JP2004023657A - レーザ駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速バースト信号を取り扱うレーザ駆動制御装置において、レーザダイオードの光出力の安定した制御を行う。
【解決手段】レーザダイオードＬＤの光をモニタする受光素子ＰＤのモニタ出力レベルを検出する高速ピークホールド回路３と、高速ピークホールド回路３の検出出力と基準値とを比較する比較回路４と、比較回路４の比較出力に応じて、レーザ駆動回路１に供給する電流を制御する電圧制御回路５とを備えるとともに、レーザ駆動回路１に入力されるバースト信号の立ち上がりから一定時間Ｔを計測するタイマ回路６を備えている。前記電圧制御回路５は、前記一定時間Ｔの経過時点で、比較回路４の比較出力を取り込むようにされている。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バースト信号伝送用のレーザ駆動装置を制御するレーザ駆動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ（レーザダイオードという）の光出力パワーは温度等によって変動する。光出力パワーを一定にするために、レーザダイオードのバイアス電流を自動調節するＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路が使用されている。
従来のＡＰＣ回路は、入力バースト信号に対応してレーザダイオード発光素子から出射される光をフォトダイオードによりモニタし、モニタした受光電力のピーク値を、ピーク検出回路により求め、このピーク値に応じて、光出力パワーを一定にするように制御を行っている（特開２０００−３１５７６号公報など）。ただし、これらの信号の伝送速度は、数十から百数十Ｍｂｐｓ程度で、しかもバーストの長さは一定であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、データの通信速度が速くなると、図５に示すように、レーザダイオードの繰り返し発光周期ｔが短くなったり（１〜数ナノ秒のオーダー）、発光期間ｕが短くなったりする。
この高速化に、ＡＰＣ回路の動作が時間的に追従していけない状態が起こる。このため、レーザダイオードの光出力が十分制御できず、不安定になることがある。
【０００４】
ＡＰＣ回路の応答時間が長くても許容されれば、信号のＡ／Ｄ変換及びＤ／Ａ変換を行って、ソフトウェア制御処理をすることができることとなり、コスト面から好ましい。
そこで、本発明は、バースト信号伝送用のレーザ駆動装置において、安定した光出力パワーの制御ができるレーザ駆動制御装置を実現することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明のレーザ駆動制御装置は、レーザ発振素子の光をモニタする受光素子と、受光素子のモニタ出力レベルを検出するレベル保持回路と、レベル保持回路の検出出力と基準値とを比較する比較回路と、比較回路の比較出力に応じて、レーザ駆動回路に供給する電流を制御する制御回路とを備えるとともに、レーザ駆動回路に入力されるバースト信号の立ち上がりから一定時間Ｔを計測するタイマ回路を備えている。そして、前記制御回路は、前記一定時間Ｔの経過時点で、比較回路の比較出力を取り込むようにされている。
【０００６】
この構成によれば、受光素子のモニタ出力レベルを保持しておき、前記一定時間Ｔの経過時点で、基準値との比較の結果を判定するので、バースト信号のオンオフ周期や持続期間が短くても、また前記比較回路や制御回路の応答速度が遅くても、安定したレーザ発振の制御を行うことができる。
前記レベル保持回路が、ピークホールド回路の場合は、前記タイマ回路に設定される一定時間Ｔは、ピークホールド回路の立ち上がり時定数よりも長く、ピークホールド回路の立下り時定数よりも短い値に設定することが好ましい。
【０００７】
一定時間Ｔが、ピークホールド回路の立ち上がり時定数よりも短ければ、ピークホールド回路がモニタ出力レベルをホールドする前に判定してしまうこととなり、ピークホールド回路の立下り時定数よりも長ければ、バースト信号が終わってモニタ出力レベルのホールドされなくなった後に判定してしまうこととなり、いずれもモニタ出力レベルを正確に判定できなくなる。
前記レベル保持回路は、ボトムホールド回路である場合は、前記タイマ回路に設定される一定時間Ｔは、ボトムホールド回路の立ち下がり時定数よりも長く、ボトムホールド回路の立上がり時定数よりも短い値に設定することが好ましい。
【０００８】
また、本発明のレーザ駆動制御装置において、前記制御回路は、ソフトウェアを用いて電流制御処理を行うものであってもよい。受光素子のモニタ出力レベルを保持しておき、前記一定時間Ｔの経過時点で、基準値との比較の結果を判定するので、前記制御回路の応答速度の遅延は許容される。したがって、長い変換時間を要する安価なＡ／Ｄコンバータを使用し、演算時間のかかるソフトウェア処理を採用することができるので、部品点数を少なくしコストを下げることができる。
