(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低周波領域における波形歪を抑圧する光周波数変調器を提供する。【解決手段】光周波数変調信号発生器では、送信信号に従って変調された変調信号を出力する少なくとも１つの変調手段２０と、変調信号２０にバイアス信号を合波するバイアス手段４０と、バイアス手段４０によりバイアスされた変調信号を用いて駆動される半導体レーザ５０を備え、変調手段２０は半導体レーザ５０の温度効果の影響を受ける最大周波数以下の周波数成分を含まない変調信号を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号に従って変調された変調信号を出力する少なくとも１つの変調手段と、
前記変調信号にバイアス信号を合波するバイアス手段と、
前記バイアス手段によりバイアスされた変調信号を用いて駆動される半導体レーザとを備え、
前記変調手段は前記半導体レーザの温度効果の影響を受ける最大周波数以下の周波数成分を含まない変調信号を出力する光周波数変調信号発生器。
【請求項２】
送信信号に従って変調された変調信号を出力する少なくとも１つの変調手段と、
前記変調信号を増幅する駆動手段と、
前記駆動手段により増幅された変調信号にバイアス信号を合波するバイアス手段と、
前記バイアス手段によりバイアスされた変調信号を用いて駆動される半導体レーザとを備え、
前記変調手段は前記半導体レーザの温度効果の影響を受ける最大周波数以下の周波数成分を含まない変調信号を出力する光周波数変調信号発生器。
【請求項３】
前記変調信号は中心周波数が前記温度効果の影響を受ける最大周波数より大きい周波数である上側側波帯ＳＳＢ変調信号、
または、中心周波数が前記温度効果の影響を受ける最大周波数に前記送信信号のボーレートの逆数を加えた周波数より大きい周波数である下側側波帯ＳＳＢ変調信号であること
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】
前記温度効果の影響を受ける最大周波数が１０ＭＨｚであること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の光周波数変調信号発生器。
【請求項５】
送信信号に従って変調された変調信号を出力し、
前記変調信号にバイアス信号を合波し、
バイアスされた変調信号を用いて半導体レーザを駆動し、
前記変調信号は前記半導体レーザの温度効果の影響を受ける最大周波数以下の周波数成分を含まない光周波数変調信号発生方法。
【請求項６】
送信信号に従って変調された変調信号を出力し、
前記変調信号を増幅し、
増幅された変調信号にバイアス信号を合波し、
バイアスされた変調信号を用いて半導体レーザを駆動し、
前記変調信号は前記半導体レーザの温度効果の影響を受ける最大周波数以下の周波数成分を含まない光周波数変調信号発生方法。
【請求項７】
前記変調信号は中心周波数が前記温度効果の影響を受ける最大周波数より大きい周波数である上側側波帯ＳＳＢ変調信号、
または、中心周波数が前記温度効果の影響を受ける最大周波数に前記送信信号のボーレートの逆数を加えた周波数より大きい周波数である下側側波帯ＳＳＢ変調信号であること
を特徴とする請求項５または６に記載の光周波数変調信号発生方法。
【請求項８】
前記温度効果の影響を受ける最大周波数が１０ＭＨｚであること
を特徴とする請求項５乃至７のいずれか１つに記載の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および光周波数変調信号発生方法に関するものである。
【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(Fiber To The Home)サービスを提供するための技術が研究開発されている。その中で、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６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】
図６の光周波数変調信号発生器では、まず送信信号を符号化器１０にて伝送路符号例えばNRZ(Non Return to Zero)信号等に符号化し、次に半導体レーザを駆動するために必要な振幅を得るため、ドライバ３０で符号化器１０の出力信号を増幅する。バイアスティ４０では増幅された信号にバイアス回路４１から出てくるバイアス信号とを合波して、半導体レーザ５０を発振するために必要な電流までバイアスし、バイアスされた信号で半導体レーザ５０を駆動する。
【０００４】
しかし、非特許文献1に記載されているように、半導体レーザの周波数変調量には駆動信号に対する周波数依存性があることが知られている。図７は非特許文献１に記載されている半導体レーザの周波数変調特性の測定例である。半導体レーザでは、変調周波数が、低周波領域においては温度効果が支配的であるため、駆動電流が増加すると発振周波数が減少する、レッドシフトとなる。一方、高周波領域においてはキャリア効果が支配的となり、発振周波数が増加する、ブルーシフトとなる。低周波領域と高周波領域では変調する周波数の極性が異なることから、発振周波数がレッドシフトからブルーシフトに変化する周波数領域において周波数変調感度が著しく低下する。図７においては１ＭＨｚ付近において周波数変調感度が大きく低下し、１ＭＨｚ以下の周波数において温度効果の影響を受ける様子がうかがえる。一方、高周波領域においては、緩和振動による影響のため、特定の周波数において周波数変調感度にピークを持つ。これらの事象により光周波数変調信号に波形歪が生じる。
