(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
局側装置と複数の宅側装置との間で光分岐器を介して光通信を行うＰＯＮ（Passive Optical Network）光伝送システムにおいて、
前記局側装置は、送信用光源としてのレーザ送信素子と、前記レーザ送信素子からの出力光を変調するＥＡ(Electro Absorption)変調器と、前記ＥＡ変調器からの出力光を増幅するための半導体光増幅器ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）と、前記レーザ送信素子を駆動するための駆動電流と、前記ＥＡ変調器のＥＡバイアス電圧とを設定するバイアス制御部とを備え、
前記バイアス制御部は、前記ＥＡ変調器のＥＡバイアス電圧を制御することにより、前記ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαを予め正の値に設定し、
前記バイアス制御部は、局側装置と複数の宅側装置との間の距離区間情報に応じて、前記レーザ送信素子の駆動電流量を設定することにより、半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαを予め０又は負の値に設定することを特徴とする、ＰＯＮ光伝送システム。
【請求項２】
前記バイアス制御部は、前記距離区間の距離が長いほど、レーザ送信素子の出力光を入力する前記半導体光増幅器ＳＯＡの利得が飽和領域になるようにレーザ送信素子の駆動電流量を大きく設定し、距離区間の距離が短いほど、レーザ送信素子の出力光を入力する前記半導体光増幅器ＳＯＡの利得が非飽和領域になるようにレーザ送信素子の駆動電流量を小さく設定する、請求項１に記載のＰＯＮ光伝送システム。
【請求項３】
局側装置と複数の宅側装置との間で光分岐器を介して光通信を行うＰＯＮ（Passive Optical Network）光伝送システムに用いられる局側装置であって、
前記局側装置は、送信用光源としてのレーザ送信素子と、前記レーザ送信素子からの出力光を変調するＥＡ(Electro Absorption)変調器と、前記ＥＡ変調器からの出力光を増幅するための半導体光増幅器ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）と、前記レーザ送信素子を駆動するための駆動電流と、前記ＥＡ変調器のＥＡバイアス電圧とを設定するバイアス制御部とを備え、
前記バイアス制御部は、前記ＥＡ変調器のＥＡバイアス電圧を制御することにより、前記ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαを予め正の値に設定し、
前記バイアス制御部は、局側装置と複数の宅側装置との間の距離区間情報に応じて、前記レーザ送信素子の駆動電流量を設定することにより、半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαを予め０又は負の値に設定することを特徴とする、局側装置。
【請求項４】
局側装置と複数の宅側装置との間で光分岐器を介して光通信を行うＰＯＮ（Passive Optical Network）光伝送システムに設置された局側装置が行う光通信方法であって、
送信用光源としてのレーザ送信素子と、前記レーザ送信素子からの出力光を変調するＥＡ(Electro Absorption)変調器と、前記ＥＡ変調器からの出力光を増幅するための半導体光増幅器ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）とを用意し、
前記ＥＡ変調器のＥＡバイアス電圧を制御することにより、前記ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαを予め正の値に設定し、
局側装置と複数の宅側装置との間の距離区間情報に応じて、前記レーザ送信素子の駆動電流量を設定することにより、半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαを予め０又は負の値に設定することを特徴とする、光通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＯＮ（Passive Optical Network）光伝送システム及び同システムに設置される局側装置並びに光通信方法に関し、特に半導体光増幅器ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）を含むレーザ送信装置(ＥＭＬ; Electro Absorption Modulator Laser Diode)を送信用光源とするＰＯＮ光伝送システム、局側装置及び光通信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＰＯＮ光伝送システムの局側装置で光信号をデータ信号で変調する方式として、光源であるレーザ送信素子（レーザダイオード；ＬＤ）に電気信号を加える内部変調方式と、光源から出力される光に対して、光源とは別の光変調器により変調する外部変調方式とがある。
外部変調方式はデータ信号の周波数が高くまで使用できるという利点があり、電気光学効果を利用したＬＮ変調器と、半導体の電界吸収効果を利用した電界吸収型(Electro Absorption；ＥＡという)の変調器とが注目されている。
【０００３】
特にＥＡ変調器は小型で動作電圧が低く、ＬＤと一体に製作でき、集積度が高いという特長を持つ。
一方、ＰＯＮ光伝送システムの光伝送路の距離が長くなっており、これに伴って、光伝送路の波長分散特性により、光伝送路に入射した光信号に波形歪が生じてしまい、長距離区間伝送が困難になるという問題がある。
【０００４】
この長距離区間伝送を容易にするため、非特許文献１は、電気光学効果を利用したＬＮ変調器を対象にして、送信側でのプリチャーピングを用いた分散補償法を検討し、プリチャーピング・パラメータαと分散補償量の最適化を提案している。
プリチャーピング・パラメータαとは、屈折率および光の吸収量が変化したとき，それぞれの変化量の比（Δ屈折率／Δ吸収量）で表される変数である。電圧が変化したとき屈折率が変化しない条件（プリチャーピング・パラメータαが０）では、波長の変化がなくなり、波長チャープ（光強度変調時の光波長のゆらぎ）は生じない。しかし，電圧が変化したとき屈折率が変化する場合には，光の位相変化により等価的に波長が変化したように見え，波長チャープが生じる。
