(57)【要約】【課題】半導体レーザを光源とする光伝送装置では、半導体レーザを直接変調した際、その電流―光出力特性の非線形性に起因して、出力された光信号に歪が生じる。【解決手段】信号生成部１００から出力され、電気分岐部１１０で分岐され、遅延部１２０で時間遅延を与えられ第３の信号によって強度変調された、光源１３０から出力される光信号を、光分岐部１４０へ入力し、第１及び第２の光分岐信号に分岐する。第１の光分岐信号を位相変調部１５０にて位相変調し、光合波出力部１６０にて第２の光分岐信号と合波し光送信信号を出力する。制御信号生成部１７０は、信号生成部１００から出力され、電気分岐部１１０で分岐された第１の信号の強度を検知し、その強度と予め検知し記憶していた位相変調量とに基づいた位相制御信号を位相変調部１５０へ出力する。【選択図】  図１
2005012330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源として半導体レーザを用いた光送信装置であって、
伝送すべき信号を出力する信号生成部と、
前記信号生成部から出力された信号を分岐し、第１の信号と第２の信号とを出力する電気分岐部と、
前記電気分岐部から出力された前記第２の信号を入力し、前記第２の信号に遅延時間を与えた第３の信号を出力する遅延部と、
半導体レーザチップからなり、前記遅延部から出力された前記第３の信号を入力し、光共振器を構成する２つの反射端面の内いずれか一方から、前記第３の信号によって強度を変調された第１の光信号を出力する光源と、
前記第１の光信号を分岐し、第１の分岐光信号と第２の分岐光信号とを出力する光分岐部と、
前記第１の信号を入力し、信号強度に従って所定の位相制御信号を出力する制御信号生成部と、
前記第１の分岐光信号を入力し、前記制御信号生成部から出力された前記位相制御信号に基づいて前記第１の分岐光信号の位相を変調する位相変調部と、
前記第２の分岐光信号と前記位相変調部から出力された光信号とを合波し光送信信号を出力する光合波出力部と、
を備えることを特徴とする光送信装置。
【請求項２】
光源として半導体レーザを用いた光送信装置であって、
伝送すべき信号を出力する信号生成部と、
前記信号生成部から出力された信号を分岐し、第１の信号と第２の信号とを出力する電気分岐部と、
前記電気分岐部から出力された前記第２の信号を入力し、前記第２の信号に遅延時間を与えた第３の信号を出力する遅延部と、
半導体レーザチップからなり、前記遅延部から出力された前記第３の信号を入力し、光共振器を構成する第１及び第２の反射端面から、前記第３の信号によって光強度を変調された第１及び第２の光信号を出力する光源と、
前記第１の信号を入力し、信号強度に従って所定の位相制御信号を出力する制御信号生成部と、
前記第１の光信号を入力し、前記制御信号生成部から出力された前記位相制御信号に基づいて前記第１の光信号の位相を変調する位相変調部と、
前記第２の光信号と前記位相変調部から出力された光信号とを合波し光送信信号を出力する光合波出力部と、
を備えることを特徴とする光送信装置。
【請求項３】
制御信号生成部は、
前記第１の信号の強度を検出し、検出信号を出力する強度検出部と、
前記第１の信号の強度の変化に対して、前記合波出力部から出力される前記光送信信号の強度の変化率が略一定となる前記位相変調部の位相変調量を予め記憶している記憶部と、
前記検出信号を入力し、前記記憶部から前記位相変調量を読み出し、前記位相制御信号を出力する位相信号発生部と、
を備える請求項１または請求項２記載の光送信装置。
【請求項４】
強度検出部は、
前記第１の信号の時間周期よりも充分短い時間間隔で、強度を検出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の光送信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザを用いた光送信装置に関し、より特定的には、多チャンネルの周波数多重信号を光伝送する光送信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信やＣＡＴＶ等では周波数多重信号を電気から光へ変換して伝送した後再び光から電気へ変換する光通信システムが採用されている。その光通信システムの光送信装置では、光源として主に半導体レーザが用いられており、その半導体レーザの発光強度を周波数多重した電流信号で強度変調することにより、周波数多重信号光を得る直接変調方式が多く採用されている。図５は、従来の半導体レーザを用いた光伝送装置の構成を示したブロック図である。図５において、光伝送装置は、信号生成部３００と、光源３１０とを備えている。信号生成部３００は周波数多重された変調信号を出力する。光源３１０は、信号生成部３００から出力された変調信号を入力し、強度変調された光信号を出力する。
