(57)【要約】【課題】反射戻り光が発生しうる光伝送システムにおいて、光アイソレータを用いることなく、小型で安価な光送受信装置および光伝送システムを提供すること。【解決手段】光送受信装置は、電気信号を光信号に変換する単一モードで発振する半導体レーザを有した光源と、反射戻り光による光信号の劣化や光信号伝送システムに生じる動作中の伝送特性の変化に応じた光信号の変動に基づいて、前記電気信号を補正する補償回路と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号を光信号に変換する単一モードで発振する半導体レーザを有した光源と、
反射戻り光による光信号の劣化または光信号伝送システムに生じる動作中の伝送特性の変化に応じた光信号の変動に基づいて、前記電気信号を補正する補償回路と、
を有する
ことを特徴とする光送受信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の前記光送受信装置と、
前記光送受信装置より出力される光信号を伝達する単一モード光ファイバと、
前記単一モード光ファイバの出力光を受信する光受信部と、を備える、
ことを特徴とする光伝送システム。
【請求項３】
請求項２に記載の光伝送システムであって、
前記光送受信装置より出力される光信号は光アイソレータを介さずに前記単一モード光ファイバに入力される、
ことを特徴とする光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光送受信装置および光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、日本応用磁気学会第123回研究会テキスト（非特許文献１）及びIEEE J. Quantum
Electron.の論文（非特許文献２）に記載されている光伝送システムがある。この従来の光伝送システムは、単一モード光ファイバを伝送路とし、電気信号を光信号に変換する光送信部と受信した光信号を電気信号に変換する光受信部を有しており、光送信部に単一モードで発振する半導体レーザが光源として用いられ、光アイソレータが伝送路との間に挿入されている。また光源への戻り光の影響については非特許文献３に記載がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】佐藤勝昭：磁気光学材料の基礎と光通信への応用; 日本応用磁気学会第123回研究会「通信用磁気デバイス・磁気MEMSの動向と将来展望」、2002年2月7-8日、機械振興会館、テキスト pp.55-62
【非特許文献２】K. Kobayashi, et al, “Microopticgrating multiplexers and optical isolators for fiber-optic communications,” IEEE J.Quantum Electron., QE-16, 11 (1980)
【非特許文献３】A. P. Bogatov, et al, “Anomalousinteraction of spectral modes in a semiconductor laser,” IEEE J. Quantum Electron., QE-11,510 (1975)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明者らは、小型で安価な光送受信装置および光伝送システムの実現のために、戻り光を低減する光アイソレータを用いない光送受信装置および光伝送システムについて検討を行った。
【０００５】
ここで検討したのは、単一モード光ファイバを伝送路とし、電気信号を光信号に変換する光送信部と受信した光信号を電気信号に変換する光受信部を持つ光伝送システムである。光送信部および光受信部は、光送受信装置を構成する。この光伝送システムにおいては、光源である半導体レーザから出た光が、伝送路の様々な部位で反射し、光送信部はその反射により生じた反射戻り光を受ける。光送信部に単一モードで発振する半導体レーザを光源として用いると、反射戻り光により半導体レーザの発振状態が変化することにより半導体レーザのＩ−Ｌ特性（電流―光出力特性）が劣化し変動することが分かった（図１参照）。さらにＩ−Ｌ特性（電流―光出力特性）の変動により、駆動する電気信号に忠実に追随すべき光信号に波形の劣化が生じることを見出した（図２参照）。つまり光波形は２値の強度信号（１（ＯＮ）と０（ＯＦＦ）で表わせる信号）列であるが、反射戻り光の影響により図２（ｂ）に示すように１（ＯＮ）側において強度変動が発生する。受信部において伝送された信号波形に対して、１（ＯＮ）と０（ＯＦＦ）を定められた閾値によって判定する際には、この１（ＯＮ）レベルの強度変動は信号誤りの要因となり、光伝送システム品質の劣化へとつながることを見出した。
