JP5793218B2

JP5793218B2 - 光送受信システム

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Publication number: JP5793218B2
Application number: JP2014098278A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　敏夫; 敏夫伊藤; 浅香　航太; 航太浅香; 吉村　了行; 了行吉村; 幹夫米山; 秀樹上綱
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2015-10-14
Anticipated expiration: 2031-09-05
Also published as: JP2014168097A

Description

本発明は光送受信システムに関し、より詳しくは安価な構成で反射戻り光に対する耐性を高めた送信機を備える光送受信システムに関する。

従来、光送受信システムにおいて光アイソレータは必須部品であった（例えば、非特許文献１参照）。光アイソレータは一方向の光のみを透過し、逆方向の光を遮る機能を有するデバイスであって、偏光素子やファラデー効果を利用した回転子などの光学部品により構成される。

通常、レーザ光源から出射された光はその光路上にある光コネクタ、レンズ、光ファイバ端面、光カプラ、受光器などの光学部品表面で僅かに反射して戻ってくる。この僅かな反射戻り光は、出力変動やノイズなどの要因となり、レーザ光源の不安定化につながるため遮断する必要がある。そこで、従来の光送受信システムにおいては、光アイソレータを用いてレーザ光源に反射戻り光が入射するのを防止していた。

図６に従来の光送受信システムの一例を示す。図６に示す光送受信システムは、光送信機１と、光送信機１から出射される変調レーザ光（以下、変調出力光）を伝搬する光ファイバ２と、光ファイバ２によって伝搬された変調出力光を受光する光受信機３とを備えている。

光送信機１は、ＥＡ（Electroabsorbtion：電界吸収型）変調器集積半導体レーザ１０１、第一レンズ１０２、光アイソレータ１０４、及び第二レンズ１０３を備えている。ＥＡ変調器集積半導体レーザ１０１は、レーザ発振光を出射する半導体レーザ１１１と、半導体レーザ１１１から出射されたレーザ発振光を変調出力光に変換するＥＡ変調器１１２とから構成されている。

半導体レーザ１１１は直流電流Ｉ１１を印加されることによってレーザ発振光を出射する。ＥＡ変調器１１２はＥＡドライバー１１３によって増幅された電気変調信号Ｖ１１に基づいてレーザ発振光を変調出力光に変換する。ＥＡドライバー１１３は直流電圧Ｖ１２により駆動する。なお、半導体レーザ１１１は接地され、ＥＡ変調器１１２には終端抵抗が接続されている。

ここで、通常、半導体レーザ１１１に印加される直流電流Ｉ１１は８０ｍＡ〜１５０ｍＡ程度、ＥＡ変調器１１２に印加される変調電圧（電気変調信号）Ｖ１１は電界吸収オフ時−０．５Ｖ、電界吸収オン時−３Ｖ程度、信号速度としては例えば１０Ｇｂ／ｓ程度、もしくは２８Ｇｂ／ｓ程度、あるいは４０Ｇｂ／ｓ程度となる。

図６に示す従来の光送受信システムにおいては、ＥＡ変調器集積半導体レーザ１０１から出射された変調出力光Ｐ１１は、第一レンズ１０２によって平行光に変換され、光アイソレータ１０４を通過した後、第二レンズ１０３によって集光され、光ファイバ２の端面に入射される。そして、変調出力光Ｐ１１は光ファイバ２を伝搬し、光受信機３によって受光・受信される。

このような光送受信システムにおいて、変調出力光Ｐ１１は主に第二レンズ１０３の入射端面、光ファイバ２の入射端面、光受信機３の入射端面で僅かに反射される（第一レンズ１０２の入射端面では光が拡散するように反射するので第一レンズ１０２で反射してＥＡ変調器集積半導体レーザ１０１に戻る反射光は無視できる程度に少ない）。反射戻り光のレベルは変調出力光Ｐ１１の例えば−３０ｄＢ程度の低下であるが、場合によっては−１３ｄＢ程度（ファイバ接続を外した場合のフレネル反射）、最大で−８ｄＢ程度低下する場合もあり得る。

図７に光アイソレータ１０４を設けない場合（図６に示す光送受信システムにおいて光アイソレータ１０４を廃止した場合）の光送受信システムの伝送特性（符号誤り率評価）を示す。図７中、横軸は光受信機３の最小受光感度（ｄＢｍ）、縦軸は符号誤り率である。信号速度は１０Ｇｂ／ｓ、光受信機３の受光器としてはＳｉフォトダイオードを使用した。

