JPH04324725A - 光送信部の光出力安定化方式並びに該方式による光送信装置及び光伝送システム - 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】本発明は光送信部の光出力安定化
方式並びに該方式による光送信装置及び光伝送システム
に関し、更に詳しくは、半導体レーザ等の発光素子と光
ファイバとを結合する光結合部を有する光送信部の光出
力安定化方式並びに該方式による光送信装置及び光伝送
システムに関する。

【０００２】今日、光伝送システムは益々普及し、その
適用領域が広がるにつれて光送信部に課される温度環境
等の条件も年々厳しくなりつつある。これに伴い、半導
体レーザと光ファイバの結合部に加わる温度負荷も益々
厳しくなり、使用条件によっては結合効率等の諸特性を
満足できない状況にある。従つて、このような厳しい環
境下でも光送信部から安定な信号光が得られる光出力安
定化方式の提供が要望される。

【０００３】

【従来の技術】図８は従来の光出力安定化方式の構成を
示す図で、図において１０は発光部、１１は半導体レー
ザ、２０は光結合部、２１は分布屈折率ファイバレンズ
、３０は光伝送用の光ファイバ、６０は後方信号光モニ
タ部、６１はフォトダイオード、６２はローパスフィル
タアンプ、７０は自動利得制御部、ＣＨはチョークコイ
ル、８０は半導体レーザの駆動部である。

【０００４】半導体レーザ１１はトランジスタＱ１　の
出力電流Ｉ１　によりその閾値電流ＩＴＨの略０．７〜
１倍まで直流バイアスされており、この状態で、駆動部
８０にパルス信号が入力するとトランジスタＱ２　にパ
ルス電流が流れ、このパルス電流が前記直流バイアス電
流Ｉ１　に重畳されてこれにより半導体レーザ１１は高
速でＯＮ／ＯＦＦし、その前方に射出した信号光は、分
布屈折率ファイバレンズ２１により収束されて光ファイ
バ３０のコアに入射する。

【０００５】一方、フォトダイオード６１は半導体レー
ザ１１の後方信号光をモニタしており、そのモニタ信号
はローパスフィルタアンプ６２でフィルタ増幅されて自
動利得制御部７０のトランジスタＱ１　のベースを駆動
する。これによりトランジスタＱ１　のコレクタにはチ
ョークコイルＣＨを介して半導体レーザ１１の後方信号
光出力が一定になるような直流バイアス電流Ｉ１　が流
れる。

【０００６】例えば、今、何らかの理由で半導体レーザ
１１の光出力が増すと、フォトダイオード６１のモニタ
電流が増してローパスフィルタアンプ６２の出力は低レ
ベルになり、これにより直流バイアス電流Ｉ１　は減少
して半導体レーザ１１の光出力は減少する。逆に、何ら
かの理由で半導体レーザ１１の光出力が減少すると、フ
ォトダイオード６１のモニタ電流が減少してローパスフ
ィルタアンプ６２の出力は高レベルになり、これにより
直流バイアス電流Ｉ１　が増して半導体レーザ１１の光
出力は増加する。

【０００７】かくして、従来は、半導体レーザ１１の後
方信号光をモニタして負帰還をかけることにより半導体
レーザ１１の光出力を一定に制御をしていた。しかし、
半導体レーザ１１の光出力が一定でも、光結合部２０に
おける結合効率が変動してしまうと、もはや光ファイバ
３０には一定の光入力が得られない。

【０００８】図９は光結合部の温度に対する結合効率の
変化の一例を示す図で、図の横軸は温度（℃）、縦軸は
結合効率（％）である。今、この光結合部２０は、発光
部１０の定格動作温度Ｔ０　で最大の結合効率（例えば
６０％）が得られるように調整されていたとすると、一
般にこの種の光結合部２０では温度変化により僅かに軸
ずれや傾きが生じるから、定格動作温度Ｔ０　より高い
温度及び低い温度の領域では図示の如く結合効率が低下
する傾向にある。

