(57)【要約】【課題】  伝送特性が最適となるように光フィルタの透過波長を調整することができる光送受信装置を実現する。【解決手段】  レーザ光を直接変調する光送信器において、閾値電流より十分高いバイアス電流においてディジタル変調する。この変調された光信号を光ファイバを用いた伝送路を通して送信する。送信後、光受信器で光電気変換する直前にバンドパス型光フィルタを挿入する。光電変換後、一部の電気出力からクロック抽出回路によりクロック抽出されるが、クロックのＲＦ強度が最大になるように、光フィルタの透過波長を調整する。【選択図】  図１
2006203766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を直接変調する光変調器を備えた光送信器と、
この光送信器から送信される光信号を伝送する光ファイバと、
この光信号を電気信号に変換する光検出器を備えた光受信器と
を含む光送受信装置において、
前記光受信器は、
前記光検出器と前記光ファイバとの間にバンドパス型光フィルタを備え、
前記電気信号からクロックを抽出する手段と、
この抽出する手段により抽出されたクロックのＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）強度が最大となるように前記バンドパス型光フィルタの透過波長を調整する手段と
を備えたことを特徴とする光送受信装置。
【請求項２】
前記バンドパス型光フィルタに代えて透過波長帯がシフトした２つの出力ポートを有するマッハツェンダ型光フィルタを備え、
この２つの出力ポートには、それぞれ光出力の強度を検出する光検出器がそれぞれ設けられ、
前記調整する手段は、前記抽出する手段により抽出されたクロックのＲＦ強度が最大となるように前記２つの出力ポートから出力される２つの光出力強度の比率を調整する手段を備えた
請求項１記載の光送受信装置。
【請求項３】
あらかじめ前記光受信器におけるエラーレートが最低となるときの前記２つの光出力強度の比率が測定され、
前記調整する手段は、前記２つの光出力強度の比率を当該あらかじめ測定された比率となるように調整する手段を備えた
請求項２記載の光送受信装置。
【請求項４】
前記２つの出力ポートにそれぞれ設けられた２つの前記光検出器は、一つのバランス型光検出器として構成された
請求項２または３記載の光送受信装置。
【請求項５】
前記光変調器は、単一縦モード発振するレーザから出射されるレーザ光を直接変調する光変調手段を備え、
この光変調手段は、前記レーザの閾値電流よりも十分高いバイアス電流によりディジタル変調し、レーザ出射後の光強度の消光比が３ｄＢ以下であるように光変調する手段を備えた
請求項１記載の光送受信装置。
【請求項６】
レーザ光を直接変調する光変調器を備えた光送信器と、
この光送信器から送信される光信号を伝送する光ファイバと、
この光信号を電気信号に変換する光検出器を備えた光受信器と
を含む光送受信装置に適用される前記光受信器において、
前記光検出器と前記光ファイバとの間にバンドパス型光フィルタを備え、
前記電気信号からクロックを抽出する手段と、
この抽出する手段により抽出されたクロックのＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）強度が最大となるように前記バンドパス型光フィルタの透過波長を調整する手段と
を備えたことを特徴とする光受信器。
【請求項７】
前記バンドパス型光フィルタに代えて透過波長帯がシフトした２つの出力ポートを有するマッハツェンダ型光フィルタを備え、
この２つの出力ポートには、それぞれ光出力の強度を検出する光検出器がそれぞれ設けられ、
前記調整する手段は、前記抽出する手段により抽出されたクロックのＲＦ強度が最大となるように前記２つの出力ポートから出力される２つの光出力強度の比率を調整する手段を備えた
請求項６記載の光受信器。
【請求項８】
あらかじめ前記光受信器におけるエラーレートが最低となるときの前記２つの光出力強度の比率が測定され、
前記調整する手段は、前記２つの光出力強度の比率を当該あらかじめ測定された比率となるように調整する手段を備えた
請求項７記載の光受信器。
【請求項９】
前記２つの出力ポートにそれぞれ設けられた２つの前記光検出器は、一つのバランス型光検出器として構成された
請求項７または８記載の光受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザの直接変調方式による光送信器を有する光送受信装置とこれを用いた光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信は年々高速化されており、単一チャネルの伝送レートは１０Ｇｂｉｔ／ｓが主流となっている。さらに、４０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送レートを持つシステムの実用化が進展しつつある。このような超高速光通信システムの普及のためには、光送受信装置のコンパクト化と低コスト化が必須である。
【０００３】
このため、光送信機では、半導体レーザの駆動電流を変調する直接変調方式による構成が、短距離通信を中心に広く採用されている。直接変調方式では、構成が単純となり高価な外部変調器を要しないことから低コスト化できる。
