专利名称：光发送器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及采用光传输技术进行图像发送或移动体无线信号的传输等的光传输系统中的光发送器。
背景技术：
在多频道图像信号的传输或移动体通信等的无线传输系统的基站与天线之间的长距离传输等中，利用将频分复用的高频信号重叠于发光元件(例如激光)的光强度的光纤传输技术等。
但是，这样的光传输系统，具有作为表示所述频分复用信号等的模拟信号的传输质量的“失真特性”和“噪声特性”。
该光传输的失真特性和噪声特性的主要原因之一是激光的失真特性和相对信号噪声(Relative Intensity Noise，称作“RIN”)的特性。另一方面，该激光的失真特性或RIN特性与激光的“平均驱动电流”或高频信号的振幅(称作“高频信号振幅”)具有相关性是众所周知的。
因此，有必要进行激光的平均驱动电流的设定与重叠于该平均驱动电流的高频信号振幅的设定，以使失真特性和噪声特性不劣化。
例如，虽然增大“调制度”(即相对于激光的平均驱动电流的高频振幅的比)会使载波噪声比(Carrier to Noise Ratio，称作“CNR”)提高，但是激光的失真特性会劣化是众所周知的。因此，有必要适当设定调制度以使激光的失真特性与噪声特性尽可能不劣化。
另外，由于激光器遇高温时“斜度效率”(即相对激光器的驱动电流的光功率的变化率)会变小，所以在通常情况下，通过设置监视用的PD(Photo Diode)等并检测从其输出的监视器PD电流，同时采用控制电路将该“监视器PD电流”控制为恒定以将光功率保持一定(“APC控制(自动输出控制)”；AutomaticPower Control)。同时，由于该激光器的斜度效率变小，“高频信号振幅”下降从而‘调制度’也下降，所以有必要增大输入到激光器中的调制信号的强度(将其称为调制信号强度)(调制度控制)。
所述方法是有关模拟信号的激光调制的方法，而数字信号的调制方法也与此相同。另外，作为该数字信号的调制方法，例如，已知在进行APC控制以使光功率为恒定，同时为了不使消光比(即由调制器使透过光的强度变化时的透过光的强度的最大与最小之比)劣化而将数字信号振幅的控制相结合的调制方法等。
图8表示作为记载于专利文献1中的光发送器的调制方法。
该光发送器除激光器(LD)101和调制电路102以外，还设置APC(自动输出控制)电路104以使监视用受光元件(例如光敏二极管等，以下称作“监视器PD”)103的电流恒定，由此控制激光(LD)101的驱动电流。另一方面，为控制因温度变动而造成的“调制度”或“消光比”的劣化设置温度控制传感器105、温度控制电路106和冷却元件107。
所述的光发送器如遇高温则冷却元件107的冷却能力下降，激光器101的温度呈上升倾向。于是，已知如下的激光器，即，激光器101的附近设置温度传感器105检测激光器101附近的温度变化，并通过由温度控制电路106向调制电路102反馈，可以进行校正，以避免因激光器101的温度上升而造成的“调制度”或“消光比”的劣化。
这样，现有技术的激光的调制方式的温度变动对策一般采用具有佩尔蒂埃(Peltier)元件等的冷却元件的温度控制电路，或采用考虑到温度变化的影响的功率及调制度的控制是众所周知的。
但是，采用温度控制电路的方法除了需要采用昂贵的佩尔蒂埃等元件以外，还存在装置的耗电量变大的问题。另一方面，与考虑到温度变动的光功率和调制度控制相关的现有技术只是单纯以保持光功率恒定(APC控制)或保持光调制度一定(调制信号强度的控制)为目的，而没有考虑到激光器的失真特性或噪声特性的温度变化，所以不能完全消除高温时的特性劣化。