【０００９】このために、従来は、半導体レーザ１１の
光出力を一定に制御しているにもかかわらず、受信側で
は消光比が低下してしまい、しばしば回線エラーを引き
起こす等の問題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の光
出力安定化方式では、半導体レーザ１１の後方信号光を
モニタして半導体レーザ１１の光出力を一定に制御して
いたので、光結合部の結合効率が変動すると、これに対
処できなかった。

【００１１】本発明の目的は、光結合部の結合効率が変
動しても、これを適正に補償できる光送信部の光出力安
定化方式並びに該方式による光送信装置及び光伝送シス
テムを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題は図１の構成
により解決される。即ち、本発明の光送信部の光出力安
定化方式は、発光部１と光ファイバ３とを結合する光結
合部２と、光結合部２の温度を検出する検温部４と、検
温部４の出力に基づいて発光部１の光出力を制御する温
度補償部５とを備え、該温度補償部５は検温部４の出力
に基づいて光結合部２における結合効率の変動を補償す
るように発光部１の光出力を制御するものである。

【００１３】また本発明の光送信装置は、半導体レーザ
の光出力を光ファイバに導くと共にその後方信号光のモ
ニタ信号に基づいて半導体レーザの光出力を安定化させ
る光送信装置において、半導体レーザ１と光ファイバ３
とを結合する光結合部２と、光結合部２の温度を検出す
る検温部４と、検温部４の出力に基づいて光結合部２に
おける結合効率の変動を補償するように半導体レーザ１
の光出力安定化帰還ループに対して温度補償をかける温
度補償部５とを備える。

【００１４】また、本発明の光伝送システムは、半導体
レーザの光出力を光ファイバに導くと共にその後方信号
光のモニタ信号に基づいて半導体レーザの光出力を安定
化させる光送信装置を有する光伝送システムにおいて、
該光送信装置は、半導体レーザ１と光ファイバ３とを結
合する光結合部２と、光結合部２の温度を検出する検温
部４と、検温部４の出力に基づいて光結合部２における
結合効率の変動を補償するように半導体レーザ１の光出
力安定化帰還ループに対して温度補償をかける温度補償
部５とを備える。

【００１５】

【作用】本発明の光送信部の光出力安定化方式において
は、発光部１から射出した信号光は光結合部２を介して
光ファイバ３のコアに入射する。ところで、この光結合
部２は、例えば発光部１の定格動作温度Ｔ０　で最大の
結合効率が得られるように調整されているが、定格動作
温度Ｔ０　より高い温度及び低い温度の領域では僅かに
軸ずれや傾きが生じるので、これに応じて結合効率が変
動する傾向にある。そこで、検温部４により光結合部２
の温度を検出し、温度補償部５は検温部４の検出温度に
基づいて光結合部２における結合効率の変動分を補償す
るように発光部１の光出力を制御する。

【００１６】また本発明の光送信装置においては、半導
体レーザ１から射出した信号光を光結合部２を介して光
ファイバ３のコアに導くと共に、その後方信号光を後方
信号光モニタ部６でモニタして、そのモニタ出力をさら
に自動利得制御部７で半導体レーザ１の後方信号光の光
出力が一定になるように利得変換し、その出力を駆動部
８にフィードバックしている。従つて、半導体レーザ１
の信号光は、まずこの光出力安定化帰還ループによって
後方信号光の光出力が一定になるように制御される。

【００１７】一方、同時に検温部４は光結合部２の温度
を検出しており、温度補償部５は検温部４の検出温度に
基づいて光結合部２における結合効率の変動分を補償す
るように半導体レーザ１の光出力安定化帰還ループに対
して温度補償をかけている。従つて、半導体レーザ１の
光出力はさらに温度変化による結合効率の変動分を補償
され、これにより光ファイバ３に入射する信号光のレベ
ルは結合効率の変動にもかかわらず一定に保たれる。な
お、この場合に、半導体レーザ１の光出力安定化帰還ル
ープに対して温度補償をかける方法は幾通りもあり、そ
の中の例えばパス■〜■の方法について後述する。

