JP4257579B2 - 光送信装置及び光通信ネットワークシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザダイオードなどのレーザ発振素子を用いた光送信装置及び光通信ネットワークシステムに関するものである。この光送信装置は、親局と光分岐局との間を幹線光ファイバで接続し、光分岐局と複数の子局との間をそれぞれ支線光ファイバで接続したＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ ＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ）システムなどに好適に利用される。本発明の光通信ネットワークシステムは、前記ＰＯＮシステムに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
親局と複数の子局との間を、光データ通信ネットワークを使って双方向通信するシステムにおいて、親局と各子局との間を、それぞれ１本の光ファイバで放射状に結ぶネットワーク構成が実用化されている(Point to Point)。このネットワーク構成では、システム、機器構成は簡単になるが、１つの子局が１本の光ファイバを占有するので（子局数がＮあれば、通しの光ファイバがＮ本必要）、システムの低価格化を図るのが困難である。
【０００３】
そこで、１本の光ファイバを、複数の子局で共有するＰＯＮ(Passive Optical Network; Point to Multi Point)システム（ＰＤＳ(Passive Double Star)ともいう）が提案されている。このＰＯＮシステムは、親局と受動型光合分波器（スターカプラー）を備える光分岐局との間を幹線光ファイバで接続し、光分岐局と複数の子局との間をそれぞれ複数の支線光ファイバで接続したものである。
このＰＯＮシステムでは、親局から子局へは、光信号が放送形態で配信され、光信号に含まれているあて先情報に合致する子局がこの光信号を取り込む。子局からの上りのパケットは、何らかの交通整理をしないと衝突するので、各子局は、親局の指定する時分割スロットを用いて、上り光信号を送信している。
【０００４】
一方、近年、光通信速度が一段と高速化され、これに伴い、光送信装置に供給され光通信のために用いられる、０，１のディジタル信号からなる電気信号（バースト信号という）も高速化されている。具体的には、バースト信号における０，１のディジタル信号のビット周期は０．８ナノ秒程度にまで短縮されている。光送信装置は、このバースト信号の電気振幅を、レーザダイオードの駆動電流の強弱に変換する。レーザダイオードの出力光は、この駆動電流で強度変調され、光ファイバに入射され、この光ファイバを伝搬する。
【０００５】
図５は、従来の光送信装置の要部回路図であり、差動増幅回路の一方にレーザダイオードＬＤが接続され、他方に抵抗Ｒが負荷として接続されている。レーザダイオードＬＤをオンオフするバースト信号ＩＮが差動増幅回路の一方のＦＥＴスイッチに供給され、バースト信号ＩＮの反転が差動増幅回路の他方のＦＥＴスイッチに供給される。そしてレーザダイオードＬＤを駆動する電流Ｉ2を供給する電流源が、両差動増幅回路に共通に接続されている。さらに、レーザダイオードＬＤのバイアス電流Ｉ1を供給する電流源が、ＦＥＴスイッチを介して差動増幅回路の一方に接続されている。このＦＥＴスイッチには、常時オンとなるバイアス信号BIASが与えられている。
【０００６】
バイアス電流Ｉ1をレーザダイオードＬＤに常時供給するのは、レーザダイオードＬＤに常時電流を流すことにより、レーザダイオードＬＤのオンオフ追従速度を速めるためである。
ところが、この図５の回路であれば、バイアス電流Ｉ1をレーザダイオードＬＤに常時流れるために、バースト信号が“０”の時間でも微弱ながら光出力されてしまい、ＰＯＮシステムの子局に、この光送信装置を採用すると、他の子局の光信号送信の妨害となってしまう。
【０００７】
そこで、親局から指定された時分割スロット以外では、バイアス電流Ｉ1を完全にオフにするために、図６に示すような光送信装置が用いられる。
