JP4973005B2

JP4973005B2 - レーザ制御装置及びその制御方法

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Description

本発明は、複数のレーザ素子の光出力を光検出器でモニタすると共に、前記モニタ結果に基づいて、複数のレーザ素子のそれぞれをバイアス電流及び変調電流からなる駆動電流により制御するレーザ制御装置及びその制御方法に関する。

光通信システムの光インターフェース等には、発光源としてレーザ素子、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）が用いられている。光通信においては、伝送エラー等の発生を低減するため、発光源の光出力を安定化する必要がある。しかし、ＬＤは、発光特性が周囲温度によって変動し易いことが知られている。そこで、一般には、ＬＤの光出力をフォトダイオード（ＰＤ）により検出し、受光出力が一定になるようにＬＤのバイアス電流を制御し、ＬＤの光出力の安定化を図っている。

しかし、伝送方式、用途等によっては、バイアス電流の制御のみではＬＤの光出力を安定にできない場合がある。そこで、バイアス電流の調整に加え、変調電流振幅を調整できるようにした変調回路が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、多チャンネルの光伝送に用いられる発光源には、複数のＬＤを集積化して構成されたレーザアレイ装置が用いられる。この場合、ＬＤ毎に光出力を制御しようとすると、回路構成が複雑になる。

そこで、レーザアレイ装置における構成の簡略化を図ったものとして、例えば、特許文献２に示されるレーザアレイ装置がある。このレーザアレイ装置は、複数のレーザユニットの内の１つを基準レーザユニットと定め、この基準レーザユニットについてのみ駆動電流のフィードバック制御を行うようにし、他の半導体レーザユニットについては、基準半導体レーザユニットの駆動電流の制御に追従した制御を行うようにして、構成の簡略化を図っている。
特開平６−８５３６３号公報（［０００８］〜［００１３］）特許第３１３０５７１号（［００１２］〜［００１９］、図１）

しかし、特許文献２の構成では、複数のレーザユニットの内、基準にしたレーザユニットの光出力のみをモニタして制御を行っているため、レーザユニット間で温度特性のばらつきが大きい場合、他のレーザユニットを正確に制御することが難しくなる。

従って、本発明の目的は、複数のレーザ素子間の温度特性のばらつきや温度変化に応じて、複数のレーザ素子の個々の光出力を正確に制御することが可能なレーザ制御装置及びその制御方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、複数のレーザ素子と、複数のレーザ素子の光出力をモニタする光検出器と、データに基づいて前記レーザ素子毎に変調を行う変調回路と、前記複数のレーザ素子に個別にバイアス電流を付与する第１の駆動源と、前記変調回路に前記レーザ素子毎に付与する変調電流を生成する第２の駆動源と、前記バイアス電流及び前記変調電流に駆動電流変動分を試験電流として重畳して前記第１，第２の駆動源を制御し、前記試験電流の重畳に伴って生じる前記光出力の変動量及び前記バイアス電流自身の値に応じて前記バイアス電流を制御する制御部とを備えることを特徴とするレーザ制御装置を提供する。

また、本発明は、上記目的を達成するため、複数のレーザ素子の光出力を光検出器によりモニタし、前記モニタによる光出力及びデータに基づいて、バイアス電流及び変調電流からなる駆動電流により前記複数のレーザ素子を駆動するレーザ制御方法において、駆動電流変動分を試験電流として前記駆動電流に重畳して前記複数のレーザ素子を個別に駆動し、前記複数のレーザ素子の光出力を前記光検出器でモニタし、平均光出力が一定になるように、前記試験電流による前記光出力の変動量に応じて前記バイアス電流を制御することを特徴とするレーザ制御方法を提供する。

本発明のレーザ制御装置及びその制御方法によれば、複数のレーザ素子間の温度特性のばらつきや温度変化に応じて、複数のレーザ素子の個々の光出力を正確に制御することができる。