図７中、二点鎖線は反射戻り光レベル−８ｄＢにおける符号誤り率、一点鎖線は反射戻り光レベル−１３ｄＢにおける符号誤り率、破線は反射戻り光レベル−３０ｄＢにおける符号誤り率、実線は反射戻り光レベル−∞（反射無し）における符号誤り率となっている。なお、反射戻り光レベルが−４０ｄＢ以下の場合は光送受信システムに与える影響は無視できるので、−∞は−４０ｄＢ以下と考えてよい。

図７から、反射戻り光レベルが増えるに従って伝送特性が劣化することが分かる。この結果、光受信機３への光強度を上げても符号誤り率が下がらず、光受信機３において符号誤り率を無視できる状態で受信することが困難になる。

なお、反射戻り光によって伝送特性が劣化するのは、基本的には半導体レーザ１１１から出射されるレーザ発振光が、反射戻り光によって外部から擾乱されることによる。この乱れは、現象としては低周波振動（low frequency fluctuation；ＬＦＦ）もしくはコヒーレントコラプス、あるいは何らかのカオス現象として説明される。

このようなことから、従来の光送受信システムにおいては、光送信機１に光アイソレータ１０４を設け、この光アイソレータ１０４によって反射戻り光レベルを抑制する構成としている。光アイソレータ１０４は例えば３５ｄＢのアイソレーション機能を有し、順方向に対する光損失が１ｄＢ程度であるのに対し、逆方向に対する光損失が３５ｄＢとなっている。よって、最大で−８ｄＢの反射戻り光が生じた場合でもＥＡ変調器集積半導体レーザ１０１に入射される反射戻り光の光強度は−４３ｄＢとなり、レーザ発振光への反射戻り光の影響を無視できることが分かる。

図８に図６に示し上述した光アイソレータ１０４を有する従来の光送受信システムによる伝送特性（符号誤り率評価）を示す。図８に示す符号誤り率は実際には完全に重なって区別がつかないが、わかりやすくするためにあえて少しずらしている。
図８から、光アイソレータ１０４を設けることにより、反射戻り光の影響を受けない安定した光送受信システムを得ることができることがわかる。

図９に従来の他の光送受信システムを示す。図９に示すように、従来の他の光送受信システムは、ＥＡ変調器集積半導体レーザ４０１、直接変調型半導体レーザ４０２、受光器４０３、第一〜第四レンズ４０４〜４０７、第一波長カプラ４０８、第二波長カプラ４０９、及び、光アイソレータ４１０を備えて主にレーザ発振光の送信を行う光送信機４と、光送信機４から出力される出力光を伝搬する光ファイバ５と、第一受信器６０１、第二受信器６０２、送信器６０３、及び波長カプラ６０４を備えて主に光ファイバ５によって伝搬された出力光を受光する光受信機６とから構成されている。

ＥＡ変調器集積半導体レーザ４０１は、直流電流Ｉ２１が印加されることによってレーザ発振光を出射する半導体レーザ４１１と、半導体レーザ４１１から出射されたレーザ発振光を変調するＥＡ変調器４１２とを備え、変調出力光Ｐ２１を出射する。ＥＡ変調器４１２にはＥＡドライバー４１３によって増幅された電気変調信号Ｖ２１が入力される。ＥＡドライバー４１３は直流電圧Ｖ２２を印加されて駆動する。なお、半導体レーザ４１１は接地され、ＥＡ変調器４１２には終端抵抗が接続されている。

直接変調型半導体レーザ４０２はレーザドライバー４２１を介して入力される電気変調信号Ｖ２３によってそのレーザ発振光を変調され、変調された変調出力光Ｐ２２を出射する。レーザドライバー４２１は直流駆動電圧Ｖ２４を印加されることによって駆動する。
受信器４０３は送信器６０３から出射される変調出力光Ｐ２３を受信し、電気変調信号に復調する。

また、第一レンズ４０４はＥＡ変調型半導体レーザ４０１から出射された変調出力光Ｐ２１を平行光に変換する。第二レンズ４０５は直接変調型半導体レーザ４０２から出射された変調出力光Ｐ２２を平行光に変換する。第三レンズ４０６はＥＡ変調器集積半導体レーザ４０１、直接変調型半導体レーザ４０２から出射された変調出力光Ｐ２１，Ｐ２２を集光する一方、光受信機６から入射される変調出力光Ｐ２３を平行光に変換する。第四レンズ４０７は第三レンズ４０６を介して入射される変調出力光Ｐ２３を集光する。