【０００４】
しかし、光ファイバ通信では、光ファイバが有する群速度分散によってその伝送距離が厳しく制限される。群速度分散により制限される伝送可能な距離は、光信号のパルス波形やパルス幅に依存して異なるが、変調光が有する波長チャープによっても大きく異なる。
【０００５】
波長チャープはレーザ光を強度変調する際に同時に発生する位相変調により、波長が変動する現象である。単一縦モード発振する半導体レーザの駆動電流を変調する直接変調方式では、光変調器を用いる外部変調方式に比べ、波長チャープが相対的に大きく現れる。波長チャープは光ファイバを伝送する際に群速度分散によって発生する波形歪みの効果を拡大し、波形の劣化を引き起こすことから伝送距離を著しく制限する。
【０００６】
そのため、波長チャープを極力抑圧した方式が求められる。また、光信号パワーが増大すると光ファイバの非線形性と分散から波形歪みが起こるため、非線形効果への対策が必要となる。
【０００７】
図５は、従来の波長チャープを抑圧した光送信器を説明するための図であり、光送信器はＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザ１を用いた直接変調方式によっており、１０は光フィルタを含む光回路、３は伝送路としての光ファイバである（例えば、非特許文献１参照）。
【０００８】
ＤＦＢレーザ１から発生された変調光は、光フィルタおよび光回路１０に導かれる。光フィルタでは、波長チャープによって拡大した光スペクトルの一部をカットすることで、出力光のチャープを低減し、また、消光比を改善できることが報告されている。
【０００９】
このときに、光フィルタリングの効果を最善の状態に置くため、光フィルタ通過後の光の一部をモニタしＤＦＢレーザの波長を制御している。このようなフィルタリング機能を持つ光送信器により伝送特性が改善され、伝送距離を延ばすことができる。
【００１０】
【非特許文献１】Ｄ．Ｍａｈｇｅｒｅｆｔｅｈ，Ｐ．Ｓ．Ｃｈｏ，Ｊ．Ｇｏｌｄｈａｒ，ａｎｄ  Ｈ．Ｉ．Ｍａｎｄｅｌｂｅｒｇ，“Ｐｅｎａｌｔｙ−ｆｒｅｅ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｏｖｅｒ  ６００  ｋｍ  ｏｆ  ｎｏｎ−ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｓｈｉｆｔｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ａｔ  ２．５Ｇｂ／ｓ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｌａｓｅｒ  ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ，”ＣＬＥＯ’９９，ｐ．１８２，１９９９．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような従来の光通信システムでは、光フィルタリングの効果は伝送路としての光ファイバの分散特性や非線形性に依存して変化するが、光フィルタが光送信器側に設けられているため、伝送後の特性から光フィルタの透過波長を最適化することが困難であるという問題があった。
【００１２】
例えば、光送信器と光受信器とが定常的に１対１に設けられている場合であれば、送受信装置を設置した初期段階で光送信器から試験信号を送信し、これを光受信器で受け取った結果に基づき光フィルタリングの効果を検証し、必要に応じて光送信器側にある光フィルタの透過波長を最適な波長に設定することができるが、光送信器と光受信器とが１対Ｎ（Ｎは２以上の整数）に設けられており、しかも、送信先となる光受信器が不特定であれば、通信相手となる光受信器毎に光フィルタの透過波長を変更することは困難である。
【００１３】
本発明は、このような背景に行われたものであって、伝送特性が最適となるように光フィルタの透過波長を調整することができる光送受信装置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】
【００１４】
例えば、単一縦モード発振するＤＦＢレーザから出射されるレーザ光を直接変調する光送信器において、閾値電流より十分高いバイアス電流においてディジタル変調する。このように、レーザの閾値より高いバイアス電流で変調すると変調特性が改善されるが消光比が低下する。この変調された光信号を光ファイバを用いた伝送路を通して送信する。送信後、光受信器で光電気変換する直前にバンドパス型光フィルタを挿入する。
【００１５】
光電変換後、一部の電気出力からクロック抽出回路によりクロック抽出されるが、クロックのＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）強度が最大になるように、光フィルタの透過波長を調整する。
【００１６】
すなわち、伝送路の分散による波形歪みが起こるが、光フィルタの透過波長を調整すると、分散による歪みが低減する場合は抽出されるクロックの強度が増大する。また、光フィルタにより光信号の消光比が向上しても抽出されるクロックの強度が増大する。そこで、クロックの強度が最大となるように、光フィルタの透過波長を調整することにより誤り率（ビットエラーレート）が低い安定した通信が得られる。
