JPH04311115A - 光出力補償回路 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ駆動回路
に関する。より詳細には、本発明は、光通信システム等
で使用される半導体レーザ駆動回路の出力光信号の消光
光を安定化するための新規な光出力補償回路の構成に関
する。

【０００２】

【従来の技術】光通信等に使用する光送信器では、送信
すべきデータに対応して変調した駆動電流を半導体レー
ザに供給する半導体レーザ駆動回路により送信すべきデ
ータに対応した光信号を発生している。また、半導体レ
ーザの温度特性や経時劣化による光信号出力の変動の抑
圧も、実際に使用される半導体レーザ駆動回路の重要な
機能のひとつである。更に、受信側では、この変調され
た光信号を復調してデータの再生を行うが、ここで受信
側の感度に深く影響する特性として光信号の消光比があ
る。消光比とは、２値信号のそれぞれに対応した２種の
光強度の比を意味し、受信側で２種の強度からなる光信
号を有効に検出するためには、送信側で出力する光信号
の消光比が安定していることが極めて重要である。

【０００３】図４は、上述のような半導体レーザ駆動回
路において好適に使用することができる光出力補償回路
の典型例であり、「光ファイバ通信光学」（ジャード・
カイザー著／山下栄吉訳、産業図書）の第　１１６頁に
記載されている回路の構成を示す図である。

【０００４】同図に示すように、この光出力補償回路は
、半導体レーザＬＤの後面から放出されるバックミラー
光をモニタするフォトダイオードＰＤと、フォトダイオ
ードＰＤの発生するモニタ電流を直流電圧に変換した後
非反転入力に受ける差動増幅器ＩＣ１０と、差動増幅器
ＩＣ１０の出力をベースに印加されるトランジスタＱ４
　とから主に構成されている。差動増幅器ＩＣ１０の反
転入力には送信光信号のもとになった再生信号が入力さ
れている。トランジスタＱ４　のコレクタは、半導体レ
ーザＬＤの電流路に接続されている。

【０００５】以上のように構成された光出力補償回路は
、送信すべき再生信号と異なる変動が出力光信号に生じ
た場合に、この変動を打ち消すように、半導体レーザＬ
Ｄに印加される直流バイアス電流を変化させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような光出力補償回路の機能には、以下のような問題点
がある。

【０００７】即ち、図４に示したような従来の光出力補
償回路は、出力光信号をモニタして光信号出力の平均レ
ベルが安定するように帰還制御していたので、出力光信
号のデューティが変化した場合には、光出力は一定に保
たれる代わりに、出力光信号の消光比が変化してしまう
。

【０００８】このため、送信信号のデューティが変化す
ると、受信側で受信感度が劣化するという問題があった
。

【０００９】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
を解決し、信号のデューティが変化した場合にも、有効
に光信号出力を安定化させることができる新規な光出力
補償回路を提供することをその目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に従うと、半導体
レーザと、入力信号に対応して変調された電流を前記半
導体レーザに供給する駆動回路と、前記駆動回路をバイ
パスして前記半導体レーザに供給するバイアス電流の電
流路に挿入された電流源トランジスタとを備えた半導体
レーザ駆動回路において、前記半導体レーザの光信号出
力を安定化させる光出力補償回路であって、前記半導体
レーザの出力光信号を受光するフォトダイオードと、前
記フォトダイオードの出力を第１電圧信号として反転入
力に受けるオペアンプを含む積分器と、前記駆動回路に
対する入力信号のデューティを第２電圧信号として検出
し、前記第２電圧信号の反転信号を前記オペアンプの非
反転入力に印加する検出回路とを備え、前記積分器の出
力が前記電流源トランジスタの制御端子に印加されるよ
うに構成されていることを特徴とする光出力補償回路が
提供される。

【００１１】

【作用】本発明に係る光出力補償回路は、半導体レーザ
駆動回路に入力される光信号のデューティを参照しつつ
光信号出力を安定化する独自の構成を有していることを
その主要な特徴としている。

【００１２】即ち、従来の光出力補償回路は、光信号出
力を参照してバイアス電流を帰還制御することにより、
言わば出力光信号の平均出力を一定に保つような機能を
有していた。

【００１３】これに対して、本発明に係る光出力補償回
路は、光信号出力を参照して半導体レーザに供給するバ
イアス電流を制御すると共に、入力信号のデューティを
参照して、デューティの変動に対応して半導体レーザに
供給するバイアス電流量を補正している。従って、半導
体レーザ駆動回路に対する入力信号のデューティが変化
した場合でも、出力光信号の消光比を劣化させることな
く、比信号出力を安定化することができる。

【００１４】即ち、本発明に係る光出力補償回路は、半
導体レーザの出力光信号の一部を受光するフォトダイオ
ード、フォトダイオードの出力するモニタ電流を一方の
入力に受けてバイアス電流源となるトランジスタを制御
する差動増幅器を備えると共に、この差動増幅器の他方
の入力に、半導体レーザ駆動回路に対する入力信号のデ
ューティに対応した電圧信号を受けている。従って、差
動増幅器は、入力信号のデューティの変動に対応して、
バイアス電流の供給量を変化させることができる。

