(57)【要約】【課題】ＡＰＣ制御を実施した場合であっても、パルス振幅変調方式を用いた光多値伝送の正確性を向上できる光送信装置及び光送信装置の駆動調整方法を提供する。【解決手段】パルス振幅変調方式を用いた光多値伝送用の光送信装置１は、レーザ素子２と、レーザ素子２の発光強度を検知する光検知素子３と、レーザ素子２の変調特性データが格納されるメモリ１１と、光検知素子３による検知結果に基づいて発光強度の上限値を設定する制御部１２と、上限値及び変調特性データに基づいてレーザ素子２に入力される電気信号の振幅範囲を決定すると共に、振幅範囲に対応する変調特性データに基づいて、レーザ素子２から出力される光信号Ｌ１の各レベル間の発光強度差が所定の比率になるように、電気信号の各レベルの振幅を設定する振幅制御部１３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】
パルス振幅変調方式を用いた光多値伝送用の光送信装置であって、
レーザ素子と、
前記レーザ素子の発光強度を検知する光検知素子と、
前記レーザ素子の変調特性データが格納されるメモリと、
前記光検知素子による検知結果に基づいて前記発光強度の上限値を設定する制御部と、
前記上限値及び前記変調特性データに基づいて前記レーザ素子に入力される電気信号の振幅範囲を決定すると共に、前記振幅範囲に対応する前記変調特性データに基づいて、前記レーザ素子から出力される光信号の各レベル間の発光強度差が所定の比率になるように、前記電気信号の各レベルの振幅を設定する振幅制御部と、
を備える光送信装置。
【請求項２】
パルス振幅変調方式を用いた光多値伝送用の光送信装置の駆動調整方法であって、
レーザ素子の発光強度を検知するステップと、
前記発光強度の検知結果に基づいて、前記発光強度の上限値を設定するステップと、
前記上限値及び前記レーザ素子の変調特性データに基づいて前記レーザ素子に入力される電気信号の振幅範囲を決定するステップと、
前記振幅範囲に対応する前記変調特性データに基づいて、前記レーザ素子から出力される光信号の各レベル間の発光強度差が所定の比率になるように、前記電気信号の各レベルの振幅を設定するステップと、
を備える駆動調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信装置及び光送信装置の駆動調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、入力される信号に応じて自動的に識別レベル等を制御可能な光受信器が開示されている。この光受信器は、光信号を電気信号に変換する光検出器と、電気信号が入力される識別レベル自動制御回路と、電気信号のクロック信号を抽出し、識別レベル自動制御回路に供給するクロック抽出回路とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１４１９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高速かつ大容量の光通信システムを実現するために、パルス振幅変調（ＰＡＭ：PulseAmplitude Modulation）方式を用いた光多値伝送技術が検討されている。例えば、信号強度によって４つのレベルに区別される４値パルス振幅変調信号（ＰＡＭ４信号）を用いて光多値伝送を行う場合、まずＰＡＭ４信号を半導体レーザ素子に入力するための電気信号に変換する。この電気信号は、ＰＡＭ４信号によって規定されたレベルに応じた振幅の波形を有している。次に、電気信号を半導体レーザ素子に入力することにより、当該半導体レーザ素子は、変調されたレーザ光（光信号）を出力する。この光信号を光受信器が受信して電気信号に復調し、当該電気信号のレベルを検出することにより、ＰＡＭ４信号を用いた光多値伝送が実施される。
【０００５】
