(57)【要約】      （修正有）【課題】特殊な直接変調用半導体レーザを作成することなくチャープ量の周波数依存性を抑圧することができる光周波数変調信号発生器を提供する。【解決手段】光周波数変調信号発生器１０は、直接変調により光周波数変調信号を出力する半導体レーザ５と、半導体レーザを駆動するための変調信号を発生する変調信号発生器１と、発生した変調信号を複流ＲＺ信号に符号化する複流ＲＺ信号符号化器６と、符号化された複流ＲＺ信号の電圧を調整して駆動信号とするドライバ２と、バイアス信号を生成するバイアス回路４と、バイアス信号と駆動信号とを合波して半導体レーザに供給するバイアスティ３とを備える。【選択図】図４
2014036059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接変調により光周波数変調信号を出力する半導体レーザと、
前記半導体レーザを駆動するための変調信号を発生する変調信号発生器と、
前記発生した変調信号を複流ＲＺ信号に符号化する複流ＲＺ信号符号化器と、
前記符号化された複流ＲＺ信号の電圧を調整して駆動信号とするドライバと、
バイアス信号を生成するバイアス回路と、
前記バイアス信号と前記駆動信号とを合波して前記半導体レーザに供給するバイアスティとを備えたことを特徴とする光周波数変調信号発生器。
【請求項２】
前記半導体レーザから出力される光周波数変調信号の変調量の周波数特性が前記半導体レーザの駆動信号として使用される周波数帯域において平坦となるように、前記バイアス回路で生成するバイアス信号の電流値が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光周波数変調信号発生器。
【請求項３】
前記バイアス信号の電流値は、前記光周波数変調信号の変調量が平坦となる周波数帯域に半導体レーザの駆動信号の周波数が含まれることとなる最小の電流値に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光周波数変調信号発生器。
【請求項４】
前記駆動信号の変調方式が多値であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光周波数変調信号発生器。
【請求項５】
前記駆動信号の変調方式が２値ＦＳＫであって、変調指数が１．０であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光周波数変調信号発生器。
【請求項６】
前記駆動信号の変調方式が４値ＦＳＫであって、変調指数が１．５である請求項１から４のいずれかに記載の光周波数変調信号発生器。
【請求項７】
半導体レーザを駆動するための変調信号を発生する変調信号発生工程と、
前記発生した変調信号を複流ＲＺ信号に符号化する複流ＲＺ信号符号化工程と、
前記符号化された複流ＲＺ信号の電圧を調整して駆動信号するとともに、バイアス信号を生成する工程と、
前記バイアス信号と前記駆動信号とに基づいて前記半導体レーザを駆動することにより半導体レーザを直接変調して光周波数変調信号を出力する工程とを含むことを特徴とする光周波数変調信号発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光周波数変調信号発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブロードバンドサービスの拡大により、より高速かつ広範囲にＦＴＴＨサービスを提供するための技術が研究開発されている。中でも、半導体レーザの直接変調による周波数変調は高速かつ高分散耐性を有しているだけでなく、図１に示すように、簡素な構成で光周波数変調信号を作成することができるという利点がある。
【０００３】
半導体レーザの直接変調による周波数変調においては、非特許文献１に記載がある通り、周波数変調量の駆動信号に対する周波数依存性が確認されている。よって、図１に示す構成では波形歪が発生する。この依存性は、高周波領域では緩和振動周波数が原因であり、低周波領域では温度効果が原因であることが示されている。図２にその周波数特性を示す。図３（ａ）は駆動信号であり、ＮＲＺ信号が用いられる。図３（ｂ）は、ＮＲＺ信号を使った際に半導体レーザから出力される周波数変調信号である。
