(57)【要約】【課題】長距離伝送後の受信波形の歪みが小さく、エラーフロアが発生しない光送信器を提供することにある。【解決手段】差動信号ｂ１，ｂ２を出力するドライバ３と、その差動信号ｂ１，ｂ２をそれぞれ減衰する減衰器４１，４２と、減衰した差動信号ｃ１，ｃ２で駆動され、入力された光Ｌ１を強度変調する光変調器６１とを備え、差動信号ｂ１，ｂ２に位相差が生じるようにしたものである。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動信号を出力するドライバと、その差動信号をそれぞれ減衰する減衰器と、減衰した差動信号で駆動され、入力された光を強度変調する光変調器とを備え、上記差動信号に位相差が生じるようにしたことを特徴とする光送信器。
【請求項２】
上記差動信号の位相差は、分散ペナルティが最小となるように設定される請求項１記載の光送信器。
【請求項３】
上記ドライバから上記光変調器まで二つの回路の長さが互いに異なる請求項１記載の光送信器。
【請求項４】
上記二つの回路の長さの差は、分散ペナルティが最小となるように設定される請求項３記載の光送信器。
【請求項５】
上記差動信号の振幅比は、上記二つの回路の長さが等しいときの最適な振幅比から調整される請求項３または４記載の光送信器。
【請求項６】
上記二つの回路は、大振幅の差動信号が流れる回路を含む第一の回路と、小振幅の差動信号が流れる回路を含む第二の回路とからなり、大振幅の差動信号が流れる回路の長さを、小振幅の差動信号が流れる回路の長さよりも短くした請求項３〜５いずれかに記載の光送信器。
【請求項７】
基板上に、上記ドライバと上記減衰器を搭載し、その基板上の減衰器と上記光変調器とを互いに長さが異なる同軸ケーブルでそれぞれ接続した請求項３〜６いずれかに記載の光送信器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伝送距離が数十ｋｍ以上の長距離、かつ伝送速度が数Ｇｂｐｓ以上の高速の光通信に使用される光送信器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信は長距離かつ高速で行われるようになり、これに伴い、使用される光送信器の高機能化が求められている。
【０００３】
従来の光送信器は、ドライバから出力される差動信号を減衰器でそれぞれ減衰し、減衰した差動信号で光変調器を駆動し、その光変調器に入力される光を強度変調して光信号を送信するものである。この光送信器から送信された光信号は、光ファイバで伝送され、光受信器で受信される。
【０００４】
送信された光信号は、長さが数十ｋｍ以上の長距離の光ファイバを伝送すると、光ファイバが持つ大きな分散の影響を受け、パルス広がりが生ずることによって伝送後に大きく歪む。これにより、受信した光信号の誤り率が高くなり、エラーを起こすことになる。特に、分散の影響は伝送速度の二乗に比例するので、伝送速度が数Ｇｂｐｓ以上の高速伝送では大きな問題となる。
【０００５】
長距離かつ高速伝送用の光送信器では、例えば、総分散量が１６００ｐｓｅｃ／ｎｍの光ファイバ伝送後、送信された光信号の波形が分散ペナルティでひずみ、受信感度が劣化するので、分散ペナルティが２ｄＢ以下であることを満足する必要がある。波長が１５５０ｎｍの光と、分散が１６ｐｓｅｃ／ｎｍ／ｋｍ（伝送する光の波長が１５５０ｎｍの場合）の光ファイバとを用いた場合、総分散量が１６００ｐｓｅｃ／ｎｍの光ファイバの長さは１００ｋｍとなる。
【０００６】
分散ペナルティとは、同じ誤り率において、伝送距離が０ｋｍのときの光受信強度と、伝送距離が長距離のときの光受信強度との差である。
