JP2003031893A - 半導体レーザ温度制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光出力を変化させても半導体レーザの発振波
長を正確に安定化でき、高密度に波長多重することがで
きる半導体レーザ温度制御回路を提供する。 【解決手段】 温度によって発振波長の変化する半導体
レーザ１の駆動電流１１やレーザ光出力の変化によって
発振波長が変動しても、常にこの駆動電流やレーザ光出
力の変化に応じて半導体レーザ１の設定温度が基準電圧
補正回路１５で補正されるため、発振波長の変動を抑え
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ温度
制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】波長多重伝送システムは、１本の光ファ
イバで複数の信号を同時に伝送することができるため、
大容量伝送を実現することができる。また、この伝送シ
ステムは、特に伝送路を変更することなく、波長数を増
加するだけで伝送容量を増加することができるため、経
済的な伝送システムとして実用化されている。

【０００３】この波長多重伝送システムを実現するため
には、決められた波長に光信号の送信波長が安定化され
た波長多重用光送信器と、これらの光信号を合波、ある
いは分波する光合分波器とが必要となる。

【０００４】しかしながら、送信光源として用いられる
半導体レーザは、温度によりその発振波長が変動するた
め（約０．１ｎｍ／℃）、高密度に波長多重するには、
常に温度を一定に制御する必要がある。

【０００５】図３は従来の半導体レーザの温度制御回路
のブロック図である。

【０００６】半導体レーザ（ＬＤ）１、半導体レーザ１
の温度を検出するためのサーミスタ２及び半導体レーザ
１の温度を制御するためのペルチェ素子３が一体化され
た半導体レーザモジュール４と、サーミスタ２で検出し
た温度を電圧に変換する温度電圧変換器５と、半導体レ
ーザ１の設定温度を決めるための基準電圧を発生する基
準電圧源６と、温度電圧変換器５からの検出電圧７と基
準電圧源６の基準電圧とを比較する比較器８と、比較器
８で比較して得られた誤差電圧９が零になるようにペル
チェ素子３への電流を制御するペルチェ素子駆動回路１
０とで構成されている。

【０００７】ペルチェ素子３は、印加する電流の方向を
切り替えることで冷却素子、あるいは加熱素子として機
能する素子である。

【０００８】このような構成において、半導体レーザ１
の温度は基準電圧に対応する温度になるように制御さ
れ、半導体レーザ１の駆動電流１１で駆動したときに半
導体レーザ１から出力される光信号１２の波長が安定す
るように制御される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に
示した従来の温度制御回路を用いると半導体レーザの発
振波長がわずかに変動する。

【００１０】図４は、一定の温度になるように制御され
た半導体レーザの駆動電流を変化させたときの発振波長
の測定結果を示す図であり、横軸が駆動電流（ＬＤ電
流）軸であり、縦軸が波長軸である。

【００１１】図４より、発振波長の変動は、約０．００
６ｎｍ／ｍＡの駆動電流依存性があることが分かる。光
送信器の光出力を変化させたり、光出力をＯＮ／ＯＦＦ
制御するために駆動電流を変化させたりすると、半導体
レーザの温度が一定になるように制御しても発振波長が
わずかに変動することになる。

【００１２】図３に示した温度制御のみの半導体レーザ
１は、発振多重における波長間隔のマージンを広く確保
する必要があり、高密度な波長多重には適用できなかっ
た。

【００１３】より高密度な波長多重を実現するために
は、半導体レーザモジュール４の出力光の一部を分岐し
て波長ロッカーと呼ばれる光フィルタ（図示せず。）を
用いて光波長をモニタし、この光波長が一定になるよう
に温度制御を行う必要があった。

【００１４】しかしながらこの方法は、光損失が増加
し、高価な波長ロッカーが必要になるという問題があっ
た。

【００１５】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、光出力を変化させても半導体レーザの発振波長を正
確に安定化でき、高密度に波長多重することができる半
導体レーザ温度制御回路を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、半導体レーザの温度をサーミスタで検出
し、半導体レーザの温度をペルチェ素子により制御する
ことにより半導体レーザの発振波長を一定に保つ半導体
レーザ温度制御回路において、サーミスタで検出した温
度を電圧に変換する温度電圧変換回路と、設定温度を決
めるための基準電圧を発生する基準電圧源と、半導体レ
ーザの駆動電流に応じて基準電圧に補正電圧を加える基
準電圧補正回路と、温度電圧変換器から出力される電圧
と基準電圧補正回路から出力される電圧とを比較してそ
の誤差電圧が零になるようにペルチェ素子の温度を制御
するペルチェ素子駆動回路とを備えたものである。