【０００６】
本願発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は反射戻り光が発生しうる光伝送システムにおいて、光アイソレータを用いることなく、小型で安価な光送受信装置および光伝送システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本出願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【０００８】
本発明にかかる光送受信装置は、電気信号を光信号に変換する単一モードで発振する半導体レーザを有した光源と、反射戻り光による光信号の劣化または光信号伝送システムに生じる動作中の伝送特性の変化に応じた光信号の変動に基づいて、前記電気信号を補正する補償回路と、を有する。
【０００９】
また、本発明にかかる光伝送システムは、前記光送受信装置と、前記光送受信装置より出力される光信号を伝達する単一モード光ファイバと、前記単一モード光ファイバの出力光を受信する受信部と、を備える。
【００１０】
また、本発明の一態様では、前記光送受信装置より出力される光信号は光アイソレータを介さずに前記単一モードファイバに入力されてよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、小型で安価な光送受信装置および光伝送システムを構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】半導体レーザの電流-光出力特性の例である。
【図２】半導体レーザの光波形の例である。
【図３】第１の実施形態にかかる光伝送システムの構成の例を示す図である。
【図４】第２の実施形態にかかる光伝送システムの構成の例を示す図である。
【図５】第３の実施形態にかかる光伝送システムの構成の例を示す図である。
【図６】第３の実施形態にかかる光伝送システムの構成の変形例１を示す図である。
【図７】第３の実施形態にかかる光伝送システムの構成の変形例２を示す図である。
【図８】第４の実施形態にかかる光伝送システムの構成の例を示す図である。
【図９】第５の実施形態にかかる光伝送システムの構成の例を示す図である。
【図１０】第６の実施形態にかかる光伝送システムの構成の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係る光送受信装置および光伝送システムについて、図面に基づいて詳細に説明する。出現する構成要素のうち同一機能を有するものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００１４】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態では、反射戻り光により生じた光伝送システムの品質の劣化の改善を送信側で行う装置の例を説明する。図３は、第１の実施形態にかかる特徴的な光送信部１０１の構成例とそれを用いた光伝送システム１００を示す図である。光伝送システム１００は送信側の光送受信装置と受信側の光送受信装置と単一モード光ファイバ１０３とを含む。送信側の光送受信装置は光送信部１０１を含み、受信側の光送受信装置は光受信部１０２を含んでいる。
【００１５】
第１の実施形態にかかる光送受信装置の光送信部１０１は、少なくともドライブ回路１１０、光源１１１、波形モニタ部１１２、補償回路１１３により構成される。光送受信装置の光受信部１０２は、少なくとも受光器１２０および出力回路１２１により構成される。光源１１１より出力された光信号は、単一モード光ファイバ１０３を介して、その光受信部１０２に伝送される。
【００１６】
ドライブ回路１１０は、外部から入力される電気信号１０４を、後段の光源１１１が必要とする信号振幅まで増幅する機能を有する。光源１１１は単一モードで発振する半導体レーザであり、前記ドライブ回路１１０から入力される電気信号を光信号に変換して出力するとともに、後段の波形モニタ部１１２に対しても光信号を出力する。波形モニタ部１１２は、光源１１１から受信した光信号をモニタ電気信号に変換し、後段の補償回路１１３に出力する。補償回路１１３は、ドライブ回路１１０が出力した電気信号の波形と、波形モニタ部１１２が出力するモニタ電気信号の波形とが等しくなるように、ドライブ回路１１０へフィードバック制御を行い、光源１１１に入力される電気信号を補正する。補償回路１１３は、例えば、モニタ電気信号の振幅に基づいて、そのフィードバック制御を行ってよい。
