JPH08204268A - 半導体レーザ駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】常にバイアス電流を半導体レーザの閾値変化に
追従させることができる半導体レーザ駆動回路を提供す
ることにある。 【構成】半導体レーザ１の閾値程度のバイアス電流ＩB
及びデータ信号Ｄinに対応するパルス電流ＩP を生成
し、両電流を合成して半導体レーザ１の駆動電流ＩD を
生成する駆動電流生成部２と、半導体レーザ１の出力光
の一部を受光してその光強度変化を電流変化に変換して
モニタ電流ＩM を得る受光素子３と、十分低い周波数で
かつ十分低い振幅の低周波信号ＩL を発生する低周波信
号源７と、低周波信号ＩL に応じてバイアス電流ＩB を
振幅変調する手段２４と、モニタ電流ＩM から低周波変
調成分を抽出する手段７と、その低周波変調成分の振幅
レベルを検出し、当該振幅レベルが一定となるようにバ
イアス電流ＩB を増減する駆動制御部５とを具備して構
成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光信号送信用の半導
体レーザをデータ信号に応じて発光駆動する半導体レー
ザ駆動回路に係り、特に半導体レーザの劣化状態を監視
する機能強化技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体レーザ駆動回路は、基本的
に図３に示すように構成されている。図３において、１
は半導体レーザとして代表されるレーザダイオードであ
る。このレーザダイオード１は駆動電流生成部２からの
駆動電流ＩD によって駆動される。

【０００３】ここで、レーザダイオード１は、図４
（ａ）に示すような駆動電流対光強度特性を有してお
り、駆動電流が閾値Ｉth以上でなければ線形特性が得ら
れない。そこで、駆動電流生成部２では、図４（ｂ）に
示すように、閾値Ｉth程度のバイアス電流ＩB と入力デ
ータ信号Ｄinに対応するパルス電流ＩP を生成し、両電
流ＩB ，ＩP を合成してレーザダイオード１の駆動電流
ＩD を生成するようにしている。これにより、レーザダ
イオード１の出力光強度は、図４（ｃ）に示すように、
データ信号に対応して所定レベル以上の振幅で変化する
ようになる。

【０００４】また、レーザダイオード１の閾値Ｉthは周
囲温度の変化、劣化の度合いに応じて変動する。よっ
て、上記バイアス電流ＩB が一定であると、レーザダイ
オード１の出力光強度に所定レベル以上の振幅が取れな
くなったり、波形劣化が生じたりしてしまう。

【０００５】そこで、図３に示す駆動回路では、レーザ
ダイオード１の近傍にフォトダイオード３を配置し、こ
のフォトダイオード３によってレーザダイオード１の出
力光の一部を受光して、レーザ出力光強度の変化に対応
するモニタ電流ＩM を取り出す。そして、光出力レベル
検出部４にてモニタ電流ＩM を平滑することで光出力の
平均レベルを検出し、駆動制御部５によってその平均レ
ベルが一定となるように駆動電流生成部２のバイアス電
流ＩB を増減するようにしている。

【０００６】例えば、周囲温度の上昇、経年変化等でレ
ーザダイオード１の閾値Ｉthが上昇すると、レーザダイ
オード１の出力光強度の振幅レベルが下がる。このと
き、フォトダイオード３のモニタ電流ＩB の振幅レベル
も下がるので、このモニタ電流から光出力の平均レベル
を検出し、この検出レベルの低下相当分だけバイアス電
流ＩB を増加することで、バイアス電流ＩB を閾値Ｉth
の変化に追従させ、出力光強度の振幅レベルを一定に保
持するようにしている。

【０００７】また、レーザダイオード１の劣化は、閾値
Ｉthの上昇となって現れるので、従来ではバイアス電流
ＩB をモニタすることで劣化検出を行っている。この場
合、周囲温度による閾値Ｉthの上昇と区別するため、バ
イアス電流モニタ部で温度補償を行うことで劣化の誤検
出を防止している。

【０００８】ところで、上記のような半導体レーザ駆動
回路を持つ光送信装置を用いて光伝送システムを構築す
る場合、一般には半導体レーザの故障等を考慮して、図
５に示すように、常用系（あるいは冗長系）Ａと冗長系
（あるいは常用系）Ｂの各光送信装置１１Ａ，１１Ｂを
用意し、光スイッチ１２により光送信装置１１Ａ，１１
Ｂのいずれか一方の光出力を選択的に導出できるように
している。

【０００９】但し、現在実用化されている光スイッチで
は、Ａ，Ｂ間のアイソレーションが悪く（２０ｄＢ程
度）、例えばＡ系を選択してもＢ系の出力光が漏れ込
み、伝送光信号に悪影響を与える。したがって、冗長系
となる光送信装置１１Ａ，１１Ｂいずれか一方の光出力
を強制的に断状態としなければならない。