【０００５】
光ファイバが信号光に対して正の波長分散を有するときは、変調器側でブルーチャープ（チャーピングパラメータαが負）を与え、負の波長分散を有するときはレッドチャープ（チャーピングパラメータαが正）を与えれば伝送特性が改善される。これは、正の波長分散とブルーチャープの組み合わせ又は負の波長分散とレッドチャープの組み合わせにおいて、光パルスの立ち上がり部分よりも立ち下がり部分の方がファイバ内を速く進むので光パルスを圧縮する効果がもたらされるためである。
【０００６】
非特許文献１では、ＥＡ変調器への光入力パワーが0〜+10ｄＢｍの範囲において、送信波形にあらかじめ適度なチャーピングを生じさせておくこと（プリチャープ）で、波長分散による送信パワー増大要求（ＴＤＰ；Transmitter Dispersion Penalty）を小さくすることが報告されている。
しかし、ＰＯＮ光伝送システムの長延化・多分岐化に伴い、プリチャープを例えば長距離伝送においてＴＤＰが最小となる値に設定した時に、ＥＡ変調器の吸収量が大きくなり、送信光パワーが低下する。そのため、送信光パワーを大きくするためレーザ送信素子へ供給されるＬＤ電流を大きくしなければならず、レーザ送信装置（ＥＭＬ）の消費電力増大、ＬＤ電流が増大することによる信頼性低下の問題、放熱対策によるサイズ増加などが生じる。
【０００７】
この課題に対して、半導体光増幅器ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）の使用により、ＥＡ変調器で低下した光パワーを補うことが考えられる。半導体光増幅器ＳＯＡとは、レーザ送信素子の共振器端面を低反射化することにより、半導体内の活性層を進行する光を誘導放出により増幅させる光増幅器である。その構造はファブリーペローレーザーダイオードに似ているが、端面に無反射層がコーティングされ、端面で反射しない設計となっている。
【０００８】
半導体光増幅器ＳＯＡにおいても、プリチャーピング・パラメータαが定義される。半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαは、式：α＝ΓAgLI(ΔN/ΔI)α’で求められる。ここで、α’:線幅増大係数、α'=−(4π/λ)(dn/dg)、λ:波長、n:屈折率変化、g:利得、Γ:光閉じ込め率、Ag:差動利得、L:デバイス長、I:入力光強度、ΔN: キャリア密度変化である。
【０００９】
光入力パワーが弱くて半導体光増幅器ＳＯＡの利得が飽和していないときは、半導体光増幅器ＳＯＡの利得はほぼ一定であり、キャリア密度変化ΔN＝０である。したがって、αはほぼ０となる。
光入力パワーが増加するに従って半導体光増幅器ＳＯＡの利得は飽和状態になり、利得は減少する。半導体光増幅器ＳＯＡのキャリア密度も減少する。その結果、屈折率が増大し、αは０から負に転じ、光入力パワーの増加とともにαの絶対値は大きくなる。
【００１０】
非特許文献２によれば、ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαを正に固定し、かつ半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαを負に固定する（すなわち半導体光増幅器ＳＯＡを飽和領域で使用する）ことで、レーザ送信装置（ＥＭＬ）全体としての総合のプリチャーピング・パラメータを小さくでき、長距離区間伝送が可能であるという報告がされている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】石川丈二  他「10Gb/s SMF無中継伝送における分散補償法の検討」pp. 15-20, 信学技報 TECHNICAL REPORT OF IEICE, OCS94-28（1994-06）
【非特許文献２】渡辺俊夫  他「半導体光増幅器を用いた10Gb/s信号光のチャープ制御」pp. 31-36, 信学技報 Technical Report of IEICE, OCS99-81(1999-11)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
非特許文献２によれば、ＥＡ変調器の出力光信号波形は、波形の立ち上がり時点で瞬時光周波数が上昇し、立ち下り時点で低下する。ＥＡ変調器からの出力光信号を半導体光増幅器ＳＯＡに通過させた後の瞬時光周波数は、ＥＡ変調器の出力光信号波形とは逆に、波形の立ち上がり時点で瞬時光周波数が低下し、立ち下り時点で上昇している（同文献の図８の説明参照）。このことを利用して、ＥＡ変調器の出力光信号の正のチャープを負のチャープに変換することができる。
【００１３】
しかし非特許文献２は、ＰＯＮ光伝送システムの距離に応じたパラメータ（特にレーザ送信素子のＬＤ電流）の再調整については、何ら示唆していない。
ＰＯＮ光伝送システムの短・中距離での使用においても、ＬＤ電流を長距離区間用の大きなＬＤ電流値で使用することとすれば、レーザ送信素子のＬＤ電流の負荷が増大し、省電力化が達成できないという問題が生じる。
【００１４】
よって、本発明の目的は、長延化、多分岐化システムに適合するように距離に応じてＬＤ電流値を制御することで、省電力化と、光伝送路の波長分散特性の補償とが同時に実現できるＰＯＮ光伝送システム、局側装置及び光通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のＰＯＮ光伝送システムは、局側装置において、送信用光源としてのレーザ送信素子と、レーザ送信素子からの出力光を変調するＥＡ(Electro Absorption)変調器と、ＥＡ変調器からの出力光を増幅するための半導体光増幅器ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）と、レーザ送信素子を駆動するための駆動電流と、ＥＡ変調器のＥＡバイアス電圧とを設定するバイアス制御部とを備え、バイアス制御部は、ＥＡ変調器のＥＡバイアス電圧を制御することにより、ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαを予め正の値に設定し、バイアス制御部は、局側装置と複数の宅側装置との間の距離区間情報に応じて、レーザ送信素子の駆動電流量を調節することにより、半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαを予め０又は負の値に設定する。
