JP2003249716A - 発光素子制御装置、光送信装置、駆動電流決定方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体発光素子の駆動条件（直流バイアス電
流とパルス電流）の決定を広い条件下で行う。 【解決手段】 半導体発光素子の平均光出力情報を用い
て導出された電流光出力係数に基づき、駆動電流のパル
ス電流成分を決定する。決定されたパルス電流成分を含
む駆動電流で直流バイアス電流成分を変化しながら半導
体発光素子の平均光出力を調節することで、直流バイア
ス電流成分を設定できる。平均光出力に基づく電流光出
力係数の導出は広い条件下で可能であるため、広い条件
下で、かつ応答の高速な光検出器を用いることなく、パ
ルス電流成分および直流バイアス電流成分双方の決定を
行うことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子制御装
置、光送信装置、駆動電流決定方法、およびプログラム
に関し、特に半導体発光素子を制御する発光素子制御装
置、光送信装置、駆動電流決定方法、およびプログラム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信においては、発光素子として半導
体レーザが一般的に用いられている。半導体レーザは、
駆動電流が発振閾値電流（以下、「閾値電流」という）
と呼ばれる電流値を超えると発光し、その光出力は閾値
電流を超えた分の駆動電流に比例するという電流・光出
力特性を有している。半導体レーザは、直流バイアス電
流とパルス電流とを重畳した駆動電流で駆動され、その
駆動条件は電流・光出力特性に基づき適宜に設定され
る。ところで、この電流・光出力特性は、環境温度や経
年変化によって変動する。このため、電流・光出力特性
の変化に対応して、半導体レーザの駆動条件（直流バイ
アス電流とパルス電流）を変更することが試みられてい
る（特許文献１参照）。

【０００３】

【特許文献１】特開平７−１４７４４６号公報

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電流・
光出力特性の変化に応じた直流バイアス電流とパルス電
流の設定は必ずしも容易ではなく、例えば光通信を一旦
停止した状態でないと適切な直流バイアス電流とパルス
電流の決定が困難な場合が多い。本発明はこのような課
題を解決するためになされたもので、半導体発光素子の
駆動条件（直流バイアス電流とパルス電流）の決定を広
い条件下で行える発光素子制御装置、光送信装置、駆動
電流決定方法、およびプログラムを提供することを目的
としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために本発明に係る発光素子制御装置は、直流バイア
ス電流成分とパルス電流成分とを含む駆動電流によって
駆動される半導体発光素子を制御する発光素子制御装置
であって、前記半導体発光素子の光出力の時間平均を表
す平均光出力情報に基づいて、該半導体発光素子に供給
される電流の変化量と光出力の変化量との対応関係を表
す電流光出力係数を導出する電流光出力係数導出部と、
前記電流光出力係数導出部によって導出された電流光出
力係数に基づいて、前記駆動電流のパルス電流成分を決
定するパルス電流決定部と、前記パルス電流制御決定部
で決定されたパルス電流成分を含む駆動電流によって駆
動される前記半導体発光素子の平均光出力情報に基づい
て、前記駆動電流の直流バイアス電流成分を決定するバ
イアス電流決定部と、を具備することを特徴とする。

【０００６】半導体発光素子の平均光出力情報を用いて
導出された電流光出力係数に基づき、駆動電流のパルス
電流成分を決定する。決定されたパルス電流成分を含む
駆動電流で直流バイアス成分を変化しながら半導体発光
素子の平均光出力を調節することで、直流バイアス成分
を設定できる。平均光出力に基づく電流光出力係数の導
出は広い条件下で可能である。例えば、半導体発光素子
がパルス電流に対応して高速に点滅している状態におい
ても導出できる。これは、半導体発光素子の直流バイア
ス電流と閾値電流の大小関係を問わず導出可能であるこ
とに基づく。この結果、広い条件下で、かつ応答の高速
な光検出器を用いることなく、パルス電流成分および直
流バイアス電流成分双方の決定を行うことが可能とな
る。

【０００７】（２）本発明に係る駆動電流決定方法は、
直流バイアス電流成分とパルス電流成分とを含む駆動電
流で駆動される半導体発光素子の該駆動電流を決定する
駆動電流決定方法であって、前記半導体発光素子を駆動
する電流と光出力との対応関係を表す電流光出力係数を
導出する電流光出力係数導出ステップと、前記電流光出
力係数導出ステップで導出された電流光出力係数に基づ
いて、パルス電流成分を決定するパルス電流決定ステッ
プと、前記パルス電流決定ステップで決定されたパルス
電流に基づいて、駆動電流を制御する駆動電流制御ステ
ップと、前記駆動電流制御ステップで制御された駆動電
流で駆動される前記半導体発光素子の光出力に基づい
て、直流バイアス電流成分を決定するバイアス電流決定
ステップと、を具備することを特徴とする。広い条件下
で平均光出力に基づき導出可能な電流光出力係数を用い
ることで、広い条件下で、かつ応答の高速な光検出器を
用いることなく、パルス電流成分および直流バイアス電
流成分双方の決定を行なえる。

【０００８】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明の
実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本
発明の第１の実施形態に係る光送信装置１０の構成を表
すブロック図である。光送信装置（光送信機）１０は、
データ信号に対応して変調された変調光を送信する送信
装置であり、半導体発光素子たる半導体レーザ１１、モ
ニタＰＤ（Photo Diode）１２、光出力モニタ回路１
３、バイアス電流駆動回路１４、パルス電流駆動回路１
５、発光素子制御装置１６から構成される。

【０００９】半導体レーザ１１は、直流バイアス電流
（成分）Ｉｂとパルス電流（成分）Ｉｐとが重畳された
駆動電流Ｉｄによって駆動される発光素子である。半導
体レーザ１１はパルス電流Ｉｐによって、光通信で送信
するデータ信号の０、１等それぞれに対応した複数の光
強度Ｐｍａｘ、Ｐｍｉｎ間で高速に明滅する光（変調
光）を出力する。

【００１０】モニタＰＤ１２は、半導体レーザ１１の平
均光出力（光出力の時間平均）Ｐａｖを検出する受光素
子である。光出力モニタ回路１３は、モニタＰＤ１２か
らの出力を電圧信号に変換し、半導体レーザ１１の出力
光モニタ信号（平均光出力情報）として出力するための
回路である。モニタＰＤ１２および光出力モニタ回路１
３では、半導体レーザ１１からの変調光そのもの（複数
の光強度Ｐｍａｘ、Ｐｍｉｎそれぞれ）を直接的に検出
する必要はなく、変調光の時間平均が検出できれば足り
る。即ち、モニタＰＤ１２および光出力モニタ回路１３
のいずれも応答速度がある程度遅い検出手段で足り、往
々にして高価である高速な検出手段であることを要しな
い。

【００１１】バイアス電流駆動回路１４は、半導体レー
ザ１１を駆動する駆動電流の直流バイアス電流成分Ｉｂ
を出力する回路であり、Ｉｂ制御信号（バイアス電流制
御情報）を入力するバイアス制御情報入力部１７を有す
る。バイアス制御情報入力部１７から入力されたバイア
ス電流制御情報に基づいて、バイアス電流駆動回路１４
から出力されるバイアス電流成分が設定される。パルス
電流駆動回路１５は、Ｉｐ制御信号（パルス電流制御情
報）を入力するパルス制御情報入力部１８と光通信で送
信するデータ信号を入力するデータ信号入力部１９とを
有する回路である。パルス電流駆動回路１５は、データ
信号入力部１９で入力されたデータ信号に対応するパル
ス電流成分を出力する。また、パルス制御情報入力部１
８から入力されたパルス電流制御情報に基づいて、パル
ス電流駆動回路１５から出力されるパルス電流成分が設
定される。

