JPH0454029A - 光出力安定化方式 - 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］ 本発明は、発光素子の光出力を安定化させる方式に関す
るものである。

［従来の技術］ 一般に、半導体レーザ等の発光素子を用いて光信号を伝
送する場合には、第４図に示すように、変調された電流
Ａを発光素子に注入して、変調された光出力信号Ｂを形
成する必要がある。

ところが、発光素子に注入される電流■と、これによっ
て得られる光出力Ｐとの関係は、温度に大きく依存する
０例えば、半導体レーザの場合には、そのレーザ素子の
温度に依存して、注入＠流Ｉのしきい値Ｉｔｈや、注入
電流Ｉに対する光出力Ｐの変化率ΔＰ／ΔＩ（微分量子
効率）が大きく変化する。

このような温度依存性に起因して、発光素子からの光出
力信号が変動するのを防ぐために、従来、第５図に示す
対策が施されている。すなわち、差動電流スイッチ１を
スイッチングさせて、半導体レーザ１０１に注入される
電流を変調する一方、そのレーザ［０１からの光出力の
一部をモニタ用フォトダイオードＰＤ１により検出し、
この検出電流を抵抗Ｒにより電圧信号に変換し、この電
圧値と基準電圧Ｖｒｅｆどの偏差を誤差増幅器２で求め
、この増幅器２の出力を用いて電流スイッチ１のトラン
ジスタＱ３を制御している。この帰還制御系によれば、
抵抗Ｒで検出される電圧値が常に基準電圧Ｖ　ｒｅｆと
等しくなるように、半導体レーザＬＤ１に注入される電
流が制御され、温度変動によらず、光出力信号を一定に
保つことが可能となる。

しかし、上述した方策では、レーザ［０１からの光出力
信号の平均値を一定に保つことしかできず、マーク率（
送信データ列の中に含まれる１と０の比）が変動した場
合には、これに件って、光出力信号のピーク値が変動し
てしまう。

このような変動を抑えるために、従来、さらに第６図に
示す方策が採られている。全体の動作は第５図とほぼ同
機であるが、ここでは、ピーク検出回ｖ！１３を付加し
て、抵抗Ｒからの電圧信号のピーク値を検出し、このピ
ーク値が電圧Ｖ　ｒｅｆと等しくなるように、注入電流
を制御している。このように電圧信号のピーク値を一定
に制御することにより、前述したようなマーク率の変動
があっても、光出力信号のピーク値の変動を抑制できる
。

ところで、以上述べてきた従来例にあっては、第４図に
示すように、光出力信号Ｂのローレベルに対応する注入
を流が、しきい値電流１ｔｈ　　に比べて十分に小さい
、そのため、発光素子を高速で変調する場合には、光出
力信号Ｂの立ち上がりが遅れてパルス幅が歪んだり、過
渡応答によりリンギングが生じる。変調速度が速いほど
、この影響による出力信号波形の劣化が問題となる。

このような問題を避けるために、高速の変調時には、通
常、第７図に示すように、発光素子に注入される電流を
バイアスしている。このとき、バイアス電流１Ｂがしき
い値電流Ｉｔｈより十分に大きいと、光出力信号りのハ
イレベルＰＨ１とローレベルｐｔとの比（消光比）が小
さくなり、信号り中に含まれる信号成分が減少すること
になる。そのため、バイアスを流Ｉ８は、しきいＩ電流
Ｉｔｈに比べ、同等かあるいはわずかに大きい値に一定
に保っておくことが必要である。

しかし、既に述べたように、しきい１電流Ｉｔｈは、発
光素子の温度により大きく変化し、また個々の素子によ
るばらつきも大きいので、上述の如くしきい値電流７ｔ
ｈ　　とバイアス電流ＩＢとの関係を保つことは雌しい
。