［第１の実施の形態］
（レーザ制御装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ制御装置を示す。このレーザ制御装置１は、一端が電源Ｖｃｃに接続されたレーザ素子としての複数のＬＤ１１Ａ〜１１Ｄからなる多チャンネル型の半導体レーザアレイ１２と、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの光出力を一括してモニタする光検出器としてのＰＤ（フォトダイオード）１３と、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの低電位端とグランド間に接続された第１の電流源（第１の駆動源）１４Ａ〜１４Ｄと、第１の電流源１４Ａ〜１４ＤとＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの間の各ライン内に設けられた結合器１５Ａ〜１５Ｄと、データＤ１〜Ｄ４により変調を行って変調出力を結合器１５Ａ〜１５Ｄへ印加する変調器１６Ａ〜１６Ｄと、変調器１６Ａ〜１６Ｄとグランド間に接続された第２の電流源（第２の駆動源）１７Ａ〜１７Ｄと、ＰＤ１３の他端（低電位端）とグランド間に接続された抵抗１８と、抵抗１８に並列接続されたコンデンサ１９と、コンデンサ１９の高電位端に接続されたコンデンサ２０と、コンデンサ２０からの信号を増幅する増幅器２１と、増幅器２１からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器２２と、Ａ／Ｄ変換器２２からの出力信号に基づいて動作する制御部としてのＭＰＵ（Micro Processor Unit）２３と、ＭＰＵ２３から出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換して第１の電流源１４Ａ〜１４Ｄへ出力する第１のＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器２４Ａ〜２４Ｄと、ＭＰＵ２３から出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換して第２の電流源１７Ａ〜１７Ｄへ出力する第２のＤ／Ａ変換器２５Ａ〜２５Ｄとを備えて構成されている。

ＰＤ１３は、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄのいずれかに光出力が有るときに、出力電流を生じ、抵抗１８に受光量に応じた電圧降下を生じさせるように接続されている。

結合器１５Ａ〜１５Ｄは、第１の電流源１４Ａ〜１４Ｄによって流されるバイアス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂ４と変調器１６Ａ〜１６Ｄを流れる変調電流Ｉ_ｍ１〜Ｉ_ｍ４をＡＣ（交流）結合またはＤＣ（直流結合）により重畳する回路構成を有する。

変調器１６Ａ〜１６Ｄは、変調回路３０を構成しており、それぞれは、例えば、ＮＰＮトランジスタからなり、それぞれはベースに入力されたデータＤ１〜Ｄ４の論理「０」，「１」に応じてスイッチング動作をする。このトランジスタは、コレクタが結合器１５Ａ〜１５Ｄに接続され、エミッタが第２の電流源１７Ａ〜１７Ｄに接続されている。

第１の電流源１４Ａ〜１４Ｄは、バイアス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂ４をＬＤ１１Ａ〜１１Ｄに流し、第２の電流源１７Ａ〜１７Ｄは変調電流Ｉ_ｍ１〜Ｉ_ｍ４を変調器１６Ａ〜１６Ｄに流すように構成されている。

コンデンサ１９は、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの平均光出力Ｐ_ａｖｅの総和を検出するために、抵抗１８の出力電圧を平滑化するもので、その時定数は、データ信号の周期より十分に長くしなければならないが、同時に試験電流の周期より十分に短くする必要がある。また、コンデンサ２０は、試験電流によって引き起こされるＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの平均光出力Ｐ_ａｖｅの総和の変動を抽出するためのもので、その時定数は、試験電流の周期より十分に長くする必要がある。

ＭＰＵ２３は、例えば、図示しないＣＰＵ等のほか、メモリ２３ａを備え、メモリ２３ａに格納されたプログラムに従って動作するように構成されている。

ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄは、１つのユニットにして半導体レーザアレイ１２が構成されており、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄを個々に駆動することにより、多チャンネルの光出力信号を生成することができる。

図２は、レーザダイオードの駆動電流−発光出力特性を示す。本実施の形態で用いたＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの１つの特性を示したのが図２であり、変調電流Ｉ_ｍが閾値Ｉ_ｔｈ以下の領域（自然発光域）の光出力は自然放出光のみで非常に小さいが、閾値Ｉ_ｔｈを超える領域（誘導放出域）では変調電流Ｉ_ｍと光出力Ｐが直線的になる特性を有している。この誘導放出域の傾き、すなわち、光出力Ｐと変調電流Ｉ_ｍの微小変化量の比は、微分効率ηと呼ばれている。更に、変調電流Ｉ_ｍを増加させると、微分効率ηが小さくなる現象、すなわち微分効率ηの飽和が生じる。

ＬＤの光出力の強弱により光信号を伝送する場合、信号波形が歪んで伝送特性を悪化させる現象を生じさせないためには、微分効率ηが一定になる領域を使用する必要がある。したがって、閾値Ｉ_ｔｈより小さい電流、及び微分効率ηが飽和するような大きな電流でＬＤを駆動することは望ましくない。

