(57)【要約】【課題】光送信機において、伝送速度に依存することなく所定のアイマスクマージンを確保すること。【解決手段】半導体レーザ駆動回路１と、半導体レーザ駆動回路１の変調電流に基づいて変調レーザ光を生成出力する半導体レーザ４とを備えた光送信機において、半導体レーザ駆動回路１の前段にデータ信号間で発生する位相差を低減させるための位相差調整回路２を備え、位相差調整回路２は、インピーダンスコントロール線路５と、寄生インダクタンス成分を有する抵抗素子７（または寄生抵抗成分を有するインダクタ）と、ＤＣ遮断コンデンサ８とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されたデータ信号の信号波形を整形する半導体レーザ駆動回路と、該半導体レーザ駆動回路が出力する変調電流に基づいて変調レーザ光を生成出力する半導体レーザとを備えた光送信機において、
前記半導体レーザ駆動回路の前段にデータ信号間で発生する位相差を低減させるための位相差調整回路を備えたことを特徴とする光送信機。
【請求項２】
前記位相差調整回路は、
前記データ信号を前記半導体レーザ駆動回路に伝達する伝送線路と、
前記伝送線路に接続される直列共振回路と、
を備え、
前記直列共振回路は、
寄生インダクタンス成分を有する抵抗素子または寄生抵抗成分を有するインダクタと、
キャパシタンス素子と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
【請求項３】
前記直列共振回路は、前記伝送線路の入力側または出力側に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の光送信機。
【請求項４】
前記伝送線路が差動線路であり、該差動線路のそれぞれに前記位相差調整回路が接続されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光送信機。
【請求項５】
前記伝送線路が、単相線路であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光送信機。
【請求項６】
前記伝送線路が、マイクロスリップ線路であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信機に関するものであり、特に、伝送データ間で発生する位相差を低減させるための位相差調整回路を備えた光送信機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光送信信号波形の立ち下がり時間の増大を抑え、かつリンギングを抑圧するための技術として、半導体レーザ駆動回路と半導体レーザとの間にダンピング抵抗と、このダンピング抵抗に並列に接続された外付け抵抗とを備えた光送信モジュールの実施例が開示されている（特許文献１など）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−４６１９４号公報（図１など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に示された従来技術にかかる光送信モジュールでは、半導体レーザ駆動回路と半導体レーザ間に外付け抵抗が並列に接続されているため、半導体レーザを駆動するための電流振幅が減衰してしまうといった欠点があった。また、これらのダンピング抵抗や外付け抵抗の接続により、光信号の伝送速度が変化すると光信号波形の立ち上がり時間や立ち下がり時間の時定数が変化して光の緩和振動に影響を与え、その影響が、光信号波形のアイマスクに波及してアイマスクが劣化し、所定のアイマスクマージン（アイマスクの余裕度）が確保できないといった問題点があった。
【０００５】
さらに、この従来技術によると、ダンピング抵抗や外付け抵抗を接続する位置が半導体レーザ駆動回路と半導体レーザとの間であるため、高周波設計が困難であり、光送信波形に多重反射やジッター増大の影響を与える危険性が大きいという問題点もあった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、伝送速度に依存することなく所定のアイマスクマージンを確保し、また、高周波設計を容易ならしめる位相差調整回路を備えた光送信機を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、入力されたデータ信号の信号波形を整形する半導体レーザ駆動回路と、該半導体レーザ駆動回路が出力する変調電流に基づいて変調レーザ光を生成出力する半導体レーザとを備えた光送信