【０００７】
そこで、従来の光送信器では、分散の影響を緩和するため、プリチャープと呼ばれる方法が用いられている。具体的には、減衰器を調整して差動信号に振幅比を与えている。
【０００８】
プリチャープとは、予め送信される光信号に、長距離伝送による光ファイバの分散を受けることによりパルス幅が圧縮するようにチャープ特性を持たせる方法である。
【０００９】
以下、プリチャープの原理を説明する。チャープの大きさを示す指標として、数１で示されるチャープパラメータαが用いられる。
【００１０】
【数１】
2004120706.tif 000003
【００１１】
ここで、φは光の位相、Ｓは光強度を示す。数１より、ディジタル信号における立ち上がり部および立ち下がり部の光周波数の遷移は、表１のようにまとめられる。ここで、光キャリア周波数が相対的に長波長側に遷移した場合をレッドシフト、短波長側に遷移した場合をブルーシフトと呼ぶ。
【００１２】
【表１】
2004120706.tif 000004
【００１３】
送信された光信号の分散によるパルス広がりは、パルスの立ち上がりが速く到着し、立ち下がりが遅く到着することなので、これを防ぐためには、その逆にパルスの立ち上がりが遅く到着し、パルスの立ち下がりが速く到着する方向に周波数シフトすればよい。
【００１４】
光の伝播速度の関係は、光キャリアの伝播速度をｖ０、ブルーシフトした光の速度をｖｂ、レッドシフトした光の速度をｖｒとすると、ｖｒ＞ｖ０＞ｖｂとなる。したがって、立ち上がりでブルーシフトし、立ち下がりでレッドシフトするとパルスが圧縮する方向となる。表１から、これはα＜０の場合（表１の太線枠内）に相当する。
【００１５】
光変調器として、図６に示すようなデュアル駆動のＬｉＮｂＯ３　（ニオブ酸リチウム）光変調器（ＬＮ変調器）６１を使用する例で説明する。ＬＮ変調器６１では、マッハツェンダ干渉計光回路Ｍのアーム６２ａ，６２ｂの電極（図示せず）にかかる電圧に対する導波路の屈折率変化が、それぞれのアーム６２ａ，６２ｂで等しい値であれば、アーム６２ａ，６２ｂにかかる差動信号としての電圧Ｖ１，Ｖ２を用いて、チャープパラメータαは数２のようになる。
【００１６】
【数２】
2004120706.tif 000005
【００１７】
数２より、例えばＶ１＝０とするとα＝−１となり、α＜０を満足することがわかる。
【００１８】
このように、ＬＮ変調器６１を用い、ＬＮ変調器６１に入力される差動信号の一方を他方に対して相対的に小さくなるように振幅比を変えることで、送信される光信号にプリチャープをかけている。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光送信器では、差動信号の振幅比を変化させるプリチャープを行うことで、分散ペナルティは小さくなるが、長距離伝送後の受信波形の歪みが大きく、エラーフロアが発生するという問題がある。
【００２０】
エラーフロアとは、光受信強度が大きくなっても、受信した光信号の誤り率が上がる現象、あるいは下がりにくくなる現象をいう。通常は光受信強度が大きくなると受信した光信号の誤り率が下がる。
【００２１】
そこで、本発明の目的は、長距離伝送後の受信波形の歪みが小さく、エラーフロアが発生しない光送信器を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、差動信号を出力するドライバと、その差動信号をそれぞれ減衰する減衰器と、減衰した差動信号で駆動され、入力された光を強度変調する光変調器とを備え、上記差動信号に位相差が生じるようにした光送信器である。