【０００４】
この波形歪への対策として、特許文献１では半導体レーザの活性層をレーザ領域と変調領域に分割することで、高周波・低周波領域ともに周波数特性の平坦化を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−１３７７７８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】荻田省一ほか著「半導体レーザの直接周波数変調」電子情報通信学会論文誌Ｃ−Ｉ、Ｖｏｌ．Ｊ７３−Ｃ−Ｉ、Ｎｏ．５  ｐｐ．２６８−２７６、１９９０年５月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記手法では、半導体レーザの電極を分割する必要があることから、プロセス工程ならびに実装工程が増えたり、専用のレーザを作成したりする必要があったため、作成コストが高価となるという問題がある。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みて発明されたものであり、本発明の課題は、特殊な直接変調用半導体レーザを作成することなくチャープ量の周波数依存性を抑圧することができる光周波数変調信号発生器を提供することである。
【０００９】
本発明の他の課題は、光周波数変調器を小型かつシンプルな実装を可能とし、低コストな光周波数変調信号発生器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の一実施態様は、直接変調により光周波数変調信号を出力する半導体レーザと、前記半導体レーザを駆動するための変調信号を発生する変調信号発生器と、前記発生した変調信号を複流ＲＺ信号に符号化する複流ＲＺ信号符号化器と、前記符号化された複流ＲＺ信号の電圧を調整して駆動信号とするドライバと、バイアス信号を生成するバイアス回路と、前記バイアス信号と前記駆動信号とを合波して前記半導体レーザに供給するバイアスティとを備えたことを特徴とする光周波数変調信号発生器である。
【００１１】
本発明の他の実施態様は、半導体レーザを駆動するための変調信号を発生する変調信号発生工程と、前記発生した変調信号を複流ＲＺ信号に符号化する複流ＲＺ信号符号化工程と、前記符号化された複流ＲＺ信号の電圧を調整して駆動信号するとともに、バイアス信号を生成する工程と、前記バイアス信号と前記駆動信号とに基づいて前記半導体レーザを駆動することにより半導体レーザを直接変調して光周波数変調信号を出力する工程とを含むことを特徴とする光周波数変調信号発生方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の直接変調による光周波数変調信号生成器の構成例を示す図である。
【図２】周波数変調特性の測定例を示す図である。
【図３】従来例による光周波数信号
【図４】第１の実施形態の光周波数変調信号発生器を示す図である。
【図５】複流ＲＺ符号化器が出力する出力信号について説明する図である。
【図６】複流ＲＺ信号を駆動信号として使用した半導体レーザにおける出力信号の変化について説明する図である。
【図７】周波数変調量の周波数特性をバイアス電流値ごとに示す図である。
【図８】第２の実施形態の光周波数変調信号発生器を示す図である。
【図９】第３の実施形態の光周波数変調信号発生器を示す図である。
【図１０】第４の実施形態の光周波数変調信号発生器を示す図である。
【図１１】第５の実施形態の光周波数変調信号発生器を示す図である。
【図１２】４値複流ＲＺ符号化について説明するための図である。
【図１３】第６の実施形態の光周波数変調信号発生器を示す図である。
【図１４】第７の実施形態の光周波数変調信号発生器を示す図である。
【図１５】第８の実施形態の光周波数変調信号発生器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
