JP2004140509A

JP2004140509A - 光送信器

Info

Publication number: JP2004140509A
Application number: JP2002301889A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Yamashita; 山下　和広
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】温度補償が容易でかつ正確な光送信器を提供する。
【解決手段】光源１の光パワーを制御するバイアス手段２と光信号の振幅を制御する変調手段３とを備えた光送信器において、上記バイアス手段２及び変調手段３における制御量と雰囲気温度に比例した入力変数との関係を表した関数を計算する関数計算手段４と、雰囲気温度を計測してその温度検出電気量を入力変数として上記関数計算手段４に提供する温度センサ５とを設けた。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源の光パワーをバイアス電流と変調電流とで制御する光送信器に係り、特に、温度補償が容易でかつ正確な光送信器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の光送信器は、バイアス電流及び変調電流に応じた強度で光出力するレーザダイオード（以下、ＬＤという）等の光源と、その光源の光パワー（平均レベル）を光源に印加するバイアス電流により制御するバイアス手段と、光信号の振幅を光源に印加する変調電流により制御する変調手段とを備えている。外部機器から与えられた送信信号を増幅すると共にバイアスを加え、そのバイアス付き増幅信号を光源であるＬＤに印加すると、光出力強度が平均レベルの上下に強弱変化する光信号が得られる。
【０００３】
光送信器では、光通信の規格に従い光パワー及び消光比を一定に保つことが必要になる。しかし、光源の特性が温度依存性を持っているため、雰囲気温度変化により、光パワーや光信号の振幅が変化し、消光比も変ってしまう。
【０００４】
そこで、従来は、サーミスタ等の温度センサを用いて雰囲気温度に比例する電圧信号を取り出し、バイアス電流及び変調電流を発生しているドライバに温度補償の制御電圧として印加している。
【０００５】
図２に示されるように、従来の光送信器は、光源２１とドライバ２２と温度センサ２３とを備え、温度センサ２３の出力電圧がドライバ２２のバイアス電流及び変調電流に変化を与えるように構成されている。
【０００６】
図３に雰囲気温度が２５°のときの光源のＩ−Ｌ特性（印加電流対光出力強度特性）を、図４には、雰囲気温度が７０°のときの光源のＩ−Ｌ特性を示す。また、これらの図には、光源に供給される駆動信号Ｓ_ｄ　とＩ−Ｌ特性に従って光源が出力する光信号Ｓ_ｏ　が付記されている。
【０００７】
図３、図４を比較すると、雰囲気温度が低い時、図３に示されるように、光源２１のＩ−Ｌ特性３１は、図４に比べて低い電流域で図４に比べて急峻に立ち上がっている。一方、雰囲気温度が高い時、図４に示されるように、光源２１のＩ−Ｌ特性４１は、図３に比べて高い電流域から図３に比べて緩やかに立ち上がっている。このため図３のように雰囲気温度が低い時は、バイアス電流Ｉ_ｂｉａ　を小さく、変調電流Ｉ_ｍｏｄ　も小さく制御した駆動信号Ｓ_ｄ　を入力することで、光パワーＰ_ａｖの上下に振幅Ｐ_１　−Ｐ_０　を有する光信号Ｓ_ｏ　を得ることができる。図４のように雰囲気温度が高い時は、バイアス電流Ｉ_ｂｉａ　を大きく、変調電流Ｉ_ｍｏｄ　も大きく制御した駆動信号Ｓ_ｄ　を入力することで、光パワーＰ_ａｖの上下に振幅Ｐ_１　−Ｐ_０　を有する光信号Ｓ_ｏ　を得ることができる。このようなバイアス電流及び変調電流の制御により、図３、図４の両者において光パワーＰ_ａｖは同じであり、消光比ＥＲ＝Ｐ_１　／Ｐ_０　も同じである。
【０００８】
