JP2006080262A

JP2006080262A - 光変調回路の自動電力制御方法

Info

Publication number: JP2006080262A
Application number: JP2004261972A
Authority: JP
Inventors: Yuuki Kidachi; 優貴木立
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】ディジタル信号によりオンオフ変調されるレーザダイオード出力光の消光比を一定に保つ。
【解決手段】レーザダイオード１の出力光をフォトダイオード２によりモニタする。その
モニタ電流Ｉmonの出力光“０”レベル対応のレベルをＤＣ電流検出回路３で検出し、その検出レベルが一定となるようにレーザダイオードのバイアス電流を制御して出力光の“０”レベルを一定に保つ。又モニタ電流Ｉmonの平均電流を検出回路４により検出し、その検出レベルが一定となるように出力光の“１”レベルを制御することでオンオフ比即ち消光比を一定に保つ。
【選択図】図１

Description

本発明は光変調回路の自動電力制御方法に係り、とくに光変調出力の消光比を安定化するのに適した光変調回路の自動電力制御方法に関するものである。

レーザダイオードの駆動電流をディジタル信号に応じて制御し、その光出力をオン（発光）、オフ（消光）して光変調信号を発生するようにした光変調回路では、出力される光変調信号の平均出力電力や消光比（オンオフ比）がレーザダイオードの温度や経年変化等により変化するのを防止して、通信品質を確保する対策がとられる。

このための従来技術としては、モニタ用のフォトダイオードでレーザダイオードが出力する光変調信号を検出し、その平均電力が一定となるようにレーザダイオードの駆動電流を制御するものがある。ここで駆動電流はバイアス電流とディジタル信号に応じて変化する変調電流の和として与えられ、そしてバイアス電流の制御により平均電力一定の制御を行い、変調電流は一定のままである。しかしこの方法では消光比が低下してしまうことがある。

また、特許文献１に開示された「消光比劣化を防止するＡＰＣ方式」では、やはりレーザダイオードの駆動電流をバイアス電流と変調電流の和として与える。そしてフォトダイオードにより検出された光変調信号から“１”レベル（発光時レベル）と“０”レベル（消光時レベル）をそれぞれ検出し、検出した“１”レベルが所定の値となるように変調電流を制御する。さらに上記検出した“１”レベルを所定の比率で分圧した電圧を参照電圧としてこれと検出した“０”レベルとを比較することによって、検出した“１”レベルと“０”レベルの差が一定となるようにバイアス電流を制御する。この従来技術によれば、経年変化や温度変化によるレーザダイオードの特性変化、あるいは個々のレーザダイオードの特性ばらつきがあっても、レーザダイオード発光時レベル及び消光比は所定の値に保たれる。また、ディジタル信号のマーク率が変化してもやはり同様な効果が得られる。
特開平１０−１４４９８６号公報

光伝送を用いたデータ伝送では、ＤＣバランスのよい（マーク率がほぼ０．５）伝送符号が用いられることが多い。本発明は、このようなＤＣバランスのよい伝送符号が用いられる場合に、発光時レベル及び消光比を安定化できるようにした、簡単な構成が可能な光変調回路の自動電力制御方法を実現することを目的とする。

本発明は、ディジタル信号によってオンオフ変調されたレーザダイオード出力光をフォトダイオードによってモニタし、このモニタ出力の出力光オフレベルに対応するレベルを検出してその検出レベルが予め定めた第１の参照レベルとなるようにレーザダイオードのバイアス電流を制御し、さらに前記モニタ出力の出力光平均レベルに対応するレベルを検出してその検出レベルが予め定めた第２の参照レベルとなるようにレーザダイオード出力光のオンレベルを制御するようにしたことを特徴とする光変調回路の自動電力制御方法を開示する。

レーザダイオード出力のオフレベル、即ち消光時レベルはモニタ出力の対応レベルを検出して直接制御される。またオンレベル、即ち発光時レベルはモニタ出力の平均出力に応じて制御されるが、ディジタル信号のＤＣバランスがほぼ１／２の伝送符号が用いられていれば、平均出力一定制御は発光時のオンレベル一定制御とほぼ同じ効果となり、従って消光比はレーザダイオード特性変化があっても一定に保たれる。

以下、本発明の実施形態を説明する。まず本発明の対象とする光伝送路では、ＤＣバランスのよい伝送符号が用いられるものとする。ＤＣバランスのよい伝送符号が用いられると、コンデンサで直流分をカットして論理ＩＣの接続が行え、論理ＩＣごとに異なる直流バイアスを考慮しなくてよい。また、クロック同期等に位相同期ループ（ＰＬＬ）が用いられるが、このＰＬＬはでＤＣバランスがとれていない符号列の場合、設計が極めて困難になることがある。こうした諸点から、例えばイーサネット（登録商標）の１つである１０００Ｂａｓｅ−Ｆイーサネットでは、ＤＣバランスのよい「８Ｂ１０Ｂ符号」が採用されている。

このような光伝送系で用いる光変調回路では、光変調信号の“１”レベルと平均電力はほぼ比例関係にあるから、本発明では光変調信号の平均電力を検出し、それが所定値となるようにレーザダイオード駆動電流の内の変調電流を制御して“１”レベルを一定に保つようにする。また、光変調信号の“０”レベルは、これを直接検出して、その値が所定値となるように制御する。こうして“１”、“０”レベルともに安定化でき、従って発光時出力とともに消光比も安定化できる。