【００１８】また本発明の光伝送システムにおいては、
不図示の光送信末端装置及び途中に設けた１又は２以上
の中継器の全部又は一部に本発明による光送信装置が組
み込まれている。従つて、これらの光送信装置に対する
動作環境の厳しい相違にもかかわらず、光送信末端装置
及び途中の中継器からはその接続光ファイバ３０に一定
の信号光パワーが注入され、もって安定で信頼性の高い
光伝送システムを構築できる。

【００１９】

【実施例】以下、添付図面に従つて本発明による実施例
を詳細に説明する。なお、図面を通して同一符号は同一
又は相当部分を示す。

【００２０】図２は実施例の光送信装置の回路図で、図
において１０は発光部（図１の１に相当）、２０は光結
合部（同２）、３０は光伝送用の光ファイバ（同３）、
４０はサーミスタ回路（同４）、５０は温度補償部（同
５）、６０は後方信号光モニタ部（同６）、７０は自動
利得制御部（同７）、８０は半導体レーザ１１の駆動部
（同８）である。

【００２１】実施例の光送信装置においては、半導体レ
ーザ１１の前方信号光を光結合部２０の分布屈折率ファ
イバレンズ２１により収束して光ファイバ３０のコアに
導くと共に、半導体レーザ１１の後方信号光を後方信号
光モニタ部６０でモニタして、そのモニタ出力を自動利
得制御部７０で半導体レーザ１１の後方信号光の光出力
が一定になるように利得変換し、その出力を半導体レー
ザ１１の駆動部８０にフィードバックしている。以上は
図８について述べた従来の自動利得制御の動作と同一で
ある。

【００２２】一方、同時にサーミスタ回路４０は光結合
部２０の温度を検出しており、温度補償部５０はサーミ
スタ回路４０の検出温度に基づいて光結合部２０におけ
る結合効率の変動分を補償するように半導体レーザ１１
の光出力安定化帰還ループに対して温度補償をかける。 この温度補償の仕方には以下に述べるように様々な方法
がある。

【００２３】図３は第１実施例の温度補償部の回路図で
、図において５０ａは第１実施例の温度補償部、５１は
増幅回路、４０ｓ　，４０ｆ　は夫々サーミスタ回路、
Ｑ４　はトランジスタ（可変電流源）である。

【００２４】サーミスタ回路４０ｓ　，４０ｆ　として
は、１又は２以上のサーミスタ素子（その他の感温素子
を含む）及び抵抗素子等を組み合わせることにより様々
な温度・抵抗特性を形成できるので、この温度補償部５
０ａはあらゆる結合効率の変動特性に対処できる。

【００２５】図４は実施例のサーミスタ回路の温度・抵
抗特性例を示す図で、図４の（Ａ）は負の温度係数を有
するＮＴＣサーミスタと正の温度係数を有するＰＴＣサ
ーミスタとを組み合わせた場合を示し、図４の（Ｂ）は
公称抵抗値及びＢ定数の異なる２つのＮＴＣサーミスタ
を使用した場合を示している。

【００２６】図４の（Ａ）において、互いに対称な特性
を有するＮＴＣサーミスタとＰＴＣサーミスタとを定格
動作温度Ｔ０　で特性が交差するように選び、これらを
並列に接続すると、定格動作温度Ｔ０　において合成抵
抗値が最大となるような温度・抵抗特性ＲＴＨが得られ
る。そこで、これを温度補償部５０ａの抵抗Ｒｓ２の代
わりに又はサーミスタ回路４０ｓ　の位置に並列に挿入
すると、増幅回路５１の温度・利得特性は定格動作温度
Ｔ０　で利得が最小となり、それより高い温度及び低い
温度では利得が増加するような特性となる。従つて、ト
ランジスタＱ４　の温度補償バイアス電流Ｉ２　は定格
動作温度Ｔ０　でバイアス電流Ｉ２　が最小となり、そ
れより高い温度及び低い温度ではバイアス電流Ｉ２　が
増加するような特性となり、図９に示すような結合効率
の変動分を補償できる。

