JP4872474B2 - Laser driving circuit and laser driving method - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ駆動回路及びレーザ駆動方法に関するものである。 The present invention relates to a laser driving circuit and a laser driving method.
レーザ素子のI−L特性は、各個体でばらつきがあり、また、温度変化や時間経過に応じて変化する。従って、レーザ素子から出力される信号光の平均強度および消光比を安定化させるために、モニタ用受光素子からの光電流に基づいて駆動電流量を制御するレーザ駆動回路が用いられる。 The IL characteristics of the laser element vary among the individual elements, and change according to temperature changes and time passage. Therefore, in order to stabilize the average intensity and extinction ratio of the signal light output from the laser element, a laser drive circuit that controls the amount of drive current based on the photocurrent from the monitor light receiving element is used.
例えば、特許文献1に開示された回路は、予め設定された、異なる大きさの駆動電流をレーザダイオードに順次供給し、各駆動電流に応じた出力光それぞれをモニタ用フォトダイオードにより測定し、その測定結果に基づいて推測したレーザダイオードのI−L特性に応じてバイアス電流量および変調電流量を決定している。
For example, the circuit disclosed in
また、特許文献2に開示された回路は、変調電流を所定量増加させて発光強度の増分を検出し、発光強度の増分が所定値よりも大きい場合に変調電流を減少させ、所定値よりも小さい場合に変調電流を増加させている。また、特許文献2に開示された回路は、レーザダイオードの平均発光強度が所定値より大きい場合にバイアス電流量を減少させ、所定値より小さい場合にバイアス電流量を増加させている。
Further, the circuit disclosed in
しかしながら、特許文献1に記載された回路による動作を、レーザダイオードから信号光が出力される間に行うことは困難である。すなわち、特許文献1に記載された回路によるI−L特性の推定は、試験用の駆動電流をレーザダイオードに供給する必要があるので、例えば電源投入直後といった特定のタイミングでしか行うことができない。従って、信号光の出力動作中における温度変化や経時変化に対応できないという問題がある。
However, it is difficult to perform the operation by the circuit described in
また、特許文献2に記載された回路は、変調電流を所定量増加させたときの発光強度の増分(すなわちスロープ効率)を測定し、このスロープ効率に基づいて変調電流を制御している。この制御方式は、閾値電流値を超えた領域でのスロープ効率が発光強度によらず一定であることを前提としている。しかし、レーザ素子の温度によっては、発光強度に応じてスロープ効率が変動する場合がある。このような場合、特許文献2に記載された回路では、変調電流を精度よく制御することが難しい。
Further, the circuit described in
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、信号光の出力動作中における温度変化や経時変化に対応してバイアス電流および変調電流を精度よく制御できるレーザ駆動回路及びレーザ駆動方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a laser driving circuit and a laser driving method capable of accurately controlling a bias current and a modulation current corresponding to a change in temperature and a change with time during an output operation of signal light. The purpose is to do.
上記課題を解決するため、本発明によるレーザ駆動回路は、バイアス電流及び変調電流を含む駆動電流をレーザ素子へ供給して信号光を生成させ、信号光をモニタする受光素子からの光電流に基づいて駆動電流を制御するレーザ駆動回路であって、駆動電流をレーザ素子へ供給する駆動電流生成部と、駆動電流に含まれるバイアス電流及び変調電流を光電流に基づいて制御する制御部とを備え、この制御部は、バイアス電流の変化に対する光電流の変化を求め第1の変化とし、変調電流の変化に対する光電流の変化を求め第2の変化とし、第1及び第2の変化の比を第1の所定値とするようにバイアス電流及び変調電流を増減させることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a laser driving circuit according to the present invention is based on a photocurrent from a light receiving element that supplies a driving current including a bias current and a modulation current to a laser element to generate signal light and monitors the signal light. A drive current generator for supplying a drive current to the laser element, and a controller for controlling a bias current and a modulation current included in the drive current based on the photocurrent. The control unit obtains the change in the photocurrent with respect to the change in the bias current as the first change, obtains the change in the photocurrent with respect to the change in the modulation current as the second change, and sets the ratio of the first and second changes. The bias current and the modulation current are increased or decreased so that the first predetermined value is obtained.
レーザ駆動回路においては、バイアス電流がレーザ素子の閾値電流値より小さい場合には、第1及び第2の変化の比は或る値(理論上は1)となる。また、バイアス電流がレーザ素子の閾値電流値より大きい場合には、第1及び第2の変化の比は別の値(理論上は2)となる。従って、バイアス電流がレーザ素子の閾値電流値の近傍であれば、第1及び第2の変化の比はこれらの値の間の値となる。 In the laser drive circuit, when the bias current is smaller than the threshold current value of the laser element, the ratio between the first and second changes is a certain value (theoretically 1). When the bias current is larger than the threshold current value of the laser element, the ratio between the first and second changes is a different value (theoretically 2). Therefore, if the bias current is close to the threshold current value of the laser element, the ratio of the first and second changes is a value between these values.
このように、上記のレーザ駆動回路においては、第1及び第2の変化の比が第1の所定値(すなわち、前述した各値の間の値)に近づくようにバイアス電流及び変調電流を増減させるので、通常の光出力動作時においても、特許文献1のように試験的に電流を設定する必要はなく、温度により変動する閾値電流値近傍にバイアス電流を精度よく設定できる。また、バイアス電流が閾値電流値付近で安定するので、変調電流を光電流に基づいて制御できる。従って、上記のレーザ駆動回路によれば、出力動作中における温度変化やレーザ素子の経時変化に追随してバイアス電流および変調電流を制御できる。また、第1及び第2の変化の比は、バイアス電流と閾値電流値との大小関係によってその値が定まり、光強度に起因するスロープ効率の変動には殆ど影響されない。従って、上記のレーザ駆動回路によれば、発光強度に応じてスロープ効率が変動する場合でも、変調電流を精度よく制御できる。
Thus, in the laser drive circuit described above, the bias current and the modulation current are increased or decreased so that the ratio of the first and second changes approaches the first predetermined value (that is, a value between the above-described values). Therefore, even during normal light output operation, it is not necessary to set the current experimentally as in
また、レーザ駆動回路は、第1の所定値が1より大きく2より小さいことが好ましい。上述したように、バイアス電流がレーザ素子の閾値電流値より小さい場合には、第1及び第2の変化の比は理論上1となる。また、バイアス電流がレーザ素子の閾値電流値より大きい場合には、第1及び第2の変化の比は理論上2となる。従って、第1の所定値を1より大きく2より小さい値とすることにより、バイアス電流を閾値電流値付近に設定できる。 In the laser driving circuit, the first predetermined value is preferably larger than 1 and smaller than 2. As described above, when the bias current is smaller than the threshold current value of the laser element, the ratio of the first and second changes is theoretically 1. When the bias current is larger than the threshold current value of the laser element, the ratio between the first and second changes is theoretically 2. Therefore, the bias current can be set near the threshold current value by setting the first predetermined value to a value greater than 1 and less than 2.