また、周囲温度の変化によって微分効率η及び閾値Ｉ_ｔｈの値が変動する。従って、温度ＴからＴ’に変動すると、一定の平均光出力Ｐ_ａｖｅを得るには、バイアス電流Ｉ_ｂをＩ’_ｂに変更する制御が必要になる。

（レーザ制御装置の動作）
図３及び図４は、ＭＰＵによる処理を示すフローチャートである。図３は全体の処理を示し、図４は図３の各ＬＤの駆動制御の詳細を示す。図１〜図４を参照して、以下にレーザ制御装置１の動作を説明する。ここでは、信号の論理「０」，「１」に対応する光出力をそれぞれＰ_０，Ｐ_１とし、それぞれの駆動電流をＩ_０，Ｉ_１とする。また、駆動電流Ｉ_０，Ｉ_１の近傍の微分効率を、η_０，η_１とする。

図３に示すように、ＭＰＵ２３は、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの全てを予め定めたＩ_ｂ１〜Ｉ_ｂ４およびＩ_ｍ１〜Ｉ_ｍ４の初期値により駆動する（Ｓ２０１）。その後、ＬＤ１１Ａ、ＬＤ１１Ｂ、ＬＤ１１Ｃ、ＬＤ１１Ｄ、ＬＤ１１Ａ、・・・の順に繰り返し駆動制御が実行される（Ｓ２０２〜２０５）。

ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄは、ＭＣＵ２３によって、所定のバイアス電流Ｉｂ１〜Ｉｂ４及び所定の変調電流Ｉｍ１〜Ｉｍ４が流れるように第１，第２の電流源１４Ａ〜１４Ｄ，１７Ａ〜１７Ｄが制御されると共に変調器１６Ａ〜１６ＤにデータＤ１〜Ｄ４が入力されると、データＤ１〜Ｄ４の論理「０」，「１」に応じた光出力Ｐ０，Ｐ１からなるレーザ光を発光する。

ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄが図２の閾値Ｉ_ｔｈを超える領域（誘導放出域）で駆動されているとき、駆動電流Ｉ_０，Ｉ_１とバイアス電流Ｉ_ｂ、変調電流Ｉ_ｍの関係は次式のようになる。なお、Ｉ_ｂ及びＩ_ｍは、以下においては、特に断らない限り、バイアス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂ４及び変調電流Ｉ_ｍ１〜Ｉ_ｍ４の内の１つを示している。

バイアス電流Ｉ_ｂと変調電流Ｉ_ｍが、結合器１５Ａ〜１５ＤによってＡＣ結合されている場合、下記（１ａ）式になる。
Ｉ_０＝Ｉ_ｂ−Ｉ_ｍ／２、Ｉ_１＝Ｉ_ｂ＋Ｉ_ｍ／２・・・（１ａ）
また、Ｉ_ｂとＩ_ｍが結合器１５Ａ〜１５ＤによってＤＣ結合されている場合、下記（１ｂ）式になる。
Ｉ_０＝Ｉ_ｂ、Ｉ_１＝Ｉ_ｂ＋Ｉ_ｍ・・・（１ｂ）

バイアス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂ４及び変調電流Ｉ_ｍ１〜Ｉ_ｍ４を定めれば、駆動電流Ｉ_０，Ｉ_１は、上記（１ａ）または（１ｂ）から一意に定まる。したがって、ＭＰＵ２３によってバイアス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂ４及び変調電流Ｉ_ｍ１〜Ｉ_ｍ４が適切な値になるように設定すれば、所定の光出力Ｐ_０及びＰ_１を得ることができる。

ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの光出力Ｐは、ＰＤ１３によってモニタされている。ＰＤ１３は、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの光出力Ｐの総和に比例した光電流を出力する。この光電流は、抵抗１８によって電圧値に変換される。抵抗１８に生じた電圧は、コンデンサ１９によって光出力の変調成分が除去され、４つのＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの平均光出力Ｐ_ａｖｅの和が検出される。

更に、コンデンサ２０により、レーザ駆動電流の変動分ΔＩによって引き起こされる平均光出力Ｐ_ａｖｅの変動を抽出する。コンデンサ２０からの平均光出力Ｐ_ａｖｅは、増幅器２１によって増幅され、光モニタ信号（光出力変動量）Ｐ_ｍｏｎとして出力される。光モニタ信号Ｐ_ｍｏｎは、Ａ／Ｄ変換器２２によってデジタル信号に変換され、ＭＰＵ２３へ入力される。