【００２７】図４の（Ｂ）において、特性ＲｆＴＨ　は
、図３の抵抗Ｒｆ２と公称抵抗値Ｒｓ　が大でＢ定数が
小のＮＴＣサーミスタ４０ｆ　とを並列にした場合の温
度・利得特性を示し、また特性ＲｓＴＨ　は、図３の抵
抗Ｒｓ２と公称抵抗値Ｒｓ　が小でＢ定数が大のＮＴＣ
サーミスタ４０ｓ　とを並列にした場合の温度・利得特
性を示している。従つて、増幅回路５１の温度・利得特
性は定格動作温度Ｔ０　で利得が最小となり、それより
高い温度及び低い温度では利得が増加するような特性と
なる。従つて、トランジスタＱ４　の温度補償バイアス
電流Ｉ２　は定格動作温度Ｔ０　でバイアス電流Ｉ２　
が最小となり、それより高い温度及び低い温度ではバイ
アス電流Ｉ２　が増加するような特性となり、図９に示
すような結合効率の変動分を補償できる。

【００２８】このような温度補償部５０ａを用いれば、
例えば図２のパス■で示すように、駆動部８０からのバ
イアス電流Ｉ１　に対して結合効率の温度補償用バイア
ス電流Ｉ２　を重畳できる。あるいは、パス■を介して
温度補償バイアス電流Ｉ２　を重畳しても良い。

【００２９】また、駆動部８０の抵抗ＲＥ　は半導体レ
ーザ１１のパルス電流に対する定電流源として機能して
いるから、例えばパス■で示すように抵抗ＲＥ　の代わ
りに温度補償部５０ａの出力（可変電流源）を接続する
ようにすれば、半導体レーザ１１のパルス電流を温度補
償できる。

【００３０】更にまた、例えばパス■で示すように、図
３の増幅回路５１の出力で後方信号光モニタ部６０の増
幅回路６２自身の利得を制御するようにしても良い。図
５は第２実施例の温度補償部の回路図で、図において５
０ｂは第２実施例の温度補償部である。

【００３１】第１実施例の温度補償部５０ａと異なる点
は、温度補償部５０ｂはモニタ帰還信号の入力端子と出
力端子とを備えている点である。従つて、この温度補償
部５０ｂは、例えば図２のパス■で示す位置に直列に挿
入することができ、これにより後方信号光のモニタ帰還
信号そのものを温度補償できる。

【００３２】図６は第３実施例の温度補償部のブロック
図で、図において５０ｃは第３実施例の温度補償部、４
０ａは温度・抵抗特性が直線化されたサーミスタ回路、
５２は増幅回路（ＡＭＰ）、５３はＡ／Ｄ変換器、５４
はＲＯＭ、５５はＤ／Ａ変換器である。

【００３３】ＲＯＭ５４には、予め温度に対する結合効
率の変動を正確に測定して得た各温度に対する補償デー
タを記憶しておく。従つて、この温度補償部５０ｃの使
用時にはサーミスタ回路４０ａによる線形な検出温度の
情報がＡ／Ｄ変換器５３によりＡ／Ｄ変換されてＲＯＭ
５４のアドレスに入力し、ＲＯＭ５４からは対応する補
償データが読み出される。この補償データはＤ／Ａ変換
器５５でＤ／Ａ変換され、その出力信号ＯＵＴは、例え
ば図３のトランジスタ（可変電流源）Ｑ４　のベースを
駆動するようにして用いられる。

