JPH04320385A - 半導体レーザ温度制御方式 - Google Patents
半導体レーザ温度制御方式Info
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- JPH04320385A JPH04320385A JP3088271A JP8827191A JPH04320385A JP H04320385 A JPH04320385 A JP H04320385A JP 3088271 A JP3088271 A JP 3088271A JP 8827191 A JP8827191 A JP 8827191A JP H04320385 A JPH04320385 A JP H04320385A
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- JP
- Japan
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- wavelength
- temperature
- temperature control
- semiconductor laser
- chip
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザの温度制
御方式に関する。近年情報通信の需要の増大により、長
距離大容量の通信方式に対する要望が益々強まってきた
。光通信方式においては、単一モード光ファイバーケー
ブルの低損失化により、長距離大容量通信用伝送線路が
実現した。一方、このような伝送路に相応しい高性能の
半導体レーザダイオードも実現しているが、半導体レー
ザダイオードの性能はそれ自体の温度に依存するところ
が大である。このため、半導体レーザダイオードの性能
を充分に活用するためには高精度の温度制御方式により
半導体レーザダイオードのチップの温度を一定にする必
要がある。
御方式に関する。近年情報通信の需要の増大により、長
距離大容量の通信方式に対する要望が益々強まってきた
。光通信方式においては、単一モード光ファイバーケー
ブルの低損失化により、長距離大容量通信用伝送線路が
実現した。一方、このような伝送路に相応しい高性能の
半導体レーザダイオードも実現しているが、半導体レー
ザダイオードの性能はそれ自体の温度に依存するところ
が大である。このため、半導体レーザダイオードの性能
を充分に活用するためには高精度の温度制御方式により
半導体レーザダイオードのチップの温度を一定にする必
要がある。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体レーザの温度制御を行う際
には、サーミスタ等の温度検出素子を用いて、半導体レ
ーザ（以下ＬＤと称する）の温度をモニタする方式が多
く用いられている。図９に、従来例を示す。
には、サーミスタ等の温度検出素子を用いて、半導体レ
ーザ（以下ＬＤと称する）の温度をモニタする方式が多
く用いられている。図９に、従来例を示す。
【０００３】図中、１はＬＤモジュール、１１はＬＤチ
ップ、１２は温度制御素子、１４は背光パワーモニタ、
１６は温度検出素子、２は自動出力制御（ＡＰＣ）回路
、３は自動温度制御（ＡＴＣ）回路、４はデータ信号入
力である。図４は光出力のバイアス電流依存性の例であ
る。自動出力制御は以下の如く行われる、即ち、ＬＤチ
ップ１１の発光出力は二方向に放出されるので一方を送
信のための光出力として使用し、他方（背光と称する）
を背光パワーモニタ１４で検出し直流電圧に変換する。 該直流電圧の基準値からの変動に従って自動出力制御回
路２でＬＤのバイアス電流を調整して光出力を一定範囲
に保つ。
ップ、１２は温度制御素子、１４は背光パワーモニタ、
１６は温度検出素子、２は自動出力制御（ＡＰＣ）回路
、３は自動温度制御（ＡＴＣ）回路、４はデータ信号入
力である。図４は光出力のバイアス電流依存性の例であ
る。自動出力制御は以下の如く行われる、即ち、ＬＤチ
ップ１１の発光出力は二方向に放出されるので一方を送
信のための光出力として使用し、他方（背光と称する）
を背光パワーモニタ１４で検出し直流電圧に変換する。 該直流電圧の基準値からの変動に従って自動出力制御回
路２でＬＤのバイアス電流を調整して光出力を一定範囲
に保つ。
【０００４】一方、自動温度制御は以下の如く行われる
。即ち、温度検出素子１６により、ＬＤチップ１１の近
傍の温度を検出し直流電圧に変換する。該直流電圧の基
準値からの変動に従って自動温度制御回路３で温度制御
素子１２の電流を増減して温度検知素子の検知温度を一
定範囲に保つ。
。即ち、温度検出素子１６により、ＬＤチップ１１の近
傍の温度を検出し直流電圧に変換する。該直流電圧の基
準値からの変動に従って自動温度制御回路３で温度制御
素子１２の電流を増減して温度検知素子の検知温度を一
定範囲に保つ。