【００１２】バイアス電流駆動回路１４、パルス電流駆
動回路１５それぞれから出力されるバイアス電流Ｉｂ、
パルス電流Ｉｐは重畳され駆動電流Ｉｄとなって、半導
体レーザ１１に供給される。即ち、バイアス電流駆動回
路１４とパルス電流駆動回路１５との組み合わせによ
り、半導体レーザ１１に駆動電流を供給する駆動電流供
給部が構成されている。

【００１３】発光素子制御装置１６は、光出力モニタ回
路１３からの平均光出力情報を入力し、直流バイアス電
流値およびパルス電流値を制御するためのＩｂ制御信
号、Ｉｐ制御信号を生成する制御手段であり、ＣＰＵ
（Central Processing Unit）２１、メモリ（記憶装
置）３０（ＲＡＭ３１、ＲＯＭ３２、フラッシュメモリ
３３）、Ａ／Ｄ変換器４１、Ｄ／Ａ変換器４２、４３、
Ｉ／Ｏ（入出力）ポート４４およびバス５１から構成さ
れている。

【００１４】ＣＰＵ２１は、演算処理装置であり、算術
および論理演算、プログラムの実行にともなう制御を行
っている。メモリ３０は、プログラムとデータを記憶す
るもので、ＲＡＭ３１、ＲＯＭ３２、フラッシュメモリ
３３に区分される。ＲＡＭ３１は、読み出しと書き込み
の両機能を持ち、データを記憶させたり、プログラムを
実行するうえでの作業エリアとして用いられる揮発性の
メモリである。ＲＯＭ３２は、通常読み出し機能のみを
持ち、プログラムや固定データの記憶に用いられる不揮
発メモリである。フラッシュメモリ３３は、電気的に書
き換え可能な不揮発メモリで、後述する目標平均光出力
や目標消光比等の制御用の定数を記憶したり、プログラ
ムを記録するのに使用され、外部からプログラムを書き
換えることにより光半導体レーザ等の仕様や特性のばら
つきに対応した制御の調整、変更を行うことが可能とす
る。

【００１５】Ａ／Ｄ変換器４１は、光出力モニタ回路１
３から出力された出力モニタ信号をアナログ・ディジタ
ル変換して入力する変換器であり、光出力情報入力部と
して機能する。Ｄ／Ａ変換器４２、４３はそれぞれ、Ｃ
ＰＵ２１からの制御情報をディジタル・アナログ変換し
て、バイアス電流駆動回路１４、パルス電流駆動回路１
５へＩｂ制御信号（バイアス電流制御情報）、Ｉｐ制御
信号（パルス電流制御情報）として出力する変換器であ
り、制御情報出力部として機能する。Ｉ／Ｏポート４４
は、ＣＰＵ２１と光送信装置１０外部の入出力装置との
間でのデータの受け渡しを行っている。即ち、光送信装
置１０外部からの通信や半導体レーザ１１に対する制御
は、Ｉ／Ｏポート４４を介して行われる。バス５１は、
複数の信号線からなり、ＣＰＵ２１、メモリ３０等発光
素子制御装置１６内部でのデータのやり取りを行ってい
る。

【００１６】以上に示したように、本実施形態では、発
光素子制御装置１６としてマイクロコンピュータを用
い、ソフトウェア（プログラム）により半導体レーザ１
１を制御している。ＣＰＵ２１がソフトウェアによって
動作することで、電流光出力係数を導出する電流光出力
係数導出部、駆動電流のパルス電流成分を決定するパル
ス電流決定部、駆動電流の直流バイアス電流成分を決定
するバイアス電流決定部、半導体発光素子の光出力が所
定の許容範囲内から外れたことを検知する光出力変動検
知部が構成される。

【００１７】（光送信装置１０の制御の基本的な考え
方）以下、光送信装置１０の制御方式についての基本的
な考え方を説明する。 Ａ．半導体レーザの電流・光出力特性と直流バイアス電
流Ｉｂ、パルス電流Ｉｐとの関係 図２は、半導体レーザ１１の電流・光出力特性の一例を
表すグラフである。本図に示すように、半導体レーザ１
１は、駆動電流Ｉｄが発振閾値電流Ｉｔｈ（以下、閾値
電流）を超えると発光し、その光出力Ｐは閾値電流を超
えた分の駆動電流に比例するという電流・光出力特性を
有している。

【００１８】即ち、半導体レーザ１１の電流・光出力特
性は、次の式（１）で近似的に表すことが可能である。 Ｐ＝η（Ｉｄ−Ｉｔｈ） ……（１） ここで、 Ｉｔｈ：半導体レーザ１１の閾値電流 η：電流光変換効率（駆動電流Ｉｄの変化量と光出力Ｐ
の変化量との対応関係を表し、具体的には駆動電流Ｉｄ
と光出力Ｐの比例関係を表す比例定数）である。半導体
レーザ１１の温度環境等の変動による電流・光出力特性
の変化は、閾値電流Ｉｔｈ、電流光変換効率ηの変化と
して表すことができる。

【００１９】半導体レーザ１１は、直流バイアス電流Ｉ
ｂと入力データ信号に応じて変調されたパルス電流Ｉｐ
とを重畳した駆動電流Ｉｄで駆動される。なお、直流バ
イアス電流Ｉｂは閾値電流Ｉｔｈより大きい値に設定さ
れることが好ましい。半導体レーザ１１の時間応答をよ
り高速にするためである。半導体レーザ１１からの光出
力Ｐは、パルス電流ＩｐのＯＮ／ＯＦＦに対応して、最
大光出力Ｐｍａｘ、最小光出力Ｐｍｉｎの間を行き来す
る。このときの最大光出力Ｐｍａｘ、最小光出力Ｐｍｉ
ｎは、直流バイアス電流Ｉｂ、パルス電流Ｉｐによって
以下の式（２）〜（４）のように表される。

【００２０】 Ｐｍａｘ＝η（Ｉｂ＋Ｉｐ−Ｉｔｈ） ……（２） Ｐｍｉｎ＝η（Ｉｂ−Ｉｔｈ） （Ｉｂ≧Ｉｔｈ） ……（３） Ｐｍｉｎ＝０ （Ｉｂ＜Ｉｔｈ） ……（４）

【００２１】Ｂ．「直流バイアス電流Ｉｂ、パルス電流
Ｉｐ」と「平均光出力Ｐａｖ、消光比ＥＲ」との関係 このような光送信装置１０（半導体レーザ１１）からの
光出力は、平均光出力Ｐａｖ、消光比ＥＲ（extinction
ratio）によって規定される場合が多い。即ち、半導体
レーザ１１の電流・光出力特性が変化しても、平均光出
力Ｐａｖ、消光比ＥＲが同一であることが好ましい。以
下に示すように、本実施形態では、電流・光出力特性
（閾値電流Ｉｔｈ、電流光変換効率η）が変化しても、
平均光出力Ｐａｖ、消光比ＥＲが一定に保たれるように
半導体レーザ１１に供給される直流バイアス電流Ｉｂお
よびパルス電流Ｉｐを制御することを可能としている。

【００２２】次の式（５）、（６）に示すように、平均
光出力Ｐａｖは半導体レーザ１１からの光出力Ｐの時間
平均によって、消光比ＥＲは最大光出力Ｐｍａｘと最小
光出力Ｐｍｉｎの比によって、それぞれ定義される。 Ｐａｖ＝∫Ｐ・ｄｔ／∫ｄｔ ……（５） ＥＲ＝Ｐｍａｘ／Ｐｍｉｎ ……（６） ここで、∫：積分記号 である。

【００２３】データ信号の方式には、一般にＲＺ（Retu
rn-to-Zero）方式、ＮＲＺ（Non-Return-to-Zero）方式
の２通りが用いられる。ＲＺ方式では、１のデータを表
している期間中で光出力がＰｍａｘを保持する。ＮＲＺ
方式では、１のデータを表している期間の前半の光出力
がＰｍａｘでその後半に光出力がＰｍｉｎへと復帰す
る。また、１、０の信号が出現する比率がマーク率Ｍと
して規定される場合が多い。