図１は、本発明になる自動電力制御方法を具備した光変調回路の構成例を示すブロック図である。同図においてモニタ用のフォトダイオード２は送信用のレーザダイオード１の出力光を検出するもので、これらレーザダイオード１とフォトダイオード２は通常１つのモジュールにまとめられている。レーザダイオード１の駆動電流は、ディジタル信号によって変調される変調電流Ｉmodとバイアス電流Ｉbとの和で、レーザダイオード１の出力光は“０”レベル（消光レベル）と“１”レベル（発光レベル）でオンオフする信号となる。フォトダイオード２にはこの出力光のモニタ電流Ｉmonが流れるが、このモニタ電流Ｉmonはレーザダイオード１の出力光レベルに比例している。ディジタル信号検出回路３及び平均電流検出回路４は、上記のモニタ電流Ｉmonの“０”レベル及び平均電流をそれぞれ検出する。

図２はＤＣ電流検出回路３の構成例である。モニタ電流Ｉmonのレベルを抵抗器２１と差動アンプ２２で検出し、“０”レベル対応のレベルをダイオード２３を介してコンデンサ２４にホールド“０”レベルの平均値（の近似）を出力する回路である。なおダイオード２４に代わって、“０”レベル時のみオンするＭＯＳスイッチを用いてもよい。

図３は平均電流検出回路４の構成例で、モニタ電流Ｉmonのレベルを抵抗器３１と差動アンプ３２で検出し、抵抗器３３及びコンデンサ３４で形成した積分回路でモニタ電流Ｉmonの平均電流を求め、その平均電流に比例した電圧を出力する。

比較回路５は、ＤＣ電流検出回路３の出力電圧と参照電圧ref１との差を求め、これをバイアス電流制御回路６へ与える。バイアス電流制御回路６はバイアス電流Ｉbを制御する回路で、レーザダイオード１の“０”出力、即ち消光時のレベルを定める。そこでＤＣ電流検出回路３で検出されたモニタ電流Ｉmonの“０”レベルが大きい程バイアス電流Ｉbが小さくなるように比較回路５の出力極性を定めておけば、レーザダイオード１の特性変化があってもその出力光の“０”レベルは参照電圧ref１に対応したレベルに保たれる。

一方、比較回路７は、平均電流検出回路４の出力電圧と参照電圧ref２の差を求め、これを変調電流制御回路８へ与える。変調電流制御回路８では、ディジタル信号Ｄが“０”のときは変調電流Ｉmodを０とし、“１”のときは変調電流Ｉmodを比較回路７出力に対応した値とする。この時、検出された平均電流が大きい程変調電流Ｉmodが小さくなるように比較回路７の出力極性を定めておけば、レーザダイオード１の特性変化があってもその平均出力パワーは一定に保たれる。ここでディジタル信号ＤがＤＣバランスのよい伝送符号であれば、平均出力パワーが一定ということから、“１”レベル、即ち発光時レベルも一定に保たれることを意味する。こうして、図１の実施例によれば、レーザダイオード出力光の発光時レベルも、消光比もともに安定に制御される。

図４は、本発明の自動電力制御方法を具備した光変調回路の別の構成例を示したもので、１本の光ファイバで送信と受信を光波長の異なる領域を使って行うＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex：波長分割多重）方式に適した構成例である。この双方向ＷＤＭ方式では、光フィルターによって送信光と受信光を分離するような簡単な構成の場合、受信光の一部がモニタ用のフォトダイオードに入ってしまい、レーザダイオード制御に誤差をもたらす可能性がある。図４は、このような誤差を除去するための回路を図１の実施例に付加したものである。

図４において、フォトダイオード２、ＤＣ電流検出回路３及び平均電流検出回路４は図１と同じものであり、図１の他の部分は省略されている。一方、受信回路は、バイアス電流制御回路１１からバイアス電流が与えられたフォトダイオード１０には受信光に比例した受信電流Ｉrが流れ、これがアンプ１２を介して受信信号として出力される。さらに、直流アンプ１３及び可変抵抗器１４を介して受信電流Ｉrに比例した電流ΔＩが送信部モニタ用のフォトダイオード２が検出したモニタ電流Ｉmonに印加される。ここで電流ΔＩの大きさ及び極性が、受信光がフォトダイオード２へ入り込んで生じたモニタ電流Ｉmonの誤差分をキャンセルするようにしておけば、受信光によるレーザダイオード制御の誤差を抑圧することができる。

本発明の自動電力制御方法を具備した光変調回路の構成例を示すブロック図である。ＤＣ電流検出回路の構成例である。平均電流検出回路の構成例である。本発明の自動電力制御方法を具備した光変調回路の別の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１レーザダイオード
２フォトダイオード
３ＤＣ電流検出回路
４平均電流検出回路
５、７比較回路
６バイアス電流制御回路
８変調電流制御回路

Claims

ディジタル信号によってオンオフ変調されたレーザダイオード出力光をフォトダイオードによってモニタし、このモニタ出力の出力光オフレベルに対応するレベルを検出してその検出レベルが予め定めた第１の参照レベルとなるようにレーザダイオードのバイアス電流を制御し、さらに前記モニタ出力の出力光平均レベルに対応するレベルを検出してその検出レベルが予め定めた第２の参照レベルとなるようにレーザダイオード出力光のオンレベルを制御するようにしたことを特徴とする光変調回路の自動電力制御方法。