図６では、反転可能なバイアス信号BIASを用いて、親局から指定された時分割スロットでのみＦＥＴスイッチにバイアス信号BIASを与える。親局から指定されない時分割スロットではＦＥＴスイッチに与えるバイアス信号BIASを反転させる。このとき、バイアス電流Ｉ1を供給する電流源がオープンとなるのを防ぐために、他方の回路のＦＥＴスイッチにバイアス信号BIASを与えて常時電流が流れるようにしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平6-164038号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記図６の回路で、親局から指定されない時分割スロットにおいて、バースト信号の供給回路（図示せず）にノイズが入ってきて、“０”であるはずのバースト信号が瞬間的に“１”になることが予想される。この場合、バイアス信号BIASをオフに反転させているにもかかわらず、光出力されてしまうという問題がある。このため、親局には、各時分割スロットにおいて、該当する子局以外からの光信号が入って、これがノイズとなって通信に悪影響を及ぼす。
【００１０】
そこで、本発明は、親局は常に、各時分割スロットにおいて、該当する子局からノイズの少ないきれいな光信号を受信することができる光送信装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
以下、この項では、発明の構成要素に、発明の実施の形態で説明する対応素子の番号を付すものとする。
本発明の光送信装置は、電源端子につながれたレーザ発振素子ＬＤと、前記レーザ発振素子ＬＤに駆動電流を供給する駆動電流源２２と、前記レーザ発振素子に対して前記駆動電流源と並列に接続され、前記レーザ発振素子ＬＤにバイアス電流を供給するバイアス電流源２１と、前記レーザ発振素子ＬＤと前記バイアス電流源２１とをつなぐ第一の電流路に挿入され、当該加入者装置に割り当てられた時分割スロットに対応するバイアス期間信号に基づいて、当該第一の電流路をオンオフする第一のスイッチング素子ＦＥＴ３と、前記レーザ発振素子と前記駆動電流源とをつなぐ第二の電流路に挿入され、前記上りバースト信号の電気振幅を、前記レーザ発振素子ＬＤの駆動電流の強弱に変換するための変換素子ＦＥＴ２と、前記第二の電流路に挿入され、前記バイアス期間信号に基づいて、当該第二の電流路をオンオフする第二のスイッチング素子ＦＥＴ５とを備え、
前記駆動電流源２２に対して、前記第二の電流路と並列に設けられ、かつ前記電源端子と前記駆動電流源２２とをつなぐ第三の電流路に、前記レーザ発振素子ＬＤ及び前記変換素子ＦＥＴ２を含む部分と相補になる第一の負荷Ｒ３と、前記バイアス期間信号の反転に基づいて当該第三の電流路をオンオフする第三のスイッチング素子ＦＥＴ６とが挿入され、
前記バイアス電流源２１に対して、前記第一の電流路と並列に設けられ、かつ前記電源端子と前記バイアス電流源２１とをつなぐ第四の電流路に、前記レーザ発振素子ＬＤと相補になる第二の負荷Ｒ２と、前記バイアス期間信号の反転に基づいて、当該第四の電流路をオンオフする第四のスイッチング素子ＦＥＴ４とが挿入されているものである。
【００１２】
この構成によれば、バイアス期間中はバイアス期間信号に基づいて、スイッチング素子ＦＥＴ５が導通し、バイアス期間中以外は、スイッチング素子ＦＥＴ５が遮断される。したがって、バイアス期間中以外に瞬間的なバースト信号がノイズなどにより発生しても、第２の電流源２２の電流がレーザ発振素子ＬＤに流れることがなく、レーザ発振素子ＬＤの誤発光が防止される。親局は常に、各時分割スロットにおいて、該当する子局からノイズの少ないきれいな光信号を受信することができる。
【００１３】
前記レーザ発振素子ＬＤと相補になる負荷Ｒ１と、バースト信号の電気振幅の反転信号に基づき動作する第２の変換素子ＦＥＴ１を、前記電源端子と前記第二のスイッチング素子ＦＥＴ５との間に直列に接続したものであれば、バースト信号が０の期間中、前記電流源２２の電流が第２の変換素子ＦＥＴ１を通して負荷Ｒ１に流れるので、電流源２２に常時電流を流しておくことができる。このため、バースト信号の急峻な立ち上がり立下りでも、電流源２２が追従でき、バースト信号の波形が立ち上がり立下り部分でなまることがない。
【００１４】