【００２４】式（５）で定義された平均光出力Ｐａｖ
は、このような信号方式およびマーク率Ｍの相違に対応
して以下の式（７）によって表される。 Ｐａｖ＝ａ・Ｍ・Ｐｍａｘ＋（１−ａ・Ｍ）・Ｐｍｉｎ ……（７） ここで、 ａ：データ信号が１の期間においてＰｍａｘとＰｍｉｎ
が出現する比率を定める係数（ＲＺ方式のときａ＝１／
２、ＮＲＺ方式のときａ＝１）である。

【００２５】式（６）、（７）に式（２）、（３）を代
入することで、直流バイアス電流Ｉｂが閾値電流Ｉｔｈ
以上（Ｉｂ≧Ｉｔｈ）の場合の平均光出力Ｐａｖおよび
消光比ＥＲを表す次の式（８）、（９）を導出できる。 Ｐａｖ＝η［Ｉｂ−Ｉｔｈ＋ａ・Ｍ・Ｉｐ］ ……（８） ＥＲ＝（Ｉｐ＋Ｉｂ−Ｉｔｈ）／（Ｉｂ−Ｉｔｈ） ……（９） また、直流バイアス電流Ｉｂが閾値電流Ｉｔｈより小さ
い（Ｉｂ＜Ｉｔｈ）場合の平均光出力Ｐａｖは以下の式
（１０）のように表される。 Ｐａｖ＝η［ａ・Ｍ・（Ｉｂ＋Ｉｐ−Ｉｔｈ）］ ……（１０）

【００２６】式（８）、（９）より、直流バイアス電流
Ｉｂ、パルス電流Ｉｐは、以下の式（１１）、（１２）
によって表される。 Ｉｐ＝Ｐａｖ（ＥＲ−１）／［η・（１＋ａ・Ｍ・（ＥＲ−１））］ ……（１１） Ｉｂ＝Ｐａｖ／［η・（１＋ａ・Ｍ・（ＥＲ−１））］＋Ｉｔｈ ……（１２） 従って、環境温度や、経年変化によって変化した後の電
流光変換効率ηおよび閾値電流Ｉｔｈが判れば、式（１
１）、（１２）によって得られる直流バイアス電流Ｉ
ｂ、パルス電流Ｉｐ、で半導体レーザ１１を駆動するこ
とで、平均光出力Ｐａｖおよび消光比ＥＲを一定に保つ
ことができる。

【００２７】Ｃ．直流バイアス電流Ｉｂ、パルス電流Ｉ
ｐの決定の基本的な考え方 ここで、このような駆動電流Ｉｄの制御がインサービス
状態（データ信号を光出力により送信している状態）で
行えることが好ましい。このため、本実施形態では、電
流光変換効率ηおよび平均光出力Ｐａｖを用いて、直流
バイアス電流Ｉｂおよびパルス電流Ｉｐを調節する。即
ち、本実施形態では、閾値電流Ｉｔｈの直接的な検出は
行わない。

【００２８】(1) 本実施形態で、閾値電流Ｉｔｈの直接
的な検出を行わない理由は以下の通りである。既に述べ
たように平均光出力Ｐａｖは、直流バイアス電流Ｉｂが
閾値電流Ｉｔｈ以上かそうでないかに対応して、異なる
式（８）、（１０）で表される。そして、温度変化等に
よる閾値電流Ｉｔｈの増大に伴い直流バイアス電流Ｉｂ
が閾値電流Ｉｔｈより小さくなる（Ｉｂ＜Ｉｔｈ）可能
性がある。このため、閾値電流Ｉｔｈの算出には「Ｉｂ
≧Ｉｔｈ」であるか否かの判断が必要になる。

【００２９】インサービス状態であることを前提としな
ければ、Ｉｂを大きく変動させることで、閾値電流Ｉｔ
ｈを求めることができる。また、モニタＰＤ１２に換え
て高速応答性を有する（平均光出力Ｐａｖではなく、最
大、最小光出力Ｐｍａｘ、Ｐｍｉｎそれぞれを識別して
検出できる）光検出器を用いれば、「Ｉｂ＜Ｉｔｈ」で
あるか否かの判定は容易に行える。しかしながら、イン
サービス状態を前提として、しかも平均光出力Ｐａｖを
検知することで（言い換えれば、応答速度の遅い光検出
器を用いて）、閾値電流Ｉｔｈを直接的に検出するのは
困難である。以上が本実施形態において、閾値電流Ｉｔ
ｈの直接的な検出を行わない理由である。

【００３０】(2) これに対して、電流光変換効率ηはイ
ンサービス状態での平均光出力Ｐａｖから容易に検出で
きる。式（８）、（１０）において、パルス電流Ｉｐを
ＩｐからＩｐ＋ΔＩｐに変化させたときに平均光出力が
ＰａｖからＰａｖ＋ΔＰａｖへと変化したとする。この
とき、式（８）、（１０）のいずれでも電流光変換効率
ηは次の式（１３）で表される。 η＝ΔＰａｖ／（ａ・Ｍ・ΔＩｐ） ……（１３）

【００３１】以上のように、電流光変換効率ηは、「Ｉ
ｂ≧Ｉｔｈ」であるか否かに拘わらず、同一の式（１
３）で算出できる。即ち、パルス電流ＩｐにΔＩｐだけ
の変化を与え、そのときの平均光出力Ｐａｖの変化ΔＰ
ａｖを検出することで、電流光変換効率ηを求めること
ができる。このとき駆動電流ΔＩｄを伝送特性に影響を
与えないほど小さい変化量にしておくことにより、光信
号の出力を停止することなく（インサービス状態で）電
流光変換効率ηを検出できる。

【００３２】Ｄ．直流バイアス電流Ｉｂ、パルス電流Ｉ
ｐの決定手法の概要 本実施形態では、後述するように電流光変換効率ηを求
め、さらに目標平均光出力Ｐａｖ０、目標消光比ＥＲ０
を基に、パルス電流Ｉｐを式（１１）より算出する。そ
して、パルス電流Ｉｐを算出されたパルス電流Ｉｐに設
定した状態で、平均光出力Ｐａｖが目標平均光出力Ｐａ
ｖ０になるように直流バイアス電流Ｉｂを調節する。こ
のような制御により直流バイアス電流Ｉｂは自動的に式
（１２）から定まる値に調節される。以上のようにし
て、閾値電流Ｉｔｈの検出を不要として、インサービス
状態での直流バイアス電流Ｉｂ、パルス電流Ｉｐ双方の
調節を可能としている。

【００３３】（光送信装置１０の制御手順）以下、光送
信装置１０の制御手順を説明する。 Ａ．光送信装置１０によるデータ信号送信開始前におけ
る制御 まず、パワーオン時等、光送信装置１０の信号送信開始
前における制御手順について説明する。図３は、光送信
装置１０の信号送信開始前における制御手順の一例を表
すフロー図であり、図４はこのときの半導体レーザ１１
の電流・光出力特性を表すグラフである。

【００３４】（１）光送信装置１０の信号送信開始前に
おいて、バイアス電流駆動回路１４、パルス電流駆動回
路１５それぞれの直流バイアス電流Ｉｂ、パルス電流Ｉ
ｐの初期値は最初０に設定される（ステップＳ１０
１）。その後、パルス電流Ｉｐを所定のステップパルス
電流ΔＩｐ分だけ徐々に増やし、モニタＰＤ１２で検出
される平均光出力Ｐａｖを参照する（ステップＳ１０
２、Ｓ１０３）。検出された平均光出力Ｐａｖと目標平
均光出力Ｐａｖ０との差が許容値ε以下となるまでパル
ス電流Ｉｐを増加させる（ステップＳ１０４）。但し、
ここでは、電流光変換効率ηを算出するための測定のた
めに平均光出力Ｐａｖの一応の設定を行うに過ぎないた
め、平均光出力Ｐａｖを目標平均光出力Ｐａｖ０に一致
させることにそれほど拘る必要はない。検出される平均
光出力Ｐａｖがある程度以上の値であれば充分である。
なお、ステップＳ１０４での判断が「Ｙｅｓ」とされた
ときのパルス電流ＩｐをＩｐ０１、このときの平均光出
力Ｐａｖ０１とする