（微分効率の算出）
ＭＰＵ２３は、第１の電流源１４Ａ〜１４Ｄ及び第２の電流源１７Ａ〜１７Ｄを制御し、バイアス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂ４及び変調電流Ｉ_ｍ１〜Ｉ_ｍ４に試験電流を重畳する。以下、バイアス電流Ｉ_ｂと変調電流Ｉ_ｍがＡＣ結合されている場合について述べる。まず、バイアス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂ４に振幅△Ｉの試験電流を重畳する（図４のＳ３０１）。この場合、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄ毎に個別に駆動電流Ｉ_０，Ｉ_１のそれぞれに試験電流（ΔＩ）を重畳する。

増幅器２１から出力される光モニタ信号Ｐ_ｍｏｎは、平均光出力Ｐ_ａｖｅの変動量であるから、このとき、駆動電流Ｉ_０，Ｉ_１の近傍の光出力変動の平均が検出される。ＭＰＵ２３は、このときの光モニタ信号Ｐ_ｍｏｎを変数△Ｐ_ｂとしてメモリ２３ａに保存する（Ｓ３０２）。この変数△Ｐ_ｂは次式で表される。

△Ｐ_ｂ＝｛（η_１＋η_０）／２｝・△Ｉ・・・・（２）
ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄが図２に示す微分効率ηが一定の領域で駆動されていれば、微分効率η_１とη_０は一致するので、上記（２）式から、変数△Ｐ_ｂは微分効率ηに関する量であることが分かる。

次に、ＭＰＵ２３は、変調電流Ｉ_ｍ１〜Ｉ_ｍ４に振幅△Ｉの試験電流を重畳する（Ｓ３０３）。このとき、上記（１ａ）式より、駆動電流Ｉ_０に（−△Ｉ／２）、駆動電流Ｉ_１に（＋△Ｉ／２）が重畳される。ＭＰＵ２３は、このときの光モニタ信号Ｐ_ｍｏｎを変数△Ｐ_ｍ（微分効率ηの飽和度）としてメモリ２３ａに保存する（Ｓ３０４）。変数△Ｐ_ｍは次式で表される。
△Ｐ_ｍ＝｛（η_１−η_０）／２｝・△Ｉ・・・・（３）
ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄが微分効率ηが一定の領域で駆動されていれば、η_１＝η_０であるので、上記（３）式から、変数△Ｐ_ｍは殆ど零である。ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄが微分効率ηの飽和領域で駆動されていれば、η_１＜η_０になるので、変数△Ｐ_ｍは微分効率ηの飽和度を示す指標になる。

次に、ＭＰＵ２３は、微分効率η_０に関する量（変数Ｈ_０）を次式により計算する。
Ｈ_０＝△Ｐ_ｂ−△Ｐ_ｍ（＝η_０・△Ｉ）・・・・（４）
駆動電流Ｉ_０が閾値Ｉ_ｔｈ以下であれば、η_０、すなわち変数Ｈ_０は殆ど零である。したがって、変数Ｈ_０は、駆動電流Ｉ_０が閾値Ｉ_ｔｈ以下かどうかを示す指標になる。

（ＤＣ結合における変数の算出）
ここで、Ｉ_ｂとＩ_ｍがＤＣ結合されている場合の変数△Ｐ_ｍ及びＨ_０の算出方法を説明する。なお、△Ｐ_ｂは、上述したＡＣ結合の場合と同じ方法で算出できる。
バイアス電流Ｉ_ｂに（＋△Ｉ）を重畳し、同時に、変調電流Ｉ_ｍに（−△Ｉ）を重畳すると、上記（１ｂ）式より、駆動電流Ｉ_０には振幅△Ｉが重畳される。一方、駆動電流Ｉ_１は、バイアス電流Ｉ_ｂと変調電流Ｉ_ｍに重畳した試験電流が互いに打ち消しあうので、何も重畳されないことになる。したがって、このとき検出される光モニタ信号Ｐ_ｍｏｎはη_０×△Ｉとなり、数式４より、変数Ｈ_０となる。

変調電流Ｉ_ｍに振幅△Ｉを重畳すると、上記（１ｂ）式より、駆動電流Ｉ_１のみに振幅△Ｉが重畳されるので、検出される光モニタ信号Ｐ_ｍｏｎは（η_１×△Ｉ）となる。したがって、（η_１×△Ｉ）と変数Ｈ_０（＝η_０×△Ｉ）との差の半分が、上記（３）式より、変数△Ｐ_ｍになる。