本発明の光通信ネットワークシステムは、前記光送信装置の発明と実質同一の発明に係るものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、ＰＯＮシステムを示すブロック図である。局舎内のＰＯＮシステム構成部分を親局１といい、加入者宅内のＰＯＮシステム構成部分を子局５という。ＰＯＮシステムは、親局１、複数の子局５、及び光分岐局（リモートノードともいう）３ａ，３ｂを備え、親局１と光分岐局３ａとの間を幹線光ファイバ２で接続し、光分岐局３ａと光分岐局３ｂとの間、光分岐局３ａと子局５との間、及び光分岐局３ｂと子局５との間をそれぞれ支線光ファイバ４で接続している。幹線光ファイバ２と支線光ファイバ４とを総称して「光ファイバ」という。光ファイバはシングルモードファイバを用いている。光分岐局３ａ，３ｂは、それぞれスターカップラーで構成される。
【００１６】
親局１から子局５への下り光信号及び子局５から親局１への上り光信号は、それぞれパケットで構成される。
親局１は、上位のネットワーク（インターネットなど）から送られてくるパケットを受けて、光ファイバを通して子局５に送り出し、子局５から送られてきたパケットを受信し、上位のネットワークに送り出す機能を持っている。
親局１は、幹線光ファイバ２との接続端となる光伝送路終端装置ＯＬＴ(Optical Line Terminals)、レイヤ２スイッチ、及び上位のネットワークの接続端となるブロードバンドアクセスルータ等を備えている。
【００１７】
子局５は、宅内に設置されるパーソナルコンピュータ、パーソナルコンピュータのブロードバンド光信号を光ネットワークに送受する光加入者線終端装置ＯＮＵ(Optical Network Unit)等を備えている。
前記ＰＯＮシステムの動作を簡単に説明すると、上位のネットワークから親局１に入ってくる下りパケットは、親局１においてレイヤ２スイッチで所定の処理が行われる。そして、光伝送路終端装置ＯＬＴを通して光ファイバに送信される。光ファイバに送信された光信号は、光分岐局３ａ，３ｂで分岐され、光分岐局３ａ，３ｂにつながる子局５に送信されるが、送信先アドレスの合致した子局５がその光信号を取り込み、パケットを復号解読する。
【００１８】
一方、子局５から送信される上りパケットは、光分岐局３ａ，３ｂを経由して親局１に送信される。親局１では、レイヤ２スイッチで所定の処理が行われた後、ここからブロードバンドアクセスルータを介して上位のネットワークに送信される。
子局５から送信される上りパケットは、互いに時間的に競合しないようにする必要がある。そのために、親局１から子局５にパケットを送信するときに、親局１が各子局５に対して上り時間スロット（以下単に「スロット」という）を割り当てる。スロットを割り当てられた子局５は、その割り当てられたスロットに上りパケットを送出する。したがって、子局５間の上りパケットの競合は回避される。なお、親局１と子局５との間で時計を共有している必要があるが、この時計の時刻合わせは、パケットの通信を行うときに、時刻情報をパケットの中に含ませることによって行うことができる。
【００１９】
図２は、本発明の光送信装置１０を示す回路図である。この光送信装置１０は、以下、子局５の光加入者線終端装置ＯＮＵに用いられるものを想定するが、この光送信装置１０を親局１の光伝送路終端装置ＯＬＴに用いてもよい。
以下に説明するＦＥＴは、ＧａＡｓ半導体層上に形成されるｎチャンネル型ショットキ電界効果トランジスタで構成されているものであるが、本発明はこれに限られるものではなく、シリコン基板などの上に形成されるＭＯＳＦＥＴなどで構成されていてもよい。
【００２０】
光送信装置１０は、レーザダイオードＬＤと、２つのＦＥＴ１，２から構成される差動増幅回路Ａと、２つのＦＥＴ３，４から構成される差動増幅回路Ｂとを備えている。
差動増幅回路Ａは、レーザダイオードＬＤに駆動電流Ｉ2を流すための電流源２２を有し、ＦＥＴ２のゲートに０，１のディジタル信号からなるバースト信号ＩＮを印加することにより、レーザダイオードＬＤをオンオフする。一方、対となるＦＥＴ１のゲートには、バースト信号の反転−ＩＮが印加されている。これは、レーザダイオードＬＤのオフ時にも電流源２２に電流を流すためである。
【００２１】
差動増幅回路Ｂは、レーザダイオードＬＤに電流源２１からバイアス電流Ｉ１を設定するための回路である。バイアス電流を流す期間中、ＦＥＴ３のゲートに、バイアス期間を示す電圧（バイアス期間信号）ＢＩＡＳが印加される。これにより、電流源２１からＦＥＴ３を通して、レーザダイオードＬＤにバイアス電流Ｉ１が流れる。対となるＦＥＴ４のゲートには、バイアス期間信号の反転−ＢＩＡＳが印加されている。これは、バイアス電流を流さない期間中も電流源２１に電流を流すためである。
【００２２】