【００３５】（２）電流光変換効率ηの算出、算出され
た電流光変換効率ηに基づくパルス電流Ｉｐの算出、設
定を行う。この算出、設定は具体的には以下の手順で行
われる。 a. パルス電流ＩｐをＩｐ０１’（＝Ｉｐ０１＋ΔＩ
ｐ）として（ステップＳ１０５）、このときの平均光出
力Ｐａｖ０１’（＝Ｐａｖ０１＋ΔＰａｖ）を検出する
（ステップＳ１０６）。 b. 式（１３）に基づき、電流光変換効率ηを算出する
（ステップＳ１０７の前半）。ここで、算出された電流
光変換効率ηをη１とする。 c. 式（１１）に基づきパルス電流Ｉｐを算出し（算出
されたパルス電流値をＩｐ０２とする）、パルス電流Ｉ
ｐをＩｐ０２に設定する（ステップＳ１０７の後半）。 なお、図３、４に示した式は、マーク率Ｍが１／２のＮ
ＲＺ方式としたときの式（１１）に対応している。

【００３６】（３）直流バイアス電流Ｉｂを目標平均光
出力Ｐａｖ０に対応するように設定する。この設定は、
具体的には以下のように行われる。直流バイアス電流Ｉ
ｂをステップパルス電流ΔIｂ分だけ徐々に増やし（ス
テップＳ１０８）、平均光出力Ｐａｖを参照して（ステ
ップＳ１０９）、平均光出力Ｐａｖと目標平均光出力Ｐ
ａｖ０との差が許容値ε以下となった時点で制御を終了
する（ステップＳ１１０）。このように設定された直流
バイアス電流ＩｂをＩｂ０１とする。

【００３７】以上のようにして、平均光出力Ｐａｖ、消
光比ＥＲがそれぞれ目標値Ｐａｖ０、ＥＲ０となるよう
に、直流バイアス電流Ｉｂ、パルス電流Ｉｐそれぞれが
Ｉｂ０１、Ｉｐ０２に設定される。

【００３８】Ｂ．光送信装置１０によるデータ信号送信
中（インサービス状態）における制御 次に、上述した制御手順で直流バイアス電流Ｉｂ、パル
ス電流ＩｐがＩｂ０１、Ｉｐ０２に設定された後に、環
境温度の変化や経年変化によって半導体レーザ１１の電
流・光出力特性（閾値電流Ｉｔｈ、電流光変換効率η）
が変化した場合の制御手順について説明する。

【００３９】図５は、半導体レーザ１１の電流・光出力
特性が変化した場合の制御手順を表すフロー図である。
また、図６、７はそれぞれ平均光出力Ｐａｖが減少、増
加した場合の制御の手順、および変化前後の半導体レー
ザ１１の電流・光出力特性を表すグラフである。図６で
は直流バイアス電流Ｉｂが閾値電流Ｉｔｈより小さくな
ってしまった場合を示し。図７では電流・光出力特性の
変化に伴い直流バイアス電流Ｉｂが閾値電流Ｉｔｈより
大きくなってしまった場合を示している。なお、平均光
出力Ｐａｖの減少、増加は、それぞれ閾値電流Ｉｔｈの
増加、減少または電流光変換効率ηの減少、増加によっ
て生じうる。

【００４０】（１）発光素子制御装置１６は、平均光出
力Ｐａｖが目標平均光出力Ｐａｖ０と一致しているか否
かを監視する。この監視は、モニタＰＤ１２で検出され
た平均光出力Ｐａｖを参照し（ステップＳ２０１）、検
出された平均光出力Ｐａｖと目標平均光出力Ｐａｖ０と
の差が許容値ε以内であるかを判断することによって行
われる（ステップＳ２０２）。この判断がＹｅｓであれ
ば、電流・光出力特性には特段の変化がないと考えられ
る。

【００４１】ステップＳ２０２での判断がＮｏとなれ
ば、電流・光出力特性に変化があると考えられ（少なく
とも電流光変換効率ηと閾値電流Ｉｔｈの一方が変
化）、ステップＳ２０３以降の直流バイアス電流Ｉｂお
よびパルス電流Ｉｐの再設定が開始される。なお、ステ
ップＳ２０２での判断がＮｏとされたときのパルス電流
ＩｐをＩｐ１、このときの平均光出力Ｐａｖ１とする

【００４２】（２）電流光変換効率ηの算出、算出され
た電流光変換効率ηに基づくパルス電流Ｉｐの算出、設
定を行う。この算出、設定は具体的には以下の手順で行
われる。 a. パルス電流ＩｐをＩｐ１’（＝Ｉｐ１＋ΔＩｐ）と
して（ステップＳ２０３）、このときの平均光出力Ｐａ
ｖ１’（＝Ｐａｖ１＋ΔＰａｖ）を検出する（ステップ
Ｓ２０４）。 b. 式（１３）に基づき、電流光変換効率ηを算出する
（ステップＳ２０５の前半）。既に述べたように、式
（１３）は、直流バイアス電流Ｉｂと閾値電流Ｉｔｈの
大小関係を問題とせず適用可能であるので、図６、７い
ずれの場合でも同一の式（１３）で算出できる。図６、
７それぞれの場合で算出された電流光変換効率ηをη
２、η３とする。 c. 式（１１）に基づきパルス電流Ｉｐを算出し（図
６、７それぞれの場合で算出されたパルス電流値をＩｐ
２、Ｉｐ３とする）、パルス電流ＩｐをＩｐ２、Ｉｐ３
に設定する（ステップＳ２０５の後半）。 なお、図５〜７に示した式は、マーク率Ｍが１／２のＮ
ＲＺ方式としたときの式（１１）に対応している。

【００４３】（３）直流バイアス電流Ｉｂを目標平均光
出力Ｐａｖ０に対応するように設定する。この設定は、
具体的には以下のように行われる。 a. まず、パルス電流ＩｐをＩｐ２、Ｉｐ３それぞれに
再設定したときの平均光出力Ｐａｖを参照し（ステップ
Ｓ２０６）、参照された平均光出力Ｐａｖが目標平均光
出力Ｐａｖ０以下であるか否かを判断する（ステップＳ
２０７）。この判断は、平均光出力Ｐａｖを増加すべき
か、減少すべきかを決定するために行われる。 b. ステップＳ２０７での判断がＹｅｓのときは、直流
バイアス電流Ｉｂを当初の設定値よりステップパルス電
流ΔIｂ分だけ徐々に増やし（ステップＳ２０８）、平
均光出力Ｐａｖを参照して（ステップＳ２０９）、平均
光出力Ｐａｖと目標平均光出力Ｐａｖ０との差が許容値
ε以下となった時点で制御を終了する（ステップＳ２１
０）。このとき設定された直流バイアス電流ＩｂをＩｂ
２とする。一方、ステップＳ２０７での判断がＮｏのと
きは、直流バイアス電流Ｉｂを当初の設定値よりステッ
プパルス電流ΔIｂ分だけ徐々に減らし（ステップＳ２
１１）、平均光出力Ｐａｖを参照して（ステップＳ２１
２）、平均光出力Ｐａｖと目標平均光出力Ｐａｖ０との
差が許容値ε以下となった時点で制御を終了する（ステ
ップＳ２１３）。このとき設定された直流バイアス電流
ＩｂをＩｂ３とする。