【００１０】その方法としては、図３の例でいえば、駆
動制御部５を通じて駆動電流生成部２のパルス電流ＩP
にスケルチをかける、あるいはバイアス電流ＩB 、パル
ス電流ＩP 共にスケルチをかけるといった種々の方式が
考えられている。

【００１１】しかしながら、いずれの方式を採っても、
従来の半導体レーザ駆動回路では、光出力を強制的に断
状態に設定するよう指定されたとき、光出力の振幅変化
が完全になくなってしまうため、光出力をモニタしても
そのモニタ出力は何ら変化しない。よって、モニタ出力
に基づいて光出力の平均レベルが一定になるようにバイ
アス電流ＩB を制御する従来方式では、バイアス電流Ｉ
B を劣化による閾値Ｉthの変化に追従させることはでき
ない。

【００１２】以上のことから、従来の半導体レーザ駆動
回路では、待機状態（光出力強制断設定状態）でバイア
ス電流ＩB をモニタしても半導体レーザの劣化を検出す
ることができなかった。同様の理由から、常用系であっ
ても、無信号出力状態で半導体レーザの劣化を検出する
ことができなかった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の半導体レーザ駆動回路では、光出力強制断状態ある
いは無信号出力状態で半導体レーザの劣化を検出するこ
とができなかった。この発明は上記の課題を解決するた
めになされたもので、光出力強制断状態あるいは無信号
出力状態であってもバイアス電流を半導体レーザの閾値
変化に追従させることができ、これによって半導体レー
ザの劣化を常時監視することのできる半導体レーザ駆動
回路を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明は、半導体レーザの閾値程度のバイアス電流
及びデータ信号に対応するパルス電流を生成し、両電流
を合成して前記半導体レーザの駆動電流を生成する駆動
電流生成部と、前記半導体レーザの出力光の一部を受光
してその光強度変化を電流変化に変換してモニタ電流を
得る受光素子とを備える半導体レーザ駆動回路におい
て、前記データ信号の周波数帯より十分低い周波数で、
かつ前記パルス電流の振幅より十分低い振幅の低周波信
号を発生する低周波信号源と、この低周波信号源から出
力される低周波信号に応じて前記駆動電流生成部で発生
されるバイアス電流を振幅変調するバイアス電流変調手
段と、前記受光素子で得られるモニタ電流から低周波変
調成分を抽出する低周波変調成分抽出手段と、この手段
で抽出された低周波変調成分の振幅レベルを検出し、当
該振幅レベルが一定となるように前記駆動電流生成部で
発生されるバイアス電流を増減する駆動制御部とを具備
し、前記バイアス電流を検出することで前記半導体レー
ザの劣化状態を監視する機能を有するようにした。

【００１５】特に、前記駆動制御部は、前記半導体レー
ザの出力光を強制的に断状態にするよう指定されたと
き、前記駆動電流生成部のパルス電流をスケルチする機
能を備えることを特徴とする。

【００１６】また、前記バイアス電流変調手段は、変調
度を前記データ信号による光出力強度振幅に影響しない
程度にして、データ信号の入力の有無、マーク率に関係
なく常時バイアス電流を低周波信号で変調することを特
徴とする。

【００１７】

【作用】上記構成による半導体レーザ駆動回路では、デ
ータ信号の周波数帯より十分低い周波数で、かつパルス
電流の振幅より十分低い振幅の低周波信号でバイアス電
流を振幅変調し、この変調したバイアス電流で常時半導
体レーザを駆動し、半導体レーザの光出力を受光素子で
モニタし、この受光素子で得られるモニタ電流から低周
波変調成分を抽出する。

【００１８】ここで、半導体レーザの閾値が増加すると
この低周波変調成分の振幅レベルが低下する。そこで、
この低周波変調成分の振幅レベルが一定となるようにバ
イアス電流を増減することで、バイアス電流を半導体レ
ーザの閾値変化に追従させ、これによってバイアス電流
を見ることで半導体レーザ劣化のバロメータである閾値
増加を監視できるようにしている。

【００１９】この場合、駆動制御部にて、前記半導体レ
ーザの出力光を強制的に断状態にするよう指定されたと
き、駆動電流生成部のパルス電流をスケルチするように
し、これによって光スイッチにて常用系の光信号に影響
を与えないようにしている。

【００２０】また、バイアス電流の変調度をデータ信号
による光出力強度振幅に影響しない程度にすることで、
データ信号の入力の有無に関係なく常時バイアス電流を
低周波信号で変調できるようにし、これによってデータ
信号の光出力状態でも、バイアス電流を半導体レーザの
閾値変化に追従させ、その閾値増加の監視を可能にして
いる。

