JPH0482285A - 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】 産業上の利用分野 本発明は、光出力補償回路に関する。より詳細には、本
発明は、光通信システムで使用される半導体レーザを光
源とした光送信機において、出力光信号の品質を維持す
るた約の光出力補償回路の新規な構成に関するものであ
る。

従来の技術 光通信等に使用する光送信器では、駆動回路において送
信すべきデータに対応して変調した駆動電流をレーザダ
イオードに供給することにより光信号によるデータ送信
を実現している。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。即ち、
消光比とは、２値信号のそれぞれに対応した２種の光強
度の比をいい、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。

第４図は、−船釣なレーザダイオード駆動回路の典型的
な構成例を示す図である。

同図に示すように、この駆動回路は、互いに相補的な入
力信号ＳＤおよびＳＤをベースに引加される１対のトラ
ンジスタＱ１　およびＱ２から主に構成されている。ト
ランジスタＱ、およびＱ２のコレクタは、それぞれレー
ザダイオードＬＤおよび抵抗Ｒ８を介して電源電圧Ｖ。

Ｃに接続されており、トランジスタＱ１　およびＱ２の
エミッタは共通接続されて接地に接続されている。

更に、この回路は、トランジスタＱ　、　Ｏコレクタと
レーザダイオードＬＤとの接続点に接続された、レーザ
ダイオードＬＤの光出力の一部を受けるフォトダイオー
ドＰＤを含む自動出力制御回路（ＡＰＣ＞を備えており
、トランジスタレーザダイオードＬＤを流れるバイアス
電流を供給している。

以上のように構成されたレーザダイオード駆動回路では
、入力信号ＳＤおよびＳＤのうち、非反転入力端子ＳＤ
がハイレベルの場合にトランジスタＱ１が導通してレー
ザダイオードＬＤを駆動され、反転入力端子ＳＤがハイ
レベルの場合にトランジスタＱ２が導通ずる一方トラン
ジスタＱ１　が非導通状態となり、レーザダイオードＬ
Ｄは消光する。従って、入力ＳＤおよびＳＤに印加され
るデジタル電気信号のレベルに応じて駆動電流がレーザ
ダイオードＬＤを間歇的に駆動する。

更に、このレーザダイオード駆動回路は、自動出力補償
回路ＡＰＣを備えている。この自動出力制御回路ＡＰＣ
は、フォトダイオードによりレーザダイオードＬＤの光
出力を検出し、バイパス電流路の電流量を制御する。即
ち、レーザダイオードＬＤの光出力が不足している場合
はレーザダイオードＬＤを流れるバイアス電流を増大さ
せ、レーザダイオードＬＤの光出力が過大な場合にはレ
ーザダイオードＬＤを流れるバイアス電流を減少させる
ようにフィードバック制御を行い、光出力の平均値を常
に一定に保つように動作する。

第５図は、上述のような光出力補償回路として使用する
ことができる回路であって、「光フアイバ通信光学」（
ジャード・カイザー著　山下栄吉訳、産業図書）の第１
１６頁に記載されている光出力補償回路の典型的な構成
を示す図である。

同図に示すように、この光出力補償回路は、レーザダイ
オードＬＤの後面から放出されるレーザ光をモニタする
フォトダイオードＦＤと、フォトダイオードＰＤの発生
する直流電圧を非反転入力に受ける差動増幅器Ｉ　Ｃ，
、と、差動増幅器ＩＣ１゜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。トラン
ジスタＱ４のコレクタは、第４図に示すように、レーザ
ダイオードＬＤの電流路に接続されている。また、差動
増幅器Ｉ　Ｃ，、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。

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送信光信号に生じた場合に、こ
の変動を打ち消すように、レーザダイオードＬＤに印加
される直流バイアス電流を変化させる。

発明が解決しようとする課題 上述のような構成のレーザダイオード駆動回路における
光出力補償回路は、レーザダイオードＬＤに供給するバ
イアス電流を変化させることによりレーザダイオードＬ
Ｄの平均光出力を一定に保つように構成されており、こ
のような制御の下では、発光時も消光時も同じ量だけ出
力が増大したり減少したりする。

しかしながら、例えばレーザダイオードＬＤの周囲温度
が上昇した場合にはレーザダイオードＬＤの微分効率η
が劣化するので、レーザダイオードＬＤの消光比が劣化
する。

第６図は、第５図に示した光出力補償回路を備える第４
図に示したレーザダイオード駆動回路における、出力光
信号の振幅の温度特性を示すグラフである。

即ち、低い温度Ｔ１から高い温度Ｔ２にレーザダイオー
ドの温度が変化した場合、同図に示すように、レーザダ
イオードの微分効率が変化し、同じ変調電流を印加して
も、出力される光信号の信号振幅が変化してしまう。

