本發(fā)明涉及一種包括溫度監(jiān)視功能的光發(fā)射器和光收發(fā)器。

背景技術(shù)：

在光收發(fā)器中，伴隨尺寸減小和加速，監(jiān)視裝置的溫度變得重要。然而，由于高密度安裝，使用分立部件(discrete component)的溫度監(jiān)視方法由于部件布置的限制而導致監(jiān)視精度的問題。特別是關(guān)于伴隨有構(gòu)成發(fā)射單元的驅(qū)動器等的發(fā)熱的有源裝置，在內(nèi)部布置溫度傳感器的情況不存在，并且期望實施不需要外部部件的溫度監(jiān)視功能。

在100Gbps級別的光收發(fā)器中，作為可插拔收發(fā)器，通過諸如百千兆比特型可插拔(CFP)、CFP2和CFP4的標準化，尺寸小型化已經(jīng)取得了進步。在長距離應用中，通常使用使用諸如二進制相移鍵控(BPSK)、正交相移鍵控(QPSK)和16正交振幅調(diào)制(16QAM)的相位調(diào)制作為調(diào)制方法的相干光通信技術(shù)，并且發(fā)射單元由馬赫-曾德調(diào)制器實施。

然而，為了驅(qū)動材料為鈮酸鋰的馬赫-曾德調(diào)制器，通常需要6至7Vpp的振幅，并且即使在材料為磷化銦的調(diào)制器的情況下，所需的振幅通常為5Vpp。此外，驅(qū)動適于正交調(diào)制和雙極化的四個馬赫-曾德調(diào)制器的四通道高輸出振幅驅(qū)動器是必要的，并且在收發(fā)器中占用大比例的電力消耗。除此之外，為了適應于密集波分復用(DWDM)通信，諸如波長可變光源和相干接收器的有源裝置也安裝在光收發(fā)器中。此外，在CFP中，存在另外容納進行發(fā)射和接收的信號處理的數(shù)字信號處理器(DSP)的情況。

在小型收發(fā)器中，需要高密度地安裝這些有源裝置，并且為了監(jiān)視由于發(fā)熱而引起的產(chǎn)品劣化，已經(jīng)檢查了為每個裝置提供溫度監(jiān)視功能。然而，一般來說，溫度監(jiān)視功能不并入到并入調(diào)制器驅(qū)動驅(qū)動器和接收器中的跨阻放大器中，并且通常在外部安裝溫度傳感器。

圖6是由CFP2代表的長距離相干光收發(fā)器的框圖，其中不并入高速信號處理DSP。驅(qū)動器41、相干接收器42和波長可變光源43是伴隨有主要發(fā)熱的有源裝置，并且期望監(jiān)視這些有源裝置的溫度。

溫度傳感器46旨在監(jiān)視驅(qū)動器41的溫度，并且被配置為經(jīng)由控制器45向外部做出通知。可插拔收發(fā)器具有下述配置：輸入和輸出端子被布置在殼體的短邊的一個方向上，發(fā)射單元和接收單元被布置成彼此相鄰，并且特別地，存在在用于與外部對接的電接口單元中布線和部件的安裝密度增加的趨勢。

此外，驅(qū)動器41包括將四通道高速信號放大到高輸出振幅的功能，并且消耗大量電力，使得需要在驅(qū)動器的背面上設(shè)置熱輻射散熱器。除此之外，由于需要以良好的功率效率來放大寬帶信號，所以對于驅(qū)動器輸出需要附近的外部T型偏置器(bias tee)，并且由于這個原因，大大限制了裝置附近的安裝空間。

在這種限制下，即使當可以布置溫度傳感器46時，也難以適當?shù)嘏c其他有源裝置進行熱分離，并且包括四個通道的驅(qū)動器與溫度傳感器之間的距離變得不均勻，從而導致溫度監(jiān)視的精度惡化的問題。