ところで、半導体レーザ素子に入力される電気信号の振幅と、光信号の発光強度との関係（半導体レーザ素子の変調特性）は、入力される電気信号の振幅によっては非線形性を示すことがある。このため、電気信号の振幅によっては、出力される光信号における理論的な発光強度と実際の発光強度との間にずれが生じることがある。このずれが発生することによって、光信号における理論的なレベルと実際のレベルとが異なってしまうことがある。この場合、光多値伝送が正確に実施されない課題がある。
【０００６】
加えて、光通信システムによっては、自動電力制御回路（ＡＰＣ回路：Auto PowerControl回路）を用い、当該半導体レーザ素子の発光強度の上限を制御することがある。このようなＡＰＣ制御が半導体レーザ素子になされると、半導体レーザ素子の発光強度の取り得る範囲（駆動範囲）が変化するので、上記課題がより顕著になる。
【０００７】
本発明は、ＡＰＣ制御を実施した場合であっても、パルス振幅変調方式を用いた光多値伝送の正確性を向上できる光送信装置及び光送信装置の駆動調整方法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】
【０００８】
本発明の一側面に係る光送信装置は、パルス振幅変調方式を用いた光多値伝送用の光送信装置であって、レーザ素子と、レーザ素子の発光強度を検知する光検知素子と、レーザ素子の変調特性データが格納されるメモリと、光検知素子による検知結果に基づいて発光強度の上限値を設定する制御部と、上限値及び変調特性データからレーザ素子に入力される電気信号の振幅範囲を決定すると共に、振幅範囲に対応する変調特性データに基づいて、レーザ素子から出力される光信号の各レベル間の発光強度差が所定の比率になるように、電気信号の各レベルの振幅を設定する振幅制御部と、を備える。
【０００９】
本発明の他の一側面に係る駆動調整方法は、パルス振幅変調方式を用いた光多値伝送用の光送信装置の駆動調整方法であって、レーザ素子の発光強度を検知するステップと、発光強度の検知結果に基づいて、発光強度の上限値を設定するステップと、上限値及びレーザ素子の変調特性データからレーザ素子に入力される電気信号の振幅範囲を決定するステップと、振幅範囲に対応する変調特性データに基づいて、レーザ素子から出力される光信号の各レベル間の発光強度差が所定の比率になるように、電気信号の各レベルの振幅を設定するステップと、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＡＰＣ制御を実施した場合であっても、パルス振幅変調方式を用いた光多値伝送の正確性を向上できる光送信装置及び光送信装置の駆動調整方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態に係る光送信装置を示す概略構成図である。
【図２】図２（ａ）は、実施形態に係る駆動調整方法が実施されたレーザ素子の変調特性を示すグラフである。図２（ｂ）は、レーザ素子に入力される電気信号のアイパターンである。図２（ｃ）は、レーザ素子から出力される光信号のアイパターンである。
【図３】図３は、実施形態に係る光送信装置の駆動調整方法を説明するフローチャートである。
【図４】図４（ａ）は、実施形態に係る駆動調整方法が実施されていないレーザ素子の変調特性を示すグラフである。図４（ｂ）は、レーザ素子に入力される電気信号のアイパターンである。図４（ｃ）は、レーザ素子から出力される光信号のアイパターンである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
【００１３】
本発明の一実施形態は、パルス振幅変調方式を用いた光多値伝送用の光送信装置であって、レーザ素子と、レーザ素子の発光強度を検知する光検知素子と、レーザ素子の変調特性データが格納されるメモリと、光検知素子による検知結果に基づいて発光強度の上限値を設定する制御部と、上限値及び変調特性データからレーザ素子に入力される電気信号の振幅範囲を決定すると共に、振幅範囲に対応する変調特性データに基づいて、レーザ素子から出力される光信号の各レベル間の発光強度差が所定の比率になるように、電気信号の各レベルの振幅を設定する振幅制御部と、を備える光送信装置である。
【００１４】