これに対して、前述のような従来の光出力補償回路によ
ってバイアス電流を調整しても、発光時も消光時も駆動
電流は同じように増減するので、レーザダイオードＬＤ
の消光比の劣化に対して有効な補償にはならない。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、レ
ーザダイオードの温度特性よる微分効率ηの変動に起因
する消光比の劣化を有効に補償し、出力光信号の特性を
より安定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。

課題を解決するための手段 即ち、本発明に従うと、一方のトランジスタに負荷とし
て発光素子が接続された１対のトランジスタからなる差
動増幅回路と、入力信号から生成した差動信号を前記１
対のトランジスタの各ベースに印加するように構成され
た差動信号発生回路と、前記差動増幅回路を流れる電流
を供給する電流源トランジスタと、前記差動増幅回路の
前記−方のトランジスタと前記発光素子との間の接続点
に接続されて、前記差動増幅回路をバイパスするバイパ
ス電流を前記発光素子に供給するバイパス電流供給トラ
ンジスタとを備えた光送信回路において、前記発光素子
の出力を安定化させる光出力補償回路であって、前記発
光素子の出力を受けてモニタ信号を出力する受光素子と
、前記受光素子の出力するモニタ信号を受けて、前記モ
ニタ信号の信号成分の信号振幅を抽出するピークホール
ド回路と、前記モニタ信号を受けて、前記モニタ信号の
平均出力レベルを抽出する積分器と、前記積分器の出力
と前記ピークホールド回路の出力とを受けて前記モニタ
信号のローレベルを検出する減算回路と、前記減算回路
の出力と第１の参照電圧とを受けて、第１の差信号を前
記バイパス電流供給トランジスタのベースに出力して、
前記モニタ信号のローレベルが一定に維持されるように
前記バイパス電流を制御する第１の比較器と、前記ピー
クホールド回路の出力と第２の参照電圧とを受けて、第
２の差信号を前記電流源トランジスタのベースに出力し
、前記モニタ信号の信号成分の振幅を一定に維持するよ
うに前記差動増幅回路を流れる前記電流を制御する第２
の比較器とを備えることを特徴とする光出力補償回路が
提供される。

作用 本発明に係る光出力補償回路は、レーザダイオードの出
力光信号から抽出したモニタ信号の直流成分と信号成分
とについてそれぞれ帰還制御を行い、出力光信号の平均
光パワーと消光比とをいずれも有効に補償する機能を有
していることをその主要な特徴としている。

従来の光出力補償回路は、レーザダイオードＬＤに供給
するバイアス電流を変化させることによリレーザダイオ
ードＬＤの平均光出力を一定に保つように構成されてお
り、このような制御では、発光時も消光時も同じ量だけ
出力が増大したり減少したりする。従って、レーザダイ
オードＬＤの微分効率ηが劣化した場合の消光比の変動
を有効に補償することができなかった。

これに対して、本発明に係る光出力補償回路は、出力光
信号を受光するモニタ用受光素子から出力されるモニタ
信号から、その直流成分と信号成分とをそれぞれ抽出し
、出力光信号のローレベルに相当する直流レベルと、出
力光信号の論理振幅に相当する信号成分の振幅とをそれ
ぞれ帰還制御するように構成されている。

即ち、本発明に係る光出力補償回路では、モニタ用受光
素子から出力されたモニタ信号は、積分回路と、ピーク
ホールド回路とに入力される。ここで、積分回路は、モ
ニタ信号から出力光信号の平均出力値を抽出する。一方
、ピークホールド回路は、モニタ用受光素子に交流的に
結合されており、モニタ信号の信号振幅を抽出する。従
って、ピークホールド回路が抽出した信号振幅を一定に
するように、レーザダイオード駆動回路の駆動電流に負
帰還をかければ、出力光信号の信号振幅を安定化させる
ことができる。

また、一般に、光信号のデユーティ比は５０％に近くな
るように設定されているので、ピークホールド回路が出
力する信号振幅レベルの１／２のレベルを、積分回路が
出力する出力光信号の平均レベルから減算することによ
り、出力光信号のローレベルが抽出される。そこで、こ
の出力光信号のローレベルを一定にするように、レーザ
ダイオード駆動回路のバイアス電流に負帰還をかければ
、出力光信号の平均出力レベルを安定化させることがで
きる。

以上のように、本発明に係る光出力補償回路は、出力光
信号の平均出力レベルと、出力光信号の信号振幅とをい
ずれも安定化させる機能を有している。

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。

実施例 第１図は、本発明に従う光出力補償回路を備えたレーザ
ダイオード駆動回路の具体的な構成例を示す図である。

同図に示すように、このレーザダイオード駆動回路は、
エミッタを共通接続された１対のトランジスタＱ１　お
よびＱ２と抵抗Ｒ９およびレーザダイオードＬＤとによ
って構成されたレーザダイオード駆動回路ａに対して、
トランジスタＱ４を介してレーザダイオードＬＤのバイ
アス電流を供給する回路と、トランジスタＱ３を介して
レーザダイオード駆動回路ａの駆動電流を供給する回路
とからなる光出力補償回路を付加した構成となっている
。