本発明における第１の実施形態の光周波数変調信号発生器について説明する。図４は、第１の実施形態の光周波数変調信号発生器を示す図である。光周波数変調信号発生器１０は、変調信号発生器１と、ドライバ２と、バイアスティ３と、バイアス回路４と、半導体レーザ５と、複流ＲＺ符号化器６とを備えて構成される。本実施形態の光周波数変調信号発生器は、何れの変調方式も適用できるが、変調方式が２値ＦＳＫである場合を例に挙げて説明する。
【００１５】
光周波数変調信号発生器１０では、変調信号発生器１で発生した変調信号を、複流ＲＺ符号化器６にて、複流ＲＺ信号へ符号化する。ドライバ２は、半導体レーザ５を駆動するための必要な振幅を得るために、複流ＲＺ信号の電圧を調整してバイアスティ３へ供給する。一方、バイアス回路４は、半導体レーザ５を発振するために必要なバイアス信号を生成してバイアスティ３に供給する。バイアスティ３は、電圧調整された複流ＲＺ信号をバイアス信号と合波し、合波した信号により半導体レーザ５を駆動する。半導体レーザ５が駆動されて得られる信号は、ｆ０、ｆ１の周波数を有する光周波数変調信号となり、光周波数変調信号発生器１０から出力される。
【００１６】
複流ＲＺ符号化器６が出力する出力信号について図５を用いて説明する。図５（ａ）は光通信において一般に使用されるＮＲＺ信号を示し、図５（ｂ）は本実施形態で用いられる複流ＲＺ信号を示している。ＮＲＺ信号では、図５（ａ）に示すように、同符号の信号が連続する場合は同じレベルの振幅を保持する。一方複流ＲＺ信号では、図５（ｂ）に示すように、ビットごとに振幅が０レベルに戻る。また、複流ＲＺ信号では、１信号のとき＋側、０信号のとき−側の出力を有する。なお１信号のときに−側、0信号のときに＋側の出力となってもよい。
【００１７】
この複流ＲＺ信号を駆動信号として使用した半導体レーザにおける出力信号の変化について図６を用いて説明する。図６（ａ）には、ＰＲＢＳ１５段におけるＮＲＺ信号による出力、図６（ｃ）には複流ＲＺ信号による出力の波形の一部をそれぞれ示している。図６（ｂ）には、ＮＲＺ信号によって変調される際の信号歪を示し、図６（ｄ）には、複流ＲＺ信号によって変調される際の信号歪みを示す。図６において、横軸は時間を示し、（ａ）、（ｃ）の縦軸は出力電圧を、（ｂ）、（ｄ）の縦軸は周波数ひずみの程度を示している。図６に示すように、半導体レーザを直接周波数変調したときの光周波数変調信号の発生においては波形歪が生じる。波形歪みは低周波領域では温度効果によって生じ、ＤＣ〜１ＭＨｚの領域において生じる。
【００１８】
図６（ａ）、（ｂ）に示すＮＲＺ信号では、同符号連続がある領域において大きく出力が変動する。これは温度効果に伴う波形歪が大きくなっていることを示す。一方図６（ｃ）、（ｄ）に示す複流ＲＺ信号においては、同符号連続領域である程度の変動はあるが、ＮＲＺ信号に比べて抑えられている。このことから複流ＲＺ信号では、低周波領域における波形歪がＮＲＺに比べ緩和されることがわかる。すなわち、半導体レーザ５の駆動信号として複流ＲＺ信号を使用することによって、温度効果に伴う波形歪が緩和されることが判る。結果として半導体レーザ５の出力信号の周波数依存性の抑圧に寄与する。
【００１９】
図７は、バイアス回路４からのバイアス電流をＶｐｐ：０．５Ｖにおいて２０ｍＡ、３０ｍＡ、４０ｍＡ、５０ｍＡ、６０ｍＡ、６５ｍＡと設定したときの周波数変調量の駆動信号周波数依存性をそれぞれ示す。図７には、それぞれのバイアス電流について、駆動信号の周波数を変化させながら半導体レーザ５における周波数変調量を測定した結果が示されている。図７に示されるように、注入電流（バイアス電流値）を増加することで、周波数変調量の周波数特性が平坦となる駆動信号の周波数帯域が拡大する。周波数変調量の周波数特性が平坦であるとは、駆動周波数の変化量に対する周波数変調量の変化量の比が１ｄＢ以内であることをいう。注入電流量を増加させると、レーザ内部の屈折率が変化するので、半導体レーザ５の共振器長が実質的に変化することとなり、結果として発振周波数が変化する。具体的には注入電流量を増加させると発振周波数が高くなる。