JPS5931996B2 - 光出力安定化方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （ハ 発明の利用分野 本発明は光通信システムの光源として半導体レーザダイ
オードを用いた時の光出力安定化装置に関し、特に信号
電流にバイアス電流を重畳する高速光源に於ける半導体
レーザの制御方式を提供する。

（２）従来技術 光通信では光源として半導体レーザダイオードが用いら
れるが、このダイオードの光出力は温度、駆動電流に非
常に大きく依存する性質がある。

このため、従来、第１図に示す如く半導体レーザの光出
力監視光変化を駆動電流に負帰還する方法がとられてい
る。この装置の動作を略述すると、まず端子１より入力
された電気信号は駆動回路２で電圧一電流変換する。こ
の場合、高速駆動するには半導体レーザのパターン効果
を減らすためにバイアス電流に信号電流を重畳すること
が望ましい。次にバイアス電流と信号電流が重畳された
電流により３の半導体レーザを駆動すると端子６に電流
に比例した光出力が得られる。一方、半導体レーザ光出
力の監視光は光電変換回路４にて電流に変換される。こ
の電流は制御信号として利用されるものであるが、これ
は制御用信号としては制御回路５でピーク値検出、ある
いは平均値検出により交流−直流変換された後、増幅さ
れ駆動電流を制御する。この時、バイアス電流を一定に
し信号電流を制御する場合には閾電流の温度依存性が大
きいため広範囲の温度変化に追従しきれず、波形劣化が
大きくなる欠点がある。又、バイアス電流と信号電流を
同時に制御する場合にはその分配率の決定が難しく、ま
た制御の安定性を確保するのが困難である。このため、
従来はバイアス電流を制御する方法が一般的である。然
しながら、この方法は半導体レーザ特性に製造偏差や経
時劣化がある場合には必ずしも有力な方法ではない。例
えば微分量子効率βの製造偏差、経時劣化を考えてみる
。第２図は半導体レーザの駆動状態を示す。図中、１は
標準状態の微分量子効率βの時の光出カー電流特性、２
は製造偏差あるいは経時劣化による微分量子効率β′の
時の光出カー電流特性である。まず標準状態ではバイア
ス電流Ｉｂに信号電流？ａを重畳し図の如く駆動するも
のとする。この時、光出力ＰｏはＰｏ−β（より＋ＩＳ
−Ｉｔｈ） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（
ハとなる。

ここでＩｔｈは閾電流である。さて、微分量子効率が標
準状態の時の値より小さくなると光出力が減少するから
、この減少分を補償するためバイアス電流は増加する。

しかし、バイアス電流が図のＩｂ’のごとく閾電流を超
えると光出力に直流分が生じかつ光信号出力は規定値以
下で一定となるため受信側では大きなＳ／Ｎ劣化あるい
は符号誤り率の増加を生じる。従つて、許容される範囲
はＩｂ＜Ｉｔｈであり微分量子効率の劣化量Δβは一１
ａ−υ Ｊ 〜−レ１１−υυ／′ −４である。

ここでβ。はｂ−１ｔｈとなる微分量子効率、ＩｂＯは
初期バイアス電流であんＩ，ｈ−１ｂ０は高速駆動の場
合には高々１０ｍＡであり、信号電流１８は３０〜４０
ｍＡであるから微分量子効率の劣化は２５〜３３％に制
限される。これは、半導体レーザの製造偏差、経時劣化
に対しては極めてきびしい条件である。（３）発明の目
的 本発明の目的は上記従来技術の問題点に鑑み、半導体レ
ーザの製造偏差、経時劣化の制限範囲を大幅に許容でき
、かつ光出力の直流分を監視できる半導体レーザの匍脚
方式を有する光出力安定化装置を提供するにあるっ（４
）発明の総括説明 本発明は上記目的を達成する為に下記の如き制御方式を
提供するものである。

即ち、第１案は光出力に直流分が生じるとその平均値は
急激に増加するからこの増加分を検出し信号電流を制御
する方式である。第２案は、基準信号に光出力の信号成
分をもちいて直流分、信号成分を分離し、この直流分に
て信号電流を制御し、信号成分にてバイアス電流を制御
する方式である。この場合、バイアス電流の制御はピー
ク値検出信号にて行なう。（５）実施例以下、本発明を
実施例を参照して詳細に説明する。

最初に原理説明を行なう。第２図で微分量子効率が劣化
した場合、光出力の直流分と信号成分はとなる０ここで
１ｂ′は光出力の信号成分の減衰量で決まるバイアス電
流である。