また、レーザ駆動回路は、制御部が、光電流と所定の目標値との差が所定範囲内にある場合に、第1の変化と第2の変化の比を第1の所定値とする動作を行い、差が所定範囲外である場合に、第1及び第2の変化の比と第1の所定値との差の絶対値が第2の所定値よりも小さいときには変調電流を増減させ、第1及び第2の変化の比と第1の所定値との差の絶対値が第2の所定値よりも大きいときにはバイアス電流を増減させることを特徴としてもよい。 The laser driving circuit operates such that the control unit sets the ratio of the first change and the second change as the first predetermined value when the difference between the photocurrent and the predetermined target value is within a predetermined range. When the difference is outside the predetermined range, when the absolute value of the difference between the ratio between the first and second changes and the first predetermined value is smaller than the second predetermined value, the modulation current is increased or decreased. The bias current may be increased or decreased when the absolute value of the difference between the ratio between the first and second changes and the first predetermined value is larger than the second predetermined value.
平均光強度が目標光強度付近で安定している状態で第1及び第2の変化の比を第1の所定値とすることにより、バイアス電流を閾値電流値近傍に安定的に設定することができる。また、光電流とその目標値との差が所定範囲外である場合には、まず、光電流を所定の目標値に近づける(すなわち、出力光強度を目標光強度に近づける)ことが好ましい。このような場合に、第1及び第2の変化の比と第1の所定値との差の絶対値が比較的小さければ(すなわち、バイアス電流が閾値電流値近傍であれば)、バイアス電流が安定しているので変調電流を増減させる。逆に、第1及び第2の変化の比と第1の所定値との差の絶対値が比較的大きければ(すなわち、バイアス電流が閾値電流値近傍になければ)、バイアス電流を増減させる。このように、第1及び第2の変化の比に応じてバイアス電流及び変調電流の制御を個別に行うことにより、バイアス電流を閾値電流値の近傍に制御しつつレーザ素子の出力光強度を目標光強度に近づけることができる。 By setting the ratio of the first and second changes to the first predetermined value while the average light intensity is stable near the target light intensity, the bias current can be stably set near the threshold current value. it can. When the difference between the photocurrent and the target value is outside the predetermined range, it is preferable to first bring the photocurrent close to the predetermined target value (that is, make the output light intensity close to the target light intensity). In such a case, if the absolute value of the difference between the ratio between the first and second changes and the first predetermined value is relatively small (that is, if the bias current is near the threshold current value), the bias current is Since it is stable, the modulation current is increased or decreased. Conversely, if the absolute value of the difference between the ratio between the first and second changes and the first predetermined value is relatively large (that is, if the bias current is not near the threshold current value), the bias current is increased or decreased. As described above, the bias current and the modulation current are individually controlled in accordance with the ratio between the first and second changes, so that the output light intensity of the laser element can be controlled while the bias current is controlled in the vicinity of the threshold current value. It can be close to the light intensity.
また、レーザ駆動回路は、制御部が、少なくとも、バイアス電流からレーザ素子の閾値電流を算出する機能と、変調電流からレーザ素子のスロープ効率を算出する機能のいずれかを持つことが好ましい。 In the laser drive circuit, it is preferable that the control unit has at least one of a function of calculating a threshold current of the laser element from the bias current and a function of calculating the slope efficiency of the laser element from the modulation current.
また、本発明によるレーザ駆動方法は、バイアス電流及び変調電流を含む駆動電流をレーザ素子へ供給して信号光を生成し、この信号光の強度をモニタする受光素子からの光電流に基づいて駆動電流を制御するレーザ駆動方法であって、バイアス電流の変化に対する信号光強度の変化を求め第1の変化とし、変調電流の変化に対する信号光強度の変化を求め第2の変化とし、第1及び第2の変化の比が第1の所定値に近づくようにバイアス電流及び変調電流を増減させることを特徴とする。 The laser driving method according to the present invention generates a signal light by supplying a driving current including a bias current and a modulation current to the laser element, and drives based on the photocurrent from the light receiving element that monitors the intensity of the signal light. A laser driving method for controlling current, wherein a change in signal light intensity with respect to a change in bias current is obtained as a first change, a change in signal light intensity with respect to a change in modulation current is obtained as a second change, and The bias current and the modulation current are increased or decreased so that the ratio of the second change approaches the first predetermined value.
このレーザ駆動方法によれば、上述したレーザ駆動回路と同様に、信号光の出力動作中における温度変化やレーザ素子の経時変化に追随してバイアス電流および変調電流を制御できる。また、このレーザ駆動方法によれば、発光強度に起因してスロープ効率が変動する場合でも、変調電流を精度よく制御できる。 According to this laser driving method, similarly to the laser driving circuit described above, the bias current and the modulation current can be controlled following the temperature change during the signal light output operation and the time-dependent change of the laser element. Also, according to this laser driving method, the modulation current can be accurately controlled even when the slope efficiency varies due to the emission intensity.
本発明のレーザ駆動回路またはレーザ駆動方法によれば、信号光の出力動作中における温度変化やレーザ素子の経時変化に対応してバイアス電流および変調電流を精度よく制御できる。 According to the laser driving circuit or the laser driving method of the present invention, it is possible to accurately control the bias current and the modulation current corresponding to the temperature change during the output operation of the signal light and the change over time of the laser element.
以下、図面を参照しつつ本発明に係るレーザ駆動回路及びレーザ駆動方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of a laser drive circuit and a laser drive method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明によるレーザ駆動回路の一実施形態として、レーザ駆動回路1aの構成を示すブロック図である。図1に示すレーザ駆動回路1aは、バイアス電流Ibias及び変調電流Imodを含む駆動電流Idをレーザ素子(レーザダイオード、以下LDとする)18へ供給して信号光Paを生成させるための回路である。レーザ駆動回路1aは、外部からの変調信号(送信信号)Smodに応じた変調電流Imodと、定常的なバイアス電流Ibiasとを重畳して駆動電流Idを生成する。また、レーザ駆動回路1aは、信号光Paの強度をモニタするフォトダイオード(以下PDとする)19等の受光素子からの光電流Imonに基づいて、バイアス電流Ibias及び変調電流Imodを制御する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
