专利名称：光通信模块和半导体激光器的输出控制方法
技术领域：
本发明涉及光通信模块和半导体激光器输出控制方法，并且更具 体地涉及一种在光通信中使用光波导式的光电路的光通信模块和半导 体激光器输出控制方法。
背景技术：
光通信已经传统地应用于所谓的骨干网络。然而，近年来，光通 信的应用范围已经迅速拓宽到用户网络，该用户网络从骨干网络延伸 并且连接到用户的使用环境，这被称作FTTH (光纤到户)。此外，在 应用到用户网络的假设下，与光通信有关的科技进展已经在产品中实 现。在用户网络中使用的光通信模块与骨干网络中的光通信模块相 比，通常需要较小的尺寸和较低的成本。因此，集成了光波导和发送 接收功能的光发送/接收模块主要用作光通信模块。与上述描述结合，集成有发送和接收功能的光发送/接收模块在日 本专利申请公开(JP-A-Heisei 4-306603)中公开。在该技术中，模块 的小型化通过将光波导电路芯片与光发送/发射设备集成而实现。同时，半导体激光器(以下简称为"LD")的发光效率的特征在 于，其在高温度减少而在低温度增加。有鉴于此，LD驱动技术已经公 知，其中LD的驱动电流在高温度增加而在低温度减少，使得光通信模 块可以以恒定光纤光输出状态驱动。 一项在LD驱动技术中用于简化电 路配置的技术在日本专利申请公开(JP-A-Heisei 3-9587)中公开。实际使用中，LD设备的驱动电流Iop的上限受LD驱动电路的驱动 能力限制。相反，驱动电流的下限受满足脉冲掩模图案形成需要的弛 张振荡频率限制。如果Iop低于下限，则不可能满足脉冲掩模图案形成。 结果，光发送模块对宽温度区需要窄范围的驱动电流Iop。如上所述，在用户网络中使用的如光收发器的设备需要以高成本 制造。为了成本减少的目的，光模块需要基本上以高产量制造。如上 所述，使用光波导的公知类型的光发送模块对宽温度区需要窄范围的 驱动电流。因此，需要抑制光路上的光损耗的变化，直到从LD设备发 出的光束从光纤发出。然而，上述技术还没有在该问题的解决方案的 前提下开发。此外，还存在制造产量增加、生产效率增加和成本减少 的问题。发明内容因此，本发明的目的在于提供一种光通信模块，其中光路上光损 耗的变化的可允许的值被加宽，直到从LD设备发出的光束从光纤发出。在本发明的示例性实施例中， 一种光通信模块，包括半导体激光 器驱动电路和驱动控制部分半导体激光器驱动电路被配置为提供驱 动电流到半导体激光器以便输出激光光束；驱动控制部分被配置为基 于半导体激光器的环境温度控制所述半导体激光器驱动电路，使得输 出光束具有预定光电平，并且使得驱动电流落入预定范围。当激光光 束通过光量调整部分时，光量调整部分移除激光光束的一部分以从激 光光束的剩余部分产生输出光束，并且激光光束的移除部分的量依赖 于激光光束的波长和所述半导体激光器的环境温度。在本发明的另一示例性实施例中， 一种激光光束的输出控制方法， 包括基于半导体激光器的环境温度控制驱动电流，使得输出光束具 有预定光电平，并且使得驱动电流落入预定范围；以驱动电流驱动所 述半导体激光器以输出激光光束；移除激光光束的一部分以从激光光束的剩余部分产生输出光束，其中激光光束的移除部分的量依赖于激 光光束的波长和所述半导体激光器的环境温度。
从下面结合附图对某些示例性实施例的描述中，本发明的上述和其他目的、优点和特征将更明显，附图中图l是示意性地图示根据本发明的第一示例性实施例、包括PLC芯片的光发送/接收模块的配置的概念图；图2是图示图1中的定向耦合器的结构的概念图；图3是图示图1中的驱动电流控制部分的功能框图；图4是图示耦合损失Pc/Pin相对于定向耦合器中从LD设备发出的光束的波长的一个实例的曲线图；图5是图示LD设备的振荡波长和定向耦合器中的相对于环境温度 的耦合损失Pc/Pin的一个实例的曲线图；图6是示意性图示在低温T1、室温T2和高温T3的三个环境温度下、 驱动电流I o p和L D设备的光输出P之间的关系的图；图7是图示在具有第一示例性实施例中的定向耦合器的配置的情 形和没有任何定向耦合器的配置的情形下、环境温度和LD设备的驱动 电流Iop之间的关系的曲线图；以及图8是示意性图示根据本发明的第二示例性实施例的光发送模块 的配置的概念图。