また、周波数変調量は、半導体レーザ５が発振する周波数でピークとなる。したがって、注入電流量（バイアス電流値）を増加させることで発振周波数をより高い周波数帯域に移動させ、それよりも低い周波数帯域での周波数変調量の周波数特性を平坦化することができる。この周波数変調量の周波数特性が平坦な周波数帯域内に半導体レーザ５において使用する駆動信号の周波数が含まれるようにバイアス電流値を設定することで高周波領域（１０ＭＨｚ以上）における波形歪のない光周波数変調信号発生器を実現することができる。この構成により、高ビットレートの光周波数変調信号を生成可能となり、伝送する信号のビットレートを上げることができる。
【００２０】
また、バイアス電流量を増加させると、１０ＭＨｚ以上の領域において周波数変調量の周波数特性が平坦な周波数帯域が広がることとなるが、使用電力に対する出力電力が低下するので駆動効率が低下する。したがって、バイアス電流値は、半導体レーザ５の駆動信号の周波数が、周波数変調量の周波数特性が平坦となる周波数帯域に含まれることとなる最小の電流値を最適化された電流値として設定することが好ましい。高周波領域の駆動信号を使用できることになり、追加の部材になしに、伝送する信号のビットレートを上げることができるからである。
【００２１】
半導体レーザ５では、バイアス電流値に対する発振周波数の変化は、その導波路構造、半導体ドープ材料、クラッドの材料、使用環境などの様々なパラメータによって変動し、一定の対応関係を有しない。したがって、バイアス電流量を変化させながら半導体レーザ５の出力波形を観察して、周波数変調量の周波数特性が平坦となる周波数帯域に半導体レーザ５の駆動信号の周波数が含まれるようバイアス電流量を設定すればよい。
【００２２】
本実施形態の光周波数変調信号発生器によれば、特殊な直接変調用半導体レーザを作成することなくチャープ量の周波数依存性を抑圧することができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
本実施形態の光周波数変調信号発生器２０は、図８に示すように、第１の実施形態における変調信号発生器１と複流ＲＺ信号符号化器６を同一のＬＳＩ７にて構成したものである。その他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００２４】
本実施形態の光周波数変調信号発生器によれば、第１の実施形態の効果に加えて、光周波数変調器を小型かつシンプルな実装を可能とし、低コストな光周波数変調信号発生器を提供することができる。
【００２５】
（第３の実施形態）
本実施形態の光周波数変調信号発生器は、第１の実施形態の光周波数変調信号発生器のドライバに代えて、光周波数変調信号の変調指数が１．０となるように変調信号の電圧の振幅を調整する機能を有するドライバを用いること以外は、第１の実施形態と同じ構成である。
【００２６】
図９は、本実施形態の光周波数変調信号発生器の構成を示す図である。図９に示すように、本実施形態の光周波数変調信号発生器３０では、２つの異なる周波数ｆ０、ｆ１を有する出力信号が発生される。これらの出力信号ｆ０、ｆ１は波長が異なるものであり、これらの波長の差分から決定される変調指数が１．０となるようにドライバ２ａの出力が調整されている。
【００２７】
この実施形態の光周波数変調信号発生器によれば、第１の実施形態の効果に加えて、光周波数変調信号はディジタルコヒーレント検波が可能となり、受信感度の向上やディジタル信号処理による分散耐性の向上が可能である。
【００２８】
（第４の実施形態）
本実施形態の光周波数変調信号発生器４０は、図１０は第３の実施形態における変調信号発生器１と複流ＲＺ信号符号化器６を同一のＬＳＩ７にて構成したものである。その他の構成は第３の実施形態と同様である。
【００２９】
本実施形態の光周波数変調信号発生器によれば、第３の実施形態の効果に加えて、光周波数変調器を小型かつシンプルな実装を可能とし、低コストな光周波数変調信号発生器を提供することができる。
【００３０】
（第５の実施形態）