ここで、図2(a)は、LD18の出力特性(I−L特性)の一例を示す図である。図2(a)において、横軸はLD18を流れる順方向電流(駆動電流Id)を示し、縦軸はLD18の発光強度を示している。また、図中のG1はLD18の温度が或る値T1[℃]のときのI−L特性を示しており、G2はLD18の温度がT2(>T1)[℃]のときのI−L特性を示している。G1におけるIth1、及びG2におけるIth2は、温度T1,T2のそれぞれにおけるLD18の閾値電流値を示している。
Here, FIG. 2A is a diagram illustrating an example of output characteristics (IL characteristics) of the
また、図2(b)は、LD18から出力される信号光Paの波形の一例を示し、強度PLと強度PHとを交互に繰り返す波形を示している。また、図2(c)は、図2(b)に示す信号光Paを出力するために必要な駆動電流Idの波形を示す。図2(c)において、G3は温度T1[℃]のときに必要な駆動電流Idの一例であり、G4は温度T2[℃]のときに必要な駆動電流Idの一例である。図2(c)中のIbiasはバイアス電流値を示している。駆動電流Idは、変調電流Imodがバイアス電流Ibiasに重畳されている。
FIG. 2B shows an example of the waveform of the signal light Pa output from the
図2(a)に示すように、LD18のI−L特性は、温度により大きく変動する。すなわち、LD18の温度が高くなると、閾値電流値が大きくなり、スロープ効率が低下する。従って、LD18の信号光強度及び消光比を温度に依らず一定に保つためには、図2(c)のG3,G4に示すように、バイアス電流Ibias及び変調電流Imodを変化させる必要がある。また、上記の例では温度によりI−L特性が変動することを説明したが、このI−L特性は、経時変化によっても変化し、また、レーザ素子の個体差もある。そこで、レーザ駆動回路1aは、変調信号Smodに従って変調された駆動電流IdをLD18へ供給する際に、PD19からの光電流Imonに基づいて、駆動電流Id(すなわち、バイアス電流Ibias及び変調電流Imod)を制御する。
As shown in FIG. 2A, the IL characteristic of the
再び図1を参照する。本実施形態のレーザ駆動回路1aは、駆動電流生成部2、電流電圧変換部3、データ変化検出部4、制御部5、D/A変換部15a及び15b、並びにA/D変換部16aを備える。
Refer to FIG. 1 again. The
駆動電流生成部2は、変調信号Smodに応じて変調された駆動電流IdをLD18へ供給する回路である。駆動電流生成部2は、電流源21、変調回路22、及びバイアス電流源23を有する。電流源21及び変調回路22は、本実施形態において変調電流源を構成する。すなわち、電流源21及び変調回路22は、変調信号Smodに従って変調された変調電流Imodを生成する。
The drive
具体的には、電流源21はD/A変換部15aを介して制御部5と、またその出力は変調回路22と接続されている。電流源21は、制御部5からD/A変換部15aを介して提供された変調電流量制御信号Sm(後述)に応じた定電流Imを生成し、これを変調回路22へ供給する。
Specifically, the
また、変調回路22には送信データを含む変調信号Smodがレーザ駆動回路1aの外部から提供され、一方、電流源21からは定電流Imが供給される。変調回路22は、この電流Imを変調信号Smodにより変調して変調電流Imodを生成し、これをLD18に供給する。
A modulation signal Smod including transmission data is provided to the
バイアス電流源23は、バイアス電流IbiasをLD18へ供給する回路である。具体的には、D/A変換部15bを介して制御部5およびLD18の一端(アノードまたはカソード)と接続されている。バイアス電流源23は、制御部5からD/A変換部15bを介して提供されたバイアス電流量制御信号Sb(後述)に応じた定電流であるバイアス電流Ibiasを生成し、これをLD18に供給する。バイアス電流Ibiasは、変調電流Imodと共に駆動電流IdとしてLD18に供給される。
The bias
電流電圧変換部3は、信号光Paの大きさをモニタするPD19から出力される光電流Imonを、電圧信号Smonに変換する回路である。電流電圧変換部3は、光電流Imonを入力し、この光電流Imonに応じたアナログ信号SmonをA/D変換部16aに出力し、A/D変換部16aはこれを光量信号Dmonに変換して、制御部5へ提供する。
The current-
データ変化検出部4は、変調信号Smodのマーク率を検出する。データ変化検出部4は、変調信号Smodのマーク率を検出し、検出結果に応じた信号Smarkを制御部5へ提供する。
The data change detection unit 4 detects the mark rate of the modulation signal Smod. The data change detection unit 4 detects the mark ratio of the modulation signal Smod and provides the
制御部5は、光量信号Smonに基づいてバイアス電流Ibias及び変調電流Imodの大きさを制御する。本実施形態の制御部5は、例えば所定のプログラムにより動作する中央演算処理装置(CPU)によって構成され、光量信号Dmonを受けて、バイアス電流Ibias及び変調電流Imodを制御する。
The
具体的には、制御部5は、A/D変換部16aから光量信号Dmonを、データ変化検出部4からは変調信号Smodのマーク率に応じた信号Smarkを入力する。そして、D/A変換部15aを介して電流源21へ変調電流量制御信号Dmを、D/A変換部15bを介してバイアス電流源23へバイアス電流量制御信号Dbを、それぞれ出力する。なお、制御部5の内部動作については、後に詳述する。
Specifically, the
本実施形態のレーザ駆動回路1aは、上記構成に加えて、更に電源投入検出部11、温度検出部12、記憶部13、及び外部通信回路14を備える。電源投入検出部11は、レーザ駆動回路1aの起動タイミングを制御部5へ知らせる回路であり、レーザ駆動回路1aの起動タイミングを示す信号Spを制御部5へ提供する。温度検出部12は、LD18近傍の温度を検出する回路であり、LD18近傍の温度に応じた温度信号Stを制御部5へ提供する。記憶部13は、制御部5において使用される様々なパラメータを記憶しておく。また、記憶部13には、制御部5における演算結果も記録しておく。外部通信回路14は、記憶部13に記憶させるパラメータをレーザ駆動回路1aの外部から入力したり、或いは記憶部13に記録された演算結果を外部に取り出すための回路である。
The
次に、制御部5の内部動作を中心に、レーザ駆動回路1aの動作と、本実施形態によるレーザ駆動方法について説明する。
Next, the operation of the
図3(a)は、LD18のI−L特性を概略的に示すグラフである。また、図3(b)及び図3(c)は、LD18の信号光強度が或る値P0となる駆動電流Idの一例をそれぞれ示す。図3(b)は、バイアス電流IbiasがLD18の閾値電流値Ithよりも小さい場合を示しており、図3(c)は、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ithよりも大きい場合を示している。なお、図3(b)及び図3(c)においては、理解を容易にするために変調信号のマーク率Smarkを1/2として図示している。
FIG. 3A is a graph schematically showing the IL characteristic of the
ここで、信号光強度Pは、以下の数式(1)により与えられる。
但し、式(1)において、ηはLD18のスロープ効率である。また、Poffは、図3(a)に示すようにLD18のI−L特性における比例部分のy切片である。
Here, the signal light intensity P is given by the following formula (1).
However, in Formula (1), η is the slope efficiency of the
バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ithよりも大きい場合(図3(c))、信号光強度Pが光強度P0(図3(a)参照)となるのは、駆動電流Idが
となるときである。従って、数式(1)及び(2)より、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ithよりも大きい場合の光強度P0は、
と表現できる。
When the bias current Ibias is larger than the threshold current value Ith (FIG. 3C), the signal light intensity P becomes the light intensity P 0 (see FIG. 3A) because the drive current Id is
It is time to become. Therefore, from the equations (1) and (2), the light intensity P 0 when the bias current Ibias is larger than the threshold current value Ith is
Can be expressed as
また、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ithよりも小さい場合(図3(b))、信号光強度Pが光強度P0(図3(a)参照)となるのは、駆動電流Idが
となるときである。従って、数式(1)及び(4)より、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ithよりも小さい場合の平均光強度P0は、
と表現できる。
When the bias current Ibias is smaller than the threshold current value Ith (FIG. 3B), the signal light intensity P becomes the light intensity P 0 (see FIG. 3A) because the drive current Id
It is time to become. Accordingly, from the formulas (1) and (4), the average light intensity P 0 when the bias current Ibias is smaller than the threshold current value Ith is
Can be expressed as
ここで、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ithよりも大きい場合(図3(c))における、バイアス電流Ibiasの変化に対する光強度P0の変化(第1の変化)は、数式(3)より
となる。同様に、変調電流Imodの変化に対する光強度P0の変化(第2の変化)は、数式(3)より
となる。従って、第1の変化と第2の変化との比Ratioは、
となる。
Here, when the bias current Ibias is larger than the threshold current value Ith (FIG. 3C), the change (first change) in the light intensity P 0 with respect to the change in the bias current Ibias is expressed by the equation (3).