【００１７】
これらの構成により、光送信部１０１の側で光信号出力を補償することが可能となる。なお、ここでは光送信部１０１が送信側の光送受信装置に含まれる例を用いて説明したが、光送受信装置が、受信部を含まない光送信器となっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００１８】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態では、反射戻り光により生じた光伝送システムの品質の劣化の改善を受信側で行う装置の例を説明する。図４は、第２の実施形態にかかる光送受信装置の特徴的な光受信部２０２側の構成例とそれを用いた光伝送システム２００を示す図である。
【００１９】
第２の実施形態にかかる光伝送システム２００は、送信側の光送受信装置に含まれる光送信部２０１と、受信側の光送受信装置に含まれる光受信部２０２と、単一モード光ファイバ１０３とで構成される。光送受信装置の光受信部２０２は、少なくとも受光器１２０、出力回路１２１、および補償回路２０３により構成される。また光送受信装置の光送信部２０１は、少なくともドライブ回路１１０と単一モードで発振する光源１１１で構成される。単一モード光ファイバ１０３は、光源１１１より出力された光信号を伝送する。以下では光受信部２０２を中心に説明する。
【００２０】
受光器１２０は、単一モード光ファイバ１０３から受信した光信号を、電気信号に変換する。出力回路１２１は、受光器１２０から入力した電気信号の出力波形を補償回路２０３の制御に基づいて補正し、光送受信装置の光受信部２０２の外部に電気信号１０５として出力する。出力回路１２１に接続された補償回路２０３は、出力回路１２１が出力する電気信号に基づいて、その電気信号のうち１（ＯＮ）を表わす信号について、反射戻り光による波形劣化の影響により、連続する前後の信号と比較して振幅が大きい（若しくは振幅が小さい）場合には、出力回路１２１が出力する電気信号の波形振幅を小さく（若しくは振幅を大きく）するフィードバック制御を出力回路１２１に対して行う。
【００２１】
これらの構成により、光送信部２０１側で生じる光信号出力の変動を補償することが可能となる。なお、ここでは光受信部２０２が受信側の光送受信装置に含まれる例を用いて説明したが、その受信側の光送受信装置が、光送信部を含まない光受信器となっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００２２】
［第３の実施形態］
図５は、第１の実施形態にかかる光送信部１０１と第２の実施形態にかかる光受信部２０２との両方を備えた例となる光伝送システム３００の構成を示す図である。光送信部１０１および光受信部２０２のそれぞれに補償回路１１３，２０３を備えても、光伝送システム３００の品質の劣化を改善する効果が得られる。
【００２３】
また図６に本実施形態についての変形例１となる光伝送システム４００を示す。図６に示す光伝送システム４００は、送信側の光送受信装置に含まれる光送信部４０１と、単一モード光ファイバ１０３と、受信側の光送受信装置に含まれる光受信部４０２とを含む。光送受信装置の光送信部４０１には、ドライブ回路１１０、単一モードで発振する光源１１１、波形モニタ部１１２および補償回路１１３のセットが並列に複数備わっており、各々のセット内において光信号出力を補償する。光送信部４０１に含まれる複数のセットに含まれる複数の光源１１１はそれぞれ異なる波長の光信号を出力し、セットごとに出力された光信号は光カプラー等の光合波器４０３にて一つに束ねられ、１つの単一モード光ファイバ１０３に入力される。単一モード光ファイバ１０３から出力される光信号は、光カプラー等の光分波器４０４において、波長ごとに複数の光信号に分けられる。光送受信装置の光受信部４０２には、受光器１２０、出力回路１２１及び補償回路２０３のセットが並列に複数備わっており、光分波器４０４が波長により分けた１つの光信号は、それに対応する１つのセットが受信する。そして各々のセットの内において波形劣化を補償するフィードバック制御を行う。
【００２４】
なお、図６では光合・分波器がそれぞれ光送受信装置の光送信部４０１・光送受信装置の光受信部４０２内に備わった例を示したが、光合・分波器が光送受信装置の外部にあっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００２５】