【０００５】ところが、この方式では、温度検出素子と
半導体レーザチップとが一体でないため、雰囲気等の影
響が大きく、半導体レーザチップの正確な温度を測定出
来なかった。
半導体レーザチップとが一体でないため、雰囲気等の影
響が大きく、半導体レーザチップの正確な温度を測定出
来なかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、半導体レーザ
チップの温度を所定の値に保つことが出来ず、発振波長
及び発振モードが周囲温度に依存し、最適動作の範囲が
制限されるといった問題を生じていた。
チップの温度を所定の値に保つことが出来ず、発振波長
及び発振モードが周囲温度に依存し、最適動作の範囲が
制限されるといった問題を生じていた。
【０００７】本発明は、半導体レーザチップ自体の温度
を測定して、該温度を一定値に保つための温度制御を行
うことを目的とする。
を測定して、該温度を一定値に保つための温度制御を行
うことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】図１は、本発明の原理構
成図である。図中、１はＬＤモジュール、１１はＬＤチ
ップ、１２は温度制御素子、１３はビームスプリッタ、
１４は背光パワーモニタ、１５は波長検出手段、２は自
動出力制御（ＡＰＣ）回路、３は自動温度制御（ＡＴＣ
）回路、また４はデータ信号入力である。背光出力をビ
ームスプリッタ１３で２分割して、その一方を自動出力
制御用に、他方を自動温度制御用に用いる。自動出力制
御に関しては、従来例と動作原理は同じである。自動温
度制御に関しては、ＬＤの発振波長がＬＤチップの温度
によって変化する現象を利用するものである。
成図である。図中、１はＬＤモジュール、１１はＬＤチ
ップ、１２は温度制御素子、１３はビームスプリッタ、
１４は背光パワーモニタ、１５は波長検出手段、２は自
動出力制御（ＡＰＣ）回路、３は自動温度制御（ＡＴＣ
）回路、また４はデータ信号入力である。背光出力をビ
ームスプリッタ１３で２分割して、その一方を自動出力
制御用に、他方を自動温度制御用に用いる。自動出力制
御に関しては、従来例と動作原理は同じである。自動温
度制御に関しては、ＬＤの発振波長がＬＤチップの温度
によって変化する現象を利用するものである。
【０００９】
【作用】半導体レーザの温度制御は、ＬＤの発振波長が
ＬＤチップの温度によって変化する現象を利用するもの
で、図１について説明すると、波長検出手段１５で基準
となる発振波長からの乖離に従って誤差電圧を発生させ
、該電圧の変動に従って自動温度制御回路で温度制御素
子１２の電流を増減することによりＬＤチップの温度を
所定の範囲に調整するものである。
ＬＤチップの温度によって変化する現象を利用するもの
で、図１について説明すると、波長検出手段１５で基準
となる発振波長からの乖離に従って誤差電圧を発生させ
、該電圧の変動に従って自動温度制御回路で温度制御素
子１２の電流を増減することによりＬＤチップの温度を
所定の範囲に調整するものである。
【００１０】以下では、光出力変動及びＬＤチップ温度
変動に対する調整作用について、図２の実施例により具
体的に説明する。尚、説明の便宜上、波長フィルタ１５
２は図６に示す特性を持ち使用波長帯１を使用ものとし
、ＰＤ１５１は図７の如く平坦な波長応答性を持つもの
とする。
変動に対する調整作用について、図２の実施例により具
体的に説明する。尚、説明の便宜上、波長フィルタ１５
２は図６に示す特性を持ち使用波長帯１を使用ものとし
、ＰＤ１５１は図７の如く平坦な波長応答性を持つもの
とする。
【００１１】自動出力制御の場合については、光出力が
増加（減少）すると、光検出器１４１の出力が基準値か
ら増加（減少）し、自動電力制御回路２でＬＤのバイア
ス電流を減少（増加）させて、光出力を一定範囲内に入
れる。一方、自動温度制御の場合については、ＬＤチッ
プの温度が上昇（低下）すると、発振波長が長く（短く
）なる。このため、波長フィルタ１５２を通過した光レ
ベルは低下（上昇）し、自動温度制御回路の出力電流を
ペルチェ素子を冷却（加熱）する方向に増大して、ＬＤ
チップ温度を一定範囲に入れる。
増加（減少）すると、光検出器１４１の出力が基準値か
ら増加（減少）し、自動電力制御回路２でＬＤのバイア
ス電流を減少（増加）させて、光出力を一定範囲内に入
れる。一方、自動温度制御の場合については、ＬＤチッ
プの温度が上昇（低下）すると、発振波長が長く（短く
）なる。このため、波長フィルタ１５２を通過した光レ
ベルは低下（上昇）し、自動温度制御回路の出力電流を
ペルチェ素子を冷却（加熱）する方向に増大して、ＬＤ
チップ温度を一定範囲に入れる。
【００１２】なお、波長フィルタを使用波長帯２で使用
する構成を採用する場合には、自動温度制御回路の出力
電流の調整方向（即ち、加熱方向と冷却方向）を逆にす
ることにより、上記と同様の調整が行われる。