It becomes. Similarly, the change (second change) in the light intensity P 0 with respect to the change in the modulation current Imod is expressed by the equation (3)
It becomes. Therefore, the ratio Ratio between the first change and the second change is
It becomes.
他方、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ithよりも小さい場合(図3(b))における、バイアス電流Ibiasの変化に対する光強度P0の変化(第1の変化)は、数式(5)より
となる。同様に、変調電流Imodの変化に対する光強度P0の変化(第2の変化)は、数式(5)より
となる。従って、第1及び第2の変化の比Ratioは、
となる。
On the other hand, when the bias current Ibias is smaller than the threshold current value Ith (FIG. 3B), the change (first change) in the light intensity P 0 with respect to the change in the bias current Ibias is expressed by the equation (5).
It becomes. Similarly, the change (second change) in the light intensity P 0 with respect to the change in the modulation current Imod is expressed by the equation (5).
It becomes. Therefore, the ratio Ratio of the first and second changes is
It becomes.
上の数式(8)及び(11)は、図3(a)に示すようにLD18のI−L特性が閾値電流値Ithにおいて理想的に折れ曲がる場合を仮定しており、実際には、閾値電流値Ithの近傍においてI−L特性は滑らかとなっている。従って、この領域においては、第1及び第2の変化の比Ratioは、1以上1/Smark(≒2)以下の値となる。マーク率Smarkは、信号の規格により決まり、通常1/2±数%範囲となる。以下の説明では理解しやすくするためSmarkが1/2の場合を示す。
The above formulas (8) and (11) assume that the IL characteristic of the
また、以下に説明するように、本実施形態の制御部5は、第1及び第2の変化の比Ratioが1〜2の範囲内の所定値(第1の所定値、例えば1.5)に近づくようにバイアス電流Ibias及び変調電流Imodを増減させることにより、バイアス電流Ibiasを閾値電流値Ithの近傍に制御する。
Further, as will be described below, the
図4及び図5は、制御部5の内部動作を示すフローチャートであり、本実施形態によるレーザ駆動方法を示している。まず、図4に示すように、第1の所定値refRatioを1.5に初期設定する(ステップS1)。第1の所定値refRatioは、例えば記憶部13(図1)に予め記憶されている。なお、この第1の所定値refRatioは、上述した理由により、1より大きく2より小さい値であることが好ましい。
4 and 5 are flowcharts showing the internal operation of the
続いて、現在の平均光強度P0(n)を検出する(ステップS2)。実際には、制御部5に入力された光量信号Dmonの平均値を、光強度P0(n)とする。そして、光強度P0(n)と目標光強度refP0との差が所定範囲内にあるか否かを判定する(ステップS3)。ここで、目標光強度refP0は光強度P0の目標値であり、この目標光強度refP0が記憶部13(図1)に記憶されている。
Subsequently, the current average light intensity P 0 (n) is detected (step S2). Actually, the average value of the light amount signal Dmon input to the
ステップS3では、現在の光強度P0(n)と目標光強度refP0との差の絶対値を算出し、この値と目標光強度refP0(すなわち所定の目標レベル)の所定割合(例えば1%)とを比較する。そして、算出した絶対値がこの所定割合(1%)よりも大きい場合には、光強度P0(n)が目標光強度refP0から離れている状態なので、バイアス電流Ibias及び変調電流Imodの大概な適正化を行うために、ステップS4へ移行する。 In step S3, an absolute value of a difference between the current light intensity P 0 (n) and the target light intensity refP 0 is calculated, and a predetermined ratio (for example, 1) between this value and the target light intensity refP 0 (ie, a predetermined target level). %). When the calculated absolute value is larger than the predetermined ratio (1%), the light intensity P 0 (n) is away from the target light intensity refP 0, so that the bias current Ibias and the modulation current Imod are almost the same. In order to perform proper optimization, the process proceeds to step S4.
ステップS4では、第1及び第2の変化の比Ratioと、第1の所定値refRatio(=1.5)との比較を行う。具体的には、第1及び第2の変化の比Ratioと第1の所定値refRatioとの差の絶対値を算出し、この値を第2の所定値(例えば0.1)と比較する。そして、算出した絶対値が第2の所定値(0.1)よりも大きい場合には、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ithから離れている状態なので、バイアス電流Ibiasの大概な適正化を行うために、ステップS5〜S9へ移行する。また、算出した絶対値が第2の所定値(0.1)よりも小さい場合には、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ithの近傍にある状態なので、変調電流Imodの大概な適正化を行うために、ステップS10〜S14へ移行する。 In step S4, the ratio Ratio of the first and second changes is compared with a first predetermined value refRatio (= 1.5). Specifically, the absolute value of the difference between the ratio Ratio of the first and second changes and the first predetermined value refRatio is calculated, and this value is compared with a second predetermined value (for example, 0.1). When the calculated absolute value is larger than the second predetermined value (0.1), the bias current Ibias is away from the threshold current value Ith, so that the bias current Ibias is roughly optimized. Then, the process proceeds to steps S5 to S9. Further, when the calculated absolute value is smaller than the second predetermined value (0.1), the bias current Ibias is in the vicinity of the threshold current value Ith, so that the modulation current Imod is generally optimized. Then, the process proceeds to steps S10 to S14.