【００４４】以上のようにして、平均光出力Ｐａｖ、消
光比ＥＲがそれぞれ目標値Ｐａｖ０、ＥＲ０となるよう
に、直流バイアス電流ＩｂがＩｂ２、Ｉｂ３に、パルス
電流ＩｐがＩｐ２、Ｉｐ３にそれぞれ設定される。ステ
ップＳ２１０、Ｓ２１３で設定が完了すると、ステップ
Ｓ２０１に戻って、平均光出力Ｐａｖが目標平均光出力
Ｐａｖ０と一致しているか否かの監視が行われる。

【００４５】上述した制御動作を常時繰り返すことで、
環境温度変化や経年変化による半導体レーザ１１の電流
・光出力特性の変化を補償し、常に所定の平均光出力Ｐ
ａｖと消光比ＥＲを維持することができる。しかも、本
実施形態ではインサービス状態で、半導体レーザ１１の
閾値電流Ｉｔｈおよび電流光変換効率ηの変動を補償
し、平均光出力Ｐａｖや消光比ＥＲを一定に保つことが
可能になる

【００４６】（第２実施形態）図８は本発明の第２の実
施形態に係る光送信装置２０の構成を表すブロック図で
ある。光送信装置２０は、データ信号に対応して変調さ
れた変調光を送信する送信装置であり、半導体レーザ１
１、モニタＰＤ１２、光出力モニタ回路１３、バイアス
電流駆動回路１４、パルス電流駆動回路１５、発光素子
制御装置６０、サーミスタ６１，温度モニタ回路６２、
Ａ／Ｄ変換器６３から構成される。即ち、光送信装置２
０は、サーミスタ６１，温度モニタ回路６２、Ａ／Ｄ変
換器６３を有する点で光送信装置１０とは異なる。

【００４７】サーミスタ６１は、半導体レーザ１１に近
接あるいは接触して配置され、半導体レーザ１１の温度
に応じてその抵抗が変化する。即ち、サーミスタ６１
は、半導体レーザ１１の温度を測定するための温度セン
サとして機能する。温度モニタ回路６２は、サーミスタ
６１に電気的に接続され、サーミスタ６１の抵抗値を半
導体レーザ１１の温度に対応する電圧に変換し温度モニ
タ信号として出力する変換器である。Ａ／Ｄ変換器６３
は、温度モニタ回路６２から出力された温度モニタ信号
をアナログ・ディジタル変換して入力する変換器であ
り、温度情報入力部として機能する。

【００４８】本実施形態では、フラッシュメモリ３３に
電流光変換効率補正テーブルが記憶されている。電流光
変換効率補正テーブルは、電流・光出力特性の非線形性
に起因する電流光変換効率ηの誤差を補正するための電
流光変換効率補正係数α（Ｔ）が温度Ｔと対応して表さ
れたテーブルであり、その詳細は後述する。また、ＲＯ
Ｍ３２には電流光変換効率補正テーブルを用いて電流光
変換効率ηを補正するためのソフトウェアが記憶されて
いる。このソフトウェアとＣＰＵ２１との組み合わせに
よって、電流光変換効率η（電流光出力係数）を補正す
る電流光出力係数補正部が構成される。なお、光送信装
置２０のその他の要素については、光送信装置１０と大
きく異なる訳ではないので、説明を省略する。

【００４９】（光送信装置２０の制御の基本的な考え
方）以下、光送信装置２０の制御方式についての基本的
な考え方を説明する。第１の実施形態では半導体レーザ
１１の電流・光出力特性がおおむね線形であることを前
提としていたが、本実施形態では半導体レーザ１１の電
流・光出力特性が非線形を有する可能性を考慮してい
る。半導体レーザ１１の特性を子細に見た場合にはある
程度の非線形性を有する。特に半導体レーザ１１を高温
下あるいは高光出力で動作させた場合には、電流・光出
力特性が高電流側（最大光出力Ｐｍａｘ付近）で飽和す
るようになり、非線形性が大きくなる。

【００５０】図９は、半導体レーザ１１の電流・光出力
特性の温度依存性を表すグラフである。本図では、温度
Ｔ１（室温）、温度Ｔ２（高温）それぞれの場合の電流
・光出力特性のグラフＬ１，Ｌ２が示されている。最小
光出力Ｐｍｉｎ、最大光出力Ｐｍａｘ間において、温度
Ｔ１では電流・光出力特性の線形性が確保されているの
に対して、温度Ｔ２では電流・光出力特性に非線形が生
じている。即ち、グラフＬ２は、その最小光出力Ｐｍｉ
ｎ、最大光出力Ｐｍａｘの点Ａ，Ｂを結ぶ直線Ｌ０と一
致していない。

【００５１】図９の例では、温度Ｔ１において電流・光
出力特性の線形性が確保されるように最小光出力Ｐｍｉ
ｎ、最大光出力Ｐｍａｘを設定している。電流・光出力
特性の線形領域を越えて最大光出力Ｐｍａｘを設定した
場合には、温度Ｔ１においても電流・光出力特性の非線
形性が問題になりうる。以下、温度変化によって電流・
光出力特性に非線形が生じた場合を例にして説明する
が、半導体レーザ１１を高光出力で動作させることによ
って非線形性が生じた場合も同様である。

【００５２】電流・光出力特性の非線形性が大きくなる
と、式（１３）に基づいて測定された電流光変換効率η
をそのまま式（１１）に代入してパルス電流Ｉｐを算出
することが必ずしも適切ではなくなる。即ち、式（１
１）、（１３）それぞれにおける電流光変換効率ηに違
いが生じる。具体的には式（１３）で導出された電流光
変換効率ηが電流・光出力特性が線形である場合よりも
小さくなる（平均光出力の変化値ΔＰａｖが小さくな
る）。この場合、式（１１）により導出されるパルス電
流Ｉｐは、本来の値よりも大きくなる。従い、式（９）
から判るように、半導体レーザ１１の消光比ＥＲが必要
以上に増大する。その結果、最小光出力Ｐｍｉｎに対応
する駆動電流Ｉｄが半導体レーザ１１の閾値電流Ｉｔｈ
に近接するか、場合によっては閾値電流Ｉｔｈ以下とな
る可能性が生じる。

【００５３】半導体レーザ１１を閾値電流Ｉｔｈ以下の
駆動電流Ｉｄ（最低光出力Ｐｍｉｎの場合）と閾値電流
Ｉｔｈを越えた駆動電流Ｉｄ（最低光出力Ｐｍａｘの場
合）との間で動作させるとその発光線幅（スペクトル
幅）が増大し易くなる。発光線幅が増大すると、光ファ
イバで光のパルスを伝送したときにそのパルスの形状が
崩れ（一般に、光ファイバ内を光が伝搬する速度は光の
波長によって微妙に異なる）、分散ペナルティー特性
（半導体レーザ１１からの光を光ファイバで伝送したと
きの受信感度の劣化）が大きくなる可能性がある。

【００５４】式（１１）、（１３）における電流光変換
効率ηをそれぞれη０（Ｔ），ηｍ（Ｔ）とおくと次の
式（２１）、（２２）のように表される。なお、η０
（Ｔ），ηｍ（Ｔ）は、電流光変換効率η０，ηｍそれ
ぞれが温度Ｔによって変化する（温度Ｔの関数である）
ことを表す。 ηｍ（Ｔ）＝ΔＰａｖ／（ａ・Ｍ・ΔＩｐ） ……（２１） Ｉｐ＝Ｐａｖ（ＥＲ−１）／［η０（Ｔ）・（１＋ａ・Ｍ・（ＥＲ−１））］ ……（２２）