另外，在图像信号传输或移动装置和基站间通信等的模拟传输中，因为通过增大光信号功率，可进行远程传输而且可以增加光分歧数，所以要求增加平均驱动电流，尽量将光功率增大。
但是，该模拟信号传输中将光功率增大过多时，激光器的寿命变短所以就会发生不能超过需要而增大的情况。
另外，正如非专利文献1或专利文献2中的记载，作为激光器的失真特性与所述RIN的劣化原因之一，“驰豫振荡频率fr”(半导体激光固有振动频率)为公众所知。
即，在理论上，该驰豫振荡频率fr相对激光的驱动电流(偏流)Ib与阈值电流(激光开始激发所需电流)Ith有如下的关系fr∝[(Ib-Ith)/Ith]1/2因此，根据定义该驰豫振荡(relaxation oscillation)频率fr的式(1)，可以从数学关系上得知阈值电流Ith越大，或激光器的驱动电流Ib越小，则驰豫振荡频率fr越小。
但是，因为如果该驰豫振荡频率fr变小则载体(载波)信号频率接近驰豫振荡频率fr，从而失真特性与RIN特性劣化也为公众所知。但是，该驰豫振荡频率fr也有在很大程度上依赖与温度的一面。因此，激光器周围的温度有可能给失真特性和RIN特性造成不好的影响，可是现有技术的调制方式并没有考虑到该特性劣化的主要原因。
本发明针对上述问题，以提供在发光元件的周围的环境温度变为高温的情况下，可以抑制由于驰豫振荡而造成的发光元件的特性劣化的光发送器为目的。
专利文献1日本专利公开公报特开2001-156719号非专利文献IEEE Journal Of Selected Areas in CommunicationsVol。8，No7，pp1359-1364，1990专利文献2日本专利公开公报特开2003-224522号发明内容第一，本发明的光发送器具有输出被调制了光强度的信号光的发光元件，其中该光发送器包括所述发光元件附近的环境温度上升时使所述发光元件的平均光输出增大的控制装置。考虑温度变动的光功率与调制度控制的现有技术的方法，其目的仅是将光功率保持恒定(APC控制)，或者只是将光调制度保持恒定(调制信号强度的控制)。因此，例如如采用(半导体)激光器作为发光元件，则因为现有技术没有考虑到该激光器的“失真特性”或“噪声特性”的温度变化，所以不能完全消除高温时的特性劣化。但是本发明可以消除高温时的特性劣化。即，可以抑制在高温状态下由于“驰豫振荡”而造成的“失真特性”和“RIN特性”的劣化。
另外，第二，本发明的光发送器的所述控制装置控制所述发光元件的平均驱动电流。因此，不需要采用具有诸如现有技术的佩尔蒂埃元件(冷却元件)等昂贵的部件的温度控制电路(但是需要温度传感器及温度检测电路)，所以可以削减光发送器的消费电力。
另外，第三，本发明的光发送器的所述控制装置根据所述反光元件附近的环境温度控制所述平均驱动电流。因此，通过控制平均驱动电流使之比APC控制的平均驱动电流更大，以使激光器平均光功率(Power)随着温度升高而增加，可以抑制由驰豫振荡频率的下降而造成的失真特性和RIN特性的劣化。
另外，第四，本发明的光发送器的所述控制装置根据所述发光元件附近的环境温度的数据控制平均驱动电流。因此不需要监视器PD。
图1是表示本发明第一实施例的光发送器的主要结构的框图。
图2是表示本发明第一实施例的激光与现有技术的激光的光输出的温度依赖性的不同的图。
图3是表示本发明的第一实施例的激光和现有技术的激光的驰豫振荡频率的温度依赖性的不同的图。
图4是表示本发明的第一实施例的激光的斜度效率的温度依赖性的图。
图5是表示本发明的第一实施例的激光的阈值电流的温度依赖性的图。
图6是表示本发明的第一实施例的激光与现有技术的激光的驱动电流的温度依赖性的不同的图。
图7是表示本发明的第三实施例的平均驱动电流控制电路的构成的框图。