さらに図７に第３の実施形態についての変形例２となる光伝送システム５００を示す。図６との違いは、光合・分波器を備えていない点である。光送受信装置の光送信部５０１の各々の光源１１１より出力された各々の光信号は、その各々の光源１１１ごとに１つずつ設けられた単一モード光ファイバ５０３を介して光送受信装置の光受信部５０２へ伝送される。本変形例においては、複数の光源１１１の出力光が同一の波長であっても構わない。
【００２６】
なお、本実施形態においては、第１の実施形態や第２の実施形態と同様に、送信側の光送受信装置は送信器であってよく、受信側の送受信装置は受信器であってよい。また、図６に示す光合・分波器や図７に示す複数の単一モード光ファイバ５０３は、光送信部４０１，５０１あるいは光受信部４０２，５０２の片方のみに補償回路を設ける構成に適用してもよい。
【００２７】
［第４の実施形態］
図８に第４の実施形態にかかる光伝送システム６００の例を示す。本実施形態にかかる光伝送システム６００では、反射戻り光の影響により生じる波形劣化、及びその波形劣化により生じる信号誤りについて、変調信号の複数の連続する信号列から最尤度の光受信信号が得られるように補償する装置を用いている。
【００２８】
本実施形態にかかる光伝送システム６００は、送信側の光送受信装置に含まれる光送信部６０１と、単一モード光ファイバ１０３と、受信側の光送受信装置に含まれる光受信部６０２とを含む。光送受信装置の光送信部６０１は、少なくともドライブ回路１１０、光源１１１、波形モニタ部１１２、複数信号列処理部６０３、補償回路６０４により構成される。
【００２９】
ドライブ回路１１０は、入力される電気信号を、後段の光源１１１が必要とする信号振幅まで増幅する機能を有する。単一モードで発振する光源１１１は、ドライブ回路１１０から入力される電気信号を光信号に変換して出力するとともに、後段の波形モニタ部１１２に対しても光信号を出力する。波形モニタ部１１２では、光源１１１から受信する光信号をモニタ電気信号に変換して、後段の複数信号列処理部６０３に出力する。複数信号列処理部６０３はモニタ電気信号から複数の連続する信号列を示す波形を検出し、その波形を示す信号を後段の補償回路６０４に出力する。補償回路６０４は、検出された波形に基づいて、変調信号の複数の連続する信号列から最尤度の光受信信号が得られるようにドライブ回路１１０をフィードバック制御する。
【００３０】
なお、ここでは送信部は光送受信装置の一部としての例を用いて説明したが、その送信側の光送受信装置が、受信部を含まず送信部を有する光送信器であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３１】
［第５の実施形態］
図９に第５の実施形態にかかる光伝送システム７００の例を示す。本実施形態にかかる光伝送システム７００では、反射戻り光の影響により生じる波形劣化、及びその波形劣化により生じる信号誤りについて、光受信信号の複数の連続する信号列から最尤度の観点から受信信号を判定する機能を持つ装置を用いている。光伝送システム７００は、送信側の光送受信装置の光送信部７０１と、受信側の光送受信装置の光受信部７０２と、単一モード光ファイバ１０３とを含む。以下では光受信部７０２を中心に説明する。
【００３２】
本実施形態にかかる光送受信装置の光受信部７０２は、少なくとも受光器１２０、出力回路１２１、複数信号列処理部７０３により構成される。複数信号列処理部７０３では、出力回路１２１より出力された変調信号の複数の連続する信号列から最尤度の光受信信号が得られるように判定を行い、変調信号の電気信号を補正し、その補正された電気信号を出力する。
【００３３】
［第６の実施形態］
図１０は第６の実施形態にかかる光伝送システム８００を示す構成の例を示す図である。本実施形態にかかる光伝送システム８００では、反射戻り光の影響により生じる波形劣化、及び前記により生じる信号誤りについて、誤り訂正符号を用いて補償を行う装置を用いている。光伝送システム８００は、単一モードの光信号を出力する送信側の光送受信装置の光送信部８０１、光信号を伝達する単一モード光ファイバ１０３、および受信側の光送受信装置の光受信部８０２にて構成される。光送受信装置の光受信部８０２において受信された信号には、上記波形劣化の影響により信号誤りを含むが、これはその誤りを訂正可能な能力を持つ誤り訂正符号を用いることで補償することができる。
【００３４】