機において、前記半導体レーザ駆動回路の前段にデータ信号間で発生する位相差を低減させるための位相差調整回路を備えたことを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、半導体レーザ駆動回路の前段に位相差調整回路を備えるようにしているので、伝送線路上の整合回路による不整合や、伝送線路のキャパシタンス成分やインダクタ成分、あるいは基板上のパターンやワイヤなどが有する寄生キャパシタンス成分や寄生インダクタンス成分の影響、半導体レーザ光出力の周波数特性などに起因して生じた伝送速度の異なるデータ伝送に基づくデータ間の位相差を低減することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる位相差調整回路は、伝送線路上の整合回路による不整合や、伝送線路の特性により生じた伝送速度の異なるデータ伝送に基づく位相差を低減するようにしているので、光信号波形のアイパターンを改善することができ、所定のアイマスクマージンの確保が容易になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる位相差調整回路を備えた光送信機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
まず、図１を用いてこの実施の形態の光送信機について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる位相差調整回路およびその位相差調整回路を備えた光送信機の主要部の構成を示す図である。同図において、正相信号および逆相信号が入力されるインピーダンスコントロール線路３の出力側に差動増幅回路６が接続され、その出力端である正相出力端および反転出力端には位相差調整回路２に備えられたインピーダンスコントロール線路５を介して半導体レーザ駆動回路１が接続されている。また、半導体レーザ駆動回路１の出力側にはインピーダンスコントロール線路９およびダンピング抵抗１０を介して半導体レーザ４が接続されている。
【００１２】
位相差調整回路２は、上述のインピーダンスコントロール線路５と、位相差低減用抵抗７ａ，７ｂとＤＣ遮断コンデンサ８ａ，８ｂとを備えている。なお、位相差低減用抵抗７ａ，７ｂなどの抵抗体を高周波回路に用いる場合には、本来の抵抗成分に加えて寄生インダクタンスと呼ばれるインダクタンス成分をも考慮しなければならない。このため、図１では、抵抗成分に加えてこのインダクタンス成分も図示している。なお、位相差低減用抵抗７ａ，７ｂに代えて、位相差低減用のインダクタを用いてもよい。このインダクタを高周波回路に用いる場合には、抵抗体の場合とは逆に、本来のインダクタンス成分に加えて寄生抵抗と呼ばれる抵抗成分も考慮しなければならない。
【００１３】
また、位相差低減用抵抗７ａおよびＤＣ遮断コンデンサ８ａは、直列共振回路を構成し、差動線路を成すインピーダンスコントロール線路５の一方の線路と高周波リターン経路との間に接続されている。同様に、位相差低減用抵抗７ｂおよびＤＣ遮断コンデンサ８ｂも直列共振回路を構成し、インピーダンスコントロール線路５の他方の線路と高周波リターン経路との間に接続されている。
【００１４】
なお、この実施の形態のインピーダンスコントロール線路３，５，９は、それぞれが正相信号と逆相信号とが伝送される差動線路として示しているが、差動線路に限定されるものではなく、単一のデータ信号が伝送される単相線路であっても構わない。また、例えば、インピーダンスコントロール線路３，５が差動線路であり、インピーダンスコントロール線路９が単相線路のような構成であっても構わない。また、図１では、位相差低減用抵抗７ａ（７ｂ）およびＤＣ遮断コンデンサ８ａ（８ｂ）の直列共振回路が、インピーダンスコントロール線路５上の任意の点に接続されるように図示しているが、この接続に限定されるものではなく、差動増幅回路６のそれぞれの出力端側に接続されていてもよいし、半導体レーザ駆動回路１のそれぞれの入力端側に接続されていてもよい。
【００１５】
つぎに、この実施の形態の光送信機の動作について説明する。図１において、差動増幅回路６は、インピーダンスコントロール線路５を介して入力される正相信号と逆相信号の波形を整形し、調整された正相信号と逆相信号とを生成する。従来技術では、これらの信号をインピーダンスコントロール線路などを介して半導体レーザ駆動回路に入力していた。一方、この実施の形態では、これらの信号を位相差調整回路２を介して半導体レーザ駆動回路１に入力する構成としている。位相差調整回路２は、インピーダンスコントロール線路５にインダクタンス成分を有する抵抗体、あるいは抵抗成分を有するインダクタを並列に接続することで、インピーダンスコントロール線路５を伝送するデータ信号の群遅延特性に周波数特性を持たせることにより、データ信号間で生じる位相差を軽減するために挿入されている。なお、位相差調整回路２の特性の詳細については後述する。