【００１５】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず
、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明に従う光出力補償回路の構成
を、半導体レーザ送信器に接続した状態で示す回路図で
ある。

【００１７】同図に示すように、光送信器ａは、１対の
相補的な入力と１対の相補的な出力とを具備するオペア
ンプＩＣ１　と、オペアンプＩＣ１から供給される信号
により変調した駆動電流を半導体レーザＬＤに供給する
半導体レーザ駆動回路ｄと、半導体レーザ駆動回路ｄに
より駆動される半導体レーザＬＤとから主に構成されて
いる。

【００１８】オペアンプＩＣ１　は、入力信号ＳＤとそ
の反転信号ＳＤ＊　とを入力され、入力信号を整形して
半導体レーザ駆動回路ｄに供給する。半導体レーザ駆動
回路ｄは入力信号に基づいて変調した変調電流を半導体
レーザＬＤに供給し、半導体レーザＬＤは供給された変
調電流の変化に対応して光信号を出力する。

【００１９】一方、光出力補償回路ｂは、半導体レーザ
ＬＤの出力光信号の一部を受光するフォトダイオードＰ
Ｄと、フォトダイオードＰＤの出力を非反転入力に受け
るオペアンプＩＣ２　と、オペアンプＩＣ１　の一方の
出力を、抵抗Ｒ１　およびＲ２　により構成された分圧
回路を介して非反転入力に受けるオペアンプＩＣ４　と
、オペアンプＩＣ２　およびＩＣ４　の出力を、それぞ
れ反転入力と非反転入力とに受けるオペアンプＩＣ３　
と、オペアンプＩＣ３　の出力をベースに受けるトラン
ジスタＱ１　とから主に構成されている。

【００２０】フォトダイオードＰＤの出力を受けるオペ
アンプＩＣ２　は、その出力と反転入力とを短絡されて
おり、ボルテージホロワ回路ｘを構成している。従って
、オペアンプＩＣ２　からは、光信号を受光してフォト
ダイオードＰＤが出力する電流に対応して変化する電圧
信号が出力される。

【００２１】一方、オペアンプＩＣ１　の反転出力は、
抵抗Ｒ１　およびＲ２　により構成された分圧回路によ
り分圧されて、抵抗Ｒ３　を介してオペアンプＩＣ４　
の反転入力に入力されている。オペアンプＩＣ４　の出
力は、抵抗Ｒ４　を介して反転入力と短絡されており、
反転増幅器ｚとして動作する。従って、オペアンプＩＣ
４　からは、半導体レーザ駆動回路ｄに供給される駆動
電流と逆相の電圧信号が出力される。

【００２２】オペアンプＩＣ３　は、抵抗Ｒ６　および
容量Ｃによりその出力と反転入力とを短絡されており、
抵抗Ｒ５　と共に積分器ｙを構成している。また、前述
のように、その反転入力にはオペアンプＩＣ２　の出力
を受け、非反転入力にはオペアンプＩＣ４　の出力を受
けている。 更に、その出力は、半導体レーザＬＤのバイアス電流を
制御するトランジスタＱ１　のベースに印加されている
。 尚、トランジスタＱ１　は、半導体レーザのアノードに
コレクタを接続され、抵抗Ｒ８　を介してエミッタを接
地されている。

【００２３】以上のように構成された光出力補償回路に
おいて、オペアンプＩＣ２　の正相入力電位をＶ１　と
すると、入力信号のデューティがα１　からα２　に変
化したときの電圧Ｖ１　の変化量ΔＶ１　は、下記の式
１のように表すことができる。 ΔＶ１　＝Ｒ７　ｋηＩｄ　（α２　−α１　）・・・
・式１但し、Ｒ７　は、抵抗Ｒ７　の抵抗値を、ｋは、
フォトダイオードＰＤの感度を、ηは、半導体レーザＬ
Ｄの外部量子微分効率を、Ｉｄ　は、半導体レーザの変
調電流をそれぞれ表す。

【００２４】また、オペアンプＩＣ３　の正相入力電位
をＶ２　とすると、入力信号のデューティがα１　から
α２　に変化したときの電圧Ｖ２　の変化量ΔＶ２　は
、下記の式２のように表すことができる。 ΔＶ２　＝［（ＶＬ−ＶＨ　）Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）］
・［（α２−α１）Ｒ４／Ｒ３］・・・・式２ 但し、Ｒ１　、Ｒ２　、Ｒ３　およびＲ４　は、それぞ
れ抵抗Ｒ１　、Ｒ２　、Ｒ３　およびＲ４　の抵抗値を
、ＶＬ　は、オペアンプＩＣ１　の　”Ｌ”　レベル出
力電圧を、ＶＨ　は、オペアンプＩＣ１　の　”Ｈ”　
レベル出力電圧をそれぞれ表す。

