JP2000201109A - 光送信器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光送信器において、バースト伝送を行う場合
であっても、ＡＰＣ動作により発光素子の駆動電流を高
精度に制御することができるようにする。 【解決手段】 光送信器１００は、ｎ個の伝送用レーザ
ダイオード１及び１個のモニタ用レーザダイオード１ａ
からなるレーザダイオードアレイ１１と、データ信号に
応じて各伝送用レーザダイオード１を発光させる複数の
伝送用発光素子駆動回路４と、クロック信号に応じてモ
ニタ用レーザダイオード１ａを発光させるモニタ用発光
素子駆動回路４ａと、モニタ用レーザダイオード１ａで
発生した光を受光するフォトダイオード５と、フォトダ
イオード５の受光信号に基づいてモニタ用レーザダイオ
ード１ａが所定値になるような変調電流制御信号及びバ
イアス電流制御信号を生成し、これら制御信号を各伝送
用発光素子駆動回路４及びモニタ用発光素子駆動回路４
ａに出力するＡＰＣ回路６とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のデータを光
ファイバを介して並列に送信する光送信器に係わり、特
に複数のデータをバースト伝送するのに好適な光送信器
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光送信器は、入力電気信号データを発光
素子の発光強度の変化に変換し、この発光素子で発生し
た光を光ファイバを介して伝送するものである。ここ
で、発光素子の１つである半導体レーザの光出力は、周
囲の温度や半導体レーザの温度の変化等により変動する
ことが知られている。そこで、温度変化が生じても一定
の光出力が得られるように、光送信器には、モニタ用の
受光素子例えばフォトダイオードにより半導体レーザの
光出力を検出し、この検出信号に基づいて半導体レーザ
の駆動電流（バイアス電流及び変調電流）を制御する自
動出力制御（以下、ＡＰＣということがある）回路が設
けられているものが多い。

【０００３】ところで、近年においては、複数のデータ
を並列に光伝送することが強く求められている。このよ
うな並列光伝送では、データ信号ラインはバスラインと
して使用されることが多く、そのためバースト伝送（デ
ータのマーク率が不定である伝送）を行うことが多い。

【０００４】しかし、一般的なＡＰＣ方式である光出力
の平均値を検出して光出力制御を行う方式では、そのよ
うなバースト伝送には対応できない。また、光出力のハ
イレベルとローレベルをピークホールドして光出力制御
を行うピークボトム検知型ＡＰＣという方式もあるが、
Ｇｂｐｓ以上の速度での動作の実現が難しく、かつロー
レベルが長く続くデータには対応できない。そこで、一
般的には、サーミスタ等により半導体レーザの温度を検
出することにより半導体レーザの温度特性を補償するよ
うにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
レーザの温度を検出して半導体レーザの発光出力を制御
するだけでは、半導体レーザの温度特性を正確に再現す
ることができないため、半導体レーザのしきい値電流、
発光効率の変化に対して精度良くバイアス電流や変調電
流を制御できない。よって、以下のような問題が生じ
る。 （１）半導体レーザの光出力が温度により変動する。こ
の光出力の変動は、光信号をＤＣ検知する場合に立上り
スキュー及び立下りスキューの劣化を引き起こす。 （２）半導体レーザの発光遅延時間が温度により変動す
る。その結果、出力スキューの温度依存性が生じ、Ｄ−
ＦＦによりリタイミングを行う場合のタイミングマージ
ンが減少し、高速動作が難しくなる。 （３）高速動作を実現するためにはバイアス電流をしき
い値電流近傍に制御する必要があるが、それと半導体レ
ーザの消光比の確保との両立は難しく、消光比が低下す
ることもある。この場合には、ノイズマージンが減少
し、受信感度の低下を引き起こすことになる。