また、第一波長カプラ４０８はＥＡ変調器集積半導体レーザ４０１から出射される変調出力光Ｐ２１を透過する一方、直接変調型半導体レーザ４０２から出射される変調出力光Ｐ２２を反射してその光路を９０度屈折させる。第二波長カプラ４０９はＥＡ変調器集積半導体レーザ４０１から出射される変調出力光Ｐ２１、直接変調型半導体レーザ４０２から出射される変調出力光Ｐ２２を透過する一方、送信器６０３から出射される変調出力光Ｐ２３を反射して９０度屈折させる。

すなわち、ＥＡ変調器集積半導体レーザ４０１から出射された変調出力光Ｐ２１は、第一レンズ４０４によって平行光に変換され、第一波長カプラ４０８、光アイソレータ４１０、第二波長カプラ４０９を通過した後、第三レンズ４０６によって集光され、光ファイバ２の端面に入射される。

また、直接変調型半導体レーザ４０２から出射された変調出力光Ｐ２２は、第二レンズ４０５によって平行光に変換され、第一波長カプラ４０８、光アイソレータ４１０、第二波長カプラ４０９を通過した後、第三レンズ４０６によって集光され、光ファイバ２の端面に入射される。

波長カプラ６０４はＥＡ変調器集積半導体レーザ４０１から出射された変調出力光Ｐ２１と直接変調型半導体レーザ４０２から出射された変調出力光Ｐ２２とを分波する。これにより変調出力光Ｐ２１，Ｐ２２はそれぞれ第一受信器６０１、第二受信器６０２に入射される。

第一受信器６０１はＥＡ変調器集積半導体レーザ４０１から出射される変調出力光Ｐ２１を受信し、これを復調する。第二受信器６０２は直接変調型半導体レーザ４０２から出射される変調出力光Ｐ２２を受信し、これを復調する。

また、光受信機６側からも変調信号を出射することがあり、上述したように送信器６０３は電気変調信号を光に変換してなる光信号（変調出力光）Ｐ２３を送信する。送信器６０３から送信された変調出力光Ｐ２３は光ファイバ５によって光送信機４に入射され、第三レンズ４０６によって平行光となり、第二波長カプラ４０９によって分波され、第四レンズ４０７によって集光されて受信器４０３によって受信され、電気変調信号に復調される。

なお、通常半導体レーザ４０１に注入される直流電流は８０ｍＡ〜１５０ｍＡ程度、ＥＡ変調器４１２に印加する電気変調信号（変調電圧）Ｖ２１は電界吸収オフ時−０．５Ｖ、電界吸収オン時−３Ｖ程度、信号速度としては例えば１０Ｇｂ／ｓ程度、もしくは２８Ｇｂ／ｓ程度、あるいは４０Ｇｂ／ｓ程度となる。

ＥＡ変調器集積半導体レーザ４０１から出射される変調出力光Ｐ２１の波長は例えば１５７７ｎｍ、直接変調型半導体レーザ４０２から出射される変調出力光Ｐ２２の波長は例えば１４９０ｎｍであり、レーザドライバー４２１を介して直接変調型半導体レーザ４０２に入力される電気変調信号Ｖ２３の信号速度は例えば１Ｇｂ／ｓ程度である。

また、送信器６０３から出力される変調出力光Ｐ２３の波長は例えば１２７０ｎｍで、信号速度は例えば１０Ｇｂ／ｓである。

このような光送受信システムにおいても、図６に示し上述した従来の光送受信システムと同様、光アイソレータ４１０がなければ、ＥＡ変調器集積半導体レーザ４０１、直接変調型半導体レーザ４０２における電気変調信号の光信号への変調・復調が困難となる。また、図には明示していないが、送信器６０３の中にも半導体レーザ及び光アイソレータがあり（構造的には例えば図７の光送信機１と同様）、送信器６０３において光信号に変調される電気変調信号に関しても図示しない光アイソレータが無ければ信号の送受信が困難となる。

F. Grillot, B. Thedrez, J. Py, O. Gauthier-Lafaye, V. Voiriot, and J. L. Lafragette、「2.5-Gb/s transmision characeristics of 1.3-mm DFB lasers with external optical feedback」、IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS、2002年、Vol. 14、p101-103