【００１６】
この構成によれば、ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαを予め正の値に設定しておくことで、ＥＡ変調器の光吸収量を小さくすることができ、ＥＡ変調器における光損失を最小限にできる。このため、レーザ送信素子の駆動電流量を小さくでき、レーザ送信素子の負荷軽減、局側装置の省電力化にメリットがある。
近距離伝送では、半導体光増幅器ＳＯＡを、その利得が非飽和領域になるようにレーザ送信素子の駆動電流量を設定する。この結果、ＥＡ変調器と半導体光増幅器ＳＯＡとをあわせたプリチャーピング・パラメータは大きくなるが、近距離伝送なので伝送される光信号の波形歪の問題は生じない。
【００１７】
中距離伝送ではＥＡ変調器と半導体光増幅器ＳＯＡとをあわせたプリチャーピング・パラメータをほぼ０にしたいため、半導体光増幅器ＳＯＡを、その利得が非飽和領域になるように、レーザ送信素子の駆動電流量を設定する。ＬＤ電流は近距離伝送よりも大きくなるが、長距離区間伝送よりも小さくできる。
長距離区間伝送では、合計のプリチャーピング・パラメータをさらに負にしたいため、半導体光増幅器ＳＯＡを、その利得が非飽和領域になるように、レーザ送信素子の駆動電流量を、中距離伝送よりも大きく設定する。中距離伝送よりＬＤ電流はさらに大きくなるが、ＴＤＰを最適に設定することができ、ロスバジェット（ロスバジェット」とは、送信光パワーと光受信モジュールの受信感度の差で決まる光伝送路に許容される伝送損失値を言う）をより拡大することができる。
【００１８】
バイアス制御部は、距離区間の距離が長いほど、レーザ送信素子の出力光を入力する半導体光増幅器ＳＯＡの利得が飽和領域になるようにレーザ送信素子の駆動電流量を大きく設定し、距離区間の距離が短いほど、レーザ送信素子の出力光を入力する半導体光増幅器ＳＯＡの利得が非飽和領域になるようにレーザ送信素子の駆動電流量を小さく設定することが好ましい。
【００１９】
この結果、駆動電流制御部は距離区間の距離が短いほど半導体光増幅器ＳＯＡのαを０に近くするよう設定し、距離区間の距離が長いほど、半導体光増幅器ＳＯＡのαを０よりも小さくすることにより、合計のプリチャーピング・パラメータを負にすることができる。
本発明の局側装置及び光通信方法は、本発明のＰＯＮ光伝送システムと実質同一発明にかかるものである。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように本発明によれば、局側装置と複数の宅側装置との間の距離区間情報に応じて、半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαが結果的に変更され、２つのプリチャーピング・パラメータの相加効果により、局側装置と複数の宅側装置との間の距離の長短にかかわらず、一つのシステム仕様で、省電力化と、光伝送路の波長分散特性の補償とを同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】局側装置ＯＬＴと複数の宅側装置ＯＮＵとの間を、光カプラを介して光ファイバで接続したＰＯＮ光伝送システムの構成例を示す概略図である。
【図２】ＰＯＮ光伝送システムの宅側装置ＯＮＵに備えられ、レーザ送信素子ＬＤを光源としてデータバッファメモリに蓄積されたデータを送信する光送信装置を示すブロック構成図である。
【図３】局側装置の光送信部１８の詳細なブロック構成図である。
【図５】ディスカバリ手順を説明するためのフローチャートである。
【図４】半導体光増幅器ＳＯＡの入力光パワー（レーザ送信素子ＬＤのＬＤ電流に換算）、増幅利得及びプリチャーピング・パラメータの関係を図解するグラフである。
【図６】ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαと消光比との関係を示すグラフである。
【図７】ＬＤ電流とＥＡ変調後光出力パワーの関係を示すグラフである。
【図８】半導体光増幅器ＳＯＡへの入力光パワー（ＬＤ電流に換算）と半導体光増幅器ＳＯＡの利得との関係、ＬＤ電流と半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαとの関係を示すグラフである。
【図９】ＬＤ電流と半導体光増幅器ＳＯＡの光出力パワーとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、ＰＯＮ光伝送システムのネットワーク構成例を示す概略図である。
ＰＯＮ光伝送システムは、局舎に備えられる局側装置ＯＬＴと複数の加入者に備えられる宅側装置ＯＮＵとが、光ファイバ及び光カプラＯＣを介して接続されている。
宅側装置ＯＮＵは、加入者宅内に設置されるパーソナルコンピュータなどの光ネットワークサービスを享受するための端末を接続するネットワークインタフェースを備えている。
【００２３】
光カプラＯＣは、特に外部からの電源供給を必要とせず入力された信号から受動的に信号を分岐・多重するスターカプラで構成されている。
局側装置ＯＬＴ及び光カプラＯＣ、光カプラＯＣ及び宅側装置ＯＮＵに接続されている光ファイバは、それぞれ１本の光ファイバからなるシングルモードファイバを用いている。つまり、１台の局側装置ＯＬＴは、１本の幹線光ファイバを通して第１の光カプラＯＣに接続されている。そして、第１の光カプラＯＣは、必要であればＭ台の第２の光カプラＯＣ（Ｍは、この例では２の数）と光ファイバで接続している。そして、第１、第２の光カプラＯＣは、複数の宅側装置ＯＮＵと、支線光ファイバで接続されている。よって、１局の局側装置ＯＬＴが送受する信号は、２段の光カプラＯＣによって、複数台の宅側装置ＯＮＵに分配される。なお、光カプラＯＣや宅側装置ＯＮＵの台数は例示であるにすぎない。
【００２４】
本発明の実施形態の光伝送システムは、ＰＯＮ光伝送システムに、イーサネット（イーサネット（Ethernet）は登録商標である）の技術を取り込み、Ｇｂｐｓ台のベースバンド速度で光ファイバのアクセス区間通信を実現するＧＥ−ＰＯＮ光伝送システム（Gigabit Ethernet-Passive Optical Network）方式を採用している。