具体实施方式
下文将参照附图详细描述根据本发明的示例性实施例的光发送/ 接收模块。在下面的描述中，光定向耦合器在平面光波电路(以下简 称为"PLC")上的激光二极管(LD)光输入端口一侧的光波导上提 供，以将从LD发出的光束分束，使得光通信模块的驱动电流I叩可以控 制在工作温度限度内满足脉冲掩码标准的区域。应当注意，尽管具有 发送/接收功能的光发送/接收模块例示了光通信模块，但是仅具有发送 功能的光发送模块也可以例示它。图l是示意性图示根据本发明的第一示例性实施例、包括PLC芯片 l的光发送/接收模块50的配置的概念图。第一和第二光波导2和3在PLC 芯片1上形成，而定向耦合器4在第一光波导2上提供。PLC电路是石英 玻璃光波导，其通过使用光纤制造技术和半导体精密仪器技术在硅基 底上制造。LD安装部分、接收光电二极管(PD)安装部分和光纤安装部分置 于PLC芯片1和LD设备5上，PD设备6和光纤7分别安装于其上。此外， 波分复用(简称为"WDM")滤光器8定在第一光波导2和第二光波导 3的交叉点。此外，LD光吸收器9置于定向耦合器4的末端。LD设备5、 PD设备6、光纤7、 WDM滤光器8和LD光吸收器9通常可以在光通信模 块中使用。此外，光发送/接收模块50包括用于控制LD设备5的驱动的 驱动电流控制部分30。图3是图示驱动电流控制部分30的功能框图。驱动电流控制部分30 包括用于驱动LD设备5的LD驱动电路31、以及用于控制要提供给LD设 备5的驱动电流的电流控制电路32。驱动电流由馈送/转发自动功率控制 (APC)系统控制。此外，电流控制电路32包括用于测量环境温度的温 度传感器33、和用于在其中记录驱动电流(即，偏置电流和调制电流) 和环境电流的关系的存储部分34。返回图l，作为从LD设备5发出的光束的发送光束Pin被耦合到第一 光波导2，然后在第一光波导2中传播。在第一光波导2中传播期间，发 送光束Pin穿过定向耦合器4。此时，发送光束Pin分束为穿过的光束Pt 和分束的光束Pc。穿过的光束Pt传播到WDM滤光器8。穿过的光束Pt 全部反射到WDM滤光器8上，然后从第二光波导3通过光纤7传播到光 发送信道。同时，分束的光束Pc被证明是光发送/接收模块50中的杂散光束，由此当其衍射到接收PD设备6时，可能导致接收器敏感度的劣化。有鉴于此，分束的光束Pc由LD光吸收器9吸收。相反，在波长上不同于发送光束Pin的接收光束Pr从光发送信道通 过光纤7在第二光波导3中传播，经过WDM滤光器8，然后由PD设备6 接收。换句话说，WDM滤光器8反射具有与发送光束Pin的波长相同的 波长的光束(即，经过的光束Pt)，而允许具有与接收的光束Pr的波长 相同波长的光束经过其间。图2是图示定向耦合器4的结构的概念图。在定向耦合器4中，为经 过光束提供给波导21的发送光束Pin在邻近的延伸部分23中分束为按原 样在波导21中传播的经过的光束Pt、和在波导22中传播的分束的光束 Pc。这里，经过的光束Pt与分束的光束Pc的分束比，基于临近延伸部分 23-中的波导21和波导22之间的波导间距离d和临近延伸部分23的耦合 长度L而受控制。定向耦合器4的分束比具有波长依赖性。也就是说， 经过的光束Pt和分束的光束Pc的分束比根据LD设备5的振荡波长和LD 设备5周围的环境温度而变化。