先行技術文献としては、特許文献１がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２０４０２２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＬＤの温度依存特性は個体毎にばらつきがあり、同じ温度特性の温度センサを一律に使用しても良好な温度補償ができるとは限らない。従って、従来では、光送信器をいったん組み立てた後、温度特性の異なる温度センサを取り替えながら、光送信器を様々な温度環境でテストして光パワーＰ_ａｖや消光比ＥＲを測定し、良好な温度補償ができているかどうかを確認するという試行錯誤工程を必要としていた。しかし、ひとつひとつの光送信器に対して温度センサを何度も取り替えるには手間がかかり、問題である。
【００１１】
また、ＬＤの温度依存特性が温度センサの温度対抵抗値特性とまったく一致するわけでないので、全温度範囲に亘って光パワーＰ_ａｖや消光比ＥＲを完全に一定にするのは困難である。しかし、光通信速度を上げるために変調速度を高速にさせるにつれて消光比ＥＲを厳密に一定にする必要があり、温度センサによる補償では正確さに限界があった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、温度補償が容易でかつ正確な光送信器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、光源の光パワーを制御するバイアス手段と光信号の振幅を制御する変調手段とを備えた光送信器において、上記バイアス手段及び変調手段における制御量と雰囲気温度に比例した入力変数との関係を表した関数を計算する関数計算手段と、雰囲気温度を計測してその温度検出電気量を入力変数として上記関数計算手段に提供する温度センサとを設けたものである。
【００１４】
上記関数を入力変数のｎ次関数としてもよい。
【００１５】
上記関数の入力変数項にかかる係数及び定数項の定数をを記憶する記憶手段を設けてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１に示されるように、本発明に係る光送信器は、バイアス電流及び変調電流に応じた強度で光出力するレーザダイオード（以下、ＬＤという）等の光源１と、その光源１の光パワー（平均レベル）を光源１に印加するバイアス電流により制御するバイアス手段２と、光信号の振幅を光源に印加する変調電流により制御する変調手段３と、上記バイアス手段及び変調手段における制御量と雰囲気温度に比例した入力変数との関係を表した関数を計算する関数計算手段４と、雰囲気温度を計測してその温度検出電気量を入力変数として上記関数計算手段４に提供する温度センサ５とを有する。温度センサ５としてサーミスタを用いる場合は、温度検出電気量は電圧である。
【００１８】
この実施形態では、バイアス手段２、変調手段３、関数計算手段４は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）６に制御・演算プログラムを組み込んで構成されている。マイクロプロセッサ６とアナログ要素とのインタフェースとしてＤ／Ａ変換器７、Ａ／Ｄ変換器８が設けられている。また、この実施形態では、バイアス電流の制御値と変調電流の制御値とはマイクロプロセッサ６において重畳され、その重畳された制御値がアナログ変換により、例えば、電流としてドライバ９に入力されるようになっている。ドライバ９は、図示しない送信信号発生部からの送信信号Ｓｉを上記制御電流に応じて増幅してバイアス電流Ｉ_ｂｉａ　及び変調電流Ｉ_ｍｏｄ　からなる駆動信号Ｓｄを光源１に与えるものである。
【００１９】
関数計算に用いる係数や定数を記憶する記憶手段１０がマイクロプロセッサ６に内蔵又は外付けで設けられている。記憶手段１０は、ＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭなどの無電源で記憶が保持できる半導体メモリ素子で構成されている。