このバイアス電流は（１）〜（３）式を使うとυ−レ五
１Ｗ０−ーυ である。

ここでηは監視光と受光器との結合効率、ａは光電変換
係数、Ｇはループの電流増幅率である。（４）式でβ。
くβ５の時はＩｂ′はＩ，ｈ以下であり、βｏ〉β５に
なつて初めてＩｔｈ以上になる０それ故、Ｉｂ′−１，
ｈ〉０なる条件で信号電流を制御する様にすれば光出力
の直流分を減殺できる。この時の制御信号はＧ７７ａＩ
８（βｏ−βりであり、また制御はβ′１８′一β。１
８なる条件を満たす様行なわれる。

以上の議倫を光出力によつて表示すると次の如くなる。
即ち（３），（４）式より光出力の直流分はである。

従つて、全光出力はとなる。

ここでＴは信号の周期、ｆ（ｔ）は信号の時間変化を示
す。（６）式はβＢｆ３Ｏの時直流分が零となる。すな
わちこの時光出力の平均値である。

従つて、（７）式を基準信号としてとれば、となりβ５
くβ。の時光出力の直流分が生じる。この場合、基準信
号は平均値でなくてもよく、交流信号成分を使用すれば
直流分と信号成分との分離が可能である。従つて、この
時の制御信号は光出力の直流分にて行なうことができる
。第３図に、本発明の一実施例を示す。

ここで、７，８は夫々信号およびバイアス電流駆動回路
、１０，９は夫々信号およびバイアス電流制御回路、１
１は基準回路、２０は積分回路、２１はゲーテイング回
路である。この系の動作を詳述すると、まず、監視光は
光電変換回路４にて電流に変換されるが、この電流は直
流分、交流分が重畳したものとなる。但し、μ″〉ＰＯ
の時には交流分のみであり、β１くβ。になつて初めて
直流分が生じ、こ５の増加は極めて激しくなる。従つて
積分回路２０で積分すれば（６）式に相当した電流が得
られるから、この値が或る設定値以上になつた時ゲーテ
イング回路２１のゲートを開き、バイアス制御回路９の
出力信号により信号電流制御回路１０を制御するＯ様に
すればよい。この時の制御信号はβ′１８′であり、こ
れと基準回路１１の信号β。１８とを比較し、その出力
信号で信号電流を制御する。

この場合、制御信号、基準信号は積分信号でも交流信号
でもよい。この動作では、光出力の制御ほＩ〉βの時は
バイアス電流のみで行なわれ、β５くβ。では主に信号
電流にて行なわれ、バイアス電流は光出力の信号成分の
値によつて自動的に調整、決定される〇第４図に本発明
の他の実施例を示す０この系の動作原理は光出力の直流
成分にて信号電流を制御する方式で、その為、信号成分
と，直流成分との分離が必要となる。

これは比較的簡単で、基準信号に光出力の信号成分をも
ちいればよい。このため、バイアス制御回路９にてピー
ク値検出すればよく、バイア入電流制御信号と共用でき
る利点がある。光電変換回路４の出力は直流分と交流分
とを含むから適当に増幅した後バイアス制御回路９より
得られる基準信号とを比較すれば、信号成分のみが相殺
できる。即ちこの動作は直流分検出回路１２にて行なわ
れる。従つて、この回路の直流出力信号により信号電流
匍脚回路１０を制御すれば信号電流はこれに応じて変化
する。この系では、基準信号と信号成分とは常に等しい
ためβ７〉βｏでは直流分は零であり、β５くβ′初め
て直流分が生じ、制御信号が得られる。そのため、この
直流分を検出すれば制御と同時に光出力の直流分を監視
できる。従つて第３図の如く制限は不要となる。尚、こ
の場合も基準信号、信号成分は積分でも交流信号でもよ
いことは論を待たない０また、バイアス電流制御は常に
行なわれる〇以上、本発明の特徴は、信号電流とバイア
ス電流制御を分離し、β（βｏの条件のみで信号電流を
制御することにある。

これにより本発明は以下に示す如き、優れた利点をもつ
ことがわかる〇向、本方式は発光ダイオードにも適用で
きることは言うまでもない。（６）まとめ 以上、説明した如く本発明によれば、半導体レーザの駆
動においてバイアス電流と信号電流との制御を分離し、
かつ半導体レーザの微分量子効率がβ５くβ。

になつた時にのみ信号電流を制御するため、動作が安定
であり、かつ光出力の直流分監視と消去を同時に行なう
ことができる。また、β２〈βｏにても直流分が相殺で
きるため、半導体レーザの製造偏差、経時劣化を大幅に
許容できるから半導体レーザの製造歩留りを非常に高め
ることができ、製造原価の大幅な低減化を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の実施例を示す接続図、第２図は本発明の
動作原理を説明する図、第３図、第４図は夫々本発明の
実施例を示す接続図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 信号電流とバイアス電流との重畳電流にて駆動され
   る半導体レーザの光出力安定化方式において、該安定化
   装置光出力の直流成分と信号成分を分離検出し、前記光
   出力の直流成分にて前記信号電流を、また、前記光出力
   の信号成分にて前記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。