また、本発明の他の一実施形態は、パルス振幅変調方式を用いた光多値伝送用の光送信装置の駆動調整方法であって、レーザ素子の発光強度を検知するステップと、発光強度の検知結果に基づいて、発光強度の上限値を設定するステップと、上限値及びレーザ素子の変調特性データからレーザ素子に入力される電気信号の振幅範囲を決定するステップと、振幅範囲に対応する変調特性データに基づいて、レーザ素子から出力される光信号の各レベル間の発光強度差が所定の比率になるように、電気信号の各レベルの振幅を設定するステップと、を備える駆動調整方法である。
【００１５】
この光送信装置及びその駆動調整方法では、レーザ素子の発光強度の上限値が設定されるいわゆるＡＰＣ制御が行われた後に、レーザ素子に入力される電気信号の振幅範囲に対応する変調特性データに基づいて、光信号の各レベル間の発光強度差が所定の比率になるように、電気信号の各レベルの振幅が設定される。これにより、ＡＰＣ制御がなされた後であっても、出力される光信号における理論的な発光強度と実際の発光強度との間に生じるずれを抑制できる。したがって、ＡＰＣ制御を実施した場合であっても、パルス振幅変調方式を用いた光多値伝送の正確性を向上できる。
【００１６】
［本願発明の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１７】
図１は、実施形態に係る光送信装置を示す概略構成図である。図１に示されるように、光送信装置１は、パルス振幅変調方式（ＰＡＭ方式）を用いた光多値伝送に用いられる、直接変調型の装置である。このため、光送信装置１は、入力された信号をパルス振幅変調信号（ＰＡＭ信号）に変換し、当該ＰＡＭ信号に基づいた光信号を出力する。本実施形態では、ＰＡＭ信号として４値パルス振幅変調信号（ＰＡＭ４信号）が用いられる。光送信装置１は、レーザ素子２と、光検知素子３と、集積回路４と、外部端子５とを備えている。
【００１８】
レーザ素子２は、半導体レーザ素子である。レーザ素子２は、図示していないが、レーザ部に変調器（電気吸収型変調器）が集積された電気吸収型変調器集積レーザ素子（ＥＭＬ：Electro-absorption Modulator Laser Diode）である。レーザ素子２は、前方に向かう変調されたレーザ光（光信号Ｌ１）と、後方に向かうレーザ光Ｌ２を出力する。光信号Ｌ１は、レーザ素子２の前段に設けられてなる変調器から出力されるＰＡＭ４信号によって規定されたレベルに応じた発光強度を有する信号である。レーザ光Ｌ２は、レーザ素子２の後段に設けられてなるレーザ部から出力される連続光である。
【００１９】
光検知素子３は、レーザ素子２と光学的に結合しており、当該レーザ素子２の発光強度を検知する。本実施形態では、光検知素子３は、フォトダイオードである。光検知素子３は、レーザ光Ｌ２を受光することによって、レーザ素子２の発光強度を検知する。
【００２０】
集積回路４は、指定された演算を行うと共に種々のデータを格納するチップであり、レーザ素子２、光検知素子３、及び外部端子５に電気的に接続されている。集積回路４は、単一のチップから構成されてもよいし、複数のチップから構成されてもよい。集積回路４は、メモリ１１と、制御部１２と、振幅制御部１３と、パルス振幅変調信号生成部１４と、駆動回路部１５とを備えている。
【００２１】
以下では、具体例として図２を用いながら、集積回路４のメモリ１１と、制御部１２と、振幅制御部１３と、パルス振幅変調信号生成部１４と、駆動回路部１５とを説明する。図２（ａ）は、後述する駆動調整方法が実施されたレーザ素子２の変調特性２１を示すグラフである。図２（ａ）において、横軸は電気信号の振幅（単位Ｖ）を示し、縦軸はレーザ素子２の発光強度（単位ｄＢｍ、光信号Ｌ１の振幅とも言う）を示す。また、図２（ｂ）は、レーザ素子２に入力される電気信号のアイパターンであり、図２（ｃ）は、レーザ素子２から出力される光信号Ｌ１のアイパターンである。
【００２２】