上記に示したように、光送受信システムにおける反射戻り光の影響は、光アイソレータを用いれば解決する。しかしながら問題は光アイソレータが高価なことである。光アイソレータは通常、ファラデー回転子となるガーネット単結晶、それを磁化する磁石、そして２つの偏光子からなり、光部品としては一番高価である。そのため、光アイソレータをなくした安価な光送信機が求められてきた。もちろん、光アイソレータをなくした状況下でも、反射戻り光の影響があることは許されない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは高価な光アイソレータを用いることなく、光送受信システムの反射戻り光の影響を抑制した光送受信システムを提供することにある。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る光送受信システムは、電気変調信号を変調出力光に変換して出力する発光素子を備える光送信機と、前記光送信機から出力された前記変調出力光を入力して電気変調信号に変換する光受信機とを備える光送受信システムにおいて、前記光送信機が、前記発光素子に微弱な電気信号を印加する摂動付与手段を備え、前記発光素子が半導体レーザと該半導体レーザから出射されるレーザ発振光を前記電気変調信号に基づいて変調出力光に変換する変調器とからなる電界吸収型変調器集積半導体レーザであるとともに、前記光送信機が他の電気変調信号に基づいて他の変調出力光を出射する他の半導体レーザを備え、前記他の半導体レーザに前記他の電気変調信号が印加されるとともに、前記電界吸収型変調器集積半導体レーザの半導体レーザに前記微弱な電気信号が印加され、前記微弱な電気信号が、減衰手段によって減衰された前記他の電気変調信号であることを特徴とする。

また、上記の課題を解決する第２の発明に係る光送受信システムは、電気変調信号を変調出力光に変換して出力する発光素子を備える光送信機と、前記光送信機から出力された前記変調出力光を入力して電気変調信号に変換する光受信機とを備える光送受信システムにおいて、前記光送信機が、前記発光素子に微弱な電気信号を印加する摂動付与手段を備え、前記発光素子が半導体レーザと該半導体レーザから出射されるレーザ発振光を前記電気変調信号に基づいて変調出力光に変換する変調器とからなる電界吸収型変調器集積半導体レーザであるとともに、前記光送信機が受光素子を備え、前記光受信機が他の電気変調信号に基づいて他の変調出力光を出射する他の半導体レーザを備え、前記他の半導体レーザに前記他の電気変調信号が印加されるとともに、前記電界吸収型変調器集積半導体レーザの半導体レーザに前記微弱な電気信号が印加され、前記微弱な電気信号が、前記受光素子によって復調され減衰手段によって減衰された前記他の電気変調信号であることを特徴とする。

また、上記の課題を解決する第３の発明に係る光送受信システムは、第１又は第２の発明に係る光送受信システムにおいて、前記半導体レーザが電気的に終端され、前記電気変調信号が誤り訂正符号を含み、前記光受信機が受信した前記電気変調信号により誤り訂正を行うことを特徴とする。

本発明に係る光送受信システムによれば、高価な光アイソレータを用いることなく、光送受信システムの反射戻り光の影響を抑制することができる。

本発明の参考例に係る光送受信システムの概略構成図である。本発明の第１の実施例に係る光送受信システムの概略構成図である。本発明の第２の実施例に係る光送受信システムの概略構成図である。本発明の第３の実施例に係る光送受信システムの概略構成図である。本発明の第４の実施例に係る光送受信システムの概略構成図である。従来の光送受信システムの概略構成図である。反射戻り光の影響がある場合の伝送特性を説明するグラフである。反射戻り光の影響がない場合の伝送特性を説明するグラフである。従来の他の光送受信システムの概略構成図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る光送受信システムの詳細を説明する。

〔参考例〕
図１に基づいて本発明の参考例に係る光送受信システムについて説明する。図１に示すように、本参考例に係る光送受信システムは、図６に示し上述した従来の光送受信システムに比較して光送信機１の構成が異なる。具体的には、従来の光送信機１に対して光アイソレータ１０４を廃止する一方、摂動付与手段として、減衰手段である電気アッテネータ１１６とバイアス・ティー１１５を追加するとともに、終端抵抗１１７を追加している。その他の構成については上述した構成とおおむね同様であり、以下、同様の作用を奏する部材については同一の名称及び符号を用いて重複する説明は適宜省略し、異なる点を中心に説明する。