【０００６】本発明の目的は、バースト伝送を行う場合
であっても、ＡＰＣ動作により発光素子の駆動電流を高
精度に制御することができる光送信器を提供することで
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、複数のデータを光ファイバを介して並列
に送信する光送信器において、複数の伝送用発光素子
と、複数の伝送用発光素子をそれぞれ対応するデータ信
号に応じて発光させる複数の伝送用発光素子駆動回路
と、複数の伝送用発光素子の近傍に設けられたモニタ用
発光素子と、モニタ用発光素子を発光させるモニタ用発
光素子駆動回路と、モニタ用発光素子で発生した光を受
光するモニタ用受光素子と、モニタ用受光素子の受光信
号に基づいてモニタ用発光素子の発光出力が所定値にな
るような制御信号を生成し、この制御信号を複数の伝送
用発光素子駆動回路及びモニタ用発光素子駆動回路にそ
れぞれ出力する発光出力制御回路とを備える構成とす
る。

【０００８】以上のように構成した本発明においては、
モニタ用発光素子で発生した光をモニタ用受光素子で受
光し、この受光信号に基づいて生成した制御信号をモニ
タ用発光素子駆動回路に出力してモニタ用発光素子の発
光出力を所定値にすると同時に、当該制御信号を複数の
伝送用発光素子駆動回路にも出力して複数の伝送用発光
素子の発光出力を調整する。したがって、パラレルリン
クでバースト伝送を行う場合であっても、ＡＰＣ動作に
より複数の発光素子の駆動電流を高精度に制御すること
ができ、これにより、周囲温度の変動等にかかわらず、
複数の発光素子の光出力をほぼ一定にすることが可能と
なる。

【０００９】上記光送信器において、好ましくは、複数
の伝送用発光素子とモニタ用発光素子とは１つの発光素
子アレイとして一体化されている。これにより、複数の
伝送用発光素子及びモニタ用発光素子の温度特性が揃う
ようになる。また、これらの発光素子のチップ上への装
着が簡単に行える。

【００１０】また、好ましくは、モニタ用発光素子駆動
回路は、外部入力のクロック信号またはデータ信号から
抽出・再生したクロック信号に応じてモニタ用発光素子
を発光させる。これにより、耐ノイズ性が確保されると
ともに発光素子の光出力の平均値検出によるＡＰＣ動作
が効率よく行える。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて図面を参照して説明する。

【００１２】まず、本発明の第１の実施形態を図１〜図
３により説明する。図１は、本実施形態による光送信器
の構成を示す図である。同図において、光送信器１００
は、複数（ｎ個）のデータをそれぞれ図示しない光ファ
イバを介して並列に光伝送するものである。

【００１３】光送信器１００は、ｎ個の伝送用発光素子
としてのレーザダイオード１及び１個のモニタ用発光素
子としてのレーザダイオード１ａからなるレーザダイオ
ードアレイ１１と、変調回路２及びバイアス回路３を有
し、変調回路２に入力されたデータ信号に応じて各伝送
用のレーザダイオード１を発光させる複数の伝送用発光
素子駆動回路４と、変調回路２ａ及びバイアス回路３ａ
を有し、変調回路２ａに入力されたクロック信号に応じ
てモニタ用のレーザダイオード１ａを発光させるモニタ
用発光素子駆動回路４ａと、モニタ用のレーザダイオー
ド１ａの近傍に設けられ、当該レーザダイオード１ａで
発生した光を受光するモニタ用受光素子としてのフォト
ダイオード５と、このフォトダイオード５の受光信号に
基づいて各伝送用発光素子駆動回路４及びモニタ用発光
素子駆動回路４ａを制御する発光出力制御回路（ＡＰＣ
回路）６とを備えている。

【００１４】ここで、レーザダイオードアレイ１１に、
光コネクタを介してｎ個の光ファイバ（前述）を束ねた
テープファイバが接続される。そして、伝送用レーザダ
イオード１から光ファイバ端面に向けて光が照射され
る。また、フォトダイオード５では、モニタ用レーザダ
イオード１ａの背面端（高反射率の反射膜がコートされ
ている側）から漏れる背面光をモニタするようになって
いる。