因此，與高密度安裝相反，使用外部溫度傳感器的溫度監(jiān)視不僅導致部件數(shù)量的增加，而且由于難以將溫度傳感器布置在加熱元件附近、熱量從其他設(shè)備到處流動等等，所以具有精度上的問題。

專利文獻1描述了以下半導體光學元件。在集成了電吸收調(diào)制器的半導體激光器的情況下，在元件中產(chǎn)生熱量最多的激光器單元附近提供可以測量電流-電壓特性的區(qū)域。因為電流-電壓特性取決于元件有源層單元的溫度而波動，所以當供應特定恒定電流時，通過讀取電壓值來檢測元件溫度。

根據(jù)專利文獻2，使用在接收側(cè)控制中使用的溫度感測元件信息來同時并行地進行激光器模塊和用于驅(qū)動該模塊的驅(qū)動器的集成電路(IC)的溫度補償控制。

專利文獻3描述了以下光發(fā)射器。提供了監(jiān)視激光二極管的光的光電二極管(PD)，并且當PD的電流值恒定時，PD的電壓值變?yōu)闇囟鹊木€性函數(shù)，并且因此，從該電流值測量封裝內(nèi)的溫度。

專利文獻4描述了一種光收發(fā)器，其檢測接收透射光的監(jiān)視光的透射光監(jiān)視PD的電壓降，并且基于該電壓降來測量封裝內(nèi)的溫度。

[引用列表]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利申請公開出版物No.2006-324801

[專利文獻2]日本專利申請公開出版物No.2007-019119

[專利文獻3]日本專利申請公開出版物No.2010-251646

[專利文獻4]日本專利申請公開出版物No.2011-165714

[專利文獻5]日本專利申請公開出版物No.2006-054272

[非專利文獻]

[非專利文獻1]Craig Steinbeiser,Khiem Dinh,Anthony Chiu,Matt Coutant,Oleh Krutko,Mike Tessaro,"lOOGb/s Optical DP-QPSK using two Surface Mount Dual Channel Modulator Drivers"Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium(CSICS),12IEEE pp.1-4

[非專利文獻2]Hisao Shigematsu,Masaru Sato,Tatsuya Hirose,and Yuu Watanabe,"A 54-GHz distributed amplifier with 6-VPP output for a40-Gb/s LiNb03modulator driver"IEEE Journal of Solid-State Circuits Volume:37,Issue:9,pp 10-15

技術(shù)實現(xiàn)要素：

[技術(shù)問題]

在專利文獻1中，需要在激光單元附近新設(shè)置能夠測量電流-電壓特性的區(qū)域。這等同于并入溫度傳感器的問題。此外，在專利文獻2中，需要并入溫度感測元件(例如，熱敏電阻)。此外，在PTL 3和4中，添加用于驅(qū)動PD的電路，使得電路尺寸增加。

本發(fā)明的目的在于提供一種不需要單獨設(shè)置溫度傳感器的光發(fā)射器，并且能夠進一步實現(xiàn)尺寸減小。

[問題的解決方案]

本發(fā)明是一種包括至少一個發(fā)射驅(qū)動器的光發(fā)射器，其中，提供檢測由于發(fā)射驅(qū)動器的溫度依賴性的輸出波動的檢測電路。

[發(fā)明的有益效果]

根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種光發(fā)射器，其中不需要單獨設(shè)置溫度傳感器的，并且此外，可以實現(xiàn)尺寸減小。

附圖說明

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例的光發(fā)射器的圖。

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實施例的光收發(fā)器的圖。

圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實施例的光收發(fā)器的圖。

圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的第四示例性實施例的光收發(fā)器的圖。

圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的第五示例性實施例的光收發(fā)器的圖。

圖6是示出背景技術(shù)中的光收發(fā)器的圖。

具體實施方式

(第一示例性實施例)