なお、図１０に示す構成のうち、図３に示された同一の符号を付された構成、及び同一の機能を有する部位（ドライブ回路１１０、光源１１１、単一モード光ファイバ１０３）については、説明を省略する。
【００３５】
光送受信装置の光送信部８０１は、少なくとも誤り訂正符号付与部８０３、ドライブ回路１１０、及び単一モードで発振する光源１１１によって構成される。同様に、光送受信装置の光受信部８０２は、少なくとも受光器１２０、出力回路１２１、誤り検出訂正部８０４によって構成される。
【００３６】
誤り訂正符号付与部８０３は、入力される電気信号１０４で表わされるシリアルビット列データから、誤り訂正符号の検査ビットを計算する。誤り訂正符号としては一般的にハミング符号、ＢＣＨ符号（Ｂｏｓｅ  Ｃｈａｕｄｈｕｒｉ  Ｈｏｃｑｕｅｎｇｈｅｍ）やリードソロモン符号等が知られるが、必要な訂正能力が得られる条件を満たせばどのような誤り訂正符号方式を用いてもよい。誤り訂正符号付与部８０３では、適用する誤り訂正符号の生成多項式を用いて求められる検査ビットを計算し、シリアルビット列データに対して一定間隔でその検査ビットを挿入する。
【００３７】
誤り検出訂正部８０４では、受信し出力回路１２１が出力するシリアルビット列データから、誤り訂正符号付与部８０３により挿入された検査ビットを抽出し、これとシリアルビット列データとを合わせて誤り検出処理を行う。このときシリアルビット列データに誤りが含まれる場合は、誤り訂正符号の訂正能力の範囲で、誤り訂正処理を行う。
【００３８】
なお、本実施形態で示した誤り訂正を用いた構成は、第１から第５の実施形態で示した光送信器、光受信器、光送受信装置、およびそれらを用いた光伝送システムと組合わせて使用してもよい。さらに本実施形態では、誤り訂正符号付与部８０３、および誤り検出訂正部８０４をそれぞれ光送受信装置の光送信部８０１および光送受信装置の光受信部８０２内に設けた例で説明したが、これらが光送受信装置の光送信部８０１や光送受信装置の光受信部８０２の外にあっても、同様の効果が得られる。
【００３９】
以上、本発明者によってなされた発明の第１から第６の実施形態について具体的に説明したが、本発明の効果を得るためには、以下の思想に基づけばよい。すなわち、戻り光による光信号の劣化を補償する回路・機能が、光送信部および光受信部のいずれか一方、もしくは両方に設けてあれば良い。また劣化を補償する手段は、光送信側で光源１１１へ入力する電気信号にフィードバックしても良いし、光受信側で出力する電気信号にフィードバックしても良いし、さらには光送信器、光受信器に入力される電気信号に誤り訂正機能を持たせても良い。なお、誤り訂正機能により補償する場合は、光送信部と光受信部の両方に補償する回路（誤り訂正符号付与部８０３、誤り検出訂正部８０４）を設ける必要がある。誤り訂正機能は、光送信部、光受信部の内に設けずに、外側に設けても構わない。これらの実施形態では、特に１０Ｇｂｐｓ以上の通信速度においても効果が得られる。また伝送距離は１０ｋｍ以下、望ましくは２ｋｍ以下にて特に効果が得られる。例えば、データセンター構内の光伝送システムに応用できる距離が好適である。上記の光伝送システムにおいては、送信側からの出力光は光アイソレータを介さずに単一モードファイバに入力されるという特徴を有する。
【符号の説明】
【００４０】
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００  光伝送システム、１０１，２０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８０１  光送信部、１０２，２０２，４０２，５０２，６０２，７０２，８０２  光受信部、１０３，５０３  単一モード光ファイバ、１０４  電気信号、１０５  電気信号、１１０  ドライブ回路、１１１  光源、１１２  波形モニタ部、１１３  補償回路、１２０  受光器、１２１  出力回路、２０３  補償回路、４０３  光合波器、４０４  光分波器、６０３  複数信号列処理部、６０４  補償回路、７０３  複数信号列処理部、８０３  誤り訂正符号付与部、８０４  誤り検出訂正部。
【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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【図９】
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【図１０】
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