【００１５】図２は、伝送用発光素子駆動回路４の詳細
を示す構成図である。同図において、変調回路２は差動
対を構成する電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴとい
う）２１，２２を有し、このＦＥＴ２１，２２のゲート
にデータ信号が入力される。なお、ＦＥＴ２２のゲート
には、ＦＥＴ２１に入力されるデータ信号を反転させた
ものが入力される。そして、ＦＥＴ２２のドレインと電
源電圧端子Ｖcc間にレーザダイオード１が接続されてい
る。また、ＦＥＴ２１，２２の共通ソースとグランド端
子ＧＮＤ間にはＦＥＴ２３が接続されており、このＦＥ
Ｔ２３のゲートには、ＡＰＣ回路６からの後述する変調
電流制御信号（電圧信号）が印加され、その信号に応じ
た変調電流Ｉｍが設定される。

【００１６】バイアス回路３は、ＦＥＴ２２のドレイン
とグランド端子ＧＮＤ間に接続されたＦＥＴ３１を有
し、このＦＥＴ３１のゲートには、ＡＰＣ回路６からの
後述するバイアス電流制御信号（電圧信号）が印加さ
れ、その信号に応じたバイアス電流Ｉｂが設定される。

【００１７】このような伝送用発光素子駆動回路４にお
いて、入力データ信号の変化に従ってＦＥＴ２１，２２
がスイッチング動作し、ＦＥＴ２２がオンの状態ではレ
ーザダイオード１に流れる駆動電流Ｉは変調電流Ｉｍと
バイアス電流Ｉｂの和となり、レーザダイオード１がそ
の駆動電流Ｉに相当する光強度で発光する。また、ＦＥ
Ｔ２２がオフの状態ではレーザダイオード１に流れる駆
動電流Ｉはバイアス電流Ｉｂになり、レーザダイオード
１が消光する。

【００１８】モニタ用発光素子駆動回路４ａは、図示は
しないが、変調回路２と同じ変調回路２ａ及びバイアス
回路３と同じバイアス回路３ａで構成されており、変調
回路２ａのＦＥＴ２１，２２には、例えば１００ｋＨｚ
のクロック信号が入力される。ここで、クロック信号を
入力するようにしたのは、耐ノイズ性を確保するととも
に、レーザダイオード１ａの光出力の平均値検出による
ＡＰＣ動作を行い易くするためである。また、クロック
信号としては、外部入力のクロックを用いてもよいし、
ｎ個のデータ信号のうちのいずれか１つのデータ信号か
ら抽出・再生したクロックを用いても良い。

【００１９】ＡＰＣ回路６は、フォトダイオード５の受
光信号（電流信号）を電圧信号に変換し、モニタ用レー
ザダイオード１ａの発光出力の平均値が所定値になるよ
うな変調電流制御信号及びバイアス電流制御信号を生成
し、変調電流制御信号を各変調回路２及び２ａに供給す
るとともに、バイアス電流制御信号を各バイアス回路３
及び３ａに供給し、各伝送用レーザダイオード１及びモ
ニタ用レーザダイオード１ａの光強度を制御する。この
ＡＰＣ回路６による光出力制御動作の詳細を以下に述べ
る。

【００２０】図３は、ＡＰＣ回路６による光出力制御に
使用する、レーザダイオード１ａの駆動電流−光出力特
性を示す図である。同図において、点線は常温時の特性
を示し、実線はその状態から所定温度上昇した時の特性
を示したものである。この特性図から分かるように、周
囲温度が上昇すると発光効率が低下する。このため、レ
ーザダイオード１ａの光出力Ｐを一定値にするには、レ
ーザダイオード１ａの駆動電流Ｉを大きくする必要があ
る。

【００２１】例えば、光出力を図中Ｐｃのようなローレ
ベルとハイレベルを有する値（光出力平均値がＰ０）に
するには、常温時では点線Ｑで示すように、バイアス電
流Ｉｂをこの特性のしきい値電流であるＩb1にし、変調
電流ＩｍをＩm1にする必要がある。一方、高温時では実
線Ｒで示すように、バイアス電流Ｉｂをこの特性のしき
い値電流であるＩb2にし、変調電流ＩｍをＩm2にする必
要がある。