ＧＥ−ＰＯＮ光伝送システム方式に従えば、局側装置ＯＬＴ及び宅側装置ＯＮＵの相互の通信は、可変長なフレームを単位として行われる。
【００２５】
まず、上位のネットワークから放送形態で各局側装置ＯＬＴに入ってくる下りフレームは、局側装置ＯＬＴにおいて所定の処理が行われ、中継されるべき論理リンク（MPCPリンクという）が特定される。そして、局側装置ＯＬＴを通して、光信号として光ファイバに送信される。光ファイバに送信させた光信号は、光カプラＯＣで分岐され、光カプラＯＣにつながる宅側装置ＯＮＵに送信されるが、当該MPCPリンクを構成する宅側装置ＯＮＵのみが所定の下りフレームを取り込み、フレームを宅内ネットワークインタフェースに中継する。
【００２６】
一方、上り光信号には、それぞれの宅側装置ＯＮＵからの上りフレームが含まれている。上り光信号は、それぞれの宅側装置ＯＮＵからの光信号どうしが互いに時間的に競合しないように送信される必要がある。そのために、局側装置ＯＬＴは、各宅側装置ＯＮＵに対して上り光信号を送信してもよい期間ウィンドウ（以下、単に「ウィンドウ」という）を割り当て、上り帯域割当用制御フレームとして通知する。ウィンドウを割り当てられた宅側装置ＯＮＵは、その割り当てられたウィンドウ期間に上り光信号を送信する。この上り光信号を「バースト光信号」という。バースト光信号は、各宅側装置ＯＮＵから送信され、ベースバンド信号で発光状態を変化させた、有限時間の光信号列である。
【００２７】
したがって、各宅側装置ＯＮＵ間の上り光信号の競合は回避される。各宅側装置ＯＮＵは、あるウィンドウが与えられたとき、そのウィンドウに収まる限りフレームを連続して送信してよい。そして、局側装置ＯＬＴは、各宅側装置ＯＮＵからの一連のフレーム信号を含んだバースト光信号を受信することができる。
局側装置ＯＬＴと複数の宅側装置ＯＮＵとの間の距離は、複数の宅側装置ＯＮＵごとに異なることは言うまでもないが、本発明の実施形態では、局側装置ＯＬＴと複数の宅側装置ＯＮＵとの間の各距離に大きなばらつきはないものとする。すなわち、局側装置ＯＬＴが装備される局舎から見れば、複数の加入者宅は局舎から離れた一定の地域に分布して存在しているものとする。
【００２８】
そこで複数の距離区間を設定し、局側装置ＯＬＴと複数の宅側装置ＯＮＵとの間の各距離が何れか１つの距離区間に入るようにする。複数の距離区間として、例えば、５〜１５ｋｍの距離区間１，１５〜３０ｋｍの距離区間２，３０ｋｍ以上の距離区間３などを設定する。距離区間１を称するときは、１０ｋｍという代表的な距離を用いて、「１０ｋｍ区間」と言い、距離区間２を称するときは「２０ｋｍ区間」と言い、距離区間３を称するときは「４０ｋｍ区間」などと言う。
【００２９】
図２は、本実施の形態における局側装置１０（ＯＬＴ）のブロック構成図である。
局側装置１０は、波長多重素子を用いて光信号を伝搬方向に応じて分離する光合分波部１２と、受信した光信号を電気信号に変換する光受信部１３と、ＰＯＮ光伝送システム側受信部１４と、ＰＯＮ光伝送システム側送信部１５と、データ中継処理部１６と、局側信号処理部１７と、送信する電気信号を光信号に変換する光送信部１８と、上位ネットワーク送信部１９と、上位ネットワーク受信部２０とを有する。
【００３０】
ＰＯＮ光伝送システム側受信部１４は、宅側装置ＯＮＵから受信した電気信号を構成するフレームのヘッダ部分を読み取ることにより、当該フレームがデータフレームであるか、レジスタリクエストフレームであるか、又はレポートフレームであるか等を判定する。
この判定の結果、フレームがデータフレームであれば、ＰＯＮ光伝送システム側受信部１４はこれをデータ中継処理部１６に送る。データ中継処理部１６は、上位ネットワークに対する送信制御等の所定の中継処理を行い、処理後のフレームは上位ネットワーク送信部１９を通して上位ネットワークへ送出される。
【００３１】
また、判定の結果、フレームがレジスタリクエストフレーム、又は、レポートフレームであれば、ＰＯＮ光伝送システム側受信部１４はこれを局側信号処理部１７に転送する。
局側信号処理部１７は、レジスタリクエストフレームの場合、後述するディスカバリ手順の結果得られたＲＴＴ（ラウンドタイムトリップ）に基づいて、局側装置ＯＬＴと複数の宅側装置ＯＮＵ間の距離を取得し、登録されている宅側装置ＯＮＵの中で最も遠い距離がいずれの距離区間に入るか、その距離区間の情報を光送信部１８に送る。光送信部１８は、その距離区間情報を記録部（図３の“２１”参照）へ保存し、その距離区間情報に基づいてＥＡバイアス制御回路によるバイアス制御部の制御を行う。レポートフレームの場合、局側信号処理部１７は、このレポートに基づいて制御情報としてのゲートフレームを生成し、このゲートフレームを、ＰＯＮ光伝送システム側送信部１５に送り、光送信部１８を経由して下り方向へ光送信させる。
【００３２】
またＰＯＮ光伝送システム側送信部１５は、上位ネットワーク受信部２０を通して取得した電気信号を構成するデータフレームを、宅側装置ＯＮＵに向けて送信する。
図３は、局側装置１０の光送信部１８の詳細なブロック構成図である。
光送信部１８は、距離区間情報を記憶する記録部２１と、送信データのクロスポイントを制御するクロスポイント制御部２２と、送信データの消光比を制御する変調振幅制御部２３と、ＥＡ変調器にＥＡバイアス電圧を供給するＥＡバイアス制御回路２４と、光信号を送出するレーザ送信素子ＬＤにバイアス電流を供給するＬＤバイアス制御回路２５と、半導体光増幅器ＳＯＡにバイアス電流を供給するＳＯＡバイアス制御回路２８と、ＥＡバイアス制御回路２４、ＬＤバイアス制御回路２５及びＳＯＡバイアス制御回路２８を制御するバイアス制御部２６と、レーザ送信素子ＬＤ及びＥＡ変調器を含み電気信号を光信号に変換する送信用光源ＥＭＬと、ＴＥＣバイアス制御部２７とを有している。
【００３３】
送信用光源ＥＭＬには、レーザ送信素子ＬＤ、ＥＡ変調器、半導体光増幅器ＳＯＡ及びフォトダイオードＰＤが搭載されているとともに、ペルチェ素子ＴＥＣとサーミスタが内蔵され、ＴＥＣバイアス制御部２７により、送信用光源ＥＭＬの温度を一定に保つようにしている。またＬＤバイアス制御回路２５は、レーザ送信素子ＬＤの発光出力が所定の出力になるようにバイアス駆動電流（ＬＤ電流という）を定めている。それとともに、フォトダイオードＰＤの受光強度信号に基づいて、レーザ送信素子ＬＤの発光出力を一定に保つように、ＬＤ電流を微調整（フィードバック制御）している。