本参考例に係る光送受信システムにおいては、ＥＡドライバー１１３に入力される前の電気変調信号Ｖ１１を電気アッテネータ１１６によって減衰し、減衰された電気変調信号（以下、減衰電気変調信号という）Ｖ１３を結線１１８によりバイアス・ティー１１５を介して半導体レーザ１１１に印加する。すなわち、本参考例に係る光送受信システムにおいて、半導体レーザ１１１には駆動用の直流電流Ｉ１１に加えて電気変調信号Ｖ１１の一部である減衰電気変調信号Ｖ１３が入力されることとなる。

また、本参考例において終端抵抗１１７は例えば４６オームであって、半導体レーザ１１１の内部抵抗４オームと合わせると、半導体レーザ１１１は５０オームの終端となる。

ここで、一例として電気変調信号Ｖ１１の電圧を２５０ｍＶ、電気アッテネータ１１６の減衰量を２０ｄＢとした場合、バイアス・ティー１１５を介して半導体レーザ１１１に印加される減衰電気変調信号Ｖ１３は２５ｍＶとなる。半導体レーザ１１１及び終端抵抗１１７による５０オームの抵抗を考慮すると、減衰電気変調信号Ｖ１３によって半導体レーザ１１１に付与される電流は０．５ｍＡとなる。

これに対し、半導体レーザ１１１にレーザ発振光を出射させるために供給される直流電流Ｉ１１は例えば１００ｍＡであり、半導体レーザ１１１には、１００ｍＡの直流電流と０．５ｍＡの微小変調電流とが流れることになる。すなわち、減衰電気変調信号Ｖ１３によって半導体レーザ１１１に摂動が与えられることとなり、その結果、半導体レーザ１１１の反射戻り光に対する耐性が向上する。

なお、ＥＡ変調器１１２に印加される電気変調信号Ｖ１１と、半導体レーザ１１１に印加される減衰電気変調信号Ｖ１３とは同期をとっても同期をとらなくてもどちらでも構わない。半導体レーザ１１１に印加される減衰電気変調信号Ｖ１３は微小なので、半導体レーザ１１１の発振光強度にほとんど影響はなく、光送信信号に影響を与えることなく反射戻り光に対する耐性を高めることができる。

以上に示したように、本参考例に係る光送受信システムによれば、光アイソレータを用いることなく光送受信システムにおける反射戻り光の影響を抑制することができるため、安価な構成で光送受信機を製造することが可能となる。

図２を用いて本発明の第１の実施例に係る光送受信システムについて説明する。図２に示すように、本実施例に係る光送受信システムは、図１に示し上述した参考例に係る光送受信システムに比較して、ＥＡドライバー１１３に入力される電気信号としてデータ信号Ｖ１４（例えば、２５０ｍＶ）とデータバー信号Ｖ１５（例えば、２５０ｍＶ）の差動電気信号を用い、ＥＡドライバー１１３に入力される前のデータバー信号Ｖ１５を電気アッテネータ１１６によって減衰し、減衰されたデータバー信号（以下、減衰データバー信号という）Ｖ１６を結線１１８によりバイアス・ティー１１５を介して半導体レーザ１１１に印加する点で異なる。すなわち、本実施例に係る光送受信システムにおいて、半導体レーザ１１１には駆動用の直流電流Ｉ１１に加えてデータバー信号Ｖ１５の一部である減衰データバー信号Ｖ１６が入力されることとなる。

その他の構成は図１に示し上述した参考例に係る光送受信システムとおおむね同様であり、以下、同一の作用を奏する部材については同一の名称及び符号を用いて重複する説明は適宜省略し、異なる点を中心に説明する。

ここで、一例としてデータバー信号Ｖ１５の電圧を２５０ｍＶ、電気アッテネータ１１６の減衰量を２０ｄＢとした場合、バイアス・ティー１１５を介して半導体レーザ１１１に印加される減衰データバー信号Ｖ１６は２５ｍＶとなる。半導体レーザ１１１及び終端抵抗１１７による５０オームの抵抗を考えると、減衰データバー信号Ｖ１６によって半導体レーザ１１１に付与される電流は０．５ｍＡとなる。

これに対し、半導体レーザ１１１にレーザ発振光を出射させるために供給される直流電流Ｉ１１は例えば１００ｍＡであり、半導体レーザ１１１には、１００ｍＡの直流電流と０．５ｍＡの微小変調電流とが流れることになる。すなわち、半導体レーザ１１１に減衰データバー信号Ｖ１６によって摂動が与えられることとなり、その結果、半導体レーザ１１１の反射戻り光に対する耐性が向上する。