【００１７】
また、光フィルタとして、マッハツェンダ型光フィルタを用いることができる。この場合は、光フィルタの出力は透過波長帯がシフトした２ポートあり、それぞれの光出力強度をモニタし、光出力強度が最適の比率になるように、マッハツェンダ型光フィルタの透過波長を調整する。最適の比率は、光信号を光電気変換後、一部の出力からクロック抽出回路によりクロック抽出される際にクロックのＲＦ強度が最大になるときの値とする。
【００１８】
作用を述べると、本発明では、レーザの閾値電流より高いバイアスで直接変調し、消光比が低い光信号を送信する。このように、高いバイアスで変調すると、レーザの変調帯域が拡大し、高速な信号を安定に発生できる。また、消光比が低い方が、光ファイバが持つ非線形効果に対して影響を受けにくい。この効果は消光比が３ｄＢ以下で顕著に現れる。
【００１９】
光ファイバが持つ分散や非線形特性に応じて波形劣化が起こるが、光受信器側で、直接変調された光信号を光フィルタを用いてフィルタリングすることで消光比が改善され、また、レーザにおいて発生するチャープが低減する。
【００２０】
伝送特性が最適となる条件は、光信号を光電気変換後、一部の出力からクロック抽出回路によりクロック抽出される際にクロックのＲＦ強度が最大になることで判定される。
【００２１】
このような最適点になるように、光フィルタの通過波長を調整することで、伝送特性の安定化と高品質化が可能になる。
【００２２】
すなわち、本発明の第一の観点は、レーザ光を直接変調する光変調器を備えた光送信器と、この光送信器から送信される光信号を伝送する光ファイバと、この光信号を電気信号に変換する光検出器を備えた光受信器とを含む光送受信装置である。
【００２３】
ここで、本発明の特徴とするところは、前記光受信器は、前記光検出器と前記光ファイバとの間にバンドパス型光フィルタを備え、前記電気信号からクロックを抽出する手段と、この抽出する手段により抽出されたクロックのＲＦが最大となるように前記バンドパス型光フィルタの透過波長を調整する手段とを備えたところにある。
【００２４】
また、前記バンドパス型光フィルタに代えて透過波長帯がシフトした２つの出力ポートを有するマッハツェンダ型光フィルタを備え、この２つの出力ポートには、それぞれ光出力の強度を検出する光検出器がそれぞれ設けられ、前記調整する手段は、前記抽出する手段により抽出されたクロックのＲＦ強度が最大となるように前記２つの出力ポートから出力される２つの光出力強度の比率を調整する手段を備えることができる。
【００２５】
このときには、あらかじめ前記光受信器におけるエラーレートが最低となるときの前記２つの光出力強度の比率が測定され、前記調整する手段は、前記２つの光出力強度の比率を当該あらかじめ測定された比率となるように調整する手段を備えることもできる。これによれば、光信号を受信してからＲＦ強度を測定する時間を省略できるため、光フィルタの制御を高速に行うことができる。
【００２６】
また、前記２つの出力ポートにそれぞれ設けられた２つの前記光検出器は、一つのバランス型光検出器として構成されることもできる。これによれば、レーザの直接変調の際に生じる周波数シフトキィイング（ＦＳＫ）を有効に活かすことができる。
【００２７】
また、前記光変調器は、例えば、単一縦モード発振するレーザから出射されるレーザ光を直接変調する光変調手段を備え、この光変調手段は、前記レーザの閾値電流よりも十分高いバイアス電流によりディジタル変調し、レーザ出射後の光強度の消光比が３ｄＢ以下であるように光変調する手段を備える。
【００２８】
本発明の第二の観点は、レーザ光を直接変調する光変調器を備えた光送信器と、この光送信器から送信される光信号を伝送する光ファイバと、この光信号を電気信号に変換する光検出器を備えた光受信器とを含む光送受信装置に適用される前記光受信器である。
【００２９】
ここで、本発明の特徴とするところは、前記光検出器と前記光ファイバとの間にバンドパス型光フィルタを備え、前記電気信号からクロックを抽出する手段と、この抽出する手段により抽出されたクロックのＲＦ強度が最大となるように前記バンドパス型光フィルタの透過波長を調整する手段とを備えたところにある。
【００３０】
また、前記バンドパス型光フィルタに代えて透過波長帯がシフトした２つの出力ポートを有するマッハツェンダ型光フィルタを備え、この２つの出力ポートには、それぞれ光出力の強度を検出する光検出器がそれぞれ設けられ、前記調整する手段は、前記抽出する手段により抽出されたクロックのＲＦ強度が最大となるように前記２つの出力ポートから出力される２つの光出力強度の比率を調整する手段を備えることができる。
【００３１】
あるいは、あらかじめ前記光受信器におけるエラーレートが最低となるときの前記２つの光出力強度の比率が測定され、前記調整する手段は、前記２つの光出力強度の比率を当該あらかじめ測定された比率となるように調整する手段を備えることができる。
【００３２】