即使上述耦合长度L和波导间距离d被设 置为期望值，当LD设备的环境温度变化时，经过的光束Pt和分束的光 束Pc的分束比仍然由于定向耦合器4的特性而变化。此外，LD设备5具 有这样的特性，其中当环境温度变化时，振荡波长线性偏移。如果振 荡波长偏移，则经过的光束Pt和分束的光束Pc的分束比在定向耦合器4 中变化。结果，定向耦合器4的分束比根据要使用的LD设备5的波长/ 温度特性而最优化，使得分束的光束Pc可以在特定的温度强化。图4是图示耦合损失Pc/Pin相对于在定向耦合器4中LD设备发出的 光束的波长的一个实例的曲线图。根据定向耦合器4中的耦合损失 Pc/Pin曲线，耦合损失Pc/Pin在1325 nm的波长附近为0。当波长远离1325 nm时，耦合损失Pc/Pin增加。例如，当波长在1300 nm附近时，耦合损 失Pc/Pin为大约0.13。换句话说，大约13。/。的发送光束Pin是分束的光束 Pc，因此引导到光纤7的经过的光束Pt为大约87。/。的发送光束Pin。另外，当波长是1340 nm时，耦合损失Pc/Pin为大约0.03。图5是图示LD设备5的振荡波长和定向耦合器4中的耦合损失 Pc/Pin相对于环境温度的一个实例的曲线图。当环境温度增加时，LD 设备5的振荡波长线性增加。例如，在(TC的环境温度、具有大约1300 nm 的振荡波长的LD设备5，在75'C具有大约1325 nm的振荡波长。耦合损 失Pc/Pin在大约75-C或更高的环境温度几乎为0。换句话说，基本100% 的发送光束Pin是经过的光束Pt。当环境温度变得低于75'C时耦合损失 Pc/Pin增加。当环境温度是2(TC时，耦合损失Pc/Pin为大约0.09，并且 当环境温度为(TC时，耦合损失Pc/Pin为大约0.15。这里，将在下面给出驱动电流和来自LD设备5的光输出之间的关 系的描述。图6是示意性图示在低温T1、室温T2和高温T3的三个环境温 度下、驱动电流Iop和LD设备5的光输出P之间的关系的图。如图6中所 示，当环境温度变得更低时，需要的驱动电流I(Jp变得更小。驱动电流 I叩被分类为具有仅O的光输出P的偏置电流Idc、和用于在输出信号的幅 度中使用的调制电流Iac。也就是说，用于输出一个期望光输出Po的驱 动电流Iop等于偏置电流Idc和调制电流Iac的和，S卩，偏置电流Idc+调制 电流Iac。例如，在高温T3的情形，偏置电流为Idc3，而调制电流为Iac3， 并且用于输出目标输出Po的驱动电流Iop变为Idc3+Iac3。以相同方式， 在室温T2的情形，偏置电流为Idc2，而调制电流为Iac2，并且用于输出 光输出Po的驱动电流I叩变为Idc2+Iac2 。为了在光通信期间实现信号形式(即，脉冲形式)，驱动电流Iop 的脉冲波形需要满足预定的形式，即，脉冲掩模图案形成。为此，调 制电流Iac需要是预定的值或更高。例如，假设调制电流Iac的下限被设 置为Iac2，而偏置电流的下限被设置为Idc2。当环境温度被减少到低温 Tl时，光效率改进。在上述调制电流Iac2和偏置电流Idc2的情形下，光 输出P超过目标光输出Po并且变为输出Pa。因此，定向耦合器4对超过 目标输出Po的量(Pa-Po)分束被分束的光束Pc，然后设置从光纤7发送的经过的光束Pt的输出为目标输出Po。此外，定向耦合器4具有在图4或图5中图示的耦合损失Pc/Pin特性， 因此除了特定情况以外其产生分束的光束Pc。有鉴于此，LD设备需要 以这样一种方式根据环境温度以驱动电流Iop (偏置电流Idc和调制电流 Iac)振荡，使得从定向耦合器4发送的经过的光束Pt的输出变为目标输 出Po。