图8是表示现有技术的光发送器的大致构成的框图。
图9是表示现有技术的激光调制方法的驱动电流的温度依赖性的图。
图10是表示现有技术的激光调制方法的驰豫振荡频率的温度依赖性的图。
标号说明1 数据输入端口2 调制电路3 发光元件(半导体激光；LD)
4 监视器PD5 温度传感器6 温度检测电路7 平均驱动电流控制电路(控制装置)71 恒流电路72 可变电阻73 可变电阻(电压控制型)具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明的实施例。
(第一实施例)图1表示本发明的实施例的光发送器。该光发送器包括数据输入端口1、调制电路2、发光元件即半导体激光器(LD)3、监视器PD4、温度传感器5、温度检测电路6及平均驱动电流控制电路7。
半导体激光器3采用端面发光型，具体地说，采用法布里-泊罗(Fabry-Perot)型激光(FP-LD)，发射稳定的简单模式的相干光(coherent light)的分布反馈型激光(DFB)等也是可行的。
监视器PD4监视半导体激光器3的发光强度，接收端面发光的半导体激光器3的输出背面光，进行光电变换从而产生光电流(监视器PD电流)，同时将该监视器PD电流输入到平均驱动电流控制电路7。因此，该监视器PD4的输出连接于平均驱动电流控制电路7的输入。
温度传感器5检测到半导体激光器3的环境温度(周围温度)，则输出与该温度相应的电压，其输出连接于平均驱动电流控制电路7的输入。
温度检测电路6根据来自温度传感器5的电压信号向调制电路2及平均驱动电流控制电路7输出预定的检测信号，输入连接到温度传感器5的输出，同时其输出连接于调制电路2及平均驱动电流控制电路7的各个输入。
平均驱动电流控制电路7根据温度检测电路6的检测信号控制半导体激光器的平均驱动电流。在此情况下，进行电流控制，以使由监视器PD4输出的监视器PD电流，乃至半导体激光器3的平均驱动电流伴随半导体激光器(LD)3的周围温度上升而增加。根据监视器PD4的监视器PD电流与温度检测电路6的检测信号，将考虑到半导体激光器3周围的环境温度的预定平均驱动电流作为偏流Ib向半导体激光器(LD)3输出。
在此，为了确认本发明中所使用主要用语的定义等进行以下说明。
驱动电流(Ib)是指超过驱动半导体激光器3所需的阈值级别的电流(注入电流)。如果将调制信号电流重叠于激光驱动电流则可以得到振幅调制后的光信号。由此将调制信号重叠于激光驱动电流从而得到信号光的方法称为直接调制方法。
还有，在由平均驱动电流控制电路7输出的驱动电流之前添加“平均”的文字后称为“平均驱动电流”。在本发明中，着眼于环境温度变化这个随时间而比较缓慢的变化(最多数秒左右的变化)，模拟该温度变化而使驱动信号变化。因此，数秒程度的时间内驱动电流的平均值称为“平均驱动电流”。另外，以下所述的“平均光输出(功率)”也相同。
下面说明本实施例的动作。
输入数据输入端口的要发送的数据信号即调制信号输入到调制电路2。在该调制电路2生成与数据信号对应的调制电流且将该调制电流向半导体激光器3输入。另外，通过平均驱动电流控制电路7还向半导体激光器3提供驱动电流。由此，半导体激光器3激发并发射通过直接调制方式调制后的光强度的具有预定波长的相干光。
此时，测定用于监视半导体激光器3的发光强度的监视器PD4的监视器PD电流与半导体激光器(LD)3周围的环境温度的温度传感器5的输出电压向平均驱动电流控制电路7输入。
另一方面，该平均驱动电流控制电路7进行驱动电流控制，以使监视器PD电流伴随半导体激光器3的周围的环境温度的上升而增加，且作为平均驱动电流(偏流)向半导体激光器3输入。由此，平均驱动(偏流)电流根据半导体激光器3的环境温度的变动而被控制。