なお、ＥＡ変調器１１２に印加されるデータバー信号Ｖ１５と半導体レーザ１１１に印加される減衰データバー信号Ｖ１６とは同期をとっても同期をとらなくてもどちらでも構わない。半導体レーザ１１１に印加される減衰データバー信号Ｖ１６は微小であるので、レーザの発振光強度にほとんど影響はなく、光送信信号に影響を与えることなく反射戻り光に対する耐性を高めることができる。

以上に示したように、本実施例に係る光送受信システムによれば、光アイソレータを用いることなく光送受信システムにおける反射戻り光の影響を抑制することができるため、安価な構成で光送受信機を製造することが可能となる。

図３を用いて本発明の第２の実施例に係る光送受信システムについて説明する。図３に示すように、本実施例に係る光送受信システムは、図１に示し上述した参考例に係る光送受信システムに比較して、ＥＡドライバー１１３に入力される電気信号としてクロック・データ・リカバリ（clock and data recovery：ＣＤＲ）１１９から入力されるデータ信号Ｖ１４とクロック信号Ｖ１７とを用い、このＥＡドライバー１１３に入力される前のクロック信号Ｖ１７を電気アッテネータ１１６によって減衰し、減衰されたクロック信号（以下、減衰クロック信号という）Ｖ１８を結線１１８によりバイアス・ティー１１５を介して半導体レーザ１１１に印加する点で異なる。すなわち、本実施例に係る光送受信システムにおいて、半導体レーザ１１１には駆動用の直流電流Ｉ１１に加えてクロック信号Ｖ１７の一部である減衰クロック信号Ｖ１８が入力されることとなる。

ここで、一例としてクロック信号Ｖ１７の電圧を２５０ｍＶ、電気アッテネータ１１６の減衰量を２０ｄＢとした場合、バイアス・ティー１１５を介して半導体レーザ１１１に印加される減衰クロック信号Ｖ１８は２５ｍＶとなる。半導体レーザ１１１及び終端抵抗１１７による５０オームの抵抗を考えると、減衰クロック信号Ｖ１８によって半導体レーザ１１１に付与される電流は０．５ｍＡとなる。

これに対し、半導体レーザ１１１にレーザ発振光を出射させるために供給される直流電流Ｉ１１は例えば１００ｍＡであり、半導体レーザ１１１には、１００ｍＡの直流電流と０．５ｍＡの微小変調電流とが流れることになる。すなわち、半導体レーザ１１１に減衰クロック信号Ｖ１８によって摂動が与えられることとなり、その結果、半導体レーザ１１１の反射戻り光に対する耐性が向上する。

なお、ＥＡ変調器１１２に印加されるクロック信号Ｖ１７と半導体レーザ１１１に印加される減衰クロック信号Ｖ１８とは同期をとっても同期をとらなくてもどちらでも構わない。半導体レーザ１１１に印加される減衰クロック信号Ｖ１８は微小であるので、レーザの発振強度にほとんど影響はなく、光送信信号に影響を与えることなく、反射戻り光に対する耐性を高めることができる。

図４に基づいて本発明の第３の実施例に係る光送受信システムについて説明する。図４に示すように、本実施例に係る光送受信システムは、図９に示し上述した従来の他の光送受信システムに比較して光送信機４の構成が異なるものである。

具体的には、従来の光送信機４に比較して光アイソレータ４１０を廃止する一方、摂動付与手段として、減衰手段である電気アッテネータ４１６とバイアス・ティー４１５とを追加するとともに、終端抵抗４１７を追加している。その他の構成については上述した構成とおおむね同様であり、以下、同様の作用を奏する部材については同一の名称及び符号を用いて重複する説明は適宜省略し、異なる点を中心に説明する。

本実施例に係る光送受信システムにおいては、レーザドライバー４２１に入力される前の電気変調信号Ｖ２３を電気アッテネータ４１６によって減衰し、減衰された電気変調信号（以下、減衰電気変調信号という）Ｖ２５を結線４１８によりバイアス・ティー４１５を介して半導体レーザ４１１に印加する。すなわち、本実施例に係る光送受信システムにおいて、半導体レーザ４１１には駆動用の直流電流Ｉ２１に加えて電気変調信号Ｖ２３の一部である減衰電気変調信号Ｖ２５が入力されることとなる。

