JP2582368B2 - 半導体レ−ザの発振波長安定化装置 - Google Patents
半導体レ−ザの発振波長安定化装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は半導体レーザをパルス電流により直接変調
してデジタル光信号を送信する装置において、そのパル
ス電流の変調により半導体レーザが温度上昇して発振波
長が変動するのを抑圧する半導体の発振波長安定化装置
に関する。
してデジタル光信号を送信する装置において、そのパル
ス電流の変調により半導体レーザが温度上昇して発振波
長が変動するのを抑圧する半導体の発振波長安定化装置
に関する。
「従来の技術」 高速の伝送速度を有するデジタル光伝送系において
は、単一モード光ファイバの波長分散と光源の発振波長
のスペクトル広がりとにより伝送後の波形に劣化が生じ
るため、中継間隔が制限される。このため光ファイバに
は低分散性が要求され、また光源には発振波長が単一で
狭スペクトルかつ変調によっても波長が安定であること
が要求される。この要求に答えるレーザとして高速直接
変調時も単一縦モードで発振するDFB（分布帰還形）レ
ーザ、DBR（分布反射形）レーザ等が開発され実用化さ
れている。
は、単一モード光ファイバの波長分散と光源の発振波長
のスペクトル広がりとにより伝送後の波形に劣化が生じ
るため、中継間隔が制限される。このため光ファイバに
は低分散性が要求され、また光源には発振波長が単一で
狭スペクトルかつ変調によっても波長が安定であること
が要求される。この要求に答えるレーザとして高速直接
変調時も単一縦モードで発振するDFB（分布帰還形）レ
ーザ、DBR（分布反射形）レーザ等が開発され実用化さ
れている。
このようなDFBレーザであっても直接変調時には活性
層内のキャリア密度の変動に対応した屈折率変動により
波長変動が生じ（チャーピング）、単一縦モードのスペ
クトルが僅かに広がる。例えば450Mb/sの高速変調時に
はスペクトル半値全幅はチャーピングにより0.1nm〜0.2
nm程度となり、ファイバの分散係数を18ps/km/nmとする
と中継間隔は70km〜140kmに制限される。
層内のキャリア密度の変動に対応した屈折率変動により
波長変動が生じ（チャーピング）、単一縦モードのスペ
クトルが僅かに広がる。例えば450Mb/sの高速変調時に
はスペクトル半値全幅はチャーピングにより0.1nm〜0.2
nm程度となり、ファイバの分散係数を18ps/km/nmとする
と中継間隔は70km〜140kmに制限される。
上記のチャーピングによるスペクトル広がりに加え
て、一般に半導体レーザは印加される変調電流により温
度変動を生じるため、この温度変動に対応した発振波長
の変動は避けられない。このためパルスが連続する部分
においては温度上昇により波長が長波長側にシフトし、
パルスが疎の部分においては短波長側に戻る結果とな
り、全パルスパターンの平均スペクトルに一層の広がり
を生じさせる。従って上記の中継間隔はさらにせばめら
れる。
て、一般に半導体レーザは印加される変調電流により温
度変動を生じるため、この温度変動に対応した発振波長
の変動は避けられない。このためパルスが連続する部分
においては温度上昇により波長が長波長側にシフトし、
パルスが疎の部分においては短波長側に戻る結果とな
り、全パルスパターンの平均スペクトルに一層の広がり
を生じさせる。従って上記の中継間隔はさらにせばめら
れる。
パルスが密のパターンにおける温度上昇によるDFBレ
ーザの波長変動の例を第３図、第４図に示す。これらは
12ビットのパルス連の例であり、第３図、第４図Ａは全
体の光波形であり、第３図、第４図は1.548μｍから順
次、長波長側に0.03nmの分解能の分光器により切り出し
た波形を示している。パルス連の最初のビット程、短波
長側で発振し、後方のビットになるほど温度上昇により
長波長側で発振していることを示している。このような
効果は第３図、第４図に示すようにバイアス電流を0.9
Ithから1.1 Ith（Ith:半導体レーザの発振しきい値電
流）に上昇させても改善効果が得られないという特徴を
有する。
ーザの波長変動の例を第３図、第４図に示す。これらは
12ビットのパルス連の例であり、第３図、第４図Ａは全
体の光波形であり、第３図、第４図は1.548μｍから順
次、長波長側に0.03nmの分解能の分光器により切り出し
た波形を示している。パルス連の最初のビット程、短波
長側で発振し、後方のビットになるほど温度上昇により
長波長側で発振していることを示している。このような
効果は第３図、第４図に示すようにバイアス電流を0.9