また、本実施形態においては、第1及び第2の変化の比Ratioは図5に示すステップS27またはS34(後述)において算出されるので、レーザ駆動回路1aの動作開始直後では第1及び第2の変化の比Ratioの値は不明である。従って、動作開始直後においては、予め記憶された初期値(例えば2.0)を第1及び第2の変化の比Ratioとして用いるとよい。
In the present embodiment, the ratio Ratio of the first and second changes is calculated in step S27 or S34 (described later) shown in FIG. 5, so that the first and second ratios immediately after the start of the operation of the
ステップS5〜S9では、バイアス電流Ibiasの大概な制御を行う。まず、光強度P0(n)と目標光強度refP0とを比較する(ステップS5)。光強度P0(n)が目標光強度refP0よりも小さい場合、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ithよりも小さい状態なので、制御部5は、バイアス電流Ibiasを所定量ΔIbiasだけ増加させるようバイアス電流量制御信号Sbを生成する(ステップS6)。また、光強度P0(n)が目標光強度refP0よりも大きい場合、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ithよりも大きい状態なので、制御部5は、バイアス電流Ibiasを所定量ΔIbiasだけ減少させるようにバイアス電流量制御信号Sbを生成する(ステップS7)。但し、特異な状況として、レーザ駆動回路1aの動作開始直後はバイアス電流Ibiasがゼロであるため、制御部5は、この場合を判定し(ステップS8)、変調電流Imodを所定量ΔImodだけ減少させるように変調電流量制御信号Smを生成する(ステップS9)。
In steps S5 to S9, the bias current Ibias is largely controlled. First, the light intensity P 0 (n) is compared with the target light intensity refP 0 (step S5). When the light intensity P 0 (n) is smaller than the target light intensity refP 0 , since the bias current Ibias is smaller than the threshold current value Ith, the
ステップS10〜S14では、変調電流Imodの大概な制御を行う。まず、光強度P0(n)と目標光強度refP0とを比較する(ステップS10)。光強度P0(n)が目標光強度refP0よりも小さい場合、変調電流Imodが過小なので、制御部5は、変調電流Imodを所定量ΔImodだけ増加させるように変調電流量制御信号Smを生成する(ステップS11)。また、光強度P0(n)が目標光強度refP0よりも大きい場合、変調電流Imodが過大なので、制御部5は、変調電流Imodを所定量ΔImodだけ減少させるように変調電流量制御信号Smを生成する(ステップS12)。但し、特異な状況として、変調電流Imodがゼロである場合にはLD18に供給されているのはバイアス電流Ibiasのみであるため、制御部5は、この場合を判定し(ステップS13)、バイアス電流Ibiasを所定量ΔIbiasだけ減少させるようにバイアス電流量制御信号Sbを生成する(ステップS14)。
In steps S10 to S14, the modulation current Imod is largely controlled. First, the light intensity P 0 (n) is compared with the target light intensity refP 0 (step S10). When the light intensity P 0 (n) is smaller than the target light intensity refP 0 , since the modulation current Imod is too small, the
制御部5は、以上のステップS2〜S14を、光強度P0(n)と目標光強度refP0との差が目標光強度refP0の所定割合(1%)以内に収まるまで繰り返す。
The
次に、ステップS3において、光強度P0(n)と目標光強度refP0との差が目標光強度refP0(所定の目標レベル)の所定割合(1%)よりも小さいと判定された場合について説明する。この場合、光強度P0(n)が目標光強度refP0にほぼ収斂している状態なので、消光比を高精度に制御するために、図5に示すステップS20〜S34へ移行する。 Next, when it is determined in step S3 that the difference between the light intensity P 0 (n) and the target light intensity refP 0 is smaller than a predetermined ratio (1%) of the target light intensity refP 0 (predetermined target level). Will be described. In this case, since the light intensity P 0 (n) is almost converged to the target light intensity refP 0 , the process proceeds to steps S20 to S34 shown in FIG. 5 in order to control the extinction ratio with high accuracy.
まず、ステップS20において、第1及び第2の変化の比Ratioと、第1の所定値refRatio(=1.5)との大小を比較する。第1及び第2の変化の比Ratioが第1の所定値refRatio(=1.5)よりも大きい場合には、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ithよりも大きい状態であり、ステップS21〜S27に従ってバイアス電流Ibias及び変調電流Imodの微調整を行う。 First, in step S20, the magnitude of the ratio Ratio of the first and second changes and the first predetermined value refRatio (= 1.5) are compared. When the ratio Ratio of the first and second changes is larger than the first predetermined value refRatio (= 1.5), the bias current Ibias is larger than the threshold current value Ith, and according to steps S21 to S27. Fine adjustment of the bias current Ibias and the modulation current Imod is performed.
すなわち、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ithよりも大きいので、まずバイアス電流IbiasをΔI(前述したΔIbiasよりも小さいことが好ましい)だけ減少させるように、バイアス電流量制御信号Sbを生成する(ステップS21)。そして、バイアス電流Ibias減少後の光強度P0(n+1)を検出し(ステップS22)、この光強度P0(n+1)と前の光強度P0(n)との差ΔP0(n+1)を算出する(ステップS23)。なお、この差ΔP0(n+1)はバイアス電流IbiasをΔIだけ減少して求めた数値なので、この差ΔP0(n+1)から第1の変化を算出するには−1を乗ずる。 That is, since the bias current Ibias is larger than the threshold current value Ith, first, the bias current amount control signal Sb is generated so as to decrease the bias current Ibias by ΔI (preferably smaller than ΔIbias described above) (step S21). ). Then, the light intensity P 0 (n + 1) after the decrease of the bias current Ibias is detected (step S22), and the difference ΔP 0 (n + 1) between the light intensity P 0 (n + 1) and the previous light intensity P 0 (n) is obtained. Calculate (step S23). Note that the difference ΔP 0 (n + 1) is a numerical value obtained by reducing the bias current Ibias by ΔI. Therefore, to calculate the first change from the difference ΔP 0 (n + 1), −1 is multiplied.
次に、変調電流Imodを2ΔIだけ増加させるように、変調電流量制御信号Smを生成する(ステップS24)。ここで、変調電流Imodの増加量をΔIの2倍としているのは、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ithよりも大きい状態なので、数式(6)及び(7)を考慮し、変調電流Imodをバイアス電流Ibiasに対して2倍の幅で変化させるためである。そして、変調電流Imod増加後の光強度P0(n+2)を検出し(ステップS25)、この光強度P0(n+2)と前の光強度P0(n+1)との差ΔP0(n+2)を算出する(ステップS26)。なお、この差ΔP0(n+2)は変調電流Imodを所定量2ΔIだけ増加して求めた数値なので、この差ΔP0(n+2)から第2の変化を算出するには1/2を乗ずる。 Next, the modulation current amount control signal Sm is generated so as to increase the modulation current Imod by 2ΔI (step S24). Here, the reason why the increase amount of the modulation current Imod is set to be twice as large as ΔI is that the bias current Ibias is larger than the threshold current value Ith. Therefore, the modulation current Imod is biased in consideration of the equations (6) and (7). This is because the current Ibias is changed with a width twice as large. Then, the light intensity P 0 (n + 2) after the modulation current Imod is increased is detected (step S25), and the difference ΔP 0 (n + 2) between the light intensity P 0 (n + 2) and the previous light intensity P 0 (n + 1) is obtained. Calculate (step S26). Note that the difference ΔP 0 (n + 2) is a numerical value obtained by increasing the modulation current Imod by a predetermined amount 2ΔI. Therefore, to calculate the second change from the difference ΔP 0 (n + 2), ½ is multiplied.
続いて、次の数式(12)を演算することにより、第1及び第2の変化の比Ratioを算出する(ステップS27)。
他方、ステップS20において、第1及び第2の変化の比Ratioが第1の所定値refRatio(=1.5)よりも小さい場合には、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ithよりも小さい状態であり、ステップS28〜S34に従ってバイアス電流Ibias及び変調電流Imodの微調整を行う。 On the other hand, if the ratio Ratio of the first and second changes is smaller than the first predetermined value refRatio (= 1.5) in step S20, the bias current Ibias is smaller than the threshold current value Ith. Then, the bias current Ibias and the modulation current Imod are finely adjusted according to steps S28 to S34.
すなわち、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ithよりも小さいので、まずバイアス電流IbiasをΔIだけ増加させるように、バイアス電流量制御信号Sbを生成する(ステップS28)。そして、バイアス電流Ibias増加後の光強度P0(n+1)を検出し(ステップS29)、この光強度P0(n+1)と前の光強度P0(n)との差ΔP0(n+1)を算出する(ステップS30)。なお、この差ΔP0(n+1)は、第1の変化を意味する。 That is, since the bias current Ibias is smaller than the threshold current value Ith, first, the bias current amount control signal Sb is generated so as to increase the bias current Ibias by ΔI (step S28). Then, the light intensity P 0 (n + 1) after the increase of the bias current Ibias is detected (step S29), and the difference ΔP 0 (n + 1) between the light intensity P 0 (n + 1) and the previous light intensity P 0 (n) is obtained. Calculate (step S30). The difference ΔP 0 (n + 1) means the first change.