そこで、この関係を保つようにバイアス電流ＩＢを制御
する方法として、従来、第８図に示す方法がある。この
方法では、差動電流スイッチ４をスイッチングさせて、
半導体レーザ１０１に変調電流ＩＤを注入する一方、ト
ランジスタＱ６によりバイアス電流ＩＢを注入している
。そして、レーザ１０１の光出力の一部をモニタ用フォ
トダイオードＰＤ１により検出し、これを抵抗Ｒにより
電圧信号に変換し、この電圧信号の最低値をボトム検出
回路５により検出し、この最低値と基準電圧Ｖ　ｒｅｆ
との差を誤差増幅器２で求め、この増幅器２の出力を用
いてバイアスを流ＩＢを制御している。これによれば、
温度変動によらず、光出力信号りのローレベルＰＬを一
定の値となるように制御でき、光出力信号りの消光比を
確保できる。

「発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第６図および第８図に示すいずれの従来
方式にあっても、光出力信号の速度を速くした場合、こ
れに応じて、モニタ用フォトダイオードＰＤ１や、ピー
ク検出回Ｉ＃Ｉ３、ボトム検出回路５の応答速度を速く
しなければならず、高速の信号への対応が難しいという
問題があった。

また、第６図に示す方式では、ピーク検出回路３を用い
る必要上、バースト状のデータ（信号が長い周期で断続
するようなデータ）に対して、ハイレベルの保持に限界
が生じる。一方、第８図に示す方式では、ボトム検出回
路５を用いる必要上、光出力信号のハイレベルが長い期
間に亘って続く場合、ローレベルを保持するのに限界が
生じ、いずれにしても、光出力を安定化させることが田
麩であるという問題があった。

このように、従来の安定化方式では、信号の速度やデー
タパターンに制約があり、安定した光出力を得るのが困
龍であった。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、信
号の速度やパターンによらず、光出力を常に一定に保つ
ことのできる新規な光出力安定化方式を促供することに
ある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の光出力安定化方式
は、変調電流が注入される光信号出力用の第１の発光素
子の他に、その発光素子と同一の振幅および逆相の変調
電流が注入される第２の発光素子を設け、前記第１およ
び第２の発光素子の光出力の一部をそれぞれ対応するモ
ニタ用受光素子で検出し、これら検出出力の和が一定と
なるように、前記第１の発光素子に注入される電流の振
幅を制御するものである。ここで、第１および第２の発
光素子の光出力は、単一のモニタ用受光素子により検出
するのが好ましい。

また、バイアス電流および変調電流が注入される光信号
出力用の第１の発光素子の他に、その第１の発光素子と
同一のバイアス電流のみが注入される第２の発光素子を
設け、その第２の発光素子の光出力の一部をモニタ用受
光素子により検出し、その検出出力が一定となるように
、前記第１の発光素子に注入されるバイアス電流を制御
するものである。

［作用］ 上記前者の方式によれば、第１および第２の発光素子が
互いに差動的に駆動され、これら２つの発光素子からの
光出力の和が、第１の発光素子の光出力のハイレベルと
等しい直流となる。そのため、この光出力の和を電気的
に検出し、これが−定となるように変調電流の振幅を制
御することで、第１の発光素子からの光出力のマーク率
、速度、パターンなどによらず、その光出力のハイレベ
ルを一定に保つことができる。　また、後者の方式によ
れば、第１の発光素子に注入されるバイアス電流と等し
い電流で第２の発光素子が駆動され、第２の発光素子か
らの光出力が、第１の発光素子の光出力のローレベルと
等しい直流となる。そのため、この第２の発光素子の光
出力が一定となるようにバイアス電流を制御することで
、第１の発光素子からの光出力の速度やパターンなどに
よらず、その光出力のローレベルを一定に保つことがで
きる。

［実施例］ 以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図において、ｌはトランジスタＱ１〜Ｑ３からなる
差動電流スイッチで、正電源電圧Ｖｃｃおよび負電源電
圧ｖｅｅ間に介装されている。差動電流スイッチｌの一
方の差動出力には、光信号出力用の半導体レーザ［Ｄｌ
（第１の発光素子）が接続されており、差動信号ＶＩＮ
”　、　ＶＩＮ−に応じて、変調電流が注入される。