【０００５】
例えば、図６の符号化器１０において、半導体レーザの駆動信号として図８(a)のNRZ信号を用いた場合、この周波数依存性により周波数変調信号に波形歪が発生し、図８(b)に示すように周波数変調信号に波形歪が生じてしまう。
【０００６】
この問題の対策として、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。
【０００７】
また、非特許文献２では、既存の半導体レーザを使いながら、バイアス電流の最適化により高周波領域における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】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−１３７７７８号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】萩田他、「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、1990年5月、Vol.J73-C-I、No.5、pp.268-276
【非特許文献２】Nakanishi. Y、「Novel optical quaternary minimum shift keying technology with direct modulation of conventional DFB laser and digital coherent detection」、September, 2012、 Photonics Conference(IPC) 、pp.238-239
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の方法では、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、専用のレーザを作成する必要があるので半導体レーザが高価となる。また、非特許文献２の方法では、低周波領域における波形の歪は避けられず、低周波領域の周波数特性は平坦にならない。
【００１１】
本発明は、上記の点に鑑みて発明されたものであり、特殊な直接変調用半導体レーザを作成することなく低周波領域における波形歪を抑圧する光周波数変調器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するために、本発明に係る光周波数変調信号発生器では、送信信号に従って変調された変調信号を出力する少なくとも１つの変調手段と、変調信号にバイアス信号を合波するバイアス手段と、バイアス手段によりバイアスされた変調信号を用いて駆動される半導体レーザを備え、変調手段は前記半導体レーザの温度効果の影響を受ける最大周波数以下の周波数成分を含まない変調信号を出力する。
【００１３】
上記変調信号を増幅する駆動手段をさらに備え、増幅した信号をバイアスして半導体レーザを駆動するようにしてもよい。
【００１４】
上記変調信号を中心周波数が温度効果の影響を受ける最大周波数より大きい周波数である上側側波帯ＳＳＢ変調信号、または、中心周波数が温度効果の影響を受ける最大周波数に送信信号のボーレートの逆数を加えた周波数より大きい周波数である下側側波帯ＳＳＢ変調信号としてもよい。
【００１５】
上記温度効果の影響を受ける最大周波数が１０ＭＨｚの場合に、前記変調信号が１０ＭＨｚ以下の周波数成分を含まないようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る光周波数変調信号発生方法では、送信信号に従って変調された変調信号を出力し、変調信号にバイアス信号を合波し、バイアスされた変調信号を用いて半導体レーザを駆動し、変調信号は前記半導体レーザの温度効果の影響を受ける最大周波数以下の周波数成分を含まない。
【００１７】
上記変調信号を増幅し、増幅した変調信号をバイアスして半導体レーザを駆動するようにしてもよい。
【００１８】
上記変調信号を中心周波数が前記温度効果の影響を受ける最大周波数より大きい周波数である上側側波帯ＳＳＢ変調信号、または、中心周波数が前記温度効果の影響を受ける最大周波数に前記送信信号のボーレートの逆数を加えた周波数より大きい周波数である下側側波帯ＳＳＢ変調信号としてもよい。
【００１９】
上記温度効果の影響を受ける最大周波数が１０ＭＨｚの場合に、前記変調信号が１０ＭＨｚ以下の周波数成分を含まないようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、特殊な直接変調用半導体レーザを作成することなく低周波領域における波形歪を抑圧する光周波数変調器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光周波数変調信号発生器の全体構成を表す機能ブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る半導体レーザを駆動する変調信号のスペクトルの一例を表す図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施の形態に係る光周波数変調信号発生器の全体構成を表す機能ブロック図である。