光出力補償回路は、レーザダイオードＬＤの出力する光
信号をモニタするフォトダイオードＰＤと、回路５〜回
路ｇまでの回路から主に構成されている。

回路すは、このレーザダイオード駆動回路で取り扱う信
号の伝送速度に対して充分に広い帯域を有する演算増幅
器ＩＣ２により主に構成されている。この演算増幅器Ｉ
Ｃ，の出力と反転入力とは抵抗Ｒ１＋により短絡されて
おり、モニタ用フォトダイオードＰＤから反転入力に入
力されるモニタ信号の信号成分を劣化させることなく増
幅することができる。

回路Ｃは、このレーザダイオード駆動回路で取り扱う信
号の伝送速度に対して充分に狭い帯域を有する演算増幅
器■Ｃ３と、演算増幅器ＩＣ３の反転入力と出力との間
を短絡する抵抗Ｒ＋　と、演算増幅器■Ｃ３の反転入力
に直列に接続された抵抗Ｒ８とから構成されている。従
って、この回路Ｃは、抵抗Ｒ１を介してＩＣ３に人力さ
れたモニタ信号から、その平均直流成分を抽出する。

一方、回路ｄは、トランジスタＱ５、容量Ｃ３および抵
抗Ｒ２から構成されてたピークホールド回路であり、抵
抗Ｒ１２およびＲＩ３からなる分圧回路と容量Ｃ２とを
介して回路すに接続されている。

従って、回路ｄには、回路すの出力するモニタ信号のう
ち信号成分のみが結合され、そのピークレベルが抽出さ
れる。ここで、回路ｄの出力は、回路ｅと回路ｆとに出
力される。

回路ｆは、幅器ＩＣ６と抵抗Ｒ７とにより構成された比
較器であり、駆動回路ａの駆動電流を供給するトランジ
スタＱ３のベースに出力を印加ししている。ここで、回
路ｆでは、回路ｄの出力と所定の参照電圧Ｒｅｆ、　２
　との比較に基づいてレーザダイオード駆動回路ａを流
れる駆動電流を制御する。

一方、回路ｅは、増幅器ＩＣ，および抵抗Ｒ３から主に
構成された減算回路であり、回路Ｃが抽出したモニタ信
号の平均直流成分から、回路ｄが抽出した信号成分を減
算して、モニタ信号のローレベルに相当する電流値を出
力する。回路ｅの出力は、増幅器ＩＣｓの構成する比較
器である回路ｇに入力される。

回路ｇは、幅器ＩＣ５と抵抗Ｒ６とにより構成された比
較器であり、駆動回路ａのノ１イアス電流を供給するト
ランジスタＱ４のベースに出力を印加ししている。ここ
で、回路ｇは、回路ｅの出力と所定の参照電圧Ｒｅｆ、
　、　　との比較に基づいてレーザダイオードＬＤを流
れるバイアス電流を制御する。

以上のように構成された光出力補償回路を備えたレーザ
ダイオード駆動回路は、以下のように動作する。尚、第
２図（ａ）、ら）および（Ｃ）は、第１図に示した回路
の動作を説明するための図である。

モニタ用フォトダイオードＰＤから出力されるモニタ信
号は、回路すにおいてそのまま増幅され、回路すからは
第２図（ａ）に示すような信号が出力される。ここで回
路すから出力されるモニタ信号は、信号の直流成分Ｖ２
に、振幅Ｖ１の信号成分が重畳された信号である。

回路Ｃは、第２図（ｂ）に示した増幅されたモニタ信号
を積分して、第２図ら）に示すような信号を出力する。

この信号は、モニタ信号の直流成分ｖ２に信号振幅ｖ１
の平均値が加算された信号である。

一方、回路ｄにおいて、トランジスタＱ５のエミッタに
はモニタ信号の信号成分の振幅Ｖ１が抽出される。また
、同時に、トランジスタＱ、のエミッタに直列に接続さ
れた１対の抵抗Ｒ２の中点には、信号成分の振幅Ｖ１の
半分のレベノペ即ちＶ１／２のレベルが抽出される。

従って、回路ｅにおいて、第２図ら）に示した信号から
Ｖ、／２が減算され、第２図（Ｃ）に示すように、モニ
タ信号のローレベルに相当するＶ２が抽出される。

回路ｇは、このレベルＶ２を所定の参照電圧Ｒｅｆ、、
と比較して、レベルＶ２の変動を打ち消すような制御信
号をトランジスタＱ４のベースに印加する。従って、レ
ーザダイオード駆動回路におけるレーザダイオードＬＤ
のバイアス電流は、出力光信号のローレベルが常に一定
になるように規制される。