（ＬＤの制御）
ＭＰＵ２３は、以上の様にして算出した変数△Ｐ_ｂ，△Ｐ_ｍ及びＨ_０（Ｓ３０５）に基づいてバイアス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂ４を制御し、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの平均光出力Ｐ_ａｖｅが一定になるようにする。

この制御は、まず、変数△Ｐ_ｍ，Ｈ_０に基づいて、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄが微分効率ηが一定の領域で駆動されているかどうかをチェックする（Ｓ３０６、Ｓ３０７）。駆動電流Ｉ_１が過大で、η_１が微分効率ηの飽和領域にあれば、バイアス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂ４を所定量だけ減少させる。また、駆動電流Ｉ_０が閾値Ｉ_ｔｈ以下であれば、バイアス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂ４を所定量だけ増加させる。このような制御を繰り返し行うことで、駆動電流Ｉ_０，Ｉ_１は微分効率ηが一定の領域に入る。ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄが、η_０＝η_１（＝η）となるような微分効率ηが一定の領域で駆動されている場合、ＭＰＵ２３は、平均光出力Ｐ_ａｖｅを一定にする制御を実行する。この制御について、以下に説明する。

本実施の形態では、１つのＰＤ１３により半導体レーザアレイ１２のＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの光出力を検知しているので、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの個々の平均光出力Ｐ_ａｖｅを直接検出することはできない。そこで、図５に示すようなＬＤの特性を利用して、平均光出力Ｐ_ａｖｅを一定にする制御を実行する。

図５は、レーザダイオードの温度による１／η及びバイアス電流との関係を示し、（ａ）は微分効率ηの逆数と温度との関係を示す特性図、（ｂ）は平均光出力Ｐ_ａｖｅが一定のときのバイアス電流Ｉ_ｂと温度との関係を示す特性図、（ｃ）は（ｂ）におけるバイアス電流Ｉ_ｂと１／ηとの関係を示す特性図である。

図５の（ａ）に示すように、温度上昇に伴って微分効率ηが低下（即ち、１／ηが増加）していることが分かる。そのため、図５の（ｂ）に示すように、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの光出力Ｐを一定にするために、温度上昇に伴ってバイアス電流Ｉ_ｂが上昇していることが分かる。また、図５の（ｃ）に示すように、光出力Ｐが一定であれば、１／ηとバイアス電流Ｉｂとは強い相関があり、温度に依存しない定数Ａ，Ｂを用いて、次式のように一次近似できる。なお、ここでは、Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂ４の１つについて示している。

Ｉ_ｂ＝−Ａ＋Ｂ／η ・・・（５）
上記（５）式から、平均光出力Ｐ_ａｖｅが一定であれば、微分効率η、バイアス電流Ｉ_ｂ及び定数Ａから次の関係が成立する。
η（Ｉ_ｂ＋Ａ）＝Ｂ（＝一定）・・・（６）
よって、上記（６）式の左辺が一定になるようにＬＤ１１Ａ〜１１Ｄを制御すれば、平均光出力Ｐ_ａｖｅを一定にすることができる。また、微分効率η（＝η_０＝η_１）は、上記（２）式から、△Ｐｂ／△Ｉであることが分かる。

以上から、ＭＰＵ２３は、検出した微分効率η、既知のバイアス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂ４、及び予め定められた定数Ａから上記（６）式の左辺、即ち、η（Ｉ_ｂ＋Ａ）＝（Ｉ_ｂ＋Ａ）・△Ｐ_ｂ／△Ｉ＝Ｂ’を算出する（Ｓ３０５）。

更に、ＭＰＵ２３は、上記ステップＳ３０６で保存した変数△Ｐ_ｍを殆ど零と見做すことができない場合（Ｓ３０６：Ｎｏ）、微分効率η_１が飽和していると判断し、バイアス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂ４を所定量だけ減少させる（Ｓ３０９）。また、変数△Ｐ_ｍが殆ど零と見做せる場合（Ｓ３０６：Ｙｅｓ）、微分効率η_１は飽和していないと判断し、ステップＳ３０７へ移行する。ステップＳ３０７では、η_０に対応する変数Ｈ_０が殆ど０の場合（Ｓ３０７：Ｙｅｓ）、駆動電流が閾値Ｉ_ｔｈ以下であると判断し、バイアス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂ４を所定量だけ増加させる（Ｓ３１０）。また、変数Ｈ_０が殆ど０でない場合（Ｓ３０７：Ｎｏ）、ステップＳ３０８へ移行する。