还有，在此，为补偿半导体激光器3的斜度效率(即相对激光的驱动电流的光输出(功率)的变化率)相对于所述的温度变动而变化，在调制电路2通过根据基于温度传感器5的输出电压的来自温度检测电路6的检测信号，也进行半导体激光器3的调制度的控制。
由此，例如，如果半导体激光器3的环境温度增加，则平均驱动电流控制电路7增加平均驱动(偏流)电流以使监视器PD4的监视器PD电流增加，从而平均光输出(功率)增加。相反地，半导体激光器3的环境下降，则平均驱动电流控制电路7减小平均驱动(偏流)电流以使监视器PD4的监视器PD电流减小，从而平均光输出减小。这样，进行输出控制，以使半导体激光器3的光输出随半导体激光器3的环境温度的上升而增加。
下面，详细说明半导体激光器3的驱动电流的控制方法和调制度的控制方法的原理。还有，图2及图3显示了进行使平均光输出(功率)恒定的现有技术的APC控制的情况的“平均光输出(功率)”和“驰豫振荡频率fr”的温度变化，以及进行本发明的第一实施例的温度控制的情况的“平均光输出(功率)”和“驰豫振荡频率fr”的温度变化的一例。
如图9所示，以往的APC控制在半导体激光器3的附近的环境温度处于高温状态下将驱动电流增加，但是本发明的发明者进行的各种试验及分析的结果表明，即使进行该APC控制，如图10所示，高温状态下“驰豫振荡频率fr”也降低，而这就是高温状态下的“失真特性”或“RIN特性”劣化的主要原因之一。
另一方面，如图2所示，本发明的温度控制在高温情况下，通过使驱动电流比现有技术的APC控制的情况下更大，构成为平均光输出(功率)伴随半导体激光器3附近的环境温度变高而变大。如图3所示，通过这样的构成可以成功地抑制高温状态下的“驰豫振荡频率fr”的下降，即已经确认可以将从低温(例如0度)至高温(例如80度)的“驰豫振荡频率fr”基本保持恒定。
这样，本发明的发明者得到如下的认识。即，如果不采用无论半导体激光器3的周围温度如何而都将半导体激光器3的平均光输出(功率)一律控制为恒定的现有技术，而是控制半导体激光器3的平均驱动电流以使“光输出(功率)随半导体激光器3的周围的温度变为高温状态而增加”，则半导体激光器3的周围温度在高温情况下，可以成功抑制由“驰豫振荡频率fr”造成的“失真特性”和“RIN特性”的劣化。以下详细说明其理由。
首先，以图4和图5表示对法布里-泊罗型激光(FP-LD)的“斜度效率”(即相对激光器的驱动电流的光输出功率的变化率)与阈值电流(即激光开始激发所需的电流)的温度依赖性的评价结果的一例。
如图4所示，由于随着半导体激光器3的周围温度升高，半导体激光器3的斜度效率(W/A)下降，所以现有技术的APC控制进行诸如在高温下增加平均驱动电流的电流控制。
即，如“背景技术”中的说明那样，现有技术的调制方式进行APC控制以使平均光输出(功率)恒定。图9是表示实际进行该APC控制所得到的相对于温度的平均驱动电流的变化情况的图。
另外，图10表示进行该APC控制的电流控制时的半导体激光器3的“驰豫振荡频率fr”的变化。
如图10所示，现有技术的APC控制的“驰豫振荡频率fr”随半导体激光器3的周围温度变为高温而逐渐降低，从而高温时的“失真特性”和“RIN特性”劣化。
如果在高温状态下对实际的激光器实施现有技术的APC控制，因为阈值电流Ith的增加大于驱动电流Ib的增加，所以式(1)的分母及分子的阈值电流Ith一项将起到很大的作用。因此，实际上在高温时“驰豫振荡频率fr”变小。由此“驰豫振荡频率fr”呈现如图10所示的单调减小的曲线。
这样，现有技术的APC控制在高温状态下进行增加平均驱动电流Ib的控制，不能充分抑制“弛豫振荡频率劣化”的劣化，而本发明的发明者通过试验判明需要更大程度地增加平均驱动电流Ib。