【００２２】ＡＰＣ回路６は、フォトダイオード５の受
光信号からモニタ用レーザダイオード１ａの発光強度を
検出し、この検出結果に基づいて上記駆動電流−光出力
特性を用いてモニタ用発光素子１ａが所定値になるよう
にモニタ用発光素子駆動回路４ａ及び各伝送用発光素子
駆動回路４を制御する。つまり、周囲温度の変動等によ
りモニタ用レーザダイオード１ａの発光強度が低下した
ときは、各伝送用レーザダイオード１の発光強度も低下
したと判断して、変調電流Ｉｍを増加させるための変調
電流制御信号を各変調回路２及び２ａに出力するととも
に、バイアス電流Ｉｂを増加させるためのバイアス電流
制御信号を各バイアス回路３及び３ａに出力する。一
方、モニタ用レーザダイオード１ａの発光強度が上昇し
たときは、周囲温度の変動等により各伝送用レーザダイ
オード１の発光強度も上昇したと判断して、変調電流Ｉ
ｍを減少させるための変調電流制御信号を各変調回路２
及び２ａに出力するとともに、バイアス電流Ｉｂを減少
させるためのバイアス電流制御信号を各バイアス回路３
及び３ａに出力する。

【００２３】以上のように本実施形態にあっては、伝送
用レーザダイオード１とは別にモニタ用レーザダイオー
ド１ａを設け、このモニタ用レーザダイオード１ａの発
光強度を検出することで各伝送用レーザダイオード１の
発光強度の変化を把握してＡＰＣ動作を行うようにした
ので、各伝送用レーザダイオード１にローレベルが長く
続くデータが供給されるようなバースト伝送を行う場合
であっても、各伝送用レーザダイオード１の変調電流Ｉ
ｍ及びバイアス電流Ｉｂを精度良く制御することができ
る。したがって、ＡＰＣ動作を行わない場合に生じる問
題を解決することができる。

【００２４】すなわち、温度変化による各レーザダイオ
ード１の光出力の変動が低減されるため、光出力をＤＣ
検知する場合に生じる立上りスキュー及び立下りスキュ
ーが軽減する。また、温度変化による各レーザダイオー
ド１の発光遅延時間の変動も低減されるため、出力スキ
ューの温度依存性が少なくなり、Ｄ−ＦＦによりリタイ
ミングを行う場合のタイミングマージンが増大し、高速
動作が行えるようになる。さらに、レーザダイオード１
の消光比を大きくすることができるので、ノイズマージ
ンが増大し、受信感度が良くなる。

【００２５】また、ｎ個の伝送用レーザダイオード１と
モニタ用レーザダイオード１ａとを１つのレーザダイオ
ードアレイ１１として一体化したので、これらレーザダ
イオード１及び１ａの温度特性が揃うようになり、これ
により各レーザダイオード１の光出力を精度よく制御で
きる。また、レーザダイオード１及び１ａのチップ上へ
の装着が簡単に行えるようになる。

【００２６】本発明の第２の実施形態を図４により説明
する。図中、第１の実施形態と同一または同等の部材に
は同じ符号を付し、その説明を省略する。

【００２７】図４は、本実施形態による光送信器を示す
構成図である。同図において、光送信器１００Ａは、ｎ
個の伝送用レーザダイオード１からなるレーザダイオー
ドアレイ１１Ａを備えており、このレーザダイオードア
レイ１１Ａに隣接した位置にモニタ用レーザダイオード
１ａが配置されている。このようにモニタ用レーザダイ
オード１ａをレーザダイオードアレイ１１Ａに隣接させ
ることで、モニタ用レーザダイオード１ａの温度特性と
伝送用レーザダイオード１の温度特性とがほぼ一致する
ようになる。このとき、レーザダイオードアレイ１１Ａ
とモニタ用レーザダイオード１ａとを熱的に結合し、環
境温度にかかわらず同一温度になるように配置するのが
好ましい。また、モニタ用レーザダイオード１ａは、そ
の出力光がファイバ端面とは反対方向に照射されるよう
に配置され、直接フォトダイオード５に入射されるよう
になっている。その他の構成は、第１の実施形態と同じ
である。