【０００３】
【非特許文献１】
山根茂、「８０ｃｈ  ＡＭ−ＦＤＭ映像信号光伝送特性」、１９９２年電子情報通信学会春季大会、Ｂ−１０３１、１９９２
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
半導体レーザの直接変調を行う場合、変調時に光源で発生する歪は、半導体レーザが有する電流−光出力特性の非線形性に起因する。図６は図５に示した光源３１０の電流−光出力特性である。破線が線形性に優れた半導体レーザの電流−光出力特性、実線が非線形性を有する半導体レーザの電流−光出力特性を示している。従来の技術では、ＣＡＴＶ等のアナログ信号を高品質に伝送するシステムの場合、出力された光信号の歪が信号の多チャンネル化や伝送距離の長距離化への対応を困難にしているという課題がある。
【０００５】
それ故に、本発明の目的は、光源として線形性に優れた半導体レーザを用いることなく、半導体レーザの非線形性に起因する光信号の歪を低減する多チャンネル化及び長距離化に有効な光送信装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は光源として半導体レーザを用いた光送信装置であって、伝送すべき信号を出力する信号生成部と、信号生成部から出力された信号を分岐し、第１の信号と第２の信号とを出力する電気分岐部と、電気分岐部から出力された第２の信号を入力し、第２の信号に遅延時間を与えた第３の信号を出力する遅延部と、半導体レーザチップからなり、遅延部から出力された第３の信号を入力し、光共振器を構成する２つの反射端面の内いずれか一方から、第３の信号によって光強度を変調された第１の光信号を出力する光源と、第１の光信号を分岐し、第１の分岐光信号と第２の分岐光信号とを出力する光分岐部と、第１の信号を入力し、信号強度に従って所定の位相制御信号を出力する制御信号生成部と、第１の分岐光信号を入力し、制御信号生成部から出力された位相制御信号に基づいて第１の分岐光信号の位相を変調する位相変調部と、第２の分岐光信号と位相変調部から出力された光信号とを合波し光送信信号を出力する光合波出力部と、を備えている。
【０００７】
第２の発明は、光源として半導体レーザを用いた光送信装置であって、伝送すべき信号を出力する信号生成部と、信号生成部から出力された信号を分岐し、第１の信号と第２の信号とを出力する電気分岐部と、電気分岐部から出力された第２の信号を入力し、第２の信号に遅延時間を与えた第３の信号を出力する遅延部と、半導体レーザチップからなり、遅延部から出力された第３の信号を入力し、光共振器を構成する第１及び第２の反射端面から、第３の信号によって光強度を変調された第１及び第２の光信号を出力する光源と、第１の信号を入力し、信号強度に従って所定の位相制御信号を出力する制御信号生成部と、第１の光信号を入力し、制御信号生成部から出力された位相制御信号に基づいて第１の光信号の位相を変調する位相変調部と、第２の光信号と位相変調部から出力された光信号とを合波し光送信信号を出力する光合波出力部と、を備えている。
【０００８】
第３の発明は、第１の発明及び第２の発明において、制御信号生成部は、第１の信号の強度を検出し、検出信号を出力する強度検出部と、第１の信号の強度の変化に対して、合波出力部から出力される光送信信号の強度の変化率が略一定となる位相変調部の位相変調量を予め記憶している記憶部と、検出信号を入力し、前記記憶部から位相変調量を読み出し、位相制御信号を出力する位相信号発生部と、を備えている。
【０００９】