即，如图6所示，就因“驰豫振荡”而造成的“失真特性”及“RIN特性”的劣化抑制来说，显然在采用比高温状态下APC控制的平均驱动电流更大的驱动电流的情况下可以控制。
特别是由于在传输信号的频率高的情况下接近驰豫振荡，所以容易受到其影响，本实施方式的特性改善效果更加明显。
(第二实施例)以下说明本实施例的第二实施例。
本发明的驱动电流的控制，即光功率伴随温度上升而增加的驱动电流的控制方法之一是前向反馈。现在说明如下。还有，本实施例可以采用与第一实施例相同的电路结构，但是不需要监视器PD。
i)首先，测定半导体激光器3的阈值电流Ith的温度依赖性(Ith＝Ith(T)，T温度)，决定驱动电流Ib的温度依赖函数Ib(T)以使所述式(1)的“驰豫振荡频率fr”不下降。
ii)其次，可以设置以温度传感器的输出电压的函数使驱动电流Ib变化并输出到半导体激光的构成的驱动电流控制电路，以使驱动电流Ib＝Ib(T)。
根据这样构成，相对温度T的平均驱动电流可以被唯一地确定下来，所以前向反馈方式的平均驱动电流控制电路不需要监视器PD电流输入，而只需温度传感器5的输出信号。即如上所述，在本实施例中，可以以除去第一实施例的监视器PD的结构实现光发送器。
但是，如果采用前向反馈方式，在使用的半导体激光器3的阈值电流Ith及该温度依赖性上存在采样偏差的情况下，有必要对每个半导体激光器3的温度依赖性进行评价，所以具备半导体激光器的光发送器的生产过程需要一定的时间。
(第三实施例)以下参照图7说明另一种采用驱动电流控制方法的本发明的第三实施例的光发送器。另外，对本实施例与第一实施例相同的部分付以相同的标号，省略重复说明。
本实施例的光发送器的与第一实施例不同的是如图7所示的平均驱动电流控制电路7的部分。因此，以下主要详细说明该平均驱动电流控制电路7的部分。
本实施例的平均驱动电流控制电路7中，用于电流控制而设的恒流电路71的电压输入端口与监视器PD的输出端口之间并联插入可变电阻72，同时追加插入与该可变电阻72串联的电压控制型的可变电阻73。具体地说，该平均驱动电流控制电路7的构成为提供激光驱动电流的恒流电路71的控制电压输入端口与监视器PD的输入连接，该控制电压输入端口与接地之间设置可变电阻72和73。
串联连接的可变电阻73连接于温度检测电路6的输出，电阻值随检测信号相应地变化。由可变电阻的电阻值的根据变化监视器PD电流的控制电压变化，由此控制驱动电流。
光输出功率由该可变电阻73和可变电阻72的电阻值的和确定。在常温下，通过调整可变电阻72可以设定所希望的光功率。另一方面，可变电阻73的电阻值被温度传感器5的输出电压所控制，以使半导体激光器周围在高温状态下电阻值增大，激光器驱动电流增加。
由此，在高温状态下，激光器平均驱动电流大于现有技术的APC控制的激光器平均驱动电流，易于进行在高温状态下增加平均光输出(功率)的控制。另外，高温状态下的平均光输出的上升度取决于可变电阻73的电阻值及相对温度传感器5的输出电压的变化率。
另外，第三实施例的控制方法与第二实施例的前向反馈方式相比，即使不事先测定激光的阈值电流Ith的温度依赖性，也可以容易地在高温状态下控制高输出的平均光功率，同时，因为进行平均光功率的反馈控制，所以激光器光输出稳定。
另外，本发明的发明者发现高温状态下的光功率的上升度越大，由“驰豫振荡”造成的“失真特性”与“RIN特性”的劣化越小，但是光功率上升度过大时，在高温状态下有可能由于光功率增加而导致激光器寿命缩短。但是，如果“驰豫振荡频率”不降低则“失真特性”与“RIN特性”不劣化，所以不需要诸如“驰豫振荡频率”上升那样大的光功率。所以，本实施例通过最佳设定可变电阻72和可变电阻73的电阻值可以轻易实现这一点。