【００２３】
請求項２の発明は、上記差動信号の位相差は、分散ペナルティが最小となるように設定される請求項１記載の光送信器である。
【００２４】
請求項３の発明は、上記ドライバから上記光変調器まで二つの回路の長さが互いに異なる請求項１記載の光送信器である。
【００２５】
請求項４の発明は、上記二つの回路の長さの差は、分散ペナルティが最小となるように設定される請求項３記載の光送信器である。
【００２６】
請求項５の発明は、上記差動信号の振幅比は、上記二つの回路の長さが等しいときの最適な振幅比から調整される請求項３または４記載の光送信器である。
【００２７】
請求項６の発明は、上記二つの回路は、大振幅の差動信号が流れる回路を含む第一の回路と、小振幅の差動信号が流れる回路を含む第二の回路とからなり、大振幅の差動信号が流れる回路の長さを、小振幅の差動信号が流れる回路の長さよりも短くした請求項３〜５いずれかに記載の光送信器である。
【００２８】
請求項７の発明は、基板上に、上記ドライバと上記減衰器を搭載し、その基板上の減衰器と上記光変調器とを互いに長さが異なる同軸ケーブルでそれぞれ接続した請求項３〜６いずれかに記載の光送信器である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００３０】
図１は、本発明の好適実施の形態を示す光送信器の主要部を示すブロック図である。
【００３１】
図１に示すように、本発明に係る光送信器１は、主としてスイッチングハブやメディアコンバータなどの通信機器内に備えられ、伝送距離が数十ｋｍ以上の長距離、かつ伝送速度が数Ｇｂｐｓ以上の高速の光通信に使用されるものである。
【００３２】
この光送信器１は、強度が時間的に一定の連続光Ｌ１を発光する半導体レーザ（ＬＤ）２と、通信機器からの伝送速度が数Ｇｂｐｓ以上のシリアルなディジタル信号ａが入力され、そのディジタル信号ａを増幅し、互いに位相が反転された等振幅の差動信号ｂ１，ｂ２を出力するドライバ３と、その差動信号ｂ１，ｂ２をそれぞれ減衰する減衰器４１，４２と、減衰した差動信号ｃ１，ｃ２でデュアル駆動され、ＬＤ２からの連続光Ｌ１を強度変調して光信号Ｌ２を出力する光変調器としてのＬＮ変調器６１とを備えており、差動信号ｂ１，ｂ２に位相差が生じるようにしたものである。
【００３３】
本実施の形態では、差動信号ｂ１，ｂ２に位相差が生じるようにするために、例えば、ドライバ３からＬＮ変調器６１までの二つの回路Ａ１，Ａ２の長さＤ１，Ｄ２を互いに異なるようにしている。
【００３４】
差動信号ｂ１，ｂ２に位相差が生じるようにするためには、例えば、二つの回路Ａ１，Ａ２の誘電率をそれぞれ変えるようにしてもよい。この場合、二つの回路Ａ１，Ａ２の誘電率が互いに異なることで、二つの回路Ａ１，Ａ２を流れる差動信号ｂ１，ｂ２の伝送速度が互いに変わる。したがって、差動信号ｂ１，ｂ２に位相差を与えることができる。
【００３５】
差動信号ｂ１，ｂ２の位相差は、光信号Ｌ２の長距離伝送後の分散ペナルティが最小となるように設定されている。本実施の形態では、例えば、二つの回路Ａ１，Ａ２の長さの差（Ｄ１−Ｄ２）を、光信号Ｌ２の長距離伝送後の分散ペナルティが最小となるように設定している。
【００３６】
光送信器１では、差動信号ｂ１，ｂ２は減衰器４１，４２によってそれぞれアンバランスに減衰される。すなわち、一方の差動信号ｂ１は、減衰器４１によって小さく減衰され、大振幅の差動信号ｃ１としてＬＮ変調器６１に入力され、他方の差動信号ｂ２は、減衰器４２によって大きく減衰され、小振幅の差動信号ｃ２としてＬＮ変調器６１に入力される。これは、差動信号ｂ１，ｂ２に振幅比を与えて光信号Ｌ２にプリチャープをかけることで、分散ペナルティを小さくするためである。