【００３４】第３実施例によれば、温度変化に応じてＲ
ＯＭ５４にはどのような形状の補償データでも記憶でき
るので、複雑かつ精密な温度補償が容易に行える。図７
は実施例の光伝送システムを示す図で、図において９１
は光送信装置（Ｅ／Ｏ）、９２は光伝送用の光フファイ
バ、９３は光中継器、９３ａは光中継器の光受信部（Ｏ
／Ｅ）、９３ｂは光中継器の光送信部（Ｅ／Ｏ）、９４
は光伝送用の光ファイバ、９５は光受信装置（Ｏ／Ｅ）
である。

【００３５】かかる光伝送システムの光送信装置９１及
び中継器の光送信部９３ｂに本発明による光送信部の光
出力安定化方式を採用すれば、これらの機器が設置され
る環境の厳しい相違及び変化にもかかわらず、光送信装
置９１及び中継器の光送信部９３ｂからは常時安定な光
出力が得られ、これにより中継器の光受信部９３ａ及び
光受信装置９５では常時確実な消光費が得られる。従つ
て、光伝送システムの信頼性は格段に向上する。

【００３６】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、光結合
部２の検出温度に基づいて光結合部２で発生した結合効
率の変動分を補償するように発光部１の光出力を制御す
るので、発光部１と光ファイバ３との間の結合ロスによ
る光伝達パワーの変動分を常時キャンセルでき、もって
安定で信頼性の高い光送信装置及び光伝送システムを提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の原理的構成図である。

【図２】図２は実施例の光送信装置の回路図である。

【図３】図３は第１実施例の温度補償部の回路図である
。

【図４】図４は実施例のサーミスタ回路の特性例を示す
図である。

【図５】図５は第２実施例の温度補償部の回路図である
。

【図６】図６は第３実施例の温度補償部のブロック図で
ある。

【図７】図７は実施例の光伝送システムを示す図である
。

【図８】図８は従来の光出力安定化方式の構成を示す図
である。

【図９】図９は光結合部の温度に対する結合効率の変化
の一例を示す図である。

【符号の説明】

１　　発光部，半導体レーザ ２　　光結合部 ３　　光ファイバ ４　　検温部 ５　　温度補償部 ６　　後方信号光モニタ部 ７　　自動利得制御部 ８　　駆動部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　発光部（１）と光ファイバ（３）とを
   結合する光結合部（２）と、光結合部（２）の温度を検
   出する検温部（４）と、検温部（４）の出力に基づいて
   発光部（１）の光出力を制御する温度補償部（５）とを
   備え、温度補償部（５）は検温部（４）の出力に基づい
   て光結合部（２）における結合効率の変動を補償するよ
   うに発光部（１）の光出力を制御することを特徴とする
   光送信部の光出力安定化方式。
2. 【請求項２】　　半導体レーザの光出力を光ファイバに
   導くと共にその後方信号光のモニタ信号に基づいて半導
   体レーザの光出力を安定化させる光送信装置において、
   半導体レーザ（１）と光ファイバ（３）とを結合する光
   結合部（２）と、光結合部（２）の温度を検出する検温
   部（４）と、検温部（４）の出力に基づいて光結合部（
   ２）における結合効率の変動を補償するように半導体レ
   ーザ（１）の光出力安定化帰還ループに対して温度補償
   をかける温度補償部（５）とを備えることを特徴とする
   光送信装置。
3. 【請求項３】　　半導体レーザの光出力を光ファイバに
   導くと共にその後方信号光のモニタ信号に基づいて半導
   体レーザの光出力を安定化させる光送信装置を有する光
   伝送システムにおいて、光送信装置は、半導体レーザ（
   １）と光ファイバ（３）とを結合する光結合部（２）と
   、光結合部（２）の温度を検出する検温部（４）と、検
   温部（４）の出力に基づいて光結合部（２）における結
   合効率の変動を補償するように半導体レーザ（１）の光
   出力安定化帰還ループに対して温度補償をかける温度補
   償部（５）とを備えることを特徴とする光伝送システム
   。