本実施形態では、差動増幅回路Ａにおいて、電流源２２と直列に、ＦＥＴ５が挿入されている。このＦＥＴ５のゲートには、バイアス期間信号ＢＩＡＳが印加される。また、電流源２２にＦＥＴ５の相補となるＦＥＴ６が接続され、このＦＥＴ６のゲートに、バイアス期間信号の反転−ＢＩＡＳが印加される。これにより、バイアス期間信号が０の期間は、電流源２２からＦＥＴ６に電流が流れ、電流源２２の常時電流が流れるようになる。
【００２３】
［従来の技術］の項で述べたように、各子局５は、親局１の指定する時分割スロットを用いて、上り光信号を送信しているので、子局５は、自ら光信号を送信するスロットの期間を知っている。そこで、前記バイアス電流を流す期間をこのスロットの期間に一致させると、光信号を送信するスロットの期間だけバースト信号に基づいて光発振を行うことができる。
図３は、バースト信号（ａ）とバイアス期間信号（ｂ）との関係を示す波形図である。これらの信号はいずれも送信バースト信号を発生する回路（図示せず）から与えられるものである。バースト信号は、０，１のディジタル信号からなり、値１のときにオンとなるのがバースト信号ＩＮ、値０のときにオンとなるのがバースト信号−ＩＮである。バイアス期間信号は、バースト信号が立ち上がっている期間中、値１をとり、バースト信号のない期間中、値０をとる。バイアス期間信号が１になる時刻は、バースト信号の立ち上がり時刻よりも、時間Ｔ1だけ早くなっている。時間Ｔ1は、１０〜２０ナノ秒程度又はそれ以内に設定される。
【００２４】
以上の光送信装置１０の回路構成により、レーザダイオードＬＤには、バイアス期間信号ＢＩＡＳが値１をとり、かつ、バースト信号ＩＮが値１をとる期間に、電流が流れてレーザ発振する。バイアス期間信号ＢＩＡＳが値０をとっている期間は、ＦＥＴ５がオフになるので、バースト信号ＩＮがノイズ等の影響で瞬間的に値１をとっても、レーザダイオードＬＤに電流が流れない。したがって、親局１から指定された時分割スロット以外の期間中、当該子局から光が漏れることはない。したがって、親局１は、各時分割スロットにおいて、該当する子局からノイズの少ないきれいな光信号を受信することができる。
【００２５】
図４は、本発明の他の実施形態に係る光送信装置１０′を示す回路図である。この光送信装置１０′は、図２の光送信装置１０と比べて、ＦＥＴ１の負荷抵抗Ｒ１と、ＦＥＴ４の負荷抵抗Ｒ２とがサーミスタで構成されているところが異なっているだけである。これらのサーミスタは、温度が高くなれば抵抗値が小さくなるという特性をもっている。
レーザダイオードＬＤは、一定の光出力を得るには、温度が高いほど駆動電流Ｉを大きくしなければならないという特性を持っている。そこで電流源２２の電流Ｉ2を、温度の関数として、温度が高いほど電流Ｉ2が大きくなるように、温度が低いほど電流Ｉ2が小さくなるように調整している。
【００２６】
ところがサーミスタを使用せずに固定抵抗を使用すると、バースト信号ＩＮが値１をとる期間にレーザダイオードＬＤによる電圧降下と、バースト信号ＩＮが値０をとる期間に固定抵抗を流れる電流による電圧降下のバランスが崩れてしまう。電圧のバランスが崩れると、バースト信号の急峻な立ち上がり立下りで、電流源２２が追従できず、バースト信号の波形が立ち上がり立下り部分でなまってしまう。そこで、ＦＥＴ１の負荷抵抗Ｒ１にサーミスタを使用して、電流のバランスを維持しようとしたのである。
【００２７】
ＦＥＴ４の負荷抵抗Ｒ２をサーミスタで構成したのも、バイアス期間信号の変化に電流源２１が追従できるようにしたためである。
なお、この図４の光送信装置１０′において、サーミスタに代えて、レーザダイオードＬＤと同じ電流電圧特性を持つダイオードを用いても、同じ効果が得られる。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＰＯＮシステムを示すブロック図である。
【図２】本発明の光送信装置１０を示す要部回路図である。
【図３】バースト信号（ａ）とバイアス期間信号（ｂ）との関係を示す波形図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る光送信装置１０′を示す要部回路図である。
【図５】従来の光送信装置の要部回路図である。
【図６】従来の光送信装置の要部回路図である。
【符号の説明】
１ 親局
２ 幹線光ファイバ
３ａ，３ｂ 光分岐局
４ 支線光ファイバ
５ 子局
１０ 光送信装置
１０′光送信装置