【００１６】
位相差調整回路２から出力された信号は半導体レーザ駆動回路１に入力される。半導体レーザ駆動回路１は、例えば、一対の差動トランジスタや、定電流源などにより構成され、差動線路であるインピーダンスコントロール線路９やダンピング抵抗１０を介して半導体レーザ４のアノード−カソードの間にデータ信号に基づく高周波の変調電流を供給する。半導体レーザ４には、予めバイアス電圧が印加されており、半導体レーザ駆動回路１から供給された変調電流に基づいて半導体レーザ４は変調レーザ光を出力する。この変調レーザ光は、図示しない光ファイバなどを介して伝送される。
【００１７】
なお、インピーダンスコントロール線路３，５，９のそれぞれは、入出力間のインピーダンス整合をとるために挿入されている。また、ダンピング抵抗１０は、リンギング現象に基づく変調光の歪みなどを抑制するために挿入されている。
【００１８】
図２は、入力データ信号間で位相差が生じる原理を説明するための説明図である。同図の上段左側に示すように、信号ビットパターンが「１１１０００１１１・・・」のように連続して同じビットが続くような低周波の周波数成分を持つ信号パターンと、同図の上段右側に示すように、信号ビットパターンが「１０１０１０１０・・・」のように同じビットが連続しないような高周波の周波数成分を持つ信号ビットパターンを考える。このような周波数成分が異なる信号ビットパターンの場合、同図の中段に示すように、インピーダンスコントロール線路の周波数特性（群遅延特性）や、回路の周波数特性、ワイヤの長さなどに依存してデータ信号間に位相差が生じる。位相差が生じたこれらのデータ信号が半導体レーザ４に入射されると、半導体レーザ４の周波数応答特性とも相まって、光信号波形にジッターが生じて光信号波形が劣化する。この劣化をアイパターンで見れば、波形の時間方向にずれた太い波形を描くことになり、その結果アイマスクマージンが小さくなる。
【００１９】
一方、光受信機側において、光送信機から出力された光信号を電気信号に変換して信号の再生を行う際に、シャープな信号を得るためには、光送信機側において、アイパターンがアイマスク領域（信号の劣化を判定するための指標でありアイパターンが入ってはいけない領域）に入らないようにすることが必要である。しかし、低周波域から高周波域に渡って広帯域に光変調する場合には、上述したような信号ビットパターンのばらつきに伴う位相差の変動によって、アイパターンの余裕度であるアイマスクマージン（アイパターンとアイマスク領域との隙間）が小さくなるので、出力される光信号の伝送特性が劣化することになる。したがって、このアイパターンがアイマスク領域に入らないように、信号ビットパターンのばらつきに伴う位相差を低減させる必要がある。
【００２０】
図３は、位相差調整回路２の特性を解析するための等価回路を示す図である。同図では、図１に示す位相差調整回路２の片側の等価回路のみを示している。同図では、インピーダンスコントロール線路として用いられるマイクロストリップ線路のインピーダンスをＺ1、Ｚ2とし、インピーダンスＺ1と、インピーダンスＺ2のマイクロストリップ線路との間と、グランドとの間に抵抗Ｒ、インダクタＬ、キャパシタＣの直列共振回路が接続される構成とした。
【００２１】
図４は、図３に示す解析モデルでの信号伝送特性の一例を示す図である（１０Ｇｂｐｓ）。同図において、実線で示す波形は、「００１１・・・」のビットパターン（２．５ＧＨｚの周波数成分が主成分）の伝送波形であり、破線で示す波形は、「０１０１・・・」のビットパターン（５ＧＨｚの周波数成分が主成分）の伝送波形である。同図に示すように、この例では、「０１０１・・・」のビットパターンの信号と比較して「００１１・・・」のビットパターンの信号の方が遅延している。このような位相差が生じる原因としては、マイクロストリップ線路のキャパシタンス成分やインダクタ成分などの影響が考えられる。
【００２２】
図５は、図３の解析モデルで用いたマイクロストリップ線路の群遅延特性を示す図である。同図に示すように、５ＧＨｚ（ポイントｍ２）に比べて、２．５ＧＨｚ（ポイントｍ１）の方が遅延時間の値が大きくなっており、図４に示す伝送特性はマイクロストリップ線路の群遅延特性に依存していることが明らかである。