次に、変調電流ImodをΔIだけ減少させるように、変調電流量制御信号Smを生成する(ステップS31)。ここでは、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ithよりも小さい状態なので、数式(9)及び(10)を考慮し、変調電流Imodをバイアス電流Ibiasに対して同じ割合で変化させている。そして、変調電流Imodの減少後の光強度P0(n+2)を検出し(ステップS32)、この光強度P0(n+2)と前の光強度P0(n+1)との差ΔP0(n+2)を算出する(ステップS33)。なお、この差ΔP0(n+2)は変調電流ImodをΔIだけ減少して求めた数値なので、この差ΔP0(n+2)から第2の変化を算出するには−1を乗ずる。 Next, the modulation current amount control signal Sm is generated so that the modulation current Imod is decreased by ΔI (step S31). Here, since the bias current Ibias is smaller than the threshold current value Ith, the modulation current Imod is changed at the same ratio with respect to the bias current Ibias in consideration of the equations (9) and (10). Then, the light intensity P 0 (n + 2) after the decrease of the modulation current Imod is detected (step S32), and the difference ΔP 0 (n + 2) between the light intensity P 0 (n + 2) and the previous light intensity P 0 (n + 1). Is calculated (step S33). Note that this difference ΔP 0 (n + 2) is a numerical value obtained by reducing the modulation current Imod by ΔI. Therefore, to calculate the second change from this difference ΔP 0 (n + 2), −1 is multiplied.
続いて、次の数式(13)を演算することにより、第1及び第2の変化の比Ratioを算出する(ステップS34)。
以降、ステップS27またはS34によって算出された変化の比Ratioに基づいて、ステップS2以降の動作を繰り返すことにより、バイアス電流Ibias及び変調電流Imodが制御される。 Thereafter, the bias current Ibias and the modulation current Imod are controlled by repeating the operations after step S2 based on the change ratio Ratio calculated in step S27 or S34.
図6(a)〜図6(c)及び図7(a),(b)は、本実施形態によるレーザ駆動回路1aの動作例として、各信号の動きを示すグラフである。また、図8(a)〜図8(c)及び図9(a),(b)は、それぞれ、図6(a)〜図6(c)及び図7(a),(b)に示したグラフの0単位時間から1000単位時間までを拡大して示すグラフである。図6(a),図8(a)は変調電流Imodを、図6(b),図8(b)はバイアス電流Ibiasを、図6(c),図8(c)は消光比(図2のPH/PL)を、図7(a),図9(a)は平均光強度P0を、図7(b),図9(b)は第1及び第2の変化の比Ratioをそれぞれ示している。なお、ここでいう単位時間とは一制御ルーチンに要する時間であり、このようなルーチンでは、A/D変換器の変換時間で決まることが多く、たとえばこの変換時間(≒単位時間)を100マイクロ秒間隔とした場合、1000単位時間はおおよそ100ミリ秒となる。
FIGS. 6A to 6C and FIGS. 7A and 7B are graphs showing the movement of each signal as an operation example of the
これらのグラフにおいては、バイアス電流Ibias及び変調電流Imodの初期値を0[mA]とし、800単位時間までは一定の目標光強度に到達するまでの動作を示し、それ以降は2400単位時間までは目標光強度が変化したときの追従特性を示すために、400単位時間毎に目標光強度refP0を変更しており、2400単位時間以降では200単位時間毎に目標光強度refP0を変更している。そして、図6(a)〜図6(c)及び図7(a),(b)には、このような目標光強度refP0の変更に追随して、変調電流Imod、バイアス電流Ibias、消光比PH/PL、平均光強度P0、並びに第1及び第2の変化の比Ratioが収束する様子が示されている。 In these graphs, the initial values of the bias current Ibias and the modulation current Imod are set to 0 [mA], and the operation until reaching a constant target light intensity is shown up to 800 unit time, and thereafter up to 2400 unit time. In order to show the following characteristics when the target light intensity changes, the target light intensity refP 0 is changed every 400 unit hours, and after 2400 unit hours, the target light intensity refP 0 is changed every 200 unit hours. Yes. And, FIG. 6 (a) ~ FIG 6 (c) and FIG. 7 (a), (b) , following the change of such target light intensity REFP 0, the modulation current Imod, the bias current Ibias, quenching A state in which the ratio PH / PL, the average light intensity P 0 , and the ratio Ratio of the first and second changes converge is shown.
動作開始から1000単位時間までを拡大した図8(a)〜図8(c)及び図9(a),(b)を参照すると、本実施形態に係るレーザ駆動回路1aでは、図8(b)に示すように先ずバイアス電流Ibiasを増加させている(図4のステップS6に相当)。これにより、図9(a)に示すように50単位時間までに平均光強度P0を目標光強度refP0(本例では約1.2mW)に到達させている。その後、500単位時間までは、光強度P0(図9(a))をほぼ一定に保ちながら、(図5のステップS20以降にあるように)第1及び第2の変化の比Ratio(図9(b))が1.5に近づくようにバイアス電流Ibias及び変調電流Imodを制御することで(図5のステップS21〜S34に相当)消光比PH/PL(図8(c))をほぼ一定に保っている。
Referring to FIGS. 8 (a) to 8 (c) and FIGS. 9 (a) and 9 (b), which are enlarged from the start of operation to 1000 unit time, in the
なお、本実施形態のレーザ駆動回路1aにおいては、光強度P0と目標光強度refP0との差分ΔP0(n)、及び第1及び第2の変化の比Ratioの精度が重要となる。これらの精度良く得るためには、例えば、A/D変換部16a(図1)の変換精度を高めるとよく、たとえば、変換ビット数を増やしたり、平均化処理を施したり、あるいは、一旦系が安定した後には、現在の光強度P0(n)を検知する間隔を長くするなどの手法をとることが望ましい。また、上述した動作例では、バイアス電流Ibiasを閾値電流値Ithの近傍へ制御するための変化量ΔIbias(図4のステップS6,S7参照)、及びΔImod(図4のステップS11,S12参照)を固定値としている。これらの変化量ΔIbias及びΔImodを状況に応じて変化してもよく、例えば第1及び第2の変化の比Ratioと第1の所定値refRatioとの差が大きい場合などに、変化量ΔIbias及びΔImodをより大きくして、バイアス電流Ibias及び変調電流Imodの収斂速度を早めることできる。なお、上述の動作例では、ΔIbias及びΔImodをそれぞれ500[μA]とした。また、第1及び第2の変化の比Ratioを求める際のΔI(図5のステップS21,S24,S28,及びS31参照)を50[μA]とした。
In the
本実施形態に係るレーザ駆動回路1a及びレーザ駆動方法によれば、バイアス電流IbiasがLD18の閾値電流値Ithより小さい場合には、上述した数式(11)において示したように、第1及び第2の変化の比Ratioは或る値(理論上は1)となる。また、バイアス電流IbiasがLD18の閾値電流値Ithより大きい場合には、上述した数式(8)において示したように、第1及び第2の変化の比Ratioは或る別の値(理論上は2)となる。従って、バイアス電流IbiasがLD18の閾値電流値Ithの近傍であれば、第1及び第2の変化の比Ratioはこれらの間の値となる。
According to the
