるが、常温時に得られる各波長λ１〜λ４では高温時より光損失（Ｌｎ）が大きくなり、低温時に得られる各波長λ１”〜λ４”では光損失（Ｌｃ）が最大となる。
Here, the light-emitting elements such as the
〔バイアス電流制御との関係〕
上記の温度ドリフト特性とは別に、レーザダイオード１２ａ〜１２ｄ等の発光素子は、素子温度が変化するとバイアス電流の閾値やスロープ効率が変化する特性を有している。通常、バイアス電流の閾値（光出力が得られる電流値）は低温時で最も小さく、素子温度が高温側に向かって変化するほど高くなる。スロープ効率は、バイアス電流の変化に対する光出力の変化の比（出力変化幅／電流変化幅）であり、スロープ効率は低温時で最も高く、素子温度が高温側に向かって変化するほど低下する傾向にある。
[Relationship with bias current control]
Apart from the above temperature drift characteristics, the light emitting elements such as the
このためＡＰＣ回路５０によるバイアス電流の制御では、ある一定水準の光出力を得ようとすると、高温時ほどバイアス電流の目標値を高く設定する必要がある。また、光出力が導波路型合波器２０で減衰する点に鑑みると、仮に高温時の発振波長で光損失が大きくなる分光特性を採用していた場合、その分も見越してバイアス電流をさらに大きくしなければならなくなる。
For this reason, in the control of the bias current by the APC circuit 50, in order to obtain a certain level of optical output, it is necessary to set the target value of the bias current higher at higher temperatures. Further, in view of the point that the optical output is attenuated by the
この点について本実施形態では、上記のように高温時の発振波長（λ１’〜λ４’）で光損失を最小化する分光特性を導波路型合波器２０に持たせることにより、高温時のバイアス電流の増大を抑えることとした。
In this embodiment, the
〔検証例〕
以下、図５、図６を参照し、比較例との対比をもって本実施形態の有用性を検証する。図５は、レーザダイオードの光出力特性（バイアス電流と光出力との関係）を示す図である。図６は、温度毎に設定されるバイアス電流について、比較例と本実施形態とを対比して示した図である。
[Verification example]
Hereinafter, with reference to FIG. 5 and FIG. 6, the usefulness of the present embodiment is verified in comparison with the comparative example. FIG. 5 is a diagram showing the light output characteristics (relationship between bias current and light output) of the laser diode. FIG. 6 is a diagram showing a comparative example and this embodiment in comparison with the bias current set for each temperature.
〔光出力特性〕
図５のバイアス電流−光出力の特性図に示されているように、レーザダイオード１２ａ〜１２ｄは、低温時にバイアス電流の閾値が最も小さく、高温時で閾値が最大となる光出力特性を有している。一方、スロープ効率は低温時に最も高く（急勾配）、高温時で低下（緩勾配）する。
(Light output characteristics)
As shown in the bias current-light output characteristic diagram of FIG. 5, each of the
このため、温度が低温から常温、そして高温までの範囲で変化する場合、全ての温度で一定水準の光出力（Ｐｓ）を得ようとすると、低温時には光出力特性上の動作ポイント（Ｔｃ０）でバイアス電流（Ｉｃ０）が目標値となるが、常温時には動作ポイント（Ｔｎ０）でバイアス電流（Ｉｎ０）が目標値となり、そして、高温時は動作ポイント（Ｔｈ０）でバイアス電流（Ｉｈ０）が目標値となる。その結果、バイアス電流の各目標値を比較すると、
Ｉｃ０＜Ｉｎ０＜Ｉｈ０
となり、高温時にバイアス電流を最大に設定する必要があることが分かる。
For this reason, when the temperature changes in the range from low temperature to normal temperature and high temperature, when trying to obtain a certain level of light output (Ps) at all temperatures, the operating point (Tc0) on the light output characteristics at low temperatures. The bias current (Ic0) becomes a target value, but at a normal temperature, the bias current (In0) becomes a target value at the operating point (Tn0), and at a high temperature, the bias current (Ih0) becomes a target value at the operating point (Th0). Become. As a result, when comparing each target value of bias current,
Ic0 <In0 <Ih0
Thus, it is understood that the bias current needs to be set to the maximum at a high temperature.