【００２８】本実施形態においても、第１の実施形態と
同様に、バースト伝送を行う場合であっても、ＡＰＣ動
作により各伝送用レーザダイオード１の駆動電流Ｉを精
度良く制御することができる。

【００２９】また、本実施形態では、伝送用レーザダイ
オード１とモニタ用レーザダイオード１ａとを別個に取
り付けるようにしたので、モニタレーザダイオード１ａ
で発生した光を直接フォトダイオード５に入射させるこ
とができ、第１の実施形態のようなレーザダイオードア
レイ１１の中のモニタレーザダイオード１ａで発生した
光のみをフォトダイオード５に入射させる手段を設ける
必要が無い。

【００３０】なお、以上説明した実施形態においては、
変調回路２ａはクロック信号に応じて変調させるものと
したが、特にクロック信号に限られず、所定のダミーデ
ータ等に応じて変調させてもよい。また、これ以外に
も、モニタ用レーザダイオード１ａに定電流を供給する
ようにしてもよい。この場合、変調回路２ａのＦＥＴ２
３のゲート幅を変調回路２のＦＥＴ２３のゲート幅の１
／２とすることにより、モニタレーザダイオード１ａと
伝送用デーザダイオード１の消費電流をほぼ同程度とす
ることが可能となる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、パラレルリンクでバー
スト伝送を行う場合であっても、ＡＰＣ動作により複数
の発光素子の駆動電流を高精度に制御することができ
る。これにより、温度変化による各発光素子の発光強度
の変動、各発光素子の発光遅延時間の変動を少なくする
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による光送信器を示す
構成図である。

【図２】図１に示す伝送用レーザダイオード駆動回路の
詳細を示す構成図である。

【図３】図１に示すＡＰＣ回路による光出力制御に使用
する、モニタ用レーザダイオードの駆動電流−光出力特
性を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施形態による光送信器を示す
構成図である。

【符号の説明】

１…伝送用レーザダイオード（伝送用発光素子）、１ａ
…モニタ用レーザダイオード（モニタ用発光素子）、
２，２ａ…変調回路、３，３ａ…バイアス回路、４…伝
送用発光素子駆動回路、４ａ…モニタ用発光素子駆動回
路、５…フォトダイオード（モニタ用受光素子）、６…
ＡＰＣ回路（光出力制御回路）、１１，１１Ａ…レーザ
ダイオードアレイ、１００，１００Ａ…光送信器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｊ 14/08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のデータを光ファイバを介して並列
   に送信する光送信器において、 複数の伝送用発光素子と、 前記複数の伝送用発光素子をそれぞれ対応するデータ信
   号に応じて発光させる複数の伝送用発光素子駆動回路
   と、 前記伝送用発光素子の近傍に設けられたモニタ用発光素
   子と、 前記モニタ用発光素子を発光させるモニタ用発光素子駆
   動回路と、 前記モニタ用発光素子で発生した光を受光するモニタ用
   受光素子と、 前記モニタ用受光素子の受光信号に基づいて前記モニタ
   用発光素子の発光出力が所定値になるような制御信号を
   生成し、この制御信号を前記複数の伝送用発光素子駆動
   回路及び前記モニタ用発光素子駆動回路にそれぞれ出力
   する発光出力制御回路とを備えたことを特徴とする光送
   信器。
2. 【請求項２】 前記複数の伝送用発光素子と前記モニタ
   用発光素子とは１つの発光素子アレイとして一体化され
   ていることを特徴とする請求項１記載の光送信器。
3. 【請求項３】 前記モニタ用発光素子駆動回路は、外部
   入力のクロック信号または前記データ信号から抽出・再
   生したクロック信号に応じて前記モニタ用発光素子を発
   光させることを特徴とする請求項１または２記載の光送
   信器。