【００３４】
バイアス制御部２６は、ＥＡ変調器に供給するＥＡバイアス電圧を設定し、ＥＡバイアス制御回路２４を通してＥＡ変調器に供給する。バイアス制御部２６は、距離区間情報に基づいて半導体光増幅器ＳＯＡへの駆動電流を設定し、ＳＯＡバイアス制御回路２８を通して供給する。
本発明では、バイアス制御部２６は、ＥＡ変調器のＥＡバイアス電圧を制御することにより、ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαを予め設定する。また局側装置と宅側装置との間の距離に応じて、レーザ送信素子ＬＤへのＬＤ電流量を設定することにより、結果として半導体光増幅器ＳＯＡの利得を調整し、プリチャーピング・パラメータαを可変する。
【００３５】
図４は、半導体光増幅器ＳＯＡの入力光パワー（レーザ送信素子ＬＤのＬＤ電流に換算）、増幅利得及びＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαの相互の一般的な関係を図解するグラフである。
このグラフから、半導体光増幅器ＳＯＡには、入力光パワーが増大しても利得が一定である非飽和領域と、入力光パワーが増大すると利得が低下していく飽和領域とがある。半導体光増幅器ＳＯＡを飽和領域と非飽和領域との境界（３ｄＢ飽和入力パワーという）又はそれ以上の入力パワーで使用すると、信号光の立ち上がりで半導体光増幅器ＳＯＡのキャリア密度が減少し、屈折率が増大する。その結果、半導体光増幅器ＳＯＡから出力される信号光は位相変調を受け、光信号波形の立ち上がりで瞬時光周波数が低下することになる。これを利用して、ＥＡ変調器を通して入力される信号光の正チャープを負のチャープに変換することができる。
【００３６】
半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαは、信号光の立ち上がりで半導体光増幅器ＳＯＡのキャリア密度が減少し、屈折率が増大する現象を表すためのパラメータである。図４に示すように、飽和領域においてα＝０のときは、「半導体光増幅器ＳＯＡのキャリア密度が減少し、屈折率が増大し瞬時光周波数が変化する現象」は発生せず、非飽和領域に入ってαが負に大きくなるほど、前述した現象は多く発生する。
【００３７】
ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαが正、半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαが負の場合、ＥＡ変調器においては、光信号波形の瞬時光周波数は立ち上がりで上昇し、立ち下がりで低下する。半導体光増幅器ＳＯＡにおいては、瞬時光周波数は立ち上がりで低下し、立ち下りで上昇する。
この半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαと、ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαとは相加され、送信用光源のプリチャーピング・パラメータαとなる。この送信用光源のプリチャーピング・パラメータαによって、半導体光増幅器ＳＯＡの出力光の周波数変動は評価される。
【００３８】
本願発明では、ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαをどの距離においても正に固定して使用する。これにより、ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαを負に固定した場合に比べて、ＥＡ変調後の光出力パワーがより大きくなるため、同じ光出力パワーを得るならば、ＬＤ電流を小さくできる。
しかし、長距離区間伝送時には送信用光源のプリチャーピング・パラメータαが負である必要がある。そこで、バイアス制御部２６においてＬＤ電流を制御することで半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαを任意に設定可能としている。
【００３９】
α設定の方針は、図４を用いて説明したように、ＬＤ電流を飽和領域で使用すると半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαが負へ大きくなり、非飽和領域で使用すると半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαは０になることを利用して、距離情報によりＬＤ電流を制御することである。
この結果、短距離区間では、ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαを正に固定する。負に固定した場合に比べて、ＥＡ変調後の光出力パワーがより大きくなるため、同じ光出力パワーを得るならば、ＬＤ電流を小さくできる、という前述した効果がそのまま得られる。
【００４０】
中・長距離区間では、ＬＤ電流を、距離が長いほど大きく設定することにより、半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピングのパラメータαが負になるように設定する。このように、距離に応じてＬＤ電流を設定することで、省電力化と、ＴＤＰを規格に適合させることの２つを、両立させることができる。
本実施の形態によれば、（１)距離区間情報を取得するためのディスカバリプロセスを実行し、（２）得られたＲＴＴ（ラウンドタイムトリップ）から各宅側装置との距離を計算し、宅側装置との距離区間を記録部２１へ保存し、（３）バイアス制御部２６はその距離情報に基づいてＬＤバイアス制御回路２５を制御する。
【００４１】
図５はディスカバリ手順によって距離区間情報を取得する処理を説明するためのフローチャートである。この手順では、距離区間として、１０ｋｍ, ２０ｋｍ, ４０ｋｍの３種類を想定しているが、この数値に限られるものではない。
局側信号処理部１７は、ステップＳ１において、すでにディスカバリ手順等により、光送信部１８の記録部２１に距離区間情報が登録されているかどうかを確認し（ステップＳ１）、距離区間情報が登録されている場合は、その距離区間情報に基づく光送信部１８のバイアス電圧、送信光パワーなどの設定値をバイアス制御部２６へ送信する（ステップＳ２）。
【００４２】