〔分光特性〕
図６中（Ａ）に示されているように、比較例では、導波路型合波器の分光特性を、従来一般的な手法で常温時の発振波長λ１に合わせて透過中心波長を設定するものとする。この場合、常温時の光損失（Ｌｎ）が最小となっており、高温時の発振波長λ１’及び低温時の発振波長λ１”でそれぞれ光損失（Ｌｈ，Ｌｃ）は大きくなる。なお、常温時と高温時、又は低温時との間での分光特性による損失変化幅はΔＬである。
一方、図６中（Ｂ）に示されているように、本実施形態の導波路型合波器２０の分光特性は、例えば波長λ１を例に挙げると、高温時の発振波長λ１’を透過中心波長に設定しているため、高温時の光損失（Ｌｈ）が最小となっている。この場合、常温時の発振波長λ１では光損失（Ｌｎ）が高温時より大きくなり、低温時の発振波長λ１”では光損失（Ｌｃ）は最も大きくなる。なお、常温と高温との間での分光特性による損失変化幅はΔＬｈであり、常温と低温との間での分光特性による損失変化幅はΔＬｃである。
[Spectral characteristics]
As shown in FIG. 6A, in the comparative example, the transmission center wavelength is set in accordance with the spectral characteristic of the waveguide multiplexer by the conventional general method to the oscillation wavelength λ 1 at room temperature. It shall be. In this case, the optical loss (Ln) at normal temperature is minimized, and the optical loss (Lh, Lc) increases at the oscillation wavelength λ 1 ′ at high temperature and the oscillation wavelength λ 1 ″ at low temperature. The loss change width due to the spectral characteristics between normal temperature and high temperature or low temperature is ΔL.
On the other hand, as shown in FIG. 6B, the spectral characteristic of the
〔比較例のバイアス電流の設定〕
図６中（Ｃ）は、比較例において、図５に示す光出力特性を有するレーザダイオードの光信号を導波路型合波器に入力し、導波路型合波器から出力される光出力が一定となるようにバイアス電流を設定した場合の図である。
図６中（Ｃ）に示されているように、比較例では、常温時のバイアス電流の目標値（Ｉｎ２）を設定し、常温時の光出力（Ｐｎ）とする。一方、高温時及び低温時では、分光特性による損失変化幅ΔＬを補償する光出力の増加量ΔＰを得るため、常温時よりも光出力（Ｐｈ，Ｐｃ）を大きくする。制御温度範囲内において、常温時の光出力（Ｐｎ）が最小となる。
[Setting of bias current of comparative example]
6C shows a comparative example in which the optical signal of the laser diode having the optical output characteristics shown in FIG. 5 is input to the waveguide multiplexer, and the optical output output from the waveguide multiplexer is It is a figure at the time of setting a bias current so that it may become fixed.
As shown in FIG. 6C, in the comparative example, a target value (In2) of the bias current at the normal temperature is set to obtain the light output (Pn) at the normal temperature. On the other hand, at a high temperature and a low temperature, the light output (Ph, Pc) is made larger than that at room temperature in order to obtain an increase amount ΔP of light output that compensates for the loss change width ΔL due to the spectral characteristics. Within the control temperature range, the light output (Pn) at normal temperature is minimized.