【００５５】Ａ．電流光変換効率ηｍ（Ｔ）について 式（２１）は式（１３）に対応し、この式（２１）に基
づいて電流光変換効率ηが測定される。即ち、式（２
１）は測定値たる電流光変換効率ηｍ（Ｔ）を定義する
式といってよい。半導体レーザ１１がインサービス状態
の場合には、半導体レーザ１１は最大光出力Ｐｍａｘ
（ドライブ電流Ｉｄ＝Ｉｂ＋Ｉｐ）、最低光出力Ｐｍｉ
ｎ（ドライブ電流Ｉｄ＝Ｉｂ）それぞれのパルスを出力
している。この状態でパルス電流Ｉｐを微少量ΔＩｐだ
け変化させた場合、式（２１）は次の式（２３）によっ
て表される（このとき、直流バイアス電流Ｉｂは一定で
あるから最低光出力Ｐｍｉｎは変化しない）。

【００５６】 ηｍ（Ｔ）＝ΔＰｍａｘ／（ａ・Ｍ・ΔＩｐ） ＝（１／（ａ・Ｍ））・（ΔＰｍａｘ／ΔＩｐ） 〜（１／（ａ・Ｍ））・（ｄＰｍａｘ／ｄＩｐ） ……（２３） ここで、ｄＰｍａｘ／ｄＩｐ：最大光出力Ｐｍａｘの点
における、電流・光出力特性曲線（グラフＬ２）の微分
係数（図９の点ＢにおけるグラフＬ２の接線Ｃの傾き）
である。即ち、式（２１）に基づいて測定された電流光
変換効率ηｍ（Ｔ）は図９のグラフＬ２の接線Ｃの傾き
に対応する量であり、「ａ・Ｍ＝１」なら接線Ｃの傾き
そのものとなる。

【００５７】Ｂ．電流光変換効率η０（Ｔ）について 一方、式（２２）は式（１）のように電流・光出力特性
に線形性があることを前提に導き出される式である。し
かしながら、式（１）から式（１１）の導出過程では、
最大光出力Ｐｍａｘと最小光出力Ｐｍｉｎの２値のみを
取るデジタル制御であることを前提としている。即ち、
必ずしも式（１）のように電流・光出力特性そのものが
線形に表されることは必要ではなく、最大光出力Ｐｍａ
ｘと最小光出力Ｐｍｉｎの値のみが式（１）に相当する
式で表されれば足りる。以上から、式（２２）における
電流光変換効率η０（Ｔ）を以下の式（２４）のように
定義すれば良いことが判る。 η０（Ｔ）＝（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）／Ｉｐ ……（２４）

【００５８】半導体レーザ１１の電流・光出力特性は、
式（１）に換えて次の式（２５）で表される。 Ｐ＝η０（Ｔ）・（Ｉｄ−Ｉｔｈ０（Ｔ）） ……（２５） 式（２５）は、図９においてグラフＬ２の最大光出力Ｐ
ｍａｘと最小光出力Ｐｍｉｎの点Ａ，Ｂを結んだ直線Ｌ
０として表される。Ｉｔｈ０（Ｔ）はこのグラフが横軸
と交わった箇所における駆動電流値を表し、温度Ｔのと
きの半導体レーザ１１の閾値電流Ｉｔｈ（Ｔ）そのもの
との相違が許容される。

【００５９】図９から判るように、式（２５）（直線Ｌ
０）は点Ａ，Ｂ（最小光出力Ｐｍｉｎ、最大光出力Ｐｍ
ａｘの点）以外では光出力Ｐを必ずしも正確に表すもの
とは言えない。しかしながら、光出力Ｐの値が最大光出
力Ｐｍａｘと最小光出力Ｐｍｉｎのみを取ることを考慮
すると、駆動電流Ｉｄと光出力Ｐとの関係を正確に表し
ているといってよい。以上から判るように、式（１）〜
（１２）は全て、ηをη０（Ｔ）にＩｔｈをＩｔｈ０
（Ｔ）に置き換えても成立する。

【００６０】Ｃ．電流光変換効率補正係数α（Ｔ）につ
いて ηｍ（Ｔ）とη０（Ｔ）の関係は電流光変換効率補正係
数α（Ｔ）を次の式（２６）のように定義することで表
すことができる。 α（Ｔ）＝η０（Ｔ）／ηｍ（Ｔ） ……（２６） この式（２６）を用いて式（２２）を表すと、次の式
（２７）になる。 Ｉｐ＝Ｐａｖ（ＥＲ−１）／［α（Ｔ）・ηｍ・（１＋ａ・Ｍ・（ＥＲ−１） ）］ ……（２７） 即ち、予め電流光変換効率補正係数α（Ｔ）を求めてお
けば、式（２１）に基づき測定された電流光変換効率η
０（Ｔ）を式（２７）に代入することで、パルス電流Ｉ
ｂ等を適切に導出することが可能となる。

【００６１】（電流光変換効率補正係数α（Ｔ）の導
出）電流光変換効率補正係数α（Ｔ）の導出は次のよう
にして実験的に行うことができる。図１０は電流光変換
効率補正係数α（Ｔ）を導出する手順を表すフロー図で
ある。以下、図１０に基づき電流光変換効率補正係数α
（Ｔ）の導出過程を説明する。

【００６２】（１）半導体レーザ１１の温度設定（ステ
ップＳ５０１） 半導体レーザ１１を所定の温度Ｔに設定する。この設定
は、半導体レーザ１１を例えば恒温槽内に配置して恒温
槽を適宜に制御することで行える。 （２）半導体レーザ１１の電流・光出力特性の測定（ス
テップＳ５０２） ステップＳ５０１で設定された温度Ｔで半導体レーザ１
１の駆動電流Ｉｄを変化させ、このときの光出力Ｐを測
定する。この結果は、例えば、図９のようなグラフに表
すことができる。

【００６３】（３）電流光変換効率η０（Ｔ）の導出
（ステップＳ５０３） ステップＳ５０２で測定された電流・光出力特性から最
小光出力Ｐｍｉｎと最大光出力Ｐｍａｘそれぞれのとき
の駆動電流Ｉｄ１，Ｉｄ２を求める。この最大光出力Ｐ
ｍａｘと最小光出力Ｐｍｉｎには、規格値が定められて
いる場合が多いので、この規格値を用いることができ
る。最小光出力Ｐｍｉｎ、最大光出力Ｐｍａｘ、駆動電
流Ｉｄ１，Ｉｄ２を用い、式（２４）に基づき電流光変
換効率η０（Ｔ）を算出することができる。ここで、
「Ｉｐ＝Ｉｄ２−Ｉｄ１」である。

【００６４】（４）電流光変換効率ηｍ（Ｔ）の導出
（ステップＳ５０４） 既述のように、電流光変換効率ηｍ（Ｔ）は式（２３）
で表される。従い、電流光変換効率ηｍ（Ｔ）はステッ
プＳ５０２で測定された電流・光出力特性に基づき数学
的に導出できる（図９のグラフＬ２の点Ｂにおける接線
の傾きを求める）。また、電流光変換効率ηｍ（Ｔ）の
導出を式（２１）に基づいて行うことも可能である。即
ち、半導体レーザ１１を最小光出力Ｐｍｉｎ、最大光出
力Ｐｍａｘ間でデジタル動作させ、パルス電流Ｉｐを微
少量ΔＩｐ変化させたときの平均光出力Ｐａｖの微少変
化量ｄＰａｖを測定する。

【００６５】（５）電流光変換効率補正係数α（Ｔ）の
導出（ステップＳ５０５） 式（２６）に基づき、η０（Ｔ）を電流光変換効率ηｍ
（Ｔ）で除算することで電流光変換効率補正係数α
（Ｔ）を算出できる。 （６）半導体レーザ１１の温度設定の変更（ステップＳ
５０６、Ｓ５０１） 以下、全ての設定温度で電流光変換効率補正係数α
（Ｔ）が導出されるまで、半導体レーザ１１の温度設定
を変更し、ステップＳ５０２〜Ｓ５０５を繰り返す。