【００２３】
図６−１は、図３に示した伝送特性における遅延時間を示す図であり、図６−２は、所定の位相差調整を行った場合の伝送特性における遅延時間を示す図である。図６−１では、「００１１・・・」のビットパターンの信号が「０１０１・・・」のビットパターンの信号よりも約３．５（ｐｓｅｃ）遅延していたが、所定の位相差調整を行った後では、図６−２に示すように、「０１０１・・・」のビットパターンの信号が「００１１・・・」のビットパターンの信号よりも約１．７（ｐｓｅｃ）遅延している。
【００２４】
図７は、図６−２に示した伝送特性における群遅延特性を示す図である。図５に示した群遅延特性とは逆に、２．５ＧＨｚ（ポイントｍ３）に比べて、５ＧＨｚ（ポイントｍ４）の方が遅延時間の値が大きくなっており、図６−２に示す伝送特性結果を明確に示している。
【００２５】
また、図８−１は、信号が伝送される基板上のパターンやワイヤなどを伝送する信号の伝送特性の一例を示す図であり、図８−２は、図８−１に示す伝送特性において所定の位相差調整を行った場合の伝送特性を示す図である。それぞれの図は、図４、図６−１、図６−２と同様に、実線は「００１１・・・」のビットパターンの伝送波形であり、破線は「０１０１・・・」のビットパターンの伝送波形である。図８−１では、図６−１とは異なり「０１０１・・・」のビットパターンの信号（５ＧＨｚ）が「００１１・・・」のビットパターンの信号（２．５ＧＨｚ）より遅延している。このように高周波側の信号が遅延するのは、基板上のパターンやワイヤなどが有する寄生容量や寄生インダクタンスなどの影響によるものである。詳細な数値は省略するが、このような高周波側の信号が低周波側の信号に対して遅延する場合であっても、図３の解析モデルでのＲ，Ｌ，Ｃのそれぞれを所定の値に設定することで、図８−２に示すように高周波側の信号と低周波側の信号との間の位相差を低減させることができる。
【００２６】
これまで、伝送線路の群遅延特性や、伝送基板上のパターンやワイヤなどの周波数特性に基づいて信号データ間に発生する位相差を低減させることについて詳述してきたが、上記以外の要素だけでなく、他の要素、例えば、半導体レーザ４の光出力の周波数特性なども考慮しなければならない。位相差調整回路２の直列共振回路構成でのＲ，Ｌ，Ｃのそれぞれの値は、これらのすべての要素を考慮して決定する必要がある。
【００２７】
なお、この実施の形態では、位相差調整回路２を光送信機に添えた構成について説明してきたが、この位相差調整回路２を光受信機に適用することもできる。ただし、図６−１および図６−２の波形を比較して見ても明らかなように、位相差調整回路２を挿入すると信号の振幅レベルが減少する。したがって、この実施の形態の光送信機が半導体レーザ駆動回路１の前段に位相差調整回路２を挿入しているように、光受信機では、増幅器（例えば、プリアンプ）の後段に挿入するのが好適である。
【００２８】
つぎに、位相差調整回路２を用いた場合の効果について説明する。図９〜図１０−２は、半導体レーザ４から出力される光信号波形のアイパターンの測定結果を示す図である。より詳細には、図９は、位相差調整回路２を用いない場合の光信号波形のアイパターンを示す図であり、一方、図１０−１および図１０−２は、位相差調整回路２を用いた場合の光信号波形のアイパターンを示す図である。なお、図９〜図１０−２の測定結果では、半導体レーザ４の出力電力Ｐ0はすべて１０ｍｗとした。また、図１０−１に示される測定結果では、位相差調整回路２の抵抗値およびキャパシタは、それぞれ、Ｒ＝１５Ω、Ｃ＝０．１μＦに設定し、図１０−２に示される測定結果では、Ｒ＝１５Ω、Ｃ＝０．１μＦに設定した。
【００２９】
図９〜図１０−２に示されるアイパターンは、様々な信号パターンの光信号波形を光−電気変換した後に帯域フィルタを通し、その電気信号を重ね書きしたものであり、上の部分がマーク側、下の部分がスペース側であり、横軸は時間を示している。また、同図には、アイマスク規定で定められるアイマスク領域（斜線部分）も併せて示している。
【００３０】
ここで、アイマスク領域とは、信号波形の性能を見る指標である。信号波形（アイパターン）とアイマスク領域との隙間（アイマスクマージン）が大きいほど、光受信機で信号を受信したときに良好な受信感度特性が得られる。すなわち、より微弱なパワーの光信号でもエラーが生じにくくなり、良好な伝送特性が得られることになる。
【００３１】
つまり、光送信機から出力された光信号を受信し、電気信号に変換して信号の再生を行う際に、低い誤り率の信号を得るためには、アイパターンがアイマスク領域に入らないようにすることが必要である。