【００２０】
図１の光送信器における温度補償の動作を説明する。
【００２１】
ここでは、関数計算手段４が計算する関数は、
ｆ（ｘ）＝Ａ_ｎ　ｘ^ｎ　＋Ａ_ｎ−１　ｘ^ｎ−１　＋…＋Ａ_１　ｘ＋Ａ_０
とする。ｘは、温度センサ５の温度検出電気量からなる入力変数である。Ａ_ｎ　〜Ａ_１　は係数、Ａ_０　は定数であり、記憶手段１０に記憶されている。関数ｆ（ｘ）は、入力変数ｘのｎ次式で表され、その計算結果はバイアス電流と変調電流とを重畳した制御値である。即ち、関数ｆ（ｘ）は温度に応じた制御値を求める関数である。この制御値をＤ／Ａ変換器７に与えることで、ドライバ９からは温度補償されたバイアス電流及び変調電流が出力される。
【００２２】
図３のように雰囲気温度が低い時、マイクロプロセッサ６は、温度センサ５の出力電圧をＡ／Ｄ変換器８でＡ／Ｄ変換して得た入力変数ｘにより、関数ｆ（ｘ）を計算する。その関数ｆ（ｘ）の計算結果をＤ／Ａ変換器７に与えると、バイアス電流Ｉ_ｂｉａ　が小さく、変調電流Ｉ_ｍｏｄ　も小さく制御され、光パワーＰ_ａｖの上下に振幅Ｐ_１　−Ｐ_０　を有する光信号が得られる。
【００２３】
図４のように雰囲気温度が高い時、マイクロプロセッサ６は、温度センサ５の出力電圧をＡ／Ｄ変換器８でＡ／Ｄ変換して得た入力変数ｘにより、関数ｆ（ｘ）を計算する。その関数ｆ（ｘ）の計算結果をＤ／Ａ変換器７に与えると、バイアス電流Ｉ_ｂｉａ　が大きく、変調電流Ｉ_ｍｏｄ　も大きく制御され、光パワーＰ_ａｖの上下に振幅Ｐ_１　−Ｐ_０　を有する光信号が得られる。
【００２４】
なお、入力変数ｘの１〜ｎ次の項にかかる係数Ａ_ｎ　〜Ａ_１　及び定数項の定数Ａ_０　は、予め図３や図４の温度を含む広い温度範囲で光パワーＰ_ａｖも一定、消光比ＥＲ＝Ｐ_１　／Ｐ_０　も一定となるように、複数の温度においての実験から求めて記憶手段１０に登録しておくとよい。
【００２５】
このようなバイアス電流及び変調電流の制御により、図３、図４の両者において光パワーＰ_ａｖは一定であり、消光比ＥＲ＝Ｐ_１　／Ｐ_０　も一定である。
【００２６】
従来では、温度センサ２３の出力電圧をそのままアナログ的にドライバ２２に与えるだけだったので、光源２１の特性の温度依存性と温度センサ２３の温度特性とが広い温度範囲で厳密に一致しないことに起因して温度補償の正確さに限界があった。本発明では、温度センサ５の出力電圧をデジタル処理により関数計算して制御値を求め、その制御値でドライバ９を制御するので、関数の係数や定数が適切に決定されてさえいれば、広い温度範囲に亘り温度補償を正確に行うことができる。
【００２７】
次に、光源１の個体毎のばらつきに対応する係数Ａ_ｎ　〜Ａ_１　及び定数Ａ_０　の求め方（登録方法）について説明する。
【００２８】
光送信器を組み立てた後、光送信器を恒温槽等の温度が一定かつ任意に制御できる環境に置き、テスト用の送信信号Ｓ_ｉ　を入力する。係数Ａ_ｎ　〜Ａ_１　及び定数Ａ_０　は適宜に決めた初期値（例えば、平均的な光源１について知られている値）とする。この状態で光信号Ｓ_ｏ　を測定器で受信し、その受信波形から光パワーＰ_ａｖや消光比ＥＲを測定する。この測定を広い温度範囲に亘り、適宜な温度刻みごとに行う。
【００２９】
所望する光パワーＰ_ａｖ及び消光比ＥＲと各温度での測定値との比較から各温度での望ましいバイアス電流Ｉ_ｂｉａ　及び変調電流Ｉ_ｍｏｄ　を推定する。その推定されたバイアス電流Ｉ_ｂｉａ　及び変調電流Ｉ_ｍｏｄ　から各温度でドライバ９に与えるべき制御値を逆算し、各温度について制御値（関数ｆ（ｘ）の値）と温度（入力変数ｘ）とを関数に当てはめることにより、係数Ａ_ｎ　〜Ａ_１　及び定数Ａ_０　を初期値からどれだけ変更すればよいかを求めることができる。
【００３０】
こうして求めた係数Ａ_ｎ　〜Ａ_１　及び定数Ａ_０　を記憶手段１０に書き込めば、光送信器は、光源１の個体毎のばらつきによらず、広い温度範囲に亘り光パワーＰ_ａｖ一定かつ消光比ＥＲ一定な光送信器として出荷が可能になる。