局側装置ＯＬＴは、設定値に基づき、上り送信許可メッセージ（Discovery_Gate）をすべての宅側装置ＯＮＵに向けて送信する（ステップＳ３）。上り送信許可メッセージには、局側装置ＯＬＴのローカル時間T1が記載されており、未登録の宅側装置ＯＮＵは、宅側装置ＯＮＵのクロックを上り送信許可メッセージに記載されている時刻に合わせ、局側装置ＯＬＴと時刻の同期をとる。宅側装置ＯＮＵは、上り送信許可メッセージに指定された許可時間からランダム時間待った後、局側装置ＯＬＴへ登録要求(Register_Request)を送信する。
【００４３】
局側信号処理部１７は、登録要求を受信した時間と宅側装置ＯＮＵからの時間情報とから、局側装置ＯＬＴと宅側装置ＯＮＵ間の各距離を計算する（ステップＳ４）。そして最も遠い宅側装置ＯＮＵの距離が含まれる距離区間を決定して光送信部１８の記録部２１へ保存する。
新たに保存された距離区間情報が、すでに登録されている距離区間情報と比較して遠いかどうか判定する（ステップＳ５）。ＹＥＳの場合は、光送信部１８に最も遠い距離区間情報を送信し記録部２１に保存し（ステップＳ６）、当該距離区間情報による光送信部１８のバイアス電圧、送信光パワーなどの設定値をバイアス制御部２６へ送信する（ステップＳ７）。このようにして、距離区間情報が更新された場合、光送信部１８の記録部２１を更新することができる。
【００４４】
局側信号処理部１７は、ステップＳ１で記録部２１に距離区間情報が保存されていない場合（例えばシステム起動後、初めてのディスカバリ）は、宅側装置ＯＮＵが１台も登録されていない状態である。このときは、一番遠い距離区間情報を光送信部１８へ送信する（ステップＳ１０）。そして光送信部１８のバイアス電圧、送信光パワーなどの設定値をバイアス制御部２６へ送信する（ステップＳ１１）。
【００４５】
局側信号処理部１７は、設定値に基づき、上り送信許可メッセージ(Discovery_Gate)をすべての宅側装置ＯＮＵに向けて送信する（ステップＳ１２）。局側信号処理部１７は、登録要求(Register_Request)を受信した時間と宅側装置ＯＮＵの時間情報から局側装置ＯＬＴと宅側装置ＯＮＵ間の各距離を計算し登録する（ステップＳ１３）。
次に登録された距離が１件以上あるかどうかを調べ（ステップＳ１４）、もしあれば、光送信部１８に最も遠い距離が含まれる距離区間情報を記録部２１に保存し（ステップＳ１５）、当該距離区間情報に対応する設定値を制御部へ送信する（ステップＳ１６）。
【００４６】
ステップＳ１４において、宅側装置ＯＮＵが登録されない場合（距離区間情報４０ｋｍに対応する設定値ではディスカバリが成功しなかった場合）は、ステップＳ２１に進み、現在の距離区間情報が１０ｋｍであるかどうかを確認し、“ＮＯ”の場合はステップＳ２２に進み、現在の距離区間情報が４０ｋｍであるかどうかを確認し、“ＹＥＳ”の場合は、距離区間情報２０ｋｍを光送信部１８へ送信する（ステップＳ２３）。以後、ステップＳ１１からＳ１４の処理を行い、登録された距離が１件以上あるかどうかを調べ（ステップＳ１４）、もしあれば、光送信部１８に最も遠い距離が含まれる距離区間情報を記録部２１に保存し（ステップＳ１５）、当該距離区間情報に対応する設定値をバイアス制御部へ送信する（ステップＳ１６）。
【００４７】
もしステップＳ１４で宅側装置ＯＮＵが登録されない場合（距離区間情報４０ｋｍ，２０ｋｍに対応する設定値ではディスカバリが成功しなかった場合）は、ステップＳ２１に進み、現在の距離区間情報が１０ｋｍであるかどうかを確認し、“ＮＯ”の場合はステップＳ２２に進み、現在の距離区間情報が４０ｋｍであるかどうかを確認する。“ＮＯ”の場合は、距離区間情報１０ｋｍを光送信部１８へ送信する（ステップＳ２４）。以後、ステップＳ１１からＳ１４の処理を行い、登録された距離が１件以上あるかどうかを調べ（ステップＳ１４）、もしあれば、光送信部１８に最も遠い距離が含まれる距離区間情報を記録部２１に保存し（ステップＳ１５）、当該距離区間情報に対応する設定値をバイアス制御部へ送信する（ステップＳ１６）。
【００４８】
もしこれでも宅側装置ＯＮＵが登録されない場合（距離区間情報４０ｋｍ，２０ｋｍ，１０ｋｍに対応する設定値ではディスカバリが成功しなかった場合）は、ステップＳ２１に進み、現在の距離区間情報が１０ｋｍであるかどうかを確認し、“ＹＥＳ”の場合は宅側装置ＯＮＵが1台も登録されない状態であり、ディスカバリに失敗したと判断してディスカバリ処理を抜ける。
【００４９】
このような図５のディスカバリ手順を定期的に行う。
以上のディスカバリ手順では、光送信部１８のバイアス制御部２６の設定値は、光送信部１８の記録部２１に距離区間情報がない場合、距離区間４０ｋｍの設定値でディスカバリを行い、1台も宅側装置ＯＮＵをディスカバリできない場合は距離区間２０ｋｍの設定値でディスカバリを行い、1台も宅側装置ＯＮＵをディスカバリできない場合は距離区間１０ｋｍの設定値でディスカバリを行う。これにより、ディスバリ手順実行時には、複数の宅側装置と局側装置との距離が、いずれの距離区間に該当するか不明な場合でも、各距離区間に対応した複数のＬＤ電流などの設定値をそれぞれ設定して各ディスバリ手順を実行することができる。
【実施例１】
【００５０】
局側装置と複数の宅側装置との距離が、いずれの距離区間に該当するかに応じて、各距離区間に対応したＬＤ電流などの設定値を決定する手順を、実際の計算例を参照しながら説明する。この実施例では距離区間として、１０ｋｍ, ６０ｋｍの２種類の区間を想定するが、本発明はこれに限られるものではない。３種類、あるいはそれ以上の区間を想定しても良く、キロメートルの数値もこれに限定されるものではない。
【００５１】
（１）半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαの設定
（１−１）比較例
ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαを−0.67に固定すると６０ｋｍ伝送までの送信パワー増大要求（ＴＤＰ；Transmitter Dispersion Penalty）は1.5ｄＢ以下であるという報告（非特許文献２）に基づき、距離区間にかかわらず、ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαを−０．７に固定する。また半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαは０に固定する。