本実施形態の光周波数変調信号発生器は、光周波数変調信号として４値の出力をするものである。図１１に示すように、光周波数変調信号発生器５０において、変調信号発生器１ａ、複流ＲＺ符号化器６ａ、ドライバ２ａは、４値の駆動信号を出力する点で第１の実施形態の光周波数変調信号発生器とは異なる構成を備えている。本実施形態では、変調方式が４値ＦＳＫである場合を例に挙げて説明する。
【００３１】
図１２（ａ）に従来のＮＲＺ信号を示し、図１２（ｂ）に複流ＲＺ符号化器６ａが出力する４値複流ＲＺ信号およびＮＲＺ信号の波形を示す。
【００３２】
この実施形態の光周波数変調信号発生器によれば、第１の実施形態の効果に加えて、駆動信号を多値化することにより、電気信号の周波数帯域を必要とせずに伝送する信号のビットレートを上げることができる。
【００３３】
（第６の実施形態）
本実施形態の光周波数変調信号発生器６０は、図１３に示すように、第５の実施形態における変調信号発生器１ａと複流ＲＺ信号符号化器６ａを同一のＬＳＩ７ａにて構成したものである。その他の構成は第５の実施形態と同様である。
【００３４】
本実施形態の光周波数変調信号発生器によれば、第５の実施形態の効果に加えて、光周波数変調器を小型かつシンプルな実装を可能とし、低コストな光周波数変調信号発生器を提供することができる。
【００３５】
（第７の実施形態）
本実施形態の光周波数変調信号発生器７０は、第５の実施形態の光周波数変調信号発生器のドライバに代えて、光周波数変調信号の変調指数が１．５となるように変調信号の電圧の振幅を調整する機能を有するドライバを用いること以外は、第５の実施形態と同じ構成である。
【００３６】
図１４は、本実施形態の光周波数変調信号発生器の構成を示す図である。図１４に示すように、本実施形態の光周波数変調信号発生器７０では、４つの異なる周波数ｆ０、ｆ１、ｆ２、ｆ３を有する出力信号が発生される。これらの出力信号ｆ０、ｆ１、ｆ２、ｆ３は波長が異なるものであり、これらの波長のうちの最小のものｆ０と最大のものｆ３との差分から決定される変調指数が１．５となるようにドライバ２ｃの出力が調整されている。
【００３７】
この実施形態の光周波数変調信号発生器によれば、第５の実施形態の効果に加えて、光周波数変調信号はディジタルコヒーレント検波が可能となり、受信感度の向上やディジタル信号処理による分散耐性の向上が可能である。
【００３８】
（第８の実施形態）
本実施形態の光周波数変調信号発生器８０は、図１５に示すように、第７の実施形態における変調信号発生器１ａと複流ＲＺ信号符号化器６ａを同一のＬＳＩ７ａにて構成したものである。その他の構成は第７の実施形態と同様である。
【００３９】
本実施形態の光周波数変調信号発生器によれば、第７の実施形態の効果に加えて、光周波数変調器を小型かつシンプルな実装を可能とし、低コストな光周波数変調信号発生器を提供することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０  光周波数変調信号発生器
１    変調信号発生器
２    ドライバ
３    バイアスティ
４    バイアス回路
５    半導体レーザ
６    複流ＲＺ符号化器
７    ＬＳＩ
【図１】
2014036059.tif 000003
【図２】
2014036059.tif 000004
【図３】
2014036059.tif 000005
【図４】
2014036059.tif 000006
【図５】
2014036059.tif 000007
【図６】
2014036059.tif 000008
【図７】
2014036059.tif 000009
【図８】
2014036059.tif 000010
【図９】
2014036059.tif 000011
【図１０】
2014036059.tif 000012
【図１１】
2014036059.tif 000013
【図１２】
2014036059.tif 000014
【図１３】
2014036059.tif 000015
【図１４】
2014036059.tif 000016
【図１５】
2014036059.tif 000017