また、本実施例において終端抵抗４１７は例えば４６オームであって、半導体レーザ４１１の内部抵抗４オームと合わせると、半導体レーザ４１１は５０オームの終端となる。

ここで、一例としてレーザドライバー４２１に入力される電気変調信号Ｖ２３の電圧を２５０ｍＶ、電気アッテネータ４１６の減衰量を２０ｄＢとした場合、バイアス・ティー４１５を介して半導体レーザ４１１に印加される減衰電気変調信号Ｖ２５は２５ｍＶとなる。半導体レーザ４１１及び終端抵抗４１７による５０オームの抵抗を考えると、減衰電気変調信号Ｖ２５によって半導体レーザ４１１に付与される電流は０．５ｍＡとなる。

これに対し、半導体レーザ４１１にレーザ発振光を出射させるために供給される直流電流Ｉ２１は例えば１００ｍＡであり、半導体レーザ４１１には、１００ｍＡの直流電流と０．５ｍＡの微小変調電流とが流れることになる。すなわち、半導体レーザ４１１に減衰電気変調信号Ｖ２５によって摂動が与えられることとなり、その結果、半導体レーザ４１１の反射戻り光に対する耐性が向上する。

半導体レーザ４１１に印加される減衰電気変調信号Ｖ２５は微小なので、レーザの発振光強度にほとんど影響はなく、光送信信号に影響を与えることなく反射戻り光に対する耐性を高めることができる。

なお、直接変調型半導体レーザ４０２については電気変調信号Ｖ２３を入力してレーザ発振光を変調すること自体が摂動を与えることと等価となるので、摂動を与えるために別途電気信号を用意する必要はない。
また、図示はしないが、光受信機６側の送信器６０３においても、搭載されている半導体レーザによっては上述した実施例１〜３又は後述する実施例４において説明するような手段により摂動が与えらえるものとする。

図５を用いて本発明の第４の実施例に係る光送受信システムについて説明する。図５に示すように、本実施例に係る光送受信システムは、図４に示し上述した第３の実施例に係る光送受信システムに比較して、受信器４０３によって復調された電気変調信号Ｖ２６を電気アッテネータ４１６によって減衰し、減衰された電気変調信号（以下、減衰電気変調信号という）Ｖ２７を結線４１８によりバイアス・ティー４１５を介して半導体レーザ４１１に印加する点で異なる。すなわち、本実施例に係る光送受信システムにおいて、半導体レーザ４１１には駆動用の直流電流Ｉ２１に加えて復調された電気変調信号Ｖ２６の一部である減衰電気変調信号Ｖ２７が入力されることとなる。

その他の構成は図４に示し上述した第３の実施例に係る光送受信システムとおおむね同様であり、以下、同一の作用を奏する部材については同一の名称及び符号を用いて重複する説明は適宜省略し、異なる点を中心に説明する。

ここで、一例として復調された電気変調信号Ｖ２６の電圧を２５０ｍＶ、電気アッテネータ４１６の減衰量を２０ｄＢとした場合、バイアス・ティー４１５を介して半導体レーザ４１１に印加される減衰電気変調信号Ｖ２７は２５ｍＶとなる。半導体レーザ４１１及び終端抵抗４１７による５０オームの抵抗を考えると、減衰電気変調信号Ｖ２７によって半導体レーザ４１１に付与される電流は０．５ｍＡとなる。

これに対し、半導体レーザ４１１にレーザ発振光を出射させるために供給される直流電流Ｉ２１は例えば１００ｍＡであり、半導体レーザ４１１には、１００ｍＡの直流電流と０．５ｍＡの微小変調電流とが流れることになる。すなわち、半導体レーザ４１１に減衰電気変調信号Ｖ２７によって摂動が与えられることとなり、その結果、半導体レーザ４１１の反射戻り光に対する耐性が向上する。

半導体レーザ４１１に印加される減衰電気変調信号Ｖ２７は微小であるので、半導体レーザ４１１の発振光強度にほとんど影響はなく、光送信信号に影響を与えることなく反射戻り光に対する耐性を高めることができる。

以下、本発明の第５の実施例に係る光送受信システムについて説明する。本実施例に係る光送受信システムは、少なくとも図１〜図３に示し上述した参考例及び第１〜第２の実施例におけるＥＡ変調器１１２、又は図４、図５に示し上述した第３、第４の実施例におけるＥＡ変調器４１２及び直接変調型半導体レーザ４０２にそれぞれ入力される電気変調信号に誤り訂正符号を挿入し、光受信機３または光受信機６による受光・受信後に符号誤り訂正を行うものである。その他の構成は図１〜図５に示し上述した参考例及び第１〜第４の実施例に係る光送受信システムと同様であり、以下、図１〜図５に示し上述した部材と同一の部材については同一の名称及び符号を用いて重複する説明は省略する。