【００５２】
（１−２）実施例
（ａ）短距離区間用設定
１０ｋｍ伝送を想定する。ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαが０．５のときにＴＤＰ1.5ｄＢ以下であるという報告（非特許文献１）に基づき、ＥＡ変調器のα＝０．５とした。半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαは、１０ｋｍ伝送のような短距離の場合、α＝０とした。
【００５３】
（ｂ）長距離区間用設定
６０ｋｍ伝送を想定する。ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータα＝０．５のときにＴＤＰは1.5ｄＢ以下であるという報告（非特許文献１）に基づき、ＥＡ変調器のα＝０．５とした。半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαは負にした。
半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαを負にすることで、正のチャープを負のチャープに変換することができる。半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαが負の方向に大きくなればなるほど、ＴＤＰが小さくなることが期待できるが、ＬＤ電流量が大きくなることから、ＴＤＰを小さくすることと、ＬＤ電流量を小さくすることとの兼ね合いから、半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαを、α＝−1.2とした。
【００５４】
（１−３）結果
【００５５】
【表１】
0005532354.tif 000002
【００５６】
表１は、ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータα、半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαを設定した場合に、距離ごと(１０ｋｍ,６０ｋｍ)のＴＤＰを計算した結果を示す。
表１の左欄は、短距離区間用設定（ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαが０．５、半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータα０）の光信号を、１０ｋｍ伝送に適用した場合に、ＴＤＰが１となり、６０ｋｍ伝送に適用した場合にＴＤＰが４．５となることを示す。
【００５７】
表１の中欄は、長距離区間用設定（ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαが０．５、半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータα１．２）の光信号を、１０ｋｍ伝送に適用した場合にＴＤＰが０．９となり、６０ｋｍ伝送に適用した場合にＴＤＰが１．４となることを示す。
表１の右欄は、距離を考慮しない従来の設定（ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαが−０．７、半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータα０）の光信号を、１０ｋｍ伝送に適用したときＴＤＰが０．９となり、６０ｋｍ伝送に適用したときＴＤＰが１．４となることを示す。
【００５８】
（２）ＬＤ電流の設定
図６は、ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαと消光比との関係を示すグラフである。図７は、ＬＤ電流とＥＡ変調後光出力パワーの関係を示すグラフである。
本実施例では、ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαを正の値０．５に固定して使用する。比較例では、ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαを負の値−０．７に固定して使用する。α＝０．５（実施例）とα＝−０．７（比較例）では、ＥＡ変調器の吸収特性を示す消光比に８ｄＢの差があり、EA α＝０．５の方が、吸収が少ない。
【００５９】
図７より、ＬＤ電流を変化させ、ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαを０．５に固定したときのＥＡ変調後の光出力パワーは、比較例（ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαを−０．７に固定）より、ＬＤ電流の範囲にわたって、４ｄＢ大きくなっていることが分かる。
図８は、半導体光増幅器ＳＯＡへの入力光パワー（ＬＤ電流に換算）と半導体光増幅器ＳＯＡ利得との関係、ＬＤ電流と半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピングのパラメータαとの関係を示すグラフである。曲線ＡはＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαを−０．７にしたときの半導体光増幅器ＳＯＡの利得、曲線Ｂは半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピングのパラメータαを表す。曲線ＣはＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαを０にしたときの半導体光増幅器ＳＯＡの利得、曲線Ｄは半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピングのパラメータαを表す。図９は、ＬＤ電流と半導体光増幅器ＳＯＡ光出力パワーの関係を示すグラフであり、図７のＥＡ変調後光出力パワーに、図８の半導体光増幅器ＳＯＡ利得（曲線Ｃ，Ｄ）をグラフ上で足し算した結果が図９になる。
【００６０】
（２−１）比較例