ＭＰＵ２３は、定数ＢとＢ’を比較し、Ｂ’＞Ｂであればバイアス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂ４を小さくし、また、Ｂ＞Ｂ’であればバイアス電流Ｉ_ｂ１〜Ｉ_ｂ４を大きくする制御を行い、平均光出力Ｐ_ａｖｅを一定にする（Ｓ３０８）。以上の処理をＬＤ１１Ａ〜１１Ｄについて行えば、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの平均光出力Ｐａｖは所定の値に制御される。

なお、定数Ａ，Ｂは、一般にＬＤ毎にばらつくが、ＬＤ毎に測定し、予め定数Ａ，Ｂを設定し、メモリ２３ａに保存しておくことで、平均光出力Ｐ_ａｖｅをＬＤ毎に個別に調整できる。また、閾値Ｉ_ｔｈが殆ど零のＬＤ（一般に「無しきい値レーザ」などと呼ばれる）では、定数Ａは殆ど零と見做せるので、ＬＤ毎に定数Ａを与える必要はない。

（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、１個のＰＤ１３により複数のＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの光出力をモニタし、図５に示すようなＬＤの特性を利用することで、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの特性のばらつき及び温度変化に応じてＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの光出力（平均値及び変調振幅）を個別に、しかも正確に制御することができる。
また、ＰＤ１３による光出力モニタの検知結果に基づいて、η０が閾値Ｉ_ｔｈ以下か否か、η_１が飽和しているか否かをチェックしてＬＤ１１Ａ〜１１Ｄのバイアス電流Ｉ_ｂを増減するようにしたので、光信号波形が歪まず伝送特性を悪化させることがない。

［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態に係るレーザ制御装置を示す。このレーザ制御装置１は、第１の実施形態において、上記（６）式の左辺、η（Ｉ_ｂ＋Ａ）＝Ｂ’の値から、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄのそれぞれの平均光出力Ｐ_ａｖｅを求めて、平均光出力モニタ値として上位装置２に通知するようにしたものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

図６に示すように、ＭＰＵ２３には、インターフェース回路２６が接続され、このインターフェース回路２６に上位装置２が通信路３を介して接続されている。

図７は、平均光出力Ｐ_ａｖｅを変えたときのη（Ｉ_ｂ＋Ａ）の関係を示す。図７に示される特性は、次式で表される。
Ｐ_ａｖｅ＝η（Ｉ_ｂ−Ｉ_ｔｈ）・・・（７）
上記（７）式は、平均光出力Ｐ_ａｖｅとη（Ｉ_ｂ＋Ａ）は、傾き１の一次式で関係付けられることを示している。したがって、η（Ｉ_ｂ＋Ａ）＝Ｂ’が目標値Ｂのときの光出力平均値を目標値Ｐ_ｔａｒとすれば、平均光出力Ｐ_ａｖｅは、次式で求められる。なお、目標値Ｐ_ｔａｒは、予め設定された値である。
Ｐ_ａｖｅ＝η（Ｉ_ｂ＋Ａ）＋Ｐ_ｔａｒ−Ｂ・・・（８）
上記（８）式を用いて、ＭＰＵ２３により平均光出力Ｐ_ａｖｅを算出することができる。

図８は、第２の実施の形態における処理示す。図８における上記ステップＳ３０１〜Ｓ３１０は、第１の実施の形態と同一であるので、ここでは説明を省略する。第１の実施の形態で説明したステップＳ３０８の処理が終了すると、ＭＰＵ２３は、上記（８）式を用いて平均光出力Ｐ_ａｖｅを算出し（Ｓ３２０）、メモリ２３ａの所定のアドレスに値を格納する。上位装置２は、インターフェース回路２６を介してメモリ２３ａの所定のアドレスにアクセスすることで、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの平均光出力Ｐ_ａｖｅの値を読み出すことができる（Ｓ３２１）。

第２の実施の形態によれば、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄのそれぞれの平均光出力Ｐ_ａｖｅをレーザ制御装置１から上位装置２に通知できるため、例えば、データ送信側の上位装置２からレーザ制御装置１の動作状態をモニタすることが可能になる。その他の効果は第１の実施の形態と同様である。