【００６６】（電流光変換効率補正テーブルの具体例）
図１１は電流光変換効率補正係数α（Ｔ）が含まれる電
流光変換効率補正テーブルの一例を表す図である。本図
に表された電流光変換効率補正テーブルには、電流光変
換効率補正係数α（Ｔ）が温度Ｔと対応して表されてい
る。この例では、低温（−４０℃）から室温（２５℃）
にかけて電流光変換効率補正係数α（Ｔ）が１．０であ
る。即ち、電流光変換効率ηｍ、η０がほぼ同一であ
り、最小光出力Ｐｍｉｎ、最大光出力Ｐｍａｘ間では電
流・光出力特性の非線形性がほぼ無視できる。これに対
して高温域（７５〜８５℃）では電流光変換効率補正係
数α（Ｔ）が１より大きくなり、最大光出力Ｐｍａｘ、
最小光出力Ｐｍｉｎの間で電流・光出力特性に非線形性
が生じている。

【００６７】（光送信装置２０の制御手順）光送信装置
２０によるデータ信号送信中（インサービス状態）にお
ける制御について説明する。図１２は、半導体レーザ１
１の電流・光出力特性が非線形性も含めて変化した場合
の制御手順を表すフロー図である。このフロー図では、
図５のフロー図のステップＳ２０５に換えてステップＳ
６０１〜Ｓ６０３が挿入されている。

【００６８】（１）発光素子制御装置６０は、平均光出
力Ｐａｖが目標平均光出力Ｐａｖ０と一致しているか否
かを監視する（ステップＳ２０１、Ｓ２０２）。この監
視工程は、第１の実施形態と同様のため、説明を省略す
る。

【００６９】（２）電流光変換効率ηｍ（Ｔ）の算出、
補正、パルス電流Ｉｐの算出、設定を行う。 a. パルス電流ＩｐをＩｐ２（＝Ｉｐ１＋ΔＩｐ）とし
て（ステップＳ２０３）、このときの平均光出力Ｐａｖ
２（＝Ｐａｖ１＋ΔＰａｖ）を検出する（ステップＳ２
０５）。

【００７０】b. 半導体レーザ１１の温度Ｔが測定され
（ステップＳ６０１）、測定された温度Ｔに対応する電
流光変換効率補正係数α（Ｔ）が導出される（ステップ
Ｓ６０２）。発光素子制御装置６０は、温度モニタ回路
６２を通じてサーミスタ６１によって測定された温度Ｔ
の情報を取り込み、さらに電流光変換効率補正テーブル
に基づき温度Ｔに対応する電流光変換効率補正係数α
（Ｔ）を導出する。なお、電流光変換効率補正テーブル
上の電流光変換効率補正係数αを補間（内挿）すること
で、電流光変換効率補正係数α（Ｔ）をより精度よく導
出することができる。電流光変換効率補正テーブル上の
電流光変換効率補正係数αが特定の温度に限られる不連
続的な量（離散的な量）だからである。

【００７１】c. 式（２１）に基づき、電流光変換効率
ηｍを算出し（ステップＳ６０３の前半）、式（２７）
に基づきパルス電流Ｉｐを算出する（ステップＳ６０３
の後半）。ここで図１２に示した式は、マーク率Ｍが１
／２のＮＲＺ方式としたときの式（２７）に対応してい
る。このとき、電流光変換効率補正係数α（Ｔ）乗算し
て、電流光変換効率ηｍを補正することで、正確なパル
ス電流Ｉｐの算出が可能となる。

【００７２】既述のように、電流光変換効率補正係数α
（Ｔ）は、電流光変換効率ηｍが最大光出力Ｐｍａｘの
地点での電流・光出力の傾き（図９の直線Ｃの傾き）に
対応することを前提としている（式（２３）、（２７）
参照）。インサービス中での平均光出力Ｐａｖはステッ
プＳ２０１，Ｓ２０２により常時監視されているので、
平均光出力Ｐａｖが基準値Ｐａｖ１から大きく外れるこ
とはなく、半導体レーザ１１は最小光出力Ｐｍｉｎ、最
大光出力Ｐｍａｘの目標値付近でデジタル動作をしてい
る。このため、式（２３）、（２７）に基づく電流光変
換効率補正係数α（Ｔ）を用いて、電流光変換効率ηｍ
を適正に補正することができる。以下のステップＳ２０
６〜Ｓ２１３は第１の実施形態で説明した工程と同様な
ので説明を省略する。

【００７３】以上のようにして、平均光出力Ｐａｖ、消
光比ＥＲがそれぞれ目標値Ｐａｖ０、ＥＲ０となるよう
に、直流バイアス電流Ｉｂ、パルス電流Ｉｐそれぞれが
設定される。なお、これは最小光出力Ｐｍｉｎ、最大光
出力Ｐｍａｘが目標値に設定されたことをも意味する。
ステップＳ２１０、Ｓ２１３で設定が完了すると、ステ
ップＳ２０１に戻って、平均光出力Ｐａｖが目標平均光
出力Ｐａｖ０と一致しているか否かの監視が行われる。

【００７４】上述した制御動作を常時繰り返すことで、
環境温度変化や経年変化による半導体レーザ１１の電流
・光出力特性の変化を補償し、常に所定の平均光出力Ｐ
ａｖと消光比ＥＲを維持することができる。さらに、高
温動作時あるいは高出力動作時にパルス駆動電流Ｉｐが
過剰にならないようにすることができる。以上のよう
に、インサービス状態で、半導体レーザ１１の閾値電流
Ｉｔｈおよび電流光変換効率ηの変動、さらに電流・光
出力特性に生じた非線形性を補償し、平均光出力Ｐａｖ
や消光比ＥＲを一定に保つことが可能になる。

【００７５】第１の実施形態と同様に、本実施形態でも
サービス開始前に電流光変換効率ηの補正を行うことが
できる。これを可能とするフロー図は、図３のステップ
Ｓ１０７に換えて、図１２のステップＳ６０１〜Ｓ６０
３の工程を挿入することで表される。これは、電流光変
換効率ηの補正を行う点について図１２と大きく異なる
訳ではないので詳細な説明を省略する。

【００７６】（その他の実施形態）本発明の実施形態は
上記実施形態には限られず拡張、変更できる。拡張、変
更された実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。 （１）例えば、上記実施形態では半導体レーザを用いた
が、本発明は半導体レーザに限らず半導体発光素子一般
に適用可能である。また、電流・光出力特性に換えて、
電圧・光出力特性を用いることもできる。即ち、電圧・
光出力特性は電流・光出力特性に対応するものであり、
実質的に電流・光出力特性そのものといっても差し支え
ない。

【００７７】（２）上記実施形態では平均光出力および
消光比が一定に保たれるように半導体レーザを制御して
いるが、必ずしも平均光出力および消光比の値そのもの
に拘る必要はなく、他のパラメータ（例えば、最大光出
力、最低光出力）に基づいて半導体レーザを制御するこ
とも可能である。

【００７８】（３）上記実施形態では、半導体レーザの
電流・光出力特性の一次近似式を用いて直流バイアス電
流、パルス電流を決定しているが、電流・光出力特性を
より高次の近似を行っても差し支えない。電流光変換効
率の導出が、直流バイアス電流と閾値電流の大小関係に
大きな影響を受けることがなく行えれば、電流・光出力
特性の近似式に何を用いるかは大きな問題とはならな
い。この意味では、光出力の電流に対する勾配で定義さ
れる電流光変換効率に換えて広く電流と光出力それぞれ
の変化の対応関係を表す電流光出力関係一般を用いてパ
ルス電流等を決定することも可能である。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば半
導体発光素子の駆動条件の決定を広い条件下で行える発
光素子制御装置、光送信装置、駆動電流決定方法、およ
びプログラムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の１実施形態に係る光送信装置の構成
を表すブロック図である。