メモリ１１は、出荷時に種々のデータが予め格納されているＲＯＭ（Read OnlyMemory）である。メモリ１１には、レーザ素子２の変調特性データが格納されている。この変調特性データは、例えば光送信装置１の出荷前（製造段階）に測定された、レーザ素子２に入力される電気信号の振幅と、レーザ素子２から出力される光信号Ｌ１の発光強度との関係（図２（ａ）に示される変調特性２１）を示すデータである。
【００２３】
制御部１２は、光検知素子３による検知結果に基づいて、レーザ素子２の発光強度の上限値を設定する。制御部１２は、例えば光検知素子３から出力される電流値を読み取ることによって上記検知結果を受領し、レーザ素子２の発光強度の上限値を設定する。例えば図２（ａ）に示されるように、レーザ素子２の発光強度の上限値は−６．５ｄＢｍに設定される。なお、レーザ素子２は、直接変調型半導体レーザ素子（ＤＭＬ：directly modulated laser）であってもよい。レーザ素子２がＤＭＬである場合、光信号Ｌ１およびレーザ光Ｌ２は、ＰＡＭ４信号によって規定されたレベルに応じた発光強度を有する信号光として出力される。この場合、制御部１２は、例えば光検知素子３から出力される電流値の最大値を読み取ることによって上記検知結果を受領し、レーザ素子２の発光強度の上限値を設定する。
【００２４】
振幅制御部１３は、設定された上限値及びレーザ素子２の変調特性データに基づいて、レーザ素子２に入力される電気信号の振幅範囲を決定する。レーザ素子２に入力される電気信号とは、駆動回路部１５にて生成され、ＰＡＭ４信号から変換された多値信号である。電気信号の振幅範囲とは、多値信号が有し得る電圧の範囲である。例えば図２（ａ）に示されるように、振幅制御部１３は、上記上限値及び変調特性２１に基づいて、レーザ素子２に入力される電気信号の振幅範囲を−２．５Ｖ〜−０．５Ｖに決定する。
【００２５】
また、振幅制御部１３は、設定された上記振幅範囲に対応する変調特性データに基づいて、レーザ素子２から出力される光信号Ｌ１の各レベル間の発光強度差が所定の比率になるように、電気信号の各レベルの振幅を設定する。例えば、振幅制御部１３は、振幅範囲に対応する変調特性データに基づいて、光信号Ｌ１が取り得る発光強度の範囲を取得する。次に、振幅制御部１３は、取得した発光強度の範囲を所定の比率になるように３分割する。このとき、上記発光強度の範囲を３分割するための４つの分割点（光信号Ｌ１の各レベルに相当）を設定する。そして、設定した４つの分割点に対応する電気信号の４つの振幅を取得する。なお、「所定の比率」は、例えば製造段階にて予め定められた比率であり、メモリ１１に格納されている。以下では、振幅制御部１３によって設定された電気信号によって示される各レベルの振幅を、単に「振幅情報」とも呼称する。
【００２６】
ここで、振幅制御部１３の機能の一例を具体的に説明する。まず、振幅制御部１３は、定められた振幅範囲（−２．５Ｖ〜−０．５Ｖ）に対応する変調特性２１に基づいて、光信号Ｌ１の発光強度の範囲を−２０ｄＢｍ〜−６．５ｄＢｍに設定する（図２（ａ）を参照）。次に、振幅制御部１３は、設定された発光強度の範囲を所定の比率に３分割する。下記駆動調整方法においては、取得された発光強度の範囲が均等に分割される。このため、振幅制御部１３は、変調特性２１において光信号Ｌ１の発光強度が−２０ｄＢｍである点を０レベルを示す分割点と設定し、変調特性２１において光信号Ｌ１の発光強度が−１５．５ｄＢｍである点を１レベルを示す分割点と設定し、変調特性２１において光信号Ｌ１の発光強度が−１１ｄＢｍである点を２レベルを示す分割点と設定し、変調特性２１において光信号Ｌ１の発光強度が−６．５ｄＢｍである点を３レベルを示す分割点と設定する。これにより、０レベルと１レベルとの発光強度差Ｂ４、１レベルと２レベルとの発光強度差Ｂ５、及び２レベルと３レベルとの発光強度差Ｂ６は、それぞれ−４．５ｄＢｍになる（図２（ｃ）も併せて参照）。そして、振幅制御部１３は、０〜３レベルをそれぞれ示す分割点に対応する電気信号の各レベルの振幅（−２．５Ｖ、−１．５Ｖ、−１Ｖ、及び−０．５Ｖ）を取得する（図２（ｂ）も併せて参照）。
【００２７】