【００２１】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
詳細に説明する。尚、図１において、図３と同一部分に
は同一符号を付して示し、ここでは異なる部分を中心に
説明する。

【００２２】図１はこの発明に係るレーザダイオード駆
動回路の構成を示すもので、前述の駆動信号生成部２
は、バイアス電流ＩB を発生するバイアス電流源２１
と、入力データ信号Ｄinの“１”，“０”に対応するパ
ルス電流ＩP を発生するパルス電流源２２と、両電流Ｉ
B ，ＩP を合成して駆動電流ＩD を生成する電流加算器
２３を備えているが、ここではさらにバイアス電流路に
は混合器２４が設けられている。この混合器２４には低
周波信号源６からの低周波信号が供給される。

【００２３】この低周波信号源６は、データ信号Ｄinの
周波数帯より十分低い周波数で、かつパルス電流ＩP の
振幅より十分低い振幅の低周波信号ＩL を発生する。こ
の低周波信号を駆動信号生成部２の混合器２４に供給す
ることで、バイアス電流ＩBは低周波信号ＩL により振
幅変調されてパルス電流ＩP と加算合成されることにな
る。

【００２４】一方、フォトダイオード３で得られたモニ
タ電流ＩM は低周波抽出部７に入力される。この低周波
抽出部７は、例えばモニタ電流ＩM をローパスフィルタ
に通すことで、モニタ電流ＩM から低周波変調成分を抽
出するもので、ここで得られた低周波変調成分は駆動制
御部５に送られる。

【００２５】この駆動制御部５はバイアス電流制御部５
１とパルス電流制御部５２を備える。バイアス電流制御
部５１は、低周波変調成分からその振幅レベルを検出
し、当該振幅レベルが一定となるように、駆動電流生成
部２のバイアス電流源２１に対してその発生電流を増減
させる。具体的には、抽出された低周波変調成分を積分
して平滑し、基準電圧と比較して変動分を求め、この変
動分に相当する制御信号をバイアス電流源２１に送り、
その発生電流を増減させる。

【００２６】一方、パルス電流制御部５２は、光出力強
制断状態が指令されたとき、駆動電流生成部２のパルス
電流源２２の電流出力を断とし、これによってパルス信
号ＩP をスケルチさせる。

【００２７】上記構成において、以下その動作を図２を
参照して説明する。尚、図２では、図を簡略化するた
め、低周波信号の周期を短くして示している。まず、レ
ーザダイオード１が図２（ａ）に示す駆動電流対光強度
特性を有しており、駆動電流生成部２のバイアス電流源
２１において、レーザダイオード１の閾値Ｉthにほぼ等
しいバイアス電流にＩB が発生されているとする。い
ま、バイアス電流ＩB が低周波信号ＩL によって図２
（ｃ）に示すように変調されたとすると、このバイアス
電流ＩB ′にデータ信号Ｄinに対応するパルス電流ＩP
を加算すると図２（ｂ）に示すような駆動電流ＩD が得
られる。

【００２８】この駆動電流ＩD によってレーザダイオー
ド１を駆動すると、図２（ｄ）に示すような光出力信号
が得られる。この光出力信号には低周波信号が重畳され
ているが、その周波数及び振幅が光強度振幅に対して十
分低いため、その伝送には影響しない。

【００２９】また、光出力強制断によってパルス電流Ｉ
P が加算されないとき、あるいは無信号状態のとき、低
周波変調されたバイアス電流ＩB ′がそのまま駆動電流
ＩDとしてレーザダイオード１に供給されるため、その
光出力信号は図２（ｅ）に示すように変化する。但し、
この光出力信号は極めて長い周期でかつ低レベルの振幅
なので、図５に示す冗長系出力である場合、光スイッチ
にて常用系の光信号に影響を与えることはない。

【００３０】レーザダイオード１から図２（ｄ）に示す
ような光信号が出力されているとき、フォトダイオード
３で得られるモニタ電流ＩM から低周波抽出部７で低周
波変調成分を抽出してみると、バイアス電流ＩB を変調
している低周波成分が得られる。ここで、レーザダイオ
ード１の閾値Ｉthが増加すれば、低周波変調成分の振幅
レベルが低下する。

【００３１】そこで、バイアス電流制御部５１にて、低
周波抽出部７で得られた低周波変調成分からその振幅レ
ベルの低下分を検出し、その低下分に相当する制御信号
を駆動電流生成部２のバイアス電流源２１に送り、バイ
アス電流ＩB を増加させる。これにより、バイアス電流
ＩB はレーザダイオード１の閾値Ｉthの変化に追従する
ようになる。