２１ 電流源
２２ 電流源
Ａ 差動増幅回路
Ｂ 差動増幅回路

Claims (3)

1. 光分岐局を経て親局と複数の加入者装置が接続され、１本の光ファイバを複数の加入者装置で共有し、各加入者装置は親局の指定する時分割スロットを用いて上りバースト信号を送信することにより、前記親局と複数の加入者装置との間を双方向通信する光通信ネットワークシステムに使用される光送信装置であって、いずれかの前記加入者装置に備えられ、
   電源端子につながれたレーザ発振素子と、
   前記レーザ発振素子に駆動電流を供給する駆動電流源と、
   前記レーザ発振素子に対して前記駆動電流源と並列に接続され、前記レーザ発振素子にバイアス電流を供給するバイアス電流源と、
   前記レーザ発振素子と前記バイアス電流源とをつなぐ第一の電流路に挿入され、当該加入者装置に割り当てられた時分割スロットに対応するバイアス期間信号に基づいて、当該第一の電流路をオンオフする第一のスイッチング素子と、
   前記レーザ発振素子と前記駆動電流源とをつなぐ第二の電流路に挿入され、前記上りバースト信号の電気振幅を、前記レーザ発振素子の駆動電流の強弱に変換するための変換素子と、
   前記第二の電流路に挿入され、前記バイアス期間信号に基づいて、当該第二の電流路をオンオフする第二のスイッチング素子とを備え、
   前記駆動電流源に対して、前記第二の電流路と並列に設けられ、かつ前記電源端子と前記駆動電流源とをつなぐ第三の電流路に、前記レーザ発振素子及び前記変換素子を含む部分と相補になる第一の負荷と、前記バイアス期間信号の反転に基づいて当該第三の電流路をオンオフする第三のスイッチング素子とが挿入され、
   前記バイアス電流源に対して、前記第一の電流路と並列に設けられ、かつ前記電源端子と前記バイアス電流源とをつなぐ第四の電流路に、前記レーザ発振素子と相補になる第二の負荷と、前記バイアス期間信号の反転に基づいて、当該第四の電流路をオンオフする第四のスイッチング素子とが挿入されていることを特徴とする光送信装置。
2. 前記レーザ発振素子と前記変換素子とをつなぐ前記第二の電流路の一部と並列に設けられ、かつ前記電源端子と前記第二のスイッチング素子とをつなぐ第五の電流路に、前記レーザ発振素子と相補になる負荷と、前記バースト信号の電気振幅の反転信号に基づき動作する第二の変換素子とが挿入されていることを特徴とする請求項１記載の光送信装置。
3. 光分岐局を経て親局と複数の子局が接続され、親局から子局へは光信号を放送形態で配信し、各子局は親局の指定する時分割スロットを用いて上りバースト信号を送信することにより、前記親局と複数の子局との間を双方向通信する光通信ネットワークシステムであって、
   少なくとも１つの前記子局が、
   電源端子につながれたレーザ発振素子と、
   前記レーザ発振素子に駆動電流を供給する駆動電流源と、
   前記レーザ発振素子に対して前記駆動電流源と並列に接続され、前記レーザ発振素子にバイアス電流を供給するバイアス電流源と、
   前記レーザ発振素子と前記バイアス電流源とをつなぐ第一の電流路に挿入され、当該加入者装置に割り当てられた時分割スロットに対応するバイアス期間信号に基づいて、当該第一の電流路をオンオフする第一のスイッチング素子と、
   前記レーザ発振素子と前記駆動電流源とをつなぐ第二の電流路に挿入され、前記上りバースト信号の電気振幅を、前記レーザ発振素子の駆動電流の強弱に変換するための変換素子と、
   前記第二の電流路に挿入され、前記バイアス期間信号に基づいて、当該第二の電流路をオンオフする第二のスイッチング素子とを備え、
   前記駆動電流源に対して、前記第二の電流路と並列に設けられ、かつ前記電源端子と前記駆動電流源とをつなぐ第三の電流路に、前記レーザ発振素子及び前記変換素子を含む部分と相補になる第一の負荷と、前記バイアス期間信号の反転に基づいて当該第三の電流路をオンオフする第三のスイッチング素子とが挿入され、
   前記バイアス電流源に対して、前記第一の電流路と並列に設けられ、かつ前記電源端子と前記バイアス電流源とをつなぐ第四の電流路に、前記レーザ発振素子と相補になる第二の負荷と、前記バイアス期間信号の反転に基づいて、当該第四の電流路をオンオフする第四のスイッチング素子とが挿入されていることを特徴とする光通信ネットワークシステム。

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