また、前記２つの出力ポートにそれぞれ設けられた２つの前記光検出器は、一つのバランス型光検出器として構成されることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、直接変調された光信号が光ファイバを伝送後、光フィルタを通過させることで、消光比が改善され、また、レーザにおいて発生するチャープが低減し、これらの効果により伝送特性が最適となるように光フィルタの透過波長を調整することで安定で高品質な通信が可能となる。レーザは高いバイアス電流でディジタル変調されており、消光比が低いので光ファイバの非線形効果を受け難い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
（第一実施例）
第一実施例を図１および図２を参照して説明する。図１は第一実施例の光通信システムの構成図である。単一モード発振する１．５５μｍ帯分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザ１と送信回路２により構成される光送信器は、１０Ｇｂｉｔ／ｓ、あるいは、４０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ電気信号により直接変調されている。
【００３５】
レーザの閾値は１０ｍＡ程度であるが、この９倍の９０ｍＡのバイアス電流において４０ｍＡの振幅で直接変調する。高いバイアス電流は、変調特性を改善し、高い光出力を得るために用いられる。このとき、消光比は２．２ｄＢである。
【００３６】
図２は、変調された波形の概略と消光比を説明するための図であり、横軸に時間をとり、縦軸に光強度をとる。変調光は、４０ｋｍの光ファイバ３に結合され伝送される。受信側では、受信信号は誘電体多層膜を用いたバンドパス型光フィルタ４を通過後、光検出器５により光電変換され増幅器６により増幅される。
【００３７】
電気信号の一部はクロック抽出回路７に導かれ、クロックが抽出される。このクロックを用いて受信回路８により信号が再生される。このとき、ＲＦ強度が最大となるように、光フィルタ４の透過波長を制御回路９を用いて調整する。その結果、消光比が改善され、また、レーザにおいて発生するチャープが低減し、誤り率の低い安定な伝送特性が得られる。
【００３８】
（第二実施例）
第二実施例を図３を参照して説明する。図３は第二実施例の光通信システムの構成図である。送信機側の構成は図１と同様であるが、光フィルタとして、マッハツェンダ型光フィルタ１１を用いている。この場合は、光フィルタの出力は透過波長帯がシフトした２ポート（１）、（２）あり、一方の光出力を光検出器１２でモニタする。
【００３９】
残りの光出力は光検出器５からなる光電変換回路１３に導かれる。２つの光出力強度が最適の比率になるように、マッハツェンダ型光フィルタ１１の透過波長を調整する。最適の比率は、光信号を光検出器５で光電気変換後、一部の出力からクロック抽出回路７によりクロック抽出される際にクロックのＲＦ強度が最大になるときの値とする。
【００４０】
光フィルタの最適点の設定では、あらかじめ、マッハツェンダ型光フィルタの透過波長を調整したとき、光検出器５からなる光受信器においてビットエラーレートが最低となる場合の光フィルタの２ポートの光出力強度比率を評価しておき、この光出力強度比率になるように制御回路９により制御してもよい。
【００４１】
（第三実施例）
第三実施例を図４を参照して説明する。図４は第三実施例の光通信システムの構成図である。第三実施例では、受信機をバランス検波構成としている。レーザの直接変調では強度変調時に同時にチャープが発生し、周波数変調が生じるがこれは周波数シフトキィイング（ＦＳＫ）が混在することを意味している。
【００４２】
これを有効に活かすために、バランス検波が有効である。２つの光検出器５および１２のそれぞれの直流電流から光出力をモニタし、２つの光出力強度比率が最適点となるようにマッハツェンダ型光フィルタの透過波長を制御回路９により制御する。
【００４３】
光フィルタの最適点の設定では、あらかじめ、マッハツェンダ型光フィルタの透過波長を調整したとき、光検出器５からなる光電変換回路１３においてビットエラーレートが最低となる場合の光フィルタの２ポートの光出力強度比率を評価しておき、この光出力強度比率になるように制御する。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によれば、伝送特性が最適となるように光フィルタの透過波長を調整することで安定で高品質な通信が可能となるので、高速光通信に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第一実施例の光通信システムの構成図。
【図２】変調された波形の概略と消光比を説明するための図。
【図３】第二実施例の光通信システムの構成図。
【図４】第三実施例の光通信システムの構成図。
【図５】従来の波長チャープを抑圧した光送信器を説明するための図。
【符号の説明】
【００４６】
１  ＤＦＢレーザ
２  送信回路
３  光ファイバ
４  バンドパス型光フィルタ
５、１２  光検出器
６  増幅器
７  クロック抽出回路
８  受信回路
９  制御回路
１０  光フィルタおよび光回路
１１  マッハツェンダ型光フィルタ
１３  光電変換回路
【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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