【０００９】
また、バーストの間隔が長くなっても、容易に制御電圧を保持できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明のレーザ駆動制御装置のブロック回路図である。
ＬＤ駆動回路１には、レーザダイオードＬＤをオンオフするためのバースト信号が入力される。バースト信号の１，０繰り返し周期をｔと書く。周期ｔは、１〜１０ナノ秒程度である。それと同時に、バリッド信号が入力される。バリッド信号は、バースト信号が存在する期間を示す信号であり、バースト信号が存在する直前に１になり、バースト信号が終了すると０となる信号である。
【００１１】
ＬＤ駆動回路１は、バースト信号に基づいて、レーザダイオードを駆動するための駆動電流信号を発生する。レーザダイオードの出力光は、この駆動電流信号で強度変調される。強度変調された光は、伝送用光ファイバ（図示せず）に入射される。
一方、フォトダイオードＰＤは、レーザダイオードの出射光をモニタしている。
【００１２】
フォトダイオードＰＤの出力電流は、電流−電圧変換回路２によって、電圧信号に置換される。電流−電圧変換回路２の具体例として、抵抗器からなる分圧器をあげることができる。
この電圧信号は高速ピークホールド回路３によってピークホールドされる。高速ピークホールド回路３の立ち上がり時間は、非常に速く、バースト信号の繰り返し周期ｔと同程度とする。立ち下がり時間は、１０μ秒から１００μ秒と、長くなっている。
【００１３】
図２（Ａ）に高速ピークホールド回路３の具体的な回路を示す。この高速ピークホールド回路３の立ち上がり時間は、内部の比較器３１の応答速度で決まるので、比較器３１を、高速トランジスタを用いて構成している。
高速ピークホールド回路３の出力電圧は、所定のヒステリシス特性を持つ比較回路４に入力され、基準電圧Ｖｒｅｆと比較される。比較の結果、
高速ピークホールド回路３の出力電圧＞基準電圧Ｖｒｅｆ
ならば、比較回路４からローレベルの電圧信号が出力され、
高速ピークホールド回路３の出力電圧＜基準電圧Ｖｒｅｆ
ならば、比較回路４からハイレベルの電圧信号が出力される。
【００１４】
電圧制御回路５は、タイマ回路６からのトリガ入力時に、比較回路４の出力電圧レベルのハイ／ローを判定し、その判定結果に応じて、ＬＤ駆動回路１に、光出力アップ／ダウン信号を供給する。すなわち、比較回路４の出力電圧レベルが低い場合は、ＬＤ駆動回路１に、光出力ダウン信号を供給し、比較回路４の出力電圧レベルが高い場合は、ＬＤ駆動回路１に、光出力アップ信号を供給する。
図３は、レーザダイオードの光出力特性図であり、入力電圧に対して光出力の勾配などが、温度に応じて変動することを示している。バースト信号のバイアス電圧の０に対応する値をＶＢ，１に対応する値をＶＭで表す。
【００１５】
電圧制御回路５は、バースト信号のバイアス電圧レベルを下げるときは、バイアス電圧ＶＢ，ＶＭを下げる。バイアス電圧レベルを上げるときは、バイアス電圧ＶＢ，ＶＭを上げる。これらのバイアス電圧ＶＢ，ＶＭの変化量の情報は、光出力アップ信号や光出力ダウン信号の中に入っている。バイアス電圧ＶＢ，ＶＭは変化するごとにメモリに記憶され、次に変化するまではこの値が使用される。
ＬＤ駆動回路１は、光出力ダウン信号を受けた場合、バースト信号のバイアス電圧レベルを下げ、光出力アップ信号を受けた場合、バースト信号のバイアス電圧レベルを上げる。
【００１６】
ここで、電圧制御回路５にトリガを与えるタイマ回路６について説明する。タイマ回路６は、バリッド信号の立ち上がりから一定の遅延時間Ｔを計測し、遅延時間Ｔ経過時点でトリガ信号を出力する回路である。このタイマ回路６は、単安定マルチバイブレータあるいはカウンタなどによって構成することができる。
図４は、レーザ駆動制御装置各部の電圧波形図である。
ａはＬＤ駆動回路１に供給されるバースト信号の波形を示す。ｂはバリッド信号の波形を示す。
【００１７】
ｃはフォトダイオード出力信号の波形を示す。レーザダイオード及びフォトダイオードの応答性によって、バースト信号波形と比べて若干なまっている。
ｄは高速ピークホールド回路３の出力信号の波形を示す。波形の立ち上がりは極めて速く、立下りは緩やかである。
ｅは、タイマ回路６の出力信号の波形を示す。バリッド信号の立ち上がりから一定時間Ｔを計測している。
【００１８】
ｆは、比較回路４の出力信号の波形を示す。
ｇは、電圧制御回路５の出力信号の波形を示す。タイマ回路６の出力信号波形の立ち下がり時をきっかけとして、比較回路４の出力電圧レベルのハイ／ローを判定し、その判定結果に応じて、光出力アップ／ダウン信号を供給している。
図４の場合は、高速ピークホールド回路３のピーク出力が基準電圧Ｖｒｅｆよりも高いので、比較回路４の出力は低くなっている。このため、電圧制御回路５の出力信号は、ダウン信号となっている。
【００１９】
これとは反対に、高速ピークホールド回路３のピーク出力が基準電圧Ｖｒｅｆよりも低ければ、タイマ回路６の出力信号波形の立ち下がり時の、比較回路４の出力は高くなり、電圧制御回路５からは、アップ信号が出力される。
本発明では、前記比較回路４、電圧制御回路５の応答速度は、バースト信号の繰り返し周期ｔほど速くなくてもよい。これは、タイマ回路６で一定時間Ｔを計測し、一定時間Ｔの経過時点で、比較回路４の出力を判定することとしているからである。
【００２０】
一定時間Ｔは、高速ピークホールド回路３の立ち上がり時定数よりも長く、高速ピークホールド回路３の立下り時定数よりも短い値に設定することが好ましい。高速ピークホールド回路３の立ち上がり時定数よりも短ければ、高速ピークホールド回路３が立ち上がる前にフォトダイオード出力を判定してしまうこととなり、フォトダイオード出力を正確に判定できなくなる。高速ピークホールド回路３の立下り時定数よりも長ければ、バースト信号が終わってフォトダイオード出力がホールドされなくなった後にフォトダイオード出力を判定してしまうこととなり、これもフォトダイオード出力を正確に判定できなくなる。
【００２１】
ここでバイアス電圧レベルの初期設定動作について説明する。電圧制御回路５は、環境温度測定機能を持っている。それとともに、環境温度とバイアス電圧最適レベルとの関係をメモリに記憶している。
電圧制御回路５は、電源投入時、環境温度を測定して、その温度に応じたＶＢ，ＶＭの最適値を初期設定する。このように、バイアス電圧レベルの初期設定をすることにより、レーザダイオードの光出力を速く安定させることができる。
【００２２】
なお、電圧制御回路５は、温度データを保持する不揮発性メモリを持つことが好ましい。これによれば、電源投入時、バイアス電圧レベルの初期設定値に、前回のバイアス電圧レベル変化量を加算して、使うことができる。この加算の操作により、レーザダイオードの光出力をより速く安定させることができる。また、加算操作により光出力を安定させているので、個々の温度データを保持する必要がない。
【００２３】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、高速ピークホールド回路３に代えて、図２（Ｂ）に示す高速ボトムホールド回路を用いてもよい。
また、ソフトウェアを用いて電流制御処理を行うことも考えられ、部品点数の削減ができる。本件では、高速ピークホールド回路のたち下がり時間は長くなっているので、長い変換時間を要する安価なＡ／Ｄコンバータを使用することができる。Ａ／Ｄコンバータによりディジタル化された値は、ソフトウェアで構成された比較器で電圧制御を施され、演算処理の結果はメモリに記録された上で、Ｄ／Ａコンバータやディジタル制御抵抗器などでバイアス電圧ＶＢ，ＶＭに変換され、ＬＤ駆動回路に供給される。その他本発明の範囲内において、種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザ駆動制御装置のブロック回路図である。
【図２】高速ピークホールド回路（Ａ）、及び高速ボトムホールド回路（Ｂ）の具体的回路図である。
【図３】レーザダイオードの光出力特性図である。
【図４】レーザ駆動制御装置各部の電圧波形図である。
【図５】レーザダイオードの繰り返し発光周期ｔ、発光期間ｕを示す波形図である。
【符号の説明】
１　ＬＤ駆動回路
２　電流−電圧変換回路
３　高速ピークホールド回路
４　比較回路
５　電圧制御回路
６　タイマ回路

Claims (4)

1. レーザ発振素子の光をモニタする受光素子と、
   受光素子のモニタ出力レベルを検出するレベル保持回路と、
   レベル保持回路の検出出力と基準値とを比較する比較回路と、
   比較回路の比較出力に応じて、レーザ駆動回路に供給する電流を制御する制御回路と、
   レーザ駆動回路に入力されるバースト信号の立ち上がりから一定時間Ｔを計測するタイマ回路とを備え、
   前記制御回路は、前記一定時間Ｔの経過時点で、比較回路の比較出力を取り込むことを特徴とするレーザ駆動制御装置。
2. 前記レベル保持回路は、ピークホールド回路であり、前記タイマ回路に設定される一定時間Ｔは、ピークホールド回路の立ち上がり時定数よりも長く、ピークホールド回路の立下り時定数よりも短い値に設定されている請求項１記載のレーザ駆動制御装置。
3. 前記レベル保持回路は、ボトムホールド回路であり、前記タイマ回路に設定される一定時間Ｔは、ボトムホールド回路の立ち下がり時定数よりも長く、ボトムホールド回路の立上がり時定数よりも短い値に設定されている請求項１記載のレーザ駆動制御装置。
4. 制御回路は、ソフトウェアを用いて電流制御処理を行うものである請求項１、請求項２又は請求項３記載のレーザ駆動制御装置。

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