【００３２】
しかしながら、図９に示すアイパターンの中央部右側の円内の部分では、アイマスクマージンが約２％であり、アイマスク規定に対する余裕度が小さくなっている。アイマスクマージンが不足すると、例えば、周囲温度の変化によっては、信号波形が中央部の右上のアイマスクを満足できないという問題が発生する。
【００３３】
一方、図１０−１においては、図９と同様な位置であるアイパターンの中央部右側の円内の部分では、アイマスクマージンが約５％に改善され、アイマスク規定に対する余裕度が増加している。また、図１０−２においては、同じくアイパターンの中央部右側の円内の部分では、アイマスクマージンが約７％であり、図１０−１と比較してもさらに改善されている。
【００３４】
上記の結果から明らかなように、位相差調整回路２に備えられる直列共振回路の抵抗値、キャパシタを所定の値に設定することで、半導体レーザ４から出力される光信号波形のアイマスク規定に対する余裕度を増加させることができる。
【００３５】
以上説明したように、この実施の形態の光送信機によれば、前記半導体レーザ駆動回路の前段に備えられた位相差調整回路は、伝送線路上の整合回路による不整合や、伝送線路の特性により生じた伝送速度の異なるデータ伝送に基づく位相差を低減することができるので、光信号波形のアイパターンを改善することができ、所定のアイマスクマージンを確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明にかかる光送信機は、光ファイバを用いた高速デジタル通信用の光送信機として有用であり、特に、伝送線路上の整合回路の不整合により生じた伝送速度の異なるデータ間の位相差が問題となるような場合に適している。また、本発明の光送信機に備えられた位相差調整回路は、光受信機にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態にかかる位相差調整回路およびその位相差調整回路を備えた光送信機の主要部の構成を示す図である。
【図２】入力データ信号間で位相差が生じる原理を説明するための説明図である。
【図３】位相差調整回路２の特性を解析するための等価回路を示す図である。
【図４】図３に示す解析モデルでの信号伝送特性の一例を示す図である。
【図５】図３の解析モデルで用いたマイクロストリップ線路の群遅延特性を示す図である。
【図６−１】図３に示した伝送特性における遅延時間を示す図である。
【図６−２】所定の位相差調整を行った場合の伝送特性における遅延時間を示す図である。
【図７】図６−２に示した伝送特性における群遅延特性を示す図である。
【図８−１】信号が伝送される基板上のパターンやワイヤなどを伝送する信号の伝送特性の一例を示す図である。
【図８−２】図８−１に示す伝送特性において所定の位相差調整を行った場合の伝送特性を示す図である。
【図９】位相差調整回路２を用いない場合の光信号波形のアイパターンを示す図である。
【図１０−１】位相差調整回路２を用いた場合の光信号波形のアイパターン（Ｒ＝１５Ω、Ｃ＝０．１μＦ）を示す図である。
【図１０−２】位相差調整回路２を用いた場合の光信号波形のアイパターン（Ｒ＝２７Ω、Ｃ＝０．１μＦ）を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  半導体レーザ駆動回路
２  位相差調整回路
３，５，９  インピーダンスコントロール線路
４  半導体レーザ
６  差動増幅回路
７ａ，７ｂ  位相差低減用抵抗
８ａ，８ｂ  ＤＣ遮断コンデンサ
１０  ダンピング抵抗
【図１】
2005252783.tif 000003
【図２】
2005252783.tif 000004
【図３】
2005252783.tif 000005
【図４】
2005252783.tif 000006
【図５】
2005252783.tif 000007
【図６−１】
2005252783.tif 000008
【図６−２】
2005252783.tif 000009
【図７】
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【図８−１】
2005252783.tif 000011
【図８−２】
2005252783.tif 000012
【図９】
2005252783.tif 000013
【図１０−１】
2005252783.tif 000014
【図１０−２】
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