［第３の実施の形態］
（レーザ制御装置の構成）
本発明の第３の実施形態に係るレーザ制御装置は、第１の実施形態において、平均光出力Ｐ_ａｖｅを一定にする制御に加え、光出力Ｐの光変調振幅Ｐ_ｍも一定に制御するようにしたものであり、その他の処理、動作及び構成は第１の実施の形態と同様である。

光変調振幅Ｐ_ｍは、図２に示すように、微分効率η及び変調電流Ｉ_ｍに比例する。そこで、本実施の形態では、ＭＰＵ２３により、検出された微分効率η及び既知の変調電流Ｉ_ｍの積（ηＩ_ｍ）が所定の値になるよう変調電流Ｉ_ｍ１〜Ｉ_ｍ４を制御する。

第３の実施の形態によれば、ＭＰＵ２３により平均光出力Ｐ_ａｖｅと光変調振幅Ｐ_ｍの両方を一定に制御することにより、温度変化が生じても、光出力Ｐ_０，Ｐ_１を一定にすることができる。

なお、第３の実施の形態は、第２の実施の形態をベースにすることもできる。

［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、各実施の形態間の構成要素の組合せは任意に行うことができる。例えば、レーザ素子は、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄの４つとしたが、任意の数にすることができる。

また、上記実施の形態においては、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄを同時に駆動する構成にしたが、ＬＤ１１Ａ〜１１Ｄを１つづつ時分割に駆動する構成にすることもできる。

本発明の第１の実施の形態に係るレーザ制御装置を示す回路図である。レーザダイオードの駆動電流−発光出力特性を示す特性図である。本発明の第１の実施の形態に係るレーザ制御装置の制御を示すフローチャートである。図３の１つのＬＤの制御の詳細を示すフローチャートである。レーザダイオードの温度による１／η及びバイアス電流との関係を示し、（ａ）は微分効率の逆数と温度との関係を示す特性図、（ｂ）は平均光出力Ｐ_ａｖｅが一定のときのバイアス電流と温度との関係を示す特性図、（ｃ）は（ｂ）におけるバイアス電流と１／ηとの関係を示す特性図である。本発明の第２の実施形態に係るレーザ制御装置を示す回路図である。平均光出力Ｐ_ａｖｅを変えたときのη（Ｉ_ｂ＋Ａ）の関係を示す特性図である。第２の実施の形態における処理示すフローチャートである。

符号の説明

１レーザ制御装置
２上位装置
３通信路
１１Ａ〜１１ＤＬＤ（レーザダイオード）
１２半導体レーザアレイ
１３ＰＤ（フォトダイオード）
１４Ａ〜１４Ｄ第１の電流源
１５Ａ〜１５Ｄ結合器
１６Ａ〜１６Ｄ変調器
１７Ａ〜１７Ｄ第２の電流源
１８抵抗
１９，２０コンデンサ
２１増幅器
２２Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器
２３ａメモリ
２４Ａ〜２４Ｄ第１のＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器
２５Ａ〜２５Ｄ第２のＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器
２６インターフェース回路
３０変調回路