半導体レーザ１１１又は４１１、直接変調型半導体レーザ４０２から出射されるレーザ発振光が、外部からの擾乱によって生じる乱れは、現象的には上述したようにＬＦＦもしくはコヒーレントコラプス、あるいはなんらかのカオス現象として説明されるが、いずれもＭＨｚオーダの揺らぎになり、図７に示すように例えば１０Ｇｂ／ｓの信号に対しては１０のマイナス４乗、あるいはマイナス５乗台の符号誤りが顕著になる。

符号誤り訂正（例えば６４ｂ６６ｂ）は１０マイナス４乗、あるいはマイナス５乗台の符号誤りの大部分を訂正できる能力を持つので参考例及び第１〜第４の実施例の構成と組み合わせることにより、光アイソレータを廃止したことで生じる、反射戻り光を原因とする符号誤り率の増加を完全に補償することができる。

以上に示したように、本実施例に係る光送受信システムによれば、参考例及び第１〜第４の実施例による効果に加えて、より好適な伝送特性を得ることができる。

本発明は、光送受信システムに適用して好適なものである。

１，４光送信機
２，５光ファイバ
３，６光受信機
１０１ＥＡ変調器集積半導体レーザ
１０２，１０３レンズ
１１１半導体レーザ
１１２ＥＡ変調器
１１３ＥＡドライバー
１１４抵抗
１１５バイアス・ティー
１１６電気アッテネータ
１１７終端抵抗
１１８結線
４０１ＥＡ変調器集積半導体レーザ
４０２直接変調型半導体レーザ
４０３受信器
４０４，４０５，４０６，４０７レンズ
４０８，４０９波長カプラ
４１１半導体レーザ
４１２ＥＡ変調器
４１３ＥＡドライバー
４１４抵抗
４１５バイアス・ティー
４１６電気アッテネータ
４１７終端抵抗
４１８結線
４２１レーザドライバー
６０１，６０２受信器
６０３送信器
６０４波長カプラ

Claims

電気変調信号を変調出力光に変換して出力する発光素子を備える光送信機と、前記光送信機から出力された前記変調出力光を入力して電気変調信号に変換する光受信機とを備える光送受信システムにおいて、
前記光送信機が、前記発光素子に微弱な電気信号を印加する摂動付与手段を備え、
前記発光素子が半導体レーザと該半導体レーザから出射されるレーザ発振光を前記電気変調信号に基づいて変調出力光に変換する変調器とからなる電界吸収型変調器集積半導体レーザであるとともに、
前記光送信機が他の電気変調信号に基づいて他の変調出力光を出射する他の半導体レーザを備え、
前記他の半導体レーザに前記他の電気変調信号が印加されるとともに、
前記電界吸収型変調器集積半導体レーザの半導体レーザに前記微弱な電気信号が印加され、
前記微弱な電気信号が、減衰手段によって減衰された前記他の電気変調信号である
ことを特徴とする光送受信システム。
電気変調信号を変調出力光に変換して出力する発光素子を備える光送信機と、前記光送信機から出力された前記変調出力光を入力して電気変調信号に変換する光受信機とを備える光送受信システムにおいて、
前記光送信機が、前記発光素子に微弱な電気信号を印加する摂動付与手段を備え、
前記発光素子が半導体レーザと該半導体レーザから出射されるレーザ発振光を前記電気変調信号に基づいて変調出力光に変換する変調器とからなる電界吸収型変調器集積半導体レーザであるとともに、
前記光送信機が受光素子を備え、
前記光受信機が他の電気変調信号に基づいて他の変調出力光を出射する他の半導体レーザを備え、
前記他の半導体レーザに前記他の電気変調信号が印加されるとともに、
前記電界吸収型変調器集積半導体レーザの半導体レーザに前記微弱な電気信号が印加され、
前記微弱な電気信号が、前記受光素子によって復調され減衰手段によって減衰された前記他の電気変調信号である
ことを特徴とする光送受信システム。
前記半導体レーザが電気的に終端され、
前記電気変調信号が誤り訂正符号を含み、
前記光受信機が受信した前記電気変調信号により誤り訂正を行う
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光送受信システム。