Ithから1.1 Ith（Ith:半導体レーザの発振しきい値電
流）に上昇させても改善効果が得られないという特徴を
有する。
一方、パルス電流の増加に対しては第４図に示すよう
に、印加電力が増大するため、最初のパルスと12ビット
目のパルスの中心波長の差は増加する。例えば変調電流
100mAでは約0.1nmの波長差を生じる。この点は、高出力
化により長中継間隔化を達成するうえで問題となる。ま
たこのような波長変動の特性から半導体レーザの熱の時
定数は10ns〜30nsの値であることがわかる。
に、印加電力が増大するため、最初のパルスと12ビット
目のパルスの中心波長の差は増加する。例えば変調電流
100mAでは約0.1nmの波長差を生じる。この点は、高出力
化により長中継間隔化を達成するうえで問題となる。ま
たこのような波長変動の特性から半導体レーザの熱の時
定数は10ns〜30nsの値であることがわかる。
第５図はこのような波長変動による受信レベル劣化量
の計算結果と実験結果を示しており、温度変動による波
長変動が0.1nmの場合、100kmの伝送で約0.5dBの受信レ
ベル劣化が生じることがわかる。
の計算結果と実験結果を示しており、温度変動による波
長変動が0.1nmの場合、100kmの伝送で約0.5dBの受信レ
ベル劣化が生じることがわかる。
「問題点を解決するための手段」 この第１発明によると半導体レーザを冷やす冷却体が
設けられ、その冷却水は供給される電流値に応じて冷却
作用をなすものであり、その温度上昇率は半導体レーザ
のそれと等しいものとされている。その冷却体には電流
調節回路を通じて、半導体レーザに印加するパルス電流
のパルスパターンと同じパルスパターンの電流が供給さ
れ、半導体レーザの温度上昇分を相殺するような電流値
の電流パルスとされている。
設けられ、その冷却水は供給される電流値に応じて冷却
作用をなすものであり、その温度上昇率は半導体レーザ
のそれと等しいものとされている。その冷却体には電流
調節回路を通じて、半導体レーザに印加するパルス電流
のパルスパターンと同じパルスパターンの電流が供給さ
れ、半導体レーザの温度上昇分を相殺するような電流値
の電流パルスとされている。
このようにして冷却体の冷却作用により半導体レーザ
の直接変調による温度変動を無くすことになり、その半
導体レーザの発振波長が抑圧される。
の直接変調による温度変動を無くすことになり、その半
導体レーザの発振波長が抑圧される。
この第２発明によると半導体レーザを加熱する発熱体
が設けられ、その発熱体は供給され電流値に応じて発熱
作用をなすものであり、その温度上昇率は半導体レーザ
のそれと等しいものとされている。その発熱には電流調
節回路を通じて、半導体レーザに印加するパルス電流の
パルスパターンと逆極性のパルスパターンの電流が供給
され、半導体レーザの温度上昇分を相殺する電流値の電
流パルスとされている。半導体レーザに印加するパルス
電流のパルスパターンと同じパルスパターンの電流が符
号反転回路へ供給され、その各パルスの符号の極性が反
転されて電流調節回路へ供給される。
が設けられ、その発熱体は供給され電流値に応じて発熱
作用をなすものであり、その温度上昇率は半導体レーザ
のそれと等しいものとされている。その発熱には電流調
節回路を通じて、半導体レーザに印加するパルス電流の
パルスパターンと逆極性のパルスパターンの電流が供給
され、半導体レーザの温度上昇分を相殺する電流値の電
流パルスとされている。半導体レーザに印加するパルス
電流のパルスパターンと同じパルスパターンの電流が符
号反転回路へ供給され、その各パルスの符号の極性が反
転されて電流調節回路へ供給される。
このようにして発熱体の加熱作用により半導体レーザ
の直接変調による温度変動を無くすことになり、その半
導体レーザの発振波長が抑圧される。
の直接変調による温度変動を無くすことになり、その半
導体レーザの発振波長が抑圧される。
「第１実施例」 第１図はこの第１発明の実施例を示す。DFBレーザの
ような半導体レーザ11に、変調回路12からパルス変調電
流13が直接印加され、直接変調が行われ、その半導体レ
ーザ11からの光パルス出力は例えば単一モード光ファイ
バ14に入射される。
ような半導体レーザ11に、変調回路12からパルス変調電
流13が直接印加され、直接変調が行われ、その半導体レ
ーザ11からの光パルス出力は例えば単一モード光ファイ
バ14に入射される。
この第１発明においては半導体レーザ11を冷却する冷
却体15が設けられる。冷却体15は供給される電流の絶対
値に応じて冷却作用を行うものであり、例えばペルチエ
素子により構成される。変調回路12の出力パルス電流は