第３の発明において、強度検出部は、第１の信号の時間周期よりも充分短い時間間隔で、強度を検出する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１に示すように、信号生成部１００は信号を出力する。出力された信号は、電気分岐部１１０で少なくとも第１の信号と第２の信号へ分岐される。
【００１１】
第２の信号は、遅延部１２０で遅延時間を与えられ、第３の信号として出力される。第３の信号は、光源１３０へ入力される。光源１３０は、半導体レーザチップからなり、第３の信号により強度変調された第１の光信号を２つの反射端面の内いずれか一方から出力する。第１の光信号は、光分岐部１４０で、第１の分岐光信号と第２の光分岐信号に分岐される。
【００１２】
第１の信号は、強度検出部１７１へ入力される。強度検出部１７１は第１の信号の強度を検出し、その強度値を検出信号として出力する。検出は第１の信号の周期時間よりも充分短い時間間隔で行い、必ずしも一定の時間間隔でなくても構わない。出力された検出信号は、位相信号発生部へ入力される。位相信号発生部は、入力された検出信号から第１の信号の強度値を判別し、入力された検出信号に対応する位相変調量を記憶部１７３へ問合せし、読み取る。その後、読み取った位相変調量に基づいた位相制御信号を位相変調部１５０へ出力する。位相変調部１５０は、第１の分岐光信号を入力し、位相制御信号により位相変調された光信号を出力する。位相変調部１５０より出力された光信号は、光合波出力部１６０にて第２の光分岐信号と合波され、光送信信号として出力される。
【００１３】
遅延部１２０で与えられる遅延時間について説明を行う。
【００１４】
電気分岐部から第２の信号が出力される時刻を原点として、電気分岐部から出力された第２の信号が遅延部に入力され、遅延時間を与えられた後に第３の信号として光源１３０へ出力され、光源１３０からその第３の信号で変調された光信号が光分岐部１４０へ出力され、その光信号の一部が光分岐部１４０で分岐され第１の光分岐信号として出力された後、第１の光分岐信号が位相変調部１５０に到達するまでに要する時間を経路１の到達時間とする。
【００１５】
次に、電気分岐部から第１の信号が出力される時刻を原点として、電気分岐部から出力された第１の信号が制御信号生成部１７０へ入力され、その信号に基づいた位相制御信号が位相変調部１５０に到達するまでに要する時間を経路２の到達時間とする。
【００１６】
遅延部１２０で与えられる遅延時間は、経路１の到達時間と経路２の到達時間との時間差が、信号発生部１００から出力される信号の時間周期よりも充分短くなるように設定する。
【００１７】
図３は図１の記憶部１７３に記憶されている位相変調量を説明する図である。
【００１８】
特性ａ→ｄは、第２の光分岐信号の電流−光出力特性であり、光源１３０の電流−光出力特性を反映した特性である。特性ａ→ｂは、第２の光分岐信号と位相変調部から出力された光信号とが同位相で光合波出力部１６０に入力された場合の光送信信号の電流−光出力特性であり、光送信信号の強度としては図３における斜線部範囲内での値を出力可能である。そのため、位相変調部１５０で第１の光分岐信号に対して位相変調を行うことで、光送信信号は特性ａ→ｃという第１の信号の強度に対する光送信信号の強度変化率ｄＰ／ｄＩがほぼ一定となる線形性に優れた電流−光出力特性を実現できる。そこで、各電流値、つまり第１の信号の各信号強度値Ｉｎに対して、第２の光分岐信号と位相変調部１５０から出力された光信号との特性ａ→ｃを実現する位相差を予め検知し、記憶部１７３へ位相変調量φｎとして記憶しておけばよい。なお、記憶部１７３としては、高速読み取りが可能な半導体メモリーなどが望ましい。
【００１９】
（実施の形態２）
信号生成部１００は信号を出力する。出力された信号は、電気分岐部１１０で少なくとも第１の信号と第２の信号へ分岐される。
【００２０】
第２の信号は、遅延部１２０で遅延時間を与えられ、第３の信号として出力される。第３の信号は、光源１３１へ入力される。光源１３１は、半導体レーザチップからなり、第３の信号により強度変調された第１及び第２の光信号を出力する。
【００２１】
なお、光源１３１は、λ／４位相シフト回折格子構造を有する分布帰還型レーザや両端面に高反射膜コートを施したファブリペロー型レーザなど、両端面からほぼ同一強度の光を出力可能な構造を持つ半導体レーザを使用するのが望ましい。