ＬＤ電流の設定条件は、（ａ）ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαが−０．７であり、半導体光増幅器ＳＯＡのαが０であること、（ｂ）10G-EPON(PRX50)とX-GPON(N2b)の規格に適応するため、半導体光増幅器ＳＯＡ光出力パワーが、10.5ｄＢｍ−12.0ｄＢｍの範囲内であること、である。
【００６１】
ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαが−０．７のとき、ＬＤ電流と半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピングのパラメータαとの関係は、図８の曲線Ｂで表される。半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαを０で使用するためのＬＤ電流は６５ｍＡとなる。このとき半導体光増幅器ＳＯＡの利得は曲線Ａから１２ｄＢとなる。このＬＤ電流６５ｍＡは、半導体光増幅器ＳＯＡを非飽和領域で使用するための上限値となり、これよりＬＤ電流が大きくなれば、飽和領域に入ってしまう。また、このＬＤ電流６５ｍＡを採用することによって、図９に示すように、半導体光増幅器ＳＯＡ光出力パワー10.5ｄＢｍを確保することができる。
【００６２】
（２−２）実施例
ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαを正（０．５）に固定して使用する。半導体光増幅器ＳＯＡ駆動電流は、ＬＤ電流の設定に対しても広範囲で半導体光増幅器ＳＯＡ光出力パワーを10.5ｄＢｍ−12.0ｄＢｍ範囲内に設定できるように、８０ｍＡ固定とした。
【００６３】
（ａ）短距離区間用設定
ＬＤ電流の設定条件は、（ａ）ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαが０．５であり、半導体光増幅器ＳＯＡ α＝０ｄＢであること、（ｂ）10G-EPON(PRX50)とX-GPON(N2b)の規格に適応するため、半導体光増幅器ＳＯＡ光出力パワーが、10.5ｄＢｍ−12.0ｄＢｍの範囲内であること、である。
【００６４】
ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαが０．５のとき、ＬＤ電流と半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピングのパラメータαとの関係は、図８の曲線Ｄで表される。半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαを０で使用するためのＬＤ電流は４０ｍＡとなる。このとき半導体光増幅器ＳＯＡの利得は曲線Ｃから１２ｄＢとなる。このＬＤ電流４０ｍＡは、半導体光増幅器ＳＯＡを非飽和領域で使用するための上限値となり、これよりＬＤ電流が大きくなれば飽和領域に入ってしまう。また、このＬＤ電流４０ｍＡを採用することによって、図９に示すように、半導体光増幅器ＳＯＡ光出力パワー10.5ｄＢｍを確保することができる。よって、ＬＤ電流は４０ｍＡと設定する。
【００６５】
ＬＤ電流の比較例からの削減量は６５ｍＡ（比較例）−４０ｍＡ（実施例）＝２５ｍＡとなる。
（ｂ）長距離区間用設定
６０ｋｍ伝送を想定する。ＬＤ電流の設定条件は、（ａ）ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαが０．５であり、半導体光増幅器ＳＯＡ α＝−１．２であること、（ｂ）10G-EPON(PRX50)とX-GPON(N2b)の規格に適応するため、半導体光増幅器ＳＯＡ光出力パワーが、10.5ｄＢｍ−12.0ｄＢｍの範囲内であること、である。
【００６６】
ＥＡ変調器のプリチャーピング・パラメータαが０．５のとき、ＬＤ電流と半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピングのパラメータαとの関係は、図８の曲線Ｄで表される。半導体光増幅器ＳＯＡのプリチャーピング・パラメータαを−１．２で使用するためのＬＤ電流は６０ｍＡとなる。この６０ｍＡという電流値は、半導体光増幅器ＳＯＡを飽和領域で使用することになる。このとき半導体光増幅器ＳＯＡの利得は曲線Ｄから９ｄＢとなる。このＬＤ電流６０ｍＡを採用することによって、図９に示すように、半導体光増幅器ＳＯＡ光出力パワー10.9ｄＢｍを確保することができる。よって、ＬＤ電流は６0ｍＡと設定する。
【００６７】
ＬＤ電流の比較例からの削減量は６５ｍＡ（比較例）−６０ｍＡ（実施例）＝５ｍＡとなる。
（３）以上をまとめると、表２のようになる。
【００６８】
【表２】
0005532354.tif 000003
【００６９】
短距離区間でのＬＤ電流削減効果は２５ｍＡであり、長距離区間でのＬＤ電流削減効果は5ｍＡである。実施例では、波長分散によるＴＤＰを、比較例と同等のＴＤＰ1.5ｄＢ以下とし、ＬＤ電流量を小さくすることで、ＬＤ負荷を軽減することができる。
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、今回開示された実施の形態はすべて例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。例えば、距離区間の数を増やすこと、または隣り合う距離区間の範囲に重なりが生じるように設定しても、本発明は実施できる。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７０】
１０  局側装置
１２  光合分波部
１３  光受信部
１４  ＰＯＮ光伝送システム側受信部
１５  ＰＯＮ光伝送システム側送信部
１６  データ中継処理部
１７  局側信号処理部
１８  光送信部
２１  記録部
２４  ＥＡバイアス制御回路
２５  ＬＤバイアス制御回路
２６  バイアス制御部
２８  ＳＯＡバイアス制御部
【図１】
0005532354.tif 000004
【図２】
0005532354.tif 000005
【図３】
0005532354.tif 000006
【図４】
0005532354.tif 000007
【図５】
0005532354.tif 000008
【図６】
0005532354.tif 000009
【図７】
0005532354.tif 000010
【図８】
0005532354.tif 000011
【図９】
0005532354.tif 000012