Claims

複数のレーザ素子と、
前記複数のレーザ素子の光出力をモニタする光検出器と、
データに基づいて前記レーザ素子毎に変調を行う変調回路と、
前記複数のレーザ素子に個別にバイアス電流を付与する第１の駆動源と、
前記変調回路に前記レーザ素子毎に付与する変調電流を生成する第２の駆動源と、
前記バイアス電流及び前記変調電流に駆動電流変動分を試験電流として重畳して前記第１，第２の駆動源を制御し、前記試験電流の重畳に伴って生じる前記光出力の変動量及び前記バイアス電流自身の値に応じて前記バイアス電流を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
［前記バイアス電流と前記変調電流が前記レーザ素子に対してＡＣ結合されている場合］
前記バイアス電流に前記試験電流を重畳し、このときの平均光出力の変動量ΔＰ _ｂを求め、
前記変調電流に前記試験電流を重畳し、このときの平均光出力の変動量ΔＰ _ｍを求め、
前記ΔＰ _ｂと前記ΔＰ _ｍから、Ｈ _０＝ΔＰ _ｂ −ΔＰ _ｍを求め、
［前記バイアス電流と前記変調電流が前記レーザ素子に対してＤＣ結合されている場合］
前記バイアス電流に前記試験電流を重畳し、このときの平均光出力の変動量ΔＰ _ｂを求め、
前記試験電流をΔＩとしたとき、前記バイアス電流に＋ΔＩを重畳し、同時に、前記変調電流に−ΔＩを重畳し、このときの平均光出力の変動量Ｈ _０を求め、
前記変調電流に前記試験電流を重畳し、このときの平均光出力の変動量と前記Ｈ _０との差の半分であるΔＰ _ｍを求め、
［レーザ素子の制御として］
前記バイアス電流をＩ _ｂ、前記試験電流をΔＩ、微分効率が一定の領域における微分効率をηとしたとき、平均光出力が所定の値に一定であるときにＢ＝η（Ｉ _ｂ＋Ａ）が成立する所定の定数Ａ，Ｂを設定しておき、
前記ΔＰ _ｂ、前記定数Ａ、前記試験電流ΔＩから、Ｂ´＝ΔＰ _ｂ（Ｉ _ｂ＋Ａ）／ΔＩを算出して求め、
前記ΔＰ _ｍがほぼ零とみなすことができない場合、バイアス電流を所定量だけ減少させ、
前記Ｈ _０がほぼ零の場合、バイアス電流を所定量だけ増加させ、
前記定数Ｂと前記Ｂ´を比較し、Ｂ´＞Ｂであればバイアス電流を小さくし、Ｂ＞Ｂ´であればバイアス電流を大きくして、平均光出力が一定となるように制御する、
レーザ制御装置。
前記制御部は、前記試験電流の重畳に伴って生じる前記光出力の変動量及びバイアス電流に応じた各レーザ素子の平均光出力のモニタ値を上位装置に通知することを特徴とする請求項１に記載のレーザ制御装置。
前記制御部は、前記試験電流による前記光出力の変動量に応じて、各レーザ素子の前記光出力の変調振幅が一定になるように前記変調電流の振幅を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ制御装置。
前記制御部は、前記複数のレーザ素子を個別に時分割により制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ制御装置。
複数のレーザ素子の光出力を光検出器によりモニタし、前記モニタによる光出力及びデータに基づいて、バイアス電流及び変調電流からなる駆動電流により前記複数のレーザ素子を駆動するレーザ制御方法において、
駆動電流変動分を試験電流として前記駆動電流に重畳して前記複数のレーザ素子を個別に駆動し、
前記複数のレーザ素子の光出力を前記光検出器でモニタし、
各レーザ素子の平均光出力が一定になるように、前記試験電流による前記光出力の変動量及びバイアス電流に応じて前記バイアス電流を制御し、
［前記バイアス電流と前記変調電流が前記レーザ素子に対してＡＣ結合されている場合］
前記バイアス電流に前記試験電流を重畳し、このときの平均光出力の変動量ΔＰ _ｂを求め、
前記変調電流に前記試験電流を重畳し、このときの平均光出力の変動量ΔＰ _ｍを求め、
前記ΔＰ _ｂと前記ΔＰ _ｍから、Ｈ _０＝ΔＰ _ｂ −ΔＰ _ｍを求め、
［前記バイアス電流と前記変調電流が前記レーザ素子に対してＤＣ結合されている場合］
前記バイアス電流に前記試験電流を重畳し、このときの平均光出力の変動量ΔＰ _ｂを求め、
前記試験電流をΔＩとしたとき、前記バイアス電流に＋ΔＩを重畳し、同時に、前記変調電流に−ΔＩを重畳し、このときの平均光出力の変動量Ｈ _０を求め、
前記変調電流に前記試験電流を重畳し、このときの平均光出力の変動量と前記Ｈ _０との差の半分であるΔＰ _ｍを求め、
［レーザ素子の制御として］
前記バイアス電流をＩ _ｂ、前記試験電流をΔＩ、微分効率が一定の領域における微分効率をηとしたとき、平均光出力が所定の値に一定であるときにＢ＝η（Ｉ _ｂ＋Ａ）が成立する所定の定数Ａ，Ｂを設定しておき、
前記ΔＰ _ｂ、前記定数Ａ、前記試験電流ΔＩから、Ｂ´＝ΔＰ _ｂ（Ｉ _ｂ＋Ａ）／ΔＩを算出して求め、
前記ΔＰ _ｍがほぼ零とみなすことができない場合、バイアス電流を所定量だけ減少させ、
前記Ｈ _０がほぼ零の場合、バイアス電流を所定量だけ増加させ、
前記定数Ｂと前記Ｂ´を比較し、Ｂ´＞Ｂであればバイアス電流を小さくし、Ｂ＞Ｂ´であればバイアス電流を大きくして、平均光出力が一定となるように制御する、
レーザ制御方法。