この実施例においては、差動電流スイッチ１の他方の差
動出力に、半導体レーザＥ０２（第２の発光素子）が接
続されており、前記レーザ１０１に注入される変調電流
に対して、振幅が同一となりかつ位相が逆となる電流が
、そのレーザ１０２に注入されるようになっている。そ
して、各レーザ［０１ＬＤ２からの光出力は、それぞれ
モニタ用フォトダイオードＰＤＩ、　ＰＯ２にて受光さ
れ、これら光出力の和が、各ＰＤＩ　、　ＰＯ２に直列
接続された抵抗Ｒにて電圧信号として検出される。こう
して検出された電圧信号は、誤差増幅器２で基準電圧Ｖ
　ｒｅｆと比較され、これらの偏差に基づき、トランジ
スタＱ３、即ち変調電流の振幅が制御される。この制御
は、上記電圧信号が基準電圧Ｖｒｃｔｆに一致するまで
行われる。

半導体レーザ［口１および１０２の特性が互いに揃えら
れ、かつその温度が等しくなるように実装されていれば
、これらレーザ１０１　、１０２からの光出力の和は、
レーザ１０１からの光出力信号のマーク率、パターンな
どの変動に拘らず一定の値、すなわち直流成分となる。

したがって、その光出力の和を、上述のようにフォトダ
イオードＰＤ１．ＰＤ２および抵抗Ｒにて検出すると、
検出された電圧信号をそのまま誤差増幅器２に導入して
基準電圧Ｖ　ｒｅｆと比較させることができ、従来必要
であったピーク検出回路などを用いなくともよくなる。

しかも、その光出力の和の大きさは、光出力信号のハイ
レベルとほぼ等しくなり、光出力の和を制御することは
、光出力信号のハイレベルを制御することと等価となる
。したがって、抵抗Ｒにて検出された電圧信号を一定に
保つように、レーザ１０１．ＬＤ２に注入される電流の
振幅を制御することで、光出力信号のマーク率、速度、
パターンなどに影響されることなく温度変動による特性
変動を補償でき、光出力信号のハイレベルを一定に保つ
ことができる。

なお、本発明では、上記実施例のようにモニタ用フォト
ダイオードＰＤ１　、　ＰＯ２を、半導体レーザＬＤ１
．　ＬＤ２それぞれについて１個ずつ設ける必要はなく
、各レーザＬＤ１．１０２の光出力の和を検出できれば
、その数は幾つでもよい。例えば、第２図に示すように
、レーザＬＤ１．１０２の後方出力光を共通のモニタ用
フォトダイオードＰＤ３で検出してもよい、これによれ
ば、モニタ用フォトダイオードが１つで済むので、構成
が簡単化されるという利点がある。また、各レーザ１０
１，１０２を同一のチップ上に近接させて実装でき、こ
れらの特性を揃えたり、熱的な結合をとるのが容易とな
る。

次に、本発明の他の実施例を第３図に基づいて説明する
。

第３図において、４はトランジスタＱ４．Ｑ５からなる
差動電流スイッチ、６は定電流源で、互いに直列接続さ
れて正電源電圧Ｖｃｃおよび負電源電圧Ｖｅｅ間に介装
されている。差動電流スイッチ４の一方の差動出力には
、光信号出力用の半導体レーザ［口１　（第１の発光素
子）が接続されており、差動信号ＶＩＮ”　、　ＶＩＮ
−に応じて、変調電流ＩＰが注入される。この半導体レ
ーザＬＤ１には、更に、電流スイッチ４および定電流源
６と並列に設けられたトランジスタＱ６により、バイア
ス電流ＩＢが供給される。

この実施例においては、電源電圧ＶＣＣおよびＶｅｅ間
に、半導体レーザ【０３（第２の発光素子）とトランジ
スタＱ７との直列回路が挿入されており、レーザ［旧に
注入されるバイアス電流１Ｂと同一の電流が、レーザ［
口３に注入されるようになっている。このレーザ１０３
からの光出力は、モニタ用フォトダイオードＰＤ４およ
び抵抗Ｒにより電圧信号として検出される。そして、検
出された電圧信号は、誤差増幅器２で基準電圧Ｖｒｅｆ
と比較され、これらの偏差に基づき、トランジスタＱ６
゜Ｑ７が共に制御される。