因此，如图7所示，环境温度和驱动电流Iop (偏置电流Idc和调 制电流Iac)之间的关系存储在电流控制电路32的存储部分34中。这样， 电流控制电路32基于由温度传感器33检测的环境温度，从存储部分34 读取驱动电流Iop (偏置电流Idc和调制电流Iac)，并且控制LD驱动电 路31提供驱动电流Iop给LD设备5。图7是图示在提供本示例性实施例有定向耦合器4的配置中和没有 任何定向耦合器4的相关技术的配置中、环境温度和LD设备的驱动电流 5之间的关系的曲线图。由于相关技术的配置不包括定向耦合器4，所 以在每个温度的驱动电流Iop需要仅基于LD设备5的斜率效率的温度特 性而调整。结果，在环境温度减少的情况下，当斜率效率更加改进时， 驱动电流Iop需要减少。因此，驱动电流Iop可能低于能够满足脉冲掩模 图案形成的级别(即，下限级别)。例如，如果驱动电流Iop的较低级 别是25 mA，则能够满足脉冲掩模图案形成的适当的LD输出在相关技 术的配置中可以在几乎25c的环境温度实现。相反，在本示例性实施例的配置中，即使在使用相同LD设备5的 情形，输出也在定向耦合器4中调整，因此，即使在随着环境温度变得 更低，由于斜率效率更改进或增加，驱动电流Iop需要减少时，减少宽 度也可以比相关技术配置的更小。结果，即使驱动电流Iop低于相关技 术配置中的较低级别，驱动电流化p也不低于较低级别，或在本示例性 实施例中甚至处于更低的环境温度。例如，如上所述，如果较低级别 是25 mA，则在本示例性实施例中(TC的环境温度下的最低值为大约27 mA。如所示，利用本示例性实施例中的配置，在从-4(TC到10(TC的整个范围内的环境温度下，驱动电流Iop不可能变得低于下限级别。另外，如果驱动电流Iop的较低级别为20 mA，则即使在相关技术 的配置中适当的LD输出也可以在整个范围的环境温度中实现。然而， 即使在此情形，下限级别的余量也可以通过移动驱动电流Iop以增加其 的方式而加宽，如在本示例性实施例中那样。也就是说，加宽了可允 许的误差范围，因此提高光发送/接收模块50的制造产量。换句话说， 与没有任何定向耦合器4的相关技术配置相比，当环境温度更减少时， 通过更增加耦合损失Pc/Pin的方式设计光发送/接收模块50，可以防止驱 动电流Iop在更低温度时的任何减少，以在可以满足脉冲掩模图案形成 的区域中控制驱动电流Iop，并且将可允许的值加宽到更低限以满足脉 冲掩模图案形成。相反，通过以不超过LD驱动电路31的驱动能力的上 限级别的方式，设计光发送/接收模块50使得分束的光束Pc在较高温度 侧大约为0，可以防止驱动电流k)p增加超过预定值。己经在上面参照示例性实施例描述了本发明。然而，本发明不限 于上述示例性实施例。因此，要理解，本发明可以在一定范围内修改 而不背离本发明的范围。例如，图8是示意性图示光发送模块60的配置 的概念图，其通过从上述光发送/接收模块50省略接收功能而实现。光 波导63在光发送模块60中的PLC芯片10上形成，并且定向耦合器ll安装 在光波导63上。PLC芯片10上放置有LD安装部分和光纤安装部分，并 且LD设备12和光纤13分别安装在其部分上。此外，LD光吸收器19置于 定向耦合器ll的末端。LD设备12连接到与上述示例性实施例中的那些 具有相同安排和功能的驱动电流控制部分64。因此，本发明可广泛应 用到用于在光通信中使用的光发送/接收模块或光发送模块。根据本发明，可以实现这样的光通信模块，其直到从光纤发出从 LD发出的光束，具有宽范围的光损耗的变化的可允许值，由此提高光 通信模块的制造产量并减少成本。尽管已经参照其示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本 发明不限于这些示例性实施例。本领域普通技术人员将理解，可以在 其中进行各种形式和细节的变化，而不悖离如由权利要求定义的本发 明的精神和范围。