ここで、常温時には光出力（Ｐｎ）の動作ポイント（Ｔｎ２）を適用し、低温時には光出力（Ｐｃ）の動作ポイント（Ｔｃ２）を適用し、高温時には光出力（Ｐｈ＝Ｐｃ＞Ｐｎ）の動作ポイント（Ｔｈ２）を適用するため、高温時の動作ポイント（Ｔｈ２）が大きく右方向（電流大）に移行してしまう。しかも高温時は、バイアス電流−光出力特性の傾斜が緩いため、常温時より光出力を増加しようとすると、より多くのバイアス電流が必要となってしまう。このため、高温時で特にバイアス電流（Ｉｈ２）が大幅に増大し、４つのレーザダイオード１２ａ〜１２ｄを足し合わせると、光トランシーバ１０全体としての消費電力が極端に大きくなってしまうという問題がある。
Here, the operation point (Tn2) of the light output (Pn) is applied at normal temperature, the operation point (Tc2) of the light output (Pc) is applied at low temperature, and the operation of the light output (Ph = Pc> Pn) at high temperature. Since the point (Th2) is applied, the operating point (Th2) at a high temperature largely shifts to the right (large current). Moreover, since the slope of the bias current-light output characteristic is gentle at high temperatures, more bias current is required to increase the light output than at room temperature. For this reason, the bias current (Ih2) particularly increases at a high temperature, and when the four
〔本実施形態のバイアス電流の設定〕
図６中（Ｄ）は、本実施形態において、図５に示す光出力特性を有するレーザダイオードの光信号を導波路型合波器２０に入力し、導波路型合波器２０から出力される光出力が一定となるようにバイアス電流を設定した場合の図である。
図６中（Ｄ）に示されているように、本実施形態では、高温時のバイアス電流の目標値（Ｉｈ１）を設定し、高温時の光出力（Ｐｈ）とする。ここで、本実施形態の高温時の光出力（Ｐｈ）は、比較例の常温時の光出力（Ｐｎ）と同じである。一方、常温時では、分光特性による損失変化幅ΔＬｈを補償する光出力の増加量ΔＰｈを得るため、高温時よりも光出力（Ｐｎ）を大きくする。さらに、低温時では、分光特性による損失変化幅ΔＬｃを補償する光出力の増加量ΔＰｃを得るため、常温時よりも光出力（Ｐｃ）を大きくする。制御温度範囲内において、高温時の光出力（Ｐｈ）が最小となる。
[Setting of bias current of this embodiment]
FIG. 6D shows an optical signal of the laser diode having the optical output characteristics shown in FIG. 5 input to the
As shown in FIG. 6D, in the present embodiment, the target value (Ih1) of the bias current at the high temperature is set to be the light output (Ph) at the high temperature. Here, the light output (Ph) at the high temperature of the present embodiment is the same as the light output (Pn) at the normal temperature of the comparative example. On the other hand, at the normal temperature, the optical output (Pn) is made larger than that at the high temperature in order to obtain the increase amount ΔPh of the optical output that compensates the loss variation width ΔLh due to the spectral characteristics. Further, at a low temperature, the light output (Pc) is made larger than that at room temperature in order to obtain an increase amount ΔPc of the light output that compensates for the loss change width ΔLc due to the spectral characteristics. Within the control temperature range, the light output (Ph) at a high temperature is minimized.