このように、本実施形態のレーザ駆動回路1a及びレーザ駆動方法においては、制御部5が、第1及び第2の変化の比Ratioを求め、この比Ratioが第1の所定値(すなわち、前述した各値の間の値)に近づくようにバイアス電流Ibias及び変調電流Imodを増減させるので、通常の光出力動作時においても、試験的に電流を設定することなく、温度により変動した閾値電流値Ith近傍にバイアス電流Ibiasを設定できる。また、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ith付近で安定するので、変調電流Imodを光電流Imonに基づいて制御できる。また、第1及び第2の変化の比Ratioは、バイアス電流I biasと閾値電流値Ithとの大小関係によってその値が定まり、スロープ効率ηの光強度に依存した変動には殆ど影響されない。発光強度に応じてスロープ効率ηが変動する場合でも、変調電流Imodを精度よく制御できる。
Thus, in the
また、制御部5は、第1及び第2の変化の比Ratioが第1の所定値refRatioに近づくようにバイアス電流Ibias及び変調電流Imodを増減させる制御(図5のステップS20〜S34)を、現在の光強度P0(n)と目標光強度refP0との差が所定範囲内である場合(図4のステップS3のN分岐)に行うことが好ましい。このように、光強度P0(n)が目標光強度refP0付近で安定している状態で比Ratioを第1の所定値refRatioに近づける制御を行うことにより、バイアス電流Ibiasを閾値電流値Ith付近に安定的に近づけることができる。
Further, the
また、制御部5は、平均光強度P0と目標光強度refP0との差が所定範囲外である場合(図4のステップS3のY分岐)に、比Ratioと第1の所定値refRatioとの差が第2の所定値(例えば0.1)よりも小さいとき(図4のステップS4のN分岐)には変調電流Imodを制御し、第2の所定値よりも大きいとき(図4のステップS4のY分岐)にはバイアス電流Ibiasを制御することが好ましい。
Further, when the difference between the average light intensity P 0 and the target light intensity refP 0 is outside the predetermined range (Y branch in step S3 in FIG. 4), the
LD18の光強度P0(n)と目標光強度refP0との差が所定範囲外である場合には、まず、光強度P0(n)を目標光強度refP0に近づけることが好ましい。このような場合に、比Ratioと第1の所定値refRatioとの差が比較的小さければ(すなわち、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ith近傍の値であれば)、バイアス電流Ibiasが既に設定されている状態にあるので変調電流Imodを増減させる。逆に、比Ratioと第1の所定値refRatioとの差が比較的大きければ(すなわち、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ith近傍から外れている状態であれば)、バイアス電流Ibiasを増減させる。このように、比Ratioの値に応じてバイアス電流Ibias及び変調電流Imodの制御を個別に行うことにより、バイアス電流Ibiasを閾値電流値Ithの近傍に制御しつつLD18の光強度P0(n)を目標光強度refP0に好適に近づけることができる。
When the difference between the light intensity P 0 (n) of the
なお、上述したレーザ駆動回路1a及びレーザ駆動方法においては、変調信号Smodのマーク率を1/2として説明したが、マーク率が1/2から変化した場合でも、上述したレーザ駆動方法は有効である。例えば、マーク率が1/2より大きい場合には、マーク率に応じて光強度が大きくなるが、データ変化検出部4によって検出されたマーク率に基づいて第1の所定値RefRatioを式(8)、式(11)に示される間の値になるように、補正するとよい。
In the
また、バイアス電流Ibiasが閾値電流値Ithのごく近傍に高精度に維持されるので、バイアス電流Ibiasの経時変化を観察することにより、LD18の閾値電流値Ithの変化を観察することもできる。レーザ素子は、その動作時間に応じて閾値電流値Ithが変化する(一般的には、閾値電流値Ithが増加して発光効率が劣化する)。また、LD18の閾値電流値Ithは、温度にも依存する。従って、バイアス電流Ibias、動作時間、及び温度を記憶部13に記録し、或いは外部通信回路14を介してレーザ駆動回路1aの外部に取り出すことにより、長期的な閾値電流値Ithの変動を観測することが可能となる。
In addition, since the bias current Ibias is maintained with high accuracy in the very vicinity of the threshold current value Ith, the change in the threshold current value Ith of the
また、LD18のスロープ効率ηも容易に観察することができる。すなわち、図5に示したステップS26及びS33により、変調電流Imodの所定量ΔI(または2ΔI)の変化に対する光強度P0(n)の変化量ΔP0(=P0(n+1)−P0(n))を演算している。バイアス電流Ibiasは閾値電流値Ithの近傍に高精度に制御されているので、この変化量ΔP0は、まさにLD18のスロープ効率ηを示す数値となる。従って、この変化量ΔP0を動作時間やLD18の温度と共に取得することにより、スロープ効率ηの温度特性や経時変化を観測することが可能となる。
Further, the slope efficiency η of the
さらに、これら閾値電流値Ithならびスロープ効率ηの経時変化からレーザ素子の劣化を判定しアラームを出すことで、LDの寿命を推定することができ、このLDを用いたモジュールの交換が可能となる。 Furthermore, the life of the LD can be estimated by judging the deterioration of the laser element from the change over time of the threshold current value Ith and the slope efficiency η, and issuing an alarm, and the module using the LD can be replaced. .
また、バイアス電流Ibias、変調電流Imodは帰還制御の初期値としてそれぞれ0mAに設定されている。そして、上述したように、初期値が0mAであっても光強度P0は目標光強度refP0に収斂する。従って、従来のレーザ駆動回路のように、レーザ素子温度に応じたバイアス電流Ibias、変調電流Imodの初期値を予め記憶しておくことは不要である。信号光Paの出力中にレーザ素子の温度が変動したとしても、変動後の温度における閾値電流値Ithの近傍にバイアス電流Ibiasが収斂し、このバイアス電流Ibiasのもとで所定の目標光強度refP0を実現する変調電流Imodが自動的に決定される。従って、レーザ駆動回路1aにおいては、従来のレーザ駆動回路に対して一般的に行われていた初期設定、すなわちレーザ素子の閾値電流値Ith及びスロープ効率ηの温度特性を予め測定しておき、その温度特性をメモリに記憶させておくような初期設定が不要となる。レーザ駆動回路1aでは、目標光強度refP0や第1の所定値refRatioといった幾つかのパラメータのみ記憶しておけばよく、またこれらのパラメータは制御ループを安定化させるためのものであり、レーザ素子温度特性には依存しない。つまり、本駆動方式により非常に簡素な調整で光モジュールを製造することができることとなる。
The bias current Ibias and the modulation current Imod are set to 0 mA as initial values for feedback control. As described above, even if the initial value is 0 mA, the light intensity P 0 converges to the target light intensity refP 0 . Therefore, it is not necessary to store in advance the initial values of the bias current Ibias and the modulation current Imod corresponding to the laser element temperature as in the conventional laser drive circuit. Even if the temperature of the laser element changes during the output of the signal light Pa, the bias current Ibias converges in the vicinity of the threshold current value Ith at the changed temperature, and a predetermined target light intensity refP is generated under the bias current Ibias. The modulation current Imod that realizes 0 is automatically determined. Therefore, in the
一方、閾値電流Ithならびにスロープ効率ηを自己算出できる。これらデータを温度とともに保存しルックアップテーブルとすることで、電源投入時の温度からバイアス電流値Ibiasならび変調電流値Imodの制御初期値を算出し、制御ループをより高速に収斂させることもできる。 On the other hand, the threshold current Ith and the slope efficiency η can be calculated. By storing these data together with the temperature and creating a lookup table, it is possible to calculate the control initial value of the bias current value Ibias and the modulation current value Imod from the temperature at the time of power-on, and to converge the control loop at a higher speed.