【００１７】上記構成に加え本発明の半導体レーザ温度
制御回路は、温度制御回路における基準電圧補正回路と
して、半導体レーザのモニタ光を受光するフォトダイオ
ードが用いられ、そのフォトダイオードのモニタ電流に
応じて補正電圧を加えるようにするのが好ましい。

【００１８】上記構成に加え本発明の半導体レーザ温度
制御回路は、基準電圧補正回路の補正係数が、半導体レ
ーザの駆動電流、あるいは光出力パワーによって変動す
る半導体レーザの発振波長の変動分をキャンセルするよ
うに補正係数が設定されるのが好ましい。

【００１９】本発明によれば、温度によって発振波長の
変化する半導体レーザの駆動電流やレーザ光出力の変化
によって発振波長が変動しても、常にこの駆動電流やレ
ーザ光出力の変化に応じて半導体レーザの設定温度が基
準電圧補正回路で補正されるため、発振波長の変動を抑
えることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００２１】図１は本発明の半導体レーザ温度制御回路
の一実施の形態を示すブロック図である。尚、図３に示
した部材と同様の部材には共通の符号を用いた。

【００２２】本半導体レーザ温度制御回路は、半導体レ
ーザ１、半導体レーザ１の温度を検出するサーミスタ２
及び半導体レーザ１の温度を制御するペルチェ素子３か
らなる半導体レーザモジュール４と、サーミスタ２で検
出した温度を電圧に変換する温度電圧変換器５と、半導
体レーザ１の設定温度を決めるための基準電圧を発生す
る基準電圧源６と、半導体レーザ１の駆動電流１１をモ
ニタする駆動電流モニタ回路１３と、駆動電流モニタ回
路１３からの検出電圧１４に応じて基準電圧源６の基準
電圧に補正電圧を加える基準電圧補正回路（補正回路）
１５と、温度電圧変換器５の検出電圧１６と補正回路１
５からの設定電圧１７とを比較する比較器８と、比較器
８で比較して得られた誤差電圧９が零になるようにペル
チェ素子３への電流を制御するためのペルチェ素子駆動
回路１０とで構成されている。

【００２３】この半導体レーザ温度制御回路は、サーミ
スタ２で検出した温度に対応する検出電圧１６と設定温
度に対応する設定電圧１７とを比較し、その誤差電圧９
が零になるようにペルチェ素子３に流れる電流をフィー
ドバック制御することにより、半導体レーザ１の温度を
設定温度に安定化させることができる。すなわち、半導
体レーザ１の温度は基準電圧に対応する温度になるよう
に制御され、駆動電流１１で駆動したときに半導体レー
ザ１から出力される光信号１２の波長が安定するように
制御される。

【００２４】補正回路１５は、数１式で表されるように
基準電圧を補正し、設定電圧１７を出力する。

【００２５】

【数１】Ｖｓｅｔ＝Ｖｒｅｆ＋Ｋ・Ｉ 但し、Ｖｓｅｔ：設定電圧１７ Ｖｒｅｔ：基準電圧源６の基準電圧 Ｋ：補正係数 Ｉ：半導体レーザ１の駆動電流１１ 尚、予め、半導体レーザ１の温度が一定になるように制
御したときの半導体レーザ１の駆動電流と発振波長との
関係を測定し、駆動電流１１に対する波長変動分がキャ
ンセルされるように補正係数Ｋを設定することにより、
光出力を変化させても、光出力をＯＮ／ＯＦＦするため
に駆動電流を変化させても出力光の波長を常に一定とす
ることができる。

【００２６】図２は本発明の半導体レーザ温度制御回路
の他の実施の形態を示すブロック図である。

【００２７】図１に示した実施の形態との相違点は、基
準電圧の補正を半導体レーザの駆動電流の代わりに、光
出力パワーモニタＰＤで検出したモニタ電流を用いて補
正する点である。