权利要求
1.一种光通信模块，包括半导体激光器驱动电路，被配置为提供驱动电流到半导体激光器以便输出激光光束；光量调整部分，被配置为当激光光束通过所述光量调整部分时，移除所述激光光束的一部分以从所述激光光束的剩余部分产生输出光束，其中所述激光光束的移除部分的量依赖于所述激光光束的波长和所述半导体激光器的环境温度；以及驱动控制部分，被配置为基于所述环境温度控制所述半导体激光器驱动电路，使得所述输出光束具有预定光电平，并且使得所述驱动电流落入预定范围。
2. 如权利要求l所述的光通信模块，其中所述驱动控制部分控制 所述半导体激光器驱动电路，使得当所述环境温度变得更低于预定温 度时，所述移除部分增加得更多。
3. 如权利要求l所述的光通信模块，其中所述驱动控制部分控制 所述半导体激光器驱动电路，使得当所述激光光束的波长从预定波长 偏离更多时，所述移除部分增加得更多。
4. 如权利要求l所述的光通信模块，还包括 温度检测部分，被配置为检测所述半导体激光器的所述环境温度。
5. 如权利要求4所述的光通信模块，还包括存储部分，被配置为存储驱动电流和环境温度的关系， 其中所述驱动控制部分控制所述半导体激光器驱动电路，以将对 应于检测到的环境温度的驱动电流提供给所述半导体激光器。
6. 如权利要求1所述的光通信模块，其中所述光量调整部分包括-光定向耦合器，被配置为从所述半导体激光器分离出所述激光光 束的一部分，以移除所述激光光束的一部分。
7. 如权利要求l所述的光通信模块，还包括 光吸收器，被配置为吸收所述激光光束的所述移除部分。
8. —种激光光束的输出控制方法，包括基于半导体激光器的环境温度控制驱动电流，使得输出光束具有预定光电平，并且使得所述驱动电流落入预定范围；以所述驱动电流驱动所述半导体激光器以输出激光光束；以及 移除所述激光光束的一部分以从所述激光光束的剩余部分产生所述输出光束，其中所述激光光束的移除部分的量依赖于所述激光光束的波长和所述半导体激光器的环境温度。
9. 如权利要求8所述的输出控制方法，其中所述控制包括 控制所述驱动电流，使得当所述环境温度变得更低于预定温度时，所述移除部分增加得更多。
10. 如权利要求8所述的输出控制方法，其中所述控制包括 控制所述驱动电流，使得当所述激光光束的波长从预定波长偏离更多时，所述移除部分增加得更多。
11. 如权利要求8所述的输出控制方法，还包括 检测所述半导体激光器的所述环境温度。
12. 如权利要求ll所述的输出控制方法，还包括基于检测到的环境温度从存储部分读取驱动电流的数据；其中所述控制包括基于所述驱动电流的读取数据控制所述驱动电流。
13.如权利要求8所述的输出控制方法，其中所述移除包括 从所述半导体激光器分离出所述激光光束的一部分，以移除所述 激光光束的一部分。
14.如权利要求8所述的输出控制方法，还包括: 吸收所述激光光束的所述移除部分。
全文摘要
一种光通信模块，包括半导体激光器驱动电路和驱动控制部分半导体激光器驱动电路被配置为提供驱动电流到半导体激光器以便输出激光光束；驱动控制部分被配置为基于半导体激光器的环境温度控制半导体激光器驱动电路，使得输出光束具有预定光电平，并且使得驱动电流落入预定范围。当激光光束通过光量调整部分时，光量调整部分移除激光光束的一部分，以从激光光束的剩余部分产生输出光束，并且激光光束的移除部分的量依赖于激光光束的波长和半导体激光器的环境温度。
文档编号H01S5/06GK101276029SQ200810090759
公开日2008年10月1日 申请日期2008年3月31日 优先权日2007年3月29日
发明者小黑守 申请人:日本电气株式会社