【００２５】ここで、各素子の定数を、下記の式３を満
たすように選択することができる。 Ｒ４　／Ｒ３　＝Ｒ７ｋηＩｄ・［（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ
２　］・［１／（ＶＬ−ＶＨ）］・・・・・式３ 式３を満たすような定数を有する素子により構成された
図１に示す回路では、任意の消光比α１　、α２　に対
して、ΔＶ１　＝ΔＶ２　が常に成立する。即ち、この
ような回路では、入力信号のデューティがα１　からα
２　に変化して、オペアンプＩＣ２　の正相入力電位Ｖ
１　がΔＶ１　変化したときに、オペアンプＩＣ３　の
正相入力電位Ｖ２　の変化ΔＶ２　はΔＶ１　と同じに
なる。

【００２６】従って、この回路では、入力信号のデュー
ティの変化が対応しても、オペアンプＩＣ３　の出力、
即ち、トランジスタＱ１　のベース電圧が安定し、半導
体レーザＬＤに供給されるバイアス電流は一定になる。

【００２７】図２は、上述のような本発明に係る光出力
補償回路の動作を示す図である。

【００２８】同図に示すように、この回路では、入力信
号のデューティが変化しても、半導体レーザＬＤに供給
されるバイアス電流および変調電流が変化しないので、
出力光信号の消光比は一定に保持される。

【００２９】図３は、図１に示した本発明に係る比出力
補償回路の動作を確認するためのシステムの構成例を示
す図である。

【００３０】図３（ａ）　に示すように、このシステム
は、出力信号のデューティを任意に変化させることがで
きる信号発生装置３１により発生された信号を、本発明
に係る光出力補償回路を備えた半導体レーザ送信回路３
２に供給して半導体レーザＬＤから光信号として出力す
るように構成されている。

【００３１】また、半導体レーザＬＤの発生した光信号
は、光ファイバ３３を介して光／電気信号変換器３４に
入力され、直流結合された光／電気信号変換器３４の出
力する電気信号の信号波形並びに信号レベルをオシロス
コープ３５によって監視することができるように構成さ
れている。

【００３２】以上のように構成されたシステムを使用し
て、図１に示したような構成の光出力補償回路を備えた
半導体レーザ送信器の動作を観察したところ、半導体レ
ーザ送信器に入力する信号のデューティを変化させても
、オシロスコープ３５で観測される光信号波形において
、第３図（ｂ）　に示すような光出力の零レベルに対す
る光信号のハイレベルＰ１　およびローレベルＰ２　が
変化しないこと、および、出力光信号の消光比Ｐ１　／
Ｐ２　が変化しないことが確認された。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光出
力補償回路は、入力信号のデューティを参照しながら半
導体レーザに供給するバイアス電流を制御するという独
自の構成により、半導体レーザの光信号出力を安定化さ
せると共に、入力信号のデューティの変化に対する消光
比の変動も有効に補償する。

【００３４】従って、デューティが不明または変動する
ような信号の光伝送を行う光システムにおいて有利に使
用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光出力補償回路の基本的な構成を
示す図である。

【図２】図１に示した回路の動作を説明するための図で
ある。

【図３】図１に示した回路の動作を確認するためのシス
テムの構成を示す図である。

【図４】従来の光出力補償回路の典型的な構成を示す図
である。

【符号の説明】

３１　　信号発生器、　　　　３２　　半導体レーザ送
信機、　　３３　　光ファイバ、３４　　光／電気変換
器、３５　　オシロスコープ、Ｃ　　容量、　　　　　
　　　　　ＩＣ１〜ＩＣ４　　オペアンプ、Ｑ１　トラ
ンジスタ、Ｒ１〜Ｒ８　　抵抗、　　　　ＬＤ　　半導
体レーザ、　　ＰＤ　　フォトダイオード、ａ　　光送
信器、　　　　　　ｂ　　光出力補償回路、　　ｄ半導
体レーザ駆動回路、ｘ　　ボルテージホロワ回路、　　
　　　　　　　　　　　　　　ｙ　　積分器、ｚ　　反
転増幅器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザと、入力信号に対応して変調
   された電流を前記半導体レーザに供給する駆動回路と、
   前記駆動回路をバイパスして前記半導体レーザに供給す
   るバイアス電流の電流路に挿入された電流源トランジス
   タとを備えた半導体レーザ駆動回路において、前記半導
   体レーザの光信号出力を安定化させる光出力補償回路で
   あって、前記半導体レーザの出力光信号を受光するフォ
   トダイオードと、前記フォトダイオードの出力を第１電
   圧信号として反転入力に受けるオペアンプを含む積分器
   と、前記駆動回路に対する入力信号のデューティを第２
   電圧信号として検出し、前記第２電圧信号の反転信号を
   前記オペアンプの非反転入力に印加する検出回路とを備
   え、前記積分器の出力が前記電流源トランジスタの制御
   端子に印加されるように構成されていることを特徴とす
   る光出力補償回路。