【図２】 半導体レーザの電流・光出力特性の一例を表
すグラフである。

【図３】 図１に示した光送信装置のデータ信号送信開
始前における制御手順の一例を表すフロー図である。

【図４】 図３に示した手順に基づき制御される半導体
レーザの電流・光出力特性の一例を表すグラフである。

【図５】 図１に示した光送信装置のデータ信号送信中
における制御手順の一例を表すフロー図である。

【図６】 図５に示した手順に基づき制御される半導体
レーザの電流・光出力特性の一例を表すグラフである。

【図７】 図５に示した手順に基づき制御される半導体
レーザの電流・光出力特性の他の一例を表すグラフであ
る。

【図８】 本発明の第２の実施形態に係る光送信装置の
構成を表すブロック図である。

【図９】 半導体レーザの電流・光出力特性の温度依存
性を表すグラフである。

【図１０】 電流光変換効率補正係数α（Ｔ）を導出す
る手順を表すフロー図である。

【図１１】 電流光変換効率補正テーブルの一例を表す
図である。

【図１２】 図８に示した光送信装置のデータ信号送信
中における制御手順の一例を表すフロー図である。

【符号の説明】

１０…光送信装置、１１…半導体レーザ、１２…モニタ
ＰＤ、１３…光出力モニタ回路、１４…バイアス電流駆
動回路、１５…パルス電流駆動回路、１６…発光素子制
御装置、１７…バイアス制御情報入力部、１８…パルス
制御情報入力部、１９…データ信号入力部、２１…ＣＰ
Ｕ、３０…メモリ、３１…ＲＡＭ、３２…ＲＯＭ、３３
…フラッシュメモリ、４１…Ａ／Ｄ変換器、４２，４３
…Ｄ／Ａ変換器、４４…Ｉ／Ｏポート、５１…バス

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流バイアス電流成分とパルス電流成分
   とを含む駆動電流によって駆動される半導体発光素子を
   制御する発光素子制御装置であって、 前記半導体発光素子の光出力の時間平均を表す平均光出
   力情報に基づいて、該半導体発光素子に供給される電流
   の変化量と光出力の変化量との対応関係を表す電流光出
   力係数を導出する電流光出力係数導出部と、 前記電流光出力係数導出部によって導出された電流光出
   力係数に基づいて、前記駆動電流のパルス電流成分を決
   定するパルス電流決定部と、 前記パルス電流制御決定部で決定されたパルス電流成分
   を含む駆動電流によって駆動される前記半導体発光素子
   の平均光出力情報に基づいて、前記駆動電流の直流バイ
   アス電流成分を決定するバイアス電流決定部と、を具備
   することを特徴とする発光素子制御装置。
2. 【請求項２】 前記半導体発光素子の光出力が所定の許
   容範囲内から外れたことを検知する光出力変動検知部を
   さらに具備することを特徴とする請求項１記載の発光素
   子制御装置。
3. 【請求項３】 前記電流光出力係数導出部が、 第１、第２のパルス電流成分をそれぞれ含む第１、第２
   の駆動電流、および該第１、第２の駆動電流でそれぞれ
   駆動された前記半導体発光素子の第１、第２の平均光出
   力に基づいて、前記電流光出力係数を算出する電流光出
   力係数算出部とを有することを特徴とする請求項１記載
   の発光素子制御装置。
4. 【請求項４】 前記パルス電流決定部が、 所定の目標平均光出力値と所定の目標消光比とに基づい
   て、パルス電流成分を決定することを特徴とする請求項
   １記載の発光素子制御装置。
5. 【請求項５】 前記バイアス電流決定部が、 前記平均光出力情報が表す平均光出力が前記所定の目標
   平均光出力と所定範囲内で一致するように、直流バイア
   ス電流成分を決定することを特徴とする請求項１記載の
   発光素子制御装置。
6. 【請求項６】 前記半導体発光素子の温度情報を入力す
   る温度情報入力部と、 前記温度情報入力部に入力された温度情報に基づき、前
   記電流光出力係数導出部によって導出された電流光出力
   係数を補正する電流光出力係数補正部と、をさらに具備
   することを特徴とする請求項１記載の発光素子制御装
   置。
7. 【請求項７】 半導体発光素子と、 前記半導体発光素子に直流バイアス電流成分とパルス電
   流成分とを含む駆動電流を供給する駆動電流供給部と、 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光素子制御装
   置と、を具備することを特徴とする光送信装置。
8. 【請求項８】 直流バイアス電流成分とパルス電流成分
   とを含む駆動電流で駆動される半導体発光素子の該駆動
   電流を決定する駆動電流決定方法であって、 前記半導体発光素子を駆動する電流と光出力との対応関
   係を表す電流光出力係数を導出する電流光出力係数導出
   ステップと、 前記電流光出力係数導出ステップで導出された電流光出
   力係数に基づいて、パルス電流成分を決定するパルス電
   流決定ステップと、 前記パルス電流決定ステップで決定されたパルス電流に
   基づいて、駆動電流を制御する駆動電流制御ステップ
   と、 前記駆動電流制御ステップで制御された駆動電流で駆動
   される前記半導体発光素子の光出力に基づいて、直流バ
   イアス電流成分を決定するバイアス電流決定ステップ
   と、 を具備することを特徴とする駆動電流決定方法。
9. 【請求項９】 前記電流光出力係数導出ステップに先だ
   って、前記半導体発光素子の光出力が所定の許容範囲内
   から外れたことを検知する光出力変動検知ステップをさ
   らに具備することを特徴とする請求項８記載の駆動電流
   決定方法。
10. 【請求項１０】 前記電流光出力係数導出ステップが、
    第１、第２のパルス電流成分をそれぞれ含む第１、第２
    の駆動電流、および該第１、第２の駆動電流でそれぞれ
    駆動された前記半導体発光素子の第１、第２の平均光出
    力に基づいて、前記電流光出力係数を算出するステップ
    を有することを特徴とする請求項８記載の駆動電流決定
    方法。
11. 【請求項１１】 前記パルス電流決定ステップが、所定
    の目標平均光出力値と所定の目標消光比とに基づいて、
    パルス電流成分を決定するステップを有することを特徴
    とする請求項８記載の駆動電流決定方法。
12. 【請求項１２】 前記バイアス電流決定ステップが、前
    記平均光出力情報が表す平均光出力が前記所定の目標平
    均光出力と所定範囲内で一致するように、直流バイアス
    電流成分を決定するステップを有することを特徴とする
    請求項８記載の駆動電流決定方法。
13. 【請求項１３】 前記パルス電流決定ステップに先だっ
    て、前記半導体発光素子の温度に基づき、前記電流光出
    力係数導出ステップで導出された電流光出力係数を補正
    する電流光出力係数補正ステップ、をさらに具備するこ
    とを特徴とする請求項８記載の駆動電流決定方法。
14. 【請求項１４】 直流バイアス電流成分とパルス電流成
    分とを含む駆動電流で駆動される半導体発光素子の該駆
    動電流を決定する駆動電流決定方法であって、 前記半導体発光素子を駆動する電流と光出力との対応関
    係を表す電流光出力係数を導出する電流光出力係数導出
    ステップと、 前記電流光出力係数導出ステップで導出された電流光出
    力係数に基づいて、パルス電流成分を決定するパルス電
    流決定ステップと、 前記パルス電流決定ステップで決定されたパルス電流に
    基づいて、駆動電流を制御する駆動電流制御ステップ
    と、 前記駆動電流制御ステップで制御された駆動電流で駆動
    される前記半導体発光素子の光出力に基づいて、直流バ
    イアス電流成分を決定するバイアス電流決定ステップ
    と、 を具備することを特徴とする駆動電流決定方法をコンピ
    ュータに実行させるためのプログラム。