する構成を採用する場合には、自動温度制御回路の出力
電流の調整方向（即ち、加熱方向と冷却方向）を逆にす
ることにより、上記と同様の調整が行われる。
【００１３】
【実施例】図２は本発明の実施例であり、自動出力制御
と自動温度制御を同時に行う構成を示す。図中、１はＬ
Ｄモジュールで、一定レベルで且つ一定波長の光をデー
タ信号で変調して送出するもの、２は自動電力制御（Ａ
ＰＣ）回路で、光出力を設定された一定値に保つように
ＬＤのバイアス電流を調整するもの、３は自動温度制御
（ＡＴＣ）回路で、ＬＤチップの温度を設定された一定
値に保つようにペルチェ素子１２１の温度制御電流を調
整するもの、４はデータ信号入力で、ＬＤを駆動するも
の、１１はＬＤチップで、電気信号を光信号に変換する
もの、１３はビームスプリッタでＬＤの背光出力を出力
モニタ用及び波長モニタ用の二つの成分に分岐するもの
、１２１はペルチェ素子でＬＤチップを加熱又は冷却す
るもの、１４１は光検知器（ＰＤ）であり、ＬＤの背光
出力を検知しＬＤ出力の大小を直流電圧の大小に変換す
るもの、１５２は波長フィルタで、ＬＤの発振波長近傍
で急峻な通過損失の変化を持つもの、１５１は光検知器
（ＰＤ）であり、波長フィルタ１５２を通過したＬＤの
背光出力を検知しＬＤ出力の波長の変化を直流電圧の変
化に変換するものである。
と自動温度制御を同時に行う構成を示す。図中、１はＬ
Ｄモジュールで、一定レベルで且つ一定波長の光をデー
タ信号で変調して送出するもの、２は自動電力制御（Ａ
ＰＣ）回路で、光出力を設定された一定値に保つように
ＬＤのバイアス電流を調整するもの、３は自動温度制御
（ＡＴＣ）回路で、ＬＤチップの温度を設定された一定
値に保つようにペルチェ素子１２１の温度制御電流を調
整するもの、４はデータ信号入力で、ＬＤを駆動するも
の、１１はＬＤチップで、電気信号を光信号に変換する
もの、１３はビームスプリッタでＬＤの背光出力を出力
モニタ用及び波長モニタ用の二つの成分に分岐するもの
、１２１はペルチェ素子でＬＤチップを加熱又は冷却す
るもの、１４１は光検知器（ＰＤ）であり、ＬＤの背光
出力を検知しＬＤ出力の大小を直流電圧の大小に変換す
るもの、１５２は波長フィルタで、ＬＤの発振波長近傍
で急峻な通過損失の変化を持つもの、１５１は光検知器
（ＰＤ）であり、波長フィルタ１５２を通過したＬＤの
背光出力を検知しＬＤ出力の波長の変化を直流電圧の変
化に変換するものである。
【００１４】本実施例では、背光出力を光出力モニタお
よび波長モニタに使用する。背光出力と光出力の関係は
、図４に示すように比例関係にあるので背光出力を一定
に制御する事によって光出力を一定に保つことができる
。又、背光出力と光出力のスペクトラムは同じであるの
で、背光出力の波長の変化によってＬＤチップの温度を
知ることができる。なお、図５には、ＬＤの発振波長と
ケース温度の関係を示すが、本発明に係わるチップ温度
との関係も本質的には同様の傾向を持つ。 先ず、デ
ータ信号入力４（即ち、ＬＤ駆動信号）のレベルが何ら
かの原因で低下した場合は、光出力が低下し、ＡＰＣに
よりＬＤバイアス電流が増加する。ＬＤバイアス電流が
増加したことにより、光出力は所定の値に戻るが、一方
ＬＤチップの温度が上昇して、発振波長が長波長側へず
れる。その結果、波長検出手段により波長のずれが検出
されてＡＴＣと温度制御素子によりＬＤチップの温度を
所定の温度まで低下させ、その結果所定の波長に戻すこ
とができる。即ち、波長フィルタ１５２を図４の使用波
長帯１に基準の波長が設定されている場合、波長が長波
長側へずれるとフィルタの通過損失（減衰量）が増大し
、ＰＤ１５１の出力電圧が低下する。自動温度制御（Ａ
ＴＣ）回路３では、基準波長時の出力電圧との差の電圧
（誤差電圧）が負方向に増大する。この誤差電圧を増幅
しペルチェ素子の電流を冷却方向に増大させる。その結
果ＬＤチップが冷却され基準温度になると（即ち、基準
波長になると）誤差電圧は０となり調整が停止される。
よび波長モニタに使用する。背光出力と光出力の関係は
、図４に示すように比例関係にあるので背光出力を一定
に制御する事によって光出力を一定に保つことができる
。又、背光出力と光出力のスペクトラムは同じであるの
で、背光出力の波長の変化によってＬＤチップの温度を
知ることができる。なお、図５には、ＬＤの発振波長と
ケース温度の関係を示すが、本発明に係わるチップ温度
との関係も本質的には同様の傾向を持つ。 先ず、デ
ータ信号入力４（即ち、ＬＤ駆動信号）のレベルが何ら
かの原因で低下した場合は、光出力が低下し、ＡＰＣに
よりＬＤバイアス電流が増加する。ＬＤバイアス電流が
増加したことにより、光出力は所定の値に戻るが、一方
ＬＤチップの温度が上昇して、発振波長が長波長側へず
れる。その結果、波長検出手段により波長のずれが検出
されてＡＴＣと温度制御素子によりＬＤチップの温度を
所定の温度まで低下させ、その結果所定の波長に戻すこ