パルス振幅変調信号生成部１４は、外部端子５から入力される信号を、駆動回路部１５に適合する信号に変換する。本実施形態では、パルス振幅変調信号生成部１４は、外部端子５から入力された変調信号をＰＡＭ４信号に変換する。
【００２８】
駆動回路部１５は、レーザ素子２を動作させるための電気信号を生成し出力する。例えば、まず駆動回路部１５には、パルス振幅変調信号生成部１４から出力されるＰＡＭ４信号と、振幅制御部１３から出力される電気信号の振幅情報とが入力される。駆動回路部１５は、ＰＡＭ４信号と振幅情報とを合成することにより、ＰＡＭ４信号によって規定されたレベルに応じた振幅を有する電気信号を生成し、レーザ素子２に当該電気信号を出力する。これにより上述したように、レーザ素子２は、駆動回路部１５に入力されたＰＡＭ４信号に応じた発光強度を有する光信号を出力する。
【００２９】
次に、図３を用いながら本実施形態に係る光送信装置１の駆動調整方法について説明する。図３は、実施形態に係る光送信装置の駆動調整方法を説明するフローチャートである。
【００３０】
図３に示されるように、第１ステップとして、光検知素子３によってレーザ素子２の発光強度を検知する（ステップＳ１）。ステップＳ１では、任意の電気信号が入力されたレーザ素子２から出力されるレーザ光Ｌ２を光検知素子３が検知する。
【００３１】
次に、第２ステップとして、レーザ素子２の発光強度の上限値を設定する（ステップＳ２）。ステップＳ２では、光検知素子３による発光強度の検知結果に基づいて、制御部１２がレーザ素子２の発光強度の上限値を設定する（すなわち、レーザ素子２に入力される電気信号の振幅の上限値を設定する）ことにより、いわゆるレーザ素子２に対するＡＰＣ制御が実施される。
【００３２】
次に、第３ステップとして、レーザ素子２の変調特性データを読み出す（ステップＳ３）。ステップＳ３では、メモリ１１に格納されたレーザ素子２の変調特性データを制御部１２が読み出す。
【００３３】
次に、第４ステップとして、レーザ素子２の発光強度の上限値及びレーザ素子２の変調特性データに基づいて、レーザ素子２に入力される電気信号の振幅範囲を決定する（ステップＳ４）。ステップＳ４では、上述したように振幅制御部１３によって、電気信号の振幅範囲が決定される。
【００３４】
次に、第５ステップとして、上記振幅範囲に対応する変調特性データに基づいて、レーザ素子２から出力される光信号Ｌ１の各レベル間の発光強度差が所定の比率になるように、電気信号の各レベルの振幅を設定する（ステップＳ５）。上述したように、例えば光信号Ｌ１の各レベル間の発光強度差が均等になる（すなわち、発光強度の範囲が均等に分割される）ように、電気信号の各レベルの振幅を設定する。これらのステップＳ１〜Ｓ５を経ることによって、光送信装置１の駆動調整方法が完了する。
【００３５】
次に、図２及び図４を用いながら、本実施形態に係る駆動調整方法が実施される光送信装置１の作用効果について説明する。図４（ａ）は、上記駆動調整方法が実施されていないレーザ素子２の変調特性２１を示すグラフである。図４（ａ）において、横軸は電気信号の振幅（単位Ｖ）を示し、縦軸はレーザ素子２の発光強度（単位ｄＢｍ）を示す。また、図４（ｂ）は、レーザ素子２に入力される電気信号のアイパターンであり、図４（ｃ）は、レーザ素子２から出力される光信号Ｌ１のアイパターンである。
【００３６】
まず、図２（ａ）及び図４（ａ）を用いながらレーザ素子２の変調特性２１について詳細に説明する。図２（ａ）及び図４（ａ）に示されるように、レーザ素子２の変調特性２１は、線形性を示す領域と、非線形性を示す領域とを有している。具体的には、電気信号の振幅が−１．５Ｖ〜−０．５Ｖの範囲では、変調特性２１は、電気信号の振幅と光信号の発光強度とが比例的に変化する線形領域となっている。一方、電気信号の振幅が−２．５Ｖ〜−１．５Ｖの範囲と−０．５Ｖ〜０．５Ｖの範囲とでは、変調特性２１は、電気信号の振幅と光信号の発光強度とが比例的に変化しない非線形領域となっている。
【００３７】