【００３７】
さらに、光送信器１では、大振幅の差動信号ｃ１が流れる回路を含む第一の回路Ｃ１の長さＤ１を、小振幅の差動信号ｃ２が流れる回路を含む第二の回路Ｃ２の長さＤ２よりも短くしている（Ｄ１＜Ｄ２）。これは、差動信号ｃ１，ｃ２に位相差を与えて光信号Ｌ２に従来よりも好適なプリチャープをかけることで、エラーフロアと分散ペナルティの双方を共に小さくするためである。
【００３８】
減衰器４１，４２とＬＮ変調器６１間には、直流分をカットするコンデンサＣ，Ｃが接続されている。ＬＤ２とＬＮ変調器６１とは、光ファイバ４ａで接続されている。ＬＮ変調器６１の光出力端子には、例えば、光コネクタ（図示せず）付きの光ファイバ（ピグテールファイバ）４ｂが接続されている。光送信器１は、光ファイバ４ｂを数十ｋｍ以上の光ファイバの一端に接続することで、その光ファイバの他端の光受信器と接続されて使用される。
【００３９】
減衰器４２側のコンデンサＣとＬＮ変調器６１間には、交流分をカットするインダクタＬを介してバイアス電源５が接続されている。このバイアス電源５は、ＬＮ変調器６１の入力電圧に対する出力光の特性が最も良好となるように、入力電圧のバイアス点を設定するために用いられる。
【００４０】
各減衰器４１，４２の減衰率は、光信号Ｌ２の長距離伝送後の分散ペナルティが最小となるように、それぞれ調整されている。各減衰器４１，４２の減衰率は、それぞれ固定されている。各減衰器４１，４２の減衰率を変化させるには、すなわち、差動信号ｂ１，ｂ２の振幅比を変化させるには、各減衰器４１，４２をそれぞれ調整すればよい。
【００４１】
図２は、光送信器１を用いた光トランシーバの内部構成を示す概略図である。
【００４２】
図２に示すように、光送信器１は、例えば、筐体２２内に光受信器と共に組み込まれた光トランシーバ２１として使用される。この光トランシーバ２１は、伝送距離が１００ｋｍの長距離の光ファイバに接続され、伝送速度が１０Ｇｂｐｓの光信号を送受信するものである。光トランシーバ２１は、筐体２２の長さＸが約１０ｃｍ、幅Ｙが約９ｃｍと非常に小型である。光受信器部分については説明を省略する。
【００４３】
筐体２２内には、通信機器からの伝送速度が１０Ｇｂｐｓのパラレルなディジタル信号を多重化し、シリアルなディジタル信号をドライバ３に出力する信号多重ＬＳＩ（ＭＵＸ　ＬＳＩ）が備えられている。筐体２２内の基板２４上には、ドライバ３と減衰器４１，４２が搭載されている。ドライバ３から同軸ケーブル２５ａ，２５ｂまでの回路の長さは等しくなっている。
【００４４】
本実施の形態では、基板２４上の減衰器４１，４２とＬＮ変調器６１とを互いに長さが異なる同軸ケーブル２５ａ，２５ｂでそれぞれ接続しており、減衰器４１とＬＮ変調器６１が同軸ケーブル２５ａで電気的に接続され、減衰器４２とＬＮ変調器６１が同軸ケーブル２５ｂで電気的に接続されることになる。
【００４５】
つまり、同軸ケーブル２５ａに大振幅の差動信号ｃ１が流れ、同軸ケーブル２５ｂに小振幅の差動信号ｃ２が流れるので、同軸ケーブル２５ａの長さｄ１を同軸ケーブル２５ｂの長さｄ２よりも短くしている（ｄ１＜ｄ２）。また、同軸ケーブル２５ａ，２５ｂの長さの差（ｄ１−ｄ２）は、光信号Ｌ２の１００ｋｍ伝送後の分散ペナルティが最小となるように設定されている。
【００４６】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００４７】