(変形例)
図10は、上記実施形態の一変形例に係るレーザ駆動回路1bの構成を示すブロック図である。なお、図10においては、上記実施形態の構成(図1)と重複する部分を適宜省略して図示している。本変形例と上記実施形態との相違点は、制御部5の機能の一部がアナログ回路として分離構成されている点である。
(Modification)
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a
すなわち、本変形例のレーザ駆動回路1bは、電流電圧変換部3と制御部5との間に接続された第2の制御部6を更に備える。第2の制御部6は、電流電圧変換部3からの光量信号Smonに基づいて、その時間変化を示す信号Sdt、および目標レベルとの差を示す信号Sdiffを演算するためのアナログ回路である。
That is, the
具体的には、第2の制御部6は、積分器61と、サンプル/ホールド(S/H)回路62と、増幅器63及び64とを有する。積分器61は、光量信号Smonの平均値Saveを生成する。本変形例の積分器61は、例えば、増幅器と、該増幅器に並列に接続された容量素子および抵抗素子とを含むことができる。S/H回路62は、積分器61の出力Saveを所定時間だけ制御部5からのタイミング信号をトリガーとしてホールドするための回路である。
Specifically, the
増幅器63は、信号Saveの時間変化量Sdtを生成する。増幅器63は、現在の光量信号Saveと、S/H回路62に前回のトリガ信号に同期して保持されている信号Saveとの差(すなわち、所定時間の経過に応じた平均光量信号Saveの変化分)を示す信号Sdtを生成し、これをA/D変換部16bを介してデジタル信号Ddtに変換した後、制御部5へ提供する。
The
増幅器64は、光量信号Smonの平均値と所定の目標レベルとの差を示す信号Sdiffを演算する。増幅器64は、現在の光量信号Saveと、目標レベル信号Srefとの差(すなわち、現在の平均光強度P0と目標光強度refP0との差)を示す信号Sdiffを生成し、これをA/D変換部16cを介してデジタル信号Ddiffに変換した後、制御部5へ提供する。
The
レーザ駆動回路は、本変形例のように、制御部の処理(図4、図5参照)の一部をアナログ回路により演算してもよい。すなわち、本変形例では、所定時間の経過に応じた光量信号Saveの変化分(信号Sdt)を第2の制御部6が演算するので、制御部5は、図5に示したステップS23、S26、S30、及びS33を省略することができる。また、同様に現在の光強度P0と目標光強度refP0との差(信号Sdiff)を第2の制御部6が演算するので、制御部5は、図4に示したステップS3における演算を省略することができる。これにより、A/D変換部へは差信号が入力され、結果としてA/D変換に必要なビット数を減らすことができ、A/D変換部の回路規模を縮小することができる。
As in the present modification, the laser drive circuit may perform a part of the processing of the control unit (see FIGS. 4 and 5) using an analog circuit. That is, in the present modification, the
本発明によるレーザ駆動回路またはレーザ駆動方法は、上記した実施形態および変形例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では電流電圧変換部からのアナログ信号である光量信号をそのままの状態でA/D変換して制御部へ入力しているが、通信レートが速い場合には、図10に示した積分器61のような平均化回路を電流電圧変換部とA/D変換部との間に接続するとよい。
The laser driving circuit or the laser driving method according to the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, the light amount signal, which is an analog signal from the current-voltage conversion unit, is A / D converted and input to the control unit as it is, but when the communication rate is fast, it is shown in FIG. An averaging circuit such as the
1a,1b…レーザ駆動回路、2…駆動電流生成部、3…電流電圧変換部、4…データ変化検出部、5…制御部、6…第2の制御部、11…電源投入検出部、12…温度検出部、13…記憶部、14…外部通信回路、15a〜15c…D/A変換部、16a〜16c…A/D変換部、18…LD、19…PD、21…電流源、22…変調回路、23…バイアス電流源、61…積分器、62…S/H回路、63,64…増幅器、Ibias…バイアス電流、Id…駆動電流、Imod…変調電流、Imon…光電流。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記駆動電流を前記レーザ素子へ供給する駆動電流生成部と、
前記駆動電流に含まれる前記バイアス電流及び前記変調電流を前記光電流に基づいて制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記バイアス電流の変化に対する前記光電流の変化を求め第1の変化とし、前記変調電流の変化に対する前記光電流の変化を求め第2の変化とし、前記第1及び第2の変化の比を1より大きく2より小さい第1の所定値とするように前記バイアス電流及び前記変調電流を増減させることを特徴とする、レーザ駆動回路。 A laser drive circuit that supplies a drive current including a bias current and a modulation current to a laser element to generate signal light, and controls the drive current based on a photocurrent from a light receiving element that monitors the signal light;
A drive current generator for supplying the drive current to the laser element;
A control unit that controls the bias current and the modulation current included in the drive current based on the photocurrent, and
The controller is
The change in the photocurrent with respect to the change in the bias current is obtained as a first change, the change in the photocurrent with respect to the change in the modulation current is obtained as a second change, and the ratio of the first and second changes is 1 A laser driving circuit, wherein the bias current and the modulation current are increased or decreased so as to be a first predetermined value that is larger and smaller than 2 .
前記差が所定範囲外である場合に、前記第1及び第2の変化の比と前記第1の所定値との差の絶対値が第2の所定値よりも小さいときには前記変調電流を増減させ、前記第1及び第2の変化の比と前記第1の所定値との差の絶対値が前記第2の所定値よりも大きいときには前記バイアス電流を増減させることを特徴とする、請求項1に記載のレーザ駆動回路。 The controller performs an operation of setting a ratio between the first change and the second change as a first predetermined value when a difference between the photocurrent and a predetermined target value is within a predetermined range;
When the difference is out of a predetermined range, the modulation current is increased or decreased when the absolute value of the difference between the ratio between the first and second changes and the first predetermined value is smaller than a second predetermined value. , wherein the increase or decrease said bias current when the absolute value of the difference between the first and the ratio between the first predetermined value of the second change is greater than said second predetermined value, according to claim 1 The laser drive circuit according to 1.
前記バイアス電流の変化に対する前記信号光の強度の変化を求め第1の変化とし、前記変調電流の変化に対する前記信号光の強度の変化を求め第2の変化とし、前記第1及び第2の変化の比が1より大きく2より小さい第1の所定値に近づくように前記バイアス電流及び前記変調電流を増減させることを特徴とする、レーザ駆動方法。 A laser driving method in which a driving current including a bias current and a modulation current is supplied to a laser element to generate signal light, and the driving current is controlled based on a photocurrent from a light receiving element that monitors the intensity of the signal light. And
A change in the intensity of the signal light with respect to a change in the bias current is obtained as a first change, a change in the intensity of the signal light with respect to a change in the modulation current is obtained as a second change, and the first and second changes. The laser driving method is characterized in that the bias current and the modulation current are increased or decreased so as to approach a first predetermined value larger than 1 and smaller than 2 .
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