また、回路ｄにおいて、トランジスタＱ５のエミッタか
ら抽出されるモニタ信号の振幅ｖ１に相当する信号は、
回路ｆに入力される。回路ｆは、このレベルＶ１を所定
の参照電圧　Ｒｅｆ、　２と比較して、レベルｖＩの変
動を打ち消すような制御信号をトランジスタＱ３のベー
スに印加する。従って、レーザダイオード駆動回路にお
ける駆動電流は、出力光信号の信号振幅が常に一定にな
るように規制される。

以上のような動作により、本発明に係る光出力補償回路
を含む第１図に示したレーザダイオード駆動回路におい
ては、出力光信号の平均出力レベルと信号振幅とがいず
れも安定している。

第３図（ａ）は、上述のように構成された本発明に係る
光出力補償回路を備えた光送信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。

同図に示すように、このシステムは、信号発生装置３０
により発生された信号を、差動ドライバ３１を介して本
発明に係る光送信回路３２に供給するように構成されて
いる。また、この光送信回路３２０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、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。

第１図に示したような発光素子駆動回路並びに光出力補
償回路を作製して、第３図（ａ）に示すようなシステム
によってその動作を観察したところ、第３図ら）に示す
ような信号波形が観測された。この出力信号波形から、
発光素子駆動回路の運転時間が経過したり周囲温度が変
化したりしても、出力先信号の消光比Ｐ、／Ｐ２が実質
的に変化しないこと、および、零レベルに対する信号の
平均レベルＰ１／２が変化しないことが確認された。

発明の詳細 な説明したように、本発明に係る光出力補償回路は、光
出力平均値を一定に保持する機能を有すると同時に、出
力光信号の消光比を一定に保持する機能を有している。

従って、半導体レーザを光源とする光送信機中の光出力
補償回路として有利に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る光出力補償回路を含むレーザダ
イオード駆動回路の具体的な構成例を示す回路図であり
、 第２図（ａ）〜（Ｃ）は、第１図に示した回路の動作を
説明するためのグラフであり、 第３図は、第１図に示した回路の動作を確認するために
使用したシステムの構成例を示す図であり、 第４図は、−船釣なレーザダイオード駆動回路の構成を
示す図であり、 第５図は、第４図に示すレーザダイオード駆動回路にお
いて使用されていた従来の光出力補償回路の具体的な構
成例を示す図であり、 第６図は、第５図に示した回路の動作を説明するための
グラフである。 〔主な参照符号〕 Ｃ１、Ｃ２・・・コンデンサ、 ＩＣ，・・・波形整形器、 ＩＣ２〜ＩＣ６・・・演算増幅器、 Ｑ１〜Ｑ５　・・・トランジスタ、 Ｒ１−Ｒ１３・・・抵抗

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一方のトランジスタに負荷として発光素子が接続された
   １対のトランジスタからなる差動増幅回路と、入力信号
   から生成した差動信号を前記１対のトランジスタの各ベ
   ースに印加するように構成された差動信号発生回路と、
   前記差動増幅回路を流れる電流を供給する電流源トラン
   ジスタと、前記差動増幅回路の前記一方のトランジスタ
   と前記発光素子との間の接続点に接続されて、前記差動
   増幅回路をバイパスするバイパス電流を前記発光素子に
   供給するバイパス電流供給トランジスタとを備えた光送
   信回路において、前記発光素子の出力を安定化させる光
   出力補償回路であって、前記発光素子の出力を受けてモ
   ニタ信号を出力する受光素子と、 前記受光素子の出力するモニタ信号を受けて、前記モニ
   タ信号の信号成分の信号振幅を抽出するピークホールド
   回路と、 前記モニタ信号を受けて、前記モニタ信号の平均出力レ
   ベルを抽出する積分器と、 前記積分器の出力と前記ピークホールド回路の出力とを
   受けて前記モニタ信号のローレベルを検出する減算回路
   と、 前記減算回路の出力と第１の参照電圧とを受けて、第１
   の差信号を前記バイパス電流供給トランジスタのベース
   に出力して、前記モニタ信号のローレベルが一定に維持
   されるように前記バイパス電流を制御する第１の比較器
   と、 前記ピークホールド回路の出力と第２の参照電圧とを受
   けて、第２の差信号を前記電流源トランジスタのベース
   に出力し、前記モニタ信号の信号成分の振幅を一定に維
   持するように前記差動増幅回路を流れる前記電流を制御
   する第２の比較器とを備えることを特徴とする光出力補
   償回路。