ここでは、波長が１５６０ｎｍの連続光Ｌ１を発光するＬＤ２を用い、総分散量が約１６６０ｐｓｅｃ／ｎｍ（伝送する光の波長が１５５０ｎｍの場合）の光ファイバを用いて、光信号Ｌ２を１００ｋｍ伝送する例で説明する。
【００４８】
図１および図２に示すように、まず、ＬＤ２を発光させ、連続光Ｌ１をＬＮ変調器６１に入力する。他方、通信機器からの１０Ｇｂｐｓのパラレルなディジタル信号をＭＵＸ　ＬＳＩで多重化し、１０Ｇｂｐｓのシリアルなディジタル信号ａをドライバ３に入力する。
【００４９】
ドライバ３は、ディジタル信号ａをＬＮ変調器６１が連続光Ｌ１を変調するのに十分な振幅まで増幅し、互いに位相が反転された等振幅の差動信号ｂ１，ｂ２を出力する。差動信号ｂ１，ｂ２は、減衰器４１，４２によってアンバランスに減衰され、振幅比が与えられて減衰した差動信号ｃ１，ｃ２となる。差動信号ｃ１，ｃ２はＬＮ変調器６１に入力され、ＬＮ変調器６１を駆動する。
【００５０】
このとき、差動信号ｃ１，ｃ２には、同軸ケーブル２５ａ，２５ｂの長さｄ１，ｄ２が異なっているので、同軸ケーブル２５ａ，２５ｂを流れる間に位相差が与えられる。つまり、ＬＮ変調器６１は、振幅比と位相差の双方が与えられた差動信号で駆動される。これにより、ＬＮ変調器６１は、連続光Ｌ１を強度変調して従来よりも好適なプリチャープがかけられた光信号Ｌ２を出力する。
【００５１】
ここで、同軸ケーブルの長さを変えた場合の誤り率を図３に示す。
【００５２】
図３では、差動信号ｃ１，ｃ２の振幅比を同軸ケーブルが等長のとき最適であった９ｄＢ（従来技術で説明したプリチャープの原理から求めることができる）に固定し、光信号Ｌ２の１００ｋｍ伝送後の光受信強度（ｄＢｍ）を横軸にとり、光信号Ｌ２の１００ｋｍ伝送後の誤り率を縦軸にとっている。
【００５３】
図３に示すように、同軸ケーブル２５ａ，２５ｂの長さの差（ｄ１−ｄ２）が−４ｍｍのとき（黒四角プロットの実線）、エラーフロアＥは最も小さくなるが、分散ペナルティとしては大きい方向となっている。
【００５４】
そこで、エラーフロアＥ、分散ペナルティ共に小さい−１０ｍｍの差（白三角プロットの実線）を同軸ケーブル２５ａ，２５ｂに与えることにした。しかし、エラーフロアＥがまだ残っているため、差動信号ｃ１，ｃ２の振幅比を９ｄＢからさらに調整して最適点を探した。
【００５５】
ここで、差動信号ｃ１，ｃ２の振幅比を調整する方法をまとめて説明する。上述したように、▲１▼同軸ケーブル長が等しいときに分散ペナルティが最良となる差動信号ｃ１，ｃ２の振幅比に、減衰器の減衰率をそれぞれ調整する。▲２▼同軸ケーブル長を変えて、分散ペナルティが最良となる長さを決める。▲３▼▲２▼で決定した同軸ケーブルの長さで、さらにエラーフロアがなくなるように、減衰器の減衰率をそれぞれ調整する。▲４▼▲３▼の調整完了後は、減衰器を調整せず、減衰器の減衰率はそれぞれ固定される。
【００５６】
図４に、減衰器４１，４２の値を変えた場合の調整後の誤り率を図３と同様にして示す。
【００５７】
図４に示すように、１００ｋｍ伝送後（黒四角プロットの実線）も、エラーフロアが発生せず、分散ペナルティＰが最小となったことがわかる。図４中では、分散ペナルティＰが常に２ｄＢ以下となっており、長距離かつ高速の光送信器の性能を満足している。
【００５８】
このときの差動信号ｃ１，ｃ２の振幅比は１１ｄＢであった。ただし、分散ペナルティを最小にする最適な振幅比はドライバの性能によって変わる。例えば、他のドライバを用いたときは、差動信号ｃ１，ｃ２の振幅比は６ｄＢが最適な値であった。
【００５９】
さらに、同軸ケーブル２５ａ，２５ｂに差を与えた場合と等長にした場合の１００ｋｍ伝送後の受信波形を比較してみる。