【００３１】
従来では、適切な温度センサ２３が見付かるまで、ひとつひとつの光送信器に対して温度センサ２３を何度も取り替える試行錯誤工程を必要としていた。本発明では、温度センサ５は最初に取り付けたままで一度も取り替える必要がなく、記憶手段１０への書き込みさえ行えばよいので、温度補償のための作業が容易となる。
【００３２】
本実施形態では、関数ｆ（ｘ）は、ｎ次関数としたが他の関数であってもよく、結果的に光源の温度特性が補償できればよい。また、ｎ次関数の次数に制限はなく、例えば、３次関数とすることができる。
【００３３】
次に、関数ｆ（ｘ）として３次関数を用いた具体的な実施形態を説明する。
【００３４】
ここでは、係数Ａ_３　〜Ａ_１　及び定数Ａ_０　の異なる３つの関数ｆ（ｘ）▲１▼〜▲３▼を予め用意しておく。関数ｆ（ｘ）の値をｙとすると、
▲１▼　ｙ＝０．００１６６ｘ^３　−０．０６４２ｘ^２　＋３．４５ｘ＋７０３
▲２▼　ｙ＝０．００１７５ｘ^３　−０．０５３４ｘ^２　＋４．４２ｘ＋６７８
▲３▼　ｙ＝０．００１３１ｘ^３　−０．０４１ｘ^２　＋１．５０５ｘ＋７４５
である。
【００３５】
図５に、各関数▲１▼〜▲３▼についての雰囲気温度（横軸）とＤ／Ａ変換器７の出力（縦軸）との関係（入力変数ｘと関数値ｙとの関係）を示す。特性曲線▲１▼〜▲３▼は、それぞれ関数▲１▼〜▲３▼に対応している。光源１の複数個のサンプルについて、例えば、特性曲線▲１▼が平均的な温度依存性を補償するのに適した関数値ｙを得るものとすると、これに比べて特性曲線▲２▼は関数値ｙが高温域で大きく低温域で小さくなっており、逆に特性曲線▲３▼は関数値ｙが高温域で小さく低温域で大きくなっている。平均的なサンプルには特性曲線▲１▼を適用し、平均から外れているサンプルには特性曲線▲２▼又は▲３▼を適用することで全てのサンプルの温度補償を可及的に正確に行うことができる。
【００３６】
このように、サンプルのひとつひとつについて係数Ａ_ｎ　〜Ａ_１　及び定数Ａ_０　を個別に設定しなくとも、代表的な有限個の係数Ａ_ｎ　〜Ａ_１　及び定数Ａ_０　を予め設定しておいて、その中から選んで適用するだけでも、全てのサンプルの温度補償を可及的に正確に行うことができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３８】
（１）光源と温度センサの間の温度特性の不一致が関数の介在により解消できるので、広い温度範囲に亘り温度補償を正確に行うことができる。
【００３９】
（２）温度センサの取り替えを行わずともよいので、温度補償が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す光送信器の回路図である。
【図２】従来の光送信器の回路図である。
【図３】雰囲気温度が２５°のときの光源のＩ−Ｌ特性の図である。
【図４】雰囲気温度が７０°のときの光源のＩ−Ｌ特性の図である。
【図５】本発明における関数の入出力関係を示す図である。
【符号の説明】
１　光源
２　バイアス手段
３　変調手段
４　関数計算手段
５　温度センサ
６　マイクロプロセッサ
９　ドライバ
１０　記憶手段

Claims

光源の光パワーを制御するバイアス手段と光信号の振幅を制御する変調手段とを備えた光送信器において、上記バイアス手段及び変調手段における制御量と雰囲気温度に比例した入力変数との関係を表した関数を計算する関数計算手段と、雰囲気温度を計測してその温度検出電気量を入力変数として上記関数計算手段に提供する温度センサとを設けたことを特徴とする光送信器。
上記関数を入力変数のｎ次関数としたことを特徴とする請求項１記載の光送信器。
上記関数の入力変数項にかかる係数及び定数項の定数を記憶する記憶手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の光送信器。