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一示例實施例的配置的圖。這是包括發(fā)射驅(qū)動器100的光發(fā)射器。設(shè)置了檢測由于驅(qū)動器100的溫度依賴性的輸出波動的檢測器200。來自主機側(cè)的電輸入信號被放大，并且適合于光發(fā)射器的調(diào)制格式的信號被輸出到調(diào)制器40。檢測器200被設(shè)置在驅(qū)動器輸出處，并且向控制器50輸出與輸出信號振幅成比例的信號。檢測器的原始角色是監(jiān)視驅(qū)動器輸出并進行故障檢測等，并且在本示例性實施例中也繼續(xù)不變地使用該角色。

在調(diào)制器40，輸入光源30的光源輸出，通過驅(qū)動器100的信號進行調(diào)制，并且從光學輸出端口輸出信號。在控制器50，提供對安裝在光發(fā)射器內(nèi)的裝置進行控制和狀態(tài)監(jiān)視的功能，并且與主機側(cè)進行信號的雙向發(fā)射和接收。

驅(qū)動器的輸出取決于溫度而波動。例如，假設(shè)使用場效應晶體管(FET)作為驅(qū)動器，F(xiàn)ET的跨導gm通常具有在高溫下降低的溫度特性。此外，在FET的柵極和源極之間的電壓恒定的條件下，閾值電壓Vt具有溫度特性，此外，漏極電流具有溫度特性。檢測因此具有溫度特性的輸出，使得可以從輸出向后計算溫度。此外，作為檢測器，使用原本并入發(fā)射驅(qū)動器中的檢測器。檢測器的示例包括振幅檢測器和電流檢測器等。這些檢測器最初包括檢測振幅和電流的波動并將該波動反饋到控制器50以使得驅(qū)動器100被控制在正常范圍內(nèi)的功能。在本示例性實施例中，在使該原始功能無變化地工作時，進行上述溫度檢測。因此，不需要專用的溫度傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高精度。圖1中箭頭的方向表示一個示例，并且不限制在方框之間的信號的方向。

(第二示例性實施例)

(示例實施例的配置)

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實施例的光收發(fā)器的配置的框圖。

驅(qū)動器101是由四個通道構(gòu)成的調(diào)制器驅(qū)動器，并且放大來自主機側(cè)的電輸入信號，并且向調(diào)制器4輸出適合于發(fā)射器的調(diào)制格式的信號。振幅檢測器102設(shè)置在驅(qū)動器101的每個通道的輸出處，并且向控制器5輸出與輸出信號振幅成比例的信號。振幅檢測功能的原始角色是監(jiān)視驅(qū)動器輸出的振幅并執(zhí)行故障檢測等，并且在本示例性實施例中也繼續(xù)不加改變地使用該角色。

在調(diào)制器4，輸入波長可變光源3的光源輸出，通過驅(qū)動器101的信號進行調(diào)制，并且從光輸出端口輸出信號。相干接收器2使用來自波長可變光源3的單個振蕩光，對來自光輸入端口的信號進行相干波檢測，以將該信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將該電信號輸出到主機側(cè)。在控制器5，提供對安裝在收發(fā)器內(nèi)部的裝置的進行控制和狀態(tài)監(jiān)視的功能，并且在主機側(cè)進行信號的雙向發(fā)射和接收。

溫度傳感器601是用于監(jiān)視收發(fā)器的內(nèi)部溫度的溫度傳感器，并且包括向控制器5通知溫度監(jiān)視值的功能。

(示例實施例中的操作的描述)

參照圖2，描述了本示例性實施例的操作。

圖2中的驅(qū)動器101適于寬帶和高輸出振幅，并且在輸出級包括共射共基型分布式恒定放大器的廣泛使用的配置，對于其而言，如在非專利文獻1和2中那樣使用高電子遷移率晶體管(HEMT：高電子遷移率場效應晶體管)工藝。同時，由于作為載流子的電子的遷移率具有在高溫下降低的性質(zhì)，F(xiàn)ET的跨導gm具有溫度依賴性，并且因此，也在高溫下降低。由于驅(qū)動器的增益與gm成比例，所以驅(qū)動器具有在高溫下增益類似地降低的性質(zhì)。在輸入信號振幅恒定的條件下，當收發(fā)器的殼體的溫度變化，并且在驅(qū)動器的FET發(fā)生溫度波動時，驅(qū)動器輸出的振幅波動。在本示例性實施例中，注意力集中在振幅檢測器具有溫度特性的情況，該溫度特性用于驅(qū)動器的溫度測量。