【００２８】すなわち、本半導体レーザ温度制御回路
は、半導体レーザ１、半導体レーザ１のモニタ光（主ビ
ームの発生と同時に主ビームの後方に出射される弱いレ
ーザ光）１２ａを受光して電気信号に変換するフォトダ
イオード１８、半導体レーザ１の温度を検出するサーミ
スタ２及び半導体レーザ１の温度を制御するペルチェ素
子３からなる半導体レーザモジュール４ａと、フォトダ
イオード１８からの電気信号より半導体レーザ１の出力
をモニタするモニタ回路１９と、サーミスタ２で検出し
た温度を電圧に変換する温度電圧変換器５と、半導体レ
ーザ１の設定温度を決めるための基準電圧を発生する基
準電圧源６と、半導体レーザ１のモニタ光の検出電圧２
０に応じて基準電圧に補正電圧を加える補正回路１５
と、温度電圧変換器５の検出電圧１６と補正回路１５か
らの設定電圧１７とを比較する比較器８と、比較器８で
比較して得られた誤差電圧９が零になるようにペルチェ
素子３への電流を制御するためのペルチェ素子駆動回路
１０とで構成されている。

【００２９】本半導体レーザ温度制御回路は、モニタ光
１２ａ用のフォトダイオード１８で得られた半導体レー
ザ１のモニタ光１２ａの光パワーに応じて補正電圧を発
生させるようになっている。

【００３０】半導体レーザ１は、駆動電流１１に応じて
光出力パワーが変化するため、図１に示した実施の形態
と同様に発振波長を安定化させることができる。

【００３１】以上において、本半導体レーザ制御回路
は、基準電圧補正回路を追加するだけで、発振波長の変
動を低減させることができるので、高価な波長ロッカー
を使用しなくても波長多重の際の波長間隔マージンを削
減し、高密度な波長が可能となる。１本の光ファイバに
より多くの波長を多重できるため、波長多重システムの
伝送コストを低減することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００３３】光出力を変化させても半導体レーザの発振
波長を正確に安定化でき、高密度に波長多重することが
できる半導体レーザ温度制御回路の提供を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザ温度制御回路の一実施の
形態を示すブロック図である。

【図２】本発明の半導体レーザ温度制御回路の他の実施
の形態を示すブロック図である。

【図３】従来の半導体レーザの温度制御回路のブロック
図である。

【図４】一定の温度になるように制御された半導体レー
ザの駆動電流を変化させたときの発振波長の測定結果を
示す図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザ ２ サーミスタ ３ ペルチェ素子 ４ 半導体レーザモジュール ５ 温度電圧変換器 ６ 基準電圧源 ８ 比較器 １０ ペルチェ素子駆動回路 １３ 駆動電流モニタ回路 １５ 補正回路 １８ フォトダイオード １９ モニタ回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザの温度をサーミスタで検出
   し、該半導体レーザの温度をペルチェ素子により制御す
   ることにより上記半導体レーザの発振波長を一定に保つ
   半導体レーザ温度制御回路において、上記サーミスタで
   検出した温度を電圧に変換する温度電圧変換回路と、設
   定温度を決めるための基準電圧を発生する基準電圧源
   と、上記半導体レーザの駆動電流に応じて上記基準電圧
   に補正電圧を加える基準電圧補正回路と、上記温度電圧
   変換器から出力される電圧と上記基準電圧補正回路から
   出力される電圧とを比較してその誤差電圧が零になるよ
   うに上記ペルチェ素子の温度を制御するペルチェ素子駆
   動回路とを備えたことを特徴とする半導体レーザ温度制
   御回路。
2. 【請求項２】 上記温度制御回路における基準電圧補正
   回路として、上記半導体レーザのモニタ光を受光するフ
   ォトダイオードが用いられ、そのフォトダイオードのモ
   ニタ電流に応じて補正電圧を加えるようにした請求項１
   に記載の半導体レーザ温度制御回路。
3. 【請求項３】 上記基準電圧補正回路の補正係数が、上
   記半導体レーザの駆動電流、あるいは光出力パワーによ
   って変動する上記半導体レーザの発振波長の変動分をキ
   ャンセルするように上記補正係数が設定された請求項１
   又は２に記載の半導体レーザ温度制御回路。