〔本実施形態と比較例との対比〕
本実施形態では図６中（Ｂ）に示される分光特性を用いるため、比較例よりも高温時の光出力（Ｐｈ）を低くすることができ、図６中（Ｄ）に示すように、高温時の動作ポイントを、比較例の動作ポイント（Ｔｈ２）から本実施形態の動作ポイント（Ｔｈ１）に左方向へ移行させることができる。これにより、高温時のバイアス電流を、比較例に比べΔＩｈ（＝Ｉｈ２−Ｉｈ１）分だけ低減できる。特に高温時は、低温時や常温時よりもバイアス電流−光出力特性の傾斜が緩いため、比較例の動作ポイント（Ｔｈ２）から本実施形態の動作ポイント（Ｔｈ１）に移行させたときのバイアス電流の減少（ΔＩｈ）は他の温度に比較して大きい。このようなバイアス電流の低減効果は４つのレーザダイオード１２ａ〜１２ｄについて有効であるため、光トランシーバ１０全体としての消費電力は比較例より大幅に少ない。
[Contrast between this embodiment and comparative example]
In the present embodiment, since the spectral characteristics shown in FIG. 6B are used, the light output (Ph) at a high temperature can be made lower than that in the comparative example, and as shown in FIG. The operating point at the time can be shifted leftward from the operating point (Th2) of the comparative example to the operating point (Th1) of the present embodiment. Thereby, the bias current at the time of high temperature can be reduced by ΔIh (= Ih2−Ih1) as compared with the comparative example. In particular, when the temperature is high, the slope of the bias current-light output characteristics is more gradual than when the temperature is low or at room temperature, so the bias current when the operation point (Th2) of the comparative example is shifted to the operation point (Th1) of the present embodiment. Decrease (ΔIh) is large compared to other temperatures. Since the effect of reducing the bias current is effective for the four
なお、常温時と低温時については、動作ポイント（Ｔｎ１，Ｔｃ１）の光出力（Ｐｎ，Ｐｃ）は、比較例の動作ポイント（Ｔｎ２，Ｔｃ２）の光出力（Ｐｎ，Ｐｃ）よりも大きくなり、その分だけバイアス電流の目標値は大きくなるが、高温時に比較するとバイアス電流−光出力の傾斜が急であるため、全体的なバイアス電流の増加分は低く抑えられる。このため、比較例のように高温時のバイアス電流を大きく増加させる手法よりも、本実施形態の手法の方が、バイアス電流の増加を抑制する効果は大きい。 Note that, at normal temperature and low temperature, the optical output (Pn, Pc) of the operating point (Tn1, Tc1) is larger than the optical output (Pn, Pc) of the operating point (Tn2, Tc2) of the comparative example. The target value of the bias current increases correspondingly, but since the slope of the bias current-optical output is steep compared to that at a high temperature, the increase in the overall bias current can be kept low. For this reason, the method of this embodiment has a greater effect of suppressing the increase in the bias current than the method of greatly increasing the bias current at a high temperature as in the comparative example.
ＭＣＵ５８のＥＥＰＲＯＭ６４には、導波路型合波器２０の分光特性、温度毎の各レーザダイオード１２ａ〜１２ｄの光出力特性、温度毎の各レーザダイオード１２ａ〜１２ｄの発信波長に基づいて、導波路型合波器２０から出力される光信号の光出力が一定となるようなバイアス電流の目標値を制御温度範囲内において温度毎に設定したマップを記憶しておくことができる。ＭＣＵ５８は、温度センサ６２の検出電圧からリアルタイムに判定した温度に基づいてマップを参照し、ＡＰＣ回路５０に指示するバイアス電流の目標値を設定することにより、バイアス電流を動的に制御することができる。これにより、温度が頻繁に変化した場合であっても、直ちにバイアス電流の目標値を増減させることができる。
The
以上のように本実施形態の光モジュールによれば、高温時にレーザダイオード１２ａ〜１２ｄのバイアス電流の増加を抑制できる。結果として、光トランシーバ１０全体としての消費電力を低減することができる。
As described above, according to the optical module of the present embodiment, an increase in the bias current of the
本発明は上述した一実施形態に制約されることなく、種々の変形を伴って実施することができる。例えば、光モジュールは、４波長よりチャンネル数が多い（例えば１０チャンネル）導波路型合波器２０を有していてもよい。この場合であっても、一実施形態で挙げた分光特性を適用することにより、チャンネル毎に高温時のバイアス電流の増加を抑制することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with various modifications. For example, the optical module may include the
また、各実施形態で挙げた温度や発振波長、透過中心波長等の値は好ましい例示であり、本発明の実施に際して個々の値を適宜に変更できることは言うまでもない。 In addition, values such as temperature, oscillation wavelength, transmission center wavelength, and the like given in each embodiment are preferable examples, and it goes without saying that individual values can be changed as appropriate in carrying out the present invention.