當驅(qū)動器的輸出振幅和溫度之間的關(guān)系由其變量為溫度的多項式近似時，“A(T)＝A₀+A₁T+A₂T²+...”成立。這里，A(T)是驅(qū)動器的輸出振幅，A₀是在0℃的溫度系數(shù)，A₁是主溫度系數(shù)，A₂是輔溫度系數(shù)，并且T是驅(qū)動器的溫度。振幅和溫度之間的這種關(guān)系意味著溫度特性只能由驅(qū)動器測量。測量輸出電壓振幅相對于溫度的曲線，并且預先在該曲線和近似式A(T)之間擬合以確定A₀、A₁、A₂、...。當需要高精度時，擬合為高階系數(shù)。

接著，假定振幅檢測值為V_det，并且輸出振幅為A(T)，則振幅檢測器102檢測的信號由V_det＝a+bA(T)表示。這里，a是檢測電路的偏移，b是檢測電路的增益。具有溫度特性V_det＝a+b(A₀+A₁T+A₂T²+...)的信號被輸入到控制器5，使得可以計算驅(qū)動器溫度T，因為已知V_det、a、b、A₀、A₁、A₂、...。

此外，作為在本示例性實施例中使用的驅(qū)動器，安裝四個通道。取這四個檢測值的平均值作為振幅檢測值，并將其作為驅(qū)動器溫度的監(jiān)視值。作為另一選擇，可以取四個檢測值的最大值，并且可以將其視為驅(qū)動器溫度的監(jiān)視值，以使得能夠在使用外部溫度傳感器的情況下進行溫度檢測，該溫度檢測不取決于驅(qū)動器和外部溫度傳感器之間的位置關(guān)系。此外，為了適應諸如BPSK的信號格式，驅(qū)動器101包括阻斷每個驅(qū)動器中的每個通道的輸出信號的輸出禁用功能。換句話說，在本示例性實施例中，驅(qū)動器存在為四個通道，并且在QPSK的情況下，對應于各個通道。然而，由于BPSK涉及兩個信道，所以兩個剩余信道的輸出被禁用。盡管其它控制信號從控制器5輸出到驅(qū)動器101，但是圖2僅示出了輸出禁用功能。

為了禁用輸出，例如，存在阻斷驅(qū)動器的FET的漏極電壓的方法，使得在輸出禁用狀態(tài)中，不可能進行輸出振幅檢測，并且不會發(fā)生驅(qū)動器的發(fā)熱。經(jīng)由控制器5從主機側(cè)進行用于禁用的操作。當驅(qū)動器輸出被禁用時，控制器5基于所涉及的通道的振幅檢測值使驅(qū)動器溫度的監(jiān)視無效，并且基于使能狀態(tài)的驅(qū)動器的振幅檢測值來計算驅(qū)動器溫度的監(jiān)視值。當所有通道被禁用時，驅(qū)動器不是熱源，溫度由周圍和其它發(fā)熱元件確定，并且因此，溫度傳感器601用于監(jiān)視驅(qū)動器的溫度。預先測量該溫度傳感器601和驅(qū)動器之間的內(nèi)部溫度差，并將其記錄在控制器中，以便可以計算驅(qū)動器的溫度監(jiān)視值。圖2中箭頭的方向表示一個示例，并且不限制方框之間的信號的方向。