【００２２】
第１の信号は、強度検出部１７１へ入力される。強度検出部１７１は第１の信号の強度を検出し、その強度値を検出信号として出力する。検出は第１の信号の周期時間よりも充分短い時間間隔で行い、必ずしも一定の時間間隔で行わなくても構わない。出力された検出信号は、位相信号発生部へ入力される。位相信号発生部は、入力された検出信号から第１の信号の強度値を判別し、入力された検出信号に対応する位相変調量を記憶部１７３へ問合せし読み取る。その後、読み取った位相変調量に基づいた位相制御信号を位相変調部１５０へ出力する。位相変調部１５０は、第１の光信号を入力し、位相制御信号により位相変調された光信号を出力する。位相変調部１５０より出力された光信号は、光合波出力部１６０にて第２の光信号と合波され、光送信信号として出力される。
【００２３】
遅延部１２０で与えられる遅延時間について説明を行う。
【００２４】
電気分岐部から第２の信号が出力される時刻を原点として、電気分岐部から出力された第２の信号が遅延部に入力され、遅延時間を与えられた後に第３の信号として光源１３１へ出力され、光源１３１からその第３の信号で変調された第１の光信号が出力され、その第１の光信号が位相変調部１５０に到達するまでに要する時間を経路３の到達時間とする。
【００２５】
次に、電気分岐部から第１の信号が出力される時刻を原点として、電気分岐部から出力された第１の信号が制御信号生成部１７０へ入力され、その信号に基づいた位相制御信号が位相変調部１５０に到達するまでに要する時間を経路２の到達時間とする。
【００２６】
遅延部１２０で与えられる遅延時間は、経路３の到達時間と経路２の到達時間との差が、変調信号の周期に対して充分短くなるように設定する。
【００２７】
図４は図２の記憶部１７３に記憶されている位相変調量を説明する図である。
【００２８】
特性ａ’→ｄ’は、第２の光信号の電流−光出力特性であり、光源１３１の電流−光出力特性を反映した特性である。特性ａ’→ｂ’は、第２の光信号と位相変調部から出力された光信号とが同位相で光合波出力部１６０に入力された場合の光送信信号の電流−光出力特性であり、光送信信号の強度としては図４における斜線部範囲内での値を出力可能である。そのため、位相変調部１５０で第１の光信号に対して位相変調を行うことで、光送信信号は特性ａ’→ｃ’という第１の信号の強度に対する光送信信号の強度変化率ｄＰ／ｄＩがほぼ一定となる線形性に優れた電流−光出力特性を実現できる。そこで、各電流値、つまり第１の信号の各信号強度値Ｉｎに対して、第２の光信号と位相変調部１５０から出力された光信号との特性ａ’→ｃ’を実現する位相差を予め検知し、記憶部１７３へ位相変調量φ’ｎとして記憶しておけばよい。なお、記憶部１７３としては、高速読み取りが可能な半導体メモリーなどが望ましい。
【００２９】
【発明の効果】
半導体レーザの外部に位相変調器を付加することで低歪みな光送信装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本第１の発明の実施の形態に係る光送信装置の構成を示すブロック図
【図２】本第２の発明の実施の形態に係る光送信装置の構成を示すブロック図
【図３】本第１の発明の制御信号生成部が位相変調部へ行う処理を示した図
【図４】本第２の発明の制御信号生成部が位相変調部へ行う処理を示した図
【図５】従来の光伝送装置の構成を示すブロック図
【図６】半導体レーザの電流−光出力特性を示す図
【符号の説明】
１００  信号生成部
１１０  電気分岐部
１２０  遅延部
１３０  光源
１３１  光源
１４０  光分岐部
１５０  位相変調部
１６０  光合波出力部
１７０  制御信号生成部
１７１  強度検出部
１７２  位相信号発生部
１７３  記憶部
【図１】
2005012330.tif 000003
【図２】
2005012330.tif 000004
【図３】
2005012330.tif 000005
【図４】
2005012330.tif 000006
【図５】
2005012330.tif 000007
【図６】
2005012330.tif 000008