【図４】図４は、本発明の第３の実施の形態に係る光周波数変調信号発生器の全体構成を表す機能ブロック図である。
【図５】図５は、本発明の第４の実施の形態に係る光周波数変調信号発生器の全体構成を表す機能ブロック図である。
【図６】図６は、従来の光周波数変調信号発生器の全体構成を表す機能ブロック図である。
【図７】図７は、半導体レーザの周波数変調特性の測定例を表す図である。
【図８】図８は、従来の光周波数変調信号発生器における光周波数変調信号の測定例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光周波数変調信号発生器の全体構成を示す機能ブロック図である。
【００２４】
図１の光周波数変調信号発生器は、変調器２０、バイアスティ４０、バイアス回路４１及び半導体レーザ５０から構成されている。変調器２０は、送信信号に従って搬送波を変調した変調信号を出力し、バイアスティ４０は変調器２０の変調信号にバイアス回路４１から出力されるバイアス信号を合波し、半導体レーザ５０を発振するのに必要な電流までバイアスされた信号で半導体レーザ５０を駆動する。半導体レーザ５０からは、f0、f1の周波数を有する光周波数変調信号が出力される。
【００２５】
ここで、前述したように、半導体レーザ５０を駆動する信号が低周波成分、詳しくは半導体レーザの温度効果の影響を受ける最大周波数以下の周波数成分を含んでいると、周波数変調信号の波形歪の原因となる。本実施の形態では、低周波領域における波形歪を抑制するため、変調器２０は変調信号が半導体レーザの温度効果の影響を受ける最大周波数以下の周波数成分を含まないように変調する。尚、本実施の形態では、変調器２０において送信信号の符号化も行う。他の実施の形態においても同様である。
【００２６】
また、半導体レーザ５０の直接変調では、通常ドライバにより変調信号を増幅し半導体レーザを駆動しているが、ドライバが非線形な特性を有している場合、生成した信号がひずむという問題があり、また一般にドライバの消費電力は大きい。そのため、本実施の形態では変調器２０からの出力を増幅せずに半導体レーザ５０を駆動している。半導体レーザの変調に必要とされる電流が低い場合、変調器２０の信号により直接変調を行ったほうが良好な変調特性を得るとともに消費電力を低く抑えることが可能となる。
【００２７】
図２を用いて本発明の実施の形態に係る変調器２０における変調方法について説明する。図２は半導体レーザを駆動する変調信号の周波数スペクトルを表したものであり、本実施形態では変調器２０にＳＳＢ(Single Side Band)変調を用いた例を説明する。
【００２８】
図２(a)、(b)はそれぞれ、ＮＲＺ信号の周波数スペクトル、ＳＳＢ変調の上側側波帯成分をもちいた場合の周波数スペクトルを表したものである。ＮＲＺ信号では、ＤＣから周波数fmヘルツ(fmは送信信号のボーレートの逆数)を周期としたSinc関数に従ったスペクトルとなる。
【００２９】
一方、ＳＳＢ変調信号では、スペクトル密度がピークとなる中心周波数が搬送波の周波数fcヘルツシフトしたスペクトルとなる。この周波数シフトを利用して変調器２０は変調信号が半導体レーザの温度効果の影響を受ける最大周波数以下の周波数成分を含まないように変調する。
【００３０】
すなわち、ＳＳＢ変調の上側側波帯成分を用いた場合には、ＳＳＢ変調の中心周波数fcを半導体レーザの温度効果の影響を受ける最大周波数より大きい周波数に設定し、その変調信号を用いて半導体レーザを駆動すれば、温度効果の影響を受けず、波形歪が生じない光周波数変調信号を得ることができる。
【００３１】
一方、ＳＳＢ変調の下側側波帯成分を用いた場合には、ＳＳＢ変調の中心周波数fcを少なくとも、半導体レーザの温度効果の影響を受ける最大周波数にfmヘルツを加えた周波数より大きい周波数に設定することにより、同様の効果が得られる。
【００３２】
例えば、一般に埋め込み型ＤＦＢ(Distributed FeedBack)レーザにおける温度効果は１０ＭＨｚ以下の周波数領域で生じる現象であることから、その場合には変調器２０の出力を１０ＭＨｚ以下の周波数成分を含まないようにしてもよい。上側側波帯成分を用いた例に当てはめれば、ＳＳＢ変調の中心周波数fcを１０ＭＨｚより大きい値に設定することにより、低周波領域における温度効果の影響を受けず、波形歪が生じない光周波数変調信号を得ることができる。
【００３３】
また、上記変調器２０において、変調信号は、Square Low SSB変調信号、Real Zero SSB変調信号、SSB-ASK(Amplitude Shift Keying)変調信号でもよい。上記変調信号はSSB変調信号に搬送波を加えたものであり、SSB変調信号とスペクトルはほぼ同一である。図２(c)に、SSB-ASK変調信号の周波数スペクトルを例示する。上記変調信号を用いた場合、復調に自乗検波や包絡線検波を用いることができ、復調器の構成が平易になるという利点がある。