當輸入信號被禁用時，雖然沒有產(chǎn)生輸出振幅，但是由于漏極電壓被施加到驅(qū)動器的FET，所以驅(qū)動器其自身發(fā)熱。因此，振幅檢測功能難以監(jiān)視驅(qū)動器的溫度。在這種情況下，調(diào)節(jié)振幅檢測范圍，并且當輸出振幅的檢測值低于下限值時，控制器5將狀態(tài)確定為信號禁用狀態(tài)，并保持最近接收輸入信號時的驅(qū)動器溫度的監(jiān)視值，從而進行溫度監(jiān)視并向主機側(cè)做出通知。

在本示例性實施例中，假設(shè)的操作是輸出振幅不相對于驅(qū)動器的輸入信號振幅波動的限制類型。

(示例實施例的效果)

在本示例性實施例中，并入的控制器使用并入到發(fā)射驅(qū)動器中的振幅檢測功能來檢測由構(gòu)成驅(qū)動器的FET的溫度依賴性引起的振幅檢測功能的溫度特性，并且進行驅(qū)動器的溫度監(jiān)視。因此，不需要專用的溫度傳感器，可以減小光收發(fā)器的尺寸，此外，可以實現(xiàn)高精度。

(第三示例性實施例)

圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實施例的光收發(fā)器的配置的框圖。本示例性實施例是適于線性類型的驅(qū)動器的示例，其中輸出振幅以與輸入信號振幅成比例的關(guān)系輸出。在驅(qū)動器111中，第二振幅檢測器113安裝在放大器的前級。第一振幅檢測器112安裝在放大器的后級，控制器511計算第一振幅檢測器112的振幅檢測值與第二振幅檢測器113的振幅檢測值之間的差，從而導出放大器的增益。該增益的溫度特性與第一示例性實施例類似，并且反向計算增益的溫度特性，并且進行驅(qū)動器的溫度監(jiān)視。

(第四示例性實施例)

圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的第四示例性實施例的配置的圖，并且是其中電流檢測器122被布置在驅(qū)動器121中的構(gòu)成驅(qū)動器的FET的漏極的示例。電流檢測器122具體地是電流檢測電阻。電流檢測器122監(jiān)視偏置電流是否在適當范圍內(nèi)。在本示例性實施例中繼續(xù)使用而不改變該功能。

如上所述，F(xiàn)ET的跨導gm通常具有在高溫下降低的溫度特性。此外，在FET的柵極和源極之間的電壓恒定的條件下，閾值電壓Vt具有溫度特性，此外，漏極電流具有溫度特性。與驅(qū)動器的增益類似，使用漏極電流的溫度特性，使得將漏極電流的監(jiān)視值輸入到控制器521，從漏極電流計算溫度，并且進行驅(qū)動器的溫度監(jiān)視。

在本示例性實施例中，使用原來并入到發(fā)射驅(qū)動器中的電流值檢測功能，使得檢測由構(gòu)成驅(qū)動器的FET的漏極電流的溫度依賴性引起的電流值檢測功能的溫度特性，并入的控制器用于進行驅(qū)動器的溫度監(jiān)視。因此，不需要專用的溫度傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)尺寸的減小，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高精度。

(第五示例性實施例)

圖5是表示第五示例性實施例的配置的圖，并且輸出波形調(diào)整器422被布置在驅(qū)動器121中構(gòu)成驅(qū)動器的FET的漏極。輸出波形調(diào)整器422包括調(diào)整已經(jīng)產(chǎn)生了失真或鈍性的輸出波形的功能。輸出波形取決于溫度而改變。預先檢查波形和溫度之間的關(guān)系，類似于第一至第四示例性實施例，從輸出波形計算溫度，以進行驅(qū)動器的溫度監(jiān)視。在本示例性實施例中，不需要專用的溫度傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)尺寸減小，此外，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高精度。

圖3至圖5中的箭頭的方向表示一個示例，并且不限制在方框之間的信號的方向。

上述示例性實施例的一部分或全部可以如以下補充說明中所述，而不限于以下。

(補充說明1)