分岐されて電流調節回路16へ供給され、電流調節回路16
で適当な電流値とされ、半導体レーザ11へ印加するパル
ス電流のパルスパターンと同一のパルスパターンの電流
が冷却体15へ印加される。冷却体15の温度上昇率は半導
体レーザ11のそれと同一に選定されてある。
却体15が設けられる。冷却体15は供給される電流の絶対
値に応じて冷却作用を行うものであり、例えばペルチエ
素子により構成される。変調回路12の出力パルス電流は
分岐されて電流調節回路16へ供給され、電流調節回路16
で適当な電流値とされ、半導体レーザ11へ印加するパル
ス電流のパルスパターンと同一のパルスパターンの電流
が冷却体15へ印加される。冷却体15の温度上昇率は半導
体レーザ11のそれと同一に選定されてある。
変調回路12のパルス変調電流13による半導体レーザ11
の温度上昇分を反対に同一の速度で冷却させて温度変動
を相殺させるしくみである。このため冷却体15には半導
体レーザ11に印加されるパルス電流13と同一のパルスパ
ターンの電流を同時に印加される。このとき冷却体15と
半導体レーザ11の熱抵抗の差による両者の温度変化量の
差を零にするため冷却体15に印加する電流のピーク値を
電流調節回路16により予め調節する。このようにして変
調電流パルスパターンの変動に起因した波長変動は抑え
られ、光ファイバ14により安定に伝送される。
の温度上昇分を反対に同一の速度で冷却させて温度変動
を相殺させるしくみである。このため冷却体15には半導
体レーザ11に印加されるパルス電流13と同一のパルスパ
ターンの電流を同時に印加される。このとき冷却体15と
半導体レーザ11の熱抵抗の差による両者の温度変化量の
差を零にするため冷却体15に印加する電流のピーク値を
電流調節回路16により予め調節する。このようにして変
調電流パルスパターンの変動に起因した波長変動は抑え
られ、光ファイバ14により安定に伝送される。
「第２実施例」 第２図はこの第２発明の実施例を示し、第１実施例と
対応する部分には同一符号を付けてある。
対応する部分には同一符号を付けてある。
この第２発明によれば半導体レーザ11を加熱する発熱
体17が設けられる。発熱体17は供給される電流の絶対値
に応じて加熱作用を行うものであり、例えば抵抗線で構
成される。加熱体17の温度上昇率は半導体レーザ11のそ
れと等しく選定される。またこの例では変調回路12の出
力パルス電流は符号反転回路18を介して電流調節回路16
へ供給され、電流調節回路16の出力は発熱体17へ供給さ
れる。符号反転回路18はその各パルスの符号の極性を反
転させるものであり、従ってその入力と出力とでは電流
パルスパターンの疎密が反転される。
体17が設けられる。発熱体17は供給される電流の絶対値
に応じて加熱作用を行うものであり、例えば抵抗線で構
成される。加熱体17の温度上昇率は半導体レーザ11のそ
れと等しく選定される。またこの例では変調回路12の出
力パルス電流は符号反転回路18を介して電流調節回路16
へ供給され、電流調節回路16の出力は発熱体17へ供給さ
れる。符号反転回路18はその各パルスの符号の極性を反
転させるものであり、従ってその入力と出力とでは電流
パルスパターンの疎密が反転される。
このように構成されているため半導体レーザ11に印加
されるパルスパターンの疎の部分でパルスの密のパター
ンを発熱体17に印加して温度変動を相殺することにな
る。半導体レーザ11と発熱体17との温度上昇率を一致さ
せ熱抵抗の差は電流調節回路16により調節する。このよ
うにして変調電流のパルスパターンの変動に起因した波
長変動は抑えられ、光ファイバ14により安定に伝送され
る。
されるパルスパターンの疎の部分でパルスの密のパター
ンを発熱体17に印加して温度変動を相殺することにな
る。半導体レーザ11と発熱体17との温度上昇率を一致さ
せ熱抵抗の差は電流調節回路16により調節する。このよ
うにして変調電流のパルスパターンの変動に起因した波
長変動は抑えられ、光ファイバ14により安定に伝送され
る。
「発明の効果」 以上説明したようにこの発明の安定化装置によれば安
価な発熱体、あるいは冷却体と、変調電流を用いて簡単
に実現でき、温度変動による発振波長変動を無くすこと
ができる。
価な発熱体、あるいは冷却体と、変調電流を用いて簡単
に実現でき、温度変動による発振波長変動を無くすこと
ができる。
第１図はこの第１発明の実施例を示すブロック図、第２
図はこの第２発明の実施例を示すブロック図、第３図及
び第４図はそれぞれ温度変動による発振波長の変動例を
示す図、第５図はパルス変調電流と波長シフト量の関係