【００３２】また、光出力強制断状態（待機状態）の指
令を受けたときは、駆動制御部５のパルス電流制御部５
２からスケルチ制御信号が出力され、駆動電流生成部２
のパルス電流源２２の電流出力がスケルチされる。この
とき、レーザダイオード１から図２（ｅ）に示す光出力
信号が得られる。この光信号をフォトダイオード３でモ
ニタし、低周波抽出部７で低周波変調成分を抽出してみ
ると、上記の場合と全く同様な低周波変調成分が得られ
る。

【００３３】そこで、この場合もバイアス電流制御部５
１にて、低周波変調成分の振幅レベル低下分に相当する
制御信号をバイアス電流源２１に送り、バイアス電流Ｉ
B を増加させることで、バイアス電流ＩB をレーザダイ
オード１の閾値Ｉthの変化に追従させることができる。

【００３４】このように、上記構成による半導体レーザ
駆動回路は、データ信号に対応するパルス電流ＩP に依
存しない制御方法で、バイアス電流ＩB をレーザダイオ
ード１の閾値Ｉthの変化に追従させることができる。し
たがって、光出力強制断状態（待機状態）あるいは無信
号出力状態であっても、バイアス電流ＩB を見ることで
レーザダイオード１の劣化のバロメータである閾値Ｉth
の上昇を常時監視することができる。

【００３５】さらに、バイアス電流ＩB がレーザダイオ
ード１の閾値Ｉthに非常によく追従するので、常に光出
力信号の振幅を最良にとることができ、効率の面でも優
れた効果を奏する。尚、この発明は上記実施例に限定さ
れるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々変形にしても同様に実施可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、光出力
強制断状態あるいは無信号出力状態であってもバイアス
電流を半導体レーザの閾値変化に追従させることがで
き、これによって半導体レーザの劣化を常時監視するこ
とのできる半導体レーザ駆動回路を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る半導体レーザ駆動回路の一実施
例の構成を示すブロック回路図である。

【図２】上記実施例の動作を説明するためのレーザダイ
オードの特性及び入出力波形を示す図である。

【図３】従来の半導体レーザ駆動回路の構成を示すブロ
ック回路図である。

【図４】図３の回路構成におけるレーザダイオードの特
性及び入出力波形を示す図である。

【図５】上記半導体レーザ駆動回路の使用例を示すブロ
ック回路構成図である。

【符号の説明】

１…レーザダイオード、２…駆動電流生成部、２１…バ
イアス電流源、２２…パルス電流源、２３…電流加算
器、２４…混合器、３…フォトダイオード、４…光出力
レベル検出部、５…駆動制御部、５１…バイアス電流制
御部、５２…パルス電流制御部、６…低周波信号源、１
１Ａ，１１Ｂ…光送信装置、１２…光スイッチ、ＩB ，
ＩB ′…バイアス電流、ＩP …パルス電流、ＩD …駆動
電流、ＩM…モニタ電流、ＩL …低周波信号、Ｄin…入
力データ信号、Ｉth…レーザダイオード閾値。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザの閾値程度のバイアス電流及
   びデータ信号に対応するパルス電流を生成し、両電流を
   合成して前記半導体レーザの駆動電流を生成する駆動電
   流生成部と、 前記半導体レーザの出力光の一部を受光してその光強度
   変化を電流変化に変換してモニタ電流を得る受光素子と
   を備える半導体レーザ駆動回路において、 前記データ信号の周波数帯より十分低い周波数で、かつ
   前記パルス電流の振幅より十分低い振幅の低周波信号を
   発生する低周波信号源と、 この低周波信号源から出力される低周波信号に応じて前
   記駆動電流生成部で発生されるバイアス電流を振幅変調
   するバイアス電流変調手段と、 前記受光素子で得られるモニタ電流から低周波変調成分
   を抽出する低周波変調成分抽出手段と、 この手段で抽出された低周波変調成分の振幅レベルを検
   出し、当該振幅レベルが一定となるように前記駆動電流
   生成部で発生されるバイアス電流を増減する駆動制御部
   とを具備し、 前記バイアス電流を検出することで前記半導体レーザの
   劣化状態を監視する機能を有することを特徴とする半導
   体レーザ駆動回路。
2. 【請求項２】前記駆動制御部は、前記半導体レーザの出
   力光を強制的に断状態にするよう指定されたとき、前記
   駆動電流生成部のパルス電流をスケルチする機能を備え
   ることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ駆動回
   路。
3. 【請求項３】前記バイアス電流変調手段は、変調度を前
   記データ信号による光出力強度振幅に影響しない程度に
   して、データ信号の入力の有無、マーク率に関係なく常
   時バイアス電流を低周波信号で変調することを特徴とす
   る請求項１記載の半導体レーザ駆動回路。