还有，如图2所示，本发明的驱动电流控制方式的平均光输出(功率)产生温度变动，以下说明相应的对策。
模拟信号的传输不同于数字信号的传输，如果激光器的调制信号强度为恒定，则即使激光器的平均驱动电流(信号的DC分量)变化，接收信号电平也几乎不发生变动。因此，信号电平变动与平均驱动电流的变动无关，抑制信号电平变动的控制可以独立于所述驱动电流控制而进行。
例如，通过事先测定相对温度变动的斜度效率的依赖性，将使调制信号强度根据温度而变化的控制电路附加设置于调制电路2而实现。另外，在光传输系统中，考虑到传输损失的离差，一般是接收的动态范围被确保，以使光接收器的接收电平可以变动，调制信号的振幅变动在一定程度被允许。
如上所述，通过本发明的驱动电流控制方式的平均光功率的温度变动不会影响模拟信号的传输特性，其通过进行独立于调制度控制的信号电平调整从而得到实现。
另外，上述实施例的驱动电流控制构成为控制平均光功率以不使从低温到高温的“驰豫振荡频率”劣化，但是在本发明中，低温情况下的“驰豫振荡频率”的影响小，所以构成为只在预定温度以上的高温区域进行平均光功率控制。
另外，本发明是为了抑制由载体(搬送波)信号频率而造成的发光元件的特性劣化，而采用以平均驱动电流的控制为目的而构成的光发送器，而不涉及调制信号。
还有，以往为了正确测定现有技术的半导体激光器的温度，使温度传感器接近半导体激光，本发明的所述驱动电流的温度控制针对动作环境温度而进行，温度传感器可以构成为测定稍微离开为发光元件(半导体激光器)的位置的温度。
其原因如下本发明的驱动电流控制方法下，由于高温下驱动电流变大，发光元件(半导体激光器)的温度上升。当温度传感器检测到这个温度上升时，对发光元件(半导体激光)的驱动电流施加正的反馈，控制电路会陷入不能被控制的境地。
以上详细地并且参照特定的实施方式说明了本发明，但本领域技术人员应该明白，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种变更和修正。
本专利申请基于2004年1月15日申请的日本专利申请(特愿2004-007786号)，其内容作为参考而被引用。
工业利用性根据本发明，通过控制如发光元件的平均光输出(功率)随温度升高而增加的发光元件的平均驱动电流，可以有效的抑制高温下由驰豫振荡所造成的失真特性和RIN特性的劣化，同时，本发明作为采用光传输技术进行图像分配或移动装置无线信号传输的光传输系统的光发送器有实用价值。
权利要求
1.一种光发送器，具有输出被调制了光强度的信号光的发光元件，其中，该光发送器包括所述发光元件附近的环境温度上升时使所述发光元件的平均光输出增大的控制装置。
2.如权利要求1所述的光发送器，其中，所述控制装置控制所述发光元件的平均驱动电流。
3.如权利要求2所述的光发送器，其中，所述控制装置根据所述发光元件附近的环境温度和所述发光元件的平均光输出控制所述平均驱动电流。
4.如权利要求1所述的光发送器，其中，所述控制装置仅根据与所述发光元件附近的环境温度相应的数据控制所述平均驱动电流。
全文摘要
本发明的课题是提供诸如发光元件的周围的环境温度变为高温的情况下，通过进行发光元件的平均驱动电流的控制以使随着变为高温发光元件的平均光输出功率变大，从而可以抑制高温时由于驰豫振荡而造成的失真特性和RIN特性的劣化的光发送器。
文档编号H04B10/04GK1883089SQ200480034288
公开日2006年12月20日 申请日期2004年12月6日 优先权日2004年1月15日
发明者东乡仁麿, 尾田胜哉, 佐藤吉保, 浅野弘明 申请人:松下电器产业株式会社