を示す図、第６図は温度変動による波長シフトによる受
信レベル劣化量の計算結果と実験結果の例を示す図であ
る。
図はこの第２発明の実施例を示すブロック図、第３図及
び第４図はそれぞれ温度変動による発振波長の変動例を
示す図、第５図はパルス変調電流と波長シフト量の関係
を示す図、第６図は温度変動による波長シフトによる受
信レベル劣化量の計算結果と実験結果の例を示す図であ
る。
Claims (2)
- 【請求項１】半導体レーザをパルス電流により直接変調
してデジタル光信号を送信する装置において、 上記半導体レーザの温度上昇率と等しい温度上昇率をも
ち、供給される電流値に応じて冷却作用をなし、上記半
導体レーザを冷やす冷却体と、 上記半導体レーザに印加するパルス電流のパルスパター
ンと同じパルスパターンの電流が供給され、上記半導体
レーザの温度上昇分を相殺するような電流値の電流パル
スを上記冷却体に印加する電流調節回路とを具備する半
導体レーザの発振波長安定化装置。 - 【請求項２】半導体レーザをパルス電流により直接変調
してデジタル光信号を送信する装置において、 上記半導体レーザの温度上昇率と等しい温度上昇率をも
ち、供給される電流値に応じて加熱作用をなし、上記半
導体レーザを加熱する発熱体と、 上記半導体レーザに印加するパルス電流のパルスパター
ンと同じパルスパターンの電流が供給され、その符号の
極性を反転する符号反転回路と、 その符号反転回路の出力電流パルスが供給され、上記半
導体レーザの温度上昇分を相殺するような電流値の電流
パルスを上記発熱体に印加する電流調節回路とを具備す
る半導体レーザの発振波長安定化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11219887A JP2582368B2 (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 半導体レ−ザの発振波長安定化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11219887A JP2582368B2 (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 半導体レ−ザの発振波長安定化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63276286A JPS63276286A (ja) | 1988-11-14 |
| JP2582368B2 true JP2582368B2 (ja) | 1997-02-19 |
Family
ID=14580714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11219887A Expired - Fee Related JP2582368B2 (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 半導体レ−ザの発振波長安定化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2582368B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005053122A1 (de) * | 2003-11-28 | 2005-06-09 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Wärmesenke für einen gepulsten laserdiodenbarren mit optimierter thermischer zeitkonstante |
| JP4957306B2 (ja) * | 2007-03-15 | 2012-06-20 | 住友電気工業株式会社 | 光送信器 |
| US20180041007A1 (en) * | 2015-05-27 | 2018-02-08 | Mitsubishi Electric Corporation | Temperature control circuit, transmitter, and temperature control method |
-
1987
- 1987-05-08 JP JP11219887A patent/JP2582368B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63276286A (ja) | 1988-11-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |