JPH02309828A - レーザダイオードの駆動方法及びレーザダイオードモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、光フアイバ通信系において、電気信号を光
信号に忠実に変換する装置に関するものである。

［従来の技術］ 第３図は、例えば、町田らによってＦＵＪ丁ＴＳＵ　　
ｖｏｉ、３７．ｎｏ、６．Ｐ、５（１２゜（１９８６）
に示された従来のレーザダイオードモジュールの８４成
例を示す一部切り欠いて示す斜視図である。図において
、（１）はレーザダイオード、（２）は先端が曲面加工
されている光ファイバ、（３）はペルチェ素子、（４）
はレーザダイオード（１−）の温度を検出するサーミス
タ、（５）はパッケージ、（６）はレーザダイオ−ド（
１）と電気的に直接接続されている電気端子である。こ
のように構成されているため、レーザダイオード（１）
の放射光は光ファイバ（２）の先端の集光ｆヤ用によっ
て光ファイバ（２）に結合される。また、サーミスタ（
４）の検出温度が一定となるようにペルチェ素子（３）
の電流をコントロールすれば、周囲温度が変化してもレ
ーザダイオード（１，）は安定に発光する。

第４図は従来のレーザダイオードモジュールを動作させ
る状慝を表す構成説明図であり、レーザダイオードモジ
ュール及びレーザダイオードモジュールを駆動する等価
回路を示す。図において、（７）はレーザダイオード（
１）と光ファイバ（２）とを内蔵するレーザダイオード
モジュール、（８）はレーザダイオード（１）にバイア
ス電流を供給するバイアス電源、（９）は交流信号源、
（１０）は交流信号源（９）の電圧源要素、〈１１）は
交流信号源く９）の内部抵抗Ｒｓ、（１２）はコイル（
１３）とコンデンサ（１４）の組み合わせより成るバイ
アスネットワークである。ここで、バイアスネットワー
ク（１２）は、バイアス電源（８）から供給される直流
バイアス電流と交流信号源（９〉から供給される交流信
号電流を重畳してレーザダイオード（１）に与える。

レーザダイオード（１）は、バイアス電源（８）によっ
て適当なバイアス電流を供給された状態で交流信号源（
９）の大小に応じてその放射光強度を変化させ、この放
射光に結合した光ファイバ（２）に光信号を伝える。

ここで、上記の動作に関連するレーザダイオードの特性
について説明する。

第５図は、樋口他によって「レーザの研究」、ｖｏｌ、
１Ｂ、ｎｏ、２．Ｐ、３１．（１９８５）に示されたレ
ーザダイオードの静特性の例を示す特性図である。図に
おいて、記号Ｉはレーザダイオードに流れる電流、記号
■はレーザダイオードの端子間電圧、記号Ｐはレーザダ
イオードの放射光強度をしめす。Ｐ−Ｉ曲線は、Ｉ＝１
２ｍＡ附近で折れ曲がっており、これ以上のＩにおいて
は３、２に立ち上がっている。この折れ曲がりを与える
Ｉは発振閾値電流と呼ばれており、レーザダイオードは
通常、この電流以上にバイアスされて用いられる。また
、第５図に、Ｉ−Ｖ曲線、ｄＰ／ｄＩ曲線、ｄＶ／′ｄ
Ｉ曲線も併せて示す。Ｉ−７曲線において、発振閾値電
流時の電圧を発振閾値電圧と呼ぶ。ここで、Ｐ−Ｉ曲線
とＩ−Ｖ曲線は発振閾値電流以上の■に対してわずかに
上に凸の形をしており、このためにｄＰ／ｄＩ曲線、及
びｄＶ／’ｄｌ［ｌｆｌ線ともに同じ領域で右下がりと
なっている。これは、レーザダイオード内の活性層まわ
りに寄生するダイオード成分により、レーザダイオード
に注入される電流の一部が活性層を通らずに漏れるとと
もに、その漏れ電流の割合が１の増加とともに増すため
である。

第５図において、ｄＶ／ｄＩはレーザダイオードの動的
インピーダンスを表しており、発振閾値電流以上のＩに
おいてその値はおおよそ５Ω程度である。一方、第４図
に示した系において、信号源の内部抵抗Ｒｓは５０Ω程
度のものが多く用いられており、レーザダイオードの動
的インピーダンスより一桁程度大きいため、信号源はレ
ーザダイオードに対して定電流源として作用する。第５
図に示されるように、レーザダイオードの放射光強度Ｐ
は電流■に対してわずかながら非線形に変化するため、
レーザダイオードを定電流源で駆動するとその出力光信
号には歪みが発生することとなる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように、レーザダイオードには特有の特性がある
ため、従来のレーザダイオードの駆動方法及びするレー
ザダイオードモジュールの構成ではレーザダイオードを
近似的に定電流源で駆動することとなり、交流信号源の
情報を忠実に光に変換することができなかった。

さらに、従来のレーザダイオードモジュールを動作させ
る場合には、バイアス電流と交流信号電流を重畳するた
めのバイアスネットワーク（１２）を−ｅ−要とし、光
通信装置の部品点数増加の一因となっていた。

この発明は、上記の問題点を解消するためになされたも
ので、低歪みな出力光信号を送出するとともに、付属部
品点数を低減したレーザダイオードモジュールを得るこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係わるレーザダイオードの駆動方法は、レー
ザダイオードを、このレーザダイオードから見たインピ
ーダンスが上記レーザダイオードの動的インピーダンス
と同程度以下の内部抵抗を有する交流信号源で変調する
方法である。

また、この発明に係わるレーザダイオードモジュールに
おいては、レーザダイオードの動的インピーダンスと同
程度以下のインピーダンスを持つ抵抗素子と、レーザダ
イオードの発振閾値電圧と同程度の降伏電圧を有する定
電圧ダイオードとを直列に接続した回路を、レーザダイ
オードに対して並列に接続したものである。

さらに、この発明に係わるレーザダイオードモジュール
においては、レーザダイオードの動的インピーダンスと
交流信号源の内部抵抗との比の平方根より小さな変成比
を有する変成器を備え、かつ、上記変成器の二次巻線と
上記レーザダイオードとを電気的に直列に接続したもの
である。

［作用］ この発明においては、レーザダイオードを近似的に定電
圧交流信号源で駆動することにより、低歪みな出力光信
号を送出することができる。

また、変成器によってバイアス電流と交流信号電流が重
畳されるため、バイアスネットワークが不要となる。

［発明の実施例］ 第１図は、この発明の一実施例を示すレーザダイオード
モジュール及びレーザダイオードモジュールを駆動する
回路の構成説明図であり、（１５）はレーザダイオード
（１）の動的インピーダンスと同程度以下の抵抗値Ｒｐ
を持つ抵抗器、（１６）はレーザダイオードの発振閾値
電圧と同程度の降伏電圧を有する定電圧ダイオード、（
１）〜（１４）は前記第４図と同じである。抵抗器（１
５）と定電圧ダイオード（１６〉は直列に接続されてお
り、これらはさらにレーザダイオード（１）に対して並
列に接続されている。

まず、第１図に示したレーザダイオードモジュール（７
）の静特性について説明する。バイアス電源（８）から
のバイアス電流を徐々に増していくと、発振閾値電流以
下では定電圧ダイオード（１６）は等価的に解放状態と
見なせるので、レーザダイオードモジュール（７）を外
部から見た電気的特性は、先に第４図に示した従来のレ
ーザダイオードモジュール（７）と変わらない。バイア
ス電流を発振閾値電流以上にすると、レーザダイオード
（１）の端子間電圧が発振閾値電圧を越え、定電圧ダイ
オード（１６）の端子にも降伏電圧がかかり電流が流れ
る。

次に、動特性について説明する。上述のように、レーザ
ダイオード〈１）を発振閾値電流以下にバイアスした状
態では、定電圧ダイオード（１６）に電流か流れるがそ
の端子電圧は降伏電圧でほぼ一定であり、交流的にはレ
ーザダイオード（１）と並列に抵抗器（１５）が接続さ
れた状態と等価となる。このときレーザダイオード（１
）から交流信号源（９）側を見ると、ＲｓとＲｐが並列
に装荷されているように見え、ＰＬｐ−Ｒｐ”／／（Ｒ
ｐ＋Ｒｓ）の内部抵抗の交流信号源にみえる。

抵抗器（１５）の値Ｒｐは上記のようにレーザダイオー
ド（１）の動的インピーダンスと同程度以下に設定され
ているので、レーザダイオード（１）はその動的インピ
ーダンスと同程度以下の値の内部抵抗を有する交流信号
源で変調されているように見え、近似的に定電圧交流信
号源で駆動されていると見なすことができる。

ここで、第５図に示した特性図ように、レーザダイオー
ド（１）のｄＶ／ｄＩ曲線はｄＰ／’ｄＩ曲線と同様に
■に対して右下がりとなっているため、第５図中に併せ
て示したように、ｄＰ／ｄＶ曲線はｄＰ／ｄＩ曲線より
は平坦性が増す。従って、レーザダイオード（１）を定
電圧駆動することによる光出力の歪みの大きさは、定電
流駆動する場合よりも低減する。

従って、上記実施例のようにレーザダイオ−１〜モジユ
ールを構成し、し〜ザダイオードを近似的に定電圧交流
信号源で駆動することにより、低歪みな光イス号を得る
ことができる効果がある。

なお、以上は、レーザダイオードモジュール内に低イン
ピーダンス化を目的とした抵抗器（１５）を設けること
につき述べたが、交流信号源（９）として内部抵抗Ｒｓ
（１１）がレーザダイオード（１）の動的インピーダン
スと同程度以下のものを用いれば、レーザダイオードを
近似的に定電圧交流信号源で駆動することができ、上記
実施例と同様の効果が得られることは言うまでもない。

第２図は、この発明の他の実施例を示すレーザダイオー
ドモジュール及びレーザダイオードモジュールを駆動す
る回路の構成説明図であり、（１７）はレーザダイオー
ドモジュール（７）に内蔵されている変成器、（１８）
は変成器（１７）の−次巻線、（１９）は変成器（１７
）の二次巻線、（１）、（２＞、（７）〜（１１）の各
部分は前記第４図と同じである。変成器（１７）の変成
比ｎはレーザダイオード（１）の動的インピーダンスと
交流信号源（９）の内部抵抗Ｒｓ（１’ｌ）との比の平
方根よりも小さく設定されている。また、−次巻線（１
８）の一端はレーザダイオード（１）のカソード側端子
、池端は交流信号源（９）に接続されており、二次巻線
（１９）の一端はレーザダイオード（１）のアノード側
端子、池端はバイアス電源（８）に接続されている。

次に、第２図におけるレーザダイオードモジュールの動
作について説明する。

一次側に内部抵抗Ｒｓ（１１）を接続した変成比ｎの変
成器（１７）の二次端子側から見た場合、内部抵抗Ｒｓ
（１１）は変成器（１７）でインピーダンス変換される
ため実効的にｎ２Ｒｓに見える。第２図において、変成
比ｎはレーザダイオード（１）の動的インピーダンスと
交流信号源（９）の内部抵抗Ｒｓ（１１）との比の平方
根よりも小さく設定されているので、ｎ”　Ｒｓはレー
ザダイオード（１）の動的インピーダンスの値よりも小
さくなり、レーザダイオード（１）から見れば、自身の
動的インピーダンスより小さな内部抵抗を有する交流信
号源で駆動されることと等価となる。

この状態は近似的にレーザダイオード（１）が定電圧交
流信号源で駆動されていると見なすことができる。

従って、この実施例においても上記実施例と同様の効果
が得られる。

また、変成器（１７）の−次側と二次側は直流的には開
放、また、二次端子間は直流的には短絡しているので、
第２図に示すように、二次端子側にレーザダイオード（
１）と直列にバイアス電源（８〉を接続することにより
、交流信号源（９）に何ら影響を与えることなく、レー
ザダイオード（１〉にバイアス電流を供給することがで
き、バイアスネットワーク（１２）を必要としないため
、光通信装置の部品点数を低減できる効果がある。

なお、以上の実施例では、レーザダイオードモジュール
（７）の内部に抵抗器（１５）や変成器（１７）を設け
た場合を示したが、これらをレーザダイオードモジュー
ル（７）の外部に設けても上記実施例と同様の効果が得
られる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、レーザダイオードが
近似的に定電圧交流信号で駆動されるため、低歪みな出
力光信号を得ることができる。また、レーザダイオード
モジュールにおいて、内部抵抗を有する交流信号源でレ
ーザダイオードを変調した場合に、レーザダイオードが
近似的に定電圧交流信号で駆動されるようにレーザダイ
オードモジュール内に回路を設けたため、低歪みを光出
力を送出するレーザダイオードモジュールを得ることが
できる。さらに、上記回路を変成器によって構成しなの
で、バイアスネットワークが不要となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すレーザダイオードモ
ジュール及びレーザダイオードモジュールを駆動する回
路の構成説明図、第２図はこの発明の池の実施例を示す
レーザダイオードモジュール及びレーザダイオードモジ
ュールを駆動する回路の構成説明図、第３図は従来のレ
ーザダイオードモジュールの構成例を示す一部切り欠い
て示す斜視図、第４図は従来のレーザダイオードモジュ
ールを動作させる状態を表す構成説明図、第５図はレー
ザダイオードの特性図である。 図において、（１）はレーザダイオード、（２）は光フ
ァイバ、（３）はペルチェ素子、（４）はサーミスタ、
（５）はパッケージ、（６〉は電気端子、（７）はレー
ザダイオードモジュール、（８）はバイアス電源、（９
）は交流信号源、（１０）は電圧要素、（１１）は内部
抵抗Ｒｓ、（１２）はバイアスネットワーク、（１３）
はコイル、（１４）はコンデンサ、（１５）は抵抗器、
（１６）は定電圧ダイオード、（１７）は変成器、（１
８）は−次巻線、（１つ）は二次巻線である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザダイオードを、このレーザダイオードから
   見たインピーダンスが上記レーザダイオードの動的イン
   ピーダンスと同程度以下の値となる内部抵抗を有する交
   流信号源で変調するレーザダイオードの駆動方法。
2. （２）レーザダイオードと上記レーザダイオードの放射
   光を光ファイバに結合する光学的手段とを有するレーザ
   ダイオードモジュールにおいて、上記レーザダイオード
   の動的インピーダンスと同程度以下のインピーダンスを
   持つ抵抗素子と、レーザダイオードの発振閾値電圧と同
   程度の降伏電圧を有する定電圧ダイオードとを直列に接
   続した回路を、レーザダイオードに対して並列に接続し
   たことを特徴とするレーザダイオードモジュール。
3. （３）レーザダイオードと上記レーザダイオードの放射
   光を光ファイバに結合する光学的手段とを有するレーザ
   ダイオードモジュールにおいて、上記レーザダイオード
   の動的インピーダンスと交流信号源の内部抵抗との比の
   平方根より小さな変成比を有する変成器を有し、かつ、
   上記変成器の二次巻線と上記レーザダイオードとが電気
   的に直列に接続されたことを特徴とするレーザダイオー
   ドモジュール。