【００３４】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る光周波数変調信号発生器の全体構成を示す機能ブロック図である。
【００３５】
この光周波数変調信号発生装置では、第１の実施の形態として説明した図１に示す光周波数変調信号発生器にドライバ３０が追加されている。他の構成は第１の実施の形態の場合と同様である。
【００３６】
本実施の形態では、変調器２０は、送信信号に従って搬送波を変調した変調信号を出力し、半導体レーザ５０を駆動するために必要な振幅を得るために、ドライバ３０で変調器２０の出力信号を増幅する。バイアスティ４０では、増幅された変調信号にバイアス回路４１から出力されるバイアス信号を合波し、半導体レーザ５０を発振するのに必要な電流までバイアスされた信号で半導体レーザ５０を駆動する。半導体レーザ５０からは、f0、f1の周波数を有する光周波数変調信号が出力される。
【００３７】
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、低周波領域における波形歪を抑制するため、変調器２０はＳＳＢ変調等を行って温度効果の影響を受ける最大周波数以下の周波数成分を含まないような変調信号を出力する。
【００３８】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る光周波数変調信号発生器の全体構成を示す機能ブロック図である。
【００３９】
この光周波数変調信号発生器は、バイアスティ４０、バイアス回路４１、半導体レーザ５０を備えている点は、図１と同じであるが、送信信号がｍ個入力されている点が異なる。送信信号を多値化することで、1つの光周波数変調信号発生装置でより多くの信号を送ることが可能となる。
【００４０】
本実施の形態では、変調器２０は複数の送信信号（１〜ｍ）に従って搬送波を変調した変調信号を出力し、バイアスティ４０は変調器２０の出力信号にバイアス回路４１から出力されたバイアス信号を合波し、半導体レーザ５０を発振するために必要な電流までバイアスされた信号で半導体レーザ５０を駆動する。半導体レーザ５０からは、複数の送信信号に対応して、f0〜f2m-1の周波数を有する光周波数変調信号が出力される。
【００４１】
また、半導体レーザ５０の直接変調では、通常ドライバにより変調信号を増幅し半導体レーザを駆動しているが、ドライバが非線形な特性を有している場合、生成した信号がひずむという問題があり、また一般にドライバの消費電力は大きい。そのため、本実施の形態では変調器２０からの出力を増幅せずに半導体レーザ５０を駆動している。半導体レーザの変調に必要とされる電流が低い場合、変調器２０の信号により直接変調を行ったほうが良好な変調特性を得るとともに消費電力を低く抑えることが可能となる。
【００４２】
本実施の形態においても、第１、第２の実施の形態と同様に、低周波領域における波形歪を抑制するため、変調器２０はＳＳＢ変調等を行って温度効果の影響を受ける最大周波数以下の周波数成分を含まないような変調信号を出力する。
【００４３】
（第４の実施の形態）
図５は、本発明の第４の実施の形態に係る光周波数変調信号発生器の全体構成を示す機能ブロック図である。
【００４４】
この光周波数変調信号発生装置では、第３の実施の形態として説明した図４に示す光周波数信号発生器にドライバが追加されている。他の構成は第３の実施の形態の場合と同様である。
【００４５】
本実施の形態では、変調器２０は複数の送信信号（１〜ｍ）に従って搬送波を変調した変調信号を出力し、半導体レーザ５０を駆動するために必要な振幅を得るために、ドライバ３０で変調器２０の出力信号を増幅する。バイアスティ４０はドライバ３０の出力信号にバイアス回路４１から出力されたバイアス信号を合波し、半導体レーザ５０を発振するために必要な電流までバイアスされた信号で半導体レーザ５０を駆動する。半導体レーザからは、複数の送信信号に対応して、f0〜f2m-1の周波数を有する光周波数変調信号が出力される。
【００４６】
本実施の形態においても、第１、第２、第３の実施の形態と同様に、低周波領域における波形歪を抑制するため、変調器２０はＳＳＢ変調等を行って温度効果の影響を受ける最大周波数以下の周波数成分を含まないような変調信号を出力する。
【００４７】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、半導体レーザを駆動する信号の周波数成分を温度効果の影響を受ける最大周波数以下の周波数成分を含まない変調信号にすることができるので、低周波領域における温度効果の影響を受けず、波形歪が生じない光周波数変調信号発生器を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、温度効果による波形歪の無い光周波数変調信号を用いた光通信に適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０…符号化器、２０…変調器、３０…ドライバ、４０…バイアスティ、４１…バイアス回路、５０…半導体レーザ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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