このため、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示されるように、上記駆動調整方法を実施せずに、電気信号の０レベル〜３レベルの振幅差Ｂ１〜Ｂ３を単に均等に設定すると、光信号Ｌ１の０レベル〜３レベルの発光強度差Ｂ４〜Ｂ６が不均等になる。これにより、レーザ素子２に入力される電気信号のアイパターンと、レーザ素子２から実際に出力される光信号Ｌ１のアイパターンとの間にずれが生じ、出力される光信号における理論的な発光強度と実際の発光強度とが異なってしまうことがある。また、レーザ素子２に入力される電気信号の振幅によっては、出力される光信号における理論的なレベルと実際のレベルとが異なってしまうことがある。例えば、電気信号にて１レベルを示す振幅がレーザ素子２に入力されたときに、理論的には光信号Ｌ１が１レベルを示すにもかかわらず、実際には光信号Ｌ１が２レベルを示すことがある。したがって、本実施形態に係る駆動調整方法が実施されない場合、光多値伝送が正確に実施されない課題がある。加えて、ＡＰＣ制御がレーザ素子２になされると、光信号Ｌ１の発光強度の上限値が変動し、それに伴って電気信号の振幅も変化させる必要がある。このため、電気信号の振幅等の制御が複雑化し、光多値伝送が正確に実施されない課題が顕著になってしまう。
【００３８】
これに対して、本実施形態に係る駆動調整方法が実施された場合、上述したようにＡＰＣ制御によりレーザ素子２の発光強度の上限は−６．５ｄＢｍに設定され、レーザ素子２に入力される電気信号の振幅範囲は−２．５Ｖ〜−０．５Ｖに決定される（図２（ａ）〜（ｃ）を参照）。また、本実施形態では、上述したようにレーザ素子２から出力される光信号Ｌ１の各レベル間の発光強度差が均等になるように、電気信号の各レベルの振幅が設定される。このようにＡＰＣ制御がなされた後に電気信号の各レベルの振幅を設定する駆動調整方法を実施することによって、レーザ素子２から出力される光信号Ｌ１における理論的な発光強度と実際の発光強度との間に生じるずれを抑制できる。したがって、本実施形態によれば、ＡＰＣ制御を実施した場合であっても、パルス振幅変調方式を用いた光多値伝送の正確性を向上できる。
【００３９】
本発明による光送信装置及びその駆動調整方法は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、ＡＰＣ制御によるレーザ素子２の発光強度の上限値は、−６．５ｄＢｍに限らず、任意の値でよい。この場合であっても、メモリ１１、制御部１２、及び振幅制御部１３によって、レーザ素子２から出力される光信号Ｌ１の各レベル間の発光強度差が所定の比率になるように、電気信号の各レベルの振幅が設定される。なお、光信号Ｌ１の各レベル間の発光強度差は、予め定められた所定の比率に対応すればよく、必ずしも均等でなくてもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、光検知素子３はレーザ光Ｌ２の発光強度を検知しているが、光信号Ｌ１の発光強度を検知してもよい。この場合、光検知素子３は、例えばハーフミラー等を用いて光信号Ｌ１の一部を検知してもよい。
【００４１】
また、上記実施形態では、ＰＡＭ信号としてＰＡＭ４信号が用いられているが、８値であるＰＡＭ８信号が用いられてもよいし、１６値であるＰＡＭ１６信号が用いられてもよい。
【００４２】
上記実施形態における駆動調整方法は、一旦レーザ素子２の発光強度の上限値が定まった後においては、再び実施されなくてもよい。また、レーザ素子２の発光強度の上限値が変更された場合、上記駆動調整方法を再び実施してもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１…光送信装置、２…レーザ素子、３…光検知素子、４…集積回路、５…外部端子、１１…メモリ、１２…制御部、１３…振幅制御部、１４…パルス振幅変調信号生成部、１５…駆動回路部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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