とができる。即ち、波長フィルタ１５２を図４の使用波
長帯１に基準の波長が設定されている場合、波長が長波
長側へずれるとフィルタの通過損失（減衰量）が増大し
、ＰＤ１５１の出力電圧が低下する。自動温度制御（Ａ
ＴＣ）回路３では、基準波長時の出力電圧との差の電圧
（誤差電圧）が負方向に増大する。この誤差電圧を増幅
しペルチェ素子の電流を冷却方向に増大させる。その結
果ＬＤチップが冷却され基準温度になると（即ち、基準
波長になると）誤差電圧は０となり調整が停止される。
【００１５】次に、ＬＤ出力の設定値を故意に増大させ
る場合は、ＬＤバイアス電流を増加させる。ＬＤバイア
ス電流が増加すると、出力が増大すると共にＬＤチップ
の温度が上昇して発振波長が長波長側へずれる。この場
合は上述の、データ信号入力４のレベルが何らかの原因
で低下した結果光出力が低下した場合、と全く同じ経過
で所定のチップ温度まで温度を低下させることにより、
所定の発振波長に戻す。
る場合は、ＬＤバイアス電流を増加させる。ＬＤバイア
ス電流が増加すると、出力が増大すると共にＬＤチップ
の温度が上昇して発振波長が長波長側へずれる。この場
合は上述の、データ信号入力４のレベルが何らかの原因
で低下した結果光出力が低下した場合、と全く同じ経過
で所定のチップ温度まで温度を低下させることにより、
所定の発振波長に戻す。
【００１６】データ信号入力４のレベルの低下の場合、
及びＬＤ出力の設定値を故意に減少させる場合は、調整
の方向が上記の逆（即ち、加熱方向）になる。図３は本
発明の他の実施例で、光検知器に波長選択と光検知の両
方の働きを受け持たせたものである。即ち、図２の構成
ではＰＤ１５１は図７のように受光感度の波長特性が平
坦なものを使用するため、波長フィルタ１５２と併用す
ることによって、波長検出を行っている。
及びＬＤ出力の設定値を故意に減少させる場合は、調整
の方向が上記の逆（即ち、加熱方向）になる。図３は本
発明の他の実施例で、光検知器に波長選択と光検知の両
方の働きを受け持たせたものである。即ち、図２の構成
ではＰＤ１５１は図７のように受光感度の波長特性が平
坦なものを使用するため、波長フィルタ１５２と併用す
ることによって、波長検出を行っている。
【００１７】ところが、１．５５μｍ帯において、Ｉｎ
ＧａＡｓ−ＰＤは図７の例のようにフラットな波長特性
を示すのに対し、Ｇｅ−ＰＤは図８の例のように受光感
度が単調減少する波長特性を示すため、図２の波長フィ
ルタ１５２とＰＤ１５１の機能をＧｅ−ＰＤ１５３で実
現することが出来る。
ＧａＡｓ−ＰＤは図７の例のようにフラットな波長特性
を示すのに対し、Ｇｅ−ＰＤは図８の例のように受光感
度が単調減少する波長特性を示すため、図２の波長フィ
ルタ１５２とＰＤ１５１の機能をＧｅ−ＰＤ１５３で実
現することが出来る。
【００１８】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、Ｌ
Ｄのチップの温度を正確に一定温度に維持することがで
き、周囲温度の変動に対して余裕のある動作を期待でき
、その結果信頼性の高い光通信システムの実現に寄与す
る所が大きい。
Ｄのチップの温度を正確に一定温度に維持することがで
き、周囲温度の変動に対して余裕のある動作を期待でき
、その結果信頼性の高い光通信システムの実現に寄与す
る所が大きい。
【図１】本発明の原理構成図である。
【図２】本発明の一実施例構成図で、波長検出手段とし
て波長フィルタ及びＰＤの組合せを採用したものである
。
て波長フィルタ及びＰＤの組合せを採用したものである
。
【図３】本発明の他の実施例構成図で、波長検出手段と
して感度に波長依存性のあるＰＤを採用したものである
。
して感度に波長依存性のあるＰＤを採用したものである
。
【図４】光出力─バイアス電流特性例を示す。
【図５】発振波長温度特性例を示す。
【図６】波長フィルタ特性例を示す。
【図７】ＩｎＧａＡｓ−ＰＤ波長特性例を示す。
【図８】Ｇｅ−ＰＤ波長特性例を示す。
【図９】従来例を示す。
１ ＬＤモジュール
２ 自動電力制御回路（ＡＰＣ）
３ 自動温度制御回路（ＡＴＣ）
４ データ信号入力
１１ ＬＤチップ
１２ 温度制御素子
１３ ビームスプリッタ
１４ 背光パワーモニタ
１５ 波長検出手段
１６ 温度検出素子
１４１、１５１ ＰＤ
１４２ ＩｎＧａＡｓ−ＰＤ
１５２ 波長フィルタ
１５３ Ｇｅ−ＰＤ
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体レーザのチップ温度を変化させ
ることの出来る機能を備えたレーザモジュール（１）に
おける半導体レーザの温度制御方式に於いて、半導体レ
ーザの発光波長をモニタする手段を設け、所定のチップ
温度に対応する発振波長になるように、該チップを加熱
または冷却することを特徴とする半導体レーザ温度制御
方式。 - 【請求項２】 請求項１において、発光波長をモニタ