【００６０】
図５（ａ）は、同軸ケーブル２５ａ，２５ｂの長さの差（ｄ１−ｄ２）が−１０ｍｍの場合の受信波形ｗ１を示す図である。図５（ｂ）は、同軸ケーブル２５ａ，２５ｂの長さが等しい場合（従来の光送信器に相当）の受信波形ｗ２を示す図である。
【００６１】
図５（ａ），（ｂ）では、横軸を時間（一目盛り２０ｐｓｅｃ）にとり、縦軸を光強度（一目盛り５００μＷ）にとっている。
【００６２】
図５（ａ）に示されるように、受信波形ｗ１は、楕円で囲んだα部を見ると、丸みを帯びており、時間方向の幅が広く、クロスポイントｃｐａにおける光強度も大きい（クロスポイントｃｐａが上の方にある）。よって、受信波形ｗ１は、歪みが小さく、なまらず、きれいであることがわかる。
【００６３】
これに対し、図５（ｂ）に示される受信波形ｗ２は、楕円で囲ったβ部を見ると、三角形状になっており、時間方向の幅が狭い。また、クロスポイントｃｐｂにおける光強度が小さい（受信波形ｗ１に比べるとクロスポイントｃｐｂが下の方に下がっている。）よって、受信波形ｗ２は、歪みが大きく、なまっており、あまりきれいではない。
【００６４】
このように、本発明に係る光送信器１は、ＬＮ変調器６１を駆動するドライバ３からの差動信号をアンバランスに減衰させて差動信号に振幅比を与えると共に、同軸ケーブル２５ａ，２５ｂの長さに差を与えて差動信号に位相差を与えることで、光信号Ｌ２に従来よりも好適なプリチャープがかかるので、光信号Ｌ２の１００ｋｍ伝送後の受信波形の歪みが小さく、受信波形がなまらず、きれいになる。また、エラーフロアが発生せず、しかも分散ペナルティが最小となる。
【００６５】
エラーフロアおよび分散ペナルティが改善された理由は、同軸ケーブル２５ａ，２５ｂに差を持たせることで、光信号Ｌ２にかかるプリチャープの効果が変化し、クロスポイントが少し５０％よりになったためと考えられる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００６７】
（１）長距離伝送後の受信波形の歪みが小さい。
【００６８】
（２）エラーフロアが発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態の主要部を示すブロック図である。
【図２】図１に示した光送信器を用いた光トランシーバの内部構成を示す概略図である。
【図３】同軸ケーブルの長さを変えた場合の誤り率を示す図である。
【図４】同軸ケーブルの長さを変えると共に、減衰器の値を変えた場合の誤り率を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明に係る光送信器からの光信号を１００ｋｍ伝送した際の受信波形を示す図である。図５（ｂ）は、従来の光送信器からの光信号を１００ｋｍ伝送した際の受信波形を示す図である。
【図６】ＬＮ変調器の概略図である。
【符号の説明】
１　光送信器
２　ＬＤ
３　ドライバ
４１，４２　減衰器
６１　ＬＮ変調器（光変調器）
ａ　ディジタル信号
ｂ１，ｂ２　差動信号
ｃ１，ｃ２　減衰された差動信号
Ａ１　第一の回路
Ａ２　第二の回路
Ｄ１　第一の回路の長さ
Ｄ２　第二の回路の長さ
Ｌ１　連続光
Ｌ２　光信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004120706.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
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