一種包括至少一個發(fā)射驅(qū)動器的光發(fā)射器，其中，設(shè)置有檢測電路，該檢測電路檢測由于所述發(fā)射驅(qū)動器的溫度依賴性的輸出波動。

(補充說明2)

根據(jù)補充說明1所述的光發(fā)射器，其中所述檢測電路是所述發(fā)射驅(qū)動器的振幅檢測器。

(補充說明3)

根據(jù)補充說明1所述的光發(fā)射器，其中所述檢測電路是所述發(fā)射驅(qū)動器的電流檢測器。

(補充說明4)

根據(jù)補充說明1所述的光發(fā)射器，其中所述檢測電路是所述發(fā)射驅(qū)動器的輸出波形調(diào)整器。

(補充說明5)

根據(jù)補充說明1至4中任一項所述的光發(fā)射器，還包括控制器，其中所述控制器將所述檢測電路的輸出轉(zhuǎn)換成所述發(fā)射驅(qū)動器的溫度。

(補充說明6)

根據(jù)補充說明5的光發(fā)射器，其中，在將振幅檢測器的輸出轉(zhuǎn)換為溫度時，使用變量為溫度的多項式的近似。

(補充說明7)

根據(jù)補充說明1至6中任一項所述的光發(fā)射器，其中，當存在多個所述發(fā)射驅(qū)動器時，將針對各個所述發(fā)射驅(qū)動器設(shè)置的檢測電路的檢測值的平均值視為所述多個驅(qū)動器的溫度。

(補充說明8)

根據(jù)補充說明5至7中任一項所述的光發(fā)射器，其中，在所述控制器中設(shè)定振幅檢測范圍，使得當所述振幅檢測器的檢測值低于所述范圍的下限時，確定不存在到發(fā)射驅(qū)動器的輸入信號，并且保持在最近接收輸入信號時的所述驅(qū)動器的溫度數(shù)據(jù)。

(補充說明9)

根據(jù)補充說明1至8中任一項所述的光發(fā)射器，其中所述發(fā)射驅(qū)動器進行限制類型的操作，其中輸出振幅相對于輸入信號的振幅不波動。

(補充說明10)

根據(jù)補充說明2至9中任一項所述的光發(fā)射器，其中，在所述發(fā)射驅(qū)動器的前級設(shè)置第一振幅檢測器，在所述發(fā)射驅(qū)動器的后級設(shè)置第二振幅檢測器，并且取所述第一和第二振幅檢測器的檢測值之間的差來導出所述驅(qū)動器的增益。

(補充說明11)

根據(jù)補充說明1至3中任一項所述的光發(fā)射器，還包括波長可變光源和調(diào)制器，其中所述調(diào)制器通過所述發(fā)射驅(qū)動器的輸出來調(diào)制所述波長可變光源的輸出，以進行光輸出。

(補充說明12)

一種光收發(fā)器，其中，接收光輸入的接收器被添加到根據(jù)補充說明1至11中任一項的光發(fā)射器。

在上文中，上述示例性實施例被引用為用于描述本發(fā)明的模型示例。然而，本發(fā)明不限于上述示例性實施例。換句話說，在本發(fā)明中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的各種配置可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)應用。

本申請要求基于在2014年10月8日提交的日本專利申請No.2014-206950的優(yōu)先權(quán)，其全部公開內(nèi)容并入本文。

[工業(yè)實用性]

本發(fā)明可以用在CFP2光收發(fā)器或小型長程相干收發(fā)器等中。

[參考標記列表]

41，0，1，121 驅(qū)動器

2 相干接收器

3 波長可變光源

30 光源

4，40 調(diào)制器

5，50，511 控制器

46，601 溫度傳感器

102 振幅檢測器

112 第一振幅檢測器

113 第二振幅檢測器

122 電流檢測器

200 檢測器

422 輸出波形調(diào)整器