する手段として、波長フィルタ及び受光素子を用いるこ
とを特徴とする半導体レーザの温度制御方式。 - 【請求項３】 請求項１において、発光波長をモニタ
する手段として、平坦でない波長感度特性をもつ受光素
子を用いることを特徴とする半導体レーザの温度制御方
式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3088271A JPH04320385A (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 半導体レーザ温度制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3088271A JPH04320385A (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 半導体レーザ温度制御方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04320385A true JPH04320385A (ja) | 1992-11-11 |
Family
ID=13938235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3088271A Withdrawn JPH04320385A (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 半導体レーザ温度制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04320385A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0715078A (ja) * | 1993-06-15 | 1995-01-17 | Nec Corp | 半導体レーザ装置 |
| JPH09186654A (ja) * | 1995-12-28 | 1997-07-15 | Nec Corp | 光送信回路 |
| JPH10271094A (ja) * | 1997-03-27 | 1998-10-09 | Nec Corp | 光増幅器 |
| WO2008029831A1 (en) * | 2006-09-05 | 2008-03-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light receiving element, and illumination device and display device using the same |
| JP2014017755A (ja) * | 2012-07-11 | 2014-01-30 | Nec Corp | 光トランシーバおよび波長調整方法 |
| JP2015143645A (ja) * | 2014-01-31 | 2015-08-06 | アンリツ株式会社 | 光パルス試験装置および光パルス試験装置の光強度安定化方法 |
-
1991
- 1991-04-19 JP JP3088271A patent/JPH04320385A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0715078A (ja) * | 1993-06-15 | 1995-01-17 | Nec Corp | 半導体レーザ装置 |
| JPH09186654A (ja) * | 1995-12-28 | 1997-07-15 | Nec Corp | 光送信回路 |
| JPH10271094A (ja) * | 1997-03-27 | 1998-10-09 | Nec Corp | 光増幅器 |
| WO2008029831A1 (en) * | 2006-09-05 | 2008-03-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light receiving element, and illumination device and display device using the same |
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| JP2015143645A (ja) * | 2014-01-31 | 2015-08-06 | アンリツ株式会社 | 光パルス試験装置および光パルス試験装置の光強度安定化方法 |
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| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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