１０，４０ 光トランシーバ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ レーザダイオード
２０ 導波路型合波器
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ マッハツェンダ干渉計
２２ 光ファイバ
３０ 導波路型分波器
５０ ＡＰＣ回路
５２ モニタＰＤ
５４ 差動増幅器
５６ 電流源
５８ ＭＣＵ
６２ 温度センサ
10, 40
54
62 Temperature sensor
Claims (4)
複数の前記発光素子からの複数の前記光信号が入力され、複数の前記光信号を合波し、合波した前記光信号を出力する導波路型合波器と、
前記発光素子近傍の温度を検出する温度検出器と、
前記温度検出器で検出した温度に基づいて前記バイアス電流を制御する制御回路と、
を備え、
前記発光素子は、素子温度が高温側へ変化すると発振波長が長波長側へずれる特性を有するとともに、素子温度が高温側へ変化するとバイアス電流の閾値は高くなり、スロープ効率は低下する光出力特性を有し、
前記導波路型合波器は、前記制御回路が前記バイアス電流を制御する温度範囲である制御温度範囲において、前記制御温度範囲における上限の温度である制御温度範囲内高温の時の前記発光素子の発振波長で前記光信号の損失が最小であり、温度が低温側へ変化して前記発光素子の発信波長が短くなると前記光信号の損失が増加する分光特性を有し、
前記制御回路は、前記導波路型合波器から出力される前記光信号の光出力が一定となるように、前記バイアス電流を制御する、
光モジュール。 A plurality of light emitting elements that receive a supply of a bias current and output an optical signal; and
A plurality of the optical signals from the plurality of light-emitting elements, a plurality of the optical signals are combined, and a waveguide-type multiplexer that outputs the combined optical signals;
A temperature detector for detecting a temperature in the vicinity of the light emitting element;
A control circuit for controlling the bias current based on the temperature detected by the temperature detector;
With
The light emitting element has a characteristic that the oscillation wavelength shifts to a long wavelength side when the element temperature changes to a high temperature side, and the threshold value of the bias current increases and the slope efficiency decreases when the element temperature changes to a high temperature side. Have
The waveguide type multiplexer, said control circuit Oite the control temperature range is the temperature range for controlling the bias current, wherein when the high-temperature control temperature range is the temperature of the upper limit of the control temperature range the loss of the optical signal at the oscillation wavelength of the light emitting element is minimized, the temperature has a spectral characteristic you increase the loss of the optical signal and transmitting the wavelength of the light emitting element is changed to the low temperature side is shortened,
The control circuit controls the bias current so that an optical output of the optical signal output from the waveguide multiplexer is constant.
Optical module.
前記制御回路は、前記制御温度範囲において、前記制御温度範囲内高温の時の前記発光素子の光出力を低くし、温度が低温側へ変化すると、前記導波路型合波器から出力される前記光信号の光出力が一定となるよう前記発光素子の光出力を増加させるように、前記バイアス電流を制御する、
光モジュール。 The optical module according to claim 1 ,
Before SL control circuit Oite the control temperature range, and lower the light output of the light emitting element at a high temperature in the control temperature range, when the temperature changes to a low, from the waveguide type multiplexer Controlling the bias current so as to increase the light output of the light emitting element so that the light output of the output optical signal is constant;
Optical module.
前記制御回路は、
前記導波路型合波器から出力される前記光信号の光出力が一定となるような前記バイアス電流の目標値を前記制御温度範囲内において温度毎に設定したマップを記憶しており、前記温度検出器で検出した温度に基づいて前記マップを参照し、前記バイアス電流の目標値を設定することにより、前記バイアス電流を制御する
光モジュール。 The optical module according to claim 2,
The control circuit includes:
Storing a map in which a target value of the bias current is set for each temperature within the control temperature range so that the optical output of the optical signal output from the waveguide multiplexer is constant; An optical module that controls the bias current by referring to the map based on a temperature detected by a detector and setting a target value of the bias current.
前記導波路型合波器は、多段に接続したマッハツェンダ干渉計から構成される、
光モジュール。
The optical module according to any one of claims 1 to 3,
The waveguide type multiplexer is composed of Mach-Zehnder interferometers connected in multiple stages.
Optical module.
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