半導体レーザ１０１および［０３の特性が互いに揃えら
れ、かつその温度が等しくなるように実装されていれば
、半導体レーザ［０３がらの光出力は、レーザ［Ｄｌか
らの光出力信号のローレベルとほぼ等しくなる。そのた
め、レーザ［０３からの光出力を制御することは、光出
力信号のローレベルを制御することと等価となる。しか
も、レーザＬＤ３がらの光出力は、光出力信号のパター
ンなどに拘らず、直流成分のみとなる。

された電圧信号をそのまま誤差増幅器２に導入すること
ができ、従来のようにボトム検出回路などを用いる必要
がなくなり、制御系の回路構成が簡単になる。また、電
圧信号を一定に保つように、トランジスタＱ　６．　Ｑ
　７を制御してバイアス電流ＩＢを可変することで、光
出力信号の速度、パターンなどに影響されることなく、
光出力信号のローレベルを常に一定に保つことができる
。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば、次のごとく優れた効果を
発揮する。

（１）第１及び第２の発光素子を差動的に駆動し、これ
らの光出力の和が一定となるように、注入される電流の
振幅を制御することで、温度変動に対してはもとより、
光出力信号の速度やパターンに拘らず、その信号を一定
の振幅に安定化させることができる。また、制御系では
直流の信号のみを取り扱えばよくなるので、ピーク検出
回路などの高速で複雑な回路が不要となり、低速で簡易
な制御系を横築できる。

（２）第１の発光素子と同じバイアス電流を第２の発光
素子に注入し、この第２の発光素子の光出力が一定とな
るようにバイアス電流を制御することで、温度変動や信
号の速度・パターンなどに拘らず、信号のローレベルを
一定に保つことができると共に、上述と同様、低速で簡
易な制御系を横築できる。

（３）かくして、光出力信号を確実に安定化させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明光出力安定化方式の一実施例を示す回路
図、第２図は本発明光出力安定化方式の他の実施例を示
す回路図、第３図は本発明光出力安定化方式のさらに他
の実施例を示す回路図、第４図は発光素子から光出力信
号を得る方式の一例を説明する図、第５図は従来の光出
力安定化方式の一例を示す回路図、第６図は従来の光出
力安定化方式の他の一例を示す回路図、第７図は発光素
子から光出力信号を得る方式の他の例を説明する図、第
８図は従来の光出力安定化方式のさらに他の一例を示す
回路図である。 図中、１．４は差動電流スイッチ、２は誤差増幅器、１
０１は光信号出力用の半導体レーザ（第１の発光素子’
）　、１０２，１０３は半導体レーザ（第２の発光素子
）　、ＰＤＩ、ＰＯ２，ＰＯ２，ＰＯ２，はモニタ用フ
ォトトランジスタ（モニタ用受光素子）である。 特許用願人　　日立電線株式会社 代理人弁理士　　絹　谷　信　雄 ｐｏ４−モニタ用プオトダイオートー 第２図 Ｐρ３　・モニタハ１フオトタ”Ａオート第４図 第５図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、変調電流が注入される光信号出力用の第１の発光素
   子の他に、その発光素子と同一の振幅および逆相の変調
   電流が注入される第２の発光素子を設け、前記第１およ
   び第２の発光素子の光出力の一部をそれぞれ対応するモ
   ニタ用受光素子で検出し、これら検出出力の和が一定と
   なるように、前記第１の発光素子に注入される電流の振
   幅を制御することを特徴とする光出力安定化方式。 ２、前記第１および第２の発光素子の光出力が、単一の
   モニタ用受光素子により検出されることを特徴とする請
   求項１記載の光出力安定化方式。 ３、バイアス電流および変調電流が注入される光信号出
   力用の第１の発光素子の他に、その第１の発光素子と同
   一のバイアス電流のみが注入される第２の発光素子を設
   け、その第２の発光素子の光出力の一部をモニタ用受光
   素子により検出し、その検出出力が一定となるように、
   前記第１の発光素子に